JP2010063647A - 超音波プローブ及びそれを用いた超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブをあまり大型にすることなく、超音波プローブに音響カプラや水袋を装着する場合においても、超音波プローブの位置を精度良く検出する。
【解決手段】この超音波プローブは、複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、被検体に向けて光を放射する光源、光源から放射され被検体によって反射された光を集める集光レンズ、及び、集光レンズによって集められた光に基づいて被検体表面の画像を読み取るイメージセンサとを含む位置検出部と、位置検出部における光源と集光レンズ及びイメージセンサとの間の相対的な位置関係を調節する調節手段とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波によって被検体を走査する超音波プローブ、及び、そのような超音波プローブを用いて被検体の超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。

医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。

超音波撮像の原理は、次のようなものである。超音波は、被検体内における構造物の境界のように、音響インピーダンスが異なる領域の境界において反射される。そこで、超音波ビームを人体等の被検体内に送信し、被検体内において生じた超音波エコーを受信し、超音波エコーが生じた反射点や反射強度を求めることにより、被検体内に存在する構造物（例えば、内臓や病変組織等）の輪郭を抽出することができる。

一般に、超音波診断装置においては、超音波の送受信機能を有する複数の超音波トランスデューサを含む超音波プローブが用いられる。送信フォーカス処理によって複数の超音波を合波して形成される超音波ビームを用いて被検体を走査し、被検体内部において反射された超音波エコーを受信して受信フォーカス処理を行うことにより、超音波エコーの強度に基づいて、被検体内に存在する構造物に関する画像情報が得られる。

この画像情報に基づいて表示部に超音波画像が表示されるが、表示されている超音波画像が被検体の部位のどの領域を撮像して得られたものであるかを示すために、超音波画像と共にボディマークとプローブマークが表示されることが多い。しかしながら、それらのマークを表示するためには、オペレータが、超音波診断装置本体に接続されているキーボードやトラックボール等を操作して設定を行わなければならず、操作の上で煩わしいものとなっている。そのため、超音波プローブの位置を自動的に検出して、ボディマーク上のプローブマークの位置を自動的に合わせる手法が提案されている。

例えば、正確な位置合わせのために、磁気を利用して超音波プローブの位置を検出することが考えられるが、そのためには、超音波プローブに磁気センサを取り付けるのみならず、磁場発生装置を別途設けなければならないので、装置が複雑になってしまう。また、解剖学的位置に着目して、ＣＴやＭＲＩ等と組み合わせる例もあるが、装置が高額となり置き場所も必要になるので、どの医療機関においても利用できるものではない。

一方、超音波診断装置のみで超音波プローブの位置を検出することも考えられるが、単に位置検出手段を超音波プローブに取り付けるだけでは、超音波プローブの底面に音響カプラや水袋を装着する場合に対応できない。また、位置検出手段を取り付けることにより超音波プローブが大型になると、超音波プローブの操作の妨げとなり、長時間超音波プローブを握って左右の移動や回転等を行うオペレータの作業効率が低下してしまう。

関連する技術として、特許文献１には、超音波トランスデューサを移動させたときに、この移動に追従してボディマークにおける位置指標を、現に超音波走査を行っている部位に移動させることができるようにする超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、体表皮に沿って走査する超音波トランスデューサを備えた走査ユニットとして、体表皮に対して摺動可能なユニット本体を備え、このユニット本体に超音波トランスデューサと共に位置検出手段を設けて、この位置検出手段が、ユニット本体を体表皮に沿って移動させた時に、ユニット本体の体表皮に対するＸ軸方向の移動量とＹ軸方向の移動量とを検出するものであり、この位置検出手段により超音波トランスデューサの位置を検出して、この位置検出信号に基づいてボディマーク上の位置指標を動かすように制御する構成としたことを特徴とする。しかしながら、特許文献１においては、エコーゼリーを使用することが考慮されていないので、エコーゼリーを使用すると、エコーゼリーが走査ユニットの内部に侵入してしまう。また、特許文献１の位置検出手段は、走査ユニットに音響カプラや水袋を装着する場合に対応することができない。

特許文献２には、より正確な位置の検出を提供する改善された超音波イメージングシステムが開示されている。この超音波イメージングシステムは、対象領域に超音波を供給し、前記対象領域から反射する超音波を受信し、前記反射する超音波を第１電気信号に変換するためのトランスデューサプローブと、動作中に前記対象領域に関連して前記トランスデューサプローブに関する位置情報を検出し、前記検出された位置情報に対応する第２電気信号を生成するために前記トランスデューサプローブに備えられた少なくとも１つの位置センサと、前記トランスデューサプローブを制御し、前記第１電気信号と前記第２信号とを画像に処理するための処理ユニットとを有する超音波イメージングシステムであって、前記位置センサが、動作中に前記対象領域の表面の画像を光学的に取得し、前記画像からの情報を取得し、前記対象領域に関連して前記トランスデューサプローブに関する位置情報に前記情報を処理するためのユニットを有することを特徴とする。しかしながら、特許文献２の位置検出手段も、トランスデューサプローブに音響カプラや水袋を装着する場合に対応することができない。

特許文献３には、画像を取得した位置を容易に把握することが可能な超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、超音波プローブと、被検体側に設置され、所定のパターンが形成された音響カプラと、前記超音波プローブに設置され、前記超音波プローブが前記音響カプラ上に配置されたとき、前記音響カプラに形成されている所定のパターンの一部を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記音響カプラ上における前記超音波プローブの位置を特定する位置解析手段と、前記超音波プローブと前記被検体との位置関係を表示手段に表示させる表示制御手段とを有することを特徴とする。しかしながら、特許文献３の位置検出手段は、特殊な音響カプラを必要とするので、エコーゼリーを使用する通常の検査や水袋を使用する検査に対して柔軟性がない。

特許文献４には、超音波画像を再生して診断する場合に、超音波画像の再現性を確保することができ、術者の個人差を低減し、詳細に診察することができる超音波診断装置が開示されている。この超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波プローブと、前記超音波プローブに取り付けられ、前記超音波プローブの近傍を撮影可能であるプローブ視点カメラと、前記超音波プローブで得られた超音波画像および前記プローブ視点カメラで得られたプローブ動画像を重畳した重畳画像の重畳画像データを作成する画像重畳処理部と、前記重畳画像データを記録再生する画像記録再生処理部と、前記重畳画像データを重畳画像として表示する画像表示部とを備えたことを特徴とする。しかしながら、特許文献４の位置検出手段は、超音波プローブに音響カプラや水袋を装着する場合に対して柔軟性がない。
特許第３１１４５４８号公報（第２頁、図７） 特公２００５−５１２６５１号公報（第２−３頁、図２ａ） 特開２００７−２３６８２３号公報（第１−２頁、図１） 特開２００７−２８２７９２号公報（第１−２頁、図１）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、超音波プローブをあまり大型にすることなく、超音波プローブに音響カプラや水袋を装着する場合においても、超音波プローブの位置を精度良く検出することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波プローブは、複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、被検体に向けて光を放射する光源、光源から放射され被検体によって反射された光を集める集光レンズ、及び、集光レンズによって集められた光に基づいて被検体表面の画像を読み取るイメージセンサとを含む位置検出部と、位置検出部における光源と集光レンズ及びイメージセンサとの間の相対的な位置関係を調節する調節手段とを具備する。

また、本発明の１つの観点に係る超音波診断装置は、上記の超音波プローブと、複数の駆動信号を超音波プローブに供給すると共に、超音波プローブから出力される複数の受信信号を処理することにより、超音波画像を表す画像信号を生成する画像生成手段と、位置検出部の出力信号に基づいて、被検体に対する超音波プローブの相対的な移動方向、移動距離、及び、回転量を算出する第１の処理手段と、第１の処理手段によって算出される移動方向、移動距離、及び、回転量に基づいて、被検体に対する超音波プローブの相対的な位置を算出する第２の処理手段と、第２の処理手段によって算出される位置に基づいて、ボディマーク上に表示されるプローブマークの表示位置を算出する第３の処理手段と、画像生成手段によって生成される画像信号と、第３の処理手段によって算出される表示位置とに基づいて、被検体の超音波画像と共にボディマーク及びプローブマークを表す合成画像信号を生成する画像表示制御手段とを具備する。

本発明の１つの観点によれば、位置検出部における光源と集光レンズ及びイメージセンサとの間の相対的な位置関係を調節する調節手段を設けたことにより、超音波プローブをあまり大型にすることなく、超音波プローブに音響カプラや水袋を装着する場合においても、超音波プローブの位置を精度良く検出することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、据置型又はポータブル型の超音波診断装置であって、超音波プローブ１０と、超音波診断装置本体２０とによって構成される。

超音波プローブ１０は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１１と、被検体に対する超音波プローブ１０の相対的な位置を検出するために用いられる位置検出部１５とを備えている。それらの超音波トランスデューサ１１は、複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する。

図２は、本発明の第１の実施形態における超音波プローブの内部構造を示す一部断面斜視図である。各超音波トランスデューサ１１は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（圧電体）１１ａの両端に電極１１ｂを形成した振動子によって構成される。そのような振動子の電極１１ｂに、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体１１ａが伸縮する。この伸縮により、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生し、それらの超音波の合成によって超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することによって伸縮し、電気信号を発生する。それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

複数の超音波トランスデューサ１１によって構成されるトランスデューサアレイの前面には、少なくとも１層の音響整合層１２と、必要に応じて音響レンズ１３とが設けられる。また、トランスデューサアレイの背面には、バッキング材１４が設けられる。さらに、トランスデューサアレイの側方には、位置検出部１５が設けられている。これらは、プローブケース１６内に納められている。

図３は、本発明の第１の実施形態における位置検出部の構成を示す一部断面側面図である。図３においては、超音波プローブの内部から見た位置検出部の構成要素が示されている。プローブケース１６の一部には、透明板が用いられており、超音波プローブは、エコーゼリーを介して被検体に接している。

位置検出部１５は、被検体に向けて光を放射する光源１５ａ（ＬＥＤや半導体レーザ等の発光部１５ｂと、発光部１５ｂからの光を被検体に導く導光部１５ｃとを有する）と、光源１５ａから放射され被検体によって反射された光を集める集光レンズ１５ｄと、集光レンズ１５ｄによって集められた光に基づいて被検体表面の画像を読み取って、被検体表面の画像を表す出力信号を生成するイメージセンサ１５ｅとを含んでいる。さらに、これらに、加速度センサ、角速度センサ、及び／又は、ジャイロセンサ等を組み合わせても良い。

図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第１の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブの第１の例を示す側面図である。ここで、音響カプラ１７は、透光性を有している。図４Ａに示すように、プローブケース１６の底面に音響カプラ１７を装着する場合には、超音波プローブ１０と被検体との間の距離が変化するので、光源１５ａから放射された光が集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅに戻らなくなってしまう。

そこで、光源１５ａと集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅとの間の相対的な位置関係を調節する調節手段として、超音波プローブ１０に外付けの回転レバー１８が設けられている。図４Ｂは、回転レバー１８が時計回りに回転された状態を示している。回転レバー１８の回転に伴って、光源１５ａも回転するので、光源１５ａから放射された光が集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅに戻るようになる。なお、光源１５ａを回転させる替わりに、集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅを移動させるようにしても良い。

図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の第１の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブの第２の例を示す側面図である。第２の例においては、光源１５ａと集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅとの間の相対的な位置関係を調節する調節手段として、図４Ａ及び図４Ｂに示す回転レバー１８の替わりにモータ又はアクチュエータ等の調節部１８ａが設けられており、さらに、調節部１８ａを制御する制御部１８ｂが設けられている。

図５Ａに示すように、プローブケース１６の底面に音響カプラ１７を装着することにより、光源１５ａから放射された光が集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅに戻らなくなってしまった場合には、制御部１８ｂが、イメージセンサ１５ｅの出力信号のレベルが所定の値以上となるように調節部１８ａを制御する。

例えば、位置検出部１５の出力信号のレベルが所定の値よりも小さくなった場合に、制御部１８ｂは、光源１５ａをある角度範囲で回転させて出力信号のレベルが最大となる角度を求め、光源１５ａをその角度に保つように調節部１８ａを制御する。あるいは、制御部１８ｂは、図５Ｂに示すように、光源１５ａを時計回りに回転させるように調節部１８ａを制御し、イメージセンサ１５ｅの出力信号のレベルが所定の値以上となったら、光源１５ａの回転を停止させるように調節部１８ａを制御する。なお、光源１５ａを回転させる替わりに、集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅを移動させるようにしても良い。

再び図１を参照すると、超音波診断装置本体２０は、走査制御部２１と、送信遅延パターン記憶部２２と、送信制御部２３と、駆動信号発生部２４と、受信信号処理部２５と、受信遅延パターン記憶部２６と、受信制御部２７と、メモリ２８と、Ｂモード画像信号生成部２９と、第１の処理部３１と、第２の処理部３２と、第３の処理部３３と、画像表示制御部３４と、Ｄ／Ａ変換器３５と、表示部３６と、操作部４１と、制御部４２と、格納部４３とを含んでいる。ここで、走査制御部２１〜Ｂモード画像信号生成部２９は、画像生成手段を構成している。

走査制御部２１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。送信遅延パターン記憶部２２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部２３は、走査制御部２１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部２２に記憶されている複数の遅延パターンの中から１つのパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１１の駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部２３は、複数の超音波トランスデューサ１１から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。

駆動信号発生部２４は、例えば、複数の超音波トランスデューサ１１に対応する複数のパルサによって構成されている。駆動信号発生部２４は、送信制御部２３によって設定された遅延時間に従って、複数の超音波トランスデューサ１１から送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号を超音波プローブ１０に供給し、又は、複数の超音波トランスデューサ１１から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波プローブ１０に供給する。

受信信号処理部２５は、複数の超音波トランスデューサ１１に対応して、複数の増幅器（プリアンプ）２５ａと、複数のＡ／Ｄ変換器２５ｂとを含んでいる。超音波トランスデューサ１１から出力される受信信号は、増幅器２５ａにおいて増幅され、増幅器２５ａから出力されるアナログの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２５ｂによってディジタルの受信信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２５ｂは、ディジタルの受信信号を、受信制御部２７に出力する。

受信遅延パターン記憶部２６は、複数の超音波トランスデューサ１１から出力される複数の受信信号に対してフォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２７は、走査制御部２１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２６に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つを選択し、その受信遅延パターンに基づいて、複数の受信信号に遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。また、受信信号に基づいて送信フォーカス処理を行うようにしても良い。このフォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号が生成される。さらに、受信制御部２７は、生成された音線信号に対して包絡線検波処理を施す。

受信制御部２７によって生成される音線信号は、メモリ２８に供給されると共に、Ｂモード画像信号生成部２９に供給される。Ｂモード画像信号生成部２９は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部２９ａと、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）２９ｂとを含んでおり、受信制御部２７から供給される音線信号に基づいて、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。また、フリーズモードにおいては、メモリ２８に格納されている音線信号に基づいて、Ｂモード画像信号が生成される。

ＳＴＣ部２９ａは、受信制御部２７又はメモリ２８から供給される音線信号に対して、超音波の反射位置の深度に応じて、距離による減衰の補正を施す。ＤＳＣ２９ｂは、ＳＴＣ部２９ａによって補正された音線信号を通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。

一方、超音波プローブ１０の位置検出部１５の出力信号は、ケーブルやＵＳＢインタフェース等を用いる有線通信、又は、赤外線や電波等を用いる無線通信によって、超音波診断装置本体２０の第１の処理部３１に入力される。

第１の処理部３１は、位置検出部１５の出力信号に基づいて、被検体に対する超音波プローブ１０の相対的な移動方向、移動距離、及び、回転量を算出する。第２の処理部３２は、第１の処理部３１によって算出された移動方向、移動距離、及び、回転量に基づいて、被検体に対する超音波プローブの相対的な位置を算出する。第３の処理部３３は、第２の処理部３２によって算出された位置に基づいて、ボディマーク上に表示されるプローブマークの表示位置を算出する。

画像表示制御部３４は、Ｂモード画像信号生成部２９によって生成されるＢモード画像信号と、第３の処理部３３によって算出される表示位置とに基づいて、超音波画像とボディマーク及びプローブマークの画像とを重畳することにより、被検体の超音波画像と共にボディマーク及びプローブマークを表す合成画像信号を生成する。Ｄ／Ａ変換器３５は、画像表示制御部３４から出力されるディジタルの合成画像信号を、アナログの合成画像信号に変換する。表示部３６は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、アナログの合成画像信号に基づいて、被検体の超音波画像とボディマーク及びプローブマークとの合成画像を１つの画面内に表示する。

図６は、表示部に表示される合成画像の例を示す図である。図６に示すように、被検体の超音波画像の邪魔にならないような位置にボディマークが表示され、ボディマーク上にプローブマークが表示される。プローブマークは、被検体に対する超音波プローブ１０の位置と向きを表している。

図７は、表示部に表示されるボディマーク及びプローブマークを拡大して示す図である。被検体に対して超音波プローブ１０が移動すると、位置検出部１５の出力信号に基づいて、第１の処理部３１〜第３の処理部３３が、ボディマーク上に表示されるプローブマークの新たな表示位置を算出し、表示部３６において、ボディマーク上の新たな表示位置にプローブマークが表示される。

さらに、被検体に対して超音波プローブ１０が回転した場合には、第２の処理部３２が、第１の処理部３１によって算出された移動方向、移動距離、及び、回転量に基づいて、被検体に対する超音波プローブ１０の相対的な位置及び方向を算出し、第３の処理部３３が、第２の処理部３２によって算出された位置及び方向に基づいて、ボディマーク上に表示されるプローブマークの表示位置及び表示方向を算出するようにしても良い。その場合には、表示部３６において、ボディマーク上の新たな表示位置に新たな表示方向でプローブマークが表示される。このように、超音波プローブ１０の動きに合わせてプローブマークの位置及び方向を自動的に変化させることにより、超音波診断装置を操作するオペレータ（医師や技師）の負担を軽減することができる。

再び図１を参照すると、制御部４２は、操作部４１を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部２１、Ｂモード画像信号生成部、画像表示制御部３４等を制御する。本実施形態においては、走査制御部２１、送信制御部２３、受信制御部２７、Ｂモード画像信号生成部２９〜画像表示制御部３４、及び、制御部４２が、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）によって構成されるが、それらをディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。上記のソフトウェア（プログラム）は、格納部４３に格納される。格納部４３における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

次に、図１に示す超音波診断装置の動作について説明する。
図８は、図１に示す超音波診断装置の動作例を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、オペレータが、超音波プローブ１０を被検体（患者）に当てる。次に、ステップＳ２において、オペレータが、操作部４１を操作することにより、位置検出を始めるか否かを設定する。位置検出を始める場合には、処理がステップＳ３に移行し、位置検出を始めない場合には、処理がステップＳ１に戻る。

ステップＳ３において、オペレータが超音波プローブ１０を動かしながら、超音波診断装置が被検体の超音波撮像を行う。ステップＳ４において、位置検出部１５のイメージセンサ１５ｅ（図３）が、被検体表面の画像を読み取る。ステップＳ５において、第１の処理部３１が、位置検出部１５によって読み取られた画像に基づいて、移動前後の画像の差分を計算することにより、被検体に対する超音波プローブ１０の相対的な移動方向、移動距離、及び、回転量を算出する。

具体的には、第１の処理部３１が、位置検出部１５によって読み取られた移動前後の画像において、選択された領域間の画素値の差分を計算することにより、移動前後の画像における同一部分を認識する。第１の処理部３１は、移動前後の画像における同一部分を比較することにより、被検体に対する超音波プローブ１０の相対的な移動方向、移動距離、及び、回転量を算出することができる。

ステップＳ６において、第２の処理部３２が、第１の処理部３１によって算出される移動方向、移動距離、及び、回転量に基づいて、被検体に対する超音波プローブ１０の相対的な位置を算出する。ステップＳ７において、第３の処理部３３が、第２の処理部３２によって算出される位置に基づいて、ボディマーク上に表示されるプローブマークの表示位置を算出する。

ステップＳ８において、画像表示制御部３４が、被検体の超音波画像と共にボディマーク及びプローブマークを表す合成画像信号を生成し、表示部３６が、合成画像信号に基づいて、被検体の超音波画像とボディマーク及びプローブマークとの合成画像を表示する。この合成画像においては、超音波プローブ１０の移動が反映されている。

ステップＳ９において、オペレータが操作部４１を操作することにより、位置検出を終えるか否かを設定する。位置検出を終える場合には、処置がステップＳ１０に移行し、位置検出を終えない場合には、処置がステップＳ３に戻る。ステップＳ１０において、オペレータが操作部４１を操作することにより、検査を終えるか否かを設定する。検査を終える場合には、処置がステップＳ１１に移行し、位置検出を終えない場合には、処置がステップＳ２に戻る。ステップＳ１１において、オペレータが、プローブマークの位置を微調整する。

以上においては、超音波プローブ１０の位置を検出することによりプローブマークの表示を変更する場合について説明したが、超音波プローブ１０の動き又は位置の検出は、以下のことにも利用することができる。

（１）超音波プローブの動きに合わせて、サブモニタの画面を消す。
超音波撮像によればリアルタイムに診断画像を見ることができるので、例えば産科においては、診断中に、オペレータ（医師や技師）だけでなく、患者自身も診断画像を見て育児の成長度合いを知ることができる。そのために、１つのモニタ上の画面をオペレータが見て、適切な画像を保存した後に、オペレータが患者にモニタ上の画面を見せるということが行われている。また、検査用のメインモニタの他に、患者に見せるためのサブモニタを利用する場合もある。基本的に、超音波撮像は暗い環境において行われるので、超音波撮像中にサブモニタに画像が表示されていると、サブモニタの画面の光がメインモニタの画面に映り込んでしまって、診断に影響を及ぼす場合がある。そのような場合において、超音波プローブの動きを検出しているときにサブモニタの画面を消すようにすれば、診断への悪影響を軽減することができる。
（２）１次元トランスデューサアレイを用いて、３次元超音波画像を生成する。
３次元超音波画像を生成するためには、２次元トランスデューサアレイを用いることが望ましいが、２次元トランスデューサアレイを内蔵する超音波プローブは大きくて重いので、扱い難いという問題がある。そこで、１次元トランスデューサアレイを用いて超音波撮像を行い、その際に得られる位置情報を利用することにより、手軽に３次元超音波画像を生成することができる。
（３）患者の体格を測定して、キャリブレーションを行う。
例えば、腹部の左右において胸骨からへそまでの間というように測定範囲を定め、超音波プローブの移動距離に基づいて、測定範囲の大きさを計測することができる。計測結果に基づいてキャリブレーションを行うことにより、体格差を軽減したり、体格に合わせてボディマークを選択することができる。
（４）その他
イメージセンサによって読み取られた画像を利用してスキャン漏れを防止したり、取得された超音波画像における回転、角度、位置に基づいて、患部の治療前後の画像を比較し易くすることができる。

次に、本発明の第１の実施形態において用いられる超音波プローブの変形例について説明する。
図９は、本発明の第１の実施形態において用いられる超音波プローブの変形例を示す図である。図９の（ａ）は、超音波プローブが直接又はエコーゼリーを介して被検体に接する通常の状態を示しており、図９の（ｂ）は、超音波プローブが音響カプラ又は水袋を介して被検体に接する状態を示している。

この例においては、プローブケース１６が、位置検出部１５を含む可動部１９を外部に対して伸縮可能に保持している。図９の（ａ）に示すように、通常の状態においては、可動部１９を収縮させることにより、可動部１９の底面がプローブケース１６の底面と同じ高さにある。図９の（ｂ）に示すように、プローブケース１６の底面に音響カプラ１７が装着される場合には、可動部１９を伸長させることにより、可動部１９の底面が音響カプラ１７の底面と同じ高さにある。これにより、図４Ａ及び図４Ｂに示す回転レバー１８のような調節手段を設けなくても、音響カプラ１７の有無にかかわらず、図３に示す光源１５ａから放射された光が集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅに戻るようになる。

図１０は、図９に示す超音波プローブの内部の機構を示す一部断面正面図である。プローブケースの支柱１６ａには、ゴム等の弾性体１６ｂを介して、周期的に湾曲した板バネ１６ｃが取り付けられている。可動部１９の一端に設けられた突起１９ａが板バネ１６ｃに接触しながら摺動することにより、音響カプラ１７の厚さに合わせて可動部１９の高さを段階的に調節することが可能である。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態においては、超音波プローブ１０ａ内に、位置検出部１５を調節する調節手段として、モータ又はアクチュエータ等の調節部１８ａが設けられており、超音波診断装置本体２０ａ内の制御部４２が、調節部１８ａを制御する。その他の点に関しては、第１の実施形態におけるのと同様である。

図１２Ａ及び図１２Ｂは、本発明の第２の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブを示す側面図である。ここで、音響カプラ１７は、透光性を有している。図１２Ａに示すように、プローブケース１６の底面に音響カプラ１７を装着する場合には、超音波プローブ１０ａと被検体との間の距離が変化するので、光源１５ａから放射された光が集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅに戻らなくなってしまう。

図１１に示す第１の処理部３１は、位置検出部１５の出力信号のレベルを検出し、出力信号のレベルを表す情報を制御部４２に供給する。制御部４２は、位置検出部１５の出力信号のレベルが所定の値以上となるように調節部１８ａを制御する。制御部４２の制御の下で、調節部１８ａは、光源１５ａと集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅとの間の相対的な位置関係を調節する。

例えば、位置検出部１５の出力信号のレベルが所定の値よりも小さくなった場合に、制御部４２は、光源１５ａをある角度範囲で回転させて出力信号のレベルが最大となる角度を求め、光源１５ａをその角度に保つように調節部１８ａを制御する。あるいは、制御部４２は、図１２Ｂに示すように、光源１５ａを時計回りに回転させるように調節部１８ａを制御し、イメージセンサ１５ｅの出力信号のレベルが所定の値以上となったら、光源１５ａの回転を停止させるように調節部１８ａを制御する。なお、光源１５ａを回転させる替わりに、集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅを移動させるようにしても良い。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図１３は、本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。第３の実施形態においては、超音波プローブ１０ｂ内に、２つの位置検出部１５１及び１５２が設けられており、超音波診断装置本体２０ｂ内に、位置検出部１５１の出力信号と位置検出部１５２の出力信号との内の一方を選択する選択部１５３が設けられている。その他の点に関しては、第１の実施形態におけるのと同様である。また、位置検出部１５１及び１５２の各々の構成は、図３に示す位置検出部１５におけるのと同様である。

通常、人体は、常に平らな平面のみではなく、球面の形をしている部分や、超音波プローブを当てることによって変形する部分を有している。従って、図１４の（ａ）に示すように、超音波プローブ１０の一端のみに位置検出部１５が設けられていると、超音波プローブ１０の端部は被検体から離れ易いので、超音波プローブ１０の位置を検出できない場合がある。そこで、図１４の（ｂ）に示すように、超音波プローブ１０ｂの両端に位置検出部１５１及び１５２を設けることにより、一方の位置検出部１５１が機能しない場合には、他方の位置検出部１５２によって超音波プローブ１０ｂの位置を検出すれば良い。

図１３に示す選択部１５３は、位置検出部１５１の出力信号のレベルと位置検出部１５２の出力信号のレベルとを比較し、レベルが大きい方の出力信号を選択して、選択された出力信号を第１の処理部３１に供給する。従って、超音波プローブ１０ｂがいずれの状態にあるときでも、被検体に対する超音波プローブ１０ｂの相対的な位置を算出することが可能となる。

次に、本発明の第３の実施形態において用いられる超音波プローブの第１の変形例について説明する。
この超音波プローブの位置検出部１５１と位置検出部１５２とにおいては、図３に示す光源１５ａと集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅとの間の相対的な位置関係が異なっている。

例えば、位置検出部１５１においては、超音波プローブ１０ｂが直接又はエコーゼリーを介して被検体に接している状態において、光源１５ａから放射された光が集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅに戻るように設定されている。一方、位置検出部１５２においては、超音波プローブ１０ｂの底面に所定の厚さを有する音響カプラ又は水袋が装着された状態において、光源１５ａから放射された光が集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅに戻るように設定されている。このようにすれば、音響カプラ又は水袋が装着されていない状態にも音響カプラ又は水袋が装着された状態にも対応することができる。

次に、本発明の第３の実施形態において用いられる超音波プローブの第２の変形例について説明する。
図１５は、本発明の第３の実施形態において用いられる超音波プローブの第２の変形例を示す図である。図１５の（ａ）は、超音波プローブが直接又はエコーゼリーを介して被検体に接する通常の状態を示しており、図１５の（ｂ）は、超音波プローブが音響カプラ又は水袋を介して被検体に接する状態を示している。

超音波プローブ１０ｂにおいては、プローブケース１６が、位置検出部１５１を含む可動部１９１と位置検出部１５２を含む可動部１９２とを、外部に対して伸縮可能に保持している。図１５の（ａ）に示すように、通常の状態においては、可動部１９１及び１９２を収縮させることにより、可動部１９１及び１９２の底面がプローブケース１６の底面と同じ高さにある。図１５の（ｂ）に示すように、プローブケース１６の底面に音響カプラ１７が装着される場合には、可動部１９１及び１９２を伸長させることにより、可動部１９１及び１９２の底面が音響カプラ１７の底面と同じ高さにある。これにより、図４Ａ及び図４Ｂに示す回転レバー１８のような調節手段を設けなくても、音響カプラ１７の有無にかかわらず、図３に示す光源１５ａから放射された光が集光レンズ１５ｄ及びイメージセンサ１５ｅに戻るようになる。

本発明は、超音波によって被検体を走査する超音波プローブ、及び、そのような超音波プローブを用いて被検体の超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における超音波プローブの内部構造を示す一部断面斜視図である。 本発明の第１の実施形態における位置検出部の構成を示す一部断面側面図である。 本発明の第１の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブの第１の例を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブの第１の例を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブの第２の例を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブの第２の例を示す側面図である。 表示部に表示される合成画像の例を示す図である。 表示部に表示されるボディマーク及びプローブマークを拡大して示す図である。 図１に示す超音波診断装置の動作例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態において用いられる超音波プローブの変形例を示す図である。 図９に示す超音波プローブの内部の機構を示す一部断面正面図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブを示す側面図である。 本発明の第２の実施形態において音響カプラが装着された超音波プローブを示す側面図である。 本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 超音波プローブと被検体との位置関係を示す図である。 本発明の第３の実施形態において用いられる超音波プローブの第２の変形例を示す図である。

符号の説明

１０、１０ａ、１０ｂ 超音波プローブ
１１ 超音波トランスデューサ
１１ａ 圧電体
１１ｂ 電極
１２ 音響整合層
１３ 音響レンズ
１４ バッキング材
１５、１５１、１５２ 位置検出部
１５ａ 光源
１５ｂ 発光部
１５ｃ 導光部
１５ｄ 集光レンズ
１５ｅ イメージセンサ
１６ プローブケース
１６ａ 支柱
１６ｂ 弾性体
１６ｃ 板バネ
１７ 音響カプラ
１８ 回転レバー
１８ａ 調節部
１８ｂ 制御部
１９、１９１、１９２ 可動部
１９ａ 突起
２０、２０ａ、２０ｂ 超音波診断装置本体
２１ 走査制御部
２２ 送信遅延パターン記憶部
２３ 送信制御部
２４ 駆動信号発生部
２５ 受信信号処理部
２５ａ 増幅器
２５ｂ Ａ／Ｄ変換器
２６ 受信遅延パターン記憶部
２７ 受信制御部
２８ メモリ
２９ Ｂモード画像信号生成部
２９ａ ＳＴＣ部
２９ｂ ＤＳＣ
３１ 第１の処理部
３２ 第２の処理部
３３ 第３の処理部
３４ 画像表示制御部
３５ Ｄ／Ａ変換器
３６ 表示部
４１ 操作部
４２ 制御部
４３ 格納部

Claims (9)

1. 複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、
   被検体に向けて光を放射する光源、前記光源から放射され被検体によって反射された光を集める集光レンズ、及び、前記集光レンズによって集められた光に基づいて被検体表面の画像を読み取るイメージセンサとを含む位置検出部と、
   前記位置検出部における前記光源と前記集光レンズ及び前記イメージセンサとの間の相対的な位置関係を調節する調節手段と、
   を具備する超音波プローブ。
2. 前記位置検出部の出力信号のレベルが所定の値以上となるように前記調節手段を制御する制御手段をさらに具備する、請求項１記載の超音波プローブ。
3. 複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、
   被検体に向けて光を放射する光源、前記光源から放射され被検体によって反射された光を集める集光レンズ、及び、前記集光レンズによって集められた光に基づいて被検体表面の画像を読み取るイメージセンサを含む位置検出部と、
   前記位置検出部を外部に対して伸縮可能に保持するプローブケースと、
   を具備する超音波プローブ。
4. 複数の駆動信号に従って被検体に向けて超音波を送信すると共に、被検体から伝播した超音波エコーを受信することにより複数の受信信号を出力する複数の超音波トランスデューサと、
   被検体に向けて光を放射する光源、前記光源から放射され被検体によって反射された光を集める集光レンズ、及び、前記集光レンズによって集められた光に基づいて被検体表面の画像を読み取るイメージセンサとを含む第１の位置検出部と、
   被検体に向けて光を放射する光源、前記光源から放射され被検体によって反射された光を集める集光レンズ、及び、前記集光レンズによって集められた光に基づいて被検体表面の画像を読み取るイメージセンサとを含む第２の位置検出部と、
   を具備する超音波プローブ。
5. 前記第１の位置検出部における前記光源と前記集光レンズ及び前記イメージセンサとの間の相対的な位置関係と、前記第２の位置検出部における前記光源と前記集光レンズ及び前記イメージセンサとの間の相対的な位置関係とが異なっている、請求項４記載の超音波プローブ。
6. 前記第１の位置検出部及び前記第２の位置検出部を外部に対して伸縮可能に保持するプローブケースをさらに具備する、請求項４記載の超音波プローブ。
7. 請求項１−３のいずれか１項記載の超音波プローブと、
   複数の駆動信号を前記超音波プローブに供給すると共に、前記超音波プローブから出力される複数の受信信号を処理することにより、超音波画像を表す画像信号を生成する画像生成手段と、
   前記位置検出部の出力信号に基づいて、被検体に対する前記超音波プローブの相対的な移動方向、移動距離、及び、回転量を算出する第１の処理手段と、
   前記第１の処理手段によって算出される移動方向、移動距離、及び、回転量に基づいて、被検体に対する前記超音波プローブの相対的な位置を算出する第２の処理手段と、
   前記第２の処理手段によって算出される位置に基づいて、ボディマーク上に表示されるプローブマークの表示位置を算出する第３の処理手段と、
   前記画像生成手段によって生成される画像信号と、前記第３の処理手段によって算出される表示位置とに基づいて、被検体の超音波画像と共にボディマーク及びプローブマークを表す合成画像信号を生成する画像表示制御手段と、
   を具備する超音波診断装置。
8. 請求項１記載の超音波プローブと、
   複数の駆動信号を前記超音波プローブに供給すると共に、前記超音波プローブから出力される複数の受信信号を処理することにより、超音波画像を表す画像信号を生成する画像生成手段と、
   前記位置検出部の出力信号のレベルが所定の値以上となるように前記調節手段を制御する制御手段と、
   前記位置検出部の出力信号に基づいて、被検体に対する前記超音波プローブの相対的な移動方向、移動距離、及び、回転量を算出する第１の処理手段と、
   前記第１の処理手段によって算出された移動方向、移動距離、及び、回転量に基づいて、被検体に対する前記超音波プローブの相対的な位置を算出する第２の処理手段と、
   前記第２の処理手段によって算出された位置に基づいて、ボディマーク上に表示されるプローブマークの表示位置を算出する第３の処理手段と、
   前記画像生成手段によって生成される画像信号と、前記第３の処理手段によって算出される表示位置とに基づいて、被検体の超音波画像と共にボディマーク及びプローブマークを表す合成画像信号を生成する画像表示制御手段と、
   を具備する超音波診断装置。
9. 請求項４−６のいずれか１項記載の超音波プローブと、
   複数の駆動信号を前記超音波プローブに供給すると共に、前記超音波プローブから出力される複数の受信信号を処理することにより、超音波画像を表す画像信号を生成する画像生成手段と、
   前記第１の位置検出部の出力信号のレベルと前記第２の位置検出部の出力信号のレベルとを比較して、レベルが大きい方の出力信号を選択する選択手段と、
   前記選択手段によって選択された出力信号に基づいて、被検体に対する前記超音波プローブの相対的な移動方向、移動距離、及び、回転量を算出する第１の処理手段と、
   前記第１の処理手段によって算出された移動方向、移動距離、及び、回転量に基づいて、被検体に対する前記超音波プローブの相対的な位置を算出する第２の処理手段と、
   前記第２の処理手段によって算出された位置に基づいて、ボディマーク上に表示されるプローブマークの表示位置を算出する第３の処理手段と、
   前記画像生成手段によって生成される画像信号と、前記第３の処理手段によって算出される表示位置とに基づいて、被検体の超音波画像と共にボディマーク及びプローブマークを表す合成画像信号を生成する画像表示制御手段と、
   を具備する超音波診断装置。