JP2013255544A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
侵襲性を伴う行為（たとえば手術）を支援する装置として超音波診断装置を使用している場合に、適切な作業が行なえるようにすることを目的とする。
【解決手段】
プローブ１０に信号を送信する送信部２１と、プローブ１０から信号を受信する受信部２２と、送信部２１及び受信部２２に接続された制御部１と、制御部１に接続された表示手段９０と、制御部１に接続された検出手段７０とを備え、制御部１は、検出手段７０で検出する温度の測定データを保存する測定データ保存手段６０と、測定データに基づいて第１の閾値を設定する手段と、検出手段７０で検出する温度が第１の閾値以上である場合に警告する手段と、検出手段７０で検出する温度が第１の閾値よりも高い値であり予め設定された第２の閾値以上である場合に機能を停止する手段とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、穿刺針や術中プローブを用いた侵襲性のある行為（例えば手術）を実行時に、これを支援するために使用する超音波診断装置に関するものである。

従来の、この種行為を実行時に使用する超音波診断装置は、超音波診断装置本体内に、プローブに信号を送信する送信部とプローブから信号を受信する受信部が設けられ、送信部に制御部が接続され、制御部に画像表示部が接続され、制御部には超音波診断装置内の温度を検出する温度センサが接続されている。

そしてこの温度センサのデータに基づいてプローブの使用可否を制御し、温度センサのデータが一定の閾値を越えた場合には機能を停止して使用禁止状態にするなどの措置を行う構成となっている（例えば特許文献１参照）。
また、超音波診断装置本体内の温度が上昇すると冷却機能を起動し、冷却動作を実行する超音波診断装置も知られている。

特開２０１０−１３７号公報

前述のような従来の構成では、温度センサによる検出データが一定の閾値を越えた場合には機能を停止して使用禁止状態にするので、最終的な安全対策を講じたものとなる。
しかしながら、例えば、手術中に突然機能が停止されると、超音波診断装置による映像も突然途切れることになり、それ以降の適切な作業が実行できなくなる。

また、上述した冷却機能を有するものでも、その冷却機能自体が機能不全、例えばファン自体が故障して回転が停止したときなどは十分な冷却機能を発揮することができなくなり、このときも超音波診断装置による映像が突然途切れ、それ以降の適切な作業が実行できなくなる。

そこで本発明は、適切な作業を行えるようにすることを目的とする。

そしてこの目的を達成するために本発明は、プローブに信号を送信する送信部と、プローブから信号を受信する受信部と、送信部及び受信部に接続された制御部と、制御部に接続された表示手段と、制御部に接続された温度検出手段とを備え、制御部は、温度検出手段で検出する温度の測定データを保存する測定データ保存手段と、測定データに基づいて第１の閾値を設定する手段と、温度検出手段で検出する温度が第１の閾値以上である場合に警告する手段と、温度検出手段で検出する温度が第１の閾値よりも高い値であり予め設定された第２の閾値以上である場合に機能を停止する手段とを有する構成とし、これにより所期の目的を達成するものである。

以上のように本発明は、プローブに信号を送信する送信部と、プローブから信号を受信する受信部と、送信部及び受信部に接続された制御部と、制御部に接続された表示手段と
、制御部に接続された温度検出手段とを備え、制御部は、温度検出手段で検出する温度の測定データを保存する測定データ保存手段と、測定データに基づいて第１の閾値を設定する手段と、温度検出手段で検出する温度が第１の閾値以上である場合に警告する手段と、温度検出手段で検出する温度が第１の閾値よりも高い値であり予め設定された第２の閾値以上である場合に機能を停止する手段とを有する構成としたものであるので、適切な作業が行えるようになる。

すなわち、本発明では、温度検出手段が監視している値が、装置の機能を停止させるべき所定の第２の閾値に達する前に異常を検出する第１の閾値を設けることで、実際に機能停止状態に至るまでの時間を予測し、それを知らしめることできる。
このため、作業者は、その予測に基づき、作業（例えば手術）をそのまま継続したり、適切な状態で一時中断したりすることもでき、適切な作業が実行できるものとなる。
また、一時中断した場合には、待機させていた別の超音波診断装置と交換後、再びそれ以降の作業（例えば手術）を実行することになるが、いずれにせよ、予め予測された状況で作業を行うので、きわめて適切な作業が実行できるのである。

このような一時中断は、困難で長時間を要する作業（例えば手術）では、発生の可能性がよくあるもので、その作業（例えば手術）時の、適切な時期に一時中断できることも、作業者（医療従事者）にとっては、きわめて大きな効果となる。

本発明の実施の形態における超音波診断装置の構成図 本発明の実施の形態における初期化時の処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態における通常動作時の処理を示すフローチャート 本発明の実施の形態における侵襲性動作時の処理を示すフローチャート

以下に、本発明の超音波診断装置の実施の形態を図面とともに詳細に説明する。
図１は本発明の超音波診断装置の実施の形態における超音波診断装置の構成図を示す。
図１に示す超音波診断装置本体８０内には、プローブ１０と接続される送受信手段２０、電源部３０、送受信手段２０に接続される制御部１、制御部１に接続される検出手段７０が備えられ、制御部１に表示手段９０が接続されている。
また、制御部１には、信号処理手段４０、制御手段５０、測定データ保存手段６０が含まれている。

送受信手段２０は、超音波の送信信号をプローブ１０に出力する送信部２１、被検体から返ってくるエコー信号を受信する受信部２２を備えている。

電源部３０は、超音波診断装置本体８０内部品、プローブ１０、表示手段９０が機能するための電源である。また、超音波を生成するための電源としても機能する。

信号処理手段４０は受信部２２から得られる信号を変換するディジタルスキャンコンバータ４１、ディジタルスキャンコンバータ４１で得られる超音波のディジタルデータを保存するフレームメモリ４２から構成され、この信号処理手段４０でエコー信号から超音波診断が得られる画像を生成し、表示手段９０に出力して超音波画像を表示する。

制御手段５０は、システム全体の制御をおこなう。信号処理手段４０は制御手段５０に包括されていてもよい。検出手段７０は、電圧や電流、温度などを検出する手段であり、センサとアナログデジタル変換器もしくはアナログデジタル変換器内蔵のセンサで構成される。

検出手段７０は、電源部３０、送受信手段２０、制御手段５０等の各部分に接続され、それぞれの電圧や電流、温度などの値を検出する。例えば、検出手段７０は温度検出手段としての機能も有しており、この検出手段７０は制御手段５０に接続され、制御手段５０の温度を検出する。

制御手段５０は、システム全体が不安全な状態にならないように温度、電圧低下の有無、過電流といった項目に対して、検出手段７０から得られる値とそれぞれにもっている限界値とを比較して、限界値以上の状態すなわち異常がないかを判定する。また、このような判定を一定時間ごとに実施することで装置が不安全にならないように監視を行っている。
そして、異常が検出された場合には、不安全にならないような処置、例えば電源部３０の電源を落とす、送受信手段２０の送信部２１にて超音波の送信パルスの出力を停止するといったことが実行され、超音波診断装置が機能停止状態になる。

以上のように構成された超音波診断装置の初期化時、通常動作時および侵襲性動作時の処理フローについてそれぞれ図２、図３、図４を用いてその動作を説明する。

図２は初期化時の処理フローについて説明した図面である。

初期化とは、超音波診断装置の電源を入れて起動したときに行う動作である。ただし、初期化は電源を入れるごとに毎回実施されなくてもよい。

電源をつけて超音波診断装置が起動されると(処理フロー２０１)、制御手段５０により超音波診断装置全体の初期化が実行される(処理フロー２０２)。

その後使用者の設定により、自動的に検出手段７０で電圧、電流、温度等の各値を測定する自動テストを実行するか否か判断され（判断フロー２０３）、自動テストを実行すると判断された場合には自動テストが実行される(処理フロー２０４)。
自動テストの実行間隔は使用者が設定することができ、一日に一度、一週間に一度等の設定をすることができる。

判断フロー２０３で自動テストを実行しないと判断された場合には、後述のフロー２１０へ進む。自動テストが実行された場合には、その測定した電圧、電流、温度等のデータが測定データ保存手段６０に保存される(処理フロー２０５)。
そして一定期間測定された自動テストによる測定値の最大値、最小値、平均値等の統計データを算出し（処理フロー２０６）、各統計データが測定データ保存手段６０に格納される(処理フロー２０７)。

その後、自動テストにより測定した値が正常な範囲の値であるか否かを判断し（判断フロー２０８）、自動テストの結果が正常な範囲の値であると判断された場合には、そのあと画面表示等を行い、初期化が完了される(処理フロー２１０)。
また、自動テストの結果が正常な範囲の値ではないと判断された場合には、その旨が警告表示される(処理フロー２０９)。

次に、図３を用いて通常動作時の処理フローについて説明する。ここで、通常動作時とは、超音波診断装置を、穿刺もしくは手術時に使用する術中プローブを使用しているような侵襲性を伴う行為を支援する装置としては用いていない、非侵襲性の行為として用いる時をさす。

通常動作時として装置が動作を開始し（処理フロー３０１）、予め設定された一定時間が経過したか否かを判断し（判断フロー３０２）、一定時間が経過したと判断された場合に、検出手段７０で電圧、電流、温度等の各値の測定が実行される(処理フロー３０３)。次に、その測定された各値がそれぞれ規定の閾値以上であるか閾値未満であるかを判断する（判断フロー３０４）。

ここで、測定された各値が閾値未満である場合には正常値であると判断し、測定された各値が閾値以上である場合には正常値ではないと判断する。
正常値であると判断された場合には、通常動作を終了するか否か判断し（判断フロー３０５）、終了する場合には通常動作を終了する（処理フロー３０６）。
判断フロー３０５で通常動作を終了しないと判断する場合には判断フロー３０２へもどる。

なお判断フロー３０５を省略し、処理を終了すべき指示があるまで判断フロー３０２から判断フロー３０４を繰り返し、処理を終了すべき指示があったときのみ処理フロー３０６に進むようにしてもよい。

また、判断フロー３０４で正常値ではないと判断された場合には、表示手段９０に警告を表示し(処理フロー３０７)、超音波診断装置を機能停止状態にする(処理フロー３０８)。処理フロー３０７における警告は、ディスプレイなどの表示手段に表示してもよいし、音や色によって警告を行っても良い。

また、上記検出手段７０による測定を実行した際に得られる電圧、電流、温度などの各値が正常値の場合には、その得られた値は測定データ保存手段６０に保存され蓄積される。

次に、図４を用いて侵襲性動作時の処理フローについて説明する。

ここで、侵襲性動作時とは、超音波診断装置を、穿刺針もしくは手術時に使用する術中プローブを使用しているような侵襲性を伴う行為を支援する装置として用いる時をさす。

超音波診断装置は上述した通常動作と、穿刺針もしくは手術時に使用する術中プローブを使用しているような侵襲性を伴う行為を支援する装置として用いる場合がある。
そこで、通常動作時のモードと侵襲性動作時のモードを切り替える構成としたり、通常動作終了時に自動的に侵襲性動作時のモードへ切り替わる構成としたりする。
侵襲性動作時として装置が動作を開始し（処理フロー４０１）、プローブを変更した場合等はプローブに合わせて設定が初期化され（処理フロー４０２)、例えば穿刺モードの場合では表示手段９０に穿刺のためのガイドを表示したりしてもよい（処理フロー４０３）。

そして、通常動作時に測定され、測定データ保存手段６０に保存されている電圧、電流、温度などの各値に基づいて、第１の閾値を設定する（処理フロー４０４）。
第１の閾値は、通常動作時に測定された値で正常値と判断され、測定データ保存手段６０に保存された各値の最大値や最小値、平均値といった統計処理により得られる。また、プローブを使用する前の、装置が置かれている環境に依存する値として初期化時に測定データ保存手段６０に保存された値もあわせて第１の閾値を設定してもよい。第１の閾値設定の詳細は後述する。

次に、検出手段７０で電圧、電流、温度等の各値の測定が実行される(処理フロー４０５)。

次に、その測定された各値がそれぞれ第１の閾値以上であるか第１の閾値未満であるかを判断する（判断フロー４０６）。
ここで、測定された各値が第１の閾値未満である場合には正常値であると判断し、測定された各値が第１の閾値以上である場合には正常値ではないと判断する。

正常値であると判断された場合には、予め設定された一定時間が経過したか否かを判断し（判断フロー４０７）、一定時間が経過したと判断された場合には、検出手段７０で電圧、電流、温度等の各値の測定を実行する処理フロー４０５にもどる。

一定時間が経過したと判断されない場合には、侵襲性動作を終了するか否か判断し（判断フロー４０８）、終了する場合には侵襲性動作を終了する（処理フロー４０９）。

判断フロー４０８で侵襲性動作を終了しないと判断する場合には判断フロー４０７へもどる。

なお判断フロー４０８を省略し、処理を終了すべき指示があるまで処理フロー４０５から判断フロー４０７までを繰り返し、処理を終了すべき指示があったときのみ処理フロー４０９に進むようにしてもよい。この場合、判断フロー４０７で一定時間が経過するまで処理フロー４０５が実行されず、一定時間が経過すると処理フロー４０５に戻る。

また、判断フロー４０６で正常値ではないと判断された場合には、その値が第２の閾値以上であるか第２の閾値未満であるか判断する（判断フロー４１０）。

ここで、第２の閾値とは、第１の閾値より高く、通常は、通常動作時に閾値としていた値に等しい。

判断フロー４１０で、検出手段７０で測定した値が第２の閾値以上であると判断された場合、表示手段９０に警告を表示し(処理フロー４１１)、超音波診断装置を機能停止状態にする(処理フロー４１２)。

処理フロー４１１における警告は、ディスプレイなどの表示手段に表示してもよいし、音や色によって警告を行っても良い。

判断フロー４１０で、検出手段７０で測定した値が第２の閾値未満であると判断された場合、第２の閾値に達するまでの時間すなわち安定して動作できる時間を算出する（処理フロー４１３）。

処理フロー４１３で算出した時間は表示手段９０に表示してもよいし、音で伝わるようにしてもよい。また、第１の閾値以上であることがわかるように表示手段９０に警告を表示する(処理フロー４１４)。

処理フロー４１４における警告は、ディスプレイなどの表示手段９０に表示してもよいし、音や色によって警告を行っても良い。

第１の閾値に達した時点で警告を行うことによって、機能を停止しなければならない第２の閾値に達するよりも前に、使用者がもうすぐ第２の閾値に達するであろうことを余裕をもって把握することができる。

これにより、穿刺針や術中プローブ等を使用しているときに、超音波診断装置が突然機
能停止に陥る状態になることを避けることができ、第１の閾値に達した時点で使用者がそのまま穿刺や術中の作業等を進めるか、穿刺や術中の作業等をとりやめるか、別の装置を持ってくるか等の作業判断をしやすいようにすることができる。

なお、処理フロー４１３で算出した時間と、測定値と、第２の閾値を同時に表示手段９０に表示してもよい。同時に表示することで、装置の状態をよりわかりやすく認識することができ、使用者のその後の作業判断がよりやり易くなる。

そして、判断フロー４０７へとすすむ。検出手段７０で検出する値が第１の閾値を超えた場合には、処理フロー４０５の後、判断フロー４０６を省略し、判断フロー４１０へ進むように設定してもよい。なお、検出手段７０による測定を実行した際に得られる電圧、電流、温度などの各値は、測定データ保存手段６０に保存される。

また、検出した値が第１の閾値に達したときに、あらかじめ想定できる対応案、例えば温度上昇に対しては温度の上昇速度を低下させるために、動作補償範囲内での電源電圧低下などの温度上昇抑制手段の実行、制御手段５０に含まれるＣＰＵの負荷低減のため、検出手段７０により測定値を検出する時間間隔を延ばすといった制約事項を加えることで警告メッセージを表示してから機能停止にいたるまでの時間をさらに延ばす可能性を増大させることができる。

また、検出した値が第１の閾値以上であるとして警告するとき、それまでの動作状態を維持した状態で使用を継続するか、上述したようなＣＰＵの負荷低減や、電源電圧低下といった温度上昇抑制手段の実行などの使用制限を加えることにより機能停止までの使用可能時間を延ばすようにするかを使用者が選択できるようにすることもできる。この場合、画質や異常検出の性能を優先するか、使用可能時間を優先するかを使用者が選択することができる。

以下に第１の閾値の設定方法について、検出手段７０で検出する対象が、温度検出手段に接続された制御手段５０周辺の温度である場合の例を示す。

例えば、超音波診断装置の制御手段５０の温度の限界値が１００℃であり、通常動作時に機能停止にする閾値を９０℃であるとする。また、通常動作時に測定データ保存手段６０で保存していた測定温度の最大値が７０℃、平均値が５０℃であるとする。このとき、第１の閾値の算出方法は例えば次のように求められる。

侵襲性動作時の第１の閾値を例えば通常動作時に機能停止にする閾値から通常動作時に測定データ保存手段６０で保存していた測定温度の最大値を引いた値の１／２の値を通常動作時に測定データ保存手段６０で保存していた測定温度の最大値に足した値であると設定しておく。すなわち、この場合、第１の閾値は８０℃となる。

このように、測定した値の平均値など蓄積した複数のデータに基づいて第１の閾値を算出するので、使用回数が増えるとそれらのデータを用いて統計処理され、第１の閾値を算出する精度が上がる。

なお、第１の閾値の算出方法は、測定データ保存手段６０に保存されていた値に基づいて算出すればよく、上記第１の閾値の算出方法は一例であって、これに限られない。例えば、温度ばらつきが正規分布すると仮定して有意水準９９パーセントで推定した値から閾値を算出してもよい。

次に、検出手段７０で測定した値が第２の閾値に達していないと判断された場合、第２
の閾値に達するまでの時間すなわち安定して動作できる時間を算出する方法について説明する。

例えば、検出手段７０で測定した値であって第１の閾値以上となった値を第１の温度とすると、第１の温度から第２の閾値に達するまでの時間の推定は、第１の温度より、第１の温度と第２の閾値の差の温度分だけ低い温度から第１の温度に到達するまでにかかった時間に基づいて算出される。

具体的に説明すると、例えば第１の閾値が８０℃であるとし、第１の温度が第１の閾値と等しいとする。第２の閾値が９０℃であるとすると、第１の温度と第２の閾値の差は１０℃である。第１の温度から１０℃低い温度である７０℃から、第１の温度に上昇するまでに要した時間が１時間である場合、第１の温度から第２の閾値に達するまでの時間は温度上昇が線形に変化すると仮定して１時間であると算出することができる。

第１の温度より、第１の温度と第２の閾値の差の温度分だけ低い温度から第１の温度に到達するまでにかかった時間は、通常動作時又は侵襲性動作時に測定された過去の値の平均値を用いてもよい。このようにすると、使用回数が増えるにつれて、時間を算出する精度が上がる。

ここで、時間算出のための時間データについては、各測定値を測定データ保存手段６０に保存する際に時間データについても同時に記録する。そのときの時刻を記録してもよいし、起動時などの基準時からの経過時間を記録してもよい。

また、検出手段７０で検出する測定値が温度ではなく、電圧や電流を測定する例としては、プローブの表面温度上昇による低温やけどの回避のため、検出手段７０で送信部２１における電圧や電流を測定してプローブの表面温度上昇を推定する場合などが想定される。上記実施の形態では温度を例に第１の閾値の算出や時間の算出について説明を行ったが、検出手段７０で検出する値が電圧や電流であっても、同様に測定データ保存手段６０で保存していた測定値に基づいて算出してもよい。

以上のように本発明は、温度等の検出手段が監視している値が、装置の機能を停止させるべき所定の第２の閾値に達する前に異常を検出する第１の閾値を設けることで、実際に機能停止状態に至るまでの時間を予測し、それを知らしめることできる。
このため、作業者は、その予測に基づき、作業（例えば手術）をそのまま継続したり、適切な状態で一時中断したりすることもでき、適切な作業が実行できるものとなる。
したがって、例えば手術時等に活用する超音波診断装置として期待されるものである。

１ 制御部
１０ プローブ
２０ 送受信手段
２１ 送信部
２２ 受信部
３０ 電源部
４０ 信号処理手段
４１ ディジタルスキャンコンバータ
４２ フレームメモリ
５０ 制御手段
６０ 測定データ保存手段
７０ 検出手段
８０ 超音波診断装置本体
９０ 表示手段
２０１ 起動
２０２ 初期化
２０３ 自動テスト実施判定
２０４ 自動テスト実行
２０５ データ記録
２０６ データ処理
２０７ データ記録
２０８ 正常動作判定
２０９ 警告
２１０ 初期化終了
３０１ 通常動作起動
３０２ 時間経過判定
３０３ 測定実行
３０４ 正常動作判断
３０５ 終了判断
３０６ 通常動作終了
３０７ 警告
３０８ 機能停止
４０１ 侵襲性動作起動
４０２ 初期化
４０３ ガイド表示
４０４ 第１の閾値の設定
４０５ 測定実行
４０６ 正常動作判断
４０７ 時間経過判断
４０８ 終了判断
４０９ 侵襲性動作終了
４１０ 第２の閾値判断
４１１ 警告
４１２ 機能停止
４１３ 安定動作時間推定
４１４ 警告

Claims (9)

1. プローブに信号を送信する送信部と、
   前記プローブから信号を受信する受信部と、
   前記送信部及び前記受信部に接続された制御部と、
   前記制御部に接続された表示手段と、
   前記制御部に接続された温度検出手段とを備え、
   前記制御部は、
   前記温度検出手段で検出する温度の測定データを保存する測定データ保存手段と、
   前記測定データに基づいて第１の閾値を設定する手段と、
   前記温度検出手段で検出する温度が前記第１の閾値以上である場合に警告する手段と、
   前記温度検出手段で検出する温度が前記第１の閾値よりも高い値であり予め設定された第２の閾値以上である場合に機能を停止する手段と、
   を有する超音波診断装置。
2. 前記制御部は、温度検出手段で検出した第１の温度が前記第１の閾値以上であるときに、前記測定データに基づいて前記第２の閾値に達するまでの到達時間を算出する算出手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記算出手段は、前記第１の温度より、前記第１の温度と前記第２の閾値の差の温度分だけ低い温度から、前記第１の温度に到達するまでにかかった時間に基づいて、前記到達時間を算出する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記算出手段が適用する第１の温度は、前記第１の閾値であることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記表示手段は、前記算出手段で算出した時間を表示することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
6. 前記表示手段は、前記検出手段で検出した温度及び第２の閾値を表示することを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記制御部は、前記第１の閾値を超えたときに前記温度の上昇の速度を低下させる温度上昇抑制手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
8. 前記制御部は、第１の閾値を超えたときに、前記温度上昇抑制手段を実行するか否か選択できる選択手段を備えることを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 前記制御部は、第１の閾値と前記第２の閾値を持つモードと、前記第１の閾値がなく前記第２の閾値を持つモードを切り替える切替手段を備えることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置。
   

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