JP2014097372A - 超音波診断装置及び超音波探触子 - Google Patents

Abstract

【課題】温度センサーの数を増加させても超音波探触子の操作性を維持すること。
【解決手段】超音波診断装置は、超音波探触子と画像生成部と表示部と制御部とを備える。超音波探触子は、被検体に対して超音波を送受信する。画像生成部は、超音波探触子から受信した反射波から画像データを生成する。表示部は、画像データを表示する。制御部は、超音波探触子による超音波の送受信を制御する。また、超音波探触子は、超音波探触子の温度を測定する複数の温度センサーと、複数の温度センサー各々と接続され、当該複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えて温度検出器に出力する切替回路とを備える。そして、制御部は、複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の時間間隔で切替えるように前記切替回路に指示する指示部と、温度検出器により測定された温度が設定温度の範囲内であるか否かを判定する判定部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置及び超音波探触子に関する。

従来、超音波診断装置では、被検体に接触する超音波探触子の表面の温度が上昇する場合がある。このため、超音波診断装置は、温度センサーを超音波探触子の音響モジュールに実装し、被検体との接触面の温度を監視する。そして、超音波診断装置は、接触面の異常な温度上昇を検出した場合、駆動条件を低く抑えたり、過度の温度上昇の際には動作を停止したりして、被検体の安全を保つ。

また、例えば、被検体との接触面が広い腹部用のコンベックスプローブの場合、中央の一か所に備えられた温度センサーだけでは端部の局所的な温度の上昇を検出できないので、音響モジュールには複数の温度センサーが実装される。しかし、この複数の温度センサーの各々に対してプローブケーブルの電線及びプローブコネクタのピンを割り振ると、プローブケーブルが太く重たいものとなる。

特開２００９−１４８３３９号公報

本発明が解決しようとする課題は、温度センサーの数を増加させても超音波探触子の操作性を維持することができる超音波診断装置及び超音波探触子を提供することである。

実施形態の超音波診断装置は、超音波探触子と画像生成部と表示部と制御部とを備える。超音波探触子は、被検体に対して超音波を送受信する。画像生成部は、超音波探触子から受信した反射波から画像データを生成する。表示部は、画像データを表示する。制御部は、超音波探触子による超音波の送受信を制御する。また、超音波探触子は、超音波探触子の温度を測定する複数の温度センサーと、複数の温度センサー各々と接続され、当該複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えて温度検出器に出力する切替回路とを備える。そして、制御部は、複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の時間間隔で切替えるように前記切替回路に指示する指示部と、温度検出器により測定された温度が設定温度の範囲内であるか否かを判定する判定部とを備える。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を示す図である。 図２は、第１の実施形態に係る送信回路の構成の一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る受信回路の構成の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る制御部によるセンサーラインの切替え処理の動作を説明する図である。 図５は、第１の実施形態に係る制御部による処理手順の一例を示すフローチャートである。 図６は、超音波探触子内に切替回路を有さずに、温度センサーの数を増加させた場合のプローブケーブル及び接続部の構成の一例を示す図である。 図７は、第２の実施形態に係る超音波診断装置の構成の一例を示す図である。 図８は、第２の実施形態に係る制御部によるセンサーラインの切替え処理の動作を説明する図である。 図９は、第３の実施形態に係る指示部の処理動作を説明するための図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る超音波診断装置及び超音波探触子を説明する。なお、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成の一例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、超音波診断装置本体１０と、超音波探触子（超音波プローブ）５０とを有する。また、超音波診断装置本体１０と、超音波探触子５０とは、接続部２及びプローブケーブル３を介して接続される。

超音波診断装置本体１０は、受信走査回路２１と、画像生成部２２と、表示部２５と、温度検出器３０と、制御部４０とを有する。

受信走査回路２１は、後述する超音波探触子５０が有する受信回路８０内で遅延加算された信号を、プローブケーブル３を介して受信する。そして、受信走査回路２１は、受信した信号に対してさらに信号振幅調整や遅延加算等の処理を行う。そして、受信走査回路２１は、処理した信号を画像生成部２２に出力する。

画像生成部２２は、血流情報検出器２２ａと、振幅検出器２２ｂと、表示処理部２２ｃとを有する。血流情報検出器２２ａは、受信走査回路２１の出力が基準クロックとともに供給される。そして、血流情報検出器２２ａは、平均速度（または最高速度）、速度分布（または速度分布幅）、血流からの散乱パワー情報を表示処理部２２ｃに供給する。すなわち、血流情報検出器２２ａは、ドプラ画像情報を表示処理部２２ｃに出力する。

振幅検出器２２ｂは、受信走査回路２１の出力が供給される。振幅検出器２２ｂは、各ラスタ方向における超音波ビームの反射波の強度を検出する。振幅検出器２２ｂは、各ラスタの輝度情報、すなわちＢモード画像（断層像）情報を表示処理部２２ｃに出力する。

表示処理部２２ｃは、画像情報から表示用の画像データを生成する。すなわち、超音波探触子５０のラスタは扇状であり、表示部２５のラスタは通常のテレビジョン方式と同様に横方向であるので、表示処理部２２ｃは、血流情報検出器２２ａ及び振幅検出器２２ｂから入力した画像データのラスタ方向（スキャン方向）を変換する処理を行って表示部２５に出力する。表示部２５は、画像生成部２２により生成された画像データを表示する。

温度検出器３０は、後述する切替回路５９から出力された信号に基づいて、温度を測定する。例えば、温度検出器３０は、切替回路５９から出力された信号から抵抗値を測定し、抵抗値から温度を測定する。温度検出器３０は、測定した温度を制御部４０に出力する。なお、温度検出器３０が測定した抵抗値を制御部４０に出力し、制御部４０が温度検出器３０により測定された抵抗値から温度を算出するようにしてもよい。

制御部４０は、情報処理装置としての機能を実現する制御プロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）であり、超音波診断装置１の処理全体を制御する。例えば、制御部４０は、超音波探触子５０による超音波の送受信を制御する。

また、例えば、制御部４０は、指示部４１と、判定部４２と、変更部４３とを有し、温度検出器３０により検出された温度の監視を行う。制御部４０は、異常の程度により、ハードウェアによる強制的な動作停止の動作ができるようにされている。なお、制御部４０が有する指示部４１、判定部４２及び変更部４３の詳細については、図４を用いて後述する。

超音波探触子５０は、一般的には電子走査型の超音波プローブであり、音響モジュール５１と、温度センサー５３〜５６と、センサーライン５７と、基準センサー５８と、切替回路５９と、電子回路６０とを有する。

音響モジュール５１は、１次元又は２次元に配列された多数の超音波振動子からなる。多数の超音波振動子は、超音波探触子５０の種類によりリニアに配列されている場合や曲率を持った形状で配列されている場合がある。各振動子に与える電圧のタイミングを変えることにより超音波ビームを電子的に扇状に走査することや、フォーカスさせることができ、使用する素子範囲を移動させることにより超音波ビームの発生位置を移動させる事ができる。

また、この音響モジュール５１には被検体との接触面の温度検出用の複数の温度センサー５３〜５５が埋め込まれている。これらに加えて、電子回路６０の温度検出用の温度センサー５６も実装されている。なお、これらの温度センサー５３〜５６は、例えば、サーミスタであり、温度の変化に対して抵抗値が変化する。基準センサー５８は、所定の抵抗値を有する抵抗体である。言い換えると、基準センサー５８は、温度によって抵抗値が変化しない。なお、基準センサー５８は、温度センサー５３〜５６から出力される信号から温度推定をする温度検出系の校正に利用される。

また、これらの温度センサー５３〜５６の信号線及び基準センサー５８の信号線の一方は、切替回路５９に接続される。切替回路５９は、１本のセンサーライン５７と接続される。そして、切替回路５９は、温度センサー５３〜５６の信号線及び基準センサー５８の信号線のいずれか一つの信号線を選択してセンサーライン５７に信号を出力する。切替回路５９から出力された信号は、プローブケーブル３及び接続部２を通じて超音波診断装置本体１０内の温度検出器３０に入力される。また、温度センサー５３〜５６の信号線及び基準センサー５８の信号線の他方は、グランドに接地される。

超音波探触子５０内の音響モジュール５１に配置された超音波振動子は、電子回路６０が有する送信回路７０及び受信回路８０に接続され、各素子の超音波の送受信を行う。

送信回路７０は、超音波探触子５０に駆動信号を供給する。なお、送信回路７０の詳細な構成については図２を用いて後述する。受信回路８０は、超音波探触子５０が受信した反射波信号を遅延加算し、遅延加算した信号を、プローブケーブル３を通じて超音波診断装置本体１０に出力する。この結果、受信回路８０により遅延加算された信号が、受信走査回路２１に入力される。なお、受信回路８０の詳細な構成については図３を用いて後述する。

次に、図２を用いて送信回路７０の構成を説明する。図２は、第１の実施形態に係る送信回路７０の構成の一例を示す図である。図２に示すように、送信回路７０は、論理回路電源７１と、高圧電源７２と、送信制御回路７３と、基準信号遅延回路７４と、パルス発生器７５と、レベル変換器７６とを有する。

論理回路電源７１は、送信遅延用の電源を基準信号遅延回路７４に供給する。また、論理回路電源７１は、駆動パルスを発生するための電源をパルス発生器７５に供給する。高圧電源７２は、レベル変換器７６で使用される高圧電源を供給する。論理回路電源７１及び高圧電源７２の電源は、プローブケーブル３から供給される。

送信制御回路７３は、基準信号遅延回路７４と、パルス発生器７５と、レベル変換器７６とを制御する。

基準信号遅延回路７４は、プローブケーブル３経由で送られるクロック、基準タイミング信号を素子毎に遅延をかける。基準信号遅延回路７４は、それぞれ異なる遅延時間の多数の遅延線からなり、それぞれの遅延線の出力が多数の振動子のそれぞれに供給される。この遅延時間を変更することにより、超音波探触子５０から照射される超音波ビームの方向（ラスタ方向）を任意の方向に変更することができる。

パルス発生器７５は、基準タイミング信号により一定の周期で駆動パルスをレベル変換器７６に供給する。なお、この周期の逆数が超音波ビームの繰り返し周波数（レート周波数）である。レベル変換器７６は、高圧パルスを発生させ、音響モジュール５１の素子に供給する。

次に、図３を用いて受信回路８０の構成を説明する。図３は、第１の実施形態に係る受信回路８０の構成の一例を示す図である。図３に示すように、受信回路８０は、受信回路用電源８１と、受信制御回路８２と、前置増幅器８３と、受信部分遅延加算回路８６とを有する。

受信回路用電源８１は、前置増幅器８３と、受信部分遅延加算回路８６とに電源を供給する。受信制御回路８２は、前置増幅器８３と、受信部分遅延加算回路８６とを制御する。

前置増幅器８３は、低雑音増幅器８４とＴＧＣ（Time Gain Compensation）回路８５とを有し、受信した反射波信号の振幅を適切な振幅に調整する。低雑音回路８４は、固定の増幅度を持つ低雑音の増幅器である。ＴＧＣ回路８５は、受信期間に増幅度を変化させて、近距離の強い信号の増幅度を落とし、遠距離の微弱な信号の増幅度を上げる。これによりＴＧＣ回路８５は、以降の回路のダイナミックレンジが狭くても実用的な飽和や雑音特性劣化が起きないようにする。

受信部分遅延加算回路８６は、素子ごとに異なる遅延を与えられた上に複数の素子の信号を加算する。例えば、受信部分遅延加算回路８６は、複数の素子の信号が指向性を形成するように加算して信号線数を減少させて、受信走査回路２１で最終的な受信指向性を形成する。この時の各素子の遅延は受信したい方向に応じて調整を行う。加算する素子の数は、たとえば、素子数が４千素子でプローブケーブルのチャネル数が２００の場合は、２０素子ごとに加算を行い、プローブケーブルのチャネル数に収まるようにして、プローブケーブル３及び接続部２を介して超音波診断装置本体１０に伝送される。

これらの超音波探触子５０内の送信回路７０において、超音波の送信による損失によって、超音波探触子５０の内部温度が上昇する。また、超音波探触子５０内の受信回路８０において、バイアス電流により消費電力が消費され、超音波探触子５０の内部温度が上昇する。また、音響モジュール５１でも振動素子の損失、背面に伝わる音響エネルギーの減衰材での吸収、音響放射面のゴムなどの生体介在体における音響エネルギーの損失などによって生じた熱により、音響モジュール５１や超音波探触子５０の外装の温度が上昇する。この温度が異常に上昇し被検体及び検査者に危害を及ぼす事がないように、超音波探触子５０内に温度検出用の温度センサー５３〜５５を設けてこれらの温度を監視する。

図４は、第１の実施形態に係る制御部４０によるセンサーライン５７の切替え処理の動作を説明する図である。図４に示すように、音響モジュール５１の温度を検出する温度センサー５３〜５５の信号線、電子回路６０の温度を検出する温度センサー５６の信号線及び基準センサー５８の信号線の一方は、共通に接続され、電子回路６０の基板のグランドに接地する。また、温度センサー５３〜５６の信号線及び基準センサー５８の信号線の他方は、切替回路５９に接続される。

切替回路５９は、１本のセンサーライン５７と接続される。すなわち、切替回路５９は、温度センサー５３〜５６の信号線及び基準センサー５８の信号線の数を１本のセンサーライン５７に軽減する。

切替回路５９の制御は超音波診断装置本体１０より接続される制御線により行う。切替回路５９は、温度センサー５３〜５６又は基準センサー５８の中から制御部４０から指定されたいずれか一つの信号線を、センサーライン５７に有効に接続する。そして、センサーライン５７は、プローブケーブル３を通じて接続部２に接続される。この接続部２を介して、超音波探触子５０と超音波診断装置本体１０とが接続される。

また、温度センサー５３〜５６の信号線及び基準センサー５８の信号線が共通に接続された信号線もプローブケーブル３を通じて接続部２に接続される。この接続部２を介して、超音波探触子５０と超音波診断装置本体１０とが接続される。

接続部２には、センサーライン５７に接続される超音波探触子５０とのコネクタ２ａと超音波診断装置本体１０とのコネクタ２ｂの間に接触抵抗がある。また、接続部２には、温度センサー５３〜５６及び基準センサー５８に共通接続された他方の信号線とのコネクタ２ｃと超音波診断装置本体１０とのコネクタ２ｄの間に接触抵抗がある。これら接触抵抗は、正常な状態では１オーム以下である。しかし、ごみの付着などで接触が悪い場合は、数オームの抵抗が発生する。

超音波診断装置本体１０において、コネクタ２ｂ及びコネクタ２ｄは、温度検出器３０に接続される。そして、温度検出器３０は、制御部４０と接続される。

温度検出器３０は、温度センサー５３〜５６のいずれか一つが選択された場合に、抵抗値を測定し、測定した抵抗値から温度を測定する。そして、温度検出器３０は、測定した温度を制御部４０に通知する。

また、温度検出器３０は、基準センサー５８が選択された場合に、例えば、抵抗値が基準センサーの抵抗値の期待値との差が１オーム以下である場合、温度が正常であることを制御部４０に通知する。一方、温度検出器３０は、基準センサー５８が選択された場合に、例えば、数オームの抵抗値の差が発生することを検出すると、温度検出系が異常であることを制御部４０に通知する。

制御部４０は、上述したように、指示部４１と、判定部４２と、変更部４３とを有する。指示部４１は、温度センサー５３〜５６及び基準センサー５８のいずれか一つとの接続を有効な状態に切替える旨を切替回路５９に指示する。例えば、指示部４１は、超音波診断装置１による走査を開始する前に、基準センサー５８との接続を有効な状態に切替える旨を切替回路５９に指示する。

また、指示部４１は、複数の温度センサー５３〜５６のいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の順序で切替えることを判定部４２によって許可された場合、複数の温度センサー５３〜５６のいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の順序で切替える旨を切替回路５９に指示する。

判定部４２は、所定の抵抗値を有する基準センサー５８が選択された場合に、接続部２のコネクタ間の接続状態が正常であるか否かを判定する。例えば、判定部４２は、基準センサー５８が選択された場合に、温度検出器３０から温度が正常であると通知されると、接続部２のコネクタ間の接続状態が正常であると判定する。一方、判定部４２は、基準センサー５８が選択された場合に、温度検出器３０から温度が異常であると通知されると、接続部２のコネクタ間の接続状態が異常であると判定する。なお、接続部２のコネクタ間の接続状態が正常である場合とは、切替回路５９と、温度検出器３０及び制御部４０との接続が正常であることを示す。

ここで、判定部４２は、接続部２のコネクタ間の接続状態が正常である場合に、温度センサー５３〜５６のいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の順序で切替えることを指示部４１に許可する。

また、判定部４２は、複数の温度センサー５３〜５６のうち、温度検出器３０により測定された温度が所定の閾値以上である場合に、超音波探触子５０の温度が異常であると判定する。

変更部４３は、判定部４２により超音波探触子５０の温度が異常であると判定された場合、超音波診断装置１による消費電力を、超音波探触子５０の温度が正常であると判定された場合の消費電力よりも低減させる。

また、変更部４３は、判定部４２により超音波診断装置１による診断が可能であると判定された場合に、低減させた消費電力を低減させる前の消費電力に変更する。なお、変更部４３による処理の詳細については、図５を用いて後述する。

次に図５を用いて、制御部４０による処理手順を説明する。図５は、第１の実施形態に係る制御部４０による処理手順の一例を示すフローチャートである。

指示部４１は、対象となるプローブが本体に接続されると、切替回路５９を制御して、基準センサー５８を選択させる（ステップＳ１０１）。そして、判定部４２は、基準センサー５８が選択された状態において、温度検出器３０により測定された温度が正常であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。

ここで、判定部４２は、測定された温度が正常ではないと判定する場合（ステップＳ１０２、Ｎｏ）、コネクタの差し直しを利用者に報知し（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０１に移行する。

ここで、測定された温度が正常ではないと判定する場合、コネクタピンの接触不良やプローブケーブル３の電線の不良で経路の抵抗値が増大する。この結果、測定された温度は規定値より低く測定される。これにより、制御部４０は、超音波探触子５０の温度検出系の不良を認識でき、利用者にコネクタの差し直しを報知できる。なお、繰返して異常になる場合は超音波探触子５０に通電して使用する事を禁止する旨を報知させてもよい。これにより、超音波診断装置１は、被検体の安全を保つことができる。

また、基準センサー５８を選択した測定において、例えば、基準センサー５８の抵抗値の期待値との差が１．２Ω等に対応する微かな増大の抵抗値を繰り返し安定して測定される場合がある。係る場合は、抵抗の増大分により各センサーの抵抗値を補正したうえで、超音波探触子５０の使用を開始する事も可能である。なお、この場合は利用者に注意喚起を表示した上で、温度検出の補正をして使用を開始することが望ましい。

判定部４２は、測定された温度が正常であると判定する場合（ステップＳ１０２、Ｙｅｓ）、超音波探触子５０に通電を行う（ステップＳ１０４）。これにより、超音波診断装置１による画像データの取得が開始される。そして、指示部４１は、超音波診断装置１により画像データの取得を行う期間、音響モジュール５１が有する複数の温度センサー５３〜５５を一定の間隔で切り替える旨を切替回路５９に指示する（ステップＳ１０５）。

そして、判定部４２は、超音波探触子５０の被検体との接触面において異常な温度上昇はないか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、判定部４２によって、超音波探触子５０の被検体との接触面において異常な温度上昇があると判定された場合（ステップＳ１０６、Ｎｏ）、指示部４１は、基準センサー５８に切り替える旨を切替回路５９に指示する（ステップＳ１０７）。なお、この場合、例えば、電力を消費する動作を一旦停めてもよい。

そして、判定部４２は、温度検出器３０により測定された温度が正常であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここで、判定部４２によって、測定された温度が正常であると判定される場合（ステップＳ１０８、Ｙｅｓ）、変更部４３は、音響出力を低下させ（ステップＳ１０９）、受信電力を抑制する（ステップＳ１１０）。

続いて、指示部４１は、判定部４２によって異常に温度上昇した温度センサー５３〜５６に切り替える旨を切替回路５９に指示する（ステップＳ１１１）。そして、判定部４２は、音響出力を低下させた状態及び又は受信回路８０の電力を抑制した状態で画像取得を行い、音響モジュール５１の温度が正常範囲内に低下したか否かを判定する（ステップＳ１１２）。なお、超音波探触子５０が正常な制御下にある場合、通常、温度が低下する。

ここで、判定部４２によって、温度が低下したと判定された場合（ステップＳ１１２、Ｙｅｓ）、変更部４３は、音響出力レベル及び受信回路電力の状態を変更前の音響出力レベル及び受信回路の電力に戻す（ステップＳ１１３）。このステップＳ１１３の処理の後、ステップＳ１０５に移行する。これにより、超音波診断装置１による画像データの取得が継続される。

また、ステップＳ１０８において、判定部４２は、測定された温度が正常ではないと判定する場合（ステップＳ１０８、Ｎｏ）、超音波診断装置１による画像データの取得を停止させ（ステップＳ１１４）、処理を終了する。また、ステップＳ１１２において、判定部４２は、温度が低下していないと判定する場合（ステップＳ１１２、Ｎｏ）、超音波診断装置１による画像データの取得を停止させ（ステップＳ１１４）、処理を終了する。

また、ステップＳ１０６において、判定部４２によって、超音波探触子５０の被検体との接触面において異常な温度上昇がないと判定される場合（ステップＳ１０６、Ｙｅｓ）、制御部４０は、走査の終了を受付けたか否かを判定する（ステップＳ１１５）。

ここで、制御部４０により、走査の終了を受付けていないと判定される場合（ステップＳ１１５、Ｎｏ）、指示部４１は、ステップＳ１０５に移行して、温度センサー５３〜５５の切り替えを切替回路５９に指示する。一方、制御部４０は、走査の終了を受付けたと判定する場合（ステップＳ１１５、Ｙｅｓ）、処理を終了する。

なお、一旦温度が低下した後に正常レベルの電力使用状態に戻すと短時間で異常温度が検出される場合は、異常があると判断して、使用を停止させてもよい。

また、極めて短時間に大幅な異常温度上昇が検出される場合はプローブ又は制御の異常により過度に異常な温度上昇があると判断して、使用を停止させてもよい。

上述したように、第１の実施形態によれば、信号線の数を軽減することができる。このため、複数の温度センサーの各々に対してプローブケーブルの電線及びプローブコネクタのピンを割り振ることで、プローブケーブルが太く重たくなるのを回避することができる。これにより、第１の実施形態によれば、温度センサーの数を増加させても超音波探触子の操作性を維持することができる。

図６は、超音波探触子５０内に切替回路５９を有さずに、温度センサーの数を増加させた場合のプローブケーブル３及び接続部２の構成の一例を示す図である。なお、図４に示した各部と同じ構成部については、同一の符号を付与する。

図６において、複数の温度センサー５３〜５６の信号線の各々は、プローブケーブル３を介して、接続部２に接続される。接続部２では、また、接続部２において、温度センサー５３〜５６の信号線の各々は、コネクタで接続されて超音波診断装置本体１０が有する切替回路５９に接続される。ここで、温度センサー５３〜５６からの各信号線は、冗長化されており並列に接続される。このため、接続部２では、温度センサーの数が４つに対して、コネクタのピンの数が９個になる。このように、複数の温度センサーの各々に対してプローブケーブル３の電線及びプローブコネクタのピンを割り振ることで、プローブケーブル３が太く重たくなる。

一方、第１の実施形態に係る超音波診断装置によれば、複数の温度センサー５３〜５６の信号線の各々は、切替回路５９に接続され、プローブケーブル３には１本のセンサーライン５７しか割り振られない。また、これにより、接続部２では、温度センサーの数が４つに対して、コネクタの数が４個になる。このように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１によれば、プローブケーブル３が太く重たくなるのを回避することができる。

この実施形態ではサーミスタを使用した温度検出の例で説明したが、他の温度検出素子でも同様の構成とすることが可能である。また、切替回路５９が送信受信回路と同じ基板に実装される例で説明したが、プローブケーブルコネクタよりプローブ側に切換器があれば、別の基板に実装されていても同様の効果を発揮できる。

超音波探触子５０として、この超音波探触子５０内に送受信に関わる電子回路６０（送信回路７０及び受信回路８０）が内蔵されている例を説明したが、単に素子を切り替えるスイッチしか内蔵しない超音波探触子５０や、超音波診断装置本体１０に送信回路７０及び受信回路８０を有し電子回路６０を有していない超音波探触子５０に温度センサー５３〜５６の切り替え回路を構成しても同様の効果を得る事が出来る。もちろん２次元アレイの超音波探触子５０だけでなく、１次元アレイの超音波探触子５０にも適用する事が可能である。

なお、図１及び図４に示す制御部４０は、変更部４３を有さず、指示部４１と、判定部４２とを有するように構成されてもよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、超音波探触子５０内に、温度検出器３０及び制御部４０を有する場合を示す。図７は、第２の実施形態に係る超音波診断装置１ａの構成の一例を示す図である。図７に示すように、第２の実施形態に係る超音波診断装置１ａは、超音波診断装置本体１０ａと、超音波探触子（超音波プローブ）５０ａとを有する。なお、図１に図示した各部と同様の構成については、同一の符号を付与し、詳細な説明を省略する。

図７において、図１と異なる点は、超音波診断装置本体１０ａが、温度検出器３０及び制御部４０を有さないことである。

図８は、第２の実施形態に係る制御部４０によるセンサーライン５７の切替え処理の動作を説明する図である。なお、図４に図示した各部と同様の構成については、同一の符号を付与し、詳細な説明を省略する。

図８において、図４と異なる点は、温度センサー５３〜５６の信号線及び基準センサー５８の信号線が共通に接続された信号線が、温度検出器３０と接続する点である。また、この温度検出器３０は、超音波探触子５０内で制御部４０と接続される。

図８において、基準センサー５８が選択された場合、切替回路５９がセンサーラインに出力した信号は、接続部２から超音波診断装置本体１０ａを経由して温度検出器３０に入力される。また、図８において、複数の温度センサー５３〜５６のいずれか一つが選択された場合、切替回路５９がセンサーラインに出力した信号は、図示しないスイッチ等により図８中のＡとＢとが短絡された経路を介して温度検出器３０に入力される。

また、超音波診断装置１において、超音波探触子５０が温度検出器３０を有し、超音波診断装置本体１０ａが制御部４０を有するように構成されてもよい。また、超音波診断装置１において、制御部４０が有する各部を超音波探触子５０と超音波診断装置本体１０ａとに分散させてもよい。また、超音波診断装置１において、制御部４０が有する機能をＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）によって実現し、軽量化することも可能である。

なお、図８に示す制御部４０は、変更部４３を有さず、指示部４１と、判定部４２とを有するように構成されてもよい。

上述したように、第２の実施形態によれば、信号線の数を軽減することができる。このため、複数の温度センサーの各々に対してプローブケーブルの電線及びプローブコネクタのピンを割り振ることで、プローブケーブルが太く重たくなるのを回避することができる。これにより、第２の実施形態によれば、温度センサーの数を増加させても超音波探触子の操作性を維持することができる。

（第３の実施形態）
上述した実施形態では、温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の順序で切替える場合を説明した。これらの実施形態において、温度センサーは、所定の時間間隔で切り替えられるものである。第３の実施形態では、温度センサーを切り替えるタイミングの制御についてより詳細に説明する。

そもそも温度センサーは、音響モジュール５１の温度に異常があった時に被検体のやけどを防止するために実装されている。このため、温度センサーは、超音波診断装置１の送受信制御に仮に異常が生じた場合でも、温度の異常を検知可能となるように、超音波の送受信制御と、温度センサーの切替え制御とは、独立して設計されることが望ましい。例えば、超音波の送受信制御と温度センサーの切替え制御とを連動させると、送受信制御に異常が生じた場合には、温度の異常を検出することができないおそれがある。ここで言う超音波の送受信制御と温度センサーの切替え制御とを連動させる場合とは、例えば、スキャンにより駆動される超音波振動子に応じて、この超音波振動子の近傍に設置された温度センサーとの接続を有効な状態に切替えることを示す。

具体的には、超音波の送受信制御と温度センサーの切替え制御とを連動させて、超音波探触子５０内の一部の超音波振動子ａを駆動させる際に、送信回路７０に異常がある場合、超音波振動子ａを駆動させているつもりでも、実際には別の一部の超音波振動子ｂを駆動させることが起こり得る。この場合、超音波振動子ｂの温度が上がる場合があるが、指示部４１は、超音波振動子ａと連動した温度センサーに切替えるので、超音波振動子ｂの温度を測定することができない。このように、超音波の送受信制御と、温度センサーの切替え制御とが連動する場合、送受信制御そのものが正しくないために、超音波振動子の温度の異常を検出することができない。

このようなことから、第３の実施形態に係る超音波診断装置１ｂは、超音波の送受信制御と、温度センサーの制御とを独立に制御する。また、第３の実施形態に係る超音波診断装置１ｂは、所定の時間間隔で温度の異常を検出することが可能なタイミングで温度センサーを切替える。なお、第３の実施形態に係る超音波診断装置１ｂの構成は、指示部４１及び判定部４２の一部の機能が異なる点を除いて、図１に示した超音波診断装置１の構成と同様である。このため、第３の実施形態に係る指示部４１及び判定部４２以外の機能部については、詳細な説明を省略する。

第３の実施形態に係る指示部４１は、複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の時間間隔で切替えるように切替回路５９に指示する。例えば、指示部４１は、複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えることを指示する切替え信号を、所定の時間間隔ごとに切替回路５９に出力する。ここで、指示部４１は、適切な時間間隔で温度センサーが温度を測定し、温度の異常を検出することが可能となるようなタイミングで、切替え信号を切替回路５９に出力する。

以下では、第３の実施形態に係る指示部４１の処理動作について詳細に説明する。図９は、第３の実施形態に係る指示部４１の処理動作を説明するための図である。図９では、経過時間に伴う超音波振動子の温度変化を示す。図９において、縦軸は、温度センサーによって測定される超音波振動子の温度を示し、横軸は、時間を示す。ここで、図９に示す経過時間に伴う超音波振動子の温度変化（「温度の上昇速度」とも言う）は、「超音波振動子の熱容量」と、「送受信する超音波のエネルギー」とに基づいて決定される。なお、「超音波振動子の熱容量」は、超音波探触子５０の材質及び厚さの少なくともいずれか一方で決定される。また、ここでは、超音波診断装置１ｂが供給可能なエネルギーの最大値を「送受信する超音波のエネルギー」とする。このようなことから、第３の実施形態に係る指示部４１は、超音波探触子５０の材質及び厚さの少なくともいずれか一方と、超音波診断装置１ｂが供給可能なエネルギーの最大値とから、温度の上昇速度を事前に算出する。なお、第３の実施形態に係る指示部４１は、予め導出された温度の上昇速度を保持するようにしてもよい。

また、指示部４１は、複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替える旨を切替回路５９に指示する所定の時間間隔を温度の上昇速度に基づいて決定する。ここで、指示部４１は、温度が上昇しつつあることを検知することが可能な時間間隔を決定すればよく、例えば、図９に示すように、温度の上昇よりも速いタイミングで温度センサーを切替えるように所定の時間間隔を決定すればよい。ここで、図９に示す、温度Ｔ１から温度Ｔ２の間を超音波診断装置１ｂにおける設定温度の範囲とする。この設定温度の範囲は、被検体にとって安全な温度の範囲である。指示部４１は、設定温度の範囲の中で、一定回数温度を測定するように時間間隔を決定する。例えば、この時間間隔は、設定温度の範囲の中で温度の上昇曲線（温度の上がり具合）を、その上昇の途中段階で検知する間隔であることが望ましい。なお、図９では、超音波診断装置１ｂが、供給可能なエネルギーの最大値で一定領域を３０ミリ秒周期で撮影する場合を説明する。また、図９では、温度センサーが３つである場合を説明する。

例えば、図９に示すｔ１から温度センサーＡで測定を開始した場合、ｔ１における温度Ｔ３は、設定温度の範囲内である。そして、例えば、ｔ１から３０ミリ秒後のｔ２において温度センサーＡで測定した温度をＴ４とすると、このＴ４は、設定温度の範囲外である。このようにｔ１で温度を測定した後、ｔ２で温度を測定するように時間間隔を設定した場合、ｔ１において測定した温度Ｔ３は、設定温度の範囲内であっても、ｔ２において測定した温度Ｔ４は、もはや設定温度の範囲内ではない場合がある。

このようなことから、指示部４１は、図９に示すように、各温度センサーにつき毎秒１０００回温度を測定するように温度センサーを切替える時間間隔を決定する。すなわち、超音波診断装置１ｂでは、指示部４１が、０．３ミリ秒ごとに温度センサーを切替えて、各温度センサーにて温度を測定する。図９に示す例では、ｔ１から温度の測定を開始して、１ミリ秒毎に温度センサーＡで温度が測定される。このように、超音波診断装置１ｂでは、３つの温度センサーで、毎秒計３０００回温度が測定される。例えば、図９に示すように、ｔ１において温度センサーＡで測定を開始した後、1ミリ秒毎に温度センサーＡで温度が測定される。その後、ｔ１１において温度センサーＡで測定した温度をＴ５とすると、この温度Ｔ５は設定温度の範囲内である。そして、ｔ１１から１ミリ秒後のｔ１２において温度センサーＡで測定した温度をＴ６とすると、この温度Ｔ６も設定温度の範囲内である。一方、ｔ２から１ミリ秒後のｔ１３において、温度センサーＡで測定した温度をＴ７とすると、温度Ｔ７は設定温度の範囲外である。このように、指示部４１は、設定温度の範囲の中で温度の上昇曲線（温度の上がり具合）を、その上昇の途中段階で検知する時間間隔で、複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えることを指示する切替え信号を切替回路５９に出力する。これにより、超音波診断装置１ｂが供給可能なエネルギーの最大値で撮影を行なう場合でも、超音波探触子５０が設定温度の範囲内であるか否かを検知することができる。

また、受信回路８０が反射波信号を受信するタイミングで温度センサーの切替えが指示された場合、受信回路８０には、切替え信号が入力される。すなわち、指示部４１が温度センサーを切替えることで電気的なノイズが受信回路８０に入力される。かかる場合、超音波画像には、反射体が存在しない位置に輝点ができる。このようなことから、指示部４１は、反射波信号を受信する期間中に切り替えを指示しないようにタイミングを調整する。例えば、指示部４１は、超音波を送信するタイミングで温度センサーの切り替えを指示する。

また、第３の実施形態に係る指示部４１は、図５に示すステップＳ１０５において、超音波診断装置１ｂにより画像データの取得を行う期間、音響モジュール５１が有する複数の温度センサー５３〜５５を所定の時間間隔で切り替えるように切替回路５９に指示する。なお、第３の実施形態では、指示部４１が時間間隔を決定するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、第３の実施形態に係る指示部４１は、予め導出された時間間隔を保持するようにし、複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えることを指示する切替え信号をこの時間間隔で切替回路５９に出力するようにしてもよい。

上述したように、第３の実施形態に係る超音波診断装置１ｂは、超音波の送受信制御と、温度センサーの制御とを独立に制御し、所定の時間間隔で複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えるように切替回路５９に指示する。これにより、第３の実施形態によれば、設定温度の範囲内であるときに、温度が上がりつつあることを検知することができる。

一方で、超音波の送受信制御と温度センサーの切替え制御とを連動させた場合には、撮影周期が長くなれば更に適切に温度センサーを切替えることが難しくなる。例えば、超音波診断装置は、ドプラ画像情報を取得する場合、同じ部位を撮影することによって、平均速度（または最高速度）、速度分布（または速度分布幅）、血流からの散乱パワー情報などを取得する。このため、ドプラ画像情報を取得する場合、例えば、１００ミリ秒周期で一定領域の撮影を行なうことになる。かかる場合、超音波の送受信制御と温度センサーの切替え制御とを連動させた場合、温度センサーを切替えるタイミングは更に遅くなり、温度の上昇を検知することはできないおそれがある。このように、超音波の送受信制御と温度センサーの切替え制御とを連動させた場合、温度が上昇しつつあることを検知できない場合がある。

また、３次元スキャンでは、更新速度が遅いので１秒間の撮影回数が１回又は２回になる場合がある。このような３次元スキャンでは、超音波の送受信制御と温度センサーの切替え制御とを連動させた場合には、ドプラ画像情報を観察対象とする場合よりも更に温度センサーを切替えるタイミングが遅くなり、温度の上昇を検知することはできない。

なお、上述した実施形態においては、温度センサーが一列に配置される場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、温度センサーは、３列など多列に配置されてもよい。

（その他の実施形態）
判定部４２は、温度検出器３０により測定された温度が設定温度の範囲内ではない場合に、超音波探触子５０の温度が異常であると判定するようにしてもよい。なお、かかる場合にも、超音波診断装置１ｂは、接続部２のコネクタ間の接続状態が正常であるか否かを更に判定してもよい。例えば、指示部４１は、接続が有効な状態である温度センサーにより測定された温度が設定温度の範囲内ではないと判定部４２によって判定された場合に、基準センサー５８との接続を有効な状態に切替えるように切替回路５９に指示する。そして、判定部４２は、基準センサー５８との接続が有効な状態であり、かつ、温度検出器３０及び制御部４０との接続が正常である場合に、超音波探触子５０の温度が異常であると判定する。

また、判定部４２は、所定の時間間隔で切替えることで、設定温度の範囲内であるうちに、温度が上がりつつあることを検知することが可能となる。例えば、判定部４２は、温度検出器３０により測定された温度が設定温度の範囲内であり、当該温度と前回測定時の温度との差が所定の閾値以上である場合に、超音波探触子５０の温度が異常であると判定してもよい。これにより、超音波診断装置１ｂは、例えば、急激な温度変化が生じた場合にも、被検体のやけどを防止することができる。なお、かかる場合にも、超音波診断装置１ｂは、接続部２のコネクタ間の接続状態が正常であるか否かを更に判定してもよい。例えば、指示部４１は、測定した温度と前回測定時の温度との差が所定の閾値以上であると判定部４２によって判定された場合に、基準センサー５８との接続を有効な状態に切替えるように切替回路５９に指示する。そして、判定部４２は、基準センサー５８との接続が有効な状態であり、かつ、温度検出器３０及び制御部４０との接続が正常である場合に、超音波探触子５０の温度が異常であると判定する。

また、例えば、判定部４２は、温度検出器３０により測定された温度が設定温度の範囲内であるが、所定期間継続して温度が上昇し続けている場合には、設定温度の範囲外になる前に、超音波探触子５０の温度が異常であると判定してもよい。これにより、超音波診断装置１ｂは、例えば、継続した温度上昇が生じた場合にも、被検体のやけどを防止することができる。なお、かかる場合にも、超音波診断装置１ｂは、接続部２のコネクタ間の接続状態が正常であるか否かを更に判定してもよい。例えば、指示部４１は、所定期間継続して温度が上昇し続けていると判定部４２によって判定された場合に、基準センサー５８との接続を有効な状態に切替えるように切替回路５９に指示する。そして、判定部４２は、基準センサー５８との接続が有効な状態であり、かつ、温度検出器３０及び制御部４０との接続が正常である場合に、超音波探触子５０の温度が異常であると判定する。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、温度センサーの数を増加させても超音波探触子の操作性を維持することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波診断装置
１０ 超音波診断装置本体
２２ 画像生成部
２５ 表示部
４０ 制御部
４１ 指示部
４２ 判定部
５０ 超音波探触子（超音波プローブ）
５１ 音響モジュール
５３〜５６ 温度センサー
５８ 基準センサー
５９ 切替回路

Claims (18)

1. 被検体に対して超音波を送受信する超音波探触子と、
   前記超音波探触子から受信した反射波から画像データを生成する画像生成部と、
   前記画像データを表示する表示部と、
   前記超音波探触子による超音波の送受信を制御する制御部と
   を備え、
   前記超音波探触子は、
   前記超音波探触子内の複数箇所各々に設置される複数の温度センサーと、
   前記複数の温度センサー各々と接続され、当該複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えて、温度センサーの出力データから温度を測定する温度検出器に、各温度センサーからのデータを順次出力する切替回路とを備え、
   前記制御部は、
   前記複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の時間間隔で切替えるように前記切替回路に指示する指示部と、
   前記温度検出器により測定された温度が設定温度の範囲内であるか否かを判定する判定部と
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記指示部は、温度の上昇速度に基づいて決定された前記所定の時間間隔で、複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えるように前記切替回路に指示す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. 前記温度の上昇速度は、前記超音波探触子の材質及び厚さの少なくともいずれか一方と、送受信する超音波のエネルギーとに基づいて導出されることを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記超音波探触子は、
   前記温度検出器及び前記制御部との接続が正常であるか否かを前記温度検出器が検出するためのデータを出力する基準センサーを更に備え、
   前記切替回路は、前記基準センサーと更に接続され、前記複数の温度センサー及び該基準センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えて、各センサーの出力データを順次、前記温度検出器に出力し、
   前記指示部は、前記複数の温度センサー及び前記基準センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に前記所定の時間間隔で切替えるように前記切替回路に指示し、
   前記判定部は、前記基準センサーとの接続が有効な状態であり、かつ、前記温度検出器及び前記制御部との接続が正常である場合に、前記複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えることを前記指示部に許可する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
5. 前記判定部は、前記温度検出器により測定された温度が前記設定温度の範囲内ではない場合に、前記超音波探触子の温度が異常であると判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
6. 前記判定部は、前記温度検出器により測定された温度が前記設定温度の範囲内であり、当該温度と前回測定時の温度との差が所定の閾値以上である場合に、前記超音波探触子の温度が異常であると判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
7. 前記判定部は、前記温度検出器により測定された温度が前記設定温度の範囲内であり、所定期間継続して温度が上昇し続けている場合に、前記超音波探触子の温度が異常であると判定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
8. 前記指示部は、接続が有効な状態である温度センサーにより測定された温度が前記設定温度の範囲内ではないと前記判定部によって判定された場合に、前記基準センサーとの接続を有効な状態に切替えるように前記切替回路に指示し、
   前記判定部は、前記基準センサーとの接続が有効な状態であり、かつ、前記温度検出器及び前記制御部との接続が正常である場合に、前記超音波探触子の温度が異常であると判定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
9. 前記指示部は、前記温度検出器により測定された温度が前記設定温度の範囲内であり、当該温度と前回測定時の温度との差が所定の閾値以上であると前記判定部によって判定された場合に、前記基準センサーとの接続を有効な状態に切替えるように前記切替回路に指示し、
   前記判定部は、前記基準センサーとの接続が有効な状態であり、かつ、前記温度検出器及び前記制御部との接続が正常である場合に、前記超音波探触子の温度が異常であると判定する
   ことを特徴とする請求項４又は８に記載の超音波診断装置。
10. 前記指示部は、前記温度検出器により測定された温度が前記設定温度の範囲内であり、所定期間継続して温度が上昇し続けていると前記判定部によって判定された場合に、前記基準センサーとの接続を有効な状態に切替えるように前記切替回路に指示し、
    前記判定部は、前記基準センサーとの接続が有効な状態であり、かつ、前記温度検出器及び前記制御部との接続が正常である場合に、前記超音波探触子の温度が異常であると判定する
    ことを特徴とする請求項４、８及び９のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
11. 前記判定部は、前記超音波探触子の温度が異常であると判定した場合、当該超音波探触子の温度が異常である旨を利用者に報知することを特徴とする請求項５〜１０のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
12. 前記判定部は、前記超音波探触子の温度が異常であると判定した場合、当該超音波探触子の使用を停止することを特徴とする請求項５〜１１のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
13. 前記判定部により前記超音波探触子の温度が異常であると判定された場合、前記超音波診断装置の消費電力を、該超音波探触子の温度が異常であると判定された時点の消費電力よりも低減させる変更部を更に備えたことを特徴とする請求項５〜１２のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
14. 前記判定部は、前記変更部による消費電力低減処理が行われた後、前記温度センサーとの接続が有効な状態であり、かつ、該温度センサーにより測定された温度が前記設定温度の範囲内である場合に、前記超音波診断装置による診断が可能であると判定し、
    前記変更部は、前記判定部により前記超音波診断装置による診断が可能であると判定された場合に、低減させた消費電力を低減させる前の消費電力に変更することを特徴とする請求項１３に記載の超音波診断装置。
15. 前記複数の温度センサーの信号線の一方は、前記切替回路と接続され、当該複数の温度センサーの信号線の他方は、共通に接続してグランドに接地することを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
16. 前記複数の温度センサーは、
    前記超音波探触子が有する音響モジュールの複数箇所に設置される複数の第１の温度センサーと、
    前記超音波探触子が有する電子回路に設置される少なくとも一つの第２の温度センサーと
    で構成されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
17. 前記温度センサーは、サーミスタであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
18. 超音波探触子の温度を測定する複数の温度センサーと、
    前記複数の温度センサー各々と接続され、当該複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に切替えて温度検出器に出力する切替回路と、
    前記複数の温度センサーのいずれか一つとの接続を有効な状態に所定の時間間隔で切替えるように前記切替回路に指示する指示部と、
    前記温度検出器により測定された温度が設定温度の範囲内であるか否かを判定する判定部と
    を備えたことを特徴とする超音波探触子。

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