JP2016171899A

JP2016171899A - 超音波診断装置及びその自己診断方法

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Publication number: JP2016171899A
Application number: JP2015053171A
Authority: JP
Inventors: 崇彦水澤; Takahiko Mizusawa; 健一設楽; Kenichi Shidara; 潤一荒木; Junichi Araki
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2015-03-17
Filing date: 2015-03-17
Publication date: 2016-09-29
Anticipated expiration: 2035-03-17
Also published as: JP6353386B2

Abstract

【課題】送信回路などの回路が劣化した場合であっても、診断に影響を与えることが無い超音波診断装置及びその自己診断方法を提供する。【解決手段】送信部３０は、第１〜第３送信回路３０ａ〜３０ｃを有する。受信部３２は、第１〜第３受信回路３２ａ〜３２ｃを有する。キャリブレーションモード時には、送受信切替部３１、３３のいずれもクローズ状態にして、第１送信回路３０ａと第１受信回路３２ａを接続状態にする。第１送信回路３０ａは第１受信回路３２ａに向けてテスト信号を発信する。中央制御回路３４の自己診断部６０は、第１受信回路３２ａが受信したテスト信号に基づいて、第１送信回路３０ａの状態を判定する。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を用いて生体内の断層像を表示する超音波診断装置及びその自己診断方法に関する。

医療分野においては、超音波振動子から超音波パルスを生体内に放射し、その生体内から発せられるエコーから、臓器や血管断面などの各種生体情報を得る超音波診断装置が広く用いられている。超音波診断装置としては、多数の超音波振動子をアレイ状に配列したものの他、特許文献１、２に示すように、先端部に微小の超音波振動子を搭載した超音波プローブを用いるものがある。このような超音波プローブは、消化管用の内視鏡とともに用いられ、具体的には、内視鏡の鉗子チャンネルに挿入して用いられている。

特開平６−１７８７７６号公報特開２００３−３２５５２５号公報

超音波診断装置においては、超音波振動子にパルス信号を送信するための送信回路が設けられている。この送信回路には、パルス信号に所定の振幅を持たせるために、例えば、約２００Vや約±１００Vの高電圧が印加されている。そのため、送信回路については、他の回路と比較すると、劣化が早い。このように送信回路が劣化した場合に、超音波画像が全く表示しなくなり、また、正常な超音波画像と明らかに異なる画像が表示されるような場合には、送信回路の異常に気付くことができる。しかしながら、送信回路が劣化したとしても、その送信回路の劣化が超音波画像上でそれほど現れていないような場合には、送信回路の異常に気が付かないことがある。この場合には、診断に影響が出る可能性がある。

本発明は、パルス信号を超音波振動子に送信する送信回路などの回路が劣化した場合であっても、診断に影響を与えることが無い超音波診断装置及びその自己診断方法を提供することを目的とする。

本発明は、超音波振動子に対して第１信号を送信する第１送信回路を含む複数の送信回路を有する送信部と、超音波振動子からのエコー信号を受信する第１受信回路を少なくとも有する受信部とを備える超音波診断装置において、複数の送信回路のうち第１送信回路と第１受信回路とを接続するように制御する接続制御部と、第１送信回路と前記第１受信回路とが接続されている状態で、第１送信回路から第２信号を発信するように制御し、且つ、第１受信回路が、第１送信回路から、超音波振動子を介さずに直接的に受信した第２信号に基づいて、第１送信回路の状態を判定する信号制御部とを備える。

信号制御部は、第１送信回路から発信した第２信号と第１受信回路が受信した第２信号との比較処理を行うことによって、第１送信回路の状態を判定することが好ましい。接続制御部は、比較処理において異常があると判定された場合に、第１送信回路と異なる第２送信回路と第１受信回路とを接続するように制御し、信号制御部は、第２送信回路と第１受信回路とを接続した状態で、第２信号を用いて、第１送信回路の状態を判定することが好ましい。信号制御部は、全ての送信回路の状態を判定し、全ての送信回路が正常でないと判定された場合には、警告表示を行うことが好ましい。

信号制御部は、第１受信回路が受信した第２信号に基づいて、第１受信回路の状態を判定することが好ましい。信号制御部は、第１送信回路から発信した第２信号と第１受信回路が受信した第２信号との比較処理を行うことによって、第１受信回路の状態を判定することが好ましい。接続制御部は、比較処理において異常があると判定された場合に、第１受信回路と異なる第２受信回路と第１送信回路とを接続するように制御し、信号制御部は、第１送信回路と第２受信回路とを接続した状態で、第２信号を用いて、第１受信回路の状態を判定することが好ましい。信号制御部は、全ての受信回路の状態を判定し、全ての受信回路が正常でないと判定された場合には、警告表示を行うことが好ましい。

第１信号は第１電圧に基づいて発せられ、第２信号は第１電圧よりも低い第２電圧に基づいて発せられることが好ましい。第１電圧を発生させる第１電源と、第２電圧を発生させる第２電源とを有することが好ましい。第１電圧を発生させる第１電源と、第１電源の第１電圧を減衰して第２電圧を発生させる減衰部とを有することが好ましい。

本発明は、超音波振動子に対して第１信号を送信する第１送信回路を含む複数の送信回路を有する送信部と、超音波振動子からのエコー信号を受信する第１受信回路を少なくとも有する受信部とを備える超音波診断装置の自己診断方法において、接続制御部が、複数の送信回路のうち第１送信回路と第１受信回路とを接続するように制御するステップと、信号制御部が、第１送信回路と前記第１受信回路とが接続されている状態で、第１送信回路から第２信号を発信するように制御し、且つ、第１受信回路が、第１送信回路から、超音波振動子を介さずに直接的に受信した第２信号に基づいて、第１送信回路の状態を判定するステップとを有する。

本発明によれば、送信回路などの回路が劣化した場合であっても、診断に影響を与えることが無くなる。

超音波診断装置の機能を示すブロック図である。超音波観察モードの送信モード時における超音波診断装置の機能を示すブロック図である。超音波観察モードの受信モード時における超音波診断装置の機能を示すブロック図である。キャリブレーションモードにおける一連の流れを示すフローチャートである。キャリブレーションモード時の超音波診断装置の機能を示すブロック図である。別実施形態の超音波診断装置の機能を示すブロック図である。

図１に示すように、超音波診断装置１０は、超音波プローブ１２と、スキャナ１４と、システム本体１６とを備えている。この超音波診断装置１０は、超音波プローブを用いて生体内に超音波を放射し、その生体からのエコーを元に生体内の断層像を表示する超音波観察モードと、超音波を発生させるためのパルス信号を発信する送信回路と生体内からのエコーに基づくエコー信号を受信する受信回路が正常か不良かを判定する自己診断を行うキャリブレーションモードを備えている。これら超音波観察モードとキャリブレーションモードは、モード切替SW１８又はキーボードKBにより切り替えることが可能である。

超音波プローブ１２は、メカニカルラジアル走査方式で超音波を送受信するプローブである。超音波プローブ１２は１個の超音波振動子２０を備えており、この超音波振動子２０は、所定の直径（例えば、２ｍｍ）を有するカテーテル（図示しない）の先端内部に設けられている。超音波振動子２０は、スキャナ１４内に設けられた超音波ビデオトランス２４を介して、システム本体１６内の送信部３０及び受信部３２に接続されている。また、スキャナ１４には、超音波振動子２０に接続されたアース２６が内蔵されている。なお、図示は省略するが、スキャナ１４には、超音波振動子を回転駆動させる駆動部が設けられている。また、超音波プローブ１２は、内視鏡の鉗子チャンネルに挿入して用いられる。

システム本体１６は、超音波振動子２０に対してパルス信号を送信するための送信部３０と、超音波振動子２０で受信した生体内からのエコーに基づくエコー信号を受信するための受信部３２と、これら送信部３０と受信部３２の制御を行う中央制御回路３４（本発明の「信号制御回路」に対応する）とを備えている。また、システム本体１６においては、超音波ビデオトランス２４と送信部３０との間に第１送受信用切替部３１が設けられているとともに、超音波ビデオトランス２４と受信部３２との間に第２送受信用切替部３３が設けられている。

第１送受信用切替部３１はONにしたときに送信部３０と超音波ビデオトランス２４との間を接続状態にし、OFFにしたときに送信部３０と超音波ビデオトランス２４との間を非接続状態にする。同様にして、第２送受信用切替部３３はONにしたときに受信部３２と超音波ビデオトランス２４との間を接続状態にし、OFFにしたときに受信部３２と超音波ビデオトランス２４との間を非接続状態にする。これら第１、第２送受信用切替部３１、３３のONとOFFの制御については、接続制御回路５４によって制御される。

送信部３０は、第１送信回路３０ａと、第２送信回路３０ｂと、第３送信回路３０ｃを備えている。第１〜第３送信回路３０ａ〜３０ｃは、スキャナ１４を介して、超音波振動子２０に接続されている。また、第１〜第３送信回路３０ａ〜３０ｃは、送信回路切替部３６を介して、中央制御回路３４と接続されている。送信部３０には、高電圧VH（本発明の「第１電圧」に対応する）を発生する高圧電源４０と、高電圧VHよりも低い電圧の低電圧VL（本発明の「第２電圧」に対応する）を発生する低圧電源４２が接続されている。なお、高圧電源４０は、プラスマイナス１００V程度の高電圧VHを発生することが好ましい。

受信部３２は、第１受信回路３２ａと、第２受信回路３２ｂと、第３受信回路３２ｃを備えている。第１〜第３受信回路３２ａ〜３２ｃは中央制御回路３４に接続されている。また、第１〜第３受信回路３２ａ〜３２ｃは、受信回路切替部４４を介して、超音波ビデオトランス２４と接続されている。

中央制御回路３４における動作について、超音波観察モードとキャリブレーションモードに分けて以下説明する。超音波観察モードに設定されると、図２に示すように、電圧選択部５０は、高圧電源４０をONにし、低圧電源４２をOFFにする。これにより、第１〜第３送信回路３０ａ〜３０ｃのうちキャリブレーションモードで正常であると判定された設定送信回路に高電圧VHが印加される。次に、パルス信号を超音波振動子２０に送信する送信モードと、超音波振動子２０からのエコー信号を受信する受信モードが交互に行われる。

送信モードにおいては、接続制御回路５４（本発明の「接続制御部」に対応する）は、第１、第２送受信用切替部３１、３３を制御して、第１送受信用切替部３１をONにする一方で、第２送受信用切替部３３をOFFにする。これにより、送信部３０と超音波ビデオトランス２４とが接続状態になる一方で、受信部３２と超音波ビデオトランス２４とが非接続状態になる。この状態で、トリガ出力部５６はトリガ信号を設定送信回路に送信する。設定送信回路は、トリガ信号を元に、高電圧VHに相当する振幅を持つパルス信号（本発明の「第１信号」に対応する）にして超音波振動子２０に送信する。パルス信号は、数十ナノ秒から数百ナノ秒のパルス信号であることが好ましい。超音波振動子２０はパルス信号に従って超音波パルスを生体内に放射する。

パルス信号の送信後は、すぐに、受信モードに切り替えられる。受信モードでは、接続制御回路５４は第１、第２送受信用切替部３１、３３を制御して、第１送受信用切替部３１をOFFに切り替えるとともに、第２送受信用切替部３３をONに切り替える。これにより、図３に示すように、送信部３０と超音波ビデオトランス２４とが非接続状態になる一方で、受信部３２と超音波ビデオトランス２４とが接続状態になる。この状態で、超音波振動子２０からのエコー信号を超音波ビデオトランス２４が受信する。超音波ビデオトランス２４は、超音波振動子２０から受信したエコー信号に対してノイズ除去処理を行う。ノイズ除去済みのエコー信号は、第１〜第３受信回路３２ａ〜３２ｃのうちキャリブレーションモードで正常であると判定された設定受信回路で受信される。設定受信回路は、受信したエコー信号を、ビデオ信号入力部５８に送信する。このビデオ信号入力部５８に入力されたエコー信号を元にして、モニタMTは超音波画像を表示する。

一方、キャリブレーションモードの動作については、図４のフローチャートに沿って説明する。まず、キャリブレーションモードに設定する前に、図５に示すように、超音波プローブ１２をスキャナ１４から外しておく。キャリブレーションモードに設定されたら、電圧選択部５０は、高圧電源をOFFにし、低圧電源をONにする。次に、接続制御回路５４は、第１、第２送受信用切替部３１、３３を制御して、第１、第２送受信用切替部３１、３３のいずれもONにする。これにより、送信部３０と受信部３２とが直接的に接続される。また、接続制御回路５４は送信回路切替部３６を制御して、中央制御回路３４に接続する送信回路を、第１送信回路３０ａに切り替える。また、接続制御回路５４は、受信回路切替部４４を制御して、第２送受信用切替部３３に接続する受信回路を、第１受信回路３２ａに切り替える。これにより、第１送信回路３０ａが、直接的に、第１受信回路３２ａと接続される。

次に、トリガ出力部５６からテスト用トリガ信号を第１送信回路３０ａに送信する。第１送信回路３０ａは、テスト用トリガ信号を元にして、低電圧VLに相当する振幅を持つテスト信号（本発明の「第２信号」に対応する）にする。テスト信号としては周期性を有する信号であり、例えば、正弦波、矩形波などが挙げられる。テスト信号は、直接、第１受信回路３２ａに送信される。第１受信回路３２ａで受信したテスト信号は、ビデオ信号入力部５８を介して、自己診断部６０に入力される。なお、キャリブレーションモードでは、受信回路は、送信回路からのテスト信号を直接的に受信するため、テスト信号の振幅によっては受信回路に大きく負荷がかかることがある。そこで、受信回路にかかる負荷を軽減するため、テスト信号は、超音波観察モードで用いる高電圧VHよりも低い低電圧VLにもとづいて、発生している。

自己診断部６０では、第１送信回路３０ａから送信したテスト信号の波形（以下「送信波形」という）と第１受信回路３２ａで受信したテスト信号の波形（以下「受信波形」という）との比較処理を行うことによって、第１送信回路３０ａと第１受信回路３２ａが正常か不良かを判定する自己診断を行う。それぞれの波形を比較した結果、自己診断部６０で異常が無いと判断した場合には、第１送信回路３０ａと第１受信回路３２ａはいずれも正常であると判定する。なお、比較処理において異常が無いとは、例えば、送信波形のパターンと受信波形のパターンが同一又は類似していることをいい、比較処理において異常が有るとは、例えば、送信波形のパターンと受信波形のパターンが類似していないことをいう。

一方、自己診断部６０で異常が有ると判断した場合には、第１送信回路３０ａと第１受信回路３２ａのうちのいずれか一方を、他の送信回路又は受信回路に切り替えて、再度、自己診断を行う。例えば、第１送信回路３０ａを第２送信回路３０ｂに切り替える場合には、中央制御回路３４の切替制御出力部５２から接続制御回路５４に対して切替指示を出して、中央制御回路３４に接続する送信回路を、第１送信回路３０ａから第２送信回路３０ｂに切り替える。そして、第２送信回路３０ｂからテスト信号を送信し、そのテスト信号を第１受信回路３２ａで受信する。この受信したテスト信号に基づいて、再度、自己診断を行う。

また、第１受信回路３２ａを第２受信回路３２ｂに切り替える場合には、中央制御回路３４の切替制御出力部５２から接続制御回路５４に対して切替指示を出して、第２送受信用に接続する受信回路を、第１受信回路３２ａから第２受信回路３２ｂに切り替える。そして、第１送信回路３０ａからテスト信号を送信し、そのテスト信号を第２受信回路３２ｂで受信する。この受信したテスト信号に基づいて、再度、自己診断を行う。

以上のような手順で、自己診断部６０は、第１〜第３送信回路３０ａ〜３０ｃと第１〜第３受信回路３２ａ〜３２ｃの全てについて、正常であるか、不良であるかを判定する。ここで、第１〜第３送信回路３０ａ〜３０ｃの全てが不良である場合には、モニタMTに警告表示を行う。第１〜第３受信回路３２ａ〜３２ｃの全てが不良である場合にも、同様に、モニタMTに警告表示を行う。

そして、第１〜第３送信回路３０ａ〜３０ｃのうち正常である送信回路を設定送信回路として設定するとともに、第１〜第３受信回路３２ａ〜３２ｃのうち正常である受信回路を設定送信回路として設定する。そして、接続制御回路５４は送信回路切替部３６を制御して、設定送信回路と中央制御回路３４とを接続させる。また、接続制御回路５４は受信回路切替部４４を制御して、設定受信回路と第２送受信用切替部３３とを接続する。これにより、キャリブレーションモードが完了する。なお、設定送信回路が複数ある場合には、使用時間が一番短いものを使用することが好ましい。設定受信回路が複数ある場合についても同様である。

以上のようなキャリブレーションモードを超音波観察モードの前に行うことで、超音波観察モードでは、正常な設定送信回路及び設定受信回路のみを用いることができる。これにより、超音波画像を正常な状態で表示することができるため、診断に影響を与えることが無くなる。また、超音波観察モードでは、不良の送信回路と受信回路が用いられないため、装置全体としての耐用時間を伸ばすことが可能となる。

なお、本実施形態では、高圧電源４０と低圧電源４２の２つの電源を用いているが、これに代えて、図６に示すように、高圧電源４０の１つの電源と電圧を減衰させる減衰部７０を用いて、高電圧VHと低電圧VLを発生するようにしてもよい。この場合、高電圧VHを発生するときには、高圧電源４０からの高電圧VHを減衰部７０で減衰せず、そのまま送信部３０に印加する。一方、低電圧VLを発生するときには、高圧電源４０からの高電圧VHを減衰部７０で低電圧VLに減衰した上で、減衰した低電圧VLを送信部３０に印加する。

１０超音波診断装置
２０超音波振動子
３０送信部
３０ａ第１送信回路
３０ｂ第２送信回路
３２受信部
３２ａ第１受信回路
３２ｂ第２受信回路
３４中央制御回路（信号制御部）
４０高圧電源（第１電源）
４２低圧電源（第２電源）
５４接続制御回路（接続制御部）
７０減衰部

Claims

超音波振動子に対して第１信号を送信する第１送信回路を含む複数の送信回路を有する送信部と、前記超音波振動子からのエコー信号を受信する第１受信回路を少なくとも有する受信部とを備える超音波診断装置において、
複数の送信回路のうち第１送信回路と前記第１受信回路とを接続するように制御する接続制御部と、
前記第１送信回路と前記第１受信回路とが接続されている状態で、前記第１送信回路から第２信号を発信するように制御し、且つ、前記第１受信回路が、前記第１送信回路から、前記超音波振動子を介さずに直接的に受信した前記第２信号に基づいて、前記第１送信回路の状態を判定する信号制御部とを備える超音波診断装置。
前記信号制御部は、前記第１送信回路から発信した前記第２信号と前記第１受信回路が受信した前記第２信号との比較処理を行うことによって、前記第１送信回路の状態を判定する請求項１記載の超音波診断装置。
前記接続制御部は、前記比較処理において異常があると判定された場合に、前記第１送信回路と異なる第２送信回路と前記第１受信回路とを接続するように制御し、
前記信号制御部は、前記第２送信回路と前記第１受信回路とを接続した状態で、前記第２信号を用いて、前記第１送信回路の状態を判定する請求項２記載の超音波診断装置。
前記信号制御部は、全ての送信回路の状態を判定し、全ての送信回路が正常でないと判定された場合には、警告表示を行う請求項１ないし３いずれか１項記載の超音波診断装置。
前記信号制御部は、前記第１受信回路が受信した前記第２信号に基づいて、前記第１受信回路の状態を判定する請求項１ないし４いずれか１項記載の超音波診断装置。
前記信号制御部は、前記第１送信回路から発信した前記第２信号と前記第１受信回路が受信した前記第２信号との比較処理を行うことによって、前記第１受信回路の状態を判定する請求項５記載の超音波診断装置。
前記接続制御部は、前記比較処理において異常があると判定された場合に、前記第１受信回路と異なる第２受信回路と前記第１送信回路とを接続するように制御し、
前記信号制御部は、前記第１送信回路と前記第２受信回路とを接続した状態で、前記第２信号を用いて、前記第１受信回路の状態を判定する請求項６記載の超音波診断装置。
前記信号制御部は、全ての受信回路の状態を判定し、全ての受信回路が正常でないと判定された場合には、警告表示を行う請求項５ないし７いずれか１項記載の超音波診断装置。
前記第１信号は第１電圧に基づいて発せられ、前記第２信号は前記第１電圧よりも低い第２電圧に基づいて発せられる請求項１ないし８いずれか１項記載の超音波診断装置。
前記第１電圧を発生させる第１電源と、前記第２電圧を発生させる第２電源とを有する請求項９記載の超音波診断装置。
前記第１電圧を発生させる第１電源と、前記第１電源の第１電圧を減衰して前記第２電圧を発生させる減衰部とを有する請求項９記載の超音波診断装置。
超音波振動子に対して第１信号を送信する第１送信回路を含む複数の送信回路を有する送信部と、前記超音波振動子からのエコー信号を受信する第１受信回路を少なくとも有する受信部とを備える超音波診断装置の自己診断方法において、
接続制御部が、複数の送信回路のうち第１送信回路と前記第１受信回路とを接続するように制御するステップと、
信号制御部が、前記第１送信回路と前記第１受信回路とが接続されている状態で、前記第１送信回路から第２信号を発信するように制御し、且つ、前記第１受信回路が、前記第１送信回路から、前記超音波振動子を介さずに直接的に受信した前記第２信号に基づいて、前記第１送信回路の状態を判定するステップとを有する超音波診断装置の自己診断方法。