JP4011399B2

JP4011399B2 - 超音波診断装置の評価方法および評価装置

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Publication number: JP4011399B2
Application number: JP2002139161A
Authority: JP
Inventors: 真加藤; 剛彦杉ノ内; 雅彦橋本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: JP2003325522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置を評価する方法および評価装置に関し、特に生体の微小領域における厚さの変化量を計測する超音波診断装置の計測精度の評価方法および評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、心筋梗塞や脳梗塞などの循環器系疾病を患う国民が増加してきており、このような疾病の予防および治療を行うことが大きな課題となっている。
【０００３】
心筋梗塞や脳梗塞の発病には、動脈の硬化が深く関係している。具体的には、動脈壁に粥腫が形成されたり、高血圧等の種々の要因によって動脈の新しい細胞が作られなくなったりすると、動脈は弾力性を失い、固く、脆くなる。そして、粥腫が形成された部分において血管が閉塞したり、粥腫を覆う血管組織が破裂することにより粥腫が血管内へ流出し、別の部分において動脈を閉塞させたり、動脈が硬化した部分が破裂したりすることによって、これらの疾病が引き起こされる。このため、動脈硬化を診断することがこれらの疾病予防や治療には重要となる。
【０００４】
従来より、動脈が硬化しているかどうかは、血管カテーテルを用いて血管内部の様子を直接観察することによって診断されていた。しかし、この診断には、血管カテーテルを血管に挿入する必要があるため、患者への負担が大きいという問題があった。このため、血管カテーテルによる観察は、動脈が硬化していることが確かである患者に対して、その場所を特定するために用いられ、例えば、健康管理のための検査として、この方法が用いられることはなかった。
【０００５】
動脈硬化の一因であるコレステロール値を測定したり、血圧値を測定したりすることは、患者への負担が少なく、容易に行うことのできる検査である。しかし、これらの値は、動脈が硬化している度合いを直接示すものではない。
【０００６】
また、動脈硬化の治療薬を動脈の硬化が余り進行していない患者に対して投与することができれば、動脈硬化の治療に効果を発揮する。しかし、動脈硬化が進行してしまうと、治療薬によって動脈の硬化を抑制することはできても、硬化した動脈を完全に回復させることは難しいと言われている。
【０００７】
こうした理由から、患者への負担が少なく、動脈の硬化が進行する前に動脈の硬化の度合いを診断する診断方法あるいは診断装置が求められている。
【０００８】
一方、患者への負担が少ない医療診断装置として、超音波診断装置が従来より用いられている。超音波診断装置を用いて超音波を体外から照射することによって、患者に苦痛を与えることなく、体内の形状情報、運動情報あるいは質情報を得ることができる。
【０００９】
特に超音波による計測を行えば、測定対象物の運動情報が得られるため、変位量から、測定対象物の弾性率を求めることができる。つまり、生体内の血管の弾性率を求めることができ、動脈の硬化の度合いを直接知ることが可能となる。また、患者に超音波プローブをあてるだけで測定できるため、患者への負担も少ない。このため、超音波診断装置を用いれば、動脈硬化の正確な診断も可能であるし、予防のための検診を被験者に対して負担を与える場合がなく行うことが期待される。
【００１０】
しかし、従来より用いられている超音波診断装置は、例えば胎児の形状を観察したり、胎児の心音を聴診したりする超音波診断装置に代表されるように、形状情報や運動情報の分解能はそれほど高くない。このため、従来の超音波診断装置を用いて、心拍に合わせて収縮する動脈の弾性率を求めることは不可能であった。例えば、特開昭６２−２６６０４０号公報に示されているもののように、測定対象の変位量計測が十分ではないものが多かった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
近年、エレクトロニクス技術の進歩によって、超音波診断装置の測定精度を飛躍的に向上させることも可能になってきた。これに伴って、生体組織の微小運動を計測する超音波診断装置の開発が進んでいる。例えば、特開平１０−５２２６号公報は、検出信号の振幅および位相の両方を用い、制約付最小二乗法によって対象物の瞬時の位置を決定し、高精度な位相のトラッキングを実現する超音波振動装置を開示している。この装置は、拍動により大きく動いている組織上の微小振動を計測することができる。この公報によれば、振幅が１０ｍｍ以上ある拍動に伴う大振幅変位運動上の数百Ｈｚまでの微小振動を拍動が１０回程度繰り返されても十分再現よく計測することができる。
【００１２】
この公報の装置は、数百Ｈｚまでの高い周波数成分を再現性よく計測でき、超音波ビームを収束させることによって心筋や動脈壁上の直径１〜２ｍｍ程度の領域の弾性特性を得ることができる。また、一心拍中、あらゆる時相の成分の超音波信号が得られ、その信号の周波数スペクトル解析が可能である等の優れた特徴を備えていると報告されている。
【００１３】
しかし、従来より用いられている超音波診断装置は、形状情報を計測するものが主流であったため、この生体の微小領域の運動情報を得る超音波診断装置の測定精度を評価する方法や装置は存在しなかった。特にミクロンオーダで厚み変化量を計測し得る超音波診断装置の測定精度を評価することはできなかった。
【００１４】
本発明は、超音波診断装置による測定対象物の変位量の確かさを正確に評価することが可能な評価方法および評価装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断装置の評価方法は、音響インピーダンスおよび屈折率が実質的に異なる物質の第１の界面と第２の界面との距離を変化させながら、前記第１の界面と前記第２の界面との間の距離を光学的距離測定装置および超音波診断装置によって測定するステップと、前記光学的距離測定装置による測定結果を基準として前記超音波診断装置の計測結果から前記超音波診断装置の評価を行うステップとを包含する。
【００１６】
ある好ましい実施形態では、前記測定ステップにおいて、前記第１の界面および前記第２の界面を実質的に平行に保ちながら前記第１の界面と前記第２の界面との距離を変化させる。
【００１７】
ある好ましい実施形態において、前記光学的距離測定装置から出射される距離を計測するための光の光軸および前記超音波診断装置から出射される距離を計測するための超音波の音軸は、前記第１の界面および前記第２の界面と実質的に垂直である。
【００１８】
ある好ましい実施形態において、前記第１の界面および前記第２の界面は、測定対象物質の表面からなる。
【００１９】
ある好ましい実施形態において、前記測定対象物質はゴム、ゲル、および液体から選ばれる少なくとも１つを用いて形成されている。
【００２０】
ある好ましい実施形態において、前記測定対象物質を平行な２つの平板によって挟み、前記２つの平板の間隔を変化させることによって、前記第１の界面と前記第２の界面との距離を変化させる。
【００２１】
ある好ましい実施形態において、前記光学的距離測定装置の計測する領域と前記超音波診断装置の計測する領域とが重なるように前記光学的距離測定装置および前記超音波診断装置を配置する。
【００２２】
ある好ましい実施形態において、前記第１の界面と前記第２の界面との距離を前記光学的距離測定装置および前記超音波診断装置によって同時に測定する。
【００２３】
ある好ましい実施形態において、前記光学的距離測定装置は、レーザ光を用いて計測を行う。
【００２４】
ある好ましい実施形態において、前記光学的距離測定装置は、１０μｍ以内の測定精度を有している。
【００２５】
ある好ましい実施形態において、前記超音波診断装置は医療用超音波診断装置である。
【００２６】
また、本発明の超音波診断装置の評価を行う超音波診断装置の評価装置は、第１の平板および第２の平板と、前記第１の平板および第２の平板との距離を変化させる可動機構とを含み、前記第１の平板と前記第２の平板との間に挟まれて保持される測定対象物質の厚さを変化させる微小振動発生装置と、前記測定対象物質の厚さを計測するための光学的距離測定装置とを備え、前記測定対象物質の厚さを超音波診断装置によって計測し、前記光学的距離測定装置による測定結果を基準として、前記超音波診断装置の計測結果から前記超音波診断装置の評価を行う。
【００２７】
ある好ましい実施形態において、前記測定対象物質を更に備え、前記測定対象物質は、前記第１の平板および前記第２の平板と異なる音響インピーダンスおよび屈折率を有する。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記微小振動発生装置は、第１の平板および第２の平板を互いに平行となるよう保つ。
【００２９】
ある好ましい実施形態において、前記測定対象物質は、ゴム、ゲル、および液体から選ばれる少なくとも１つを用いて形成されている。
【００３０】
ある好ましい実施形態において、微小振動発生装置は、前記第１の平板および/または第２の平板の前記測定対象物質と接する面に設けられた、前記光学的距離測定装置から出射される光を反射するための薄膜を更に含む。
【００３１】
ある好ましい実施形態において、前記光学的距離測定装置から出射される計測のための光の光軸は、前記測定対象物質と前記第１の平板および第２の平板との接触によりそれぞれ形成される第１の界面および第２の界面と実質的に垂直であり、前記超音波診断装置から出射される計測のための超音波の音軸が、前記第１の界面および第２の界面と実質的に垂直になるよう前記超音波診断装置が保持される。
【００３２】
ある好ましい実施形態において、前記光学的距離測定装置の光軸と前記超音波距離測定装置の音軸とが重なるように前記光学的距離測定装置および前記超音波距離測定装置が配置されている。
【００３３】
ある好ましい実施形態において、評価装置は、前記測定対象物質の厚さを前記光学的距離測定装置および前記超音波診断装置によって同時に測定するために、前記光学的距離測定装置および前記超音波診断装置を制御する制御装置を更に備えている。
【００３４】
ある好ましい実施形態において、前記光学的距離測定装置は、レーザを用いて計測を行う。
【００３５】
ある好ましい実施形態において、前記光学的距離測定装置は、１０μｍ以内の測定精度を有している。
【００３６】
ある好ましい実施形態において、前記超音波診断装置は医療用超音波診断装置である。
【００３７】
また、本発明の超音波診断システムは、上記いずれかに記載の超音波診断装置の評価装置と、超音波診断装置とを含む。
【００３８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明による超音波診断装置の評価装置を概略的に説明する。図１に示すように、超音波診断装置の評価装置３０は、測定対象物質４の厚さを変化させる微小振動発生装置１と光学的距離測定装置２１とを備え、評価装置３０は、超音波診断装置４１の測定精度を評価する。超音波診断装置４１は超音波を測定対象物に照射し、反射された超音波の情報を解析することによって測定対象物の厚さを求める。同様に、光学的距離測定装置２１も光を測定対象物に照射し、反射された光の情報を解析することによって測定対象物の厚さを求める。測定対象物として、同じ測定対象物質４を選び、その厚さを超音波診断装置４１および光学的距離測定装置２１を用いて計測し、光学的距離測定装置２１による測定結果を基準として超音波診断装置４１の測定精度を評価する。
【００３９】
図２は、本発明による超音波診断装置の評価装置３０および評価装置３０によって評価される超音波診断装置４１を模式的に示している。まず微小振動発生装置１を説明する。微小振動発生装置１は、第１の平板２および第２の平板３と、第１の平板２および第２の平板３の間の距離を変化させる可動機構７とを含む。
【００４０】
第１の平板２と第２の平板３との間には測定対象物質４が挟まれ保持される。第１の平板２および第２の平板３が測定対象物質４の表面と接することにより、第１の界面５および第２の界面６が形成され、第１の界面５および第２の界面６によって測定対象物質４の厚さが規定される。
【００４１】
上述したように、本発明の評価装置３０では、測定対象物質４の厚さを超音波診断装置４１および光学的距離測定装置２１を用いて計測し、光学的距離測定装置２１による測定結果を基準として超音波診断装置４１の測定精度を評価する。このため、測定対象物質４の厚さを規定する第１の界面５および第２の界面６において、超音波診断装置４１から出射される超音波および光学的距離測定装置２１から出射される光が適当な割合で反射される必要がある。超音波および光が第１の界面５および第２の界面６において反射するために、第１の平板２を構成する物質と測定対象物質４との音響インピーダンスおよび屈折率は異なっている。また、第２の平板３を構成する物質と測定対象物質４との音響インピーダンスおよび屈折率も異なっている。第１の平板２を構成する物質と第２の平板３を構成する物質とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００４２】
また、光学的距離測定装置２１から出射される光は測定対象物質４を透過し、超音波診断装置４１から出射される超音波は測定対象物質４を伝播する必要がある。このため、第１の平板２および第２の平板３のうち少なくとも一方は光学的距離測定装置２１から出射される光が透過する物質により構成され、また、第１の平板２および第２の平板３のうち少なくとも一方は超音波診断装置４１から出射される超音波は測定対象物質４を伝播する物質により構成される。例えば、第１の平板２は、超音波を伝播させやすいが、光は透過させにくい物質で構成し、第２の平板３は、超音波を伝播させにくく、光を透過させやすい物質で構成してもよい。この場合には、第１の平板２側から超音波を出射して測定対象物質の厚さを測定し、第２の平板３側から光を出射して、測定対象物質の厚さを測定することが好ましい。あるいは、第１の平板２および第２の平板２の一方のみまたは両方が、超音波を伝播させやすく、光を透過させやすい物質で構成されていてもよい。
【００４３】
第１の平板２および第２の平板３を構成する物質としては、ポリスチレン、
ポリメタクリル酸メチルなどのプラスチックや亜鉛化セレン、硫化カドミウム、塩化カリウムなどの光学用部材、ガラス、金属などを用いることができる。測定対象物質４としては、ゴム、ゲル、液体などを用いることができ、ゲルとして特に、ゲル状のゼラチンや寒天などの生体ファントムやシリコンゲルなどを用いることができる。上述したように、第１の界面５および第２の界面６において、超音波および光が反射して、超音波診断装置４１および光学的距離測定装置２１による適切な計測が行えるよう、これらの物質を適宜選択して、音響インピーダンス、屈折率および光の透過率を調整する。
【００４４】
図３に示すように、第１の平板２および第２の平板３と測定対象物質４との音響インピーダンス差が十分でない場合には、測定対象物質にグラファイトやガラスビーズなどの添加物１４を測定対象物質４に添加し、音響インピーダンスが調整された測定対象物質４’を用いてもよい。また、第１の平板２および第２の平板３と測定対象物質４との屈折率差が十分でない場合には、第１の平板２および第２の平板３の測定対象物質４と接する面に薄膜１３を形成し、薄膜１３を備えた第１の平板２’および第２の平板３’を用いてもよい。薄膜１３は、アルミニウムなどの金属やグラファイトなどからなり、スパッタリングなどの薄膜技術を用いて形成される。このような方法によれば、音響インピーダンスと屈折率とを独立して調整することができる。
【００４５】
図１に示すように、第１の平板２および第２の平板３はそれぞれ実質的に平行平板であることが好ましい。これは、超音波診断装置４１から出射される超音波および光学的距離測定装置２１から出射される光が第１の平板２および第２の平板３の表面において屈折し、進行した超音波および光の進行方向が直線とならないことを避けるためのである。また、第１の平板２および第２の平板３は平行に設置されることが好ましい。
【００４６】
第１の平板２には、可動機構７が接続されている。可動機構７としては、種々のアクチュエータを用いることができる。可動機構７は、電源８から与えられる電力により駆動される。与える電力の波形によって、可動機構７の振幅、周波数、波形等を制御することができる。電源８は信号発生器９により制御される。信号発生器９は正弦波、三角波、複数の正弦波を加算した波など、種々の波形の信号を電源８へ出力し、電源８はその信号に基づいて可動機構７を駆動する。
【００４７】
図２では、可動機構７は、矢印１６で示す方向に伸縮し、これに伴って第１の平板２が矢印１６で示す方向に移動する。つまり、第１の平板２は可動機構７に一致した運動をする。その結果、測定対象物質４の厚みが変化する。
【００４８】
測定対象物質４が弾性体である場合には、第１の平板２は可動機構７と接続されていなくてもよい。この場合、可動機構７が下方へ移動するに伴って、第１の平板２も下方へ移動し、測定対象物質４に十分な力が加えられて、測定対象物質４はその厚さが小さくなるよう変形する。一方、可動機構７が上方へ移動する場合、第１の平板２は可動機構７によって移動することはない。しかし、弾性力によって、測定対象物質４は元の形に戻ろうとするため、第１の平板２が上へ持ち上げられる。このため、測定対象物質４は伸縮することができる。なお、この場合、測定対象物質４の厚さの変化は、第１の平板２に可動機構７を接続した場合とは異なる。
【００４９】
微小振動発生装置１は、複数の可動機構７を備えていることが好ましい。複数の可動機構７を設け、第１の平板２を複数の点において駆動させることによって、第１の平板２をより平行に移動させることができるからである。これによって、第１の平板２と第２の平板３との間の距離は２つの平板間のどの場所においても等しくなり、第１の界面５と第２の界面６とで定義される測定対象物質４の厚さがどの場所においても等しくすることができる。
【００５０】
可動機構７をひとつだけ用いる場合には、第１の平板２が第２の平板３に対して平行に移動するよう可動機構７と第１の平板２とをしっかり固定することが好ましい。
【００５１】
また、超音波診断装置４１から出射された距離計測用の超音波が照射する領域と、光学的距離測定装置２１から出射された距離計測用の光が照射する領域とが重なる場合、つまり、超音波診断装置４１および光学的距離測定装置２１を用いて、測定対象物質４の同じ領域の厚さを測定する場合には、第１の平板２と第２の平板３とは多少平行状態からずれていてもよい。
【００５２】
図２に示すように、可動機構７および第２の平板３は固定冶具１１により保持されている。これにより、可動機構７の力が測定対象物質４に加えられ、可動機構７の移動に伴って測定対象物質４の厚さが変化する。
【００５３】
固定冶具１１全体は水槽１２内に固定され、水槽１２は、水やアルコールなどの液体からなる媒質１０で満たされている。少なくとも第１の平板２が完全に媒質１０中に保持されることが好ましい。媒質１０としては、超音波が伝播する種々の物質を用いることができる。特に、超音波診断装置４１が医療用のものである場合には、媒質１０として水を用いることが好ましい。水と生体との音響特性はよく一致しているからである。測定対象物質４として液体を用いる場合には、媒質１０として測定対象物質４に用いた物質と同じ物質を用いてもよい。
【００５４】
次に光学的距離測定装置２１を説明する。光学的距離測定装置２１として、光を出射し、反射した光を検知して距離を求める方法を採用するものであれば、どのような測定原理を用いる光学的距離測定装置であってもよい。例えば、共焦点の原理を採用したレーザ変位計や光の位相変化を利用するヘテロダイン変位計などの計測原理を利用した光学的距離測定装置を用いることができる。
【００５５】
図２に示すように、本実施形態の光学的距離測定装置２１は、レーザ光出射部２２と、ビームスプリッタ２３と、レーザ光受光部２４と、演算処理部２５と表示部２６とを含む。
【００５６】
レーザ光出射部２２から出射されたレーザ光は光路２８上を進み、ビームスプリッタ２３および計測基準位置２９を透過して微小振動発生装置１へ入射する。微小振動発生装置１において、レーザ光は水槽１２、媒質１０第２の平板３を透過して測定対象物質４の第２の界面６へ達する。レーザ光の一部は、第２の界面６で反射して、反射光として光路２８上を戻り、ビームスプリッタ２３へ達する。反射光の一部はビームスプリッタ２３によって反射され、レーザ受光部２４において検知される。
【００５７】
また、測定対象物質４を透過したレーザ光は第１の界面５によって反射され、反射光として光路２８上を戻り、ビームスプリッタ２３によって反射され、レーザ受光部２４において検知される。
【００５８】
光学的距離測定装置２１は、レーザ受光部２４において検知した反射光に基づいて、計測基準位置２９から第１の反射面５までの距離Ｌ１を演算処理部２５の演算によって求めることができる。また、同様にして、計測基準位置２９から第２の反射面６までの距離Ｌ２を演算処理部２５の演算によって求めることができる。この演算は実質的にリアルタイムで行うことができる。測定対象物質４の厚さは微小振動発生装置１によって変化させられているので、距離Ｌ１および距離Ｌ２も計測時刻によって変化する。したがって、これらの距離をＬ１（ｔ）およびＬ２（ｔ）と表す。求められた距離Ｌ１（ｔ）および距離Ｌ２（ｔ）は表示部２６に表示される。距離Ｌ１（ｔ）と距離Ｌ２（ｔ）との差ΔＬ（ｔ）が測定対象物質４の厚さとなる。距離Ｌ１（ｔ）および距離Ｌ２（ｔ）をオシロスコープ２７へ出力し、オシロスコープ２７においてΔＬ（ｔ）を求めてもよいし、演算処理部２５においてΔＬ（ｔ）を求めてもよい。また、オシロスコープ２７の換わりにパーソナルコンピュータなどを用いてもよい。
【００５９】
光学的距離測定装置２１は、超音波診断装置４１の測定精度を評価するための基準となる計測値を求める。このため、超音波波診断装置４１を評価するのに必要な精度の計測が行えるような光学的距離測定装置２１を適宜選択する。入手が可能な市販の光学的距離測定装置は、０．０１〜１０００μｍの測定精度を備えている。０．０１μｍの測定精度を備えた光学的距離測定装置として、例えばキーエンス社製のＬＣー２４２０がある。本実施形態の超音波診断装置４１は動脈硬化の程度を診断するものであるため、光学的距離測定装置２１は１０μｍ以内の高い測定精度を備えていることが好ましく、１μｍ以内の高い測定精度を備えていることがより好ましい。動脈壁の厚さ変化が数十μｍ程度あるため、１０μｍ以内の測定精度があれば動脈硬化の診断が可能の超音波診断装置を評価することができ、１μｍ以内の測定精度を備えることによって、ミクロンオーダで超音波診断装置の測定精度を評価することができる。
【００６０】
次に、評価装置３０により評価される超音波診断装置４１を説明する。本実施形態の超音波診断装置４１としては、例えば特開平１０−５２２６号公報に開示されているものを用いることができる。超音波診断装置４１は、超音波プローブ４６、整合回路４５、送信アンプ４４、受信アンプ４７、演算処理部４２、Ｄ／Ａ変換器４３、Ａ／Ｄ変換器４８およびパーソナルコンピュータ４９を含む。演算処理部４２から任意の時刻Ｔ１において発せられた超音波発生信号はＤ／Ａ変換器４３においてアナログ信号に変換され、送信アンプ４４において増幅される。増幅された超音波発生信号は、整合回路４５を経由して超音波プローブ４６へ入力される。超音波プローブ４６は、信号を機械的振動に変換し、超音波を発振する。出射された超音波は、音軸５０に沿って媒質１０および第１の平板２内を伝播し、測定対象物質４へ到達する。超音波の一部は測定対象物質の第１の界面５において反射し、反射波として音軸５０上を戻り、超音波プローブ４６へ入射する。超音波プローブ４６は反射波を電気的信号に変換して整合回路４５を経て受信アンプ４７において増幅される。増幅された受信信号は、Ａ／Ｄ変換器４８においてデジタル信号に変換され、パーソナルコンピュータ４９へ入力される。
【００６１】
受信信号は直交検波処理およびローパスフィルタリング処理が施されて、パーソナルコンピュータ４９内のメモリに保存される。続いて時刻Ｔ１から時間Δｔが経過した後、同様の測定を行う。時刻Ｔ１における受信信号の位相と時刻Ｔ１＋Δｔにおける受信信号の位相とから、時刻Ｔ１における受信信号および時刻Ｔ１＋Δｔにおける受信信号の振幅は変化せず、位相と反射位置のみが変化するという制約を与え、最小二乗法によって位相の変位を求め、第１の界面５の位置の変位量Ｃ１（Ｔ）を算出する。この動作を繰り返すことによって第１の界面５の位置の経時変化Ｃ１（ｔ）を求める。
【００６２】
同様な計測を第２の界面６に対しても行い、第２の界面６によって反射された超音波を超音波プローブ４６で受信する。そして、第２の界面６の位置の経時変化Ｃ２（ｔ）を求める。測定対象物質４の厚さの変化量ΔＣ（ｔ）は、Ｃ１（ｔ）とＣ２（ｔ）との差分として求められる。
【００６３】
なお、超音波診断装置４１で求められるΔＣ（ｔ）は、測定対象物質４の厚さの変化量を時間の関数として表しているのに対して、光学的距離測定装置２１によって求められるΔＬ（ｔ）は測定対象物質４の厚さを時間の関数として表す。したがって、ΔＬ（ｔ）およびΔＣ（ｔ）は、測定対象物質４の測定開始時における厚さＬ０として、ΔＬ（ｔ）＝Ｌ０＋ΔＣ（ｔ）の関係を満たす。
【００６４】
以上説明した評価装置３０を用いて信号発生器９が生成する信号評価を行う。図２に示すように超音波プローブ４６から出射する超音波の音軸５０が第１の界面５および第２の界面６に対して垂直になるよう超音波診断装置４１の超音波プローブ４６を保持する。超音波プローブ４６の超音波が出射する面は媒質１０中に位置していることが好ましい。媒質１０と空気等との界面が超音波プローブ４６と測定対象物質４との間に位置し、不要な反射が生じるのを防ぐためである。また、微小振動発生装置１の底面側からレーザ光の光軸２８が第１の界面５および第２の界面６に対して垂直になるよう光学的距離測定装置２１を保持する。
【００６５】
次に、評価装置３０の信号発生器９が生成する信号をトリガ信号として用い、光学的距離測定装置２１に接続されたオシロスコープ２７に入力する。オシロスコープ２７には、トリガ信号により決定されるタイミングで光学的距離測定装置２１によって計測された測定対象物質４の厚さが表示される。信号発生器９が生成する信号はまた、超音波診断装置４１のパーソナルコンピュータ４９へもトリガ信号として入力される。超音波診断装置４１はトリガ信号により決定されるタイミングで測定対象物質４の厚さを計測し、計測結果を表示する。信号発生器９が生成する信号は、超音波診断装置４１の演算処理部４２や光学的距離計測装置の演算処理部２５へ入力し計測を行ってもかまわない。このように、信号発生装器９を光学的距離測定装置２１および超音波診断装置４１による計測の制御装置として用い、信号発生器９が生成する信号を光学的距離測定装置２１および超音波診断装置４１による計測のトリガ信号として利用することによって、光学的距離測定装置２１および超音波診断装置４１を用いて同時に測定対象物質４の厚さを計測することができる。これによって、光学的距離測定装置２１によって計測するときの測定対象物質４の厚さと超音波診断装置４１によって計測するときの測定対象物質４の厚さが異なる可能性が小さくなり、より精度の高い評価を行うことができる。
【００６６】
また、図４に示すように、超音波診断装置４１のプローブから出射される超音波が測定対象物質４に照射する領域と、光学的距離測定装置２１のレーザ光出射部２２から出射されるレーザ光が測定対象物質４に照射する領域とが重なるようにし、超音波診断装置４１により測定を行う領域と光学的距離測定装置２１により測定する領域とが一致しているほうが好ましい。測定対象物質４の同じ場所を測定することによって、光学的距離測定装置２１が計測する測定対象物質４の厚さと超音波診断装置４１が計測する測定対象物質４の厚さが異なる可能性が小さくなり、より精度の高い評価を行うことができる。また、同じ場所を測定する場合には、第１の平板２が第２の平板３に対して完全には平行となっていなくてもよい。光学的距離測定装置２１および超音波診断装置４１が計測する測定対象物質４の厚さは実質的に等しくなるので、精度の高い評価を行うことができる。
【００６７】
なお、一般に超音波診断装置４１から出射される超音波のビーム径（１ｍｍ程度）は光学的距離測定装置２１から出射されるレーザ光のビーム径（数μｍ程度）より大きい。このため、超音波診断装置４１によれば、超音波が照射される領域の平均の厚さを求められるのに対して、光学的距離測定装置２１はその領域の一部分の厚さを計測していることになり、測定誤差が生じる可能性がある。このような誤差が問題となる場合には、超音波が照射される領域内の複数箇所において、光学的距離測定装置２１による計測を行い、計測によって得られた値の平均値を光学的距離測定装置２１による測定値としてもよい。
【００６８】
また、微小振動発生装置１の制御精度が超音波診断装置４１の評価に必要な測定精度よりも高く、第１の平板２を第２の平板３に対して十分に平行に移動させることができ、また、可動機構７の移動距離が常に同じであるとみなせる場合には、超音波診断装置４１による計測と光学的距離測定装置２１による計測とは同時に行わなくてもよい。また、超音波診断装置４１により測定を行う領域と光学的距離測定装置２１により測定する領域とが異なっていてもよい。
【００６９】
更に、図２では、微小振動発生装置１の上側から超音波診断装置４１による測定を行い、下側から光学的距離測定装置２１による測定を行うように示している。これは、上述したように、測定対象物質４の同じ領域を超音波診断装置４１および光学的距離測定装置２１によって同時に計測するためのである。しかし、測定対象物質４の異なる領域を超音波診断装置４１および光学的距離測定装置２１によって計測する場合や、超音波診断装置４１および光学的距離測定装置２１の計測を同時に行わない場合には、超音波診断装置４１および光学的距離測定装置２１を用いて微小振動発生装置１に対して同じ側から計測を行ってもよい。
【００７０】
このようにして光学的距離測定装置２１および超音波診断装置４１による計測を行い、光学的距離測定装置２１によって得られた計測結果から、超音波診断装置４１の測定精度を評価する。例えば、可動機構７を振幅１０μｍで駆動し、測定精度０．５μｍの光学的距離測定装置２１を用いるとする。超音波診断装置４１による計測結果が、振幅１０μｍを有する波形となり、光学的距離測定装置２１による測定結果の波形と一致する場合には、超音波診断装置４１は光学的距離測定装置２１と同程度の測定精度を備えている。つまり、超音波診断装置４１の測定精度は０．５μｍ程度である。一方、超音波診断装置４１による測定結果が、１０±２μｍの振幅を有する波形となる場合には、超音波診断装置４１の測定精度は２μｍとなる。
【００７１】
以下に具体的な一例を示す。第１の平板２および第２の平板として、いずれも厚さが８．０ｍｍであるポリスチレン板を用意する。測定対象物質４にはシリコンゲルを用い、測定対象物質４の厚さが約１．０ｍｍになるように第１の平板２を保持する。可動機構７として、最大ストロークが約２０μｍであるアクチュエータを用いて、約７μｍのストロークで可動機構７を駆動する。つまり、シリコンゲルからなる測定対象物質４の厚さの変化量は約７μｍである。測定対象物質４と第１の平板２とは接着せず、押し縮められた測定対象物質４は弾性力によって復元させる。
【００７２】
光学的距離測定装置２１として、共焦点型レーザ距離測定装置を用いる。本実施形態では、キーエンス社製のレーザフォーカス変位計ＬＴ８１００を用いる。この装置の測定精度は０．２μｍであり、赤色レーザダイオードによって発生する６７０ｎｍの波長を有するレーザ光を利用する。ポリスチレンからなる第１の平板２および第２の平板３の波長６７０ｎｍにおける屈折率は１．５９であり、シリコンゲルからなる測定対象物質４の屈折率は１．４１である。このため、第１の界面５および第２の界面６におけるレーザ光の反射率は約６％となる。また、第１の平板２および第２の平板３の波長６７０ｎｍにおける光の透過率は９０％以上であり、測定対象物質４の波長６７０ｎｍにおける光の透過率は９５％以上である。反射率の値は小さいが、この程度の反射率であっても本実施形態に用いる共焦点型レーザ距離測定装置を用いて十分に距離を測定することができる。
【００７３】
ポリスチレンからなる第１の平板２および第２の平板３の音響インピーダンスは２．４２×１０⁶ｋｇ／ｍ³であり、シリコンゲルからなる測定対象物質４の音響インピーダンスは、０．９７×１０⁶ｋｇ／ｍ²・ｓである。このため、第１の界面５および第２の界面６における超音波の反射率はいずれも約４３％となる。この値は、一般的な超音波診断装置による計測に十分なものである。
【００７４】
このような条件において、微小振動発生装置１を用いて測定対象物質４の厚さを変化させ、その厚さの変化を光学的距離測定装置２１および超音波診断装置４１によって計測を行った。図５は、可動機構７を振幅約７．２μｍ、周波数０．５Ｈｚの正弦波で駆動した結果を示している。図５において、超音波診断装置４１によって得られた値を曲線５１で示し、光学的距離測定装置２１により得られた値を破線５２で示している。図５から明らかなように、曲線５１は、破線５２と非常によく一致している。具体的には、曲線５１の振幅と破線５２の振幅とは等しく、約７．２μｍである。光学的距離測定装置２１の測定精度が０．２μｍであるので、超音波診断装置４１の測定精度も０．２μｍ程度であることが確認できる。
【００７５】
また、曲線５１の位相は、破線５２の位相と一致している。可動機構７の周波数は０．５Ｈｚであるから、超音波診断装置４１を用いて動脈を診断した場合、位相の遅れが生じることなく、リアルタイムで動脈の動きを計測できることを示している。したがって、超音波診断装置４１は、動脈硬化を診断するのに適した測定精度を備えていると評価できる。
【００７６】
上記実施形態では、超音波診断装置４１を評価する超音波診断装置の評価装置３０を説明したが、超音波診断装置４１に超音波診断装置の評価装置３０を組み込み、超音波診断装置４１と評価装置３０とを備えた超音波診断システムを構成してもよい。このような超音波診断システムによれば、必要に応じて適宜、超音波診断装置４１の測定精度を評価し、評価結果に基づいて超音波診断装置４１の校正を行うことができる。
【００７７】
また、本実施形態では、医療用の超音波診断装置を評価したが、本発明の超音波診断装置の評価装置は他の用途に用いられる超音波診断装置を評価することが可能である。
【００７８】
【発明の効果】
本発明の超音波診断装置の評価装置によれば、超音波診断装置による測定対象物の変位量の確かさを正確に評価することができる。また、評価装置に用いる光学的距離測定装置を選択することによって、任意の測定精度で超音波診断装置を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波診断装置の評価装置を概括的に説明する図である。
【図２】本発明の超音波診断装置の評価装置および評価の対象となる超音波診断装置の構成を説明する図である。
【図３】第１の平板、第２の平板および測定対象物質の変形例を示す図である。
【図４】超音波診断装置および光学的距離測定装置の測定領域を説明する図である。
【図５】図２に示す超音波診断装置の評価装置を用いて超音波診断装置を評価した結果を示す一例である。
【符号の説明】
１微小振動発生装置
２第１の平板
３第２の平板
４測定対象物質
５第１の界面
６第２の界面
７可動機構
８電源
９信号発生器
１０媒質
１１固定冶具
１２水槽
２１光学的距離測定装置
３０超音波診断装置の評価装置
４１超音波診断装置

Claims

音響インピーダンスおよび屈折率が実質的に異なる測定対象物質および前記測定対象物質以外の物質が接することにより形成される第１の界面と第２の界面との距離を変化させながら、前記第１の界面と前記第２の界面との間の距離を光学的距離測定装置および超音波診断装置によって測定するステップと、
前記光学的距離測定装置による測定結果を基準として前記超音波診断装置の計測結果から前記超音波診断装置の評価を行うステップと、
を包含する超音波診断装置の評価方法。
前記測定ステップにおいて、前記第１の界面および前記第２の界面を実質的に平行に保ちながら前記第１の界面と前記第２の界面との距離を変化させる請求項１に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記光学的距離測定装置から出射される距離を計測するための光の光軸および前記超音波診断装置から出射される距離を計測するための超音波の音軸は、前記第１の界面および前記第２の界面と実質的に垂直である請求項２に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記第１の界面および前記第２の界面は、前記測定対象物質の表面からなる請求項２に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記測定対象物質はゴム、ゲル、および液体から選ばれる少なくとも１つを用いて形成されている請求項４に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記測定対象物質を平行な２つの平板によって挟み、前記２つの平板の間隔を変化させることによって、前記第１の界面と前記第２の界面との距離を変化させる請求項５に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記光学的距離測定装置の計測する領域と前記超音波診断装置の計測する領域とが重なるように前記光学的距離測定装置および前記超音波診断装置を配置する請求項２に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記第１の界面と前記第２の界面との距離を前記光学的距離測定装置および前記超音波診断装置によって同時に測定する請求項７に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記光学的距離測定装置は、レーザ光を用いて計測を行う請求項３に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記光学的距離測定装置は、１０μｍ以内の測定精度を有している請求項３に記載の超音波診断装置の評価方法。
前記超音波診断装置は医療用超音波診断装置である請求項１から１０のいずれかに記載の超音波診断装置の評価方法。
第１の平板および第２の平板と、前記第１の平板および第２の平板との距離を変化させる可動機構とを含み、前記第１の平板と前記第２の平板との間に挟まれて保持される測定対象物質の厚さを変化させる微小振動発生装置と、
前記測定対象物質の厚さを計測するための光学的距離測定装置と、
を備え、前記測定対象物質の厚さを超音波診断装置によって計測し、前記光学的距離測定装置による測定結果を基準として、前記超音波診断装置の計測結果から前記超音波診断装置の評価を行う超音波診断装置の評価装置。
前記測定対象物質を更に備え、前記測定対象物質は、前記第１の平板および前記第２の平板と異なる音響インピーダンスおよび屈折率を有する請求項１２に記載の超音波診断装置の評価装置。
前記微小振動発生装置は、第１の平板および第２の平板を互いに平行となるよう保つ請求項１２に記載の超音波診断装置の評価装置。
前記測定対象物質は、ゴム、ゲル、および液体から選ばれる少なくとも１つを用いて形成されている請求項１３に記載の超音波診断装置の評価装置。
微小振動発生装置は、前記第１の平板および/または第２の平板の前記測定対象物質と接する面に設けられた、前記光学的距離測定装置から出射される光を反射するための薄膜を更に含む請求項１３に記載の超音波診断装置の評価装置。
前記光学的距離測定装置から出射される計測のための光の光軸は、前記測定対象物質と前記第１の平板および第２の平板との接触によりそれぞれ形成される第１の界面および第２の界面と実質的に垂直であり、前記超音波診断装置から出射される計測のための超音波の音軸が、前記第１の界面および第２の界面と実質的に垂直になるよう前記超音波診断装置が保持される請求項１３に記載の超音波診断装置の評価装置。
前記光学的距離測定装置の光軸と前記超音波距離測定装置の音軸とが重なるように前記光学的距離測定装置および前記超音波距離測定装置が配置されている請求項１７に記載の超音波診断装置の評価装置。
前記測定対象物質の厚さを前記光学的距離測定装置および前記超音波診断装置によって同時に測定するために、前記光学的距離測定装置および前記超音波診断装置を制御する制御装置を更に備えた請求項１８に記載の超音波診断装置の評価装置。
前記光学的距離測定装置は、レーザを用いて計測を行う請求項１９に記載の超音波診断装置の評価装置。
前記光学的距離測定装置は、１０μｍ以内の測定精度を有している請求項２０に記載の超音波診断装置の評価装置。
前記超音波診断装置は医療用超音波診断装置である請求項１２から２１のいずれかに記載の超音波診断装置の評価装置。
請求項１２から２２のいずれかに記載の超音波診断装置の評価装置と、
超音波診断装置と、
を含む超音波診断システム。