JP4620860B2 - 超音波組織評価装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して生体組織の状態を評価する超音波組織評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、踵骨等の生体組織に超音波を放射し、生体組織内を伝搬する超音波の音速や、減衰度合いなどを測定することにより、生体組織の状態を評価する超音波組織評価装置が一般に使用されている。
【０００３】
現在一般に使用されている超音波組織評価装置の多くは、互いに向かい合った一対の超音波振動子の間に生体組織を位置させ、一方の超音波振動子から超音波パルスを送信し、他方の超音波振動子が、これを受信する構成となっている。
【０００４】
このような超音波組織評価装置を使用する場合、送信側の超音波振動子から受信側の超音波振動子までの経路上に空気が介在すると、超音波の反射・減衰が生じるため、音速や減衰度合いの正確な測定・評価が行えなくなる。
【０００５】
そのため、超音波組織評価装置は、超音波振動子と生体組織との間に音響整合材を介在させることにより、超音波振動子と生体組識との間に空気が介在しないよう構成されている。
【０００６】
超音波振動子と生体組織との間に音響整合材を設置する方法としては、従来より様々な方法が用いられている。現在では、使用時の利便性から、超音波振動子の振動面の前方に接触子を設け、さらに超音波振動子と接触子との間に音響整合材を充填することにより構成された一対の振動子ユニットを対向配置するとともに、これらの振動子ユニットの間隔を生体組織の形状に合わせて変更可能に構成し、生体組織を所定圧力にて挟持することによって接触子と生体組織とを接触させる方法が広く用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の組織評価装置のように、対向配置された一対の振動子ユニットの間隔を変更することによって生体組識を挟持する構造の組織評価装置は、測定の際に両超音波振動子間の距離を測定しなくてはならない。そのため、従来の組織評価装置には、たとえばレーザー測長器などの測距手段が設けられていた。しかし、このレーザー測長器は、超音波振動子とは別系統の測距手段であるため、装置の構成が複雑になるとともに、測定の操作が煩雑になる。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明は、装置の構成や測定の操作が単純な超音波組織評価装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（６）の本発明により達成される。
【００１０】
（１） 被検体に対して超音波の送受信を行って組織評価を行う超音波組織評価装置であって、
超音波振動子と、被検体表面に接触する被検体接触面を有する接触子と、該接触子および前記超音波振動子の間の空間に充填された音響整合材とを有し、被検体挿入部を挟んで対向する一対の振動子ユニットと、
前記一対の振動子ユニットを支持する基台とを有しており、
前記一対の振動子ユニットの両接触子のうちの少なくとも一方の接触子の前記超音波振動子に対する移動によって、前記一対の振動子ユニットの両被検体接触面の距離を変更する接触面間距離変更手段と、
前記超音波振動子から送信波を送信すると共に、当該送信波の前記被検体接触面での反射波を前記超音波振動子によって受信し、前記接触子内の音響整合材中を伝搬する超音波の伝搬時間を測定する機能と、前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子間の超音波の伝搬時間を測定する機能とを有する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段によって測定された伝搬時間から、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離を求める測距手段とを備えており、
前記接触子を予め規定された位置に設置した初期状態における前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と該一方の振動子ユニットの前記被検体接触面との距離をＬ ｃ としたとき、前記初期状態において、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を送信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記一方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｃ を測定し、前記音響整合材の内部を伝搬する超音波の音速Ｖ ｃ を下記式（１）により求め、
Ｖ ｃ ＝２Ｌ ｃ ／ｔ ｃ …（１）
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態において、前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記一方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、他方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記他方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔを測定し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｍ を下記式（２）により求め、前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｆ を下記式（３）により求め、
Ｌ ｍ ＝Ｖ ｃ ｔ ｍ ／２ …（２）
Ｌ ｆ ＝Ｖ ｃ ｔ ｆ ／２ …（３）
前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子の間の距離をＬとしたとき、下記式により、被検体組識内の音速Ｖを求め、この被検体組識内の音速Ｖを用いて被検体組織の評価を行うことを特徴とする超音波組織評価装置。
Ｖ＝［Ｌ−（Ｌ ｍ ＋Ｌ ｆ ）］／［ｔ−｛（ｔ ｍ ＋ｔ ｆ ）／２｝］
【００１１】
（２） 被検体に対して超音波の送受信を行って組織評価を行う超音波組織評価装置であって、
超音波振動子と、被検体表面に接触する被検体接触面を有する接触子と、該接触子および前記超音波振動子の間の空間に充填された音響整合材とを有し、被検体挿入部を挟んで対向する一対の振動子ユニットと、
前記一対の振動子ユニットを支持する基台とを有しており、
前記一対の振動子ユニットの両接触子のうちの少なくとも一方の接触子の前記超音波振動子に対する移動によって、前記一対の振動子ユニットの両被検体接触面の距離を変更する接触面間距離変更手段と、
前記超音波振動子から送信波を送信すると共に、当該送信波の前記被検体接触面での反射波を前記超音波振動子によって受信し、前記接触子内の音響整合材中を伝搬する超音波の伝搬時間を測定する機能と、前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子間の超音波の伝搬時間を測定する機能とを有する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段によって測定された伝搬時間から、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離を求める測距手段とを備えており、
前記一対の振動子ユニットのうちの一方は、前記接触子の前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が変更可能となっており、他方は、前記接触子の前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が固定されており、
前記距離が固定されている前記振動子ユニットにおいて、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離をＬ ｆ としたとき、前記超音波振動子から送信波を送信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記被検体接触面で反射し、前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｆ を測定し、前記音響整合材の内部を伝搬する超音波の音速Ｖ ｃ を下記式（７）により求め、
Ｖ ｃ ＝２Ｌ ｆ ／ｔ ｆ …（７）
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態で、前記距離が変更可能となっている前記振動子ユニットにおいて、前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記被検体接触面で反射し、前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態で、前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔを測定し、
前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｍ を下記式（２）により求め、
Ｌ ｍ ＝Ｖ ｃ ｔ ｍ ／２ …（２）
前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子の間の距離をＬとしたとき、下記式により、被検体組識内の音速Ｖを求め、この被検体組識内の音速Ｖを用いて被検体組織の評価を行うことを特徴とする超音波組織評価装置。
Ｖ＝［Ｌ−（Ｌ ｍ ＋Ｌ ｆ ）］／［ｔ−｛（ｔ ｍ ＋ｔ ｆ ）／２｝］
【００１３】
（３） 前記接触面間距離変更手段は、伸縮可能な部材であり、当該部材の伸縮によって前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が変更されるようになっていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の超音波組識評価装置。
【００１４】
（４） 前記部材は、蛇腹状に形成されていることを特徴とする上記（３）に記載の超音波組織評価装置。
【００１５】
（５） 前記一対の超音波振動子は、当該両超音波振動子間の距離が一定に保持されるように固定されていることを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の超音波組織評価装置。
【００１６】
（６） 前記一対の振動子ユニットの少なくとも一方に、前記音響整合材の温度を測定するための測温手段が設けられていることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の超音波組織評価装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波組織評価装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳述する。
以下、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置を示す側面図である。図２は、図１に示す超音波組織評価装置の初期状態を示す断面側面図である。図３は、図１に示す超音波組織評価装置の作動状態を示す断面側面図である。
【００２２】
本発明の超音波組織評価装置の第１実施形態１ａは、図１に示すように、基台２０と、基台２０に固定された一対の振動子ユニット１０ａ、１０ｂとを有している。
【００２３】
振動子ユニット１０ａ、１０ｂは、図１に示すように、評価対象となる被検体が挿入される被検体挿入部２０を挟んで対向するように配置されており、脚部２３ａ、２３ｂを介して基台２０に固定されている。
【００２４】
また、振動子ユニット１０ａ、１０ｂは、図２に示すように、それぞれの振動面１５ａ、１５ｂが対向するように配置された超音波振動子１１ａ、１１ｂを備えている。
【００２５】
超音波振動子１１ａ、１１ｂの各振動面１５ａ、１５ｂの前方には、ポリウレタンなどの超音波透過性に優れた材質によって形成された接触子１２ａ、１２ｂが設けられている。また、超音波振動子１１ａ、１１ｂの振動面１５ａ、１５ｂと接触子１２ａ、１２ｂとの間には、ひまし油などの液体の音響整合材１４ａ、１４ｂが充填されている。
【００２６】
また、超音波振動子１１ａ、１１ｂは両超音波振動子１１ａ、１１ｂ間の距離が一定に保持されるように振動子ユニット１０ａ、１０ｂに固定されている。超音波振動子１１ａ、１１ｂのそれぞれの後端からはコード１６ａ、１６ｂが延出しており、後に詳述する送受信ユニット（図示せず）等に接続されている。
【００２７】
振動子ユニット１０ａの接触子１２ａには、図１に示すように、超音波振動子１１ａの振動面１５ａに垂直な方向に伸縮可能な蛇腹状の伸縮部材１７が取り付けられている。そして、それによって接触子１２ａが超音波振動子１１ａに対して移動可能になっている。
【００２８】
また、振動子ユニット１０ａの上方には、整合材貯留容器１８が設けられている。整合材貯留容器１８は、前記伸縮部材１７の収縮時に前記超音波振動子１１ａの振動面１５ａと接触子１２ａの間に収容しきれなくなった音響整合材１４ａをその内部に貯留する機能を有しており、音響整合材１４ａが当該整合材貯留容器１８から接触子１２ａへと移動するか、あるいは反対に接触子１２ａから整合材貯留容器１８へと移動することにより、接触子１２ａは、当該接触子１２ａや伸縮部材１７の内部に音響整合材１４ａが常に充填された状態で、超音波振動子１１ａに対して移動するようになっている。
【００２９】
なお、振動子ユニット１０ｂは、上述した振動子ユニット１０ａと異なり、前記伸縮部材１７や整合材貯留容器１８などを備えておらず、接触子１２ｂと超音波振動子１１ｂの振動面１５ｂとの距離が固定されている。また、本実施形態では、接触子１２ａ、１２ｂの被検体２２との接触面を被検体接触面１３ａ、１３ｂとして説明する。
【００３０】
次に、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置の内部構成について説明する。
【００３１】
図５は、本発明の第１実施形態の超音波組識評価装置の内部構成を示すブロック図である。
【００３２】
図中、超音波振動子１１ａ、１１ｂは、送受信ユニット３０ａ、３０ｂにそれぞれ接続されており、超音波振動子１１ａ、１１ｂのそれぞれが送信、受信のいずれにも使用することができるようになっている。また、送受信ユニット３０ａ、３０ｂは、制御部３１と接続されている。
【００３３】
制御部３１には、前記送受信ユニット３０ａ、３０ｂのほかに操作部３２、記憶部３３、演算部３４、表示部３５、温度センサー１９などが接続されている。
以下、これらの動作を詳述する。
【００３４】
操作部３２に対する指示の入力によって検査が開始すると、制御部３１は、送受信ユニット３０ａ（あるいは３０ｂ）に対してトリガーを送信する。このトリガーを受信した送受信ユニット３０ａ（あるいは３０ｂ）は、所定のパルスを超音波振動子１１ａ（あるいは１１ｂ）に送信する。そして、このパルスを受信した超音波振動子１１ａは、その振動面から送信波を発信する。超音波振動子１１ａから発信された送信波は、音響整合材や被検体などを通過した後、対向配置された超音波振動子１１ｂに受信されるか、あるいは、接触子１２ａの被検体接触面１３ａを境界とした反射波となって超音波振動子１１ａに受信される。
【００３５】
超音波振動子１１ａまたは１１ｂによって受信された信号は、送受信ユニット３０ａまたは３０ｂに設けられた受信アンプ（図示せず）等によって増幅された後に制御部３１へと送信される。そして制御部３１は、この受信された信号に基づいて伝搬時間や減衰度合い等の測定値を算出する。
【００３６】
また、制御部３１は、これらの測定値を演算部３４に入力し、演算を行う。演算部３４は、組識内の音速を求めるために必要な演算処理を行う機能を有している。また、記憶部３３は、後に詳述する各種工程で求められた測定値を記憶する機能を有しており、記憶部３３に記憶された測定値は、組識内の音速を求める演算の際に使用される。
【００３７】
このようにして、制御部３１および演算部３４の演算によって求められた音速や減衰度合い等の測定値は、被検体組識の評価に使用される。
【００３８】
次に、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置を使用した組識内音速測定方法の一例を説明する。
【００３９】
本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置１ａでの処理は、整合材内音速演算工程と、測距工程と、振動子間伝搬時間測定工程と、組識内音速演算工程とを有している。
【００４０】
整合材内音速演算工程とは、振動子ユニット１０ａ、１０ｂ内にそれぞれ設けられている音響整合材１４ａ、１４ｂの音速Ｖｃをパルスエコー法によって測定する工程である。この工程は、温度の変化によって音響整合材の音速、減衰度合い等の特性が変化することから、測定時の音響整合材の正確な音速Ｖｃを求めるために行われる。なお、音響整合材として、たとえばひまし油を使用した場合、室温付近ではひまし油の温度が１℃変化すると、ひまし油の内部を伝搬する超音波の音速が３ｍ／ｓ程度変化する。
【００４１】
この整合材内音速演算工程を行うことによって、音響整合材１４ａ、１４ｂの内部を通過する超音波の正確な音速を後の工程の演算に使用することができ、周囲の環境の変化などに関わらず安定した測定結果を得られるようになっている。
【００４２】
より詳しくは、まず、振動子ユニット１０ａに接続された伸縮部材１７を収縮させ、図２に示すように接触子１２ａを初期位置に設置する。なお、この状態を初期状態とする。
【００４３】
この初期状態において、超音波振動子１１ａの振動面１５ａからパルス等の送信波を発信する。この送信波は、接触子１２ａの被検体接触面１３ａを境界とした反射波となり、当該超音波振動子１１ａの振動面１５ａから受信される。
【００４４】
そして、前記送信波が超音波振動子１１ａの振動面１５ａから送信され、同振動面１５ａに受信されるまでの間の伝搬時間ｔｃを制御部３１によって測定する。
【００４５】
本実施形態においては、この初期状態における超音波振動子１１ａと被検体接触面１３ａとの距離Ｌｃが予め規定された一定値になるように設定されている。
そして、この工程で測定された伝搬時間ｔｃと、前記距離Ｌｃとから、演算部３４によって、次式（１）によって音響整合材１４ａ、１４ｂの内部を伝搬する超音波の音速Ｖｃを算出する。
Ｖｃ＝２Ｌｃ／ｔｃ …（１）
【００４６】
この工程にて測定・算出された伝搬時間ｔｃおよび音速Ｖｃは、記憶部３３に記憶され、後の工程の演算の際に使用される。
【００４７】
測距工程とは、振動子ユニット１０ａ、１０ｂに設けられた接触子１２ａ、１２ｂによって被検体２２を所定圧力で挟持し、その状態における各振動子ユニット１０ａ、１０ｂの超音波振動子１１ａ、１１ｂと被検体接触面１３ａ、１３ｂとの距離Ｌｍ、Ｌｆを前記整合材内音速演算工程と同様にパルスエコー法によって測定する工程である。
【００４８】
より詳しくは、まず、伸縮部材１７を伸長させ、各接触子１２ａ、１２ｂの被検体接触面１３ａ、１３ｂを被検体２２の両側面に所定圧力で接触させる。なお、この状態を作動状態とする。この作動状態において、まず、超音波振動子１１ａからパルス等の送信波を発信し、その送信波が、接触子１２ａの被検体接触面１３ａを境界とした反射波となり、当該超音波振動子１１ａに受信されるまでの伝搬時間ｔｍを測定する。
【００４９】
次に、超音波振動子１１ｂから送信波を発信し、その送信波が、接触子１２ｂの被検体接触面１３ｂを境界とした反射波となり、当該超音波振動子１１ｂに受信されるまでの伝搬時間ｔｆを測定する。そして、前記整合材内音速演算工程において求められた音速Ｖｃと、この工程において測定された伝搬時間ｔｍ、ｔｆと、次式（２）、（３）とから、演算部３４によって超音波振動子１１ａと被検体接触面１３ａとの距離Ｌｍ、Ｌｆを求める。
Ｌｍ＝Ｖｃｔｍ／２ …（２）
Ｌｆ＝Ｖｃｔｆ／２ …（３）
【００５０】
また、本発明の超音波組織評価装置においては、両超音波振動子１１ａ、１１ｂの距離Ｌが一定値となることから、この距離Ｌと前記距離Ｌｍ、Ｌｆとから、次式（４）によって図３に示した被検体２２の幅Ｌｈが求められる。
Ｌｈ＝Ｌ−（Ｌｍ＋Ｌｆ） …（４）
【００５１】
なお、この工程においては、音響整合材１４ａと、音響整合材１４ｂの特性が同一であるものとして測定を行っている。これは後述する測定方法についても同様である。
【００５２】
振動子間伝搬時間測定工程とは、図３に示すように、被検体２２を接触子１２ａ、１２ｂで挟持した作動状態において両超音波振動子１１ａ、１１ｂの間を伝搬する超音波の伝搬時間ｔを測定する工程である。
【００５３】
より詳しくは、前記測距工程と同様に、被検体２２の両側面を接触子１２ａ、１２ｂによって所定圧力で挟持した作動状態で、超音波振動子１１ａの振動面１５ａからパルス等の送信波を発信する。そして、その送信波が、両超音波振動子１１ａ、１１ｂの間、すなわち音響整合材１４ａ、被検体２２および音響整合材１４ｂの内部を通過し、超音波振動子１１ｂの振動面１５ｂに受信されるまでの伝搬時間ｔを測定する。
【００５４】
組識内音速演算工程とは、前記測距工程で測定された各振動子ユニット１０ａ、１０ｂの超音波振動子１１ａ、１１ｂと被検体接触面１３ａ、１３ｂとの距離Ｌｍ、Ｌｆと、前記振動子間伝搬時間測定工程で測定された伝搬時間ｔと、に基づいて被検体２２の組識内の音速Ｖを演算する工程である。
【００５５】
より詳しくは、被検体２２の組識内の音速Ｖを被検体２２の幅Ｌｈと、前記振動子間伝搬時間測定工程において被検体２２の組識内を伝搬する被検体内伝搬時間ｔｈとから、次式（５）によって算出する。
Ｖ＝Ｌｈ／ｔｈ …（５）
【００５６】
なお、被検体内伝搬時間ｔｈは、前記振動子間伝搬時間測定工程において測定された振動子間伝搬時間ｔと、前記測距工程において測定された音響整合材１４ａ、１４ｂの内部を通過する超音波の伝搬時間ｔｍ、ｔｆとから、次式（６）によって求められる。
ｔｈ＝ｔ−｛（ｔｍ＋ｔｆ）／２｝ …（６）
【００５７】
また、この工程において算出された音速Ｖは、被検体内を伝搬する超音波の減衰率などとともに被検体組識の評価に使用される。
【００５８】
本実施形態の超音波組織評価装置の接触子１２ａ、１２ｂは、一方は移動可能に設置され、他方は固定されているが、上述した操作によって被検体組識内の音速を測定するのであれば、両接触子を移動可能に設置することが可能である。
【００５９】
以下、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置１ａを使用した組識内音速測定方法の他の例を説明する。
【００６０】
本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置１ａを使用した組識内音速測定方法の他の例は、上述した測定方法と同様に、整合材内音速演算工程と、測距工程と、振動子間伝搬時間測定工程と、組識内音速演算工程とを有する。
【００６１】
この方法の整合材内音速演算工程は、上述した測定方法と異なり、超音波振動子１１ａに対して接触子１２ａが移動可能となっている振動子ユニット１０ａの音響整合材１４ａの音速を演算するのではなく、超音波振動子１１ｂに対して接触子１２ｂが固定されている振動子ユニット１０ｂの音響整合材１４ｂの音速をパルスエコー法によって求める工程となっている。
【００６２】
より詳しくは、超音波振動子１１ｂの振動面１５ｂからパルス等の送信波を発信する。そして、その送信波が接触子１２ｂの被検体接触面１３ｂを境界とした反射波となり、当該超音波振動子１１ｂの振動面１５ｂに受信されるまでの間の伝搬時間ｔｆを制御部３１によって測定する。本実施形態においては、超音波振動子１１ｂと被検体接触面１３ｂとの距離Ｌｆが一定値となることから、この工程で測定された伝搬時間ｔｆと、前記距離Ｌｆと、次式（７）とから、演算部３４によって音響整合材１４ａ、１４ｂの内部を伝搬する超音波の音速Ｖｃを演算する。
Ｖｃ＝２Ｌｆ／ｔｆ …（７）
【００６３】
なお、測距工程、振動子間伝搬時間測定工程、および組識内音速演算工程は、上述した測定方法と同一なので説明を省略する。
【００６４】
なお、本実施形態においては、被検体２２を接触子１２ａ、１２ｂによって挟持するか否かに関わらず、超音波振動子１１ｂと被検体接触面１３ｂとの距離Ｌｆが一定値になるため、どちらの状態で伝搬時間ｔｆを測定してもよい。また、本実施形態は、上述した測定方法のように接触子１２ａを初期位置に設置する作業を省略できることから、整合材内音速演算工程を簡略化できる利点がある。
【００６５】
次に、本発明の第２実施形態の超音波組織評価装置について説明する。
図４は、本発明の超音波組織評価装置の第２実施形態を示す断面側面図である。図６は、本発明の第２実施形態の超音波組織評価装置の内部構成を示すブロック図である。
【００６６】
本発明の第２実施形態の超音波組織評価装置１ｂは、図４に振動子ユニット１０ａの音響整合材１４ａの温度を測定するための温度センサー１９を有している。また、この温度センサー１９は、図６に示すように、制御部３１に接続されている。なお、その他の構成については、上述した第１実施形態の超音波組織評価装置１ａと同一であるので説明を省略する。
【００６７】
以下、本発明の第２実施形態の超音波組識評価装置１ｂを使用した組識内音速測定方法を説明する。
【００６８】
本発明の第２実施形態の超音波組織評価装置１ｂを使用した組識内音速測定方法は、上述した２つの測定方法と同様に、整合材内音速演算工程と、測距工程と、振動子間伝搬時間測定工程と、組識内音速演算工程とを有する。
【００６９】
この方法の整合材内音速演算工程は、上述した第１実施形態の超音波組織評価装置１ａの組識内音速測定方法と異なり、図４に示すように、振動子ユニット１０ａに設けられた温度センサー１９によって音響整合材１４ａの温度ｒを測定し、その温度ｒに基づいて音響整合材１４ａ、１４ｂ内を伝搬する超音波の音速Ｖｃを求める工程となっている。
【００７０】
より詳しくは、振動子ユニット１０ａに設けられた温度センサー１９によって音響整合材１４ａの温度ｒを測定し、この温度ｒと、次式（８）とから演算部３４によって音速Ｖｃを算出する。
Ｖｃ＝αｒ＋β …（８）
【００７１】
この式（８）において、αは、音響整合材内の音速Ｖｃの温度勾配、すなわち当該音速Ｖｃの関数の比例定数であり、βはその切片、すなわちｒ＝０の場合の音速である。なお、前記αおよびβの値は、予め実験等によって規定された値であり、記憶部３３に記憶されている。また、式（８）は一例であり、音速Ｖｃは温度ｒを用いた他の関数によって求めることもできる。
【００７２】
なお、測距工程、振動子間伝搬時間測定工程、および組識内音速演算工程は、上述した２つの測定方法と同一なので説明を省略する。
【００７３】
なお、上記第１実施形態および第２実施形態の超音波組織評価装置１ａおよび１ｂの振動子ユニット１０ａの整合材貯留容器１８に音響整合材１４ａを接触子１２ａおよび伸縮部材１７に圧送するためのポンプ等を設けることが可能であり、そのポンプを制御部３１で制御することによって上記各操作を自動化することが可能である。
【００７４】
最後に、本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲で、種々の変更および改良が可能であることは言うまでもない。たとえば、温度センサーを使用して室温など周囲の環境の変化を測定結果に反映させることが可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、測距手段としてレーザー測長器等の別系統の測距手段を設ける必要がなく、当該装置に本来備わっている超音波振動子などの測距手段のみで測定を行うことができることから、装置の構成を簡素化することができ、測定の操作を簡単に行うことができる。また、当該超音波組織評価装置を音響整合材中を伝搬する超音波の音速を測定の度に求める構成とすることで、音響整合材の温度等の特性の変化に関わらず、常に安定した測定結果が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波組織評価装置の第１実施形態を示す側面図である。
【図２】図１に示す超音波組織評価装置の初期状態を示す断面側面図である。
【図３】図１に示す超音波組織評価装置の作動状態を示す断面側面図である。
【図４】本発明の超音波組織評価装置の第２実施形態を示す断面側面図である。
【図５】本発明の超音波組織評価装置の第１実施形態の内部構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の超音波組織評価装置の第２実施形態の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 超音波組織評価装置
１０ａ、１０ｂ 振動子ユニット
１１ａ、１１ｂ 超音波振動子
１２ａ、１２ｂ 接触子
１３ａ、１３ｂ 被検体接触面
１４ａ、１４ｂ 音響整合材
１５ａ、１５ｂ 振動面
１６ａ、１６ｂ コード
１７ 伸縮部材
１８ 整合材貯留容器
１９ 温度センサー
２０ 被検体挿入部
２１ 基台
２２ 被検体
２３ａ、２３ｂ 脚部
３０ａ、３０ｂ 送受信ユニット
３１ 制御部
３２ 操作部
３３ 記憶部
３４ 演算部
３５ 表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を利用して生体組織の状態を評価する超音波組織評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、踵骨等の生体組織に超音波を放射し、生体組織内を伝搬する超音波の音速や、減衰度合いなどを測定することにより、生体組織の状態を評価する超音波組織評価装置が一般に使用されている。
【０００３】
現在一般に使用されている超音波組織評価装置の多くは、互いに向かい合った一対の超音波振動子の間に生体組織を位置させ、一方の超音波振動子から超音波パルスを送信し、他方の超音波振動子が、これを受信する構成となっている。
【０００４】
このような超音波組織評価装置を使用する場合、送信側の超音波振動子から受信側の超音波振動子までの経路上に空気が介在すると、超音波の反射・減衰が生じるため、音速や減衰度合いの正確な測定・評価が行えなくなる。
【０００５】
そのため、超音波組織評価装置は、超音波振動子と生体組織との間に音響整合材を介在させることにより、超音波振動子と生体組識との間に空気が介在しないよう構成されている。
【０００６】
超音波振動子と生体組織との間に音響整合材を設置する方法としては、従来より様々な方法が用いられている。現在では、使用時の利便性から、超音波振動子の振動面の前方に接触子を設け、さらに超音波振動子と接触子との間に音響整合材を充填することにより構成された一対の振動子ユニットを対向配置するとともに、これらの振動子ユニットの間隔を生体組織の形状に合わせて変更可能に構成し、生体組織を所定圧力にて挟持することによって接触子と生体組織とを接触させる方法が広く用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の組織評価装置のように、対向配置された一対の振動子ユニットの間隔を変更することによって生体組識を挟持する構造の組織評価装置は、測定の際に両超音波振動子間の距離を測定しなくてはならない。そのため、従来の組織評価装置には、たとえばレーザー測長器などの測距手段が設けられていた。しかし、このレーザー測長器は、超音波振動子とは別系統の測距手段であるため、装置の構成が複雑になるとともに、測定の操作が煩雑になる。
【０００８】
上記問題点に鑑み、本発明は、装置の構成や測定の操作が単純な超音波組織評価装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（６）の本発明により達成される。
【００１０】
（１） 被検体に対して超音波の送受信を行って組織評価を行う超音波組織評価装置であって、
超音波振動子と、被検体表面に接触する被検体接触面を有する接触子と、該接触子および前記超音波振動子の間の空間に充填された音響整合材とを有し、被検体挿入部を挟んで対向する一対の振動子ユニットと、
前記一対の振動子ユニットを支持する基台とを有しており、
前記一対の振動子ユニットの両接触子のうちの少なくとも一方の接触子の前記超音波振動子に対する移動によって、前記一対の振動子ユニットの両被検体接触面の距離を変更する接触面間距離変更手段と、
前記超音波振動子から送信波を送信すると共に、当該送信波の前記被検体接触面での反射波を前記超音波振動子によって受信し、前記接触子内の音響整合材中を伝搬する超音波の伝搬時間を測定する機能と、前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子間の超音波の伝搬時間を測定する機能とを有する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段によって測定された伝搬時間から、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離を求める測距手段とを備えており、
前記接触子を予め規定された位置に設置した初期状態における前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と該一方の振動子ユニットの前記被検体接触面との距離をＬ ｃ としたとき、前記初期状態において、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を送信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記一方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｃ を測定し、前記音響整合材の内部を伝搬する超音波の音速Ｖ ｃ を下記式（１）により求め、
Ｖ ｃ ＝２Ｌ ｃ ／ｔ ｃ …（１）
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態において、前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記一方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、他方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記他方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔを測定し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｍ を下記式（２）により求め、前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｆ を下記式（３）により求め、
Ｌ ｍ ＝Ｖ ｃ ｔ ｍ ／２ …（２）
Ｌ ｆ ＝Ｖ ｃ ｔ ｆ ／２ …（３）
前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子の間の距離をＬとしたとき、下記式により、被検体組識内の音速Ｖを求め、この被検体組識内の音速Ｖを用いて被検体組織の評価を行うことを特徴とする超音波組織評価装置。
Ｖ＝［Ｌ−（Ｌ ｍ ＋Ｌ ｆ ）］／［ｔ−｛（ｔ ｍ ＋ｔ ｆ ）／２｝］
【００１１】
（２） 被検体に対して超音波の送受信を行って組織評価を行う超音波組織評価装置であって、
超音波振動子と、被検体表面に接触する被検体接触面を有する接触子と、該接触子および前記超音波振動子の間の空間に充填された音響整合材とを有し、被検体挿入部を挟んで対向する一対の振動子ユニットと、
前記一対の振動子ユニットを支持する基台とを有しており、
前記一対の振動子ユニットの両接触子のうちの少なくとも一方の接触子の前記超音波振動子に対する移動によって、前記一対の振動子ユニットの両被検体接触面の距離を変更する接触面間距離変更手段と、
前記超音波振動子から送信波を送信すると共に、当該送信波の前記被検体接触面での反射波を前記超音波振動子によって受信し、前記接触子内の音響整合材中を伝搬する超音波の伝搬時間を測定する機能と、前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子間の超音波の伝搬時間を測定する機能とを有する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段によって測定された伝搬時間から、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離を求める測距手段とを備えており、
前記一対の振動子ユニットのうちの一方は、前記接触子の前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が変更可能となっており、他方は、前記接触子の前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が固定されており、
前記距離が固定されている前記振動子ユニットにおいて、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離をＬ ｆ としたとき、前記超音波振動子から送信波を送信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記被検体接触面で反射し、前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｆ を測定し、前記音響整合材の内部を伝搬する超音波の音速Ｖ ｃ を下記式（７）により求め、
Ｖ ｃ ＝２Ｌ ｆ ／ｔ ｆ …（７）
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態で、前記距離が変更可能となっている前記振動子ユニットにおいて、前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記被検体接触面で反射し、前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態で、前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔを測定し、
前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｍ を下記式（２）により求め、
Ｌ ｍ ＝Ｖ ｃ ｔ ｍ ／２ …（２）
前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子の間の距離をＬとしたとき、下記式により、被検体組識内の音速Ｖを求め、この被検体組識内の音速Ｖを用いて被検体組織の評価を行うことを特徴とする超音波組織評価装置。
Ｖ＝［Ｌ−（Ｌ ｍ ＋Ｌ ｆ ）］／［ｔ−｛（ｔ ｍ ＋ｔ ｆ ）／２｝］
【００１３】
（３） 前記接触面間距離変更手段は、伸縮可能な部材であり、当該部材の伸縮によって前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が変更されるようになっていることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の超音波組識評価装置。
【００１４】
（４） 前記部材は、蛇腹状に形成されていることを特徴とする上記（３）に記載の超音波組織評価装置。
【００１５】
（５） 前記一対の超音波振動子は、当該両超音波振動子間の距離が一定に保持されるように固定されていることを特徴とする上記（１）ないし（４）のいずれかに記載の超音波組織評価装置。
【００１６】
（６） 前記一対の振動子ユニットの少なくとも一方に、前記音響整合材の温度を測定するための測温手段が設けられていることを特徴とする上記（１）ないし（５）のいずれかに記載の超音波組織評価装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の超音波組織評価装置を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳述する。
以下、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置を示す側面図である。図２は、図１に示す超音波組織評価装置の初期状態を示す断面側面図である。図３は、図１に示す超音波組織評価装置の作動状態を示す断面側面図である。
【００２２】
本発明の超音波組織評価装置の第１実施形態１ａは、図１に示すように、基台２０と、基台２０に固定された一対の振動子ユニット１０ａ、１０ｂとを有している。
【００２３】
振動子ユニット１０ａ、１０ｂは、図１に示すように、評価対象となる被検体が挿入される被検体挿入部２０を挟んで対向するように配置されており、脚部２３ａ、２３ｂを介して基台２０に固定されている。
【００２４】
また、振動子ユニット１０ａ、１０ｂは、図２に示すように、それぞれの振動面１５ａ、１５ｂが対向するように配置された超音波振動子１１ａ、１１ｂを備えている。
【００２５】
超音波振動子１１ａ、１１ｂの各振動面１５ａ、１５ｂの前方には、ポリウレタンなどの超音波透過性に優れた材質によって形成された接触子１２ａ、１２ｂが設けられている。また、超音波振動子１１ａ、１１ｂの振動面１５ａ、１５ｂと接触子１２ａ、１２ｂとの間には、ひまし油などの液体の音響整合材１４ａ、１４ｂが充填されている。
【００２６】
また、超音波振動子１１ａ、１１ｂは両超音波振動子１１ａ、１１ｂ間の距離が一定に保持されるように振動子ユニット１０ａ、１０ｂに固定されている。超音波振動子１１ａ、１１ｂのそれぞれの後端からはコード１６ａ、１６ｂが延出しており、後に詳述する送受信ユニット（図示せず）等に接続されている。
【００２７】
振動子ユニット１０ａの接触子１２ａには、図１に示すように、超音波振動子１１ａの振動面１５ａに垂直な方向に伸縮可能な蛇腹状の伸縮部材１７が取り付けられている。そして、それによって接触子１２ａが超音波振動子１１ａに対して移動可能になっている。
【００２８】
また、振動子ユニット１０ａの上方には、整合材貯留容器１８が設けられている。整合材貯留容器１８は、前記伸縮部材１７の収縮時に前記超音波振動子１１ａの振動面１５ａと接触子１２ａの間に収容しきれなくなった音響整合材１４ａをその内部に貯留する機能を有しており、音響整合材１４ａが当該整合材貯留容器１８から接触子１２ａへと移動するか、あるいは反対に接触子１２ａから整合材貯留容器１８へと移動することにより、接触子１２ａは、当該接触子１２ａや伸縮部材１７の内部に音響整合材１４ａが常に充填された状態で、超音波振動子１１ａに対して移動するようになっている。
【００２９】
なお、振動子ユニット１０ｂは、上述した振動子ユニット１０ａと異なり、前記伸縮部材１７や整合材貯留容器１８などを備えておらず、接触子１２ｂと超音波振動子１１ｂの振動面１５ｂとの距離が固定されている。また、本実施形態では、接触子１２ａ、１２ｂの被検体２２との接触面を被検体接触面１３ａ、１３ｂとして説明する。
【００３０】
次に、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置の内部構成について説明する。
【００３１】
図５は、本発明の第１実施形態の超音波組識評価装置の内部構成を示すブロック図である。
【００３２】
図中、超音波振動子１１ａ、１１ｂは、送受信ユニット３０ａ、３０ｂにそれぞれ接続されており、超音波振動子１１ａ、１１ｂのそれぞれが送信、受信のいずれにも使用することができるようになっている。また、送受信ユニット３０ａ、３０ｂは、制御部３１と接続されている。
【００３３】
制御部３１には、前記送受信ユニット３０ａ、３０ｂのほかに操作部３２、記憶部３３、演算部３４、表示部３５、温度センサー１９などが接続されている。
以下、これらの動作を詳述する。
【００３４】
操作部３２に対する指示の入力によって検査が開始すると、制御部３１は、送受信ユニット３０ａ（あるいは３０ｂ）に対してトリガーを送信する。このトリガーを受信した送受信ユニット３０ａ（あるいは３０ｂ）は、所定のパルスを超音波振動子１１ａ（あるいは１１ｂ）に送信する。そして、このパルスを受信した超音波振動子１１ａは、その振動面から送信波を発信する。超音波振動子１１ａから発信された送信波は、音響整合材や被検体などを通過した後、対向配置された超音波振動子１１ｂに受信されるか、あるいは、接触子１２ａの被検体接触面１３ａを境界とした反射波となって超音波振動子１１ａに受信される。
【００３５】
超音波振動子１１ａまたは１１ｂによって受信された信号は、送受信ユニット３０ａまたは３０ｂに設けられた受信アンプ（図示せず）等によって増幅された後に制御部３１へと送信される。そして制御部３１は、この受信された信号に基づいて伝搬時間や減衰度合い等の測定値を算出する。
【００３６】
また、制御部３１は、これらの測定値を演算部３４に入力し、演算を行う。演算部３４は、組識内の音速を求めるために必要な演算処理を行う機能を有している。また、記憶部３３は、後に詳述する各種工程で求められた測定値を記憶する機能を有しており、記憶部３３に記憶された測定値は、組識内の音速を求める演算の際に使用される。
【００３７】
このようにして、制御部３１および演算部３４の演算によって求められた音速や減衰度合い等の測定値は、被検体組識の評価に使用される。
【００３８】
次に、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置を使用した組識内音速測定方法の一例を説明する。
【００３９】
本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置１ａでの処理は、整合材内音速演算工程と、測距工程と、振動子間伝搬時間測定工程と、組識内音速演算工程とを有している。
【００４０】
整合材内音速演算工程とは、振動子ユニット１０ａ、１０ｂ内にそれぞれ設けられている音響整合材１４ａ、１４ｂの音速Ｖｃをパルスエコー法によって測定する工程である。この工程は、温度の変化によって音響整合材の音速、減衰度合い等の特性が変化することから、測定時の音響整合材の正確な音速Ｖｃを求めるために行われる。なお、音響整合材として、たとえばひまし油を使用した場合、室温付近ではひまし油の温度が１℃変化すると、ひまし油の内部を伝搬する超音波の音速が３ｍ／ｓ程度変化する。
【００４１】
この整合材内音速演算工程を行うことによって、音響整合材１４ａ、１４ｂの内部を通過する超音波の正確な音速を後の工程の演算に使用することができ、周囲の環境の変化などに関わらず安定した測定結果を得られるようになっている。
【００４２】
より詳しくは、まず、振動子ユニット１０ａに接続された伸縮部材１７を収縮させ、図２に示すように接触子１２ａを初期位置に設置する。なお、この状態を初期状態とする。
【００４３】
この初期状態において、超音波振動子１１ａの振動面１５ａからパルス等の送信波を発信する。この送信波は、接触子１２ａの被検体接触面１３ａを境界とした反射波となり、当該超音波振動子１１ａの振動面１５ａから受信される。
【００４４】
そして、前記送信波が超音波振動子１１ａの振動面１５ａから送信され、同振動面１５ａに受信されるまでの間の伝搬時間ｔｃを制御部３１によって測定する。
【００４５】
本実施形態においては、この初期状態における超音波振動子１１ａと被検体接触面１３ａとの距離Ｌｃが予め規定された一定値になるように設定されている。
そして、この工程で測定された伝搬時間ｔｃと、前記距離Ｌｃとから、演算部３４によって、次式（１）によって音響整合材１４ａ、１４ｂの内部を伝搬する超音波の音速Ｖｃを算出する。
Ｖｃ＝２Ｌｃ／ｔｃ …（１）
【００４６】
この工程にて測定・算出された伝搬時間ｔｃおよび音速Ｖｃは、記憶部３３に記憶され、後の工程の演算の際に使用される。
【００４７】
測距工程とは、振動子ユニット１０ａ、１０ｂに設けられた接触子１２ａ、１２ｂによって被検体２２を所定圧力で挟持し、その状態における各振動子ユニット１０ａ、１０ｂの超音波振動子１１ａ、１１ｂと被検体接触面１３ａ、１３ｂとの距離Ｌｍ、Ｌｆを前記整合材内音速演算工程と同様にパルスエコー法によって測定する工程である。
【００４８】
より詳しくは、まず、伸縮部材１７を伸長させ、各接触子１２ａ、１２ｂの被検体接触面１３ａ、１３ｂを被検体２２の両側面に所定圧力で接触させる。なお、この状態を作動状態とする。この作動状態において、まず、超音波振動子１１ａからパルス等の送信波を発信し、その送信波が、接触子１２ａの被検体接触面１３ａを境界とした反射波となり、当該超音波振動子１１ａに受信されるまでの伝搬時間ｔｍを測定する。
【００４９】
次に、超音波振動子１１ｂから送信波を発信し、その送信波が、接触子１２ｂの被検体接触面１３ｂを境界とした反射波となり、当該超音波振動子１１ｂに受信されるまでの伝搬時間ｔｆを測定する。そして、前記整合材内音速演算工程において求められた音速Ｖｃと、この工程において測定された伝搬時間ｔｍ、ｔｆと、次式（２）、（３）とから、演算部３４によって超音波振動子１１ａと被検体接触面１３ａとの距離Ｌｍ、Ｌｆを求める。
Ｌｍ＝Ｖｃｔｍ／２ …（２）
Ｌｆ＝Ｖｃｔｆ／２ …（３）
【００５０】
また、本発明の超音波組織評価装置においては、両超音波振動子１１ａ、１１ｂの距離Ｌが一定値となることから、この距離Ｌと前記距離Ｌｍ、Ｌｆとから、次式（４）によって図３に示した被検体２２の幅Ｌｈが求められる。
Ｌｈ＝Ｌ−（Ｌｍ＋Ｌｆ） …（４）
【００５１】
なお、この工程においては、音響整合材１４ａと、音響整合材１４ｂの特性が同一であるものとして測定を行っている。これは後述する測定方法についても同様である。
【００５２】
振動子間伝搬時間測定工程とは、図３に示すように、被検体２２を接触子１２ａ、１２ｂで挟持した作動状態において両超音波振動子１１ａ、１１ｂの間を伝搬する超音波の伝搬時間ｔを測定する工程である。
【００５３】
より詳しくは、前記測距工程と同様に、被検体２２の両側面を接触子１２ａ、１２ｂによって所定圧力で挟持した作動状態で、超音波振動子１１ａの振動面１５ａからパルス等の送信波を発信する。そして、その送信波が、両超音波振動子１１ａ、１１ｂの間、すなわち音響整合材１４ａ、被検体２２および音響整合材１４ｂの内部を通過し、超音波振動子１１ｂの振動面１５ｂに受信されるまでの伝搬時間ｔを測定する。
【００５４】
組識内音速演算工程とは、前記測距工程で測定された各振動子ユニット１０ａ、１０ｂの超音波振動子１１ａ、１１ｂと被検体接触面１３ａ、１３ｂとの距離Ｌｍ、Ｌｆと、前記振動子間伝搬時間測定工程で測定された伝搬時間ｔと、に基づいて被検体２２の組識内の音速Ｖを演算する工程である。
【００５５】
より詳しくは、被検体２２の組識内の音速Ｖを被検体２２の幅Ｌｈと、前記振動子間伝搬時間測定工程において被検体２２の組識内を伝搬する被検体内伝搬時間ｔｈとから、次式（５）によって算出する。
Ｖ＝Ｌｈ／ｔｈ …（５）
【００５６】
なお、被検体内伝搬時間ｔｈは、前記振動子間伝搬時間測定工程において測定された振動子間伝搬時間ｔと、前記測距工程において測定された音響整合材１４ａ、１４ｂの内部を通過する超音波の伝搬時間ｔｍ、ｔｆとから、次式（６）によって求められる。
ｔｈ＝ｔ−｛（ｔｍ＋ｔｆ）／２｝ …（６）
【００５７】
また、この工程において算出された音速Ｖは、被検体内を伝搬する超音波の減衰率などとともに被検体組識の評価に使用される。
【００５８】
本実施形態の超音波組織評価装置の接触子１２ａ、１２ｂは、一方は移動可能に設置され、他方は固定されているが、上述した操作によって被検体組識内の音速を測定するのであれば、両接触子を移動可能に設置することが可能である。
【００５９】
以下、本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置１ａを使用した組識内音速測定方法の他の例を説明する。
【００６０】
本発明の第１実施形態の超音波組織評価装置１ａを使用した組識内音速測定方法の他の例は、上述した測定方法と同様に、整合材内音速演算工程と、測距工程と、振動子間伝搬時間測定工程と、組識内音速演算工程とを有する。
【００６１】
この方法の整合材内音速演算工程は、上述した測定方法と異なり、超音波振動子１１ａに対して接触子１２ａが移動可能となっている振動子ユニット１０ａの音響整合材１４ａの音速を演算するのではなく、超音波振動子１１ｂに対して接触子１２ｂが固定されている振動子ユニット１０ｂの音響整合材１４ｂの音速をパルスエコー法によって求める工程となっている。
【００６２】
より詳しくは、超音波振動子１１ｂの振動面１５ｂからパルス等の送信波を発信する。そして、その送信波が接触子１２ｂの被検体接触面１３ｂを境界とした反射波となり、当該超音波振動子１１ｂの振動面１５ｂに受信されるまでの間の伝搬時間ｔｆを制御部３１によって測定する。本実施形態においては、超音波振動子１１ｂと被検体接触面１３ｂとの距離Ｌｆが一定値となることから、この工程で測定された伝搬時間ｔｆと、前記距離Ｌｆと、次式（７）とから、演算部３４によって音響整合材１４ａ、１４ｂの内部を伝搬する超音波の音速Ｖｃを演算する。
Ｖｃ＝２Ｌｆ／ｔｆ …（７）
【００６３】
なお、測距工程、振動子間伝搬時間測定工程、および組識内音速演算工程は、上述した測定方法と同一なので説明を省略する。
【００６４】
なお、本実施形態においては、被検体２２を接触子１２ａ、１２ｂによって挟持するか否かに関わらず、超音波振動子１１ｂと被検体接触面１３ｂとの距離Ｌｆが一定値になるため、どちらの状態で伝搬時間ｔｆを測定してもよい。また、本実施形態は、上述した測定方法のように接触子１２ａを初期位置に設置する作業を省略できることから、整合材内音速演算工程を簡略化できる利点がある。
【００６５】
次に、本発明の第２実施形態の超音波組織評価装置について説明する。
図４は、本発明の超音波組織評価装置の第２実施形態を示す断面側面図である。図６は、本発明の第２実施形態の超音波組織評価装置の内部構成を示すブロック図である。
【００６６】
本発明の第２実施形態の超音波組織評価装置１ｂは、図４に振動子ユニット１０ａの音響整合材１４ａの温度を測定するための温度センサー１９を有している。また、この温度センサー１９は、図６に示すように、制御部３１に接続されている。なお、その他の構成については、上述した第１実施形態の超音波組織評価装置１ａと同一であるので説明を省略する。
【００６７】
以下、本発明の第２実施形態の超音波組識評価装置１ｂを使用した組識内音速測定方法を説明する。
【００６８】
本発明の第２実施形態の超音波組織評価装置１ｂを使用した組識内音速測定方法は、上述した２つの測定方法と同様に、整合材内音速演算工程と、測距工程と、振動子間伝搬時間測定工程と、組識内音速演算工程とを有する。
【００６９】
この方法の整合材内音速演算工程は、上述した第１実施形態の超音波組織評価装置１ａの組識内音速測定方法と異なり、図４に示すように、振動子ユニット１０ａに設けられた温度センサー１９によって音響整合材１４ａの温度ｒを測定し、その温度ｒに基づいて音響整合材１４ａ、１４ｂ内を伝搬する超音波の音速Ｖｃを求める工程となっている。
【００７０】
より詳しくは、振動子ユニット１０ａに設けられた温度センサー１９によって音響整合材１４ａの温度ｒを測定し、この温度ｒと、次式（８）とから演算部３４によって音速Ｖｃを算出する。
Ｖｃ＝αｒ＋β …（８）
【００７１】
この式（８）において、αは、音響整合材内の音速Ｖｃの温度勾配、すなわち当該音速Ｖｃの関数の比例定数であり、βはその切片、すなわちｒ＝０の場合の音速である。なお、前記αおよびβの値は、予め実験等によって規定された値であり、記憶部３３に記憶されている。また、式（８）は一例であり、音速Ｖｃは温度ｒを用いた他の関数によって求めることもできる。
【００７２】
なお、測距工程、振動子間伝搬時間測定工程、および組識内音速演算工程は、上述した２つの測定方法と同一なので説明を省略する。
【００７３】
なお、上記第１実施形態および第２実施形態の超音波組織評価装置１ａおよび１ｂの振動子ユニット１０ａの整合材貯留容器１８に音響整合材１４ａを接触子１２ａおよび伸縮部材１７に圧送するためのポンプ等を設けることが可能であり、そのポンプを制御部３１で制御することによって上記各操作を自動化することが可能である。
【００７４】
最後に、本発明は、上述した実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲で、種々の変更および改良が可能であることは言うまでもない。たとえば、温度センサーを使用して室温など周囲の環境の変化を測定結果に反映させることが可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、測距手段としてレーザー測長器等の別系統の測距手段を設ける必要がなく、当該装置に本来備わっている超音波振動子などの測距手段のみで測定を行うことができることから、装置の構成を簡素化することができ、測定の操作を簡単に行うことができる。また、当該超音波組織評価装置を音響整合材中を伝搬する超音波の音速を測定の度に求める構成とすることで、音響整合材の温度等の特性の変化に関わらず、常に安定した測定結果が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波組織評価装置の第１実施形態を示す側面図である。
【図２】図１に示す超音波組織評価装置の初期状態を示す断面側面図である。
【図３】図１に示す超音波組織評価装置の作動状態を示す断面側面図である。
【図４】本発明の超音波組織評価装置の第２実施形態を示す断面側面図である。
【図５】本発明の超音波組織評価装置の第１実施形態の内部構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の超音波組織評価装置の第２実施形態の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 超音波組織評価装置
１０ａ、１０ｂ 振動子ユニット
１１ａ、１１ｂ 超音波振動子
１２ａ、１２ｂ 接触子
１３ａ、１３ｂ 被検体接触面
１４ａ、１４ｂ 音響整合材
１５ａ、１５ｂ 振動面
１６ａ、１６ｂ コード
１７ 伸縮部材
１８ 整合材貯留容器
１９ 温度センサー
２０ 被検体挿入部
２１ 基台
２２ 被検体
２３ａ、２３ｂ 脚部
３０ａ、３０ｂ 送受信ユニット
３１ 制御部
３２ 操作部
３３ 記憶部
３４ 演算部
３５ 表示部
Claims (6)
- 被検体に対して超音波の送受信を行って組織評価を行う超音波組織評価装置であって、
超音波振動子と、被検体表面に接触する被検体接触面を有する接触子と、該接触子および前記超音波振動子の間の空間に充填された音響整合材とを有し、被検体挿入部を挟んで対向する一対の振動子ユニットと、
前記一対の振動子ユニットを支持する基台とを有しており、
前記一対の振動子ユニットの両接触子のうちの少なくとも一方の接触子の前記超音波振動子に対する移動によって、前記一対の振動子ユニットの両被検体接触面の距離を変更する接触面間距離変更手段と、
前記超音波振動子から送信波を送信すると共に、当該送信波の前記被検体接触面での反射波を前記超音波振動子によって受信し、前記接触子内の音響整合材中を伝搬する超音波の伝搬時間を測定する機能と、前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子間の超音波の伝搬時間を測定する機能とを有する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段によって測定された伝搬時間から、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離を求める測距手段とを備えており、
前記接触子を予め規定された位置に設置した初期状態における前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と該一方の振動子ユニットの前記被検体接触面との距離をＬ ｃ としたとき、前記初期状態において、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を送信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記一方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｃ を測定し、前記音響整合材の内部を伝搬する超音波の音速Ｖ ｃ を下記式（１）により求め、
Ｖ ｃ ＝２Ｌ ｃ ／ｔ ｃ …（１）
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態において、前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記一方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、他方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記他方の振動子ユニットの前記被検体接触面で反射し、前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔを測定し、前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｍ を下記式（２）により求め、前記他方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｆ を下記式（３）により求め、
Ｌ ｍ ＝Ｖ ｃ ｔ ｍ ／２ …（２）
Ｌ ｆ ＝Ｖ ｃ ｔ ｆ ／２ …（３）
前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子の間の距離をＬとしたとき、下記式により、被検体組識内の音速Ｖを求め、この被検体組識内の音速Ｖを用いて被検体組織の評価を行うことを特徴とする超音波組織評価装置。
Ｖ＝［Ｌ−（Ｌ ｍ ＋Ｌ ｆ ）］／［ｔ−｛（ｔ ｍ ＋ｔ ｆ ）／２｝］ - 被検体に対して超音波の送受信を行って組織評価を行う超音波組織評価装置であって、
超音波振動子と、被検体表面に接触する被検体接触面を有する接触子と、該接触子および前記超音波振動子の間の空間に充填された音響整合材とを有し、被検体挿入部を挟んで対向する一対の振動子ユニットと、
前記一対の振動子ユニットを支持する基台とを有しており、
前記一対の振動子ユニットの両接触子のうちの少なくとも一方の接触子の前記超音波振動子に対する移動によって、前記一対の振動子ユニットの両被検体接触面の距離を変更する接触面間距離変更手段と、
前記超音波振動子から送信波を送信すると共に、当該送信波の前記被検体接触面での反射波を前記超音波振動子によって受信し、前記接触子内の音響整合材中を伝搬する超音波の伝搬時間を測定する機能と、前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子間の超音波の伝搬時間を測定する機能とを有する伝搬時間測定手段と、
前記伝搬時間測定手段によって測定された伝搬時間から、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離を求める測距手段とを備えており、
前記一対の振動子ユニットのうちの一方は、前記接触子の前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が変更可能となっており、他方は、前記接触子の前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が固定されており、
前記距離が固定されている前記振動子ユニットにおいて、前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離をＬ ｆ としたとき、前記超音波振動子から送信波を送信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記被検体接触面で反射し、前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｆ を測定し、前記音響整合材の内部を伝搬する超音波の音速Ｖ ｃ を下記式（７）により求め、
Ｖ ｃ ＝２Ｌ ｆ ／ｔ ｆ …（７）
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態で、前記距離が変更可能となっている前記振動子ユニットにおいて、前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が前記被検体接触面で反射し、前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔ ｍ を測定し、
前記一対の振動子ユニットの両接触子によって被検体を所定圧力で挟持した状態で、前記一対の振動子ユニットのうちの一方の振動子ユニットの前記超音波振動子から送信波を発信し、前記送信波を送信したときから、該送信波が他方の振動子ユニットの前記超音波振動子によって受信されるまでの伝搬時間ｔを測定し、
前記一方の振動子ユニットの前記超音波振動子と前記被検体接触面との距離Ｌ ｍ を下記式（２）により求め、
Ｌ ｍ ＝Ｖ ｃ ｔ ｍ ／２ …（２）
前記一対の振動子ユニットの両超音波振動子の間の距離をＬとしたとき、下記式により、被検体組識内の音速Ｖを求め、この被検体組識内の音速Ｖを用いて被検体組織の評価を行うことを特徴とする超音波組織評価装置。
Ｖ＝［Ｌ−（Ｌ ｍ ＋Ｌ ｆ ）］／［ｔ−｛（ｔ ｍ ＋ｔ ｆ ）／２｝］ - 前記接触面間距離変更手段は、伸縮可能な部材であり、当該部材の伸縮によって前記被検体接触面と前記超音波振動子との距離が変更されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波組識評価装置。
- 前記部材は、蛇腹状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波組織評価装置。
- 前記一対の超音波振動子は、当該両超音波振動子間の距離が一定に保持されるように固定されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の超音波組織評価装置。
- 前記一対の振動子ユニットの少なくとも一方に、前記音響整合材の温度を測定するための測温手段が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の超音波組織評価装置。
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