JP4690831B2 - 超音波プローブ診断装置および超音波プローブ診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置で利用される超音波プローブを診断する超音波プローブ診断装置および超音波プローブ診断方法に関する。

超音波プローブで受信される信号に基づいて超音波プローブを診断する技術は知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この特許文献１の技術によれば、欠陥を現す波形の表示により問題を表示する。また表示装置には、信号通路番号、プローブの特定、変換器素子番号、および試験時間を含む全内容が表示される。
特開平８−２３８２４３号公報

しかしながら、超音波プローブで受信される信号の波形に異常があったとしても、超音波診断のためには問題とならない場合もある。このため特許文献１の技術によると、保守作業者は、表示された波形の欠陥が超音波診断にどのように影響するかを推察し、修理の必要性等を判断しなければならない。この様な作業は、熟練を必要とし、保守作業者の大きな負担となる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、超音波プローブにおける障害が超音波診断にどのように影響するかを保守作業者に容易に認識させることにある。

以上の目的を達成するために第１の本発明は、超音波プローブを診断する超音波プローブ診断装置において、前記超音波プローブがテスト物体から受信した反射超音波信号における所定の特徴値を求める手段と、求められた前記特徴値に基づいて構築される仮想超音波プローブを利用する超音波診断装置を模したシミュレーション画像を生成する生成手段とを備えた。

前記の目的を達成するために第２の本発明は、超音波プローブを診断する超音波プローブ診断方法において、前記超音波プローブがテスト物体から受信した反射超音波信号における所定の特徴値を求め、求められた前記特徴値に基づいて構築される仮想超音波プローブを利用する超音波診断装置を模したシミュレーション画像を生成することとした。

これら本発明によれば、超音波プローブにおける障害が超音波診断にどのように影響するかを保守作業者に容易に認識させることが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

図１は本実施形態に係る超音波プローブ診断機能を備えた超音波診断装置の構成を示す図である。この超音波診断装置は、メインユニット１０００および超音波プローブ２００を含む。

メインユニット１０００は、コネクタ１００１，１００２，１００３、送信部１００４、受信部１００５、計測部１００６、記憶媒体１００７、インタフェース部１００８、表示処理部１００９、画像シミュレーション処理部１０１０、制御部１０１１および医用診断部１０１２を含む。

コネクタ１００１には、超音波プローブ２００に設けられたコネクタ２０１が装着される。コネクタ１００１は、コネクタ２０１に設けられた接点２０１ａと同数の接点１００１ａを持つ。接点１００１ａは、コネクタ２０１がコネクタ１００１に装着された際に、接点２０１ａのそれぞれに接するように配置されている。コネクタ１００２には、例えばＵＳＢケーブル等の通信ケーブル（図示せず）を介して外部機器（図示せず）が接続される。この外部機器は、プリンタ、ネットワーク、パーソナルコンピュータ、キーボード、ポインティングデバイスなどである。コネクタ１００３には、モニタケーブル（図示せず）を介してモニタ装置（図示せず）が接続される。

送信部１００４は、超音波振動子２０２ａを励振させるための励振信号を送信する。送信部１００４は、複数の超音波振動子２０２ａのそれぞれの励振信号を並列に送信できる。受信部１００５は、超音波振動子２０２ａから出力される信号を受信する。受信部１００５は、複数の超音波振動子２０２ａのそれぞれから出力される信号を並列に受信できる。受信部１００５は、受信した信号を出力する。

計測部１００６は、受信部１００５から出力される受信信号に基づいて、予め定められた計測処理を行う。計測部１００６は上記の計測処理により得られた計測情報を、制御部１０１１の制御の下に記憶媒体１００７、インタフェース部１００８、表示処理部１００９または制御部１０１１へ出力する。記憶媒体１００７は、例えば半導体メモリなどである。記憶媒体１００７は、上記の計測情報などの種々の情報を記憶する。インタフェース部１００８は、例えばＵＳＢの規格に準拠した通信処理を行い、コネクタ１００２に接続された外部機器との通信を実現する。表示処理部１００９は、上記の計測情報や制御部１０１１から与えられる情報などに基づいて、コネクタ１００３に接続されたモニタ装置に画像表示させるための画像信号を生成する。

画像シミュレーション処理部１０１０は、例えばマイクロプロセッサを備えて構成される。画像シミュレーション処理部１０１０は、制御部１０１１により構築される仮想超音波プローブや理想超音波プローブを利用する超音波診断装置を模した画像シミュレーションによりシミュレーション画像を生成する。

制御部１０１１は、例えばマイクロプロセッサを備えて構成される。制御部１０１１は、メインユニット１０００の各部を総括制御して、超音波プローブ２００の診断のための動作を実現する。他に制御部１０１１は、計測部１００６での計測結果に基づいて超音波反射信号の特徴値を求める機能を持つ。制御部１０１１は、上記の特徴量に基づいて仮想超音波プローブを構築する機能を持つ。さらに制御部１０１１は、画像シミュレーション処理部１０１０により生成されたシミュレーション画像を合成した報告書を示す報告書データを生成する機能を持つ。

医用診断部１０１２はさらに、イメージング制御部１０１２ａ、画像生成部１０１２ｂ、メモリ部１０１２ｃおよび表示部１０１２ｄを含む。イメージング制御部１０１２ａは、診断内容などに応じた適切なイメージング処理が行われるように送信部１００４、受信部１００５および画像生成部１０１２ｂを制御する。画像生成部１０１２ｂは、受信部１００５から出力される信号に基づいて、医用診断のための画像を表す表示データを生成する。表示データが表す画像は、被検体の臓器および血流に関する断層像や３次元像のような再構成画像、あるいは血流速度などの計測値やその変化を表すテキスト画像やグラフなどである。メモリ部１０１２ｃは、上記の表示データを記憶する。表示部１０１２ｄは、表示データに基づく表示を行う。

次に以上のように構成された超音波診断装置の動作について説明する。

超音波プローブ２００を利用して被検体に関する医用診断を行う場合には、医用診断部１０１２を有効とすることによって、周知の超音波診断装置と同様にして医用診断に有用な情報を提示することができる。

一方、超音波プローブ２００を診断するに当たって保守作業者は、図１に示すように水槽等の容器中の水等の媒体中にテスト物体を設置するとともに、ヘッド部２０２をテスト物体に対向させておく。

コネクタ１００１に接続された超音波プローブ２００について診断する必要が生じた場合に制御部１０１１は、図２（ａ）に示す処理および図２（ｂ）に示す処理をそれぞれ実行する。

図２（ａ）におけるステップＳｄ１において制御部１０１１は、計測データの収集を行わせる。具体的には制御部１０１１は、送信部１００４により超音波振動子２０２ａを励振させる。そして制御部１０１１は、テスト物体からの反射超音波信号を超音波振動子２０２ａ、信号ライン２０３ａ、接点２０１ａおよび接点１００１ａを介して受信部１００５に受信させる。さらに制御部１０１１は、反射超音波信号に係わる種々のデータを計測部１００６に採取させる。計測部１００６は、採取したデータを記憶媒体１００７に保存する。この計測データの収集は、チャネル毎に行われる。

ステップＳｄ２において制御部１０１１は、信号解析を行う。すなわち制御部１０１１は、記憶媒体１００７に記憶された計測データに基づいて反射超音波信号を解析し、反射超音波信号における特徴値をチャネル毎に求める。特徴値としては、振幅値、中心周波数値、周波数帯域値または群遅延時間値などが考えられる。本実施形態では、これら振幅、中心周波数、周波数帯域および群遅延をそれぞれ求めることとする。ステップＳｄ３において制御部１０１１は、上記のように求めた各値を示す振幅データ、中心周波数データ、周波数帯域データおよび群遅延データを記憶媒体１００７に保存する。

ステップＳｄ４において制御部１０１１は、仮想超音波プローブの構築を画像シミュレーション処理部１０１０に指示する。この指示を受けて画像シミュレーション処理部１０１０は、上記の算出した振幅値、中心周波数値、周波数帯域値および群遅延時間値に基づいて、仮想超音波プローブを構築する。ステップＳｄ５において制御部１０１１は、上記の構築した仮想超音波プローブを利用する画像シミュレーションの実施を指示する。この指示を受けて画像シミュレーション処理部１０１０は、上記の仮想超音波プローブを使用する超音波診断装置を模した画像シミュレーションを実行する。この画像シミュレーションには、周知の手法を適用できる。例えば、点広がり関数（ＰＳＦ）による画像シミュレーションで、格子アレイの送受特性パラメータとして、上記の特徴値を使用して求めることが考えられる。画像シミュレーション処理部１０１０は、このような画像シミュレーションの結果として得られる画像を検査プローブ画像として記憶媒体１００７に記憶する。

さて図２（ｂ）のステップＳｅ１において制御部１０１１は、識別情報出力部２０４から出力される識別情報を読み込む。続いてステップＳｅ２において制御部１０１１は、コネクタ１００１に接続された超音波プローブ２００の機種に関するプローブ情報を取得する。超音波プローブ２００の機種は、上記の識別情報に基づいて判断する。識別情報は、超音波プローブ２００の個々を特定する情報であって、一般には機種を示す情報は含んでいない。制御部１０１１は、種々の識別情報に対応付けて機種情報を記述したデータベースを参照することによって超音波プローブ２００の機種を判断する。データベースは、コネクタ１００２に接続された外部機器から取得しても良いし、記憶媒体１００７に記憶しておいても良い。また、識別情報に機種を示す情報を含めておき、この情報から直接的に超音波プローブ２００の機種を判断するようにしても良い。プローブ情報は、各機種における上記特徴値の理想的な値を含む情報である。制御部１０１１は、上記のデータベースまたは別のデータベースからプローブ情報を取得する。なお、単一機種の超音波プローブ２００のみを診断対象とするならば、このような処理は省略できる。

ステップＳｅ３において制御部１０１１は、上記の取得したプローブ情報に示された特徴値に基づいて理想超音波プローブを構築する。ステップＳｅ４において制御部１０１１は、上記の構築した理想超音波プローブを利用する画像シミュレーションの実施を指示する。この指示を受けて画像シミュレーション処理部１０１０は、上記の理想超音波プローブを使用する超音波診断装置を模した画像シミュレーションを実行する。画像シミュレーション処理部１０１０は、このような画像シミュレーションの結果として得られる画像を参照プローブ画像として記憶媒体１００７に保存する。

さて、図２（ａ）のステップＳｄ５において制御部１０１１は、検査プローブ画像および参照プローブ画像を記憶媒体１００７から読み出し、これらの画像を並べて現す比較表示画像を生成する。図３はこの比較表示画像の一例を示す図である。比較表示画像をモニタ装置に表示させるための信号は制御部１０１１の制御の下に表示処理部１００９により生成され、コネクタ１００３から出力される。

また制御部１０１１は、比較表示画像を含めた例えば図４に示すような報告書の印刷データを生成することもできる。この印刷データは、インタフェース部１００８およびコネクタ１００２を介してプリンタへと送られて印刷される。

以上のように本実施形態によれば、テスト物体からの反射超音波信号の受信状況から判断される超音波プローブ２００の状態を反映して構築した仮想超音波プローブを利用する画像シミュレーションにより得た検査プローブ画像を提示することができる。この検査プローブ画像に基づいて保守作業者は、超音波プローブ２００の劣化が画像診断に与える影響の度合いを容易かつ適正に認識することができる。

また本実施形態によれば、理想的な特性を持つ理想超音波プローブを利用する画像シミュレーションにより得た参照プローブ画像を、上記の検査プローブ画像とともに提示している。このため保守作業者は、検査プローブ画像と参照プローブ画像とを比較することにより、超音波プローブ２００の劣化が画像診断に与える影響の度合いをさらに容易かつ適正に認識することができる。

また本実施形態によれば、検査プローブ画像を含めた報告書を自動的に印刷することができる。保守作業者は、この機能により印刷される報告書を用いることにより、超音波プローブ２００の使用者に対して当該超音波プローブ２００の現況を分かり易く報告することができる。

本実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

画像シミュレーションでは、Ｂモード画像、Ｍモード画像、あるいはドップラ画像などのような超音波診断装置により生成される画像を生成するようにしても良い。このようにすれば、保守作業者が実際の画像診断への影響度をさらに具体的に認識することが可能となる。

参照プローブ画像は、予め用意された画像を使用しても良い。

検査対象となる超音波プローブ２００についての出荷時などの初期の特性に基づいて理想超音波プローブを構築し、この理想超音波プローブを利用する画像シミュレーションにより参照プローブ画像を得るようにしても良い。この場合、出荷時などの初期状態における超音波プローブ２００の個々の特性、またはロット毎の平均特性などをデータベースに登録しておくようにする。

過去に得られた検査プローブ画像を記憶媒体１００７に記憶するか、あるいは外部のデータベースに登録しておき、この過去の検査プローブ画像を参照プローブ画像として使用しても良い。

参照プローブ画像は、提示しなくても良い。

検査プローブ画像は、外部機器に出力されて、例えば表示や報告書作成のためなどに任意に使用されても良い。

マルチプレクサ構成のマトリックススイッチを備えることにより、送信部１００４および受信部１００５を１チャネル構成としても良い。このようにすれば、送信部１００４および受信部１００５の回路規模を縮小することができる。

表示処理部１００９が生成した信号に基づく表示を、表示部１０１２ｄで行うようにしても良い。例えば、表示処理部１００９と画像生成部１０１２ｂとを接続する。そして画像生成部１０１２ｂは、表示処理部１００９が生成した信号に応じた表示データを生成し、これをメモリ部１０１２ｃに書き込む。

医用診断部１０１２を省略して、超音波プローブ診断装置として実現することも可能である。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

本発明の一実施形態に係る超音波プローブ診断機能を備えた超音波診断装置の構成を示す図。 図１中の超音波プローブ２００について診断するための制御部１０１１の処理手順を示すフローチャート。 比較表示画像の一例を示す図。 報告書の一例を示す図。

符号の説明

２００…超音波プローブ、１０００…メインユニット、１００１，１００２，１００３…コネクタ、１００４…送信部、１００５…受信部、１００６…計測部、１００７…記憶媒体、１００８…インタフェース部、１００９…表示処理部、１０１０…画像シミュレーション処理部、１０１１…制御部、１０１２…医用診断部。

Claims (8)

1. 超音波プローブを診断する超音波プローブ診断装置において、
   前記超音波プローブがテスト物体から受信した反射超音波信号における所定の特徴値を求める手段と、
   求められた前記特徴値に基づいて構築される仮想超音波プローブを利用する超音波診断装置を模したシミュレーション画像を生成する生成手段とを具備したことを特徴とする超音波プローブ診断装置。
2. 前記生成手段は、点広がり関数（ＰＳＦ）による画像シミュレーションを行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ診断装置。
3. 前記生成手段は、前記超音波プローブを利用して超音波診断装置により生成される画像を生成することを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ診断装置。
4. 前記シミュレーション画像と参照用画像とを比較可能に提示するための提示情報を生成する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ診断装置。
5. 前記シミュレーション画像を、報告書用の基本画像に合成した画像を提示するための提示情報を生成する手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波プローブ診断装置。
6. 超音波プローブを診断する超音波プローブ診断方法において、
   前記超音波プローブがテスト物体から受信した反射超音波信号における所定の特徴値を求め、
   求められた前記特徴値に基づいて構築される仮想超音波プローブを利用する超音波診断装置を模したシミュレーション画像を生成することを特徴とする超音波プローブ診断方法。
7. さらに、前記シミュレーション画像と参照用画像とを比較可能に提示するための提示情報を生成することを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ診断方法。
8. さらに、前記シミュレーション画像を、報告書用の基本画像に合成した画像を提示するための提示情報を生成することを特徴とする請求項６に記載の超音波プローブ診断方法。

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