JP4744986B2 - 超音波プローブ診断装置、超音波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と、超音波プローブを診断する機能を備えた超音波診断装置に関する。

超音波プローブの送受信の特性を検出するために、超音波プローブに対向配置された反射板のようなテスト物体により反射された超音波を上記の超音波プローブにより受信して得られた信号を利用する技術は知られている（例えば、特許文献１を参照）。

この場合、一度の送受信では得られる反射超音波信号が微弱であるために、超音波プローブの送受信の特性を検出するために十分なＳ／Ｎが得られないことがある。この場合には、送受信を複数回に渡って繰り返し行い、複数の反射超音波信号を参照することによって検出精度を向上することが考えられる。この場合には、一定の繰り返し周期で送受信を繰り返すことになる。

一方、超音波プローブには、フォーカス点が存在する。上記のような形態では、反射超音波信号を効率的に受信するために、上記のフォーカス点にテスト物体の反射面が位置するように超音波プローブとテスト物体との相対的な位置が定められる。超音波プローブの焦点距離が超音波プローブ毎で異なるため、超音波プローブとテスト物体との離間距離は診断対象となる超音波プローブに応じて変化する。また超音波プローブで超音波を送信してから反射超音波信号が受信されるまでに要する時間は、超音波プローブとテスト物体との離間距離に依存する。

このような事情から、複数の超音波プローブの診断を可能とするためには、反射超音波信号を確実に受信することができるように、繰り返し周期は十分に大きく設定されるべきである。
特開２００３−１４４４３２号公報

上述のように送受信の繰り返し周期を十分に大きく設定してあると、焦点距離が短い超音波プローブを診断対象とする場合、反射超音波信号が受信されてから超音波信号が再度送信されるまでの待ち時間が大きくなってしまう。このため、診断のために必要以上の時間を要してしまうという不具合があった。

また、上記のように繰り返し周期が一定であると、多重反射波も常に一定のタイミングで受信されることになる。このため、本来の反射超音波信号と多重反射波信号とを区別することが困難になるという不具合があった。

本発明の目的とするところは、本来の反射超音波信号と多重反射波信号とを確実に区別して、超音波プローブを適切に診断できるようにすることにある。

第１の本発明は、超音波プローブに対向配置されたテスト物体からの反射超音波を前記超音波プローブが受信する状況に基づいて前記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、繰り返しの超音波送受信における送受信周期を１回の超音波送受信毎に可変設定する設定手段と、設定された前記周期毎に前記超音波プローブから出力される反射超音波信号をそれらの先端を揃えた状態で加算する手段と、加算された信号における反射超音波信号の成分に関する合成信号の特徴量に基づいて前記超音波プローブを診断する診断手段とを備えた。

第２の本発明は、超音波プローブを備え、前記超音波プローブにより受信される被検体からの反射超音波に基づいて前記被検体を診断するための情報を得る超音波診断装置において、前記被検体とは異なるテスト物体に対する繰り返しの超音波送受信の周期を１回の超音波送受信毎に可変設定する設定手段と、設定された前記周期毎に前記超音波プローブから出力される反射超音波信号をそれらの先端を揃えた状態で加算する手段と、加算された信号における反射超音波信号の成分に関する合成信号の特徴量に基づいて前記超音波プローブを診断する診断手段とを備えた。

第３の本発明は、超音波プローブに対向配置されたテスト物体からの反射超音波を前記超音波プローブが受信する状況に基づいて前記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、繰り返しの超音波送受信における送受信周期を１回の超音波送受信毎に可変設定し、設定された前記周期毎に前記超音波プローブから出力される反射超音波信号をそれらの先端を揃えた状態で加算し、加算された信号における反射超音波信号の成分に関する合成信号の特徴量に基づいて前記超音波プローブを診断することとした。

第１乃至第３の本発明によれば、本来の反射超音波信号と多重反射波信号とを確実に区別して、超音波プローブを適切に診断できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は第１および第２の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４００および超音波プローブ２００を含む。

メインユニット４００は、コネクタ４０１，４０２，４０３、送信部４０４、受信部４０５、計測部４０６、記憶媒体４０７、インタフェース部４０８、表示処理部４０９、制御部４１０および医用診断部４１１を含む。

コネクタ４０１には、診断対象の超音波プローブ２００に設けられたコネクタ２０１が装着される。コネクタ４０１には、コネクタ２０１に設けられた接点２０１ａと同数の接点４０１ａを持つ。接点４０１ａは、コネクタ２０１がコネクタ４０１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４０２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４０３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４０４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４０４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４０５は、超音波振動子２０２ａが受けた信号を受信する。受信部４０５は、複数の超音波振動子２０２ａのそれぞれが受けた信号を並列に受信できる。受信部４０５は、各超音波振動子２０２ａ毎に行われる繰り返しの送受信により順次受信した受信信号を保持しておき、これらを加算する。受信部４０５は、受信信号または上記の加算により得られる信号（以下、合成信号と称する）を出力する。

計測部４０６は、受信部４０５から出力される合成信号の特徴値を計測する。計測部４０６は上記の計測処理により得られた特徴値を示した計測情報を、制御部４１０の制御の下に記憶媒体４０７、インタフェース部４０８、表示処理部４０９または制御部４１０へ出力する。記憶媒体４０７は、例えば半導体メモリなどである。記憶媒体４０７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４０８は、例えばＵＳＢの規格に準拠した通信処理を行い、コネクタ４０２に接続された外部機器との通信を実現する。表示処理部４０９は、上記の計測情報や制御部４１０から与えられる情報などに基づいて、コネクタ４０３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。

制御部４１０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４１０は、メインユニット４００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４１０は、超音波プローブ２００の焦点距離を判定する機能を持つ。制御部４１０は、超音波の送受信の繰り返し周期を可変設定する機能を持つ。制御部４１０は、上記の設定した周期毎に始まる送信期間にて超音波プローブ２００に超音波信号を送信させるべく送信部４０４を制御する機能を持つ。さらに制御部４１０は、計測部４０６により得られた計測情報に基づいて、すなわち合成信号の特徴値に基づいて超音波プローブ２００を診断する機能を持つ。

医用診断部４１１はさらに、イメージング制御部４１１ａ、画像生成部４１１ｂ、メモリ部４１１ｃおよび表示部４１１ｄを含む。イメージング制御部４１１ａ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４０４、受信部４０５および画像生成部４１１ｂを制御する。画像生成部４１１ｂは、受信部４０５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４１１ｃは、上記の表示データを記憶する。表示部４１１ｄは、表示データに基づく表示を行う。

以上の構成は、第１および第２の実施形態で共通である。第１および第２の実施形態の相違点は、以下の動作にて説明するような制御部４１０による処理の内容にある。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係る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４１１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。保守作業者は、超音波プローブ２００とテスト物体との離間距離を、テスト物体の反射面が超音波プローブ２００のフォーカス点に位置するように調整する。

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４１０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。続いて制御部４１０は、超音波プローブ２００の機種に関するフォーカス情報を取得する。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４１０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４０２に接続された外部機器から取得しても良いし、記憶媒体４０７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。フォーカス情報は、機種毎に、その機種に属する超音波プローブ２００のフォーカスに係わる情報であり、少なくとも焦点距離Ｆを示す。フォーカス情報は、個々の超音波プローブ２００に対して用意されても良い。この場合には、識別情報に応じてコネクタ４０１に接続された超音波プローブ２００に応じたフォーカス情報を取得すれば良い。

制御部４１０は、上記の取得したフォーカス情報に示される焦点距離Ｆに基づき、繰り返し周期Ｔｆを次のようにして決定する。すなわち制御部４１０はまず、超音波プローブ２００にて超音波信号を送信してから、テスト物体で生じた反射超音波信号が超音波プローブ２００にて受信されるまでに要する時間Ｔａを、Ｔａ＝２Ｆ／Ｃとして算出する。ここでＣは、容器中に入れられた媒体における超音波の伝播速度である。そして制御部４１０は、繰り返し周期Ｔｆを、Ｔｆ＝ｔｓ＋Ｔａ＋ｔｄとして求める。ここでｔｓは超音波を送信する期間の長さを、またｔｄは超音波プローブ２００に到達した反射超音波信号が消失するまでに要する時間をそれぞれ示す。

制御部４１０は、上記のように決定した繰り返し周期Ｔｆで超音波信号を送信するように超音波振動子２０２ａを送信部４０４により励振させる。１回の超音波信号の送信期間の長さは、上記のようにｔｓである。テスト物体からの反射超音波信号が、上記励振した超音波振動子２０２ａおよび信号ライン２０３ａを介して受信部４０５により受信される。受信部４０５は、この受信信号を１周期分毎に保持しておく。そして受信部４０５は、ｎ周期（ｎは任意の整数）に渡る受信を終了したら、保持しているｎ周期分の受信信号を、各周期における超音波信号の送信開始タイミングを基準として加算する。受信部４０５は、加算後により得られた合成信号を計測部４０６へ出力する。そうすると計測部４０６では、上記の合成信号についての特徴値が計測され、この特徴値を示した計測情報が生成される。

制御部４１０は、上記の計測情報に基づいて超音波プローブ２００を診断する。制御部４１０による診断は、例えば超音波プローブ２００が正常であるか否かの診断などであるが、超音波プローブ２００に関するどのような事項について診断するかは任意であって良い。

さて、繰り返し周期Ｔｆは上述のように超音波プローブ２００の焦点距離を考慮して決定している。このため、２Ｆ／ＣがＴａ１となる超音波プローブ２００がコネクタ４０１に接続されているときと、２Ｆ／ＣがＴａ２（Ｔａ２＜Ｔａ１）となる超音波プローブ２００がコネクタ４０１に接続されているときとでは、それぞれの繰り返し周期Ｔｆ１，Ｔｆ２が図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように変更設定される。ここでは、Ｔａ２＜Ｔａ１であるから、Ｔｆ１＜Ｔｆ２とされている。そして繰り返し周期Ｔｆ１，Ｔｆ２はいずれも、時間Ｔｓおよび時間Ｔｄを時間Ｔａ１または時間Ｔａ２に加えて定められているために、ＦＩＧ．１６に示すようにいずれのケースにおいても反射超音波信号が消失した直後に超音波信号の送信が行われるようになる。

従って第１の実施形態によれば、反射超音波信号が受信されてから次の反射超音波信号の送信がなされるまでの無駄時間を皆無とすることができ、ｎ周期分の時間を最小限に抑えることが可能となる。そしてこの結果、超音波プローブ２００の診断を効率的に短時間のうちに行うことが可能となる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係る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を診断するに当たっての条件は、第１の実施形態で述べたのと同様に設定される。また制御部４１０は、フォーカス情報の取得までは第１の実施形態と同様に行う。

制御部４１０は、取得したフォーカス情報に示される焦点距離Ｆに基づき、繰り返し周期Ｔｆ１，Ｔｆ２，Ｔｆ３…，Ｔｆｎを次のようにして決定する。すなわち制御部４１０はまず、超音波プローブ２００にて超音波信号を送信してから、テスト物体で生じた反射超音波信号が超音波プローブ２００にて受信されるまでに要する時間Ｔａを、Ｔａ＝２Ｆ／Ｃとして算出する。そして制御部４１０は、繰り返し周期の基準値Ｔｆを、Ｔｆ＝ｔｓ＋Ｔａ＋ｔｄとして求める。そして制御部４１０は、繰り返し周期Ｔｆｉ（ｉ＝１，２，３…，ｎ）を、Ｔｆｉ＝Ｔｆ＋ｊ×（ｉ−１）として求める。ここで、ｊは定数である。すなわち繰り返し周期Ｔｆ１が基準値Ｔｆとされ、Ｔｆ２，Ｔｆ３…，Ｔｆｎが順に定数ｊずつ増加される。

制御部４１０は、超音波信号を繰り返し送信するように超音波振動子２０２ａを送信部４０４により励振させる。この超音波送信の繰り返し周期は、上記のように決定したＴｆ１，Ｔｆ２，Ｔｆ３…，Ｔｆｎを１周期毎に順に適用する。すなわち図３に示すように、１周期目の繰り返し周期はＴｆ１とされ、２周期目の繰り返し周期はＴｆ２とされる。１回の超音波信号の送信期間の長さはｔｓに一定とする。従って、受信期間の長さＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３…，Ｔｒｎが順次増大されて行く。

受信部４０５は、受信期間に反射超音波信号を受信する。そして受信部４０５は第１実施形態と同様にｎ周期分の受信信号を加算して合成信号を得る。

さて、超音波プローブ２００とテスト物体とは前述した状態に維持されるから、図３に示すように本来の反射超音波信号は各周期とも超音波信号を送信してからほぼ時間Ｔａが経過した時点に超音波プローブ２００へ到達する。また多重反射信号が生じた場合、この多重反射信号は各周期とも超音波信号を送信してからほぼ時間（Ｎ）Ｔａが経過した時点に超音波プローブ２００へ到達する。時間（Ｎ）ＴａがＴｆｉよりも大きいならば、多重反射信号は後の周期にて超音波プローブ２００に到達する。この場合、多重反射信号が受信された周期の先頭タイミングから多重反射信号が受信されるまでの時間Ｔｂｉは、（Ｎ）Ｔａ−Ｔｒｉとして求まる。つまり図３に示すように、最初の周期にて送信された超音波信号の多重反射信号ＭＦ１に関する時間Ｔｂ１は、（Ｎ）Ｔａ−Ｔｒ１となる。２番目の周期にて送信された超音波信号の多重反射信号ＭＦ２に関する時間Ｔｂ２は、（Ｎ）Ｔａ−Ｔｒ２となる。時間Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３…，Ｔｒｎは徐々に変化するから、時間Ｔｂ１，Ｔｂ２，Ｔｂ３…，Ｔｂｎも順次変化する。従って、１つの周期内で多重反射信号が受信されるタイミングは周期毎で変化する。

かくして、ｎ周期のそれぞれにおける受信信号を、各周期における超音波信号の送信開始タイミングを基準として加算すると、本来の反射信号は同一タイミングに出現するために互いに加算されるため、そのレベルはほぼｎ倍になる。しかし、多重反射信号は離散的に出現するためにほとんど加算されない。この結果、合成信号では図４に示すように本来の反射超音波信号の成分が多重反射信号の成分に比べて十分に大きくなる。

このように第２の実施形態によれば、合成信号における反射超音波信号の成分を多重反射信号の成分と容易に区別することが可能である。このため、反射超音波信号の成分に関する合成信号の特徴量のみに着目して超音波プローブ２００を診断することで、多重反射信号の影響を低減した適切な診断が可能となる。

また第２の実施形態によれば、繰り返し周期の最小値を第１の実施形態と同様にして定めている。このため、各繰り返し周期Ｔｆ１，Ｔｆ２，Ｔｆ３…，Ｔｆｎを必要最小限に抑え、診断を効率的に短時間のうちに行うことが可能となる。

以上の第１または第２実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

第１の実施形態における繰り返し周期Ｔｆおよび第２の実施形態における基準値Ｔｆの決定に当たっては、若干のマージンをさらに加算するようにしても良い。

第１または第２の実施形態では、焦点距離としては、保守作業者により入力される値を取得することも可能である。

第１または第２の実施形態では、超音波プローブ２００とテスト物体との離間距離が超音波プローブ２００の焦点距離と一致するように調整されることを前提として、焦点距離を離間距離と見なして繰り返し周期の決定を行っている。しかしながら上記の離間距離は、必ずしも焦点距離に一致させなければならないものではない。離間距離が焦点距離とされないならば、離間距離を判定し、この離間距離に基づいて繰り返し周期を決定するべきである。例えば、超音波プローブ２００の個々について、あるいは種類毎に離間距離が定められているならば、それをデータベースなどから取得すれば良い。あるいは、保守作業者によって入力される離間距離を取得することも可能である。

第１または第２の実施形態では、複数周期の信号の合成を行わずに、例えば各信号について計測された特徴量をそれぞれ参照して超音波プローブ２００の診断を行うなどしても良い。

第２の実施形態では、繰り返し周期の最小値は、焦点距離に関わらずに定めても良い。

第２の実施形態では、繰り返し周期の変化のさせ方は任意で良い。例えば、繰り返し周期の増加量を変動させても良い。また、繰り返し周期を順次減少しても良い。また、繰り返し周期の増減を繰り返すようにしても良い。

第１または第２の実施形態では、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４０４および受信部４０５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４０４および受信部４０５の回路規模を縮小することができる。

表示処理部４０９が生成した信号に基づく表示を、表示部４１１ｄで行うようにしても良い。例えば、表示処理部４０９と画像生成部４１１ｂとを接続する。そして画像生成部４１１ｂは、表示処理部４０９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４１１ｃに書き込む。

医用診断部４１１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。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１および第２の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。 第１の実施形態において図１中に示す超音波プローブ２００の焦点距離の違いに応じて繰り返し周期を変更する様子を示す図。 第２の実施形態において繰り返し周期を変更する様子を示す図。 第２の実施形態において図１中の受信部４０５で得られる合成信号の一例を示す図。

符号の説明

２００…超音波プローブ、２０１…コネクタ、２０２…ヘッド部、４００…メインユニット、４０１，４０２，４０３…コネクタ、４０４…送信部、４０５…受信部、４０６…計測部、４０７…記憶媒体、４０８…インタフェース部、４０９…表示処理部、４１０…制御部、４１１…医用診断部。

Claims (3)

1. 超音波プローブに対向配置されたテスト物体からの反射超音波を前記超音波プローブが受信する状況に基づいて前記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、
   繰り返しの超音波送受信における送受信周期を１回の超音波送受信毎に可変設定する設定手段と、
   設定された前記周期毎に前記超音波プローブから出力される反射超音波信号をそれらの先端を揃えた状態で加算する手段と、
   加算された信号における反射超音波信号の成分に関する合成信号の特徴量に基づいて前記超音波プローブを診断する診断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. 超音波プローブを備え、前記超音波プローブにより受信される被検体からの反射超音波に基づいて前記被検体を診断するための情報を得る超音波診断装置において、
   前記被検体とは異なるテスト物体に対する繰り返しの超音波送受信の周期を１回の超音波送受信毎に可変設定する設定手段と、
   設定された前記周期毎に前記超音波プローブから出力される反射超音波信号をそれらの先端を揃えた状態で加算する手段と、
   加算された信号における反射超音波信号の成分に関する合成信号の特徴量に基づいて前記超音波プローブを診断する診断手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
3. 超音波プローブに対向配置されたテスト物体からの反射超音波を前記超音波プローブが受信する状況に基づいて前記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、
   繰り返しの超音波送受信における送受信周期を１回の超音波送受信毎に可変設定し、
   設定された前記周期毎に前記超音波プローブから出力される反射超音波信号をそれらの先端を揃えた状態で加算し、
   加算された信号における反射超音波信号の成分に関する合成信号の特徴量に基づいて前記超音波プローブを診断することを特徴とする超音波プローブ診断方法。

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