JP4908915B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、骨の表面を検出するための超音波ビームを調整する技術に関する。

骨粗鬆症などの骨代謝疾患の診断や易骨折性の判定、また、骨折治療後の骨癒合を定量的に診断するために、骨強度などの力学的特性の簡便かつ定量的な測定が望まれている。

骨形成や骨癒合の評価はＸ線写真に大きく依存しているが、Ｘ線写真では骨強度を定量的に診断することは困難である。骨強度の従来の測定法として測定対象のサンプル骨の強度試験が知られているものの、サンプル骨の摘出手術が必要であり侵襲的である。また、骨量や骨密度の測定法として、汎用Ｘ線ＣＴの利用、ＤＸＡ（２重エネルギー吸収測定法）装置などが実用化にいたっている。しかし、これらはあくまで骨量を測定する手段であって、骨強度を評価することはできない。また、Ｘ線を照射する点では非侵襲的であるとは言えない。

このほかの骨強度を定量評価する試みとしては、創外固定器に歪みゲージを装着してその固定器の歪みを計測する歪みゲージ法、骨に外部から振動を加え固有振動数を評価する振動波法、降伏応力を生じた骨から発生する音波を検出するアコースティックエミッション法などが既存の方法として挙げられる。しかし、これらの方法は適応できる治療法に制限があること、骨に侵襲を加える必要があること、さらに評価精度などの点において問題が残されている。

こうした背景において、骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価する超音波診断装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５−１５２０７９号公報

特許文献１には、骨に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームに対応した複数のエコー信号を取得して各エコー信号ごとに骨表面に対応する表面ポイントを特定し、複数のエコー信号から得られる複数の表面ポイントに基づいて骨の屈曲角度を演算する技術が示されている。これにより、エコー信号に基づいて得られる骨の屈曲角度などの形状データから、生体内の骨の力学的特性を非侵襲的かつ定量的に評価することができるという画期的な技術である。

そして、本願の発明者らは、上記特許文献１に記載された画期的な技術を応用した改良技術について研究を重ねてきた。

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、骨の表面を検出するための超音波ビームの調整技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様である超音波診断装置は、骨に対して超音波を送受波する複数の振動素子を備えたアレイ振動子と、複数の振動素子を制御してビームフォーミングを行う送受信部と、ビームフォーミングによって形成される超音波ビーム上において骨の表面に対応した表面ポイントを検出する表面検出部と、を有し、骨に対するアレイ振動子の配置状態によって表面ポイントを検出するための超音波ビームが粗調整され、ビームフォーミングによって表面ポイントの検出に適した超音波ビームが微調整されることを特徴とする。

上記構成によれば、例えば、機械的な調整機構などによってアレイ振動子の配置状態が大まかに設定され、ビームフォーミングによって、例えば超音波ビームのステアリング角度が微調整される。そのため、例えば、機械的な調整機構に微調整機能を設ける必要がなく、また、機械的な微調整作業も不要となる。なお、超音波ビームは、例えば、受信信号波形が最も明瞭に得られるように微調整される。また、ビームフォーミングによる微調整は、超音波ビームのステアリング角度の調整のみに限定されない。例えば、超音波ビームの開口位置が調整されてもよいし、超音波ビームのフォーカス点の深さなどが調整されてもよい。

望ましい態様において、前記超音波診断装置は、超音波ビームを調整するためのビーム調整画像を形成する画像形成部をさらに有し、ビーム調整画像を介して行われるユーザ操作に応じて表面ポイントの検出に適した超音波ビームが微調整されることを特徴とする。望ましい態様において、前記画像形成部は、前記ビーム調整画像として、超音波ビームの方向を設定するためのビーム方向設定画像を形成することを特徴とする。

望ましい態様において、前記ビーム方向設定画像は、アレイ振動子の振動子面に対応した平面内において、超音波ビーム上の所定の深さに対応したビーム設定ポイントを２次元的に位置設定する画像であることを特徴とする。望ましい態様において、前記ビーム方向設定画像は、前記ビーム設定ポイントを２次元的にスライドさせるスライダを含むことを特徴とする。望ましい態様において、前記ビーム方向設定画像は、アレイ振動子の振動子面を模式的に示した略矩形状の振動子画像と、振動子画像の縦方向と横方向の各々に対応した前記スライダと、を含むことを特徴とする。

望ましい態様において、前記超音波診断装置は、複数のアレイ振動子を備えたプローブを有し、複数のアレイ振動子が骨の軸方向に沿って並べて配置され、各アレイ振動子ごとに表面ポイントを検出するための超音波ビームが形成されることを特徴とする。望ましい態様において、前記プローブは、２つのアレイ振動子を備えた第１プローブと２つのアレイ振動子を備えた第２プローブとによって構成されることを特徴とする。

本発明により、骨の表面を検出するための超音波ビームの調整技術が提供される。これにより、例えば、高精度かつ容易に超音波ビームを調整することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。

図１には、本発明の好適な実施形態が示されており、図１は、本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。図１の超音波診断装置は、骨に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームごとに骨表面に対応する表面ポイントを特定し、複数の表面ポイントに基づいて骨の力学的特性などを評価することができる装置である。

第１プローブ１１と第２プローブ１２は、骨に対して超音波を送受波する超音波探触子である。第１プローブ１１と第２プローブ１２は、各々、２つのサブアレイを備えている。つまり、第１プローブ１１は、サブアレイＡとサブアレイＢの２つのサブアレイを備えており、第２プローブ１２は、サブアレイＣとサブアレイＤの２つのサブアレイを備えている。

図２は、本実施形態の超音波診断装置を利用した骨の診断を説明するための図である。本実施形態の超音波診断装置は、被検体５０内の骨５２の力学的特性などを評価するのに好適な装置である。骨５２は、例えば腓骨や脛骨などである。

第１プローブ１１と第２プローブ１２は、骨５２の軸方向に沿って並べて配置される。これにより、サブアレイＡ〜Ｄの４つのサブアレイが骨５２の軸方向（長軸方向）に沿って並べて配置される。第１プローブ１１と第２プローブ１２は、例えば、被検体５０の体表に貼り付けられる。なお、第１プローブ１１と被検体５０との間、第２プローブ１２と被検体５０との間に音響カプラなどが挿入されてもよい。第１プローブ１１と第２プローブ１２は、固定用アーム１３によって支持されている。

測定の際、第１プローブ１１と第２プローブ１２は、相対的に移動することがないように、固定用アーム１３によって互いに固定される。さらに、第１プローブ１１と第２プローブ１２の間の位置で、被検体５０の体表から骨５２に対して荷重が加えられる。そして、骨５２の軸方向に沿って並べて配置されたサブアレイＡ〜Ｄが、各々、骨５０に対して超音波ビームを形成する。

このように、本実施形態では、分離された２つのプローブ（１１，１２）を利用して骨５２の力学的特性などを測定する。なお、測定内容によって、例えば、骨５２の塑性計測などの場合においては、第１プローブ１１と第２プローブ１２のうちのいずれか一方のみを利用して測定が行われてもよい。

図１に戻り、サブアレイＡ〜Ｄの４つのサブアレイの各々は、格子状に配列された複数の振動素子で構成されている。本実施形態において、各サブアレイは、縦６素子で横７素子の合計４２個の振動素子によって形成されている。但し、本発明において、各サブアレイの振動素子数は４２個に限定されない。例えば、縦３素子で横３素子の合計９個の振動素子で各サブアレイが形成されてもよい。

送信部１４は、各サブアレイを形成する複数の振動素子を制御することにより、各サブアレイごとに送信ビームを形成する。また、受信部１６は、各サブアレイを形成する複数の振動素子の各々から受信信号を取得して受信ビームを形成する。本実施形態において、送信部１４と受信部１６は、スイッチ１８を介して各サブアレイと電気的に接続される。図１は、スイッチ１８によってサブアレイＡが選択された状態を示している。つまり、サブアレイＡと送信部１４が接続され、また、サブアレイＡと受信部１６が接続された状態を示している。

送信部１４は、各サブアレイを形成する複数の振動素子の各々を制御する。そのため、送信部１４と各サブアレイは、各振動素子ごとに１チャンネルを対応させた合計４２チャンネルの信号線で接続される。また、受信部１６は、各サブアレイを形成する複数の振動素子の各々から受信信号を取得する。そのため、受信部１６と各サブアレイも、各振動素子ごとに１チャンネルを対応させた合計４２チャンネルの信号線で接続される。

送信部１４は、各振動素子ごとに送信波形を生成し、その送信波形に対して各振動素子に応じた遅延処理を施す。そして、遅延処理された送信波形が、増幅処理などを経て、対応する振動素子へ供給される。こうして、送信部１４は、各サブアレイごとに送信ビームを形成する送信ビームフォーマとして機能する。

受信部１６は、各振動素子から受信信号を取得して増幅処理やアナログデジタル変換処理などを施す。そして、それらの処理を経た各振動素子の受信信号に対して、各振動素子に応じた遅延処理を施す。さらに、複数の振動素子から得られる遅延処理後の受信信号を加算することにより、整相加算処理を実行する。こうして、受信部１６は、各サブアレイごとに受信ビームを形成する受信ビームフォーマとして機能する。

送信部１４と受信部１６は、バス３２を介して制御部３０によって制御される。制御部３０は、スイッチ１８を制御して超音波ビームを形成するサブアレイを選択する。選択されたサブアレイが送信部１４と受信部１６に接続されると、制御部３０は、送信部１４と受信部１６を介して超音波の送受信制御を行う。こうして、選択されたサブアレイによって超音波ビームが形成される。制御部３０は、必要に応じて、超音波ビームを電子的に走査させる。

なお、超音波ビームのフォーカス点の位置（深さ）は、例えば、操作デバイス２８を介してユーザが設定する。骨表面を検出する場合、検出用の超音波ビーム（ＥＴビーム）の送信フォーカスは、骨の表面付近に設定されることが望ましい。例えば、ユーザは、Ｂモード画像を見ながら、骨の表面付近にＥＴビームの送信フォーカス点を設定する。

Ｂモードビーム処理部２２は、受信部１６で形成された超音波ビームに対してＢモード画像を形成するためのビーム処理を施す。つまり、Ｂモード画像用の受信ビームデータに対して、例えば、検波処理、ＬＯＧ圧縮処理、リサンプリング処理、スキャンコンバージョン処理などの公知の処理を実行する。Ｂモードビーム処理部２２で処理された受信ビームデータは、バス３２を介して画像形成部２４へ供給され、画像形成部２４によってＢモード画像が形成される。

エコートラッキング処理部２０は、受信部１６で形成された超音波ビームを利用して骨表面部分を検出する。つまり、エコートラッキング処理部２０は、エコートラッキング用の受信ビームから骨表面部を抽出してトラッキングする、いわゆるエコートラッキング処理を行うものである。エコートラッキング処理には、例えば、特開２００１−３０９９１８号公報に詳述される技術が利用される。この技術の概要は次のとおりである。

各サブアレイによって形成されるエコートラッキング用の受信ビーム（ＥＴビーム）のエコー信号は骨表面に対応する部分で大きな振幅を有している。単に振幅の大きな部分として骨表面部を捉えた場合、大きな振幅の範囲の中のどの部分が表面部に対応するのかが不明であり、結果として大きな振幅の範囲程度の抽出誤差（一般的な超音波診断装置では０．２ｍｍ程度）が生じてしまう。エコートラッキング処理では、エコー信号の代表点としてゼロクロス点が検知され、検知されたゼロクロス点をトラッキングすることで抽出精度を飛躍的に高めている（例えば０．００２ｍｍ程度にまで精度を高めることが可能）。ゼロクロス点は、トラッキングゲート期間内においてエコー信号の振幅が正から負へ、または、負から正へと極性が反転するタイミングとして検知される。ゼロクロス点が検知されると、その点を中心として新たにトラッキングゲートが設定される。そして、次のタイミングで取得されるエコー信号においては、新たに設定されたトラッキングゲート期間内でゼロクロス点が検知される。このようにして、各ＥＴビームごとに、エコー信号のゼロクロス点が表面ポイントとしてトラッキングされ、骨表面の位置が第１プローブ１１や第２プローブ１２を基準として高精度に計測される。

本実施形態では、サブアレイＡ〜Ｄの４つのサブアレイの各々によってＥＴビームが形成され、サブアレイＡ〜Ｄの４つのサブアレイに対応した４本のＥＴビームから、４点の表面ポイントが抽出される。そして、検出された複数の表面ポイントの変位などに基づいて、骨の力学的特性を反映させた測定量などが算出される。例えば、４点の表面ポイントから骨の屈曲角度などが求められる。

操作デバイス２８は、ユーザ操作を受け付けるデバイスである。操作デバイス２８の具体例は、例えば、マウスやキーボードやタッチパネルなどである。制御部３０は、予め装置に記憶されている制御情報や、操作デバイス２８を介して受け付けたユーザ操作などに応じて、超音波診断装置内の各部を制御する。

画像形成部２４は、Ｂモードビーム処理部２２から供給されるデータに基づいてＢモード画像を形成する。また、画像形成部２４は、形成したＢモード画像などに基づいて、エコートラッキング用の受信ビーム（ＥＴビーム）を調整するためのビーム調整画像を形成する。画像形成部２４において形成された各種画像は、表示器２６に表示される。

以下、図１の超音波診断装置の機能をさらに詳述する。なお、以下の説明において、図１に示した部分（構成）については、図１の符号を利用する。

図３は、ビーム調整画像を説明するための図であり、図３には、表示器２６に表示される画像の一例が示されている。

本実施形態では、固定用アームによってプローブの配置状態、つまり４つのサブアレイの配置状態が決定される（図２参照）。そして、ビームフォーミングによって、超音波ビームのステアリング角度が微調整される。図３は、骨表面を検出するための超音波ビーム（ＥＴビーム）の方向を微調整するためのビーム方向設定画像を示している。

振動子画像６０は、プローブの振動子面を模式的に示した画像である。図３の振動子画像６０は、第１プローブ１１に対応した画像であり、サブアレイＡを模式的に示した画像６２ＡとサブアレイＢを模式的に示した画像６２Ｂを含んでいる。

振動子画像６０の周囲には、スライダが設けられている。つまり、振動子画像６０の縦方向に対応したスライダ７０Ｙと、振動子画像６０の横方向に対応したスライダ７０Ｘが設けられている。スライダ７０Ｘとスライダ７０Ｙの組は、サブアレイＡとサブアレイＢの各々に対して設けられている。これらのスライダ７０Ｘとスライダ７０Ｙにより、各サブアレイごとに、ＥＴビームの方向が微調整される。

図４は、スライダによるＥＴビームの方向調整を説明するための図である。本実施形態では、各サブアレイの振動子面に対応した平面７２内において、ＥＴビーム上の所定の深さに対応したビーム設定ポイント７４を２次元的に位置設定することにより、ＥＴビームの方向が調整される。

ＥＴビーム上の所定の深さは、例えば、操作デバイス２８を介してユーザによって設定される。例えば、ＥＴビームのフォーカス点に所定の深さが設定されると、ビーム設定ポイント７４は、ＥＴビームのフォーカス点の位置を示すことになる。そして、スライダによって、ビーム設定ポイント７４を２次元的にスライドさせることにより、平面７２内でフォーカス点の位置が調整される。

例えば、図４（Ａ）に示す状態から、スライダ７０Ｙによってビーム設定ポイント７４を縦方向（Ｙ方向）に移動させ、さらに、スライダ７０Ｘによってビーム設定ポイント７４を横方向（Ｘ方向）に移動させることにより、図４（Ｂ）に示す状態にビーム設定ポイント７４を移動させることができる。

ちなみに、ビーム設定ポイント７４の移動は、スライダ７０を利用する態様の他にも、図５に示すように、ポインタ７６を移動させることによっても実現できる。つまり、ユーザがマウスなどによってポインタ７６を移動させることにより、図５（Ａ）に示す状態から、図５（Ｂ）に示す状態にビーム設定ポイント７４を移動させてもよい。

図３に戻り、振動子画像６０の周囲には、各種Ｂモード画像も形成される。Ｂモード画像８０Ａは、サブアレイＡによる被検体５０内の骨５２の短軸像である。つまり、サブアレイＡによって、骨５２の軸方向（長軸方向）に略垂直な面内において超音波ビームが走査され、それによって形成される断層画像がＢモード画像８０Ａである。また、Ｂモード画像８２Ａは、サブアレイＡによる被検体５０内の骨５２の長軸像である。つまり、サブアレイＡによって、骨５２の軸方向に沿って超音波ビームが走査され、それによって形成される断層画像がＢモード画像８２Ａである。

Ｂモード画像８０Ａ，８２Ａ内には、ＥＴビームカーソル８４が表示される。ＥＴビームカーソル８４は、Ｂモード画像８０Ａ，８２Ａ内におけるＥＴビームの方向を視覚的に表現している。このＥＴビームカーソル８４は、ＥＴビーム方向の調整に応じて、その方向を変化させる。

例えば、スライダ７０ＹによってサブアレイＡのＥＴビームのビーム設定ポイント（図４の符号７４）が移動されると、ＥＴビーム上の所定の深さの点（例えばフォーカス点）が縦方向（スライダ７０Ｙの移動方向）にスライドされる。これにより、骨５２の軸方向に略垂直な面内においてＥＴビームの角度が変更され、それに応じて、Ｂモード画像８０Ａ内に表示されるＥＴビームカーソル８４の角度も変更される。

また、スライダ７０ＸによってサブアレイＡのＥＴビームのビーム設定ポイントが移動されると、ＥＴビーム上の所定の深さの点が横方向（スライダ７０Ｘの移動方向）にスライドされて、骨５２の軸方向に沿ってＥＴビームの角度が変更される。それに応じて、Ｂモード画像８２Ａ内に表示されるＥＴビームカーソル８４の角度も変更される。

ビーム信号画像９０Ａは、サブアレイＡによって形成されるＥＴビームのＲＦ受信信号波形を示している。ユーザは、この波形を確認しながら、受信信号波形が明瞭に得られる方向にＥＴビームをステアリングさせる。つまり、ユーザは、ビーム信号画像９０Ａに表示される波形を確認しながら、スライダ７０Ｘ，７０ＹによってＥＴビームの方向を調整することにより、例えば、受信信号の振幅が比較的大きく得られる方向にＥＴビームを調整する。

このように、本実施形態では、操作デバイス２８を介してスライダ７０Ｘ，７０Ｙなどを操作することにより、固定用アーム（図２の符号１３）などを微調整することなく、容易にＥＴビームの調整を行うことができる。しかも、ＥＴビームから得られる受信信号の波形を確認しながら調整することができるため、高精度な調整が可能になる。

なお、サブアレイＢ〜Ｄについても、サブアレイＡと同様にＥＴビームが調整される。例えば、サブアレイＢによって形成されるＥＴビームは、そのＥＴビームのＲＦ受信信号波形を示すビーム信号画像９０Ｂを確認しながら、スライダ７０Ｘ，７０Ｙによって調整される。Ｂモード画像８０Ｂは、サブアレイＢによる骨５２の短軸像であり、Ｂモード画像８２Ｂは、サブアレイＢによる骨５２の長軸像である。そして、Ｂモード画像８０Ｂ，８２Ｂ内にも、サブアレイＢのＥＴビームを示すＥＴビームカーソル８４が表示される。

さらに、第１プローブ１１に対応した図３に示すビーム調整画像と同様に、第２プローブ１２に対応したビーム調整画像が形成され、その画像を利用して、第２プローブ１２に含まれるサブアレイＣ，ＤのＥＴビームが調整される。こうして、本実施形態では、サブアレイＡ〜Ｄの各々に対応したＥＴビームが、容易かつ高精度に設定される。

図６は、ＥＴビーム調整時における超音波ビーム走査のシーケンス（１）を説明するための図である。まず、スイッチ１８によって第１プローブ１１内のサブアレイＡが選択され、サブアレイＡによって骨の短軸方向に超音波ビームが走査される。これにより、サブアレイＡによる骨の短軸像（図３の符号８０Ａ）が形成される。その後、サブアレイＡのＥＴビームが形成される。続いて、サブアレイＡによって骨の長軸方向に超音波ビームが走査される。これにより、サブアレイＡによる骨の長軸像（図３の符号８２Ａ）が形成される。その後、サブアレイＡのＥＴビームが形成される。

次に、スイッチ１８によって第１プローブ１１内のサブアレイＢが選択され、サブアレイＢによって骨の短軸方向に超音波ビームが走査される。これにより、サブアレイＢによる骨の短軸像（図３の符号８０Ｂ）が形成される。その後、サブアレイＢのＥＴビームが形成される。続いて、サブアレイＢによって骨の長軸方向に超音波ビームが走査される。これにより、サブアレイＢによる骨の長軸像（図３の符号８２Ｂ）が形成される。その後、サブアレイＢのＥＴビームが形成される。

その後も、サブアレイＡに関する上述した一連の走査シーケンスと、サブアレイＢに関する上述した一連の走査シーケンスが、交互に繰り返し実行される。なお、図３を利用して説明したように、ＥＴビーム方向はユーザによって適宜変更される。従って、図６に示す走査シーケンスにおいて、ＥＴビームが形成されるタイミングでは、そのタイミングで設定されている方向にＥＴビームが形成される。

図７は、ＥＴビーム調整時における超音波ビーム走査のシーケンス（２）を説明するための図である。図７に示すシーケンスは、第２プローブ１２に関するものである。第２プローブ１２に関するＥＴビームの調整は、例えば、第１プローブ１１に関するＥＴビームの調整後に行われる。

まず、スイッチ１８によって第２プローブ１２内のサブアレイＣが選択され、サブアレイＣによって骨の短軸方向に超音波ビームが走査されて骨の短軸像が形成される。その後、サブアレイＣのＥＴビームが形成される。続いて、サブアレイＣによって骨の長軸方向に超音波ビームが走査されて骨の長軸像が形成される。その後、サブアレイＣのＥＴビームが形成される。

次に、スイッチ１８によって第２プローブ１２内のサブアレイＤが選択され、サブアレイＤによって骨の短軸方向に超音波ビームが走査されて骨の短軸像が形成される。その後、サブアレイＤのＥＴビームが形成される。続いて、サブアレイＤによって骨の長軸方向に超音波ビームが走査されて骨の長軸像が形成される。その後、サブアレイＤのＥＴビームが形成される。

その後も、サブアレイＣに関する上述した一連の走査シーケンスと、サブアレイＤに関する上述した一連の走査シーケンスが、交互に繰り返し実行される。なお、図７に示す走査シーケンスにおいても、ＥＴビームが形成されるタイミングでは、そのタイミングで設定されている方向にＥＴビームが形成される。

図８は、ＥＴビームによる計測時の超音波ビーム形成のシーケンスを説明するための図である。ＥＴビームによる計測は、第１プローブ１１と第２プローブ１２に関するＥＴビームの調整後に行われる。

まず、スイッチ１８によって第１プローブ１１内のサブアレイＡが選択され、サブアレイＡによってＥＴビームが形成される。続いて、スイッチ１８によってサブアレイＢが選択され、サブアレイＢによってＥＴビームが形成される。さらに、スイッチ１８によって第２プローブ１２内のサブアレイＣが選択され、サブアレイＣによってＥＴビームが形成される。続いて、スイッチ１８によってサブアレイＤが選択され、サブアレイＤによってＥＴビームが形成される。

その後も、サブアレイＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの順にＥＴビームの形成が繰り返されて、エコートラッキング処理部２０によって、各サブアレイごとに、骨の表面ポイントがトラッキングされる。

図９は、Ｂモード用の超音波ビームの走査に利用される振動素子を説明するための図であり、図９には、サブアレイ（サブアレイＡ〜Ｄのうちのいずれか）とそれによって形成される超音波ビームの走査状態が模式的に示されている。

図９（Ａ）は、骨の軸方向に対して垂直な面内において超音波ビームが走査され、骨の軸方向に沿って超音波ビームを傾けない走査状態を示している。この場合、サブアレイに含まれる格子状に配列された合計４２個の振動素子のうちのいくつかを利用せずに、超音波ビームを走査させてもよい。つまり、骨の軸方向に沿って超音波ビームを傾けていないため、骨の軸方向に沿って配列されている複数の振動素子のうちの両端の振動素子を利用せずに超音波ビームを形成してもよい。振動素子のいくつかを動作させないことにより、消費電力を低減することができる。

図９（Ｂ）は、骨の軸方向に沿って超音波ビームが走査され、骨の軸方向に対して垂直な方向に超音波ビームを傾けない走査状態を示している。この場合も、サブアレイに含まれる４２個の振動素子のうちのいくつかを利用せずに、超音波ビームを走査させてもよい。つまり、骨の軸方向に対して垂直な方向に沿って超音波ビームを傾けていないため、その方向に沿って配列されている複数の振動素子のうちの両端の振動素子を利用せずに超音波ビームを形成してもよい。

図１０は、ＥＴビームの形成に利用される振動素子を説明するための図である。図９と同様に、図１０には、サブアレイ（サブアレイＡ〜Ｄのうちのいずれか）とそれによって形成されるＥＴビームが模式的に示されている。

図１０（Ａ）は、骨の軸方向に対して垂直な面内においてＥＴビームが傾けられ、骨の軸方向に沿ってＥＴビームを傾けない状態を示している。この場合、骨の軸方向に沿ってＥＴビームを傾けていないため、骨の軸方向に沿って配列されている複数の振動素子のうちの両端の振動素子を利用せずに超音波ビームを形成してもよい。

一方、図１０（Ｂ）は、骨の軸方向に対して垂直な面内においてＥＴビームが傾けられ、さらに、骨の軸方向に沿ってＥＴビームを傾ける状態を示している。この場合、骨の軸方向とそれに垂直な方向の両方向にＥＴビームが傾けられているため、サブアレイに含まれる４２個の振動素子の全てを利用してＥＴビームを形成することが望ましい。

図１１は、Ｂモード用の超音波ビーム走査の変形態様を説明するための図である。図１１には、サブアレイ（サブアレイＡ〜Ｄのうちのいずれか）とそれによって形成される超音波ビームの走査状態が模式的に示されている。図１１に示す例は、１つのサブアレイに含まれる格子状に配列された合計４２個の振動素子を２つのグループに分け、それぞれのグループで超音波ビームを形成して走査する態様を示している。これにより、１つのサブアレイで、同時に２枚分のＢモード画像を形成することが可能になる。

図１２は、ＥＴビーム形成の変形態様を説明するための図である。図１１と同様に、図１２には、サブアレイ（サブアレイＡ〜Ｄのうちのいずれか）とそれによって形成される超音波ビーム（ＥＴビーム）が模式的に示されている。図１１の場合と同様に、図１２に示す例は、１つのサブアレイに含まれる格子状に配列された合計４２個の振動素子を２つのグループに分けている。そして、それぞれのグループでＥＴビームを形成する態様を示している。これにより、１つのサブアレイで、同時に２本のＥＴビームを形成することが可能になる。

図１３は、本発明に係る超音波診断装置の別の好適な実施形態を示している。図１に示した実施形態との構成上の比較において、図１３に示す実施形態は、スイッチ１８が省略された点と、それに伴って、各サブアレイごとに送信部１４と受信部１６とエコートラッキング処理部２０とＢモードビーム処理部２２とを設けた点が異なっている。そして、その他の部分、つまり、図１３において図１に示す符号と同じ符号の部分については、図１３に示す実施形態と図１に示した実施形態は、互いに同じ構成を採用している。

図１３の実施形態では、サブアレイＡに対応した送信部１４ａと受信部１６ａが設けられている。そして、送信部１４ａがサブアレイＡの送信ビームフォーマとして機能し、受信部１６ａがサブアレイＡの受信ビームフォーマとして機能する。さらに、Ｂモードビーム処理部２２ａは、受信部１６ａで形成された超音波ビームに対してＢモード画像を形成するためのビーム処理を施す。Ｂモードビーム処理部２２ａで処理された受信ビームデータは、バス３２を介して画像形成部２４へ供給され、画像形成部２４によってＢモード画像が形成される。また、エコートラッキング処理部２０ａは、受信部１６ａで形成された超音波ビームを利用して骨表面部分を検出する。

さらに、図１３の実施形態では、サブアレイＢに対応した送信部１４ｂと受信部１６ｂとＢモードビーム処理部２２ｂとエコートラッキング処理部２０ｂが設けられており、サブアレイＢに関する送受信制御やデータ処理が実行される。同様に、サブアレイＣに対応した送信部１４ｃと受信部１６ｃとＢモードビーム処理部２２ｃとエコートラッキング処理部２０ｃが設けられており、サブアレイＤに対応した送信部１４ｄと受信部１６ｄとＢモードビーム処理部２２ｄとエコートラッキング処理部２０ｄが設けられている。つまり、図１３の実施形態では、各サブアレイごとに、そのサブアレイに関する送受信制御やデータ処理が実行される。

このため、図１３の実施形態では、サブアレイＡ〜Ｄの４つのサブアレイを同時に利用することができる。例えば、４つのサブアレイによって４本のＥＴビームを同時に形成して４点の表面ポイントをトラッキングすることにより、４点の表面ポイントを同時刻で抽出することが可能になる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。例えば、図１におけるＢモードビーム処理部２２、エコートラッキング処理部２０、画像形成部２４、制御部３０などを実現するためのプログラムを形成し、そのプログラムによってコンピュータを動作させることにより、図１に示す超音波診断装置の構成のうちの一部をコンピュータで実現してもよい。

本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。 本実施形態の超音波診断装置を用いた骨の診断を説明するための図である。 ビーム調整画像を説明するための図である。 スライダによるＥＴビームの方向調整を説明するための図である。 ポインタによるＥＴビームの方向調整を説明するための図である。 ＥＴビーム調整時における超音波ビーム走査のシーケンス（１）を説明するための図である。 ＥＴビーム調整時における超音波ビーム走査のシーケンス（２）を説明するための図である。 ＥＴビームによる計測時の超音波ビーム形成のシーケンスを説明するための図である。 Ｂモード用の超音波ビームの走査に利用される振動素子を説明するための図である。 ＥＴビームの形成に利用される振動素子を説明するための図である。 Ｂモード用の超音波ビーム走査の変形態様を説明するための図である。 ＥＴビーム形成の変形態様を説明するための図である。 本発明に係る超音波診断装置の別の好適な実施形態を示す図である。

符号の説明

１１ 第１プローブ、１２ 第２プローブ、２０ エコートラッキング処理部、２２ Ｂモードビーム処理部、２４ 画像形成部、６０ 振動子画像、７０Ｘ，７０Ｙ スライダ、８４ ＥＴビームカーソル。

Claims (8)

1. 骨に対して超音波を送受波する２次元的に配列された複数の振動素子を備えた２次元のアレイ振動子と、
   複数の振動素子を制御してビームフォーミングを行う送受信部と、
   ビームフォーミングによって形成される超音波ビーム上において骨の表面に対応した表面ポイントを検出する表面検出部と、
   超音波ビームの方向を設定するためのビーム方向設定画像を形成する画像形成部と、
   を有し、
   前記ビーム方向設定画像は、前記アレイ振動子の振動子面に対応した平面内において、超音波ビーム上の所定の深さに対応したビーム設定ポイントを２次元的に位置設定する画像を含み、
   前記ビーム方向設定画像を介してビーム設定ポイントが位置設定されることにより、超音波ビームの方向が調整される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記ビーム方向設定画像は、アレイ振動子の振動子面に対応した平面内で前記ビーム設定ポイントを２次元的にスライドさせるスライダを含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記ビーム方向設定画像は、アレイ振動子の振動子面を模式的に示した略矩形状の振動子画像と、振動子画像の縦方向と横方向の各々に対応したスライダと、を含み、
   縦方向に対応したスライダに対する操作に応じて、前記平面内における前記ビーム設定ポイントの縦方向の位置が設定され、
   横方向に対応したスライダに対する操作に応じて、前記平面内における前記ビーム設定ポイントの横方向の位置が設定される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   複数のアレイ振動子を備えたプローブを有し、
   複数のアレイ振動子が骨の軸方向に沿って並べて配置され、各アレイ振動子ごとに表面ポイントを検出するための超音波ビームが形成される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項４に記載の超音波診断装置において、
   前記プローブは、２つのアレイ振動子を備えた第１プローブと２つのアレイ振動子を備えた第２プローブとによって構成される、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記ビーム方向設定画像は、方向を調整される超音波ビームの受信信号波形を示すビーム信号画像を含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記ビーム方向設定画像は、骨の短軸像に関するＢモード画像と、方向を調整される超音波ビームを当該Ｂモード画像内において視覚的に表現したビームカーソルと、含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
   前記ビーム方向設定画像は、骨の長軸像に関するＢモード画像と、方向を調整される超音波ビームを当該Ｂモード画像内において視覚的に表現したビームカーソルと、含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。

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