JP5250059B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、超音波診断装置に係り、特に、超音波プローブの振動子アレイから超音波を送受信することにより生成された超音波画像に基づいて診断を行う超音波診断装置の超音波プローブの無線給電に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

近年、超音波プローブと診断装置本体との間を接続する通信ケーブルの煩わしさを解消して操作性を向上させるために、超音波プローブと診断装置本体とを無線通信により接続する超音波診断装置が開発されている。このような無線式の超音波診断装置では、例えば、特許文献１に記載のように、超音波プローブ内に電源としてバッテリが内蔵されており、バッテリの充電が必要なときは、診断装置本体に設置されたプローブホルダに超音波プローブを収納した状態で診断装置本体の給電部から電磁誘導等により非接触で超音波プローブ内のバッテリに給電がなされる。

このような超音波プローブの連続稼働時間は、バッテリの容量及びバッテリの消耗速度に影響される。そこで、さらに、特許文献１の超音波診断装置では、長時間の連続稼働を可能にするために、バッテリの電力残量を確認し、電力残量が閾値以下の場合、超音波画像の画質を優先するような非省電力モードからプローブ及び装置本体の機能を優先するような省電力モードに変更し、その省電力モードに従ってプローブ及び装置本体に対して供給される電力を制限することで、バッテリ電力の消耗を抑えている。

特開２０１０−１６７０８３号公報

しかしながら、特許文献１の装置は、超音波画像の画質を優先するような非省電力モード及び装置機能を優先させるような省電力モードを適宜変更することによりバッテリ電力の消耗を抑制したとしても、超音波プローブに内蔵されているバッテリの電力が所定量以下になってしまうと、新たなバッテリに取り換えたり、診断装置本体に設置して給電するために、一時的に超音波プローブの使用を中断しなければならないおそれがある。また、省電力モードで診断中、非省電力モードで得られるような高画質の超音波画像を操作者が所望しても、バッテリの消耗との兼ね合いから、非省電力モードに変更することは困難である。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、超音波プローブの長時間の連続稼働を可能にするとともに、診断上で必要な場合、高画質の超音波画像を得ることもできる超音波診断装置を提供することを目的とする。

この発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブと診断装置本体とが無線通信により接続され、送信駆動部から供給された駆動信号に基づいて前記超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を受信信号処理部で処理し、処理された受信信号に基づいて診断装置本体で超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブに配置されるバッテリと、超音波プローブに配置されると共に超音波プローブ内の各部にバッテリを介して電気的に接続された無線受電部と、超音波プローブの無線受電部に無線接続されて前記超音波プローブ内の各部に給電を行うための無線給電部を有する給電ユニットと、超音波プローブの振動子アレイによる超音波の送受信に関わらず、無線給電部によりバッテリへ給電を行う第１のモードと超音波プローブの振動子アレイによる超音波の送受信を行う際に、無線給電部によりバッテリへの給電を停止する第２のモードのいずれかを選択する選択手段と、第１のモードが選択された場合は、無線給電部によりバッテリへ給電を行いながら超音波プローブの振動子アレイによる超音波の送受信を行い、第２のモードが選択された場合は、無線給電部によりバッテリへの給電を停止させて超音波プローブの振動子アレイによる超音波の送受信を行うように、無線給電部によるバッテリへの給電および超音波プローブの振動子アレイによる超音波の送受信を制御する制御手段とを備えるものである。

給電ユニットは、操作者の身体に取り付け可能である。
超音波プローブは、外部から無線受電部の位置を視認可能な筺体を有してもよい。
超音波プローブの筺体に配置され且つ無線受電部による給電効率を示すインジケータをさらに備えることができる。
給電ユニットは、操作者の手に嵌めるグローブまたは操作者の身にまとうジャケットに取り付けられていてもよい。

この発明によれば、超音波プローブのバッテリに無線給電しつつ、超音波診断画像の撮影を行うモード、及び、無線給電を停止させ、超音波診断画像の撮影を行うモードのいずれかを選択できるため、長時間の診断に連続使用することができるとともに、診断上、必要な場合は、高画質の超音波診断画像を得ることができる。

この発明の一実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した実施の形態において、給電ユニットが取り付けられたグローブを示す図である。 給電ユニットが取り付けられたジャケットを示す図である。

以下、この発明の一実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に、この発明の一実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、この超音波プローブ１と無線通信により接続された診断装置本体２と、超音波プローブ１へ無線給電を行う給電ユニット３を備えている。

超音波プローブ１は、１次元又は２次元の振動子アレイの複数チャンネルを構成する複数の超音波トランスデューサ４を有し、これらトランスデューサ４にそれぞれ対応して受信信号処理部５が接続され、受信信号処理部５にデータ格納部６、整相加算部７および信号処理部８を順次介して無線通信部９が接続されている。また、複数のトランスデューサ４に送信駆動部１０を介して送信制御部１１が接続され、複数の受信信号処理部５に受信制御部１２が接続され、無線通信部９に通信制御部１３が接続されている。そして、送信制御部１１、受信制御部１２および通信制御部１３にプローブ制御部１４が接続されている。さらに、プローブ制御部１４には、バッテリ制御部１５を介してバッテリ１６が接続され、バッテリ１６に充電のための無線受電部１７が接続されている。

複数のトランスデューサ４は、それぞれ送信駆動部１０から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各トランスデューサ４は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

送信駆動部１０は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部１１によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数のトランスデューサ４から送信される超音波が被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数のトランスデューサ４に供給する。

各チャンネルの受信信号処理部５は、受信制御部１２の制御の下で、対応するトランスデューサ４から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることにより、組織のエリアの情報を含むサンプルデータを生成する。受信信号処理部５は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことによりサンプルデータを生成してもよい。
データ格納部６は、メモリ等によって構成され、複数の受信信号処理部５で生成された少なくとも１フレーム分のサンプルデータを格納する。

整相加算部７は、プローブ制御部１４において設定された受信方向に応じて、予め記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された受信遅延パターンに基づいて、サンプルデータによって表される複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号（音線信号）が生成される。
信号処理部８は、整相加算部７により生成された音線信号に対し、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正を施した後、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）することにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。

無線通信部９は、信号処理部８で生成されたＢモード画像信号に基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、Ｂモード画像信号を送信する。変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等が用いられる。
無線通信部９は、診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、Ｂモード画像信号を診断装置本体２に送信すると共に、診断装置本体２から各種の制御信号を受信して、受信された制御信号を通信制御部１３に出力する。通信制御部１３は、プローブ制御部１４によって設定された送信電波強度でＢモード画像信号の送信が行われるように無線通信部９を制御すると共に、無線通信部９が受信した各種の制御信号をプローブ制御部１４に出力する。

プローブ制御部１４は、診断装置本体２から送信される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
バッテリ１６は、超音波プローブ１の電源として機能し、超音波プローブ１内の電力を必要とする各部に電力を供給する。バッテリ制御部１５は、バッテリ１６から超音波プローブ１内各部への電力供給を制御すると共に、バッテリ１６の電力残量を監視し、さらに、バッテリ１６が無線受電部１７を介して給電ユニット３から無線充電されるのを制御する。
なお、超音波プローブ１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでもよいし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでもよい。

一方、診断装置本体２は、無線通信部１８を有し、この無線通信部１８に画像処理部１９が接続され、画像処理部１９に表示制御部２０と画像格納部２１がそれぞれ接続され、表示制御部２０に表示部２２が接続されている。また、無線通信部１８に通信制御部２３が接続され、表示制御部２０および通信制御部２３に装置本体制御部２４が接続されている。さらに、装置本体制御部２４には、オペレータが入力操作を行うための操作部２５と、動作プログラム等を格納する格納部２６がそれぞれ接続されている。
さらに、装置本体制御部２４には、給電ユニット３内の給電制御部２７を介して無線給電部２８が接続されている。

操作部２５は、この発明の選択手段を構成するもので、バッテリ１６に対し無線給電部２８により給電を行いながら超音波プローブ１の振動子アレイにより超音波の送受信を行う第１のモード及び無線給電部２８により給電を停止させて超音波プローブ１の振動子アレイによる超音波の送受信を行う第２のモードの選択肢をオペレータに選択させる機能を有する。

無線通信部１８は、超音波プローブ１との間で無線通信を行うことにより、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。また、無線通信部１８は、アンテナによって受信される信号を復調することにより、Ｂモード画像信号を出力する。
通信制御部２３は、装置本体制御部２４によって設定された送信電波強度で各種の制御信号の送信が行われるように無線通信部１８を制御する。
画像処理部１９は、通信制御部２３から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部２０に出力する、あるいは画像格納部２１に格納する。

表示制御部２０は、画像処理部１９によって画像処理が施されたＢモード画像信号に基づいて、表示部２２に超音波診断画像を表示させる。表示部２２は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部２０の制御の下で、超音波診断画像を表示する。

装置本体制御部２４は、操作部２５において、オペレータにより選択された第１モードまたは第２モードに基づき、給電制御部２７を制御する。すなわち、第１モードが選択された場合は、超音波プローブ１の振動子アレイによる超音波の送受信に関わらず、無線給電部２８による無線受電部１７を介したバッテリ１６への給電を行うように給電制御部２７が制御され、第２モードが選択された場合は、超音波プローブ１の振動子アレイによる超音波の送受信を行う際に、無線給電部２８による無線受電部１７を介したバッテリ１６への給電を停止するように給電制御部２７が制御される。

このような診断装置本体２において、画像処理部１９、表示制御部２０、通信制御部２３および装置本体制御部２４は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。上記の動作プログラムは、格納部２６に格納される。格納部２６における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

給電ユニット３は、装置本体制御部２４に接続された給電制御部２７を有し、この給電制御部２７に、超音波プローブ１に内蔵された無線受電部１７に給電を行う無線給電部２８が接続されている。
給電制御部２７は、装置本体制御部２４の制御の下で、無線給電部２８から超音波プローブ１の無線受電部１７に電磁誘導等により非接触で電力を供給することにより、バッテリ１６の充電動作を実行する。

第１モードにおいては、バッテリ１６の充電と振動子アレイによる超音波の送受信が同時に行われるため、振動子アレイの各トランスデューサ４から出力される微弱な受信信号が無線給電部２８から発生する強い磁場の影響を受けて画質が低くなるおそれがあるものの、高画質を要求しない診断の場合は、その動作を中断することなく使用することができる。
一方、第２モードにおいては、振動子アレイによる超音波の送受信を行うときにバッテリ１６の充電が停止されるので、振動子アレイの各トランスデューサ４から出力される微弱な受信信号が無線給電部２８から発生する強い磁場の影響を受けることがなく、高画質な超音波画像を取得することができる。
このような２つのモードを選択することにより、超音波診断装置の長時間の連続稼働できるとともに、診断上、必要であれば、高画質の超音波画像を得ることができる。

次に、この実施の形態の動作について説明する。
診断時には、まず、超音波プローブ１の送信駆動部１０から供給される駆動信号に従って複数のトランスデューサ４から超音波が送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各トランスデューサ４から出力された受信信号がそれぞれ対応する受信信号処理部５に供給されてサンプルデータが生成され、整相加算部７で音線信号が生成された後、信号処理部８で生成されたＢモード画像信号が無線通信部９から診断装置本体２へ無線伝送される。診断装置本体２の無線通信部１８で受信されたＢモード画像信号は、画像処理部１９で階調処理等の画像処理が施された後、このＢモード画像信号に基づいて表示制御部２０により超音波診断画像が表示部２２に表示される。

このようにして超音波診断が行われるが、操作部２５において、オペレータにより先述した第１モード及び第２モードの選択が行われると、診断装置本体２の装置本体制御部２４は、その選択されたモードを判断し、必要に応じて給電ユニット３の給電制御部２７を介して、無線給電部２８から超音波プローブ１のバッテリ１６に給電を行わせる。

給電ユニット３は、図２に示すように、操作者の手に嵌めるグローブ２９の甲部に取り付けられている。従って、グローブ２９を嵌めた手で、超音波プローブ１を把持すれば、無線受電部１７と無線給電部２８との間の距離が近接するため、操作者の超音波プローブ１の把持方法、操作者の立ち位置及び超音波診断装置の周囲にある他の機器の影響を受けることなく、無線給電部２８からバッテリ１６に安定して電力を供給することができる。
また、操作者は、有線による超音波プローブに比べ、ケーブルの煩わしさなく操作することができる。さらに、超音波プローブ１を使用している間も給電することが可能であるため、バッテリ１６を大型化しなくても、随時、超音波プローブ１を使用することもできる。

また、上記の実施の形態では、給電ユニット３を操作者の手に嵌めるグローブ２９に取り付けたが、この発明は、操作者の身体に取り付け可能であればこれに限定されず、図３に示すように、給電ユニット３を操作者が身にまとうジャケット３０、例えば、ポケットの中に取り付けてもよい。

なお、上述の実施の形態に係る超音波診断装置の超音波プローブ１の筐体には、無線受電部１７による給電効率を示すインジケータを備えることができる。給電効率を示すインジケータとしては、例えば、バッテリ１６内の電力残量に応じて、段階的に点灯数が変化する複数のランプを備えたもの、バッテリ１６の電力残量を数値で示すもの、及び、給電が行われていることをランプの点滅により表示するものが挙げられる。このような超音波プローブ１を有する超音波診断装置であれば、操作者が診断を行いながら、バッテリ１６の電力残量及び給電が効率よく行われているかどうかを適宜確認することができる。

また、上述の実施の形態に係る超音波診断装置において、超音波プローブ１は、内蔵された無線受電部１７の位置を認識できるような筐体を有することが好ましい。この無線受電部１７の位置を認識できるような筐体としては、外部から無線受電部１７を、直接、視認できるような透明な筐体、及び、その位置が認識できるような符号を付した筐体などが挙げられる。このような超音波プローブ１であれば、容易に、給電ユニット３内の無線給電部２８を無線受電部１７に近接させることができるため、効率よく安定に電力供給を行うことができる。

１ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３ 給電ユニット、４ トランスデューサ、５ 受信信号処理部、６ データ格納部、７ 整相加算部、８ 信号処理部、９ 無線通信部、１０ 送信駆動部、１１ 送信制御部、１２ 受信制御部、１３ 通信制御部、１４ プローブ制御部、１５ バッテリ制御部、１６ バッテリ、１７ 無線受電部、１８ 無線通信部、１９ 画像処理部、２０ 表示制御部、２１ 画像格納部、２２ 表示部、２３ 通信制御部、２４ 装置本体制御部、２５ 操作部、２６ 格納部、２７ 無線制御部、２８ 無線給電部、２９ グローブ、３０ ジャケット。

Claims (5)

1. 超音波プローブと診断装置本体とが無線通信により接続され、送信駆動部から供給された駆動信号に基づいて前記超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を受信信号処理部で処理し、処理された受信信号に基づいて前記診断装置本体で超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記超音波プローブに配置されるバッテリと、
   前記超音波プローブに配置されると共に前記超音波プローブ内の各部に前記バッテリを介して電気的に接続された無線受電部と、
   前記超音波プローブの無線受電部に無線接続されて前記超音波プローブ内の各部に給電を行うための無線給電部を有する給電ユニットと、
   前記超音波プローブの前記振動子アレイによる超音波の送受信に関わらず、前記無線給電部により前記バッテリへ給電を行う第１のモードと前記超音波プローブの前記振動子アレイによる超音波の送受信を行う際に、前記無線給電部により前記バッテリへの給電を停止する第２のモードのいずれかを選択する選択手段と、
   前記第１のモードが選択された場合は、前記無線給電部により前記バッテリへ給電を行いながら前記超音波プローブの振動子アレイによる超音波の送受信を行い、前記第２のモードが選択された場合は、前記無線給電部により前記バッテリへの給電を停止させて前記超音波プローブの振動子アレイによる超音波の送受信を行うように、前記無線給電部による前記バッテリへの給電および前記超音波プローブの振動子アレイによる超音波の送受信を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記給電ユニットは、操作者の身体に取り付け可能である請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記超音波プローブは、外部から前記無線受電部の位置を視認可能な筺体を有する請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記超音波プローブの筺体に配置され且つ前記無線受電部による給電効率を示すインジケータをさらに備えた請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記給電ユニットは、操作者の手に嵌めるグローブまたは操作者の身にまとうジャケットに取り付けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

Images