JP5269430B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、乳腺疾患の診断、特に、乳癌検診に適用される超音波診断装置に関する。

乳癌検診において、重要なことの一つに乳房を漏れなく超音波でスキャンすることが挙げられる。この超音波は例えば自動スキャンされ、その設定などにより、乳房を漏れなくスキャンすることができるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３３６２５６号公報

しかしながら、従来における超音波の自動スキャンでは、漏れなくスキャンすることは保障されていても、一方向からのみのＢモード像のみしか得ることができず、読影時に病変らしき部位があっても、それ以上の情報を得ることができず、要精査率が上がってしまうという問題がある。

本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、超音波画像の読影の際には、病変が疑われる部位の直交する二方向の断面画像を容易に得ることができるようにした超音波診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、被検体に超音波を送信し、断層像を撮像可能なように配置された超音波接触子と、この超音波接触子を、前記断層像の撮像面に対し直交するＸ方向に移動させて超音波をスキャンさせ、このスキャン後、前記超音波接触子を９０度回転させてから前記Ｘ方向に対し直交し、且つ回転後の前記断層像の撮像面に対し直交するＹ方向に移動させて超音波をスキャンさせる駆動手段と、前記超音波接触子をＸ方向へ移動させるスキャンにより前記被検体から反射されて前記超音波接触子に受信される信号に基づいて前記Ｘ方向に配列される複数の断層像群、前記超音波接触子をＹ方向へ移動させるスキャンにより前記被検体から反射されて前記超音波接触子に受信される信号に基づいて前記Ｙ方向に配列される複数の断層像群を生成する画像生成手段と、この画像生成手段によって生成された前記Ｘ方向及びＹ方向の断層像を表示する表示手段と、前記Ｘ方向及びＹ方向のいずれかの断層像上の任意の位置を指定する指定手段と、この指定手段の指定に基づいて指定位置を通る直交方向の断層像を並べて前記表示手段に表示させる処理手段とを具備する。

本発明によれば、超音波画像を漏れなく直交する二方向で生成することができ、読影の際に病変部と疑われる部位に対しては、高解像度の直交する二方向の断面像を瞬時に見ることが可能となり、診断精度および診断効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態である超音波診断装置１の構成を示すブロック図である。

超音波診断装置１は、装置本体１Ａ、超音波接触子としてのプローブ２、指定手段としての入力装置３、及び表示手段としてのモニター４を備えている。

装置本体１Ａ内には、超音波送信ユニット１１、超音波受信ユニット１２、Ｂモード処理ユニット１３、ドプラ処理ユニット１４、画像生成手段としての画像生成ユニット１５、画像メモリ１６、画像合成部１７、制御プロセッサ（ＣＰＵ）１８、処理手段としての内部記憶部１９、インタフェース部２０、光センサー（図示しない）が配設されている。

上記したプローブ２は、超音波送信ユニット１１からの駆動信号に基づき超音波を発生させて被検体Ｐに送信するものである。このプローブ２は、被検体Ｐからの反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動子、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。

プローブ２から被検体Ｐに超音波が送信されると、当該送信超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコー信号としてプローブ２に受信される。このエコー信号の振幅は、反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合のエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。なお、プローブ２の位置情報は、収集されるデータと共に随時記憶部１９に送られている。

上記した入力装置３は装置本体１Ａに接続され、オペレータからの各種指示、条件、及び関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、さらに種々の画質条件設定指示等を装置本体１Ａに取り込むための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。オペレータが入力装置３の終了ボタンやフリーズボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は一時停止状態となる。

上記したモニター４は、後述する各種情報を画像として表示するものである。

上記した超音波送信ユニット１１は、図示しないトリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路等を有している。パルサ回路では、所定のレート周波数ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、遅延回路では、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、プローブ２に駆動パルスを印加する。

なお、超音波送信ユニット１１は、制御プロセッサ１８の指示に従って所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に送信駆動電圧の変更については、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。

上記した超音波受信ユニット１２は、図示していないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器等を有している。アンプ回路では、プローブ２を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器では、増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、その後加算器において加算処理を行う。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。

上記したＢモード処理ユニット１３は、超音波送信ユニット１１からエコー信号を受け取り、対数増幅、包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。

上記したドプラ処理ユニット１４は、超音波送信ユニット１１から受け取ったエコー信号から速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。

上記した画像生成ユニット１５は、Ｂモード処理ユニット１３からのデータ信号を反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像としてモニター４に表示させるものである。この時、エッジ強調や時間平滑化、空間平滑化など、種々の画像フィルタも施され、ユーザーの好みに応じた画質を提供できるようになっている。また、画像生成ユニット１５は、ドプラ処理ユニット１４から送られる血流情報を平均速度画像、分散画像、パワー画像、これらの組み合わせ画像としてモニター４にカラー表示させる。さらに、画像生成ユニット１５は、超音波スキャンの走査線信号列を、テレビなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、表示画像としての超音波診断画像を生成する。

なお、画像生成ユニット１５は、画像データを格納する記憶メモリを搭載しており、例えば診断の後に操作者が検査中に記録された画像を呼び出すことが可能となっている。当該画像生成ユニット１５に入る以前のデータは、「生データ」と呼ばれることがある。

上記した画像メモリ１６は、例えばフリーズする直前の複数フレームに対応する超音波画像を保存するメモリである。この画像メモリ１６に記憶されている画像を連続表示（シネ表示）することで、超音波動画像を表示することも可能である。

上記した画像合成部１７は、画像生成ユニット１５から受け取った画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成し、ビデオ信号としてモニター４に出力する。

制御プロセッサ１８は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、本超音波診断装置本体１Ａの動作を制御する制御手段である。制御プロセッサ１８は、内部記憶部１９から画像生成・表示等を実行するための制御プログラムを読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行する。

上記した内部記憶部１９は、送受信条件、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラムや、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、プローブの位置情報、ボディマーク生成プログラムその他のデータ群が保管されている。また、必要に応じて、画像メモリ１６中の画像の保管などにも使用される。内部記憶部１９のデータは、インタフェース部２０を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。

上記したインタフェース部２０は、入力装置３、ネットワーク、新たな外部記憶装置（図示せず）に関するインタフェースである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、インタフェース部２０よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。

ところで、上記したプローブ２は、図２〜図４に示すような駆動手段８によって移動され、超音波を自動スキャンできるようになっている。

図２は駆動手段８を示す上面図で、図３はその側面図、図４はその正面図である。

プローブ２及び駆動手段８は、水槽５内の水中に配置されている。駆動手段８はプローブ２を図５に示すように平面に沿う第１の方向Ｘ、及びこの第１の方向に対し平面に沿って直交する第２の方向Ｙ、さらに垂直面に沿って直交する第３の方向Ｚに沿ってそれぞれ移動させるものである。

駆動手段８は移動体９を有し、この移動体９の上部側には搭載部１０が昇降自在に設けられている。搭載部１０上には回転機構２５を介してプローブ２が搭載されている。搭載部１０は垂直方向に沿って設けられる第３の駆動軸（ネジ軸）２６の正逆回転によって昇降される。第３の駆動軸（ネジ軸）２６は搭載部１０の一部に螺挿され、その上下部が移動体９の一側面部に突設された支持片２６ａ、２６ｂによって回転自在に支持されている。

水槽５内の下部側には、第１の方向Ｘに沿って第１のガイド体２７が設けられ、この第１のガイド体２７は移動体９の略中央部に挿通され、移動体９の第１の方向Ｘへの移動をガイドするようになっている。この第１のガイド体２７の下方部には、第１の駆動軸（ネジ軸）２２が第１のガイド体２７と平行に設けられている。この第１の駆動軸（ネジ軸）２２は、移動体９の下部側に螺挿され、両端部が後述する第２のガイド体２８に支持されている。

第１のガイド体２７の両端部は、一対の第２のガイド体２８によってスライド自在に支持されている。一対の第２のガイド体２８は平面に沿い、かつ所定間隔を存して平行に固定的に配設され、第１のガイド体２７に対しては直交する状態で配設されている。

第２のガイド体２８の近傍には、第１のガイド体２７と平行に第２の駆動軸（ネジ軸）２３が設けられている。この第２の駆動軸２３は、第１のガイド体２７の一端部側に螺挿され、両端部が支持具３１を介して第２のガイド体２８に支持されている。

上記した第１乃至第３の駆動軸２２，２３、２６は、図示しない駆動源によって正逆方向に回転され、この回転により、移動体９が第１方向Ｘと第２の方向Ｙに移動されるとともに、搭載部１０が昇降される。プローブ２は移動体９が第１方向Ｘ及び第２の方向Ｙへの移動されることにより同方向に移動され、搭載部１０が昇降されることにより上下方向に移動されるようになっている。駆動源は入力装置３の操作によりその動作が制御される。

次に、上記したように構成される超音波診断装置を用いて例えば乳癌の検診を行なう場合について説明する。

まず、入力装置３を操作してプローブ２を被検体Ｐに対向させ、ついで、被検体Ｐのサイズに応じてプローブ２を上下方向に移動させて初期位置に設定する。こののち、入力装置３を操作して超音波送信ユニット１１からプローブ２に駆動信号を送信してプローブ２から超音波を送信させる。そして、この状態から入力装置３を操作して第１の駆動軸２２を回転させて図６（ａ）に示すようにプローブ２を第１の方向Ｘに沿って移動させる。これにより超音波が第１の方向に沿ってスキャンされる。このスキャン後、プローブ２を図６（ｂ）に示すように９０度回転させてから図７（ａ）に示す位置に移動させる。この移動後、第２の駆動軸２３を回転させて図７（ｂ）に示すようにプローブ２を第２の方向Ｙに移動させる。これにより超音波が第２の方向Ｙに沿ってスキャンされる。このようにプローブ２を第１及び第２の方向Ｘ、Ｙに沿って移動させることにより、超音波が被検体Ｐに対し縦横にスキャンされることになる。

被検体Ｐに対してスキャンされた超音波は、被検体Ｐから反射され、エコー信号としてプローブ２に受信される。この受信されたエコー信号は超音波受信ユニット１２を介してＢモード処理ユニット１３に送信される。Ｂモード処理ユニット１３では受け取ったエコー信号に基づいてデータを生成し、このデータは画像生成ユニット１５に送信されてＢモード画像（第１及び第２の断層像群）が生成される。そして、この生成されたＢモード画像（第１及び第２の断層像群）は、モニター４に表示される。また、画像生成ユニット１５で生成されたＢモード画像（第１及び第２の断層像群）は画像生成ユニット１５に搭載された記憶メモリに格納されることになる。

次に、上記したように画像生成ユニット１５の記憶メモリに格納されたＢモード画像（第１及び第２の断層像群）を呼び出して読影する場合について説明する。

まず、入力装置３を操作して画像生成ユニット１５の記憶メモリに格納されている第１の断層像群を呼び出し、これを順次、モニター４に表示する。読影者はこの表示される第１の断層像の読影中において、例えば、図８に示すように病変と疑われる第１の断層像３５に遭遇した場合には、入力装置３によって病変と疑われる第１の断層像３５の座標を指定する。この指定があると、指定された座標と空間的に対応する座標が内部記憶部１９により第２の断層像群から特定され、この特定された座標が含まれる第２の断層像が第２の断層像群から選択されて図９に示すようにモニター４に第１の断層像３５と並列に第２の断層像３６が表示され、或いは図１０に示すように第１の断層像３５と並列に第２の断層像３７が表示される。

このように指定した部位の直交する二方向の第１の断層像３５と第２の断層像３６（或いは第１の断層像３５と第２の断層像３７）を並列に表示するため、読影者は、指定した部位の状態を正確に読み取ることができる。即ち、例えば、図９に示すようにモニター４に並列に表示される第１及び第２の断層像３５，３６の断面形状がともに略円形状に表示された場合には、悪性であると判断でき、図１０に示すようにモニター４に並列に表示される第１の断層像３５の断面形状が略円形状で、第２の断層像３７の断面形状が横方向に細長い断面形状で表示された場合には、問題はないと判断することができる。

従って、この実施の形態によれば、診断精度および診断効率を向上させることができ、要精査率を大幅に低減できる。

図１１は、本発明の第２の実施の形態であるプローブ２の駆動機構を示すものである。

なお、上記した第１の実施の形態で説明した部分と略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

この第２の実施の形態では、プローブ２及びこのプローブ２の回転機構２５のみが水槽５内に配置され、プローブ２の駆動手段８については水槽５の外部に配置され、移動体９と回転機構２５とを連結アーム４１を介して一体化している。

この第２の実施の形態によっても、上記した第１の実施の形態と同様に移動体９が第１及び第２の方向Ｘ，Ｙに移動されることにより、プローブ２が直交する二方向に移動されて被検体Ｐに対し超音波を縦横にスキャンすることができる。

従って、上記した一実施の形態と同様に、断層像の読影の際に、病変が疑われる部位の直交する二方向の断面画像を容易に得ることができ、診断精度および診断効率を向上させることができる。

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。

本発明の一実施の形態である超音波診断装置の構成を示すブロック図。 図１の超音波診断装置のプローブ及びその駆動手段を示す上面図。 図２のプローブ及びその駆動手段を示す側面図。 図２のプローブ及びその駆動手段を示す正面図。 図２のプロ−ブによる超音波のスキャン方向を示す図。 図２のプローブの移動を示すもので、（ａ）はプロ−ブが初期位置から第１の方向に移動された状態を示す図で、（ｂ）はプロ−ブが９０度回転された状態を示す図。 図２のプローブの移動を示すもので、（ａ）は９０度回転されたプロ−ブが所定位置に移動された状態を示す図で、（ｂ）は所定位置から第２の方向に移動された状態を示す図。 図２のプロ−ブによる超音波の第１の方向のスキャンによって得られる第１の断層像がモニターに表示された状態を示す図。 図８の第１の断層像とこの第１の断層像の座標を含む第２の断層像が並列にモニターに表示された状態を示す図。 図８の第１の断層像と並列に表示される第２の断層像の他の表示例を示す図。 本発明の他の実施の形態であるプローブの駆動手段を示す図。

符号の説明

Ｐ…被検体、２…超音波接触子、３…入力装置（指定手段）、８…駆動手段、４…モニター（表示手段）、５…水槽、１５…画像生成ユニット（画像生成手段）、２５…回転機構、２７…第１のガイド体、２８…第２のガイド体、２９…内部記憶部（処理手段）、３５…第１の断層像、３６，３７…第２の断層像。

Claims (3)

1. 被検体に超音波を送信し、断層像を撮像可能なように配置された超音波接触子と、
   この超音波接触子を、前記断層像の撮像面に対し直交するＸ方向に移動させて超音波をスキャンさせ、このスキャン後、前記超音波接触子を９０度回転させてから前記Ｘ方向に対し直交し、且つ回転後の前記断層像の撮像面に対し直交するＹ方向に移動させて超音波をスキャンさせる駆動手段と、
   前記超音波接触子をＸ方向へ移動させるスキャンにより前記被検体から反射されて前記超音波接触子に受信される信号に基づいて前記Ｘ方向に配列される複数の断層像群、前記超音波接触子をＹ方向へ移動させるスキャンにより前記被検体から反射されて前記超音波接触子に受信される信号に基づいて前記Ｙ方向に配列される複数の断層像群を生成する画像生成手段と、
   この画像生成手段によって生成された前記Ｘ方向及びＹ方向の断層像を表示する表示手段と、
   前記Ｘ方向及びＹ方向のいずれかの断層像上の任意の位置を指定する指定手段と、
   この指定手段の指定に基づいて指定位置を通る直交方向の断層像を並べて前記表示手段に表示させる処理手段と
   を具備したことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記超音波接触子及び前記駆動手段は、水槽内の水中に設置され、
   前記駆動手段は、前記超音波接触子の移動を前記Ｘ方向及びＹ方向にガイドする第１及び第２のガイド体を有し、これら第１及び第２のガイド体に沿って前記超音波接触子を自動的に移動させることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記超音波接触子は回転機構を介して保持され、前記回転機構の回転によって９０°回転されることを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。

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