JP5331839B2 - 超音波プローブおよび超音波診断装置 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、診断部位の周辺に複数の格子点を設定し、各格子点に対して超音波ビームを送受信することにより得られる受信データに基づいて、局所音速値の演算を行う超音波診断装置が提案されている。
ここで、より正確な局所音速値を演算するためには、Bモード画像の生成に比べて、診断部位の周辺に設定された複数の格子点のそれぞれによく絞り込まれた送信焦点を形成するように超音波ビームを送信し、超音波エコーを広い開口で受信することが望ましく、このため、音速マップ生成用に使用される振動子アレイをBモード画像生成用に使用される振動子アレイとは別に独立して備えることが好ましい。
また、この発明に係る第2の超音波プローブは、被検体に向けて超音波ビームを送信すると共に被検体による超音波エコーを受信する超音波プローブにおいて、個数の超音波トランスデューサを有し且つBモード画像用超音波ビームの送受信を行うBモード画像用振動子アレイと、Bモード画像用振動子アレイの上に積層形成されると共にBモード画像用振動子アレイに含まれる複数の超音波トランスデューサより少ない個数の超音波トランスデューサを有し且つ少なくとも音速計測用超音波ビームの受信を行う音速計測用振動子アレイとを備え、音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチはBモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチより大きく、音速計測用振動子アレイはBモード画像用振動子アレイと等しい長さを有するものである。
この場合、受信回路が、Bモード画像用振動子アレイから出力される受信信号を処理することでBモード画像用受信データを得るBモード画像用受信回路と、音速計測用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで音速計測用受信データを得る音速計測用受信回路とを含むように構成することができる。さらに、送信回路は、Bモード画像用振動子アレイからBモード画像用超音波ビームを送信させるBモード画像用送信回路と、音速計測用振動子アレイから音速計測用超音波ビームを送信させる音速計測用送信回路とを含んでいてもよい。
実施の形態1
図1に、この発明の実施の形態1に係る超音波プローブ1を備えた超音波診断装置の構成を示す。超音波プローブ1に診断装置本体2が接続されている。
超音波プローブ1は、積層型振動子アレイ3を有している。この積層型振動子アレイ3は、互いに積層形成されたBモード画像用振動子アレイ4と音速計測用振動子アレイ5を含んでおり、Bモード画像用振動子アレイ4に送信回路6および受信回路7がそれぞれ接続されると共に、音速計測用振動子アレイ5にも送信回路6および受信回路7がそれぞれ接続されている。
そして、送信回路6および受信回路7にプローブ制御部8が接続されている。
また、超音波プローブ1のプローブ制御部8と診断装置本体2の本体制御部20が互いに接続されている。
音速計測用振動子アレイ5は、整合層32の上に形成されたもう1つの整合層33の中央部内に形成され、音速マップを生成する領域をBモード画像に対して一部の領域に限定するために、Bモード画像用振動子アレイ4に含まれる複数の超音波トランスデューサ4aの個数より少ない個数の超音波トランスデューサ5aを有している。音速計測用振動子アレイ5の超音波トランスデューサ5aの配列ピッチP1は、Bモード画像用振動子アレイ4の超音波トランスデューサ4aの配列ピッチに等しく、音速計測用振動子アレイ5はBモード画像用振動子アレイ4の中央部の上に位置している。
一方、音速計測用振動子アレイ5の各超音波トランスデューサ5aは、例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)に代表される高分子圧電素子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。
プローブ制御部8は、診断装置本体2の本体制御部20から伝送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。
DSC12は、信号処理部11で生成されたBモード画像信号を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。
画像処理部13は、DSC12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14に出力する、あるいは画像メモリ16に格納する。
これら信号処理部11、DSC12、画像処理部13および画像メモリ16により画像生成部23が形成されている。
表示部15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14の制御の下で、超音波診断画像を表示する。
音速マップ生成部19は、本体制御部20による制御の下で、シネメモリ18に格納されている受信データのうち音速計測用の受信データに基づいて、診断対象となる被検体内の組織における局所音速値を演算し、音速マップを生成する。
本体制御部20は、操作者により操作部21から入力された指令に基づいて超音波診断装置各部の制御を行う。
格納部22は、動作プログラム等を格納するもので、ハードディスク、フレキシブルディスク、MO、MT、RAM、CD−ROM、DVD−ROM等の記録媒体を用いることができる。
なお、信号処理部11、DSC12、画像処理部13、表示制御部14および音速マップ生成部19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。
この方法は、図3(A)に示されるように、被検体内に超音波を送信した際に、被検体の反射点となる格子点Xから振動子アレイ1に到達する受信波Wxに着目したとき、図3(B)に示されるように、格子点Xよりも浅い位置、すなわち振動子アレイ1に近い位置に複数の格子点A1、A2、・・・を等間隔に配列し、格子点Xからの受信波を受けた複数の格子点A1、A2、・・・からのそれぞれの受信波W1、W2、・・・の合成波Wsumが、ホイヘンスの原理により、格子点Xからの受信波Wxに一致することを利用して、格子点Xにおける局所音速値を求める方法である。
さらに、格子点Xにおける仮定的な局所音速値Vを種々変化させて、それぞれ格子点A1、A2、・・・からの受信波W1、W2、・・・の仮想的な合成波Wsumを算出する。このとき、格子点Xと各格子点A1、A2、・・・との間の領域Rxaにおける音速は一様で、格子点Xにおける局所音速値Vに等しいものと仮定する。格子点Xから伝播した超音波が格子点A1、A2、・・・に到達するまでの時間はXA1/V、XA2/V、・・・となる。ここで、XA1、XA2、・・・は、それぞれ格子点A1、A2、・・・と格子点Xとの間の距離である。そこで、格子点A1、A2、・・・からそれぞれ時間XA1/V、XA2/V、・・・だけ遅延して発した反射波を合成することにより、仮想的な合成波Wsumを求めることができる。
以上のようにして、超音波プローブ1の受信回路7で生成された受信データに基づき、被検体内の局所音速値を高精度に演算することができる。さらに、同様にして、設定された関心領域内の局所音速値の分布を示す音速マップを生成することができる。
まず、超音波プローブ1の送信回路6からの駆動信号に従ってBモード画像用振動子アレイ4の複数の超音波トランスデューサ4aからBモード画像用の超音波ビームが送信され、被検体からの超音波エコーを受信した各超音波トランスデューサ4aから受信信号が受信回路7に出力されてBモード画像用の受信データが生成され、さらに、診断装置本体2の画像生成部23で生成されたBモード画像信号に基づいて表示制御部14によりBモード画像が表示部15に表示される。
ここで、操作者が操作部21を操作することにより、表示部15に表示されているBモード画像上に関心領域Rが設定されると、本体制御部20により関心領域R内に複数の格子点が設定される。
また、音速計測用振動子アレイ5がBモード画像用振動子アレイ4の中央部の上に位置しているので、小さな遅延量の駆動信号を送信回路6から音速計測用振動子アレイ5の複数の超音波トランスデューサ5aに供給するだけで、Bモード画像上に設定された関心領域R内の各格子点に送信焦点を形成することができ、音速測定をより正確に行うことが可能となる。
また、音速計測用振動子アレイ5から低周波の超音波ビームを送信させ、音速計測用振動子アレイ5で2次以上の高調波を受信することにより、メインローブを強調すると共にサイドローブをさらに低減させることもできる。
また、この実施の形態1では、音速マップを生成する領域をBモード画像に対して一部の領域に限定するために、音速計測用振動子アレイ5の超音波トランスデューサ5aの個数をBモード画像用振動子アレイ4に含まれる複数の超音波トランスデューサ4aの個数より少なくしたが、音速計測用振動子アレイ5の超音波トランスデューサ5aの個数をBモード画像用振動子アレイ4に含まれる複数の超音波トランスデューサ4aの個数と同等にして、より広い領域の音速マップを生成することもできる。
上記の実施の形態1では、音速計測用振動子アレイ5の超音波トランスデューサ5aの配列ピッチP1が、Bモード画像用振動子アレイ4の超音波トランスデューサ4aの配列ピッチに等しく、音速計測用振動子アレイ5がBモード画像用振動子アレイ4の中央部の上に位置していたが、これに限るものではない。例えば、図4に示されるように、Bモード画像用振動子アレイ4に含まれる複数の超音波トランスデューサ4aの個数より少ない個数の超音波トランスデューサ34aを有しながらも、超音波トランスデューサ34aの配列ピッチP2がBモード画像用振動子アレイ4における超音波トランスデューサ4aの配列ピッチP1より大きな値に設定されることにより、Bモード画像用振動子アレイ4と等しい長さを有する音速計測用振動子アレイ34を整合層32の上に積層形成してもよい。
図5に実施の形態3に係る超音波プローブ41の構成を示す。超音波プローブ41は、図1に示した実施の形態1の超音波プローブ1において、送信回路6および受信回路7をそれぞれBモード画像専用の送信回路および受信回路として使用すると共に、音速計測専用の送信回路42および受信回路43を追加し、これら送信回路42および受信回路43を音速計測用振動子アレイ5に接続したものである。
音速計測専用の受信回路43は、診断装置本体2のシネメモリ18と音速マップ生成部19に接続され、Bモード画像専用の受信回路7は、診断装置本体2の信号処理部11とシネメモリ18に接続されている。
また、受信回路7は、Bモード画像用振動子アレイ4から出力される受信信号を処理することでBモード画像用受信データを生成して診断装置本体2の信号処理部11とシネメモリ18に出力し、受信回路43は、音速計測用振動子アレイ5から出力される受信信号を処理することで音速計測用受信データを生成して診断装置本体2のシネメモリ18と音速マップ生成部19に出力する。
また、シネメモリ18には、音速マップ用に用いられる受信データだけでなく、Bモード画像生成用の受信データも格納されているため、本体制御部20の制御により、必要に応じてシネメモリ18からBモード画像生成用の受信データを読み出し、画像生成部23でBモード画像を生成することもできる。
Claims (7)
- 被検体に向けて超音波ビームを送信すると共に被検体による超音波エコーを受信する超音波プローブにおいて、
個数の超音波トランスデューサを有し且つBモード画像用超音波ビームの送受信を行うBモード画像用振動子アレイと、
前記Bモード画像用振動子アレイの上に積層形成されると共に前記Bモード画像用振動子アレイに含まれる複数の超音波トランスデューサより少ない個数の超音波トランスデューサを有し且つ少なくとも音速計測用超音波ビームの受信を行う音速計測用振動子アレイと
を備え、
前記音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチは前記Bモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチに等しく、前記音速計測用振動子アレイは前記Bモード画像用振動子アレイの中央部の上に位置することを特徴とする超音波プローブ。 - 被検体に向けて超音波ビームを送信すると共に被検体による超音波エコーを受信する超音波プローブにおいて、
個数の超音波トランスデューサを有し且つBモード画像用超音波ビームの送受信を行うBモード画像用振動子アレイと、
前記Bモード画像用振動子アレイの上に積層形成されると共に前記Bモード画像用振動子アレイに含まれる複数の超音波トランスデューサより少ない個数の超音波トランスデューサを有し且つ少なくとも音速計測用超音波ビームの受信を行う音速計測用振動子アレイと
を備え、
前記音速計測用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチは前記Bモード画像用振動子アレイにおける超音波トランスデューサの配列ピッチより大きく、前記音速計測用振動子アレイは前記Bモード画像用振動子アレイと等しい長さを有することを特徴とする超音波プローブ。 - 前記音速計測用振動子アレイの超音波トランスデューサは、高分子圧電素子からなる請求項1または2に記載の前記超音波プローブ。
- 前記Bモード画像用振動子アレイからBモード画像用超音波ビームを送信させると共に前記音速計測用振動子アレイから音速計測用超音波ビームを送信させる送信回路と、
被検体による超音波エコーに基づく受信信号を処理することでBモード画像用受信データおよび音速マップ用受信データを得る受信回路と
をさらに備えた請求項1〜3のいずれか一項に記載の前記超音波プローブ。 - 前記受信回路は、前記Bモード画像用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで前記Bモード画像用受信データを得るBモード画像用受信回路と、前記音速計測用振動子アレイから出力される受信信号を処理することで前記音速計測用受信データを得る音速計測用受信回路とを含む請求項4に記載の超音波プローブ。
- 前記送信回路は、前記Bモード画像用振動子アレイからBモード画像用超音波ビームを送信させるBモード画像用送信回路と、前記音速計測用振動子アレイから音速計測用超音波ビームを送信させる音速計測用送信回路とを含む請求項4または5に記載の超音波プローブ。
- 請求項4〜6のいずれか一項に記載の前記超音波プローブと、
前記受信回路で得られたBモード画像用受信データに基づいてBモード画像を生成する画像生成部と、
前記受信回路で得られた音速計測用受信データに基づいて音速マップを生成する音速マップ生成部と
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
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