JP5473104B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、さらに詳しくは、穿刺針が本来の走査面（＝超音波探触子の真下に形成される走査面）を外れているか否かを検知できると共に本来の走査面に交差する方向についての穿刺針と臓器の位置関係が不明確になることを防止できる超音波診断装置に関する。

従来、本来の走査面を挟むように両側にも走査面を形成し、走査面の方向に向けて穿刺針を進行させ、穿刺針が各走査面を通る部分を色分けして表示する超音波診断装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
他方、複数の振動素子での受信信号間の位相差を求める技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−０１９１３３号公報 特開平１１−１１３９００号公報

上記従来の超音波診断装置では、穿刺針が本来の走査面を通る場合の色だけで穿刺針が表示されていれば、穿刺針が本来の走査面を外れていないことが判る。一方、穿刺針が本来の走査面を挟む走査面を通る場合の色で穿刺針が表示されていれば穿刺針が本来の走査面を外れていると知ることが出来る。
しかし、複数の走査面の画像が重ねて表示される結果、本来の走査面に交差する方向についての穿刺針と臓器の位置関係が不明確になる問題点があった。
そこで、本発明の目的は、穿刺針が本来の走査面を外れているか否かを検知できると共に本来の走査面に交差する方向についての穿刺針と臓器の位置関係が不明確になることを防止できる超音波診断装置を提供することにある。

第１の観点では、本発明は、複数の振動素子が２次元配列された超音波探触子と、前記各振動素子での受信信号を遅延させる遅延手段と、前記遅延手段で遅延させた前記受信信号を合成する受信信号合成手段と、穿刺針の進行方向に交差する方向に並ぶ前記振動素子での受信信号間の位相差を求める位相差取得手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
穿刺針によるエコー強度は非常に強いため、受信信号中の穿刺針の位置により受信信号の位相が決まる。そして、穿刺針の進行方向に交差する方向（＝本来の走査面に交差する方向である。以下、交差方向と呼ぶ）に並ぶ振動素子での受信信号間の位相は、本来の走査面を外れずに穿刺針が進行した場合、交差方向の振動素子配列の中心に対して対称になる。一方、本来の走査面を外れて穿刺針が進行した場合、交差方向の振動素子配列の中心に対して非対称になる。
そこで、上記第１の観点による超音波診断装置では、交差方向に並ぶ振動素子での受信信号間の位相差を求めることにより、穿刺針が本来の走査面を外れているか否かを検知することが出来る。また、複数の走査面を重ねる必要がないから、本来の走査面に交差する方向についての穿刺針と臓器の位置関係が不明確になることを防止できる。

第２の観点では、本発明は、前記第１の観点による超音波診断装置において、前記位相差取得手段は、前記遅延手段で遅延させる遅延量に前記穿刺針の進行方向に交差する方向に並ぶ前記振動素子間では差を付けないで前記受信信号間の位相差を求めることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第２の観点による超音波診断装置では、穿刺針の進行方向に交差する方向に並ぶ振動素子間では遅延量に差を付けないで受信信号間の位相差を求めるので、穿刺針の進行方向に交差する方向に並ぶ振動素子での受信信号間では遅延量に左右されずに位相差を求めることが出来る。一方、穿刺針の進行方向に並ぶ振動素子間では遅延量に差を付けてもよいので、本来の走査面内で音線方向を制御可能になる。

第３の観点では、本発明は、前記第１または第２の観点による超音波診断装置において、前記位相差を補償するように前記遅延手段での遅延量を調整する遅延量調整手段を具備したことを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第３の観点による超音波診断装置では、本来の走査面から外れて曲がった穿刺針を追うように走査面が曲がる。これにより、穿刺針が見えなくなることを防止できる。

第４の観点では、本発明は、前記第１から第３のいずれかの観点による超音波診断装置において、前記位相差から前記穿刺針の曲がりを求め該曲がりを操作者に報知する曲がり報知手段を具備することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第４の観点による超音波診断装置では、操作者が穿刺針の曲がりを知ることが出来るので、穿刺状況の適否を判断できる。

第５の観点では、本発明は、前記第４の観点による超音波診断装置において、前記曲がり報知手段は、前記穿刺針の進行方向に沿った方向から見た穿刺針の曲がりを表示することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第７の観点による超音波診断装置では、操作者が穿刺針の曲がり具合を一目で知ることが出来る。

第６の観点では、本発明は、前記第１から第５のいずれかの観点による超音波診断装置において、前記位相差取得手段は、所定の深さ範囲での位相差を求めることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第６の観点による超音波診断装置では、位相差を求める深さ範囲を限定するので、演算量を少なくすることが出来る。

第７の観点では、本発明は、前記第６の観点による超音波診断装置において、前記位相差取得手段は、前記穿刺針の進行方向に沿った方向に応じて前記深さ範囲を深い位置へ変えることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
穿刺針は、進行するに従って深くなってゆく。そこで、上記第７の観点による超音波診断装置では、受信信号の穿刺針の進行方向に沿った方向の位置に応じて、位相差を求める深さ範囲を、深くする。これにより、深さ範囲を狭くすることが出来る。

第８の観点では、本発明は、前記第１から第７のいずれかの観点による超音波診断装置において、前記位相差取得手段は、相関演算により位相差を求めることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第８の観点による超音波診断装置では、受信信号間の相関演算により位相差を求めることが出来る。

第９の観点では、本発明は、前記第１から第８のいずれかの観点による超音波診断装置において、前記超音波探触子に対する前記穿刺針の位置を規制する穿刺針ガイドを具備することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
上記第９の観点による超音波診断装置では、穿刺針が目標を大きく外れるのを防止することが出来る。

本発明の超音波診断装置によれば、穿刺針が本来の走査面を外れているか否かを検知できる。また、本来の走査面に交差する方向についての穿刺針と臓器の位置関係が不明確になることを防止できる。

以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

図１は、実施例１に係る超音波診断装置１００の構成説明図である。
この超音波診断装置１００は、複数の振動素子が２次元配列された超音波探触子１と、超音波探触子１により走査面１０を形成するように走査して音線信号を出力する送受信部２と、音線信号から超音波画像を生成する画像生成部３と、超音波画像などを表示する画像表示部４と、操作者が指示やデータを入力するための操作部５と、全体を制御する制御部６と、超音波探触子１に対する穿刺針Ｎの位置を規制する穿刺針ガイド７とを具備している。

送受信部２は、超音波探触子１の各振動素子での受信信号を遅延させる遅延回路２１と、遅延回路２１で遅延させた受信信号を合成し音線信号として出力する合成回路２２とを含んでいる。

制御部６は、遅延回路２１で遅延させる遅延量に穿刺針Ｎの進行方向に交差する方向に並ぶ振動素子間では差を付けないで受信信号間の位相差を求める位相差取得部６１と、位相差を補償するように遅延回路２１での遅延量を調整する遅延量調整部６２と、穿刺針Ｎの曲がりを操作者に報知する曲がり報知部６３とを含んでいる。

進行方向Ｄｎは、穿刺針Ｎが曲がらずに進行した場合の方向である。
交差方向Ｄｃは、進行方向Ｄｎに直交する方向である。

図２は、進行方向Ｄｎに沿った方向から見た本来の走査面１０’を示す概念図である。
本来の走査面１０’は、超音波探触子１の真下に形成される走査面１０であり、遅延回路２１での遅延量が交差方向Ｄｃについて対称であるときに形成される。
穿刺針Ｎが曲がらずに進行した場合、穿刺針Ｎは本来の走査面１０’内を進む。

図３は、超音波探触子１における振動素子Ｅij（i=1,2,…、j=1,2,…）の２次元配列を示す模式図である。
行方向ｉは、音線で走査する方向であり、走査面１０の方向になる。
列方向ｊは、走査面１０の厚さと走査面１０の傾きを決める方向になる。

図４は、深さ範囲を示す概念図である。
音線方向Ｓｋ（ｋ＝１，２，…）は、走査面１０を形成する多数の音線の各方向である。
深さ範囲ｆｋ（ｋ＝１，２，…）は、音線方向Ｓｋと穿刺針Ｎとが交差する位置を含むように各音線方向Ｓｋに設定されている深さ方向の範囲である。穿刺針Ｎは進行するにしたがって深くなるので、深さ範囲ｆｋも進行方向に沿った方向に応じて深い位置へ変わって行く。

図５の（ａ）は、第１列（ｊ＝１）の振動素子Ｅi1の真下だけによる音線方向Ｓk(1)と、その音線方向Ｓk(1)に設定された深さ範囲ｆk(1)と、穿刺針Ｎの関係を示す模式図である。なお、ｉは、音線方向Ｓｋへの音線を形成する開口に使われる範囲のｉである。

図５の（ｂ）は、第２列（ｊ＝２）の振動素子Ｅi2だけによる音線方向Ｓk(2)と、その音線方向Ｓk(2)に設定された深さ範囲ｆk(2)と、穿刺針Ｎの関係を示す模式図である。なお、ｉは、音線方向Ｓｋへの音線を形成する開口に使われる範囲のｉである。

図５の（ｃ）は、第３列（ｊ＝３）の振動素子Ｅi3だけによる音線方向Ｓk(3)と、その音線方向Ｓk(3)に設定された深さ範囲ｆk(3)と、穿刺針Ｎの関係を示す模式図である。なお、ｉは、音線方向Ｓｋへの音線を形成する開口に使われる範囲のｉである。

図５の（ｄ）は、第４列（ｊ＝４）の振動素子Ｅi4だけによる音線方向Ｓk(4)と、その音線方向Ｓk(4)に設定された深さ範囲ｆk(4)と、穿刺針Ｎの関係を示す模式図である。なお、ｉは、音線方向Ｓｋへの音線を形成する開口に使われる範囲のｉである。

第１列の振動素子Ｅi1だけにより受信するときの遅延回路２１での遅延量、第２列の振動素子Ｅi2だけにより受信するときの遅延回路２１での遅延量、第３列の振動素子Ｅi3だけにより受信するときの遅延回路２１での遅延量、第４列の振動素子Ｅi4だけにより受信するときの遅延回路２１での遅延量は、行方向（進行方向）に並ぶ振動素子間では差がありうるが、列方向（交差方向）に並ぶ振動素子間では差がない。

位相差取得部６１は、交差方向に並ぶ振動素子の中心について対称な振動素子の一方の受信信号と他方の受信信号の位相差を相関演算により算出する。つまり、第１列の振動素子Ｅi1だけにより受信した受信信号と第４列の振動素子Ｅi4だけにより受信した受信信号の第１の位相差を算出する。また、第２列の振動素子Ｅi2だけにより受信した受信信号と第３列の振動素子Ｅi3だけにより受信した受信信号の第２の位相差を算出する。

さて、図５は、穿刺針Ｎが曲がらないで本来の走査面１０’内を進行している場合を模式的に表したものであるが、図５の（ａ）の音線方向Ｓk(1)の直上の第１列の振動素子Ｅi1と穿刺針Ｎの相対位置および図５の（ｄ）の音線方向Ｓk(4)の直上の第４列の振動素子Ｅi4と穿刺針Ｎの相対位置は、対称になっている。また、図５の（ｂ）の音線方向Ｓk(2)の直上の第２列の振動素子Ｅi2と穿刺針Ｎの相対位置と、図５の（ｃ）の音線方向ＳK(3)の直上の第３列の振動素子Ｅi3と穿刺針Ｎの相対位置とは、対称になっている。
従って、交差方向に並ぶ振動素子の中心について対称な振動素子の一方の受信信号と他方の受信信号の位相差は小さな値になる。つまり、図５の場合、第１の位相差も第２の位相差も０に近い値になる。

次に、図６は、穿刺針Ｎが曲がって本来の走査面１０’から外れて進行している場合を模式的に表したものである。
図６の（ａ）の音線方向Ｓk(1)と穿刺針Ｎの相対位置および図６の（ｄ）の音線方向Ｓk(4)と穿刺針Ｎの相対位置は、非対称になっている。また、図６の（ｂ）の音線方向Ｓk(2)と穿刺針Ｎの相対位置と、図６の（ｃ）の音線方向Ｓk(3)と穿刺針Ｎの相対位置とは、非対称になっている。
従って、交差方向に並ぶ振動素子の中心について対称な振動素子の一方の受信信号と他方の受信信号の位相差は、穿刺針Ｎが曲がらないで本来の走査面１０’内を進行している場合に比較して大きな値になる。つまり、図６の場合、第１の位相差は、第１列の振動素子Ｅi1だけにより受信した受信信号が第４列の振動素子Ｅi4だけにより受信した受信信号より位相が遅れていることを表す比較的大きな値になる。また、第２の位相差は、第２列の振動素子Ｅi2だけにより受信した受信信号が第３列の振動素子Ｅi3だけにより受信した受信信号より位相が遅れていることを表す比較的大きな値になる。これにより、図６の場合、検知される穿刺針Ｎの位置が本来の走査面１０’から外れていること、及び、列番号ｊの大きい側へ外れていることが判る。

遅延量調整部６２は、図６の場合、第１列の振動素子Ｅi1だけにより受信した受信信号を第４列の振動素子Ｅi4だけにより受信した受信信号より遅らせるように、第１の位相差の大きさに応じた補正量だけ、遅延回路２１における遅延量を調整する。また、第２列の振動素子Ｅi2だけにより受信した受信信号を第３列の振動素子Ｅi3だけにより受信した受信信号より遅らせるように、第２の位相差の大きさに応じた補正量だけ、遅延回路２１における遅延量を調整する。

図７は、遅延回路２１における遅延量を調整した結果を示す説明図である。
本来の走査面１０’から外れて曲がった穿刺針Ｎを追うように音線方向Ｓｋが曲がる。Ｌｋは、合成回路２２から出力される音線方向Ｓｋの音線信号を表している。
音線方向Ｓｋが曲がる結果、走査面１０も曲がることになるが、これにより穿刺針Ｎは常に走査面１０内に捉えられ、穿刺針Ｎの曲がりにより穿刺針Ｎが見えなくなることが防止される。また、走査面１０が厚くならないので、走査面１０に交差する方向についての穿刺針Ｎと臓器の位置関係が不明確になることを防止できる。

図８は、穿刺針Ｎの曲がりを報知する表示例である。
曲がり報知部６４は、位相差取得部６１で算出した各音線方向Ｓｋにおける位相差または遅延量調整部６２で調整した各音線方向Ｓｋにおける調整量を基に穿刺針Ｎの曲がりを取得し、進行方向に投影した形状を表示する。

実施例１の超音波診断装置１００によれば次の効果が得られる。
（１）穿刺針Ｎが本来の走査面１０’を外れているか否かを検知できる。
（２）本来の走査面１０’に交差する方向についての穿刺針Ｎと臓器の位置関係が不明確になることを防止できる。
（３）穿刺針Ｎの曲がりにより穿刺針Ｎが見えなくなることを防止できる。

本発明の超音波診断装置は、穿刺またはＲＦ治療に利用できる。

実施例１に係る超音波診断装置を示す構成説明図である。 本来の走査面の説明図である。 超音波探触子における振動素子の２次元配列を示す模式図である。 深さ範囲の説明図である。 各列の振動素子による音線方向と曲がっていない穿刺針を示す概念図である。 各列の振動素子による音線方向と曲がった穿刺針を示す概念図である。 遅延量調整後の音線方向と曲がった穿刺針を示す概念図である。 穿刺針の曲がり具合を報知する画面の例示図である。

符号の説明

１ 超音波探触子
２ 送受信部
３ 画像生成部
４ 画像表示部
５ 操作部
６ 制御部
７ 穿刺針ガイド
１０ 走査面
１０’ 本来の走査面
２１ 遅延回路
２２ 合成回路
６１ 位相差取得部
６２ 遅延量調整部
６３ 曲がり報知部
１００ 超音波診断装置
ｆ１，ｆ２，…… 深さ範囲
Ｌｋ 音線
Ｎ 穿刺針
Ｓｋ 音線方向

Claims (8)

1. 複数の振動素子が２次元配列された超音波探触子と、前記各振動素子での受信信号を遅延させる遅延手段と、前記遅延手段で遅延させた前記受信信号を合成する受信信号合成手段と、穿刺針が進行する予定の走査面に直交する方向に並ぶ前記振動素子での前記穿刺針の位置により決まる受信信号間の位相差を求める位相差取得手段と、走査面が穿刺針を捉えるように、前記位相差の大きさに応じた補正量だけ前記遅延手段での遅延量を調整する遅延量調整手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
2. 複数の振動素子が２次元配列された超音波探触子と、前記各振動素子での受信信号を遅延させる遅延手段と、前記遅延手段で遅延させた前記受信信号を合成する受信信号合成手段と、穿刺針が進行する予定の走査面に直交する方向に並ぶ前記振動素子での前記穿刺針の位置により決まる受信信号間の位相差を求める位相差取得手段と、前記位相差から前記穿刺針の曲がりを求め該曲がりを操作者に報知する曲がり報知手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２に記載の超音波診断装置において、前記曲がり報知手段は、前記穿刺針の進行方向に沿った方向から見た穿刺針の曲がりを表示することを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の超音波診断装置において、前記位相差取得手段は、前記遅延手段で遅延させる遅延量に前記穿刺針が進行する予定の走査面に直交する方向に並ぶ前記振動素子間では差を付けないで前記受信信号間の位相差を求めることを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波診断装置において、前記位相差取得手段は、所定の深さ範囲での位相差を求めることを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項５に記載の超音波診断装置において、前記位相差取得手段は、前記穿刺針の進行方向に沿った方向に応じて前記深さ範囲を変えることを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置において、前記位相差取得手段は、相関演算により位相差を求めることを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の超音波診断装置において、前記超音波探触子に対する前記穿刺針の位置を規制する穿刺針ガイドを具備することを特徴とする超音波診断装置。

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