JP5520100B2

JP5520100B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP5520100B2
Application number: JP2010070352A
Authority: JP
Inventors: 孝明石井; 英利有井; 章文大竹
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-03-25
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2030-03-25
Also published as: JP2011200415A

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、連続波を利用する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置の連続波を利用した技術として、例えば連続波ドプラが知られている。連続波ドプラは、パルス波を利用したパルスドプラに比べて、一般に高速の速度計測の面で優れている。

例えば、特許文献１に記載されるように、連続波を利用する装置においても、複数の振動素子を配列したアレイ振動子が利用される。そして、複数の振動素子のうちのいくつかを送信用振動素子として利用し、他のいくつかを受信用振動素子として利用することにより、連続波の送信ビームと連続波の受信ビームが形成される。

ところが、従来の連続波を利用した装置では、送信ビームや受信ビームの原点を固定していることが一般的であった。例えば、アレイ振動子の中央にビームの原点が固定されており、診断状況に応じて、検査者がアレイ振動子そのものを移動させて原点の位置を調整していた。

特開平７−２２２７４６号公報

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、連続波を利用する超音波診断装置について研究開発を重ねてきた。

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、連続波の超音波ビームの形成に関する改良技術を提供することにある。

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受する複数の振動素子を配列したアレイ振動子と、前記アレイ振動子上の基準点と測定対象を結ぶ連続波カーソルを設定する制御部と、前記アレイ振動子を構成する複数の振動素子の中から前記基準点の位置に応じた複数の送信用振動素子と複数の受信用振動素子を選択する素子選択部と、前記複数の送信用振動素子を制御することにより前記連続波カーソルに対応した送信ビームを形成する送信部と、前記複数の受信用振動素子から得られる信号を処理することにより前記連続波カーソルに対応した受信ビームを形成する受信部と、を有し、前記制御部は、アレイ振動子上に予め設けられた複数の基準点候補の中から前記基準点を選択する、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記アレイ振動子に対する前記連続波カーソルの傾斜角度に応じて、複数の基準点候補の中から前記基準点が選択される、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記測定対象の速度ベクトルと前記連続波カーソルの交差角度に応じて、複数の基準点候補の中から前記基準点が選択される、ことを特徴とする。

望ましい具体例において、前記アレイ振動子は、複数の振動素子を直線状に配列したリニアアレイ振動子であり、前記複数の基準点候補として右側基準点と左側基準点を備えることを特徴とする。望ましい具体例において、前記アレイ振動子は、複数の振動素子を１次元的に配列したコンベックスアレイ振動子であり、前記複数の基準点候補として右側基準点と左側基準点を備えることを特徴とする。

望ましい具体例において、前記右側基準点と前記左側基準点の間にある複数の振動素子が当該二つの基準点に対応した複数の送信用振動素子として共用される、ことを特徴とする。

本発明により、連続波の超音波ビームの形成に関する改良技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、複数の基準点候補の中から連続波カーソルの基準点が選択され、その連続波カーソルに応じて送信ビームと受信ビームが形成されるため、例えば診断状況に応じて適切な基準点を選択して診断の精度を向上させることなどが可能になる。

本発明の実施において好適な超音波診断装置を説明するための図である。傾斜角度に応じた原点の選択を説明するための図である。交差角度に応じた原点の選択を説明するための図である。本発明の実施において好適な超音波診断装置の内部構成を示す図である。

以下に本発明の好適な実施形態を説明する。

図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置を説明するための図である。アレイ振動子１０は、超音波を送受する複数の振動素子で構成される。図１には、複数の振動素子を直線状に配列したリニアタイプのアレイ振動子１０が図示されている。アレイ振動子１０は、例えば数十個から数百個程度の複数の振動素子で形成される。具体的には、例えば２００個の振動素子でアレイ振動子１０が形成される。なお、リニアタイプに代えてコンベックスタイプのアレイ振動子１０が利用されてもよい。

アレイ振動子１０は、連続波の超音波に加えてパルス波の超音波を送受することができる。パルス波の場合には、アレイ振動子１０が備える全ての振動素子のうちのいくつかの振動素子が利用されて超音波ビームが形成され、その超音波ビームに沿って受信信号が収集される。例えば、図１において、アレイ振動子１０の左側から、いくつかの振動素子を利用して深さ方向に沿って超音波ビームを形成し、右側に向かって利用する振動素子と超音波ビームを移動させつつ受信信号を収集することにより、破線で囲まれた走査領域Ｓに対応したＢモード画像が形成される。

連続波の場合にはＣＷカーソル（連続波カーソル）１００が利用される。ＣＷカーソル１００は、アレイ振動子１０上に設けられた原点Ｐ（基準点）と血流などの測定対象Ｏ_Ｐを結ぶように設定される。そして、ＣＷカーソル１００に対応した連続波の送信ビームＴＢと受信ビームＲＢが形成される。送信ビームＴＢは、アレイ振動子１０が備える全ての振動素子の中から選択される複数の送信用振動素子１２を利用して形成され、一方、受信ビームＲＢは、アレイ振動子１０が備える全ての振動素子の中から選択される複数の受信用振動素子１４を利用して形成される。こうして、別々の振動素子を利用して連続波の送信と受信が実行されて、例えば測定対象Ｏ_Ｐからドプラ情報などが得られる。

本実施形態においては、ＣＷカーソル１００の原点Ｐが１箇所に固定的ではなく、診断状況などに応じて、他の適切な位置に原点を移すことができる。

図２は、傾斜角度に応じた原点の選択を説明するための図である。図２には、図１に示したアレイ振動子１０とそのアレイ振動子１０に対応した走査領域Ｓが図示されている。

アレイ振動子１０上には、予め複数の原点候補が設けられている。例えば、図２に示すように、右側原点Ｐ_Ｒと左側原点Ｐ_Ｌが設けられている。そして、これら二つの原点の中から、ＣＷカーソルの傾斜角度に応じて、診断に適した原点が選択される。具体的には、ＣＷカーソルの傾斜角度に基づいたエリアが設定され、そのエリアに応じて原点が選択される。

Ｒ側エリアは、右側原点Ｐ_Ｒを通るようにＣＷカーソルを設定し、アレイ振動子１０に対するＣＷカーソルの傾斜角度が＋θから−θの範囲内となる三角形状の領域である。一方、Ｌ側エリアは、左側原点Ｐ_Ｌを通るようにＣＷカーソルを設定し、アレイ振動子１０に対するＣＷカーソルの傾斜角度が＋θから−θの範囲内となる三角形状の領域である。そして、重複エリアは、Ｒ側エリアとＬ側エリアが重なっている領域である。なお、傾斜角度θは例えば３０度などに設定される。また、傾斜角度θをユーザ（検査者）が設定あるいは修正できるようにしてもよい。

例えば、重複していないＬ側エリア内の測定対象Ｏ_Ｐ１を診断する場合には、Ｌ側エリアに対応した左側原点Ｐ_Ｌが選択され、左側原点Ｐ_Ｌと測定対象Ｏ_Ｐ１を結ぶようにＣＷカーソルが設定される。そして、複数の送信用振動素子１２を利用して送信ビームが形成され、複数の受信用振動素子１４を利用して受信ビームが形成される。これにより、右側原点Ｐ_Ｒを利用する場合よりも、アレイ振動子１０に対するＣＷカーソルの傾斜角度が小さくなり、送信ビームと受信ビームのビーム特性が良好になり、測定の精度が向上する。

一方、重複していないＲ側エリア内の測定対象Ｏ_Ｐ２を診断する場合には、Ｒ側エリアに対応した右側原点Ｐ_Ｒが選択され、右側原点Ｐ_Ｒと測定対象Ｏ_Ｐ２を結ぶようにＣＷカーソルが設定される。そして、複数の送信用振動素子１２を利用して送信ビームが形成され、複数の受信用振動素子１６を利用して受信ビームが形成される。これにより、左側原点Ｐ_Ｌを利用する場合よりも、アレイ振動子１０に対するＣＷカーソルの傾斜角度が小さくなり、送信ビームと受信ビームのビーム特性が良好になり測定の精度が向上する。

なお、重複エリア内の測定対象Ｏ_Ｐ３を診断する場合には、右側原点Ｐ_Ｒと左側原点Ｐ_Ｌのどちらが利用されてもよいし、アレイ振動子１０に対するＣＷカーソルの傾斜角度の小さい方が選択されてもよい。さらに、後に説明するように、測定対象の速度ベクトルとＣＷカーソルの交差角度に応じて一方の原点が選択されてもよい。

測定対象の位置は、例えばユーザ（検査者）が設定する。この場合において、例えばユーザの指定する位置が重複していないＲ側エリア内にあると右側原点Ｐ_Ｒが選択される。そして、ユーザの指定する位置が移動され、重複していないＲ側エリア内から重複エリア内に入ると、どちらの原点が利用されてもよいため、例えば右側原点Ｐ_Ｒの選択が維持される。さらに、ユーザの指定する位置が移動され、重複エリア内から、重複していないＬ側エリアに入ると左側原点Ｐ_Ｌが選択される。

図３は、交差角度に応じた原点の選択を説明するための図である。図３には、図１に示したアレイ振動子１０とそのアレイ振動子１０に対応した走査領域Ｓが図示されている。

図３において、速度ベクトルＯ_Ｖは、血流などの測定対象に関する速度のベクトルである。速度ベクトルＯ_Ｖの方向は、例えばユーザが設定する。また、公知技術を利用して超音波診断装置が速度ベクトルＯ_Ｖを設定してもよい。公知技術の一例としては、例えば特開２００５−８７２９３号公報に記載された技術などが好適である。

速度ベクトルＯ_Ｖが設定されると、その速度ベクトルＯ_ＶとＣＷカーソルの交差角度に応じて、右側原点Ｐ_Ｒと左側原点Ｐ_Ｌのうちの一方が原点として選択される。つまり、右側原点Ｐ_Ｒと測定対象を結ぶように設定されるＣＷカーソルと速度ベクトルＯ_Ｖの交差角度が算出され、さらに、左側原点Ｐ_Ｌと測定対象を結ぶように設定されるＣＷカーソルと速度ベクトルＯ_Ｖの交差角度が算出される。そして、交差角度の小さい方のＣＷカーソルに対応した原点が選択される。

例えば、図３に示す例においては、右側原点Ｐ_Ｒに対応したＣＷカーソル１００Ｒと速度ベクトルＯ_Ｖの交差角度が９０度程度と比較的大きいのに対し、左側原点Ｐ_Ｌに対応したＣＷカーソル１００Ｌと速度ベクトルＯ_Ｖの交差角度が鋭角であり比較的小さいため、原点として左側原点Ｐ_Ｌが選択される。これにより、右側原点Ｐ_Ｒを利用する場合に比べて、送信ビームと受信ビームがより鋭角に速度ベクトルＯ_Ｖと交差するため、速度情報（ドプラ情報）の測定精度が向上する。

図３を利用して説明したように交差角度に応じて原点を選択してもよいし、図２を利用して説明したように傾斜角度に応じて原点を選択してもよい。さらに、傾斜角度に応じた選択と交差角度に応じた選択を組み合わせてもよい。例えば、図２を利用して説明した傾斜角度に応じた選択を優先的に利用し、測定対象が重複エリア内にあり右側原点Ｐ_Ｒと左側原点Ｐ_Ｌのどちらを利用してもよい場合に、図３を利用して説明した交差角度に応じた選択により、右側原点Ｐ_Ｒと左側原点Ｐ_Ｌのいずれか一方を選択するようにしてもよい。さらに、各原点候補から測定対象までの距離なども考慮して原点を選択するようにしてもよい。

図４は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の内部構成を示す図である。アレイ振動子１０は、図１に示したものであり、超音波を送受する複数の振動素子で構成される。図４には、２００個（２００素子）の振動素子で形成されたアレイ振動子１０が図示されている。図４において、アレイ振動子１０内に記載された数字は素子番号である。

セレクタ２０は、アレイ振動子１０を構成する複数の振動素子の中から、送受信部３０に電気的に接続されるいくつかの振動素子を選択する回路である。セレクタ２０は、例えば２００個の振動素子の中から連続的に配列された１００個の振動素子を選択し、１個の振動素子を１チャンネルに対応付けることにより、選択した１００個の振動素子を１００チャンネルの信号線を介して送受信部３０に接続する。セレクタ２０は、選択する振動素子を段階的に移動させる。これにより、例えば、リニア走査が実現される。

例えば、素子番号１〜１００までの振動素子が選択されると、送受信部３０は、これらの振動素子を利用してパルス波の超音波を送受させることにより、送信ビームと受信ビームを形成し、受信ビームに沿って受信信号を収集する。次に、例えば、素子番号２〜１０１までの振動素子が選択され、送受信部３０は、これらの振動素子を利用して受信ビームを形成して受信信号を収集する。さらに、選択する１００個の振動素子を段階的に移動させつつ受信信号を収集する。こうして、収集された受信信号に基づいて、Ｂモード処理部４０がＢモード画像を形成する。これにより、例えば、図１の走査領域Ｓに対応したＢモード画像が形成されて表示部６０に表示される。

連続波の場合には、セレクタ２０により選択された１００個の振動素子が、さらに、５０個の送信用振動素子と５０個の受信用振動素子に使い分けられる。例えば、送受信部３０に含まれる送受信回路の一部が、送信専用の連続波送信部として利用される。そして、セレクタ２０により選択された１００個の振動素子のうちの５０個が、送信用振動素子として連続波送信部に接続される。また、送受信部３０に含まれる送受信回路の一部が、受信専用の連続波受信部として利用され、セレクタ２０により選択された１００個の振動素子のうちの残りの５０個が、受信用振動素子として連続波受信部に接続される。

これにより、例えば、図２に示す複数の送信用振動素子１２が図４に示す送受信部３０の連続波送信部に接続され、図２に示す複数の受信用振動素子１４または複数の受信用振動素子１６が選択的に図４に示す送受信部３０の連続波受信部に接続される。

連続波の場合、制御部７０は、図１から図３を利用して説明したように、原点Ｐを決定してＣＷカーソル１００を設定する。セレクタ２０は、原点Ｐの位置に応じて、複数の送信用振動素子と複数の受信用振動素子を選択する。例えば、図２において、原点として左側原点Ｐ_Ｌが設定された場合には、複数の送信用振動素子１２と複数の受信用振動素子１４が選択され、原点として右側原点Ｐ_Ｒが設定された場合には、複数の送信用振動素子１２と複数の受信用振動素子１６が選択される。この例においては、左側原点Ｐ_Ｌの場合と右側原点Ｐ_Ｒの場合の両方において複数の送信用振動素子１２が共用される。つまり、複数の送信用振動素子１２と連続波送信部の接続関係を維持したまま、複数の受信用振動素子１４，１６と連続波受信部の接続状態を切り換えるだけでよい。そのため、セレクタ２０に関わる回路構成を比較的単純にすることができる。

そして、送受信部３０の連続波送信部は、例えば図１に示すように、複数の送信用振動素子１２を送信制御することにより、ＣＷカーソル１００に応じた送信ビームＴＢを形成し、送受信部３０の連続波受信部は、複数の受信用振動素子１４から得られる信号を受信処理することによりＣＷカーソル１００の方向に応じた受信ビームＲＢを形成する。

さらに、図４のドプラ処理部５０は、受信ビームに沿って得られる受信信号に含まれるドプラ情報を解析し、受信ビームに沿って得られる速度情報などを示したドプラ画像を形成する。こうして形成されたドプラ画像も表示部６０に表示される。

なお、図２を利用した説明では、原点候補として、右側原点Ｐ_Ｒと左側原点Ｐ_Ｌの２点の例を説明したが、原点候補は２点に限らない。例えば、アレイ振動子１０上のある位置に原点を設定し、その原点を間に挟むように、セレクタ２０が複数の送信用振動素子と複数の受信用振動素子を選択する回路構成とすることにより、アレイ振動子１０上の任意の位置を原点とすることも可能である。

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。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

１０アレイ振動子、１２送信用振動素子、１４，１６受信用振動素子、２０セレクタ、３０送受信部、５０ドプラ処理部、１００ＣＷカーソル。

Claims

超音波を送受する複数の振動素子を配列したアレイ振動子と、
前記アレイ振動子上の基準点と測定対象を結ぶ連続波カーソルを設定する制御部と、
前記アレイ振動子を構成する複数の振動素子の中から前記基準点の位置に応じた複数の送信用振動素子と複数の受信用振動素子を選択する素子選択部と、
前記複数の送信用振動素子を制御することにより前記連続波カーソルに対応した送信ビームを形成する送信部と、
前記複数の受信用振動素子から得られる信号を処理することにより前記連続波カーソルに対応した受信ビームを形成する受信部と、
を有し、
前記制御部は、アレイ振動子上に予め設けられた複数の基準点候補の中から前記基準点を選択するにあたり、各基準点候補ごとに当該基準点候補を通る連続波カーソルの傾斜角度の範囲を定めた領域に基づいて、測定対象を前記領域内に含む基準点候補を前記基準点として選択し、
前記測定対象を前記領域内に含む基準点候補が複数ある場合に、前記測定対象の速度ベクトルと前記連続波カーソルの交差角度に応じて、当該複数の基準点候補の中から前記基準点が選択される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記アレイ振動子は、複数の振動素子を直線状に配列したリニアアレイ振動子であり、前記複数の基準点候補として右側基準点と左側基準点を備える、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記アレイ振動子は、複数の振動素子を１次元的に配列したコンベックスアレイ振動子であり、前記複数の基準点候補として右側基準点と左側基準点を備える、
ことを特徴とする超音波診断装置。
超音波を送受する複数の振動素子を配列したアレイ振動子と、
前記アレイ振動子上の基準点と測定対象を結ぶ連続波カーソルを設定する制御部と、
前記アレイ振動子を構成する複数の振動素子の中から前記基準点の位置に応じた複数の送信用振動素子と複数の受信用振動素子を選択する素子選択部と、
前記複数の送信用振動素子を制御することにより前記連続波カーソルに対応した送信ビームを形成する送信部と、
前記複数の受信用振動素子から得られる信号を処理することにより前記連続波カーソルに対応した受信ビームを形成する受信部と、
を有し、
前記制御部は、アレイ振動子上に予め設けられた複数の基準点候補の中から前記基準点を選択し、
前記アレイ振動子は、複数の振動素子を直線状に配列したリニアアレイ振動子であり、前記複数の基準点候補として右側基準点と左側基準点を備え、
前記右側基準点と前記左側基準点の間にある複数の振動素子が当該二つの基準点に対応した複数の送信用振動素子として共用される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
超音波を送受する複数の振動素子を配列したアレイ振動子と、
前記アレイ振動子上の基準点と測定対象を結ぶ連続波カーソルを設定する制御部と、
前記アレイ振動子を構成する複数の振動素子の中から前記基準点の位置に応じた複数の送信用振動素子と複数の受信用振動素子を選択する素子選択部と、
前記複数の送信用振動素子を制御することにより前記連続波カーソルに対応した送信ビームを形成する送信部と、
前記複数の受信用振動素子から得られる信号を処理することにより前記連続波カーソルに対応した受信ビームを形成する受信部と、
を有し、
前記制御部は、アレイ振動子上に予め設けられた複数の基準点候補の中から前記基準点を選択し、
前記アレイ振動子は、複数の振動素子を１次元的に配列したコンベックスアレイ振動子であり、前記複数の基準点候補として右側基準点と左側基準点を備え、
前記右側基準点と前記左側基準点の間にある複数の振動素子が当該二つの基準点に対応した複数の送信用振動素子として共用される、
ことを特徴とする超音波診断装置。