JP5711647B2 - 超音波診断装置および超音波画像生成方法 - Google Patents

Description

この発明は、超音波診断装置および超音波画像生成方法に係り、特に、内蔵バッテリを有する超音波診断装置における消費電力の抑制に関する。

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、超音波プローブのアレイトランスデューサから被検体内に向けて超音波ビームを送信し、被検体からの超音波エコーをアレイトランスデューサで受信して、その受信信号を電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

また、近年、例えば、特許文献１に開示されているように、ベッドサイドや救急医療現場等に搬送して使用することができる携帯型の超音波診断装置が開発されている。
このような携帯型の超音波診断装置は、電源としてバッテリを内蔵しており、特許文献１の装置では、バッテリ残量の低下に伴うシステムの急激な停止を防止するために、バッテリ残量がしきい値以下になると、動作停止のガイダンスを表示部に表示している。

特開２００９−２７３５１７号公報

表示部に動作停止のガイダンスを表示することで、操作者は、バッテリ残量の低下を認知し、安全にシステムを停止させることができる。
しかしながら、動作停止のガイダンスがいつ表示されるか把握することができないため、診断途中でガイダンスが表示されるおそれがあり、この場合、診断を中断してシステムを停止させなければならなくなる。また、十分なバッテリ残量を有しているにも関わらず、診断の中断を怖れて、消費電力を抑制するために必要以上に低い性能で超音波診断装置を作動させるおそれもある。

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、操作者により連続使用時間を設定して、その連続使用時間を満たすように作動することができる超音波診断装置および超音波画像生成方法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、アレイトランスデューサを有する超音波プローブを用いて超音波の送受信を行うことにより得られる受信信号に基づき超音波画像を生成する超音波診断装置であって、内蔵バッテリと、内蔵バッテリの残量を検出する残量検出部と、操作者が省電力モードにおける連続使用時間を入力するための操作部と、操作部を介して連続使用時間が入力されると、入力された連続使用時間と残量検出部による検出値に基づいて内蔵バッテリの残量の経時変化の目標値を算出し、測定深度および測定モードに応じて目標値が達成されるように検査パラメータを自動的に設定する制御部とを備えたものである。

検査パラメータは、送受信チャンネル数、走査ライン数、送信信号電圧、クロック周波数のうちの少なくとも１つとすることができる。
制御部は、検査パラメータのうち、消費電力の変化量に対する画質の変化量が小さい検査パラメータを優先的に選択して設定することが好ましい。
好ましくは、制御部は、測定深度および測定モードが変化すると、目標値が達成可能か否かを判定し、達成可能であると判定した場合に検査パラメータを自動的に設定する。さらに、制御部は、目標値が達成可能でないと判定した場合に、測定深度および測定モードの少なくとも一方の変更を要求する、あるいは、省電力モードを終了することもできる。

この発明に係る超音波画像生成方法は、超音波プローブを用いて超音波の送受信を行うことにより得られる受信信号に基づき超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、内蔵バッテリの残量を検出し、操作者により省電力モードにおける連続使用時間が入力され、入力された連続使用時間と検出された内蔵バッテリの残量に基づいて内蔵バッテリの残量の経時変化の目標値を算出し、測定深度および測定モードに応じて目標値が達成されるように検査パラメータを自動的に設定する方法である。

この発明によれば、操作者により入力された連続使用時間と検出された内蔵バッテリの残量に基づいて内蔵バッテリの残量の経時変化の目標値を算出し、測定深度および測定モードに応じて目標値が達成されるように検査パラメータを自動的に設定するので、操作者により連続使用時間を設定して、その連続使用時間を満たすように作動することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１の動作を示すフローチャートである。 実施の形態１における省電力モードの動作を示すフローチャートである。 実施の形態１において用いられるバッテリ残量の経時変化の目標値を示すグラフである。 各検査パラメータの値に対する消費電力および画質の関係を示し、（Ａ）は送受信チャンネル数、（Ｂ）は走査ライン数、（Ｃ）は送信信号電圧、（Ｄ）はクロック周波数をそれぞれ検査パラメータとして表したグラフである。 実施の形態２の動作を示すフローチャートである。 実施の形態３に係る超音波診断装置で用いられた超音波プローブの構成を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、実施の形態１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に接続された診断装置本体２とを備えている。
超音波プローブ１は、アレイトランスデューサ３を有しており、このアレイトランスデューサ３に送信回路４および受信回路５がそれぞれ接続され、送信回路４および受信回路５にプローブ制御部６が接続されている。

診断装置本体２は、超音波プローブ１の受信回路５に接続された画像生成部１１を有し、この画像生成部１１に表示制御部１２および表示部１３が順次接続されている。画像生成部１１および表示制御部１２に本体制御部１４が接続されている。
また、診断装置本体２にバッテリ１５が内蔵されており、バッテリ１５に残量検出部１６が接続され、残量検出部１６に本体制御部１４が接続されている。
さらに、本体制御部１４に、操作部１７および格納部１８がそれぞれ接続されている。
また、超音波プローブ１のプローブ制御部６と診断装置本体２の本体制御部１４が互いに接続されている。

超音波プローブ１のアレイトランスデューサ３は、１次元又は２次元のアレイ状に配列された複数の超音波トランスデューサを有している。これら複数の超音波トランスデューサは、それぞれ送信回路４から供給される送信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。各超音波トランスデューサは、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送信信号電圧を印加すると、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。

送信回路４は、例えば、複数のトランスミッタを含んでおり、プローブ制御部６からの制御信号に応じて選択された送信遅延パターンに基づいて、アレイトランスデューサ３の複数の超音波トランスデューサから送信される超音波が超音波ビームを形成するようにそれぞれの送信信号の遅延量を調節して複数の超音波トランスデューサに供給する。
受信回路５は、アレイトランスデューサ３の各超音波トランスデューサから送信される受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換した後、プローブ制御部６からの制御信号に応じて選択された受信遅延パターンに基づいて設定される音速または音速の分布に従い、各受信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受信データ（音線信号）が生成される。
プローブ制御部６は、診断装置本体２の本体制御部１４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。

診断装置本体２の画像生成部１１は、超音波プローブ１の受信回路５で生成された受信データに対し、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、包絡線検波処理を施すことにより、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した後、ラスター変換すると共に、階調処理等の各種の必要な画像処理を施して表示制御部１２に出力する。
表示制御部１２は、画像生成部１１から入力されたＢモード画像信号に基づいて、表示部１３に超音波診断画像を表示させる。
表示部１３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１２の制御の下で、超音波診断画像を表示する。

バッテリ１５は、この超音波診断装置の駆動電源として機能し、診断装置本体２内の電力を必要とする各部および超音波プローブ１内の電力を必要とする各部に電力を供給する。
残量検出部１６は、Ａ／Ｄコンバータを用いてバッテリ１５の残量Ｃを検出し、本体制御部１４に出力する。

また、操作部１７は、操作者が入力操作を行うための各種の操作ボタンを有している。操作者は、操作部１７を介して、診断における測定深度および測定モードの入力を行うと共に、必要に応じて省電力モードの設定と連続使用時間Ｔの入力を行うことができる。
格納部１８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、ＳＤカード、ＣＦカード、ＵＳＢメモリ等の記録メディア、またはサーバ等を用いることができる。
本体制御部１４は、操作者により操作部１７から入力された各種の指令信号等に基づいて、診断装置本体２内の各部の制御を行う。
なお、画像生成部１１および表示制御部１２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。

次に、図２のフローチャートを参照して実施の形態１の動作を説明する。
まず、超音波診断装置が起動されると、ステップＳ１で、操作者により省電力モードを設定するか否かが入力される。
予め、残量検出部１６で検出されたバッテリ１５の残量Ｃを表示部１３に表示する等により、常時、操作者がバッテリ残量を認識することができるようにしておき、操作者は、このバッテリ残量に応じて省電力モードを設定することができる。また、比較的長時間にわたる超音波診断装置の連続使用が望まれる場合等、バッテリ残量に関わらずに操作者が省電力モードを設定することもできる。

ステップＳ１で省電力モードが設定されると、続くステップＳ２で、操作者により希望する連続使用時間Ｔが入力され設定される。連続使用時間Ｔは，診断のスケジュール等に基づいて、操作者が任意に設定することができる。
その後、ステップＳ３で、省電力モードによる動作が実行される。
なお、ステップＳ１で省電力モードが設定されない場合には、ステップＳ４に進み、省電力を考慮しない通常モードでの動作が実行される。

次に、省電力モードにおける動作を、図３のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１１で、診断装置本体２の本体制御部１４により、バッテリ残量の経時変化の目標値が算出される。この目標値は、図４に示されるように、ステップＳ２で操作者により入力された連続使用時間Ｔと残量検出部１６で検出されたバッテリ１５の残量Ｃとに基づき、例えば、連続使用時間Ｔが経過した時点で超音波診断装置を作動状態にするために最低限必要な残量Ｃ１が確保されるように、算出される。

ステップＳ１１でバッテリ残量の経時変化の目標値が算出されると、ステップＳ１２で、操作者により測定部位が特定され、測定深度および測定モードが設定される。測定モードとしては、Ｂモード、Ｍモード、ＰＷドプラモード、ＣＷドプラモード、カラードプラモード等、超音波診断装置において使用可能なモードの中から少なくとも１つが選択される。また、複数の超音波プローブを交換して使用可能な超音波診断装置では、このステップＳ１２で、操作者により診断装置本体２に接続される超音波プローブが特定される。

ステップＳ１２で測定深度および測定モードが設定されると、ステップＳ１３で、本体制御部１４は、設定された測定深度および測定モードに対して目標値を達成可能であるか否かを判定する。ここでは、検査パラメータとして、超音波の送受信に使用される送受信チャンネル数、測定領域を走査する際の走査ライン数、アレイトランスデューサ３の各超音波トランスデューサに供給される送信信号電圧、および超音波診断装置内の動作に係るクロック周波数を採用し、これら４つの検査パラメータのうちの少なくとも１つの値を超音波診断装置における調整可能範囲内で調整することで、ステップＳ１１で算出されたバッテリ残量の経時変化の目標値を達成し得るか否かが判定される。
なお、クロック周波数については、水晶発振器等の複数種の発振器を予め実装しておき、１つの発振器を選択して使用することで調整が可能となる。

ステップＳ１３で目標値を達成可能であると判定された場合は、ステップＳ１４に進み、本体制御部１４により、ステップＳ１２で設定された測定深度および測定モードにおいてステップＳ１１で算出されたバッテリ残量の経時変化の目標値を達成するような検査パラメータが自動的に設定される。すなわち、検査パラメータとして採用された送受信チャンネル数、走査ライン数、送信信号電圧およびクロック周波数の値が自動設定される。
例えば、４つの検査パラメータに対してそれぞれ基準値が予め設定されており、その基準値から検査パラメータの値を変化させて調整することにより、目標値を達成するような検査パラメータを設定する。

ここで、各検査パラメータの値は、超音波診断装置における消費電力および画質に対して大きな影響を及ぼし、予め、送受信チャンネル数、走査ライン数、送信信号電圧およびクロック周波数の各検査パラメータが、それぞれ消費電力および画質に対して図５（Ａ）〜（Ｄ）に示されるような影響力を有するものと設定されている。この設定は、超音波診断装置の出荷の時点で決定されていてもよく、あるいは、出荷後に操作者により決定されるものでもよい。
ステップＳ１４における検査パラメータの自動設定は、４つの検査パラメータのうち、消費電力の変化量に対する画質の変化量が最も小さい検査パラメータについて、優先的に基準値からの調整を行うことが好ましい。そして、１つの検査パラメータの値の調整だけでは目標値を達成することができない場合に、次の検査パラメータも含めて２つの検査パラメータの値を調整し、このようにして、目標値が達成されるまで、最大４つの検査パラメータの値が調整される。

ステップＳ１４で目標値に合わせた検査パラメータの値が自動設定されると、ステップＳ１５で、省電力モードによる測定が実行される。
バッテリ１５からの電力供給を受けて診断装置本体２および超音波プローブ１の各部が駆動し、ステップＳ１２で操作者が設定した測定深度および測定モードとステップＳ１４で自動設定された検査パラメータとにより、超音波プローブ１の送信回路４からの送信信号に従って、アレイトランスデューサ３の複数の超音波トランスデューサから順次超音波ビームが送信され、各超音波トランスデューサで受信された受信信号が順次受信回路５に出力されて受信データが生成される。これらの受信データに基づいて診断装置本体２の画像生成部１１で画像信号が生成され、さらに、画像信号に基づいて表示制御部１２により超音波画像が表示部１３に表示される。

このようにして測定が実行されると、ステップＳ１６で、一連の診断が終了したか否かが操作者に確認され、まだ診断を続行する場合は、ステップＳ１７に進んで、本体制御部１４により、次の測定のために操作者によって測定深度および測定モードの少なくとも一方が変更されたか否かが判定される。
測定深度および測定モードのいずれも変更されていない場合は、ステップＳ１５に戻り、前回の測定の際の測定深度および測定モードと検査パラメータをそのまま使用して、測定が実行される。

一方、ステップＳ１７で操作者により測定深度および測定モードの少なくとも一方が変更されたと判定された場合は、ステップＳ１３に戻り、本体制御部１４により、新たな測定深度および測定モードに対して目標値を達成可能であるか否かが判定される。
目標値を達成可能であると判定されると、ステップＳ１４で目標値に合わせた検査パラメータの値が自動設定され、ステップＳ１５で測定が実行される。

なお、ステップＳ１３において、現在の測定深度および測定モードではステップＳ１１で算出されたバッテリ残量の経時変化の目標値を達成することができないと判定された場合は、ステップＳ１８に進み、連続使用時間Ｔを超音波診断装置の性能より優先させるか否かが操作者に確認される。
図２のステップＳ２で操作者により設定された連続使用時間Ｔが装置性能より重要であり、優先させる場合には、ステップＳ１９で、本体制御部１４は、操作者に対して、測定深度および測定モードの少なくとも一方の変更を要求する。この操作者への要求は、例えば、表示部１３に変更要求のメッセージを表示することにより行うことができる。

ステップＳ１９で測定深度および測定モードの少なくとも一方の変更を要求した後、ステップＳ１２に戻り、操作者により新たな測定深度および測定モードの設定が行われる。そして、新たに設定された測定深度および測定モードに対して目標値を達成可能であるとステップＳ１３で判定されると、ステップＳ１４で目標値に合わせた検査パラメータの値が自動設定され、ステップＳ１５で測定が実行される。

また、ステップＳ１８で、連続使用時間Ｔよりも超音波診断装置の性能を優先させる場合は、もはや操作者によりステップＳ２で設定された連続使用時間Ｔを満たすことは困難であると判断し、ステップＳ２０で、省電力モードを終了して一連の処理を終える。

このように、操作者により入力された連続使用時間Ｔと残量検出部１６で検出された内蔵バッテリ１５の残量Ｃに基づいてバッテリ残量の経時変化の目標値を算出し、測定深度および測定モードに応じて目標値が達成されるように検査パラメータの値を自動設定することにより、連続使用時間Ｔを満たすと共に、連続使用時間Ｔ内で最大の装置性能を引き出すことが可能となる。
なお、自動設定する検査パラメータとして、送受信チャンネル数、走査ライン数、送信信号電圧およびクロック周波数の４つのパラメータを採用したが、これに限るものではなく、これら４つのパラメータのうち少なくとも１つのパラメータを検査パラメータとして用いることができる。また、これらのパラメータ以外にも、フレームレート、表示部１３の輝度等を検査パラメータとして自動設定するように構成してもよい。

実施の形態２
上述した実施の形態１では、図２のステップＳ１で操作者により省電力モードを設定するか否かが入力され、省電力モードが設定された場合に、ステップＳ２で連続使用時間Ｔが設定されたが、これに限るものではない。例えば、図６に示されるように、まず、ステップＳ５で、残量検出部１６で検出された内蔵バッテリ１５の残量Ｃが予め設定されたしきい値以下であるか否かが本体制御部１４により判定され、バッテリ残量がしきい値以下にまで低下している場合に、ステップＳ２に進んで、操作者により連続使用時間Ｔが設定され、さらにステップＳ３で省電力モードによる動作が開始されるように構成することもできる。
このようにすれば、バッテリ残量がしきい値以下になったときに、自動的に省電力モードでの動作に移行することができる。

実施の形態３
上記の実施の形態１および２では、バッテリ１５が診断装置本体２に内蔵されていたが、図７に示されるように、超音波プローブ２１内にバッテリ７を内蔵させることもできる。このバッテリ７により、超音波プローブ２１内の電力を必要とする各部に電力が供給される。
バッテリ７に残量検出部８が接続され、残量検出部８にプローブ制御部６が接続されている。

残量検出部８で超音波プローブ２１内のバッテリ７の残量が検出され、この検出値がプローブ制御部６から診断装置本体２の本体制御部１４に伝送される。そして、本体制御部１４により、超音波プローブ２１から伝送されたバッテリ７の残量と操作者により入力された連続使用時間Ｔとに基づき、バッテリ残量の経時変化の目標値が算出され、測定深度および測定モードに応じて目標値が達成されるように検査パラメータの値が自動設定される。これにより、実施の形態１および２と同様に、連続使用時間Ｔを満たすように作動することが可能となる。

上記の実施の形態１〜３において、超音波プローブ１または２１と診断装置本体２との接続は、有線による接続および無線通信による接続のいずれの形態をとることもできる。無線通信により接続する場合には、実施の形態３のように、超音波プローブ２１に電源供給用のバッテリ７を内蔵することが好ましい。

１，２１ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３ アレイトランスデューサ、４ 送信回路、５ 受信回路、６ プローブ制御部、７，１５ バッテリ、８，１６ 残量検出部、１１ 画像生成部、１２ 表示制御部、１３ 表示部、１４ 本体制御部、１７ 操作部、１８ 格納部。

Claims (6)

1. 超音波プローブを用いて超音波の送受信を行うことにより得られる受信信号に基づき超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   内蔵バッテリと、
   前記内蔵バッテリの残量を検出する残量検出部と、
   操作者が省電力モードにおける連続使用時間を入力するための操作部と、
   前記操作部を介して前記連続使用時間が入力されると、入力された前記連続使用時間と前記残量検出部による検出値に基づいて前記内蔵バッテリの残量の経時変化の目標値を算出し、測定深度および測定モードに応じて前記目標値が達成されるように検査パラメータを自動的に設定する制御部と
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記検査パラメータは、送受信チャンネル数、走査ライン数、送信信号電圧、クロック周波数のうちの少なくとも１つである請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記制御部は、前記検査パラメータのうち、消費電力の変化量に対する画質の変化量が小さい検査パラメータを優先的に選択して設定する請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記制御部は、測定深度および測定モードが変化すると、前記目標値が達成可能か否かを判定し、達成可能であると判定した場合に前記検査パラメータを自動的に設定する請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記制御部は、前記目標値が達成可能でないと判定した場合に、測定深度および測定モードの少なくとも一方の変更を要求する、あるいは、省電力モードを終了する請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 超音波プローブを用いて超音波の送受信を行うことにより得られる受信信号に基づき超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
   内蔵バッテリの残量を検出し、
   操作者により省電力モードにおける連続使用時間が入力され、
   入力された前記連続使用時間と検出された前記内蔵バッテリの残量に基づいて前記内蔵バッテリの残量の経時変化の目標値を算出し、
   測定深度および測定モードに応じて前記目標値が達成されるように検査パラメータを自動的に設定する
   ことを特徴とする超音波画像生成方法。

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