JP6096459B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Description
まず第1実施形態にかかる超音波診断装置100の全体構成の概略について図1を参照して説明する。図1は、この発明の実施形態にかかる超音波診断装置100の概略構成を示す外観図である。第1実施形態にかかる超音波診断装置100は、生体情報測定部120から生体情報(心電波形等)の設定に応じた解析結果を受け、間欠撮像を行う。
次に、図2A,図2Bおよび図3Aを参照して先端部10の構成について説明する。図2Aは、先端部10を示す概略側面図である。図2Bは、図2Aの概略A―A´断面図および概略B―B´断面図であり、これらの断面図に示される各部の位置関係を示す概略図である。なお、図2Bにおいては、ケーブル11、方向制御部16および駆動部18の図示を省略している。図3Aは、超音波振動子12aが支持体の外周面の全周にわたって設けられた1次元的配列の超音波トランスデューサ12を示す概略斜視図である。
図1および図2Aに示す例においては、超音波の送受信を行うためのデバイスとして、カプセル形状の先端部10が用いられる。図2Bに示すように先端部10は、楕円体状に形成された収容部10aの内部に超音波トランスデューサ12、送受信制御部14およびI/F15(図4参照)等を備えて構成される。なお、収容部10aの内部には方向制御部16および駆動部18を備える場合があるが、図2Bにおいてはその図示を省略している。
図2Bの例における先端部10では、短冊状の超音波振動子12aを円環状に1列に配列(1次元配列)した超音波トランスデューサ12が用いられる(図3A参照)。超音波トランスデューサ12において超音波振動子12aは、図示しない支持体の外周面上に配置される。なお、以下において支持体上に配置される背面材、圧電素子、前面電極、背面電極、音響整合層を積層した構造体を「超音波振動子12a」と記載する。また、支持体、超音波振動子12aの群および音響レンズ12cのまとまりを「超音波トランスデューサ12」と記載する。超音波振動子12aを支持する支持体(不図示)は、例えば中心軸に沿って内側が中空の円筒状に形成される。または支持体を円柱状に形成することも可能である。超音波の送信方向(超音波ビーム角等)を変更するために、超音波振動子12aの全体を傾動させる必要が有る場合には、この支持体は駆動部18に接続される。超音波振動子12aは、支持体の外周面から放射状に外側へ向かって背面材、圧電素子、前面電極、背面電極、音響整合層が積層されて構成される。
音響レンズ12c(図2B参照)は、送受信される超音波を集束してビーム状に整形するものである。音響レンズ12cの材料としては、音響インピーダンスが生体に近いシリコーンなどが使用される。なお、超音波振動子12aが2次元的に配列され、かつ電子的な走査によって超音波を集束してビーム状に整形することができる場合には、音響レンズ12cが設けられない場合がある。
図3B〜図3Dを参照して超音波トランスデューサ12の構成の他の例について説明する。図3B〜図3Dは、超音波トランスデューサ12を示す概略斜視図である。そのうち、図3Cが、1次元配列の超音波トランスデューサ12であり、図3Bおよび図3Dは、2次元配列の超音波トランスデューサ12を示すものである。また、図3Bは支持体に対して超音波振動子12aが全周にわたって設けられた超音波トランスデューサ12を示しており、図3Cおよび図3Dにおいては支持体の外周面の一部に超音波振動子12aが設けられている超音波トランスデューサ12が示されている。
また、圧電素子としてPVDFのような音響インピーダンスの低いものが用いられる場合は、背面材へ向かって放射される超音波を吸収せずに反射させるような構成の背面材を用いることが可能である。例えば超音波振動子12aの支持体と背面材を兼ねる材料を用いることが可能である。背面材として形状記憶合金を採用することで、次のような構成の先端部10を用いることが可能である。この先端部10の変形例について図2Dを参照して説明する。
次に、図4を参照して先端部10の送受信制御部14について説明する。図4は、第1実施形態にかかる超音波診断装置100の先端部10の機能構成の一例を示す概略ブロック図である。図4に示すように送受信制御部14は、送信部141、受信部142および切替部143を有して構成される。以下、各部ごとに説明する。
先端部10の送信部141は、送信制御部141a、送信波形発生部141bおよび送信アンプ141cを有して構成される。送信部141は、I/F15を介して本体部101(送受信部105等/図5)から超音波の送信にかかる指示信号を受ける。送信部141は、送信制御部141aによって制御されるクロック発生回路、送信遅延回路等(不図示)を含んで構成される。クロック発生回路は、超音波の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する回路である。例えばクロック回路は送信遅延回路に基準クロック信号を与える。送信遅延回路は、所定の遅延時間が付与された駆動信号を送信波形発生部141bに送信する。なお、所定の遅延時間については超音波の送信フォーカス点から決定される。
切替部143は、超音波の送受信にかかるスイッチを備えており、送信部141と受信部142との切り替えにかかる制御を行う。後述するように本体部101側での走査モードが連続波ドプラモード(CWD;Continuous wave doppler)に設定されている場合は、超音波振動子12aの幾つかの素子を送信用として送信部141に接続させ、他の幾つかの素子を受信用として受信部142に接続させる。
先端部10における受信部142は、被検体により反射された超音波に応じたエコー信号を受ける。受信部142は、超音波トランスデューサ12が受信したエコー信号に対して増幅して遅延加算処理を行う。受信部142の遅延加算処理により、アナログのエコー信号を整相された(つまり受信ビームフォームされた)デジタルのデータに変換する。具体例は次の通りである。
方向制御部16は、本体部101から超音波の送信方向にかかる指示信号を受け、駆動部18を制御する。例えば、本体部101側で設定されたROI(Region of Interest)に応じて超音波の放射面の向きまたは角度を変えるため、方向制御部16は駆動部18を駆動させる制御を行う。駆動部18は、例えば超音波モータ等のマイクロアクチュエータにより構成されており、方向制御部16に制御されて駆動される。また、駆動部18は超音波トランスデューサ12に接続されている。この構成によって、駆動部18が駆動されることにより、超音波トランスデューサ12が回転され、または傾動される。駆動部18が駆動されることにより、超音波トランスデューサ12における超音波の送信方向を変更することができる。
図5において生体情報計測部120は、本体部101に接続されている。生体情報計測部120は、生体信号等の被検体の状態を示す情報を生成し、生成した情報を本体部101に送信する。生体情報計測部120としては、生体電気器具(心電計、脳波計、筋電計など)、呼吸器系器具(呼吸流量計、電子式呼吸計(スパイロメータ)、呼吸抵抗計など)および、医用監視装置(単数監視装置(ベッドサイドモニタ)、複数監視装置(セントラルモニタ))等が該当する。医用監視装置は、心電図・血圧・呼吸数・体温・脈拍・血中酸素飽和度・呼気ガス分圧などのバイタルサインを監視するものである。図5において生体情報計測部120は、本体部101の外部に設けられているが、一部が本体部101側の内部に含まれ、計測の処理を本体部101において行ってもよい。
次に、本体部101の各部の制御および各部の処理について、図5を参照して説明する。同図に示す超音波診断装置100は、例えば心臓等の生体組織の形態を表す画像(図6参照)や血流状態を表す画像(図7A参照)を取得するために用いられる。図5に示すように超音波診断装置100においては、本体部101に先端部10および生体情報計測部120が接続されている。なお、先端部10は「超音波送受信部」の一例に該当する。図5は、第1実施形態にかかる超音波診断装置100の本体部101の機能構成の一例を示す概略ブロック図である。
操作部102は、操作者による操作を受けて、この操作内容に応じた信号や情報を装置各部に入力する。また、操作部102は、マウスなどのポインティングデバイスやキーボードに限らず、任意のユーザインターフェースを用いることができる。操作部102におけるこの緊急情報の入力手段を、例えば、表示部103と一体のタッチパネルにおけるソフトウェアキー(softkey)として構成することも可能である。なお、操作部102は、ネットワークやメディアを介して信号や情報の入力を受ける機能を有していてもよい。なお、以下において超音波画像とはBモード画像のような形態画像だけでなく、血流や組織の運動情報に基づく波形画像や、血流や組織の運動情報に基づく色彩や明度のカラー表示も含むものとする。
表示部103は、超音波画像、操作画面や設定画面等を表示する。CRT(Cathode Ray Tube)や液晶ディスプレイ(LCD;Liquid Crystal Display)、プラズマディスプレイPlasmaDisplayPanel)、有機EL(OELD;Organic Electro−Luminescence)、FED(Field Emission Display;電界放出ディスプレイ)など、任意の表示装置を用いることが可能である。
主制御部104は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成される。CPUが制御プログラムを適宜RAM上に展開することにより、主制御部104として機能する。すなわち、主制御部104は本体部101における以下の各部の制御を実行する。
本体部101の送受信部105は、選択された走査モードに応じて先端部10の送受信制御部14に超音波トランスデューサ12の駆動にかかる信号を送信する。ただし、この駆動信号は、生体情報測定部120により抽出された特定の心電波形または異常検出トリガを受けた場合に対応して送信される。例えば、まず主制御部104が生体情報測定部120から特定の心電波形を受ける。主制御部104は、特定の心電波形または異常検出トリガを受けることに応じて送受信部105にトリガ信号を送る。なお、本体部101において特定の心電波形だけでなく、心電波形をリアルタイムに取得して表示部103に表示している場合もある。したがって、主制御部104は、特定の心電波形を受けた場合に送受信部105にトリガ信号を送る。
本体部101の送受信部105において受信部は、先端部10から、送信部141により所定の処理を施されたデジタルのエコー信号を受ける。エコー信号は、信号処理部(Bモード信号処理部107、ドプラ信号処理部108)に送信される。
信号処理部はBモード信号処理部107およびドプラ信号処理部108を有する。Bモード信号処理部107は受信信号を受信部106から受けて、受信信号の振幅情報の映像化を行う。具体的には、Bモード信号処理部107は、受信ビーム信号に対してバンドパスフィルタ処理を行い、その後、出力信号の包絡線を検波し、検波されたデータに対して対数変換による圧縮処理を施す。これにより、Bモード信号処理部107は、Bモード画像のRAWデータを生成する。
ドプラ信号処理部108は、ドプラ処理として、受信ビーム信号を位相検波することによりドプラ偏移周波数成分を取り出し、高速フーリエ変換(FFT処理;Fast Fourier Transform)を施すことにより、受信ビーム信号(ドプラ信号)の周波数解析を行ってドプラ偏移を抽出する。ドプラ偏移を用いることで、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、パワーなどの移動体情報を多点について抽出したドプラ画像のRAWデータを生成する。
次に生成部109の処理を図6および図7を参照して説明する。図6は、第1実施形態における生成部109により生成されたBモード画像BIの一例を示す概略図である。図7Aは、第1実施形態における生成部109により生成されたドプラスペクトラム画像の一例を示す概略図である。図7Bは、図7Aのドプラスペクトラム画像と生体情報計測部120から受けた心電波形を並行して表示した状態の一例を示す概略図である。図8は、食道からのアプローチにより図6に示すBモード画像BIの断面を得るための位置関係を示す概略画面データ図である。生成部109は、あらかじめ設定された心拍数分のエコー信号に基づくRAWデータを受け、当該心拍数分の超音波画像データを生成する。
方向設定部110は、先端部10における超音波トランスデューサ12による超音波の送信方向を設定する。送信方向の設定は、操作部102を介した操作者の操作または後述する探索部111から送信方向データを受けることに基づいて行われる。方向設定部110は、先端部10の送受信制御部14または方向制御部16に設定した送信方向データを送信する。また方向設定部110は、図示しない記憶部を備えており、サンプルボリュームや送信方向データを記憶する。
次に、この実施形態における間欠撮像の制御のフローについて図9を参照して説明する。図9は、第1実施形態にかかる超音波診断装置100の動作の概略を示すフローチャートである。
操作者により初期設定がなされると、体内組織のモニタリングが開始される。初期設定とは、操作部102を介した走査モードの選択、送信フォーカス点やサンプルボリュームの設定等が含まれる。また生体情報測定部120により被検体の生体情報が取得可能な状況になることが含まれる。例えば心電計の設定、生体情報測定部120の解析部の設定等である。また先端部10が被検体内に挿入され、かつ観察対象組織と先端部10の位置合わせがなされることが含まれる。また操作者により、間欠的な超音波撮像を行う際の基準となる心拍数の設定が行われる。
生体情報測定部120により心電波形の計測が開始されると、主制御部104に生体情報測定部120から心電波形が送信される。また、あらかじめ生体情報測定部120において設定することにより、生体情報測定部120が取得した心電波形を解析して抽出した特定の心電波形(R波・T波等)が主制御部104に送信される場合がある。
主制御部104は、生体情報測定部120から異常を示す心電波形(異常検出トリガ)を受信したかについて判断する。S03において所定時間が経過していないと判断した場合(S03;No)、主制御部104はこの判断を繰り返す。
S03において異常な波形が受信されたと判断した場合(S03;Yes)、主制御部104は送受信部105にトリガ信号を送る。トリガ信号を受けて、送受信部105は、あらかじめ設定された間欠撮像を行う心拍数のデータを図示しない記憶部から読み出す。送受信部105は心拍数のデータを読み出すと、さらに主制御部104から生体情報測定部120から受信したリアルタイムの心電波形を受信する。送受信部105はリアルタイムの心電波形に基づいて、特定の波形(R波等)を示すタイミングにしたがい先端部10に超音波の送受信を開始させる。
S04において先端部10による超音波の送受信が開始されると、受信部によりエコー信号が受信され、複数の信号処理を経て生成部109による超音波画像が生成される。送受信部105は、超音波の送信を開始するとともに、心電波形の受信を開始すると、これらの時点から間欠撮像の終了のタイミングを計り始める。すなわち、送受信部105はあらかじめ設定された心拍数分の撮像を終了したかについて、例えばリアルタイムに受信した心電波形に基づいて判断する。S05において、未だ設定された心拍数分の撮像が終了していないと判断された場合(S05;No)、送受信部105は、この判断を継続する。
以上説明した本実施形態にかかる超音波診断装置の作用および効果について説明する。
次に、第1実施形態の変形例1について説明する。上記第1実施形態にかかる超音波診断装置100においては、特定の心電波形や波形の異常に基づいて間欠撮像のタイミングを計っている。しかし第1実施形態は、このような構成に限られない。例えば、超音波検査によるモニタリングを開始するとともに、心音モニタによる被検体の心音のモニタリングを並行して実行する構成であってもよい。心音モニタは、心音計と解析部等を有する。心音計は、体導音センサやマイクロフォンで心音を拾って電気信号に変え、波形として記録する。この構成において、主制御部104は、生体情報測定部120としての心音モニタから、例えば心疾患に起因して発生する各種の過剰心音や心雑音等に基づく波形データや異常検出トリガを受信する。または主制御部104は、心音モニタから、I音とII音との間の時間間隔や、II音とI音との間の時間間隔の大きな変化等に基づく異常検出トリガを受信する。このように主制御部104は、心音モニタからの異常波形、または異常検出トリガ等を受信することにより、送受信部105にトリガ信号を送る。
次に、第1実施形態の変形例2について説明する。上記第1実施形態にかかる超音波診断装置100においては、特定の心電波形や波形の異常に基づいて間欠撮像のタイミングを計っている。しかし第1実施形態は、このような構成に限られない。例えば、超音波検査によるモニタリングを開始するとともに、呼吸モニタによる被検体の呼吸のモニタリングを並行して実行する構成であってもよい。呼吸モニタは、被検体の呼吸による動きを捉え、その呼吸モニタ信号を出力する。この呼吸モニタは、例えば被検体の腹部等を囲うように取り付け可能なバンド状の圧力センサが該当する。また他の例としては、被検体の呼吸の流量を測定するエアフローセンサが該当する。あるいは被検体の観察部位をカメラ等により撮影し、撮影した動画像等において被検体の観察部位の動きを解析することにより、被検体の呼吸による観察部位の外形上の運動状態を求める装置であってもよい。
さまざまな呼吸に関する情報を受信する。例えば、呼吸回数の異常(無呼吸(呼吸停止を含む)、徐呼吸、頻呼吸)、換気量の異常、呼吸の周期的な異常(Cheyne−Stokes呼吸)、不規則な異常等に基づく異常検出トリガを受信する。主制御部104は、異常検出トリガ等を受信することにより、送受信部105にトリガ信号を送る。
次に、第1実施形態の変形例3について説明する。この変形例では、上記のように先端部10における送信部141、受信部142の機能の大半を、本体部101の送受信部105、受信部106が実行する。これにより、収容部10aの内部の構成を簡素化することが可能となる場合がある。送受信部105および受信部106の機能は例えば以下の通りである。
本体部101の送受信部105は、主制御部104によって制御されるクロック発生回路、送信遅延回路およびパルサ回路(不図示)等を含んで構成される。クロック発生回路は、超音波の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する回路である。例えばクロック回路は送信遅延回路に基準クロック信号を与える。送信遅延回路は、所定の遅延時間が付与された駆動信号をパルサ回路に供給する。なお、所定の遅延時間については超音波の送信フォーカス点から決定される。またパルサ回路は、各超音波振動子12aに対応した個別経路(チャンネル)に相当する個数のパルサを内蔵し、送信駆動パルスを発生する回路である。
本体部101の受信部106は、主制御部104に制御され被検体により反射された超音波に応じたエコー信号を受ける。受信部106は、先端部10が受信したエコー信号を受信し、そのエコー信号に対して遅延・加算処理を行うことにより、アナログのエコー信号を整相された(つまり受信ビームフォームされた)デジタルのデータに変換する。具体例は次のとおりである。
次に、第2実施形態にかかる超音波診断装置100について説明する。第1実施形態では、間欠撮像を行うトリガとなる情報を、被検体の生体信号を直接的に検出する装置(心電計)から受信していた。これに対し第2実施形態においては、先端部10から間欠撮像を行うトリガとなる情報を受信する。さらに間欠撮像を行うトリガとなる情報を受信した後、当該情報にフィルタ処理を行なって情報を複数に分類する処理を行う点においても第1実施形態と異なる。その他の部分は第1実施形態にかかる超音波診断装置100と同様である。以下、これらの相違点のみについて説明する。
振動センサには、3軸加速度センサを用いることが可能である。例えば収容部10aをカプセル状に形成する場合、小型であることが望まれる。さらに間欠撮像のトリガとするために、分解能も求められる。その観点から3軸加速度センサが用いられる場合がある。3軸加速度センサは、X軸、Y軸、Z軸の3軸それぞれに関して振動に関する信号情報を検出する。
先端部10には、第1実施形態と同様の超音波送受信系が設けられている他、振動センサと、振動センサによって検出された検出信号の処理(増幅、A/D変換等)を行う処理部とが設けられる。本体部101への検出信号の送信には、I/F15を介して超音波の送受信に用いられる信号線が利用されてもよい。また、検出信号の送信に用いられる超音波系とは別の信号線を利用してもよい。
ケーブル11内を介して本体部101に至った検出信号は、主制御部104によりフィルタ処理される。すなわち、主制御部104は、フィルタ処理を行い検出信号におけるノイズを除去する。また主制御部104は、フィルタ処理により、ノイズが除去された検出信号から、心音に基づく体内組織の振動に起因する成分と、呼吸音に基づく体内組織の振動に起因する成分とを抽出する。
主制御部104は、抽出した心音についての検出信号のデータに基づいて、波形データを求める。また主制御部104は、さらにこの波形から、I音とII音との間の時間間隔や、II音とI音との間の時間間隔の大きな変化等に基づく異常検出トリガを求める。主制御部104は、検出信号から求められた異常波形、または異常検出トリガ等が求められることに応じて、送受信部105にトリガ信号を送る。送受信部105は、あらかじめ設定された心音から推定される心拍数分だけ超音波画像を取得するように先端部10を制御する。
主制御部104は、抽出した心音についての検出信号のデータに基づいて、波形データを求める。また主制御部104は、さらにこの波形から、主制御部104は、被検体の呼吸による動きを求める。例えば、呼吸回数の異常(無呼吸(呼吸停止を含む)、徐呼吸、頻呼吸)、換気量の異常、呼吸の周期的な異常(Cheyne−Stokes呼吸)、不規則な異常等に基づく異常検出トリガを受信する。主制御部104は、異常検出トリガ等を受信することにより、送受信部105にトリガ信号を送る。
以上説明した本実施形態にかかる超音波診断装置の作用および効果について説明する。
次に、第3実施形態について説明する。第1実施形態および第2実施形態においては、生体信号に基づく情報の周期的な変化や、生体信号に基づく情報から特異な情報が取得されたことにより、主制御部104が送受信部105に超音波送信にかかるトリガ信号を送信する構成である。これに対し第3実施形態にかかる超音波診断装置100では、主制御部104は生体情報測定部120から受けた周期的な情報に基づき、定期的に超音波の送信にかかるトリガ信号を送受信部105に送信する。その他の部分は、第1実施形態にかかる超音波診断装置100と同様である。以下、これらの相違点のみについて説明する。
また、主制御部104は、あらかじめ設定された心時相における超音波画像(ドプラスペクトラム画像、カラーフローマッピング等を含む)を生成するように、超音波診断装置100の各部を制御する。次に、上記の例において、この実施形態における間欠撮像の制御のフローについて図10を参照して説明する。図10は、第3実施形態にかかる超音波診断装置100の動作の概略を示すフローチャートである。
操作者により初期設定がなされると、体内組織のモニタリングが開始される。初期設定には、第1実施形態で説明した項目の他、心臓をモニタリングする場合、生成したい超音波画像における所望の心時相の設定を含むものとする。以下の説明においては、心臓のモニタリングであって、あらかじめ拡張期におけるドプラスペクトラム画像を取得するように設定されているものとする。また、間欠的な超音波撮像を行う際の基準となる心拍数の設定については、20心拍ごとに2心拍の撮像が行われる設定がされているものとする。
生体情報測定部120により心電波形の計測が開始されると、生体情報測定部120は、設定された心時相、すなわち拡張期の超音波画像を取得可能なように、特定の波形が示されるタイミングで主制御部104にトリガ信号を送信する。例えば生体情報測定部120は、リアルタイムに取得された心電波形においてR波、T波が示されるタイミングで、主制御部104にトリガ信号を送信する。
主制御部104は、S01におけるモニタリングの開始時点から、生体情報測定部120から特定の波形(R波等)に基づくトリガ信号を受け、トリガ信号に基づいて被検体の心拍数を求める。また、第3実施形態においては、初期設定において間欠撮像を行う間隔として所定の心拍数が設定されている。主制御部104は、被検体の心拍数が設定された心拍数に到達したかについて判断する。S11の例では、20心拍に設定されているので、主制御部104は、モニタリングの開始時点からトリガ信号に基づいて被検体の心拍数をカウントしていき、20心拍をカウントするまでは(S13;No)、このS12,S13の判断を繰り返す。
S13の判断の結果、設定された心拍数である20心拍に到達したと判断されると(S13;Yes)、主制御部104は、生体情報測定部120から例えばR波に応じたトリガ信号およびT波に対応するトリガ信号を受信する。主制御部104は、設定された心時相の超音波画像、すなわち拡張期のパルスドプラモードにおけるドプラスペクトラム画像を取得するように、送受信部105にトリガ信号を送信する。
トリガ信号を受けて、送受信部105は、あらかじめ設定された間欠撮像を行う心拍数のデータを図示しない記憶部から読み出す。送受信部105は、心拍数のデータを読み出すと、さらに主制御部104から受信した、R波に応じたトリガ信号、T波を示すトリガ信号に基づいて、先端部10に超音波の送受信を実行させる。
S15において先端部10による超音波の送受信が開始されると、受信部によりエコー信号が受信され、複数の信号処理を経て生成部109による超音波画像が生成される。送受信部105は、超音波の送信を開始するとともに、心電波形の受信を開始すると、これらの時点から間欠撮像の終了のタイミングを計り始める。すなわち、送受信部105はあらかじめ設定された心拍数分の撮像を終了したかについて、例えばリアルタイムに受信した心電波形に基づいて判断する。S16において、未だ設定された心拍数分の撮像が終了していないと判断された場合(S16;No)、送受信部105は、この判断を継続する。
以上説明した本実施形態にかかる超音波診断装置の作用および効果について説明する。
次に、第4実施形態について説明する。第3実施形態においては、生体情報測定部120から受けた周期的な情報に基づき、定期的に超音波の送信にかかるトリガ信号を送受信部105に送信する構成である。これに対し第4実施形態にかかる超音波診断装置100では、主制御部104は、被検体の一心拍分の時間を求め、その時間と、あらかじめ設定された撮像の時間間隔に基づいて間欠撮像を行う。その他の部分は、第3実施形態にかかる超音波診断装置100と同様である。以下、これらの相違点のみについて説明する。
次に、第5実施形態について図11〜図14を参照して説明する。図11は、第5実施形態にかかる超音波診断装置の本体部の機能構成の一例を示す概略ブロック図である。図5に示すように第5実施形態における本体部101には、探索部111が設けられている。
本実施形態における方向設定部110は、第1実施形態の機能の他、探索部111からの送信方向データを受け、送信方向の設定を行う。詳細は、以下の探索部111の説明において記載する。
探索部111は、超音波診断装置100により超音波画像を得るための超音波の送受信をしているとき、検査部位の位置と超音波の送信方向との調整を行うため、超音波の送信方向の探索を行う。探索は、ドプラモードでの超音波の送受信により得られたドプラ信号に基づく。すなわち、ドプラ信号における超音波の送信方向(またはサンプルボリューム)が、血流を生じる所望の観察対象に適応しているかを判断することにより行われる。なお、前提として探索部111による当該調整機能を実施する場合、主制御部104は、操作者により選択された走査モードがいずれの走査モードであっても、超音波画像の取得と並行してドプラ信号を取得するように先端部10を制御する。なお、ドプラ信号とは、上記ドプラモードにより得られたエコー信号、または信号処理部により信号処理が施された後のドプラ画像のRAWデータを示すものであり、説明の便宜上、以下においても同様の記載をすることがある。また、ドプラモードとはパルスドプラモード、連続波ドプラモード、カラードプラモード、パワードプラモード等、血流情報を取得するための走査モードのいずれかを示すものであり、説明の便宜上、以下においても同様の記載をすることがある。
前提として、被検体内に先端部10が挿入され、かつ操作者により走査モードが選択され、超音波の送信が開始されると、本体部101の受信部106は当該走査モードに基づくエコー信号を経時的に取得する。このエコー信号に基づいて信号処理部、生成部109等により、走査モードに応じた超音波画像が生成され、表示部103は、適宜この超音波画像を表示する。なお、選択された走査モードがドプラモードである場合には、選択された走査モードに基づくエコー信号のみが取得される。つまり走査モードの切り替え処理が行われない。
走査モードがBモードである場合、Bモード信号処理部107はエコー信号に基づくRAWデータを生成部109に送り、かつドプラ信号処理部108はドプラ信号を探索部111に送る。また本体部101の送受信部105は、探索部111の探索処理のためドプラモードによる超音波の送信を実施させる。すなわち送受信部105は、上記送信開始時点から起算して、所定時間(設定された任意の時間)が経過することを契機として、先端部10にドプラモードによる超音波の送信を実施させる。このとき、方向設定部110は、最初に超音波を送信した方向だけでなく、先端部10に送信方向を順次変更させた上で超音波を送信させる。なお、探索処理を行う時間間隔は、任意に設定することが可能である。
探索処理において、送信方向を変更して超音波を送信する間隔は、操作者が設定した任意の時間間隔ごととすることが可能である。例えば、探索部111は生体情報計測部120から受けた心電波形に基づき、主制御部104が所定の心時相(拡張期等)を求める。さらに探索部111は、求めた心時相ごとに送受信部105に超音波の送信タイミングにかかる制御信号を送ってもよい。所定の心時相とは、拡張期もしくは収縮期、または収縮早期、収縮中期、収縮末期、拡張早期、拡張中期もしくは拡張末期等である。なお、探索処理において、主制御部104が所定の心時相において超音波の送信タイミングにかかる制御信号を送信する構成に限られない。他の例として主制御部104は、生体情報計測部120から受けた心電波形から所定の心時相を求め、順次得られたドプラ信号のうち、当該所定の心時相に対応したドプラ信号について、後述の信号強度を求める構成であってもよい。
受信部106は、ドプラモードにおける、送信方向が異なるドプラ信号それぞれを順次取得していく。このドプラ信号は、ドプラ信号処理部108に送信される。ドプラ信号処理部108はドプラ信号を探索部111に送信する。探索部111は、信号処理部から順次得られたドプラ信号を超音波の送信方向の情報とともに図示しない記憶部に記憶させる。また、探索部111は記憶された送信方向がそれぞれ異なるドプラ信号から信号の強度を示す信号強度情報を取得する。信号強度情報は、例えばパルスドプラモードにおける血流速度情報であり、この場合、ドプラスペクトラム画像に示された波形における振幅値または輝度値等を血流速度情報とすることができる。なお、探索部111はドプラ信号を取得するごとに当該ドプラ信号から信号強度情報を求めてもよい。この場合、探索部111は順次求められた信号強度情報と超音波の送信方向の情報とを図示しない記憶部に記憶させる。
また探索部111は、例えば所定の心時相に対応した、異なる方向におけるドプラ信号それぞれを比較し、より信号強度の大きいドプラ信号を求める。信号強度の比較において最大の信号強度を示すドプラ信号については、対応する超音波の送信方向の情報とともに記憶される。なお、探索部111により信号強度が求められるタイミングは、探索部111がドプラ信号を取得するごとでもよい。また、次に記載する探索処理の終了後に、探索部111が各時点のドプラ信号から最大の信号強度を求める構成であってもよい。
方向設定部110の制御にしたがった、超音波の送信およびこれに応じたドプラ信号の取得の処理は、所定の条件が満たされるまで継続される。所定の条件は、例えば所定送信回数の完了、所定の範囲(音源からの所定角度範囲)における送信完了、または所定時間の経過が挙げられる。探索部111は、このサイクルにおいて最後に取得されたドプラ信号を受けると、このサイクルの終了とし、その信号強度情報を求める。すなわち探索部111は、それより前の最大の信号強度を有するドプラ信号と比較する。探索部111は、この比較を行うことにより、探索処理の1サイクル分を完了し、最大の信号強度を有するドプラ信号と対応する超音波の送信方向の情報を確定させる。探索部111は、確定された超音波の送信方向の情報を方向設定部110に送信する。
方向設定部110は、上記探索処理を実行する前の超音波の送信方向と、探索部111から受けた超音波の送信方向の情報とを比較する。これらの間に差異があれば、方向設定部110は、探索部111から受けた超音波の送信方向の情報に基づき、超音波の送信方向の設定を更新する。また方向設定部110は、更新された設定に基づき、先端部10の送信部141か、あるいは方向制御部16および駆動部18によって超音波の送信方向を新たな方向に変更する。なお、本実施形態における方向設定部110および探索部111は、「制御部」の一例に該当する。
次に、この実施形態においてBモード画像、ドプラスペクトラム画像および心電波形を並列表示しつつ、所定時間ごとに探索処理を実行する制御のフローについて図12〜図14を参照して説明する。図12〜14は、第5実施形態にかかる超音波診断装置100の動作の概略を示すフローチャートである。
(ステップ21)
操作者により、操作部102を介して初期設定がなされると、主制御部104は上記実施形態における間欠撮像の制御を行う。
主制御部104は、モニタリングが開始された時点から所定時間が経過したかについて判断する。S22において所定時間(例えば操作者が設定した任意の時間)が経過していないと判断した場合(S22;No)、主制御部104はこの判断を繰り返す。
S22において所定時間が経過したと判断した場合(S22;Yes)、主制御部104は送受信部105を介して、探索処理にかかる先端部10の超音波の送受信を開始させる。また表示部103にBモード画像BIが表示されている場合(図6参照)、主制御部104は、ここでサンプルボリュームの指定を促す報知を行ってもよい。操作者により、操作部102を介してBモード画像BI上の任意の領域がサンプルボリュームとして指定される。図6においては左房LAから僧帽弁Mを抜けて左室へ至る線であって左心系の中央付近を通る送信方向が破線L1により示されている。指定されたサンプルボリュームは、方向設定部110に送られ、方向設定部110により送受信部105を介して、音源からの超音波の送信方向にかかる情報が先端部10に送信される。なお、サンプルボリュームの指定は、S23より前に設定される構成であってもよい。
受信部106は、先端部10からドプラモードに基づくエコー信号を受ける。これに基づき、ドプラ信号処理部108はドプラ信号を探索部111に送信する。探索部111は、所定の心時相に対応するドプラ信号に基づいて信号強度情報を生成する。探索部111により生成された信号強度情報は超音波の送信方向の情報とともに図示しない記憶部に記憶される。
主制御部104は、生体情報計測部120から受けた心電波形に基づいて、探索処理における次の超音波の送信のタイミングを計る。主制御部104は、当該次のタイミングが到来するまで(S25;No)この処理を繰り返す。
S25において心電波形に基づいて次の超音波の送信タイミングが到来と判断した場合(S25;Yes)、主制御部104は方向設定部110に、先端部10の超音波送信方向を、初期設定の方向からその周囲の方向へ変更させて超音波を送信させる。なお、初期設定における走査モードがドプラモードでない場合、主制御部104は、超音波の送信タイミングが到来したときに、ドプラモードへ切り替えてから方向設定部110よる超音波送信方向を変更させる。
受信部106は、送信方向を変更して送信された超音波にかかるエコー信号を受け、ドプラ信号処理部108に送る。探索部111は、ドプラ信号処理部108から受けたドプラ信号に基づいて信号強度情報を生成し、対応する超音波の送信方向の情報とともに図示しない記憶部に記憶させる。なお、主制御部104は、生体情報計測部120から受けた心電波形から所定の心時相を求め、順次得られたドプラ信号のうち、当該所定の心時相に対応して信号強度を求める。
主制御部104は、所定送信回数の完了、所定の範囲(音源からの所定角度範囲)における送信完了、または所定時間の経過等の探索処理の終了条件を満たしたかについて判断する。S28において条件を満たしていないと判断した場合(S28;No)、主制御部104はS25〜S28の処理を繰り返す。
S28において探索処理の終了条件を満たしたと判断した場合(S28;Yes)、探索部111は図示しない記憶部から信号強度情報それぞれを読み出し対比する。なお、S25から順次信号強度情報が得られるごとに、前の信号強度情報と対比をする構成であってもよい。この場合には、暫定的な最大信号強度が既に求められているので、最後に得られた信号強度とその前の時点での暫定的な最大信号強度とを対比する。
探索部111は、S29の対比の結果、信号強度が最大である超音波送信方向を確定する。
探索部111は、確定した超音波送信方向の情報を方向設定部110に送信する。
方向設定部110は、あらかじめ設定された方向と、S31で受けた送信方向の情報とを比較し、これらの間に差異があるか判断する。
S32の判断の結果、差異があると判断した場合(S32;Yes)、方向設定部110は、S31で受けた超音波の送信方向の情報に基づき、超音波の送信方向の設定を更新する。
方向設定部110は、更新された設定に基づき、方向制御部16および駆動部18によって超音波トランスデューサ12を回転または傾動させる必要があるか判断する。超音波の送信方向を新たな方向に変更する。
S34において超音波トランスデューサ12を回転または傾動させる必要があると判断した場合(S34;Yes)、方向設定部110は方向制御部16および駆動部18によって、超音波トランスデューサ12を回転または傾動させる。ただし、2次元アレイの超音波トランスデューサ12の場合には、この判断がなされない場合がある。
方向設定部110は、先端部10の送信部141により、間欠撮像によるモニタリングの超音波の送信方向を新たな方向に変更する。S34において超音波トランスデューサ12を回転または傾動させる必要がないと判断した場合(S34;No)、方向設定部110はS35を行わずに、この処理を行う。
次に、第5実施形態の変形例1について説明する。上記第1実施形態にかかる超音波診断装置100においては、探索処理により得られた信号強度に基づいて最適な超音波の送信方向を探索する構成である。しかし第5実施形態は、このような構成に限られない。例えば、探索部111における探索処理が、生成部109によって生成された血流情報を示す波形に基づいて実行されてもよい。
図示しない記憶部に基準となる第2の波形データが記憶されている。第2の波形は、探索処理において順次生成される第1の波形との比較対象とされる。この第2の波形データは、例えばモニタリングの開始時点またはそれに前後してあらかじめ生成される。この第2の波形データは所定の心時相に対応する。
また本体部101の送受信部105は、探索部111の探索処理に用いる第1の波形を得るためドプラモードによる超音波の送信を実施させる。すなわち送受信部105は、上記第2の波形の取得時点から起算して、所定時間が経過することを契機として、先端部10にドプラモードによる超音波の送信を実施させる。なお、探索処理を行う時間間隔は、任意に設定することが可能である。
探索処理において、送信方向を変更して超音波を送信する間隔は、第2の波形における心時相に対応して設定される。
ドプラ信号処理部108は、受信部106から受けたエコー信号に第5実施形態と同様の信号処理を行い、ドプラスペクトラム画像のRAWデータを生成部109に送る。生成部109は、RAWデータに基づいてドプラスペクトラム画像を順次生成する。波形は、Mモード画像(Mモードで収集された画像)に基づく波形であってもよい。ただし、第1の波形と第2の波形は、同様の走査モードで取得されたものとする。
このとき、主制御部104は生体情報計測部120から受けた心電波形から、第2の波形の心時相に対応する心時相を求め、探索部111に送る。探索部111は、生成部109により生成された波形画像から、第2の波形の心時相に対応する心時相に対応する波形を抽出する。探索部111は、この波形を第1の波形とする。
また、探索部111は、記憶された第2の波形と、探索処理において順次生成された第1の波形それぞれとの類似度を求める。類似度は、例えば相互相関演算により求められる。探索部111は、第1の波形および第2の波形の重なり面積がピークの時を、類似度が高い時とし、その時の2つの波形の位相差を求める。探索部111は、この位相差に基づいて、2つの波形の類似度を求める。求められた類似度情報は、探索部111により、超音波の送信方向の情報とともに図示しない記憶部に記憶される。
また探索部111は、異なる方向における第1の波形それぞれを比較し、より第2の波形との類似度が高い第1の波形を求める。類似度の比較において類似度が最高となる第1の波形については、対応する超音波の送信方向の情報とともに記憶される。
以上説明した本実施形態にかかる超音波診断装置の作用および効果について説明する。
次に、第6実施形態について説明する。第5実施形態においては、探索部111が探索処理により、最適な超音波の送信方向を探索する構成である。それについては、第6実施形態も同様である。ただし、第6実施形態においては、探索部111は、適切な超音波の送信方向が探索されなかった場合に対応して、エラーの報知、超音波によるモニタリング(超音波の送受信)の終了等の処理を実行する。その他の部分は、第5実施形態にかかる超音波診断装置100と同様である。以下、これらの相違点のみについて説明する。
第6実施形態における探索部111は、信号強度の閾値を記憶している。探索部111は、探索処理において、最大信号強度を確定すると、その信号強度を当該閾値と対比する。探索部111は、信号強度が閾値を下回った場合、適切な超音波の送信方向が探索できなかったとして、図示しない報知部を介して操作者が認識可能なエラー情報を放置する。報知部は、例えば表示部103にエラーメッセージを表示させる。また報知部は、図示しない音声出力部に所定の音声を出力させる。また探索部111は、この場合、超音波の送信方向の情報を方向設定部110に送らない。
第6実施形態における探索部111は、類似度の閾値を記憶している。探索部111は、探索処理において、類似度が最も高い超音波の送信方向を確定すると、その類似度を当該閾値と対比する。探索部111は、類似度が閾値を下回った場合、適切な超音波の送信方向が探索できなかったとして、図示しない報知部を介して操作者が認識可能なエラー情報を放置する。報知部については、上記と同様である。また、主制御部104が先端部10による超音波の送信を中止させる構成も上記と同様である。
以上説明した本実施形態にかかる超音波診断装置の作用および効果について説明する。
以上説明した第1〜第6実施形態にかかる超音波診断装置100によれば、被検体の体内組織の周期的な動作または状態に応じて、間欠的に撮像を行う。このような構成によれば、常に超音波が被検体内で送信され続けることを防止することができる。したがって、長期間の超音波の送信に基づく発熱の問題を回避することができる。
10 先端部
10a 収容部
11 ケーブル
11a コネクタ
12a 超音波振動子
101 本体部
103 表示部
104 主制御部
107 Bモード信号処理部
108 ドプラ信号処理部
109 生成部
110 方向設定部
111 探索部
120 生体情報計測部
Claims (13)
- 被検体内に挿入された状態で超音波を送受信することにより被検体の所定部位の生体情報を得る超音波送受信部と、
前記被検体の心電波形を解析する心電計と、
前記心電計の解析の結果、異常な心電波形が検出されたことに応じて出力されたトリガ信号を受けることによって、間欠的に、前記所定部位の動作の周期に基づく複数周期にわたって前記超音波送受信部に超音波を送信させる制御部と、を備えたことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記トリガ信号は、前記所定部位の非周期的な動作に基づいて求められることを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
- 心音モニタまたは呼吸モニタを含み、
前記制御部は、
前記心音モニタまたは呼吸モニタから、前記所定部位の非周期的な動作に基づく前記トリガ信号を受けることを特徴とする請求項2に記載の超音波診断装置。 - 前記制御部は、
前記心音モニタまたは前記呼吸モニタから前記トリガ信号を受け、かつ前記所定部位の周期的な動作に基づく周期情報を受け、
前記トリガ信号を受けたときに、前記周期情報に基づく複数の周期にわたって前記超音波送受信部に超音波を送信させることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。 - 前記超音波送受信部を収容する収容部と、
前記収容部に収容され、前記所定部位の周期的または非周期的な動作に基づく振動を検出する振動センサを備えたことを特徴とする請求項2に記載の超音波診断装置。 - 前記トリガ信号には、前記振動センサから受けた前記振動にかかる振動情報が含まれ、
前記制御部は、
前記トリガ信号を処理して、前記振動情報を、被検体の心音に基づく心音情報と、被検体の呼吸に基づく呼吸情報に分け、
前記心音情報から前記非周期的な心音を検出して前記超音波送受信部に前記超音波の送信を実行させ、
前記呼吸情報から前記非周期的な呼吸を検出して前記超音波送受信部に前記超音波の送信を実行させること、を特徴とする請求項5に記載の超音波診断装置。 - 前記制御部は、前記トリガ信号に基づき、あらかじめ設定された心時相を求め、該心時相に応じて前記超音波送受信部に前記超音波を送信させること、を特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
- 前記トリガ信号は、前記所定部位の周期的な動作に応じて設定された、複数周期の経過にかかる時間情報であり、
前記制御部は、前記時間情報における第1の時間の経過に応じ、該第1の時間より短い第2の時間だけ前記超音波送受信部に超音波を送信させること、を特徴とする請求項2に記載の超音波診断装置。 - 前記時間情報は、前記所定部位の動作に基づく、心拍、脈拍または心音に基づいて求められること、を特徴とする請求項8に記載の超音波診断装置。
- 前記超音波送受信部は、超音波の送信方向を変更可能な変更部を有し、かつ被検体内に挿入された状態で設定された方向に超音波を送信し、
前記制御部は、
得られた前記生体情報に基づき、前記所定部位へ向かう方向を求め、前記超音波の送信方向が該方向へ向くように、前記変更部を制御すること、を特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の超音波診断装置。 - 少なくとも前記超音波送受信部を収容するカプセル状の収容部と、
本体部と、
前記超音波送受信部と、前記本体部との間で信号を送受信するインターフェースと、
少なくとも前記超音波送受信部に電力を供給する電源線とを有することを特徴とする請求項1〜4または7〜10のいずれかに記載の超音波診断装置。 - 前記収容部はカプセル状に形成されており、
前記収容部は、前記超音波送受信部と、収容部に対する外部装置である本体部との間で信号を送受信するインターフェースと、少なくとも前記超音波送受信部に電力を供給する電源線とを有することを特徴とする請求項5または6に記載の超音波診断装置。 - 前記電源線に接続された電源、前記制御部、および前記インターフェースに接続され前記超音波送受信部から反射波を受けて信号を処理する信号処理部を有し、前記本体部と、
前記インターフェースにより前記本体部と接続される前記収容部とを備えて構成されることを特徴とする請求項11または12に記載の超音波診断装置。
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