JP6415920B2

JP6415920B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP6415920B2
Application number: JP2014205968A
Authority: JP
Inventors: 信行岩間; 宏信本郷; 内海　勲; 勲内海; 浩一森川; 奥村　貴敏; 貴敏奥村
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Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2014-10-06
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2018-10-31
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Also published as: JP2016073452A; US20160095582A1; US10390801B2

Description

本発明の実施形態は、被検体における超音波の被走査領域を画像化する超音波診断装置であって、例えば、肝臓等の生体内臓器や乳房等の硬さ診断を行うシヤーウェーブエラストグラフィー、被検体内に投与した薬剤の体内分布を超音波の照射により量的かつ空間的に制御するドラッグデリバリーシステム等を実現する超音波診断装置に関する。

超音波診断の分野において、例えば、硬さの診断を行うエラストグラフィー（Ｅｌａｓｔｏｇｒａｐｈｙ）診断が実際の医療現場において行われている。エラストグラフィー診断とは、肝硬変や組織の繊維化、石灰化によって組織の硬さが正常部位と比べ硬いことを診断する診断方法である。通常、手に持った超音波プローブを動かすことで、被検体へ、圧迫と解放を繰り返しながら、超音波を当該被検体に向けて照射する。そして、生体組織からの反射波を分析して硬さの診断を行う。しかし、このような圧迫と解放とを繰り返す方法は、プローブの動かし方に依存して計測値がばらつくことや、検査者によって結果が異なること等が問題として挙げられる。

近年は、せん断波エラストグラフィー又はシヤーウェーブエラストグラフィーと呼ばれる手法が着目されている。まず、超音波プローブより比較的強力な超音波（プッシュパルス）を被検体へ照射することで、生体からせん断波（シヤーウェーブ：ＳｈｅａｒＷａｖｅ）を発生させる。次に、当該シヤーウェーブの伝搬速度を、超音波プローブより出力されるトラッキングパルスで計測する。その結果を解析して画像化し、例えば、Ｂモード画像と重畳することで、硬さ診断が行われる。シヤーウェーブエラストグラフィーは、通常のエラストグラフィーとは異なり、圧迫と解放とを繰り返す必要がないため、より簡便に再現性の良い測定を実現できる。

シヤーウェーブエラストグラフィーにおいて、このようなプッシュパルスを発生させるには、１００ボルト等の高い波高値の駆動パルス（駆動信号）が用いられる。そして、高い波高値の駆動パルスの生成には、高い印加電圧（例えば、１００ボルト）を必要とする。しかし、高い電圧をパルサに印加すると、送信電源の電荷（すなわち、当該送信電源内のコンデンサに帯電している電荷）が不足し、送信電源の設定電圧（開放電圧）に対するパルサへの印加電圧のドループ（電圧降下）が発生してしまう問題が往々にして存在する。

一方、超音波診断の分野において、例えば、ドラッグデリバリーシステム（ＤｒｕｇＤｅｌｉｖｅｒｙＳｙｓｔｅｍ：ＤＤＳ）が実際の医療現場において用いられている。このシステムでは、予め薬剤カプセルを被検体に投与し、超音波診断装置における超音波プローブから、比較的強力な超音波を照射することによって、医師等の操作者が、体内の薬剤カプセルを恣意的に破壊する。そして、当該カプセルの破壊を利用して、被検体における薬剤の体内分布を量的かつ空間的に制御することができる。また、超音波診断装置を用いるため、診断と薬剤カプセルの破壊とを同時に行うことも可能である。

ドラッグデリバリーシステムを利用するにおいて、このような比較的強力な超音波を照射する場合も、高い波高値の駆動パルスが用いられる。そして、高い波高値の駆動パルスの生成には、高い印加電圧（例えば、１００ボルト）を必要とする。このため、前述のシヤーウェーブエラストグラフィーと同様、ドループが発生してしまう問題が往々にして存在する。

特開２０１４−０００２６０号公報

目的は、シヤーウェーブエラストグラフィーにおけるプッシュパルス送信時や、ドラッグデリバリーシステムにおける薬剤カプセルを破壊する超音波パルス送信時等に発生する、パルサへの印加電圧のドループを低減することができる超音波診断装置を提供することにある。

本実施形態に係る超音波診断装置は、供給される駆動信号に応答して、超音波を発生する複数の圧電振動子を有する超音波プローブと、複数の電源と、前記圧電振動子毎に設けられた送信回路であって、それぞれが、前記複数の電源のうちの第１の電源に接続された第１のパルサと、前記複数の電源のうちの第２の電源に接続された第２のパルサと、を有し、前記第１の電源又は前記第２の電源による印加電圧に基づいて、前記駆動信号を対応する前記圧電振動子に出力する前記複数の送信回路と、映像化用の送信モードとは異なり且つ映像化用の送信モードに比して高い印加電圧を使用する一の送信モード期間内において、前記第１の電源と前記第２の電源とを選択的に切り替えて前記駆動信号の発生に用いる制御器と、を具備することを特徴とする。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の一例を示す構成図である。図２は、第１の実施形態に係る送信回路の一例を示すブロック図である。図３は、第１の実施形態に係り、シヤーウェーブエラストグラフィーにおいて、電源切換機能を利用した一の超音波送受信シーケンスを示したタイミングチャートの一例である。図４は、第１の実施形態のロジックゲートを用いた送信回路の変形例を示すブロック図である。図５は、従来の超音波診断装置における送信回路の一例を示すブロック図である。図６は、従来の超音波診断装置を用いたシヤーウェーブエラストグラフィーにおいて、一の超音波送受信シーケンスを示したタイミングチャートの一例である。図７は、第２の実施形態に係る送信回路の一例を示すブロック図である。

以下、図面を参照しながら本実施形態を説明する。なお、以下の説明において、略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る超音波診断装置１の構成を示す図である。超音波診断装置１は、超音波プローブ２と、装置本体３と、表示部４と、入力部５とを有する。加えて超音波診断装置１には、外部と通信可能なネットワーク６が、装置本体３の有するインターフェース部９０を介して、接続されてもよい。

超音波プローブ２は、複数の圧電振動子と、整合層と、複数の圧電振動子の背面側に設けられるバッキング材とを有する。複数の圧電振動子は、圧電セラミックス等の音響／電気可逆的変換素子である。複数の圧電振動子は並列され、超音波プローブ２の先端に設けられる。圧電振動子は、後述する送受信ユニット２０から送信及び供給される駆動パルス（駆動信号）に応答して、超音波を発生させる。

超音波プローブ２を介して被検体に超音波が照射されると、照射された超音波は、被検体内の生体組織における音響インピーダンスの不連続面で反射される。圧電振動子は、反射された超音波を受信し、エコー信号を発生させる。エコー信号の振幅は、超音波の反射に関する不連続面を境界とする音響インピーダンスの差に依存する。超音波発生のための（送信用）圧電振動子と、エコー信号発生のための（受信用）圧電振動子とは、例えば、離散的な超音波（パルス波）を照射する場合、送信のタイミングと受信のタイミングとを決めることで、同一の圧電振動子を使い分けてもよい。或いは、例えば、連続的な超音波（連続波）を照射する場合、送信用の圧電振動子と受信用の圧電振動子とを別個に搭載してもよい。送信超音波が移動している血流、および心臓壁等の表面で反射された場合のエコー信号の周波数は、ドプラ効果により、移動体（血流および心臓壁の表面）の超音波送信方向の速度成分に依存して偏移する。

装置本体３は、ホストコンピュータ１０、送受信ユニット２０、電源ユニット３０、Ｂモード処理部４０、ドプラ処理部５０、超音波画像生成部６０、画像合成部７０、記憶部８０、及びインターフェース部９０を有する。

ホストコンピュータ１０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を有し、主として超音波診断装置１の動作全般に係る制御を担う。なお、ホストコンピュータ１０の具体的な動作については、他の部分の説明の際に関連させて後述する。

送受信ユニット２０は、送信回路と受信回路とシーケンスコントローラ（制御器）とを有する。送信回路とシーケンスコントローラについては、図２以降で番号を付して詳細を後述する。送信回路は、駆動パルスを、超音波プローブ２における複数の圧電振動子各々に送信する。受信回路は、各圧電振動子によって発生されたエコー信号に基づく受信信号を発生させる。

圧電振動子各々に送信する駆動パルスは、一の超音波送受信シーケンス（例えば、プッシュパルスの送信期間、トラッキング期間、及びＢモード画像発生期間という三の期間から成るシーケンス）においても、各期間によって異なる。そして、これら期間には高い時間分解能（例えば、数十〜数百マイクロ秒オーダ）を有する制御が要求される。シーケンスコントローラは、ＣＰＵによるソフトウェア処理を主とするホストコンピュータ１０よりも、高い時間分解能を有しており、当該高い時間分解能を要求されるシーケンスの制御を実行する。なお、プッシュパルスのような強力な超音波を送信する超音波診断装置１の動作態様を、送信モードと呼ぶものとする。

電源ユニット３０は、複数の電源（なお、後述の図２では、第１の電源３１ａ及び第２の電源３１ｂの二の電源を例示）と、複数の電源の電圧印加の実行／中止を切り換える、電子スイッチ（オン／オフ切換手段）とを有する。なお、詳細な動作については図２を用いて改めて説明する。

Ｂモード処理部４０は、包絡線検波器、対数変換器等を有する。包絡線検波器は、受信回路から出力された受信信号に対して包絡線検波を実行する。包絡線検波器は、包絡線検波された信号を、対数変換器に出力する。対数変換器は、包絡線検波された信号に対して、対数変換して弱い信号を相対的に強調する。Ｂモード処理部４０は、対数変換器により強調された信号に基づいて、各走査線および各超音波送受信における深さ毎の信号値を発生させる。なお、Ｂモード処理部４０は、各走査線および各超音波送受信における深さ毎の信号値の代わりに、ボリュームデータを発生してもよい。以下、Ｂモード処理部４０で発生されるデータをまとめて、Ｂモードデータ呼ぶ。

ドプラ処理部５０は、ミキサー、低域通過フィルタ（ＬｏｗＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ：ＬＰＦ）、速度／分散／Ｐｏｗｅｒ演算デバイス等を有する。ミキサーは、受信回路から出力された受信信号に、送信周波数と同じ周波数ｆ_０を有する基準信号を掛け合わせる。この掛け合わせにより、ドプラ偏移周波数ｆ_ｄの成分の信号と（２ｆ_０＋ｆ_ｄ）の周波数成分を有する信号とが得られる。ＬＰＦは、ミキサーからの２種の周波数成分を有する信号のうち、高い周波数成分（２ｆ_０＋ｆ_ｄ）の信号を取り除く。高い周波数成分（２ｆ_０＋ｆ_ｄ）の信号を取り除くことにより、ドプラ偏移周波数ｆ_ｄの成分を有するドプラ信号を発生させる。

なお、ドプラ処理部５０は、ドプラ信号を発生させるために、直交検波方式を用いてもよい。このとき、受信信号（ＲＦ信号）は、直交検波されＩＱ信号に変換される。ドプラ処理部５０は、ＩＱ信号を複素フーリエ変換することにより、ドプラ偏移周波数ｆ_ｄの成分を有するドプラ信号を発生させる。ドプラ信号は、例えば、血流、組織、造影剤によるドプラ成分である。速度／分散／Ｐｏｗｅｒ演算デバイスは、ＭＴＩ（ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｏｒ）フィルタ、ＬＰＦ、自己相関演算器等を有する。なお、自己相関演算器の代わりに相互相関演算器を有していてもよい。ＭＴＩフィルタは、発生されたドプラ信号に対して、臓器の呼吸性移動や拍動性移動等に起因するドプラ成分（クラッタ成分）を除去する。ＭＴＩフィルタは、ドプラ信号から血流に関するドプラ成分を抽出するために用いられる。ＬＰＦは、ドプラ信号から組織の移動に関するドプラ成分を抽出するために用いられる。

超音波画像生成部６０は、ディジタルスキャンコンバータ（ＤｉｇｉｔａｌＳｃａｎＣｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＤＳＣ）と画像メモリとを有する。超音波画像生成部６０は、ＤＳＣに対して、座標変換処理（リサンプリング）を実行する。座標変換処理とは、例えば、Ｂモードデータ、ドプラデータおよび伝搬時間データからなる超音波スキャンの走査線信号列を、テレビ等に代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換する処理である。超音波画像生成部６０は、座標変換処理により、表示画像としての超音波画像を生成する。具体的には、超音波画像生成部６０は、Ｂモードデータに基づいて、Ｂモード画像を発生させる。超音波画像生成部６０は、ドプラデータに基づいて、平均速度画像、分散画像、パワー画像等のドプラ画像を発生させる。

超音波画像生成部６０は、伝搬時間データと、後述する記憶部８０に記憶された伝搬時間色相対応表とに基づいて、所定領域の各位置において、伝搬時間に応じて色相を割り当てたシヤーウェーブ伝搬画像を発生させる。伝搬時間色相対応表とは、例えば、伝搬時間の値に対する色相の対応表である。例えば、伝搬時間が０の場合の色相は、青である。色相は、例えば、伝搬時間の増大に伴い、青から、青緑、緑、黄緑、黄、橙、赤の順で、最大伝搬時間を赤色として定義される。

画像合成部７０は、超音波画像に、種々のパラメータの文字情報および目盛等を合成する。画像合成部７０は、Ｂモード画像にシヤーウェーブ伝搬画像を位置合わせして重畳した重畳画像を生成する。

記憶部８０は、フォーカス深度の異なる複数の受信遅延パターン、複数の送信遅延パターン、および複数のシヤーウェーブ発生送信遅延パターン、超音波診断装置１の制御プログラム、診断プロトコル、送受信条件等の各種データ群、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、受信回路より発生された受信信号、Ｂモード処理部４０より発生されたＢモードデータ、ドプラ処理部５０より発生されたドプラデータ、所定領域内の各位置における第１、第２変位データ、体動変位データ、シヤーウェーブ伝搬データ、伝搬時間色相対応表、Ｂモード画像、平均速度画像、分散画像、パワー画像、シヤーウェーブ伝搬画像、シヤーウェーブ伝搬画像の発生に関するに関するアルゴリズム（以下、シヤーウェーブ伝搬画像発生アルゴリズムと呼ぶ）等を記憶する。また、記憶部８０は、図示しないメモリを備えており、生成された超音波画像（Ｂモード画像、平均速度画像、分散画像、パワー画像、シヤーウェーブ伝搬画像）に対応するデータ（以下、画像データと呼ぶ）を記憶する。当該メモリに記憶された画像データは、後述する入力部５を介した操作者の指示により、読み出される。当該メモリは、例えば、フリーズする直前の複数のフレームに対応する超音波画像を保存するメモリである。このシネメモリに記憶されている画像を連続表示（シネ表示）することで、超音波動画像を後述する表示部４に表示することも可能である。ホストコンピュータ１０は、例えば、記憶部８０に記憶された前述のプログラムを実行する。ホストコンピュータ１０は、前述のデータ等についてメモリへの書き込み、読み出しを実行する。

インターフェース部９０は、入力部５、ネットワーク６に関するインターフェースである。装置本体３によって得られた超音波画像等のデータおよび解析結果等は、インターフェース部９０とネットワーク６とを介して、他の装置に転送可能である。なお、インターフェース部９０は、ネットワーク６を介して、他の医用画像診断装置で取得された被検体に関する医用画像を、ダウンロードすることも可能である。

表示部４は、画像合成部７０からの出力に基づいて、Ｂモード画像、ドプラ画像等の超音波画像、シヤーウェーブ伝搬画像、重畳画像等を表示する。なお、表示部４は、表示された画像に対して、例えば、ブライトネス、コントラスト、ダイナミックレンジ、γ補正等の調整および、カラーマップの割り当てを実行してもよい。

入力部５は、インターフェース部９０に接続され、医師等の操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定を装置本体３に取り込む。入力部５は、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等の入力デバイスを有する。これら入力デバイスは、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標をホストコンピュータ１０に出力する。なお、入力デバイスは、表示画面を覆うように設けられたタッチコマンドスクリーンでもよい。この場合、入力部５は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標をホストコンピュータ１０に出力する。また、操作者が入力部５の終了ボタン又はフリーズボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、装置本体３は一時停止状態となる。

また、入力部５は、操作者による関心領域（ＲｅｇｉｏｎｏｆＩｎｔｅｒｅｓｔ：ＲＯＩ）、或いは操作者が着目する所定領域を受け付ける。入力部５は、操作者による選択されたモードの入力を受け付ける。

図２は、第１の実施形態に係る送信回路２１の一例を示すブロック図である。送信回路２１に関連して、超音波プローブ２、ホストコンピュータ１０、シーケンスコントローラ２３、電源ユニット３０（電源（第１の電源３１ａ及び第２の電源３１ｂ）及び電子スイッチ３２）が、ともに図示されている。当該送信回路２１は、パルス生成回路（第１のパルス生成回路２１０ａ及び第２のパルス生成回路２１０ｂ）とパルサ（第１のパルサ２１１ａ及び第２のパルサ２１１ｂ）とを有する。なお、図では一の送信回路２１が示されているが、実際には、送信回路２１は、超音波プローブ２が有する圧電振動子各々毎に複数個設けられる。

第１の電源３１ａは、第１のパルサ２１１ａと接続されており、駆動パルスの発生に必要な電圧を、第１のパルサ２１１ａに印加する。同様に、第２の電源３１ｂは、第２のパルサ２１１ｂと接続されており、駆動パルスの発生に必要な電圧を、第２のパルサ２１１ｂに印加する。電子スイッチ３２は、第１の電源３１ａ又は第２の電源３１ｂの電圧印加の実行／中止を切り換える。

なお、電子スイッチ３２の代わりに、例えば、機械的なスイッチを有してもよい。図２においては、電子スイッチ３２は電源とは別個に図示されているが、実際には、電子スイッチ３２は電源とは別個に設計してもよいし、電源の回路内に組み込まれるように設計してもよい。

シーケンスコントローラ２３は、送信回路２１及び電源ユニット３０と接続され、送信回路２１の動作及び電源ユニット３０の動作を、例えば、数十〜数百マイクロ秒オーダ等の高い時間分解能で制御する。シーケンスコントローラ２３は当該時間分解能に依存するクロック信号（クロック又はクロックパルス）を、第１のパルス生成回路２１０ａ及び第２のパルス生成回路２１０ｂに送信する。第１のパルス生成回路２１０ａ及び第２のパルス生成回路２１０ｂは、シーケンスコントローラ２３からのクロック信号を位相制御可能に分周することで、励振パルスを生成する。第１のパルス生成回路２１０ａは、励振パルスを、第１のパルス生成回路２１０ａに接続された第１のパルサ２１１ａに送信する。同様に、第２のパルス生成回路２１０ｂは、励振パルスを、第２のパルス生成回路２１０ｂに接続された第２のパルサ２１１ｂに送信する。

第１のパルサ２１１ａ及び第２のパルサ２１１ｂは、第１の電源３１ａ及び第２の電源３１ｂに、電子スイッチ３２を介して、それぞれ接続されている。すなわち、それぞれが一の電源と一のパルサとから成る、二の信号系を構成する。第１のパルサ２１１ａは、第１の電源３１ａからの印加電圧に応じて、励振パルスを増幅した駆動パルスを生成し、当該駆動パルスを超音波プローブ２の有する圧電振動子に送信する。第１のパルサ２１１ａは、電子スイッチ３２によって第１の電源３１ａからの印加電圧を停止された場合には、何の信号も送信しない。同様に、第２のパルサ２１１ｂは、第２の電源３１ｂからの印加電圧に応じて、励振パルスを増幅した駆動パルスを生成し、当該駆動パルスを超音波プローブ２の有する圧電振動子に送信する。第２のパルサ２１１ｂは、電子スイッチ３２によって第２の電源３１ｂからの印加電圧を停止された場合には、何の信号も出力しない。

なお、重複説明を避けるため、図２における超音波プローブ２及びホストコンピュータ１０の動作については、図１における説明を以て省略する。

次に、本実施形態に係る超音波診断装置１が有する電源切換機能について説明する。

シーケンスコントローラ２３は、送信モード期間（例えば、被検体からシヤーウェーブを発生させるためのプッシュパルスを送信する期間）において、電子スイッチ３２を切り換えることで、電圧をパルサ（第１のパルサ２１１ａ又は第２のパルサ２１１ｂ）に印加する電源（第１の電源３１ａ又は第２の電源３１ｂ）を排他的に（択一的に又は交互に）選択する（電源切換機能）。シーケンスコントローラ２３に選択された電源（例えば、第１の電源３１ａ）は、選択されている期間において、電圧をパルサ（例えば、第１のパルサ２１１ａ）に印加する。シーケンスコントローラ２３に選択されていない電源（例えば、第２の電源３１ｂ）は、選択されていない期間において、電圧をパルサ（例えば、第２のパルサ２１１ｂ）に印加しない。シーケンスコントローラ２３は、例えば、医師等の操作者が予め設定した時間間隔毎に電子スイッチ３２を切り換えてもよいし、医師等の操作者が予め設定したパルス出力数毎に電子スイッチ３２を切り換えてもよい（オープンループ制御）。

選択されていない電源を休止中の電源と呼ぶものとする。シーケンスコントローラ２３は、休止中の電源の開放電圧の値を変更する制御を実行する。

図３は、第１の実施形態に係り、シヤーウェーブエラストグラフィーにおいて、電源切換機能を利用した送信パルスシーケンスを示したタイミングチャートの一例である。当該シヤーエラストグラフィーにおける送信パルスシーケンスは、順に、プッシュパルス期間とトラッキング期間とＢモード画像発生期間とから成るシーケンスとする。

図３（ａ）は、第１の電源３１ａにおける開放電圧の時間変化を示している。図３（ｂ）は、第２の電源３１ｂにおける開放電圧の時間変化を示している。図３（ｃ）は、シーケンスコントローラ２３に選択される電源の時間変化を示している。すなわち、図３（ｃ）中の１は第１の電源３１ａが選択されている状態を表し、図３（ｃ）中の２は第２の電源３１ｂが選択されている状態を表している。図３（ｄ）は、いずれかのパルサから超音波プローブ２の有する圧電振動子に送信される駆動パルス（波高値）の時間変化を示している。

図３（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）中のＶ_０、Ｖ_１、Ｖ’_０、Ｖ_２は、それぞれ電圧の値を示している。また、図３（ｃ）中のＴ_０〜Ｔ_１０は、それぞれ電源が選択される時刻（或いは選択される電源が切り換わる時刻）を順に表している。

シーケンスコントローラ２３は、超音波診断装置１が送信モードであるプッシュパルス期間に、印加電圧をパルサに送信する電源を、排他的に選択する。すなわち、シーケンスコントローラ２３は、選択される電源を排他的に切り換える。

例えば、シーケンスコントローラ２３は、時刻Ｔ_０（プッシュパルス期間の開始時刻）に第１の電源３１ａを選択する。シーケンスコントローラ２３は、時刻Ｔ_１（例えば、時刻Ｔ_０の１５０マイクロ秒後）に、選択される電源を第１の電源３１ａから第２の電源３１ｂに切り換える。シーケンスコントローラ２３は、時刻Ｔ_２（例えば時刻Ｔ_１の１５０マイクロ秒後）に、選択される電源を第２の電源３１ｂから第１の電源３１ａに切り換える。シーケンスコントローラ２３は、時刻Ｔ_３（例えば時刻Ｔ_２の１５０マイクロ秒後）に、選択される電源を第１の電源３１ａから第２の電源３１ｂに切り換える。シーケンスコントローラ２３は、時刻Ｔ_４（例えば時刻Ｔ_３の１５０マイクロ秒後）に、選択される電源を第２の電源３１ｂから第１の電源３１ａに切り換える。シーケンスコントローラ２３は、時刻Ｔ_５（例えば、時刻Ｔ_４の１５０マイクロ秒後）に、選択される電源を第１の電源３１ａから第２の電源３１ｂに切り換える。このように、プッシュパルス期間において、第１の電源３１ａ又は第２の電源３１ｂのいずれか一つが排他的に選択される。超音波プローブ２は、選択される電源（第１の電源３１ａ又は第２の電源３１ｂ）に対応するパルサ（第１のパルサ２１１ａ又は第２のパルサ２１１ｂ）から送信される波高値の最大値がＶ_０の駆動パルスに応答して、プッシュパルス期間に、プッシュパルス（被検体内からシヤーウェーブを発生させるための強力な超音波パルス）を送信する。超音波プローブ２は、プッシュパルス期間において、例えば、被検体内の複数個所にプッシュパルスを送信してもよい（一の箇所におけるプッシュパルス送信時間は、例えば、９００マイクロ秒間）。

時刻Ｔ_５〜時刻Ｔ_６の期間において、第１の電源３１ａは休止中である。シーケンスコントローラは休止中の第１の電源３１ａの開放電圧を、Ｖ_０（例えば、１００ボルト）からＶ_１（例えば、１３０ボルト）に変更する制御を実行する。

シーケンスコントローラ２３は、時刻Ｔ_６（トラッキング期間の開始時刻）に、選択される電源を第２の電源３１ｂから第１の電源３１ａに切り換える。超音波プローブ２は、第１のパルサ２１１ａから送信される波高値（の最大値）がＶ_１の駆動パルスに応答して、トラッキングパルス送信期間（例えば、７００マイクロ秒間）に、トラッキングパルス（被検体内から発生されたシヤーウェーブの伝搬速度を計測するための超音波パルス）を送信する。

時刻Ｔ_６〜時刻Ｔ_７の期間において、第２の電源３１ｂは休止中である。シーケンスコントローラは休止中の第２の電源３１ｂの開放電圧を、Ｖ_０（例えば、１００ボルト）からＶ_２（例えば、１５０ボルト）に変更する制御を実行する。

シーケンスコントローラ２３は、時刻Ｔ_７（Ｂモード画像発生期間の開始時刻）に、選択される電源を第１の電源３１ａから第２の電源３１ｂに切り換える。超音波プローブ２は、第２のパルサ２１１ｂから送信される波高値（の最大値）がＶ_２の駆動パルスに応答して、Ｂモード画像発生期間（例えば、５００マイクロ秒間）に、Ｂモード用パルス（Ｂモード画像を生成するための超音波パルス）を送信する。時刻Ｔ_７〜時刻Ｔ_８の期間において、シーケンスコントローラ２３は、次の超音波送受信シーケンスにおけるプッシュパルス期間に印加する電圧を、得られたシヤーウェーブの解析結果又はＢモード画像に基づき、Ｖ’_０と決定する。すなわち、シーケンスコントローラ２３は、休止中の第１の電源３１aの開放電圧を、Ｖ_１（例えば、１３０ボルト）からＶ’_０（例えば、８０ボルト）に変更する制御を実行する。続いて時刻Ｔ_８〜時刻Ｔ_９の期間において、シーケンスコントローラ２３は休止中の第２の電源３１ｂの開放電圧を、Ｖ_２（例えば、１５０ボルト）からＶ’_０（例えば、８０ボルト）に変更する制御を実行する。上記一連の超音波送受信シーケンス（例えば、１秒間）に係る動作は、複数回実行される。

以上に述べた第１の実施形態に係る超音波診断装置１を用いて、硬さの診断を行うシヤーウェーブエラストグラフィーを実現することができる。

（変形例１）
前述の第１の実施形態に係る超音波診断装置１においては、一のパルス生成回路（例えば、第１のパルス生成回路２１０ａ）が一のパルサ（例えば、第１のパルサ２１１ａ）に接続されている。しかしながら、シーケンスコントローラ２３は電源を排他的に選択するため、同時に複数のパルサからパルスが出力されることはない。すなわち、変形例として、一のパルス生成回路と複数のパルサ各々とを、ロジックゲート２１２を介して、接続してもよい。

図４は、第１の実施形態の当該変形例に係る送信回路のブロック図の一例である。送信回路２１は、一のパルス生成回路（パルス生成回路２１０）と、パルサ（第１のパルサ２１１ａ及び第２のパルサ２１１ｂ）と、パルサ各々に対応するロジックゲート２１２とを有する。パルサ各々（第１のパルサ２１１ａ及び第２のパルサ２１１ｂ）に対応するロジックゲート２１２は、シーケンスコントローラ２３に接続されている。シーケンスコントローラ２３は、選択される電源（例えば、第１の電源３１ａ）に基づき、パルス生成回路２１０において生成された励振パルスを、ロジックゲート２１２を介して、選択される電源に対応するパルサ（例えば、第１のパルサ２１１ａ）に送信する。変形例１の場合においても、第１の実施形態による後述の効果を同様に得ることができる。

（変形例２）
変形例１も含めた第１の実施形態に係る超音波診断装置１においては、一のパルサ（例えば、第１のパルサ２１１ａ）は一の電源（例えば、第１の電源３１ａ）に接続されている。これを単一電源接続パルサと呼ぶものとする。しかしながら、パルサの数と電源の数とが対応しない例も考えられる。例えば、一のパルサ（例えば、第１のパルサ２１１ａ）に複数の電源（例えば、第１の電源３１ａ及び第２の電源３１ｂ）が接続されていてもよい。これを多電源接続パルサと呼ぶものとする。超音波診断装置１は、一の多電源接続パルサを有してもよいし、或いは、単一電源接続パルサ及び多電源接続パルサの両方を有してもよい。係る場合も、シーケンスコントローラ２３は、電源を排他的に切り換える。変形例２の場合においても、第１の実施形態による後述の効果を同様に得ることができる。

（変形例３）
超音波診断装置１は、三以上の電源を有してもよい。超音波診断装置１は、三以上のパルサを有してもよい。係る場合も、シーケンスコントローラ２３は、電源を排他的に切り換える。変形例３の場合においても、第１の実施形態による後述の効果を同様に得ることができる。

（効果）
第１の実施形態に係る超音波診断装置１によれば、以下の効果を得ることができる。

前述の通り、シーケンスコントローラ２３は、電子スイッチ３２を切り換えることで、電圧をパルサに印加する電源を、排他的に選択する。このため、一の電源を使用する期間が短くなり、印加電圧のドループを低減することができる。また、ドループを緩和するために設けられるデカップリングコンデンサの容量を小さくすることで、電源の小型化を実現することができる。更に、超音波プローブ２から出力されるプッシュパルスの送信条件によらず、プッシュパルス出力のための安定した駆動パルスを、超音波プローブ２に送信することができる。したがって、超音波プローブ２は、通常の１次元アレイプローブでもよいが、例えば、内蔵する高圧スイッチにより圧電振動子を切り換えることで、多列接続して広視野を実現するリニアアレイプローブでもよい。或いは、レンズ方向にも分割し、開口を切り換えて接続する１．２５次元プローブや１．５次元プローブでもよい。

前述の通り、休止中の電源は、電圧をパルサに印加しないことを特徴とする。このため、当該休止中の電源は、動作時にドループした印加電圧を、開放電圧まで回復することができる。すなわち、プッシュパルス等の比較的強力な超音波の送信時における電圧のドループの影響を低減することができる。

超音波診断装置１は、複数の電源（例えば、二の電源）を有する。そして当該複数の電源は排他的に選択される（同時には複数の電源は選択されない）。すなわち、複数の電源各々に要求される電力値が低くて済む。このため、電源を構成する回路の小型化と低価格化とを実現することができる。更に、発熱量も従来と比して抑えられ、冷却が容易となる。

前述の通り、シーケンスコントローラ２３は、休止中の電源の開放電圧の値を変更する制御を実行することができる。このため、超音波診断装置１は、例えば、シヤーウェーブエラストグラフィーの際に、プッシュパルス期間からトラッキングパルス期間への移行時に、休止中の電源の開放電圧の値を変更し、より感度のよいシヤーウェーブの計測を実行することができる。同様に、超音波診断装置１は、例えば、シヤーウェーブエラストグラフィーの際に、トラッキングパルス期間からＢモード用パルス期間への移行時に、休止中の電源の開放電圧の値を変更し、より感度のよいＢモード画像を生成することができる。

（従来例との比較）
図５は、従来の超音波診断装置における送信回路の一例を示すブロック図である。従来の超音波診断装置１は本実施形態が有する電源切換機能を有さない。また、従来の超音波診断装置１は、休止中の電源の開放電圧の値を変更することができない。

図６は、従来の超音波診断装置を用いたシヤーウェーブエラストグラフィーにおいて、送信パルスシーケンスを示したタイミングチャートの一例である。図６（ａ）は、第１の電源３１ａにおける開放電圧の時間変化を示している。図６（ｂ）は、第２の電源３１ｂにおける開放電圧の時間変化を示している。図６（ｃ）は、シーケンスコントローラ２３に選択される電源の時間変化を示している。すなわち、図６（ｃ）中の１は第１の電源３１ａが選択されている状態を表し、同図中の２は第２の電源３１ｂが選択されている状態を表している。図６（ｄ）は、いずれかのパルサから超音波プローブ２の有する圧電振動子に送信される駆動パルス（波高値）の時間変化を示している。

図６（ａ）、（ｂ）及び（ｄ）中のＶ_０、Ｖ_１は、図３（ｃ）におけるＶ_０、Ｖ_１と対応しており、それぞれ電圧の値を示している。また、図６（ｃ）中のＴ_０、Ｔ_６〜Ｔ_８は、図３（ｃ）におけるＴ_０、Ｔ_６〜Ｔ_８と対応しており、電源が選択される時刻（或いは選択される電源が切り換わる時刻）を順に表している。

従来の超音波診断装置は、プッシュパルス期間に一の電源（第１の電源３１ａを例示）を用いる。このため、印加電圧のドループの影響が顕著となる（図３（ｄ）及び図６（ｄ）を比較参照）。また、ドループを緩和するために設けられるデカップリングコンデンサの容量が大きくなり、結果、電源が大型化してしまう。更に、発熱量も本実施形態と比して大きくなり、冷却が困難である。

また、従来の電源は固定の開放電圧を有するため、従来の超音波診断装置１は、本実施形態と比して、シヤーウェーブの計測感度及びＢモード画像生成感度が低い（図３（ａ）及び（ｂ）と図６（ａ）及び（ｂ）とを比較参照）。

（第２の実施形態）
第１の実施形態において、シーケンスコントローラ２３は、所定の時間間隔又は所定のパルス出力数をトリガとして、電源切換機能を実行するものである（オープンループ制御）。一方、第２の実施形態において、シーケンスコントローラ２３は、比較器を利用したフィードバック制御により、電源切換機能を実行する。

図７は、第２の実施形態に係る送信回路２１の一例を示すブロック図である。第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、重複説明は省略する。送信回路２１に関連して、超音波プローブ２、ホストコンピュータ１０、シーケンスコントローラ２３、電源ユニット３０（電源（第１の電源３１ａ及び第２の電源３１ｂ）及び電子スイッチ３２）が、ともに図示されている。当該送信回路２１は、パルス生成回路２１０と、パルサ（第１のパルサ２１１ａ及び第２のパルサ２１１ｂ）と、パルサ各々に対応するロジックゲート２１２と、電源各々に対応する比較器（第１の比較器２１３ａ及び第２の比較器２１３ｂ）とを有する。また、第２の実施形態に係る超音波診断装置１は、前述の電源切換機能を有する。

第１の比較器２１３ａは、第１の電源３１ａから第１のパルサ２１１ａに送信される印加電圧と、ホストコンピュータ１０から出力される第１の定電圧（第１の電源の監視電圧）とを比較する（監視手段）。例えば、第１の電源の監視電圧は、第１の電源３１ａの開放電圧の９０％等とし、閾値とすればよい。第１の比較器２１３ａは、当該比較結果に基づいて、異なる二の電圧値（すなわち０又は１を表す１ビットの演算）をシーケンスコントローラ２３に送信する。例えば、シーケンスコントローラ２３が第１の電源３１ａを選択している場合、シーケンスコントローラ２３は、印加電圧が閾値を下回る瞬間、すなわち０を表す電圧値から１を表す電圧値への切り換わり（又は１を表す電圧値から０を表す電圧値への切り換わり）をトリガとして、第２の電源３１ｂを、電子スイッチ３２を介して、選択する。

同様に、第２の比較器２１３ｂは、第２の電源３１ｂから第２のパルサ２１１ｂに送信される印加電圧と、ホストコンピュータ１０から出力される第２の定電圧（第２の電源の監視電圧）とを比較する。例えば、第２の電源の監視電圧は、第２の電源３１ｂの開放電圧の９０％等とし、閾値とすればよい。第２の比較器２１３ｂは、当該比較結果に基づいて、異なる二の電圧値（すなわち０又は１を表す１ビットの演算）をシーケンスコントローラ２３に送信する。例えば、シーケンスコントローラ２３が第２の電源３１ｂを選択している場合、シーケンスコントローラ２３は、印加電圧が閾値を下回る瞬間、すなわち０を表す電圧値から１を表す電圧値への切り換わり（又は１を表す電圧値から０を表す電圧値への切り換わり）をトリガとして、第２の電源３１ｂを、電子スイッチ３２を介して、選択する。

（効果）
第２の実施形態に係る超音波診断装置１によれば、以下の効果を得ることができる。

超音波診断装置１は、複数の電源（例えば、二の電源）を有する。そして当該複数の電源は排他的に選択される（同時には複数の電源３１は選択されない）。すなわち、複数の電源各々に要求される電力値が低くて済む。このため、電源を構成する回路の小型化と低価格化とを実現することができる。更に、発熱量も従来と比して抑えられ、冷却が容易となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。本実施形態では、シヤーウェーブエラストグラフィーを例にとり説明を行ったが、例えば、予め被検体に薬剤カプセルを投与し、比較的強力な超音波パルスの照射によって、被検体内の薬剤カプセルを破壊して体内の薬剤分布を制御することで、ドラッグデリバリーシステムを実現することも可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…超音波診断装置、２…超音波プローブ、３…装置本体、４…表示部、５…入力部、６…ネットワーク、１０…ホストコンピュータ、２０…送受信ユニット、２１…送信回路、２２…受信回路、２３…シーケンスコントローラ、３０…電源ユニット、３１ａ…第１の電源、３１ｂ…第２の電源、３２…電子スイッチ、４０…Ｂモード処理部、５０…ドプラ処理部、６０…超音波画像生成部、７０…画像合成部、８０…記憶部、９０…インターフェース部、２１０…パルス生成回路、２１０ａ…第１のパルス生成回路、２１０ｂ…第２のパルス生成回路、２１１ａ…第１のパルサ、２１１ｂ…第２のパルサ、２１２…ロジックゲート、２１３ａ…第１の比較器、２１３ｂ…第２の比較器

Claims

供給される駆動信号に応答して、超音波を発生する複数の圧電振動子を有する超音波プローブと、
複数の電源と、
前記圧電振動子毎に設けられた送信回路であって、それぞれが、前記複数の電源のうちの第１の電源に接続された第１のパルサと、前記複数の電源のうちの第２の電源に接続された第２のパルサと、を有し、前記第１の電源又は前記第２の電源による印加電圧に基づいて、前記駆動信号を対応する前記圧電振動子に出力する前記複数の送信回路と、
映像化用の送信モードとは異なり且つ映像化用の送信モードに比して高い印加電圧を使用する一の送信モード期間内において、前記第１の電源と前記第２の電源とを選択的に切り替えて前記駆動信号の発生に用いる制御器と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
前記制御器は、所定の時間間隔毎に、前記第１の電源と前記第２の電源とを選択的に切り替えて前記駆動信号の発生に用いることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
前記制御器は、所定のパルス出力数毎に、前記第１の電源と前記第２の電源とを選択的に切り替えて前記駆動信号の発生に用いることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
前記印加電圧を監視する監視手段を更に備え、
前記制御器は、前記印加電圧が所定の閾値を下回る毎に、前記第１の電源と前記第２の電源とを選択的に切り替えて前記駆動信号の発生に用いること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
前記制御器は、前記第１の電源及び前記第２の電源のうち休止中の電源の開放電圧を変更することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の超音波診断装置。