JP6561637B2 - 超音波画像生成システムおよび超音波ワイヤレスプローブ - Google Patents

Description

本発明は、超音波画像生成システムおよび超音波ワイヤレスプローブに関する。

生体に超音波を照射し、その反射を検出して生体内部の状態を示す超音波画像を生成する超音波画像生成システムが広く使用されている。一般的な超音波画像生成システムは、本体部と、本体部にケーブルで接続された超音波トランスデューサ（以下、超音波部と称す）と、を有する。本体部は、超音波部の駆動信号を生成し、生成した駆動信号をケーブルを介して超音波部に送信する。超音波部は、駆動信号にしたがって超音波を出力し、反射した超音波を捕えて反射超音波信号を生成し、本体部に送信する。本体部は、受信した反射超音波信号を処理して超音波画像を生成し、ディスプレイに表示する。

近年、超音波画像生成システムは、モバイル機器化が期待されており、小型化、低コスト化、操作性向上等が望まれている。手で把持して生体部に接触させる超音波部がケーブルで本体部に接続されているために操作が制約される。そこで、ケーブルを無くし、無線通信でデータ通信を行うこと、すなわちワイヤレス化することで操作性を向上することが提案されている。しかし、超音波部と本体部間の通信は、データ転送量が多いため、無線通信では大量のデータを短時間に通信するのが難しく、超音波画像生成システムの小型化および操作性の向上を阻害する要因の１つとなっている。

また、一般に超音波画像生成システムは専用装置となっており、高価格である。そこで、ＰＣ、ＰＣタブレット、スマートフォン等の汎用端末を利用することで、低価格化することが望まれる。しかし、専用装置は機械式のつまみやスイッチを多く備えることで操作性の向上を図っていることもあり、汎用端末で同様の操作性を実現するのが難しいとう問題があった。さらに、ケーブルが特別なＩ／Ｆに対応したものであることも、超音波画像生成システムが専用端末となる原因になっている。

特開２０１２−１８７２４４号公報 特開２０１０−５７５６２号公報 米国特許出願公開第２００３／０１３９６６４号明細書

実施形態によれば、操作性を改善した超音波診断装置が実現される。

第１の態様の超音波画像生成システムは、プローブ部と、端末と、を有する。プローブ部は、超音波信号を送受信する超音波部、超音波部に供給する駆動信号を生成すると共に超音波部の受信信号を処理して超音波画像信号を生成する駆動制御・信号処理部およびプローブ側無線通信部を有する。端末は、プローブ側無線通信部と相互に無線通信する端末側無線通信部、超音波画像信号に基づいた超音波画像の表示を行う表示部および一般測定情報を入力する操作部を有する。プローブ部は、端末から送信された一般測定情報から駆動信号の生成および受信信号の処理に必要な制御情報を決定する制御情報決定部を有する。制御情報決定部は、一般測定情報と制御情報とを対応づけた表を有する。

実施形態によれば、超音波画像生成システムの操作性が改善される。

図１は、一般的な超音波画像生成システムの構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態の超音波画像生成システムの構成を示すブロック図である。 図３は、汎用端末の表示部の表示例を示す図である。 図４は、一般測定情報と制御情報のパラメータ設定テーブル（表）を示す図である。

実施形態の超音波画像生成システムを説明する前に、一般的な超音波画像生成システムについて説明する。
図１は、一般的な超音波画像生成システムの構成を示すブロック図である。
一般的な超音波画像生成システムは、プローブ１０と、本体部２０と、プローブ１０と本体部２０とを接続するケーブル１５と、を有する。プローブ１０と本体部２０は、ケーブル１５で接続され、本体部２０とプローブ１０の間で通信すると共に、本体部２０からプローブ１０へ電源が供給される。

プローブ１０は、超音波画像生成システムの測定者が保持し、測定対象である生体１の表面に接触され、生体１の内部を超音波により測定する。プローブ１０は、ケーブルを介して受信した高電圧パルス信号を音波に変換し、音波を生体１に出力し、生体１内で筋肉や脂肪など音響インピーダンスが異なる境界において反射された音波を電気信号に変換するトランスデューサ１１を有する。

本体部２０は、パルサ＆スイッチ２１と、ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２と、デジタル信号処理部２３と、制御部２４と、表示制御部２５と、表示部２６と、操作部２７と、を有する。パルサ＆スイッチ２１は、トランスデューサ１１に供給する高電圧パルス信号を生成すると共に、スイッチ回路により反射音波の電気信号を選択し、ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２に出力する。パルサ＆スイッチ回路２１は、制御部２４からの制御信号に応じて、生体内で複数チャネル同時送信した信号のフォーカスを合わせるため、チャネルごとに遅延量を変えてフォーカスを合わせる処理を実施する。ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２は、制御部２４からの制御信号に応じて、アンプ（ＡＭ）により電気信号を増幅した後、ＡＤＣ(Analog-to-Digital Converter)によりデジタル信号に変換し、デジタル信号処理部２３に出力する。ここでは、トランスデューサ１１の入出力のチャネル数が６４、およびＡＭＰ＆ＡＤＣ２２のチャネル数が８の例を示しているが、これらは任意であり、トランスデューサ１１のチャネル間隔及びチャネル数により得られる超音波画像の幅及び分解能が決まる。パルサ＆スイッチ２１は、ＡＤＣのチャネル数分だけ同時にパルサ送信する。

デジタル信号処理部２３では、制御部２４からの制御信号を利用して、ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２からのデジタル信号の輝度情報への変換を行い、生体内での減衰を加味したゲイン補正などを実施し、超音波画像信号を生成する。以上の処理は、６４チャネル分を１チャネルずつシフトして送受信し、その受信信号を処理することにより超音波画像信号を得ることができる。表示制御部２５は、デジタル信号処理部２３から超音波画像信号を受け、表示部２６に超音波画像を表示するように制御する。

制御部２４は、測定者が操作部２７を利用して入力した一般測定情報、例えば測定部位、測定対象者の性別、年齢、身長および体重（ＢＭＩでも可）等を受ける。制御部２４は、パラメータテーブル（表）を有しており、テーブルを利用して一般測定情報に適した制御情報を決定する。制御情報には、ゲイン、フォーカス位置、フォーカス点数、使用する画像処理パターン等が含まれる。制御部２４は、これらの制御情報に基づいて、パルサ＆スイッチ回路２１、ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２、デジタル信号処理部２３および表示制御部２５を制御する。前述のように、パルサ＆スイッチ回路２１は、生体内で複数チャネル同時送信した信号のフォーカスを合わせるため、チャネルごとに遅延量を変えてフォーカスを合わせる処理を実施するが、フォーカス位置およびフォーカス点数はこれらの制御に利用される。また、ゲインは、ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２におけるゲイン調整に利用され、画像処理パターンは、デジタル信号処理部２３において使用する画像処理方法の決定に利用される。また、これらの制御情報は、表示部２６で良好な超音波画像を表示するために、表示制御部２５により利用される。さらに、一般測定情報は表示制御部２５に供給され、測定対象者の確認のために、表示部２６に表示される。

上記の一般的な超音波画像生成システムの構成は、広く知られているので、これ以上の説明は省略する。
図２は、実施形態の超音波画像生成システムの構成を示すブロック図である。

実施形態の超音波画像生成システムは、本体部２０の代わりに汎用端末４０を採用したこと、本体部２０の構成要素の一部をプローブ側に移動したこと、汎用端末４０とプローブの間をケーブルでなく無線通信で接続したことが、図１の一般的な装置と異なる。そこで、図１と図２で共通の構成要素については同一の参照符号を付して表し、説明を省略する。

実施形態の超音波画像生成システムは、プローブ３０と、汎用端末４０と、を有する。プローブ３０と汎用端末４０は、無線通信により通信可能である。ケーブルが設けられないため、プローブ３０へ電源を供給することはできないので、プローブ３０は、電池を有し、各部は電池駆動される。電池は、一次電池でも、充電可能な二次電池でもよい。

プローブ３０は、トランスデューサ１１、パルサ＆スイッチ２１、ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２およびデジタル信号処理部２３に加えて、プローブ制御部３１と、無線通信部３２と、を有する。汎用端末４０は、表示制御部２５、表示部２６および操作部２７に加えて、端末制御部４１と、無線通信部４２と、を有する。図１の制御部２４の機能は、プローブ制御部３１および端末制御部４１により実現される。一般測定情報に適した制御情報を決定するためのパラメータテーブル（表）は、プローブ制御部３１に設けられる。端末制御部４１は、一般測定情報の入力に関係する簡便な処理を行うだけである。

無線通信部３２および無線通信部４２は、それぞれ近距離無線通信機能（例えば、BLUETOOTH（登録商標））を有し、相互に無線通信（ワイヤレス通信）可能である。このように、プローブにケーブルが接続されないため、操作性が向上する。

汎用端末４０は、表示機能、入力機能および無線通信機能を有する端末であれば、どのようなものでも使用可能であり、例えばＰＣタブレット、ＰＣ、スマートフォン等に、超音波画像生成システム用アプリケーションソフトをインストールして使用する。

以上の通り、実施形態の超音波画像生成システムは、まずワイヤレス化を実現するため、これまで本体側にあった機能のパルサ＆スイッチ２１をプローブ３０側に配置する。これによりこれまでケーブルで転送していたトランスデューサとパルサ＆スイッチ間の高電圧パルス信号および生体からの反射波のデータが同一基板上で転送されることになりケーブルを無くすことができる。また、プローブ３０側にＡＭＰ＆ＡＤＣ２２およびデジタル信号処理部２３を配置することにより、プローブ３０側で反射波のデータをデジタル信号処理で画像データ化することが可能となる。これに伴い、通信するデータサイズが圧縮されるため、無線で容易に汎用端末４０に転送することが可能となる。

汎用端末４０は、パルサ＆スイッチ２１、ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２、デジタル信号処理部２３がプローブ３０側に配置され、汎用端末の表示機能、入力機能、無線通信機能等の汎用端末の既存の機能を利用するだけであるから、汎用品で実現される。これにより、コストを低減し、装置を小型化できる。

図３は、汎用端末の表示部の表示例を示す図である。
汎用端末４０の表示部２６には、取得した超音波画像５０と、対象者の氏名、年齢、性別、身長、体重、ＢＭＩ(Body Mass Index)、腹囲等の対象者情報５１と、測定対象部位５２（腹部５２Ａ、胸部５２Ｂ、上腕部５２Ｃ、大腿部５２Ｄ等）が表示される。対象者情報５１および測定対象部位５２は、測定者が操作部２７を利用して表示部２６の表示内容を確認しながら入力される。しかし、これに限定されるものではなく、測定者に対応した汎用端末の場合には、汎用端末にあらかじめ記憶されている情報を利用することも可能である。また、表示部２６がタッチスクリーン機能を有する者であれば、操作部２７は不要で、表示部２６をタッチすることによりこれらの情報の入力が可能である。

端末制御部４１は、入力された測定部位および対象者情報（測定に必要な情報のみでよい）を、無線通信部４２および無線通信部３２を介して、プローブ制御部３１に送信する。プローブ制御部３１は、受信した情報を元に、パラメータテーブルに従って制御情報を決定し、パルサ＆スイッチ２１、ＡＭＰ＆ＡＤＣ２２およびデジタル信号処理部２３を制御する。これにより汎用端末４０でパラメータを設定することが削減され操作性を維持することができる。

図４は、一般測定情報と制御情報のパラメータ設定テーブル（表）を示す図である。
一般測定情報は、測定部位（腹部、胸部、上腕部、大腿部等）、生物、ＢＭＩ（体重／（身長）²)、年齢を含み、制御情報は、ゲイン、フォーカス位置、フォーカス点数、画像処理パターンを含む。

例えば、腹囲が大きい対象者の場合には腹部の測定深度は深くなるため、体内での減衰を加味して深部の反射波データのゲインをより引き上げて画像輝度を適切にする必要であり、適切なゲインをテーブルに設定する。また、測定深度に応じてフォーカス点位置が変わるためにパルサ＆スイッチ回路２１の遅延量を変更する必要であり、さらに深度に応じてフォーカス点を複数持たせることで画質を向上させたりすることが想定される。そこで、適切なフォーカス位置およびフォーカス点数をテーブルに設定する。その他にも、測定部位ごとに測定範囲の変更や、特徴のある画像に合わせたフィルタ処理などの画像処理パターンの変更することが考えられるので、測定部位ごと適切な画像処理パターンをテーブルに設定する。

実施形態では、汎用端末４０側ではなくプローブ３０側に画像最適化パラメータのテーブルを持たせるので、テーブル情報更新の際にはプローブのテーブル情報を更新するだけでよく、汎用端末４０側は作業を要しない。これにより異なる汎用端末使用時にも同じパラメータで測定することが可能となる。

以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。

１１ トランスデューサ
２１ パルサ＆スイッチ
２２ ＡＭＰ＆ＡＤＣ
２３ デジタル信号処理部
２５ 表示制御部
２６ 表示部
２７ 操作部
３０ プローブ
３１ プローブ制御部
３２ 無線通信部
４０ 汎用端末
４１ 端末制御部
４２ 無線通信部

Claims (4)

1. 超音波信号を送受信する超音波部、前記超音波部に供給する駆動信号を生成すると共に前記超音波部の受信信号を処理して超音波画像信号を生成する駆動制御・信号処理部およびプローブ側無線通信部を有するプローブ部と、
   前記プローブ側無線通信部と相互に無線通信する端末側無線通信部、前記超音波画像信号に基づいた超音波画像の表示を行う表示部および一般測定情報を入力する操作部を有する端末と、を有し、
   前記プローブ部は、前記端末から送信された前記一般測定情報から前記駆動信号の生成および前記受信信号の処理に必要な制御情報を決定する制御情報決定部を有し、
   前記制御情報決定部は、前記一般測定情報と前記制御情報とを対応づけた表を有することを特徴とする超音波画像生成システム。
2. 超音波信号を送受信する超音波部、前記超音波部に供給する駆動信号を生成すると共に前記超音波部の受信信号を処理して超音波画像信号を生成する駆動制御・信号処理部およびプローブ側無線通信部を有するプローブ部と、
   前記プローブ側無線通信部と相互に無線通信する端末側無線通信部、前記超音波画像信号に基づいた超音波画像の表示を行う表示部および一般測定情報を入力する操作部を有する端末と、を有し、
   前記プローブ部は、前記端末から送信された前記一般測定情報から前記駆動信号の生成および前記受信信号の処理に必要な制御情報を決定する制御情報決定部を有し、
   前記一般測定情報は、測定対象部位、性別、およびＢＭＩを含み、
   前記制御情報は、ゲイン、フォーカス位置、フォーカス点数、および画像処理パターンを含むことを特徴とする超音波画像生成システム。
3. 超音波信号を送受信する超音波部と、
   前記超音波部に供給する駆動信号を生成すると共に前記超音波部の受信信号を処理して超音波画像信号を生成する駆動制御・信号処理部と、
   無線通信部と、
   前記無線通信部が受信した一般測定情報から前記駆動信号の生成および前記受信信号の処理に必要な制御情報を決定する制御情報決定部と、を有し、
   前記無線通信部から前記超音波画像信号を送信し、
   前記制御情報決定部は、前記一般測定情報と前記制御情報とを対応づけた表を有することを特徴とする超音波ワイヤレスプローブ。
4. 超音波信号を送受信する超音波部と、
   前記超音波部に供給する駆動信号を生成すると共に前記超音波部の受信信号を処理して超音波画像信号を生成する駆動制御・信号処理部と、
   無線通信部と、
   前記無線通信部が受信した一般測定情報から前記駆動信号の生成および前記受信信号の処理に必要な制御情報を決定する制御情報決定部と、を有し、
   前記無線通信部から前記超音波画像信号を送信し、
   前記一般測定情報は、測定対象部位、性別、およびＢＭＩを含み、
   前記制御情報は、ゲイン、フォーカス位置、フォーカス点数、および画像処理パターンを含むことを特徴とする超音波ワイヤレスプローブ。

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