JP7336596B2 - 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、超音波観測装置の作動プログラム、及び超音波観測システム - Google Patents

超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、超音波観測装置の作動プログラム、及び超音波観測システム Download PDF

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Description

本発明は、超音波観測装置、超音波観測システム、及び超音波観測装置の作動方法に関する。
従来、超音波振動子に送信信号を送信して被検体に超音波を照射するとともに、超音波振動子が受信した受信信号を受信して超音波画像を生成する超音波観測装置が知られている。
超音波観測装置は、超音波振動子が有する圧電素子の分極特性を利用して超音波の送受信を行う。具体的には、超音波観測装置は、高電圧のパルス信号である送信信号を圧電素子に印加することにより、圧電素子から被検体に超音波を照射させる。その後、被検体により反射された超音波エコーを圧電素子が受信し、電圧に変換して出力した受信信号を超音波観測装置が受信する。そして、超音波観測装置は、受信した受信信号を用いて超音波画像を生成する。
圧電素子の分極特性は、経時的に劣化（脱分極）し、同時に音響特性も劣化する。特許文献１及び２には、脱分極した圧電素子に高電圧を印加することにより再分極させ、音響特性を回復させる技術が開示されている。
特許文献１の技術では、所定の期間をおいて定期的（超音波観測装置のメンテナンス時、起動時等）に再分極処理を行う必要がある。特許文献２の技術では、超音波観測装置に超音波プローブを接続する際に、圧電素子を再分極するための高電圧が印加される。
特開２０１１－５０２４号公報 特開２００４－２３００３３号公報
しかしながら、特許文献１及び２の技術では、超音波観測装置の使用時に音響特性を回復させることができなった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、超音波観測装置の使用時においても音響特性を回復させることができる超音波観測装置、超音波観測システム、及び超音波観測装置の作動方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、圧電素子に送信信号を送信する送信部と、前記圧電素子から受信信号を受信する受信部と、前記圧電素子に所定の信号を送信する信号送信部と、前記送信部が前記送信信号を送信する送信タイミングと、前記受信部が前記受信信号を受信する受信タイミングとを制御するタイミング制御部と、前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる信号制御部と、を備える。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記所定の信号は、前記圧電素子を再分極させる再分極信号である。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記所定の信号は、ユニポーラパルスである。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記送信タイミングと前記受信タイミングとは、異なるタイミングである。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記信号制御部は、前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない領域の一部に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない領域の一部に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記信号制御部は、所定の周期で前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記受信信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部を備え、前記信号制御部は、前記画像生成部が前記超音波画像を生成している状態において、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記信号制御部が、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる領域を表示装置に表示させる表示制御部を備える。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記受信信号が被検体からの反射信号であるか否かを判定する判定部を備え、前記信号制御部は、前記判定部が、前記受信信号が被検体からの反射信号ではないと判定した領域に、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記判定部は、前記受信信号の電圧値が閾値を超えた場合に、前記受信信号が被検体からの反射信号ではないと判定する。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記信号制御部は、複数の前記圧電素子のうち、前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない圧電素子に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない圧電素子に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記送信部は、１つの前記圧電素子に前記送信信号を送信する複数の送信回路を有し、前記圧電素子の数と、前記送信回路の数とが等しい。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、前記送信部は、１つの前記圧電素子に前記送信信号を送信する複数の送信回路を有し、前記送信回路と前記圧電素子との接続を切り替えるスイッチ部を備える。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置は、複数の前記圧電素子は、円周に沿って配列されている。
また、本発明の一態様に係る超音波観測システムは、超音波観測装置と、前記圧電素子を有する超音波振動子と、を備える。
また、本発明の一態様に係る超音波観測装置の作動方法は、圧電素子に送信信号を送信する送信部と、前記圧電素子から受信信号を受信する受信部と、前記圧電素子に前記圧電素子を再分極させる所定の信号を送信する信号送信部と、を備える超音波観測装置の作動方法であって、タイミング制御部が、前記送信部が前記送信信号を送信する送信タイミングと、前記受信部が前記受信信号を受信する受信タイミングとを制御し、信号制御部が、前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる。
本発明によれば、超音波観測装置の使用時においても音響特性を回復させることができる超音波観測装置、超音波観測システム、及び超音波観測装置の作動方法を実現することができる。
図１は、実施の形態１に係る超音波観測装置を含む超音波観測システム全体の構成を示す模式図である。 図２は、図１に示す超音波観測装置の構成を示すブロック図である。 図３は、超音波観測装置が実行する処理の概要を示すフローチャートである。 図４は、圧電素子と送受信回路との接続関係を説明するための図である。 図５は、変形例に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。 図６は、各信号の送受信のタイミングを表すタイミングチャートである。 図７は、送信タイミングにおける圧電素子と送受信回路との接続関係を説明するための図である。 図８は、受信タイミングにおける圧電素子と送受信回路との接続関係を説明するための図である。 図９は、圧電素子の位置関係を説明するための図である。
以下に、図面を参照して本発明に係る超音波観測装置、超音波観測システム、及び超音波観測装置の作動方法の実施の形態を説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。本発明は、圧電素子を有する超音波振動子を制御する超音波観測装置、超音波観測システム、及び超音波観測装置の作動方法一般に適用することができる。
また、図面の記載において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
（実施の形態１）
〔超音波観測システムの構成〕
図１は、実施の形態１に係る超音波観測装置を含む超音波観測システム全体の構成を示す模式図である。超音波観測システム１は、超音波内視鏡を用いて人等の被検体内の超音波観察を行うシステムである。この超音波観測システム１は、図１に示すように、超音波内視鏡２と、超音波観測装置３と、内視鏡観察装置４と、表示装置５と、光源装置６と、超音波振動子７と、を備える。
超音波内視鏡２は、その先端部に超音波振動子７を有し、超音波観測装置３から受信した電気的なパルス信号（送信信号）を超音波パルス（音響パルス）に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号（受信信号）に変換して出力する。
超音波内視鏡２は、通常は撮像光学系及び撮像素子を有しており、被検体の消化管（食道、胃、十二指腸、大腸）、又は呼吸器（気管、気管支）へ挿入され、消化管や、呼吸器の撮像を行うことが可能である。また、その周囲臓器（膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等）を、超音波を用いて撮像することが可能である。また、超音波内視鏡２は、光学撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡２の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置６に接続されている。
超音波内視鏡２は、図１に示すように、挿入部２１と、操作部２２と、ユニバーサルコード２３と、コネクタ２４と、を備える。挿入部２１は、被検体内に挿入される部分である。この挿入部２１は、図１に示すように、先端側に設けられ、超音波を送受信する超音波振動子７を保持する硬性の先端硬質部２１１と、先端硬質部２１１の基端側に連結され湾曲可能とする湾曲部２１２と、湾曲部２１２の基端側に連結され可撓性を有する可撓管部２１３と、を備える。ここで、挿入部２１の内部には、具体的な図示は省略したが、光源装置６から供給された照明光を伝送するライトガイド、各種信号を伝送する複数の信号ケーブルが引き回されているとともに、処置具を挿通するための処置具用挿通路が形成されている。なお、本明細書では、挿入部２１の超音波振動子７側を先端側、操作部２２に連なる側を基端側とする。
操作部２２は、挿入部２１の基端側に連結され、医師等からの各種操作を受け付ける部分である。この操作部２２は、図１に示すように、湾曲部２１２を湾曲操作するための湾曲ノブ２２１と、各種操作を行うための複数の操作部材２２２と、を備える。また、操作部２２には、処置具用挿通路に連通し、当該処置具用挿通路に処置具を挿通するための処置具挿入口２２３が形成されている。
ユニバーサルコード２３は、操作部２２から延在し、各種信号を伝送する複数の信号ケーブル、及び光源装置６から供給された照明光を伝送する光ファイバ等が配設されたケーブルである。
コネクタ２４は、ユニバーサルコード２３の先端に設けられている。そして、コネクタ２４は、超音波ケーブル３ａ、ビデオケーブル４ａ、及び光ファイバケーブル６ａがそれぞれ接続される第１～第３コネクタ部２４１～２４３を備える。
超音波観測装置３は、超音波ケーブル３ａ（図１参照）を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、超音波ケーブル３ａを介して超音波内視鏡２にパルス信号である送信信号を出力するとともに超音波内視鏡２からエコー信号である受信信号を入力する。そして、超音波観測装置３は、当該エコー信号に所定の処理を施して超音波画像を生成する。
内視鏡観察装置４は、ビデオケーブル４ａ（図１参照）を介して超音波内視鏡２に電気的に接続し、ビデオケーブル４ａを介して超音波内視鏡２からの画像信号を入力する。そして、内視鏡観察装置４は、当該画像信号に所定の処理を施して内視鏡画像を生成する。
表示装置５は、液晶又は有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）、プロジェクタ、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）などを用いて構成され、超音波観測装置３にて生成された超音波画像や、内視鏡観察装置４にて生成された内視鏡画像等を表示する。
光源装置６は、光ファイバケーブル６ａ（図１）を介して超音波内視鏡２に接続し、光ファイバケーブル６ａを介して被検体内を照明する照明光を超音波内視鏡２に供給する。
超音波振動子７は、例えば２５６個の圧電素子が円周に沿って配列されているラジアル振動子であるが、コンベックス振動子、リニア振動子であってもよく、圧電素子の数も特に限定されない。また、超音波振動子７は、振動子を２次元的に配列したものであってもよい。超音波内視鏡２は、超音波振動子７として複数の圧電素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる圧電素子を電子的に切り替えたり、各圧電素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものである。
〔超音波観測装置の構成〕
図２は、図１に示す超音波観測装置の構成を示すブロック図である。超音波観測装置３は、図２に示すように、送信部３１と、受信部３２と、信号送信部３３と、タイミング制御部３４と、信号制御部３５と、信号処理部３６と、画像生成部３７と、判定部３８と、入力部３９と、制御部４０と、記憶部４１と、表示制御部４２と、を備える。
送信部３１は、圧電素子に送信信号を送信する。具体的には、送信部３１は、高電圧パルス生成部を有し、超音波内視鏡２と電気的に接続され、所定の波形及び送信タイミングに基づいて高電圧パルス生成部において生成した高電圧パルスである送信信号を超音波振動子７の各圧電素子へ送信する。送信部３１は、圧電素子に送信信号を送信する２５６個の送信回路を有し、各送信回路は、それぞれ１つの圧電素子に接続されている。送信部３１が送信するパルス信号の周波数帯域は、超音波振動子７におけるパルス信号の超音波パルスへの電気音響変換の線型応答周波数帯域をほぼカバーする広帯域にするとよい。また、受信部３２は、制御部４０が出力する各種制御信号を超音波内視鏡２に対して送信する。
受信部３２は、圧電素子から受信信号を受信する。具体的には、受信部３２は、超音波振動子７の各圧電素子から電気的なエコー信号である受信信号を受信してデジタルの高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号のデータ（以下、ＲＦデータという）を生成、出力する。受信部３２は、圧電素子から受信信号を受信する２５６個の受信回路を有し、各受信回路は、それぞれ１つの圧電素子に接続されている。すなわち、超音波振動子７が有する圧電素子の数と、送信部３１が有する送信回路の数と、受信部３２が有する受信回路の数と、が等しい。なお、送信タイミングと受信タイミングとが異なる場合、送信回路と受信回路との機能を１つの回路で実現してもよく、この回路を以下において送受信回路という。また、受信部３２は、超音波内視鏡２から識別用のＩＤを含む各種情報を受信して制御部４０へ送信する機能も有する。
信号送信部３３は、圧電素子に所定の信号を送信する。所定の信号は、圧電素子を再分極させる高電圧の再分極信号であり、例えばユニポーラパルスである。具体的には、信号送信部３３は、送信部３１の高電圧パルス生成部に制御信号を送信することにより、送受信回路を経由して、圧電素子に再分極信号を送信する。ただし、信号送信部３３は、高電圧パルス生成部を有していてもよい。また、所定の信号は、圧電素子を再分極させる効果がある高電圧の信号であればよく、バイポーラパルスであってもよい。
タイミング制御部３４は、送信部が送信信号を送信する送信タイミングと、受信部が受信信号を受信する受信タイミングとを制御する。送信タイミングと受信タイミングとは、異なるタイミングである。タイミング制御部３４は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｃｅｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や各種演算回路等を用いて実現される。
信号制御部３５は、送信タイミングにおいて、送信部３１が送信信号を送信しない領域に対して、信号送信部３３に所定の信号を送信させる、又は受信タイミングにおいて、受信部３２が受信信号を受信しない領域に対して、信号送信部３３に所定の信号を送信させる。信号制御部３５は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
信号処理部３６は、受信部３２から受信したＲＦデータをもとにデジタルのＢモード用受信データを生成する。具体的には、信号処理部３６は、ＲＦデータに対してバンドパスフィルタ、包絡線検波、対数変換など公知の処理を施し、デジタルのＢモード用受信データを生成する。対数変換では、ＲＦデータを基準電圧Ｖｃで除した量の常用対数をとってデシベル値で表現する。信号処理部３６は、生成した１フレーム分のＢモード用受信データを、画像生成部３７へ出力する。信号処理部３６は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
画像生成部３７は、受信部３２から受信した受信信号（ＲＦデータ）に基づいて超音波画像（画像データ）を生成する。画像生成部３７は、Ｂモード用受信データに対して、スキャンコンバーター処理、ゲイン処理、コントラスト処理等の公知の技術を用いた信号処理を行うとともに、表示装置５における画像の表示レンジに応じて定まるデータステップ幅に応じたデータの間引き等を行うことによってＢモード画像データを生成する。スキャンコンバーター処理では、Ｂモード用受信データのスキャン方向を、超音波のスキャン方向から表示装置５の表示方向に変換する。Ｂモード画像は、色空間としてＲＧＢ表色系を採用した場合の変数であるＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の値を一致させたグレースケール画像である。画像生成部３７は、信号処理部３６からのＢモード用受信データに走査範囲を空間的に正しく表現できるよう並べ直す座標変換を施した後、Ｂモード用受信データ間の補間処理を施すことによってＢモード用受信データ間の空隙を埋め、Ｂモード画像データを生成する。画像生成部３７は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
判定部３８は、受信信号が被検体からの反射信号であるか否かを判定する。具体的には、判定部３８は、受信信号の電圧値が閾値を超えた場合に、受信信号が被検体からの反射信号であると判定する。
入力部３９は、キーボード、マウス、タッチパネル、トラックボール等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける。入力部３９は、ユーザによる観測位置の入力を受け付ける。観測位置は、超音波画像内においてユーザが最も観察したい位置である。
制御部４０は、超音波観測システム１全体を制御する。制御部４０は、演算及び制御機能を有するＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。制御部４０は、記憶部４１が記憶、格納する情報を記憶部４１から読み出し、超音波観測装置３の作動方法に関連した各種演算処理を実行することによって超音波観測装置３を統括して制御する。なお、制御部４０をタイミング制御部３４、信号制御部３５、信号処理部３６、画像生成部３７、判定部３８、又は表示制御部４２と共通のＣＰＵ等を用いて構成することも可能である。
記憶部４１は、超音波観測システム１を動作させるための各種プログラム、及び超音波観測システム１の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータなどを記憶する。また、記憶部４１は、超音波観測システム１の作動方法を実行するための作動プログラムを含む各種プログラムを記憶する。作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。
以上の構成を有する記憶部４１は、各種プログラム等が予めインストールされたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いて実現される。
表示制御部４２は、撮像素子が生成した撮像信号に基づく内視鏡画像のデータ、超音波振動子７が生成した電気的な受信信号に基づいて画像生成部３７が生成した超音波画像のデータを表示装置５に出力して表示させる。さらに、内視鏡画像のデータ及び超音波画像のデータに種々の情報を重畳して表示装置５に出力して表示させる。また、表示制御部４２は、信号制御部３５が信号送信部３３に再分極信号を送信させる領域（圧電素子）を表示装置５に表示させる。表示制御部４２は、ＣＰＵや各種演算回路等を用いて実現される。
〔超音波観測装置の動作〕
次に、超音波観測装置３の動作を説明する。図３は、超音波観測装置が実行する処理の概要を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、制御部４０は、圧電素子の番号に対応する変数ｎをｎ＝１に設定する（ステップＳ１）。
続いて、判定部３８は、超音波振動子７の各圧電素子について、再分極が必要であるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、判定部３８は、受信部３２が直前に受信した受信信号の電圧が閾値を超えているか否か、再分極信号を送信してから所定時間経過したか否か等の判断基準に基づいて、超音波振動子７の２５６個の圧電素子それぞれについて、再分極が必要であるか否かを判定する。なお、観測開始時において、受信部３２が受信信号を受信していない場合や、再分極信号を送信してからの時間が判定不能である場合には、判定部３８は、全ての圧電素子に再分極信号を送信すると判定してもよい。
判定部３８が、再分極が必要であると判定した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、タイミング制御部３４が、送信タイミングと受信タイミングとが、異なるタイミングとなる（送信タイミングと受信タイミングとが重複しない）ように制御し、超音波の送受信を行う。
まず、送信タイミングにおいて、送信部３１は、変数ｎに対応する圧電素子に送信信号を送信する（ステップＳ３）。図４は、圧電素子と送受信回路との接続関係を説明するための図である。図４に示すように、超音波振動子７の２５６個の圧電素子は、円周に沿って配列されており、各圧電素子がＣＨ１～ＣＨ２５６の２５６個の送受信回路とそれぞれ接続されている。そして、送信部３１は、ＣＨｎの送受信回路に接続されている圧電素子に送信信号を送信する。なお、図４は、ｎ＝６４の例を示し、送信部３１は、ＣＨ６４の送受信回路に接続されている圧電素子に送信信号を送信する。ただし、送信部３１は、ＣＨｎに接続されている圧電素子を中心とする複数の圧電素子に送信信号を送信してもよい。
その後、受信タイミングにおいて、受信部３２は、圧電素子から受信信号を受信するとともに、信号制御部３５は、受信部３２が受信信号を受信しない領域に位置する圧電素子に対して、信号送信部３３に再分極信号を送信させる（ステップＳ４）。図４に示す例では、送信部３１が、送信信号を送信したＣＨ６４に隣接する前後に隣接するそれぞれ３２個の送受信回路により受信信号を受信する。そして、計６５個の圧電素子からの受信信号を加算して、ＣＨ６４の送受信回路に接続されている１つの圧電素子に対応する受信信号を生成する。換言すると、ＣＨ３３～ＣＨ９６の送受信回路が、受信信号の受信に用いられる受信チャンネル（Ｒｘ）である。この受信タイミングにおいて、ＣＨ１～ＣＨ３２の送受信回路、及びＣＨ９７～ＣＨ２５６の送受信回路は、超音波画像の生成に用いられていない。そこで、信号制御部３５は、受信タイミングにおいて受信部３２が受信信号を受信しない領域に対応する、ＣＨ１～ＣＨ３２及びＣＨ９７～ＣＨ２５６の再分極用チャンネル（Ｐｘ）に対して、信号送信部３３に再分極信号を送信させる。
続いて、制御部４０は、変数ｎ＞２５６であるか否かを判定する（ステップＳ５）。制御部４０が、変数ｎ＞２５６ではないと判定した場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、制御部４０は、ｎ＝ｎ＋１とし、ステップＳ２に戻る。
一方、制御部４０が、変数ｎ＞２５６であると判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、画像生成部３７は、受信部３２が受信した受信信号に基づいて超音波画像を生成する（ステップＳ７）。
その後、制御部４０は、超音波観測装置３による観測を終了する否かを判定する（ステップＳ８）。
制御部４０が、超音波観測装置３による観測を終了すると判定した場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、一連の処理を終了する。
一方、制御部４０が、超音波観測装置３による観測を終了しないと判定した場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、ステップＳ１に戻り処理を継続する。
ステップＳ２において、判定部３８が、再分極が必要ではないと判定した場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、送信タイミングにおいて、送信部３１は、変数ｎに対応する圧電素子に送信信号を送信する（ステップＳ９）。さらに、受信タイミングにおいて、受信部３２は、圧電素子から受信信号を受信する（ステップＳ１０）。この受信タイミングにおいて、信号制御部３５は、信号送信部３３に再分極信号を送信させない。
以上説明した実施の形態１によれば、受信タイミングにおいて受信部３２が受信信号を受信しない圧電素子に再分極信号を送信することにより、超音波画像を生成しながら音響特性を回復させることができる。また、超音波観測装置３は、画像生成部３７が１枚の超音波画像を生成する間にＮ回再分極信号を送信し、音響特性を回復させる。換言すると、信号制御部３５は、画像生成部３７が超音波画像を生成している状態において、信号送信部３３に再分極信号を送信させる。その結果、超音波観測装置３の使用時（観察時）に音響特性が劣化することが防止されている。
なお、上述した実施の形態１では、信号制御部３５は、受信タイミングにおいて受信部３２が受信信号を受信しない圧電素子に再分極信号を送信したが、信号制御部３５は、送信タイミングにおいて送信部３１が送信信号を送信しない圧電素子に再分極信号を送信してもよい。この場合、再分極信号が超音波画像に影響を与えることを防止するため、送信部３１が送信信号を送信する圧電素子から離れた位置の送受信回路（例えば図４の状況において、送信信号を送信するＣＨ６４に対して反対側に位置するＣＨ１２９～ＣＨ２５６の送受信回路）に再分極信号を送信することが好ましい。
また、信号制御部３５は、受信タイミングにおいて受信部３２が受信信号を受信しない領域に対応する全ての圧電素子に対して、信号送信部３３に再分極信号を送信させたが、これに限られない。信号制御部３５は、受信タイミングにおいて、受信部３２が受信信号を受信しない圧電素子の一部に対して、信号送信部３３に再分極信号を送信させてもよい。例えば、図４に示す状況において、信号制御部３５は、この受信タイミングにおいて、受信部３２が受信信号を受信しない領域に対応する一部の送受信回路（例えば、ＣＨ１２９～ＣＨ２５６の送受信回路）に対して、信号送信部３３に再分極信号を送信させてもよい。この場合、送受信及び再分極のいずれにも用いられない圧電素子があるため、圧電素子の連続使用による超音波振動子７の表面温度の上昇や、多数の圧電素子を同時使用することによる音響出力の低減等を防止することができる。
また、信号制御部３５は、所定の周期で信号送信部３３に再分極信号を送信させてもよい。この場合、再分極信号を送信されない期間が設けられることにより、圧電素子の連続使用による超音波振動子７の表面温度の上昇や、多数の圧電素子を同時使用することによる音響出力の低減等を防止することができる。
また、判定部３８は、受信信号が被検体からの反射信号であるか否かを判定してもよい。具体的には、判定部３８は、受信信号の電圧値が閾値を超えた場合に、受信信号が被検体からの反射信号ではないと判定する。超音波振動子７が被検体に接触しておらず、超音波振動子７と被検体との間に空気層が存在する場合、送信信号が超音波振動子７の音響レンズのレンズ反射面において反射し、受信信号の電圧値が高くなるためである。そして、信号制御部３５は、判定部３８が、受信信号が被検体からの反射信号ではないと判定した圧電素子に、信号送信部３３に再分極信号を送信させる。その結果、超音波振動子７が被検体に接触しておらず、超音波画像を正しく生成することができない圧電素子を再分極信号を送信することができるため、超音波画像に影響を与えずに音響特性を回復させることができる。なお、このとき、再分極信号が送信された圧電素子は、正しい超音波画像を生成することができないため、表示制御部４２は、再分極信号が送信された圧電素子を表示装置５に表示させてもよい。
（変形例）
図５は、変形例に係る超音波観測装置の構成を示すブロック図である。図５に示すように、超音波観測装置３Ａは、圧電素子に送信信号を送信する１２８個の送信回路を有する送信部３１Ａと、圧電素子から受信信号を受信する１２８個の受信回路を有する受信部３２Ａと、送信回路及び受信回路と圧電素子との接続を切り替えるスイッチ部であるマルチプレクサ４３Ａと、を備える。以下においては、超音波観測装置３Ａが、送信回路と受信回路とを一体として構成した送受信回路を１２８個有する例を説明する。
図６は、各信号の送受信のタイミングを表すタイミングチャートである。図６には、左から信号の種類、素子番号（圧電素子の番号）、ＴｘＲｘ回路（送受信回路）の番号を示す。まず、タイミング制御部３４は、所定の周期で音線同期信号を送信することにより、１音線（１つの圧電素子）に対応する信号の送受信を行うタイミングが同期する。さらに、タイミング制御部３４は、Ｔ／Ｒスイッチ制御信号がＯＦＦに対応する送信タイミング（Ｔｘ）と、Ｔ／Ｒスイッチ制御信号がＯＮに対応する受信タイミング（Ｒｘ）との切り替えを行う。換言すると、送信タイミング（Ｔｘ）と受信タイミング（Ｒｘ）とは異なるタイミング（重複していない）である。
時間ｔ１１～ｔ１３において、送信部３１は、ＣＨ３３～ＣＨ９６の送受信回路を経由して、素子番号ＥＬ３３～ＥＬ９６の圧電素子に送信信号を送信する。図７は、送信タイミングにおける圧電素子と送受信回路との接続関係を説明するための図である。図７に示すように、ＣＨ３３～ＣＨ９６の送受信回路が、送信信号の送信に用いられる送信チャンネル（Ｔｘ）である。このとき、ＣＨ１～ＣＨ３２の送受信回路及びＣＨ９７～ＣＨ１２８の送受信回路は、送信信号の送信に用いられていない。そこで、タイミング制御部３４は、マルチプレクサ切替タイミング信号を送信してマルチプレクサ４３Ａを制御し、ＣＨ１～ＣＨ３２の送受信回路に接続する圧電素子を、素子番号ＥＬ１～ＥＬ３２の圧電素子から素子番号ＥＬ１２９～ＥＬ１６０の圧電素子に切り替える。さらに、信号制御部３５は、信号送信部３３にＣＨ１～ＣＨ３２の送受信回路を経由して、素子番号ＥＬ１２９～ＥＬ１６０の圧電素子に再分極信号を送信させる。同様に、タイミング制御部３４は、マルチプレクサ切替タイミング信号を送信してマルチプレクサ４３Ａを制御し、ＣＨ９７～ＣＨ１２８の送受信回路に接続する圧電素子を、素子番号ＥＬ９７～ＥＬ１２８の圧電素子から素子番号ＥＬ２２５～ＥＬ２５６の圧電素子に切り替える。さらに、信号制御部３５は、信号送信部３３にＣＨ９７～ＣＨ１２８の送受信回路を経由して、素子番号ＥＬ２２５～ＥＬ２５６の圧電素子に再分極信号を送信させる。その結果、素子番号ＥＬ１２９～ＥＬ１６０の圧電素子に接続されているＣＨ１～ＣＨ３２の送受信回路、及び素子番号ＥＬ２２５～ＥＬ２５６の圧電素子に接続されているＣＨ９７～ＣＨ１２８の送受信回路が、再分極信号を送信する再分極用チャンネル（Ｐｘ）となる。
その後、時間ｔ１２において、ＣＨ１～ＣＨ３２の送受信回路及びＣＨ９７～ＣＨ１２８の送受信回路に接続する圧電素子が、素子番号ＥＬ１～ＥＬ３２の圧電素子及び素子番号ＥＬ９７～ＥＬ１２８の圧電素子に戻る。そして、時間ｔ１３～ｔ１４において、受信部３２は、ＣＨ１～ＣＨ１２８の送受信回路を経由して、素子番号ＥＬ１～ＥＬ１２８の圧電素子から受信信号を受信する。図８は、受信タイミングにおける圧電素子と送受信回路との接続関係を説明するための図である。図８に示すように、ＣＨ１～ＣＨ１２８の送受信回路が、受信信号の受信に用いられる受信チャンネル（Ｒｘ）である。
また、次の音線に移行し、時間ｔ２１～ｔ２３において、送信部３１は、ＣＨ３４～ＣＨ９７の送受信回路を経由して、素子番号ＥＬ３４～ＥＬ９７の圧電素子に送信信号を送信する。このとき、信号制御部３５は、信号送信部３３にＣＨ２～ＣＨ３３の送受信回路及びＣＨ９８～ＣＨ１の送受信回路を経由して、素子番号ＥＬ１３０～ＥＬ１６１の圧電素子及び素子番号ＥＬ２２６～ＥＬ１の圧電素子に再分極信号を送信させる。そして、時間ｔ２３～ｔ２４において、受信部３２は、ＣＨ２～ＣＨ１の送受信回路を経由して、素子番号ＥＬ２～ＥＬ１２９の圧電素子から受信信号を受信する。
以上説明した変形例によれば、圧電素子と送受信回路との接続関係をマルチプレクサ４３Ａによって切り替える場合であっても、送信タイミングにおいて送信部３１が送信信号を送信しない圧電素子に再分極信号を送信することにより、超音波画像を生成しながら音響特性を回復させることができる。
（実施の形態２）
図９は、圧電素子の位置関係を説明するための図である。図９に示すように、実施の形態２に係る超音波観測装置の超音波振動子７Ａは、圧電素子を１つ有し、圧電素子をメカ的に走査させる。超音波振動子７Ａは、例えば圧電素子を回転させるラジアル振動子である。
判定部３８は、受信信号が被検体からの反射信号であるか否かを判定する。具体的には、判定部３８は、受信信号の電圧値が閾値を超えた場合に、受信信号が被検体からの反射信号ではないと判定する。超音波振動子７が被検体に接触しておらず、超音波振動子７と被検体との間に空気層が存在する場合、送信信号が超音波振動子７の音響レンズのレンズ反射面において反射し、受信信号の電圧値が高くなるためである。
図９に示す例において、判定部３８が、受信信号が被検体からの反射信号であると判定した領域を受信信号の受信に用いられる受信チャンネル（Ｒｘ）とする。一方、判定部３８が、受信信号が被検体からの反射信号ではないと判定した領域を再分極信号を送信する再分極用チャンネル（Ｐｘ）とする。その結果、超音波振動子７が被検体に接触しておらず、超音波画像を正しく生成することができない圧電素子を再分極信号を送信することができるため、超音波画像に影響を与えずに音響特性を回復させることができる。なお、このとき、再分極信号が送信された圧電素子は、正しい超音波画像を生成することができないため、表示制御部４２は、再分極信号が送信された領域を表示装置５に表示させてもよい。表示制御部４２は、例えば再分極信号が送信された領域の色を変えて表示装置５に表示させてもよいし、この領域に影を重畳させて表示装置５に表示させてもよい。
また、信号制御部３５は、受信タイミングにおいて受信部３２が受信信号を受信しない領域に対応する全ての領域に対して、信号送信部３３に再分極信号を送信させたが、これに限られない。信号制御部３５は、信号送信部３３に再分極信号を送信させる領域と、信号送信部３３に再分極信号を送信させない領域とを選択してもよい。例えば、図９に示す状況において、信号制御部３５は、この受信タイミングにおいて、受信部３２が受信信号を受信しない領域に対応する一部の領域（例えば、Ｒｘから所定量以上離間した範囲）に対して、信号送信部３３に再分極信号を送信させてもよい。この場合、送受信及び再分極のいずれにも用いられない圧電素子がある。その結果、各圧電素子には、送受信及び再分極のいずれにも用いられない期間があるため、圧電素子の連続使用による超音波振動子７の表面温度の上昇を防止するとともに、音響出力の低減等を防止することができる。
また、信号制御部３５は、所定の周期で信号送信部３３に再分極信号を送信させてもよい。この場合、各圧電素子には、再分極信号を送信されない期間が設けられることにより、圧電素子の連続使用による超音波振動子７の表面温度の上昇を防止するとともに、音響出力の低減等を防止することができる。
また、上述した実施の形態では、圧電素子から超音波を送受信し、Ｂモード画像である超音波画像を生成している状態において、圧電素子に再分極信号を送信する例を説明したが、これに限られない。例えば、高調波を用いて超音波画像を生成するＴＨＩ（Ｔｉｓｓｕｅ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｉｍａｇｉｎｇ）により超音波画像を生成している状態において、圧電素子に再分極信号を送信してもよい。また、圧電素子から照射した超音波により対象組織を焼灼するＨＩＦＵ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ：高密度焦点式超音波治療法）を行う場合、信号制御部３５は、送信部３１がＨＩＦＵを行うための駆動信号を送信しない領域に対して、再分極信号を送信すればよい。同様に、生体組織の硬さを計測するエラストグラフィを行う場合、信号制御部３５は、送信部３１がプッシュパルスを照射させる信号を送信しない領域に対して、再分極信号を送信すればよい。
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表し、かつ記述した特定の詳細及び代表的な実施の形態に限定されるものではない。従って、添付のクレーム及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１ 超音波観測システム
２ 超音波内視鏡
３、３Ａ 超音波観測装置
３ａ 超音波ケーブル
４ 内視鏡観察装置
４ａ ビデオケーブル
５ 表示装置
６ 光源装置
６ａ 光ファイバケーブル
７、７Ａ 超音波振動子
２１ 挿入部
２２ 操作部
２３ ユニバーサルコード
２４ コネクタ
３１、３１Ａ 送信部
３２、３２Ａ 受信部
３３ 信号送信部
３４ タイミング制御部
３５ 信号制御部
３６ 信号処理部
３７ 画像生成部
３８ 判定部
３９ 入力部
４０ 制御部
４１ 記憶部
４２ 表示制御部
４３Ａ マルチプレクサ
２１１ 先端部
２１２ 湾曲部
２１３ 可撓管部
２２１ 湾曲ノブ
２２２ 操作部材
２２３ 処置具挿入口
２４１ 第１コネクタ部
２４２ 第２コネクタ部
２４３ 第３コネクタ部

Claims (16)

  1. 圧電素子に送信信号を送信する送信部と、
    前記圧電素子から受信信号を受信する受信部と、
    前記圧電素子に前記圧電素子を再分極させる所定の信号を送信する信号送信部と、
    前記送信部が前記送信信号を送信する送信タイミングと、前記受信部が前記受信信号を受信する受信タイミングとを制御するタイミング制御部と、
    前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる信号制御部と、
    を備える超音波観測装置。
  2. 前記所定の信号は、ユニポーラパルスである請求項１に記載の超音波観測装置。
  3. 前記送信タイミングと前記受信タイミングとは、異なるタイミングである請求項１に記載の超音波観測装置。
  4. 前記信号制御部は、前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない領域の一部に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない領域の一部に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる請求項１に記載の超音波観測装置。
  5. 前記信号制御部は、所定の周期で前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる請求項１に記載の超音波観測装置。
  6. 前記受信信号に基づいて超音波画像を生成する画像生成部を備え、
    前記信号制御部は、前記画像生成部が前記超音波画像を生成している状態において、前
    記信号送信部に前記所定の信号を送信させる請求項１に記載の超音波観測装置。
  7. 前記信号制御部が、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる領域を表示装置に表示させる表示制御部を備える請求項１に記載の超音波観測装置。
  8. 前記受信信号が被検体からの反射信号であるか否かを判定する判定部を備え、
    前記信号制御部は、前記判定部が、前記受信信号が被検体からの反射信号ではないと判定した領域に、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる請求項１に記載の超音波観測装置。
  9. 前記判定部は、前記受信信号の電圧値が閾値を超えた場合に、前記受信信号が被検体からの反射信号ではないと判定する請求項８に記載の超音波観測装置。
  10. 前記信号制御部は、複数の前記圧電素子のうち、前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない圧電素子に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない圧電素子に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる請求項１に記載の超音波観測装置。
  11. 前記送信部は、１つの前記圧電素子に前記送信信号を送信する複数の送信回路を有し、
    前記圧電素子の数と、前記送信回路の数とが等しい請求項１０に記載の超音波観測装置。
  12. 前記送信部は、１つの前記圧電素子に前記送信信号を送信する複数の送信回路を有し、
    前記送信回路と前記圧電素子との接続を切り替えるスイッチ部を備える請求項１０に記載の超音波観測装置。
  13. 複数の前記圧電素子は、円周に沿って配列されている請求項１に記載の超音波観測装置。
  14. 圧電素子に送信信号を送信する送信部と、
    前記圧電素子から受信信号を受信する受信部と、
    前記圧電素子に前記圧電素子を再分極させる所定の信号を送信する信号送信部と、を備える超音波観測装置の作動方法であって、
    タイミング制御部が、前記送信部が前記送信信号を送信する送信タイミングと、前記受信部が前記受信信号を受信する受信タイミングとを制御し、
    信号制御部が、前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる超音波観測装置の作動方法。
  15. 圧電素子に送信信号を送信する送信部と、
    前記圧電素子から受信信号を受信する受信部と、
    前記圧電素子に前記圧電素子を再分極させる所定の信号を送信する信号送信部と、を備える超音波観測装置の作動プログラムであって、
    前記送信部が前記送信信号を送信する送信タイミングと、前記受信部が前記受信信号を受信する受信タイミングとを制御し、
    前記送信タイミングにおいて、前記送信部が前記送信信号を送信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送信させる、又は前記受信タイミングにおいて、前記受信部が前記受信信号を受信しない領域に対して、前記信号送信部に前記所定の信号を送
    信させることを超音波観測装置に実行させる超音波観測装置の作動プログラム。
  16. 少なくとも２つの圧電素子を有する超音波振動子と、
    所定のタイミングにおいて、第１の領域に含まれる前記圧電素子に超音波を送信又は受信させるとともに、前記第１の領域には含まれない第２の領域に含まれる前記圧電素子に再分極信号を送信するプロセッサと、
    を備える超音波観測システム。
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