JPH0928708A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被測定体内に侵入する穿刺針のラインなどの目
標ラインのエコーが強くなる超音波診断装置を提供す
る。 【解決手段】穿刺針３を被測定体内に穿刺する時に、走
査ビームが該穿刺針３にほぼ直角となるように各振動子
セルの遅延量を制御する。また、各送波ビームの焦点位
置が穿刺針３の位置付近になるように各振動子セルの遅
延量を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子を備
える超音波プローブを使用して人体などの被測定体の内
部を診断する超音波診断装置に関し、特に、穿刺針を用
いて被測定体内に穿刺する穿刺術等を超音波受信画像を
見ながら行うことのできる超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置に使用する超音波振動子
は、複数の超音波振動子セルを集積して構成され、送信
時および受信時において各振動子セルの送信出力および
受信出力の遅延時間（遅延量）を各セル毎に適当に制御
することで送波ビームおよび受波ビームを合成して、所
望の超音波受信画像データを得るようにしている。一般
に、人体に適用する超音波診断装置のように近距離での
音像を得ようとする場合には、近距離音場での画像分解
能を高めるために工夫がなされている。すなわち、たと
えば図６に示すように、超音波振動子１が、半径ａの円
板状のものであったとすると、この振動表面からπａ²
／λの近距離音場での走査ビームが図のように内側に絞
られることなく進行していき、πａ² ／λの距離に達し
てからは左右（周囲）に拡散していく。このため、たと
えば図７のａ点での分解能を高めようとする場合には、
１からＮの各振動子セルの遅延時間を適宜設定し、ま
た、振動子セルの幅方向に、ビームが幅方向のほぼ中央
部に偏向するよう、一般には蒲鉾形状の偏向素子を振動
子底部に取り付ける。このような工夫を施して、送信時
には、図８に示すように送波ビーム焦点距離（深度）ｔ
を設定すると、ａ点の付近に送波ビームが絞られるため
に、この位置での分解能が良くなる。また受信時には、
受波ビーム焦点位置を経時的にダイナミックに変えてい
くことにより（ダイナミックフォーカス）、図９に示す
ようにｂに示す直線ライン全域、すなわち全深度（一定
の制限はあるが）における分解能を高めることができ
る。

【０００３】一方、従来の超音波診断装置では、被測定
物体内の特定の部位の生検等を容易に行うことが出来る
ように、超音波プローブに穿刺針の取り付け構造を備え
たものが例えば、特開昭５８−１５５８４９号や特開昭
６１−３１１２９号に示されている。このような超音波
プローブを使用して穿刺針を被測定体内に穿刺しながら
超音波診断装置を作動させると、被測定体内の画像と穿
刺針の動きを同時にディスプレイ上で確認することがで
き、これにより安全な穿刺術（生検、ドレナーなど）を
行うことができる。図１０は、上述の穿刺機能付き超音
波診断装置を使用した時の超音波診断装置ディスプレイ
画像を示す図である。

【０００４】図に示すように、超音波振動子１からは走
査ビーム７が振動子表面において垂直に形成され、穿刺
術を行おうとする目標部位５の深度ｔに送波ビーム焦点
が設定される。また、穿刺針３の被測定体内への侵入角
度は、超音波振動子１に取り付けられているアダプタに
より予め固定されているために、この固定角度情報に基
づいて、穿刺針３が穿刺される時のガイドとして侵入路
ガイド４をディスプレイ上に表示する。この表示状態
で、穿刺針３を侵入路ガイド４に沿って穿刺していくこ
とにより、オペレータは穿刺針４が穿刺されていく様子
をディスプレイ上で見ることができるとともに、その先
端が目標部位５に到達する状態を確認できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
超音波診断装置は、穿刺針に対する走査ビームの角度が
全く考慮されていないために穿刺針の侵入角度によって
はそのエコーが弱く、ディスプレイ上で穿刺針の画像が
非常に見にくくなるという問題があった。

【０００６】この問題を解決する手法として、穿刺針の
先の内面を荒らしたりする方法が採られることもある
が、エコーを強めるには十分ではないという問題があ
る。

【０００７】本発明の目的は、被測定体内に侵入する穿
刺針のラインなどの目標ラインのエコーが強くなる超音
波診断装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の超音波診断装置
は、超音波振動子と、被測定体内に設定された目標ライ
ンと前記超音波振動子との成す角度に基づいて、前記超
音波振動子の各走査ビームが前記目標ラインに略直角と
なるよう該各走査ビームを傾ける走査ビーム制御手段
と、を備えてなることを特徴とする。

【０００９】また、その走査ビーム制御手段を、前記超
音波振動子の各走査ビームの送波ビーム焦点を前記目標
ラインの各位置付近に設定する手段としたり、この手段
を含ませるようにしたことを特徴とする。

【００１０】前記目標ラインは、例えば、被測定体内へ
穿刺する穿刺針の侵入路ラインであり、このラインを穿
刺針侵入路ガイドとして表示する手段を備えたことを特
徴とする。

【００１１】また、被測定体の超音波受信画像内で任意
の領域が指定された時に、該領域を通過するラインを前
記目標ラインとすることを備えたことを特徴とする。

【００１２】また、本発明は、超音波振動子と、被測定
体内へ穿刺される穿刺針の穿刺角度に基づいて前記超音
波の各走査ビームを前記穿刺針の侵入ラインに略直角に
制御し、且つ各走査ビームの送波ビーム焦点を前記侵入
ラインの各位置付近に制御するコントローラと、前記被
測定体内の受波画像と前記穿刺針の侵入ラインとを表示
するディスプレイと、を備えてなることを特徴とする。

【００１３】請求項１に係る超音波診断装置では、超音
波振動子の走査ビームを目標ラインにほぼ直角となるよ
うに傾斜させる。このようにすると、目標ラインの位置
での反射ビームが最も効率的に超音波振動子に受波され
るようになる。

【００１４】請求項２に係る超音波診断装置では、送波
ビームの焦点位置制御を行う。すなわち、超音波振動子
に対して目標ラインがある角度を持つために、送波ビー
ムの焦点を一定にしておくと各送波ビームの焦点と目標
ラインの位置とが一致しなくなるから、請求項２に係る
超音波診断装置では、送波ビームの焦点を目標ラインの
各位置付近に設定する。この制御は、目標ラインの超音
波振動子に対する角度が分かっているために、各超音波
振動子セルの送波遅延時間を制御することにより実現す
ることができる。

【００１５】請求項３に係る超音波診断装置では、上記
請求項１と請求項２の構成を組み合わせたもので、目標
ラインに対して送波ビームをほぼ直角にするとともに、
各送波ビームの焦点を目標ラインの各位置付近に設定す
る。このようにすることで、目標ラインからのエコーが
さらに強くなる。

【００１６】請求項４に係る超音波診断装置では、目標
ラインが穿刺針の侵入ラインであって、これにより被測
定体が人体の場合に、穿刺針のエコーが強くなるため
に、穿刺術をより安全に行うことができるようになる。

【００１７】また、請求項５に係る超音波診断装置にお
いては、上記穿刺針の侵入ラインのガイドを表示するこ
とにより、ディスプレイ上の画像を見ながら穿刺針を正
しく穿刺させることができる。

【００１８】請求項６に係る超音波診断装置では、マウ
スなどのポインテイングデバイスや他の入力装置によ
り、超音波受信画像中の任意の領域を指定すると、その
領域を通過するラインが目標ラインとして設定される。
したがって、上記穿刺針の侵入ラインとは別に、被測定
体内の超音波受信画像中の任意の領域に対しエコーを強
めて分解能を高くすることができる。

【００１９】請求項７に係る超音波診断装置は、超音波
振動子と、被測定体内へ穿刺される穿刺針の穿刺角度に
基づいて前記超音波振動子の各走査ビームを前記穿刺針
の侵入ラインに略直角に制御し、且つ各走査ビームの送
波ビーム焦点を前記侵入ラインの各位置付近に制御する
コントローラと、前記被測定体内の受波画像と前記穿刺
針の侵入ラインとを表示するディスプレイと、を備えて
なることを特徴とする。この装置では、ディスプレイ上
に被測定体内の受波画像とともに穿刺針が高輝度で表示
されるため、被測定体内を観察しながら穿刺術を安全に
行うことが出来る。

【００２０】

【発明を実施する形態】図１は、本発明の実施例の超音
波診断装置において、穿刺針を人体内に穿刺する時の同
装置の動作の概略を示す図である。

【００２１】超音波振動子１は人体の表面２に置かれ、
図外の穿刺針アダプタが超音波振動子１に取り付けられ
ている。穿刺針３は、この穿刺針アダプタに沿って人体
内に穿刺されていく。穿刺針３の超音波振動子１に対す
る角度θは、超音波振動子１に取り付けられる穿刺針ア
ダプタによって決められる。この角度θは、上記アダプ
タの種類によって決まるものであるから、特に計測する
必要はないが、計測のためのセンサを取り付けることに
より該θを自動的に計測することも可能である。また、
この角度θは、操作者によって入力手段から制御部に入
力されるか、アダプタ取り付け時或いはセンサから自動
的に制御部に入力される。

【００２２】上記角度θが制御部に入力されると、アダ
プタの位置および角度θが決まっているから、人体内で
の穿刺針３の侵入路ガイド４の超音波振動子１に対する
相対位置が決まる。制御部はこの侵入路ガイド４の表示
位置を演算によって求め、ディスプレイ上に表示する。
さらに、超音波振動子１からの走査ビームが侵入路ガイ
ド４に沿って侵入する穿刺針３にほぼ直角に当たるよう
に各振動子セルの遅延時間が制御される。これにより、
送波ビームおよび受波ビームが穿刺針３に直角となり、
穿刺針３の位置でエコーを強くし分解能を上げることが
できる。さらに、制御部は、各送波ビームの焦点ｆ１，
ｆ２・・・ｆＮが穿刺針３の各位置に一致するように各
振動子セルの遅延時間を制御する。この制御により、穿
刺針３のエコーがさらに強くなり、且つ分解能が良くな
ってディスプレイ上の穿刺針がさらに良く見えるように
なる。なお、目標部位５に対して穿刺針３を到達させて
生検などを行おうとする時、まず目標部位５の位置を確
認する必要があるために、最初は走査ビームを傾けずに
通常のモードで目標部位５の位置を確認する。そして、
図１に示すように走査ビームを傾け、侵入路ガイド４を
表示し、侵入路ガイド４上に目標部位５が位置するよう
に超音波振動子１の位置を調整する。この時、目標部位
５は侵入路ガイド４のライン上に位置しているために、
そのエコーが強くディスプレイ上では高輝度の状態で視
認することができる。侵入路ガイド４のライン上の適当
な位置に目標部位５が位置した段階で、穿刺針アダプタ
に沿って穿刺針３を人体内に侵入させる穿刺術を行う。

【００２３】次に、上記の超音波診断装置の構成および
具体的な動作について図２以下を参照して説明する。

【００２４】複数の振動子セルが集積された超音波振動
子１には、高電圧切換回路１０を介して高電圧パルス発
生回路１１およびプリアンプ１２が接続されている。送
信モード時においては、高電圧パルス発生回路１１から
高電圧パルスが所定の遅延時間毎に順次発生し、高電圧
切換回路１０によって超音波振動子１の各振動子セルに
順次印加される。受信モード時には、超音波振動子１の
各振動子セルからの受波信号が高電圧切換回路１０をパ
イパスしてプリアンプ１２に直接入力する。

【００２５】上記高電圧パルス発生回路１１には、送信
遅延コントロール回路１３が接続され、さらにこの回路
１３にシステムコントロール回路１４が接続されてい
る。送信遅延コントロール回路１３は、超音波振動子１
の各振動子セルに対して与える高電圧パルスの遅延時間
をコントロールする。この送信遅延時間は、図１に示す
穿刺針３の傾斜する角度θ、すなわち走査ビームのテイ
ルト角θと、各走査ビームの焦点位置ｆ１，ｆ２・・・
ｆＮによって決められる。なお、各送波ビームの焦点ｆ
１，ｆ２・・・ｆＮの位置は、テイルト角θおよび、超
音波振動子１に取り付けられている穿刺針アダプタの形
状によって一義的に定まる。すなわち、二次元的には、
図１において、穿刺針３の被測定体表面２への侵入位置
Ｐに対する各振動子セルの距離は穿刺針アダプタの形状
によって決定され、これとともに、穿刺針３の超音波振
動子１の各振動子セルに対する角度θが設定されること
により、各送波ビームの侵入路ガイド４の交差位置であ
る焦点ｆまでの距離、したがって、各焦点ｆの位置が決
定される。そして、この各ビームの焦点位置ｆを実現す
るための各振動子セルに供給する高電圧パルスの遅延時
間が決定される。送信遅延コントロール回路１３は、シ
ステムコントロール回路１４から、上記テイルト角θお
よび穿刺針アダプタの形状によって定まる各振動子セル
に対する位置Ｐの相対的位置情報を受け取ることによ
り、各振動子セルの基準タイミングに対する遅延時間を
設定し、高電圧パルス発生回路１１を順次駆動してい
く。

【００２６】上記システムコントロール回路１４に対し
テイルト角θを入力する手段として、本実施例では穿刺
角度設定手段１５を設けているが、この穿刺角度設定手
段１５は、入力キーや、該θを検出するためのセンサで
構成することができる。

【００２７】前記システムコントロール回路１４は、上
記テイルト角θと各振動子セルのＰ点に対する相対位置
情報を受信遅延コントロール回路１６に対しても与え
る。この場合、図９に示すように、受信時においてはダ
イナミックフオーカス処理を行うことによって（合成受
波ビームの焦点位置をダイナミックに連続変化させる処
理）全体に渡って細いビームを形成することが可能であ
るために、システムコントロール回路１４から焦点位置
のための情報、すなわち各振動子セルに対する位置Ｐの
相対位置情報を必ずしも供給する必要はない。受信遅延
コントロール回路１６は、少なくともテイルト角θの情
報を受け取れば、受波ビームを穿刺針３すなわち侵入路
ガイド４にほぼ直角となるように傾斜させることが可能
である。

【００２８】上記プリアンプ１２で適当に増幅された受
波信号は、ＴＶＧ回路２０に入力され、拡散減衰補正さ
れた後、受信遅延回路１７に入力され、ここで受信遅延
コントロール回路１６で設定された各振動子セルの遅延
情報に基づいて受信ビームを図９に示すような細いビー
ムに合成するとともに、図１に示すように侵入路ガイド
４にほぼ直角となるように傾斜させる処理を行う。こう
して、傾いた細い受波ビームが形成されて、このビーム
により受信された信号は検波回路１９へと導かれ、Ｌｏ
ｇ圧縮回路１８でログ圧縮される。このＬｏｇ圧縮回路
１８でのログ圧縮処理は、画像を表示する時の表示のダ
イナミックレンジに限界があるために行われる処理であ
る。Ｌｏｇ圧縮回路１８の出力は次段のＡＤＣ回路２１
（ＡＤコンバータ）でディジタルデータに変換され、Ｄ
ＳＣ回路２２（ディジタルスキャンコンバータ）に導か
れる。このＤＳＣ回路２２には、システムコントロール
回路１４から高電圧パルス発生回路１１の駆動タイミン
グ情報などが入力され、これにしたがって、ＡＤＣ回路
２１から入力されるディジタル受信データを走査する。
そして、その出力はＤＡＣ回路２３（ＤＡコンバータ）
でアナログ映像信号に変換され、ディスプレイモニタ２
４に出力されて画像として表示される。なお、ＤＳＣ回
路２２には、システムコントロール回路１４から、図１
の侵入路ガイド４を表示するためのデータも入力され
る。したがって、ディスプレイモニタ２４上には受信し
た画像とともに侵入路ガイド４も破線や適当な色が施さ
れた状態で表示される。

【００２９】図３は、上記の構成を有する超音波診断装
置の画像処理動作を示すフローチャートである。

【００３０】画像処理動作に入ると、まずモードが穿刺
モードにあるのか通常モードにあるのかを判定する（ス
テップＳＴ１）。通常モードは、穿刺術を行わずに、単
に超音波振動子１を使用して被測定体内の画像をディス
プレイモニタ２４上に表示する画像処理モードをいう。
この通常モードの時には、ステップＳＴ２においてテイ
ルト角θをゼロに設定する。したがって、走査ビームは
超音波振動子１の垂直下方に形成される。続いて、あら
かじめマニュアル操作などにより設定された送波ビーム
焦点ｆの位置に応じた送信遅延量を送信遅延コントロー
ル回路１３で演算、設定し（ＳＴ３）、この情報に基づ
いて高電圧パルス発生回路１１が各振動子セルを駆動す
る（ＳＴ４）。一方、受信遅延コントロール回路１６
は、受信においてのダイナミックフォーカスのための受
信遅延量を設定し（ＳＴ５）、その情報を受信遅延回路
１７に送るとともに、各振動子セルが受波した信号を処
理して（ＳＴ６）ディスプレイモニタ２４上に受信画像
として表示する。

【００３１】一方、画像処理のモードが穿刺モードの時
には、ＳＴ１０に進んで、穿刺針アダプタの形状情報を
設定し、ＳＴ１１において、穿刺角度設定手段１５で設
定された穿刺角、すなわちテイルト角θを設定し、ＳＴ
１２で、穿刺侵入路、すなわち侵入路ガイド４を表示す
るための情報を形成してディスプレイモニタ２４上に表
示させる（ＳＴ１１）。続いて上記のＳＴ３以下の送信
処理および受信処理を行って、ディスプレイモニタ２４
上に受信画像を表示させる。なお、ＳＴ３とＳＴ５で設
定される送信および受信遅延量は、ＳＴ１０およびＳＴ
１１で設定された穿刺針アダプタ形状情報およびテイル
ト角θに基づいて設定されるため、その走査ビームは図
１に示すように傾斜されるとともに、各ビームの焦点位
置は侵入路ガイド４の各位置付近に来るように制御され
る。図４は、本実施例でのディスプレイモニタ２４上に
表示される画像を模式的に示した図である。同図に示す
ように、走査ビーム７は穿刺針３ほぼ直角になるように
傾斜されており、また、侵入路ガイド４に沿って各走査
ビーム７の送波焦点位置が設定されている。６は送波焦
点ラインを示している。

【００３２】以上の実施例では、穿刺術を行う際の穿刺
針３の画像が良く見えるように走査ビームに工夫を施し
たものであるが、通常のモードの時にも所望の部位に対
して表示分解能を高めることが可能である。図５はその
ような場合の実施例を説明する図である。同図に示すよ
うに、表示画像上の領域ｑの部位を高分解能で表示した
い場合、ポインティングデバイスなどの入力手段によ
り、表示画面上の、たとえばα１とα２の２点を指定す
る。すると、このα１とα２を通過する目標ラインＬが
形成される。この目標ラインＬは観測したい領域ｑを通
過するラインである。この目標ラインＬが設定される
と、超音波振動子１に対する走査ビームのテイルト角θ
が決定され、さらに、被測定体表面とこの目標ラインＬ
との交点Ｐと各振動子セルとの相対位置関係が決定され
るから、各送波ビームの焦点位置を目標ラインＬに合わ
せるための各振動子セルの遅延量が決定される。これに
より、図１に示す穿刺針３の場合と同様に、観測したい
領域ｑの表示分解能を高めることができる。なお、観測
したい領域ｑを通過する目標ラインＬを設定するには、
上記のようにポインティングデバイスでα１およびα２
を指定することで可能であるが、その他、領域ｑを囲む
矩形や円形等をポインティングデバイス等で指定し、そ
の矩形や円形内の画像を認識して自動的に目標ラインＬ
が形成されるようにすることも可能である。また、目標
ラインＬを複数個設定し、各目標ラインに沿って得られ
た高分解能画像を重ね合わせて１つの画像を形成するこ
とも可能である。この場合には、画像を重ね合わせるた
めにある程度の時間は必要であるが、通常モードの時の
画像に比べて非常に明瞭な画像を得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、穿刺針の
侵入ラインなどの目標ラインに対し超音波振動子の走査
ビームがほぼ直角に当たるために、反射ビームが最も強
く返り、ディスプレイモニタ上の目標ラインの位置の画
像が明瞭になる利点がある。請求項２に係る発明におい
ても、目標ラインに沿った部位の画像が明瞭になる利点
がある。請求項３に係る発明においては、上記請求項１
または請求項２に係る発明よりもさらに画像が明瞭にな
る効果がある。また、目標ラインを穿刺術を行う時の穿
刺針の侵入路ラインとすることで、生検などを行う時の
穿刺術がより安全に行えるという利点がある。請求項５
に係る発明では、穿刺術時の穿刺針侵入路ガイドが表示
されるために、その穿刺術がさらに安全で容易になる利
点がある。また、請求項６に係る発明では、超音波受信
画像中の任意の領域に対する表示分解能を高めることが
できるために、診断装置の性能を高めることができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である超音波診断装置の動作を
説明するための模式図

【図２】上記超音波診断装置の構成を示すブロック図

【図３】上記超音波診断装置の画像処理動作を示すフロ
ーチャート

【図４】上記超音波診断装置の表示画像を模式的に示す
図

【図５】本発明の他の実施例である超音波診断装置の動
作を模式的に示す図

【図６】〜

【図９】超音波診断装置の走査ビーム形成法について説
明するための図

【図１０】従来の超音波診断装置での表示画像を模式的
に示す図

【符号の説明】 １−超音波振動子 ２−被測定体表面 ３−穿刺針 ４−侵入路ガイド ５−目標部位 ｆ１−〜ｆＮ−各送波ビームの焦点位置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波振動子と、 被測定体内に設定された目標ラインと前記超音波振動子
   との成す角度に基づいて、前記超音波振動子の各走査ビ
   ームが前記目標ラインに略直角となるよう該各走査ビー
   ムを傾ける走査ビーム制御手段と、を備えてなる超音波
   診断装置。
2. 【請求項２】超音波振動子と、 前記超音波振動子の各走査ビームの送波ビーム焦点を被
   測定体内に設定された目標ラインの各位置付近に設定す
   る手段と、を備えてなる超音波診断装置。
3. 【請求項３】前記走査ビーム制御手段は、前記超音波振
   動子の各走査ビームの送波ビーム焦点を前記目標ライン
   の各位置付近に設定する手段を含むことを特徴とする、
   請求項１記載の超音波診断装置。
4. 【請求項４】前記目標ラインは、被測定体内へ穿刺する
   穿刺針の侵入路ラインであることを特徴とする、請求項
   １〜３のいずれかに記載する超音波診断装置。
5. 【請求項５】前記侵入路ラインを穿刺針侵入路ガイドと
   して表示する手段を備えたことを特徴とする、請求項４
   記載の超音波診断装置。
6. 【請求項６】被測定体の超音波受信画像内で任意の領域
   が指定された時に、該領域を通過するラインを前記目標
   ラインとすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれ
   かに記載する超音波診断装置。
7. 【請求項７】超音波振動子と、被測定体内へ穿刺される
   穿刺針の穿刺角度に基づいて前記超音波振動子の各走査
   ビームを前記穿刺針の侵入ラインに略直角に制御し、且
   つ各走査ビームの送波ビーム焦点を前記侵入ラインの各
   位置付近に制御するコントローラと、前記被測定体内の
   受波画像と前記穿刺針の侵入ラインとを表示するディス
   プレイと、を備えてなる超音波診断装置。