WO2017122410A1 - 超音波診断装置 - Google Patents

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WO2017122410A1
WO2017122410A1 PCT/JP2016/081394 JP2016081394W WO2017122410A1 WO 2017122410 A1 WO2017122410 A1 WO 2017122410A1 JP 2016081394 W JP2016081394 W JP 2016081394W WO 2017122410 A1 WO2017122410 A1 WO 2017122410A1
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WO
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voltage
mode
transmission voltage
diagnostic apparatus
ultrasonic diagnostic
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/081394
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English (en)
French (fr)
Inventor
海志 小宮
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/13Tomography

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an apparatus for setting a maximum transmission voltage that satisfies the ultrasonic safety standards.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus For the purpose of ensuring the safety of the living body, there are a plurality of safety standards for ultrasonic diagnosis, and the ultrasonic diagnostic apparatus must comply with the restrictions of the plurality of safety standards.
  • the transmission voltage of ultrasonic waves must be controlled so that a plurality of irradiation parameters subject to safety standards do not exceed the upper limit value of each irradiation parameter.
  • Patent Document 1 describes an invention in which a total power is calculated based on ultrasonic transmission conditions, an estimated increase in probe surface temperature corresponding to the total power is calculated, and a probe driving voltage is adjusted. ing. Patent Documents 2 to 5 also describe inventions for controlling transmission voltages so as to satisfy safety standards.
  • an ultrasonic diagnostic apparatus includes a large number of transmission control parameters that can be changed according to the contents of diagnosis, and transmits and receives ultrasonic waves according to transmission conditions determined by these transmission control parameters. Safety standards must be observed when ultrasonic waves are transmitted under any transmission conditions.
  • the present invention has been made in view of the background art described above, and an object thereof is to provide an improved technique relating to the setting of the maximum transmission voltage that satisfies the ultrasonic safety standards.
  • An ultrasonic diagnostic apparatus suitable for the above-described object is provided with a probe that transmits and receives an ultrasonic wave, and a transmission voltage that is equal to or lower than a maximum transmission voltage that is set so that a plurality of irradiation parameters related to the ultrasonic wave are lower than an upper limit value.
  • a transmitter that outputs an ultrasonic transmission signal, and a voltage estimation that calculates a new estimated value one after another based on an upper limit value of each irradiation parameter and an estimated value of transmission voltage calculated in the past for each irradiation parameter
  • voltage evaluation for determining whether or not the maximum estimated value satisfying the safety requirement that the plurality of irradiation parameters are equal to or lower than the upper limit value among the estimated values of the transmission voltage successively calculated by the voltage estimating unit and the voltage estimating unit is an optimal solution
  • a voltage setting unit that sets a maximum estimated value determined to be the optimum solution as the maximum transmission voltage.
  • the voltage evaluation unit is configured such that a difference between a maximum estimated value that satisfies the safety requirement and a minimum estimated value that does not satisfy the safety requirement is equal to or less than a threshold value, or a maximum value that satisfies the safety requirement.
  • the estimated value is the maximum value of the transmission voltage that can be output from the transmission unit, it is determined that the maximum estimated value is the optimal solution.
  • the voltage evaluation unit has a number of times that an estimated value satisfying the safety requirement among the estimated values successively calculated by the voltage estimating unit is equal to or greater than a threshold number, and the maximum estimation When the value is different from 0, it is determined that the end condition is satisfied, and the voltage setting unit sets the maximum estimated value at the time when the end condition is satisfied as the maximum transmission voltage.
  • the voltage estimating unit sequentially calculates new estimated values by a sequential gradient descent method based on the upper limit value of each irradiation parameter and the estimated value of the transmission voltage calculated in the past.
  • the voltage estimation unit uses the control index having a linear relationship with the total power of the ultrasonic wave transmitted from the probe as the corrected transmission voltage, and uses the sequential gradient descent method. Thus, new estimated values are calculated one after another.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus has a function of a composite mode that alternately executes a plurality of diagnostic modes in a time-sharing manner, and each of the plurality of diagnostic modes constituting the composite mode except for the target diagnostic mode
  • the maximum transmission voltage of each diagnosis mode is determined on the assumption that each diagnosis mode is executed individually, and the maximum transmission voltage determined for each diagnosis mode in the combined mode is used.
  • the maximum transmission voltage of the target diagnosis mode is determined on the assumption that each diagnosis mode is executed.
  • the present invention provides an improved technique for setting a maximum transmission voltage that satisfies the ultrasonic safety standards.
  • FIG. 1 is a diagram showing a specific example of an ultrasonic diagnostic apparatus suitable for implementing the present invention.
  • the probe 10 is, for example, an ultrasonic probe that transmits and receives an ultrasonic wave to a region including a diagnosis target.
  • the probe 10 includes a plurality of vibration elements, and the plurality of vibration elements are electronically scanned and scanned with an ultrasonic beam in a space including a diagnosis target.
  • the probe 10 is used by being held by a user (examiner) such as a doctor and contacting the body surface of the subject.
  • the probe 10 may be used by being inserted into a body cavity of a subject, or may be a probe that combines electronic scanning and mechanical scanning.
  • a convex type, a sector type, a linear type or the like is suitable, but other types may be used.
  • the transmission unit 12 includes a transmission circuit that outputs an ultrasonic transmission signal, and functions as a transmission beam former. That is, the transmission unit 12 outputs a transmission signal to each of the plurality of vibration elements included in the probe 10, thereby forming a transmission beam.
  • the reception unit 14 has a function as a reception beam former. That is, the receiving unit 14 performs phasing addition processing and the like on a plurality of received signals obtained from a plurality of vibration elements included in the probe 10, thereby forming a reception beam. Then, the transmission unit 12 and the reception unit 14 scan the ultrasonic beam (transmission beam and reception beam) in the scanning plane, and a reception signal corresponding to the ultrasonic beam is formed. In order to obtain an ultrasonic reception signal, the ultrasonic beam may be scanned three-dimensionally in the tertiary space, or a technique such as transmission aperture synthesis may be used.
  • the ultrasonic image forming unit 20 forms ultrasonic image data (image data) based on an ultrasonic reception signal obtained from the scanning plane.
  • the ultrasonic image forming unit 20 forms frame data for B-mode images, for example, by performing detection processing, filter processing, AD conversion processing, and the like on the ultrasonic reception signal.
  • image data related to known ultrasonic images including color Doppler images and the like
  • detection processing, filtering processing, AD conversion processing, and the like for the ultrasonic reception signal may be executed in the reception unit 14.
  • the display processing unit 30 forms a display image based on the image data of the ultrasonic image obtained from the ultrasonic image forming unit 20.
  • the display image formed in the display processing unit 30 is displayed on the display unit 32.
  • the maximum voltage setting unit 50 sets the maximum transmission voltage so that a plurality of irradiation parameters related to the ultrasonic wave is equal to or lower than the upper limit value.
  • the set maximum transmission voltage is used for control of the transmission unit 12 by the control unit 100.
  • the transmission unit 12 is controlled to output an ultrasonic transmission signal to the probe 10 with a transmission voltage equal to or lower than the maximum transmission voltage.
  • the data storage unit 60 stores various data used by the maximum voltage setting unit 50.
  • the control unit 100 generally controls the inside of the ultrasonic diagnostic apparatus in FIG.
  • the overall control by the control unit 100 also reflects an instruction received from a user such as a doctor or a laboratory technician via the operation device 70.
  • the user can adjust the transmission voltage to a desired value within a voltage range equal to or lower than the maximum transmission voltage by operating the operation device 70.
  • the transmission unit 12, the reception unit 14, the ultrasonic image forming unit 20, the display processing unit 30, and the maximum voltage setting unit 50 are, for example, an electric / electronic circuit or a processor. Etc., and a device such as a memory may be used as necessary in the realization.
  • a computer that is, at least a part of the functions corresponding to the above-described units may be realized by cooperation between hardware such as a CPU, a processor, and a memory and software (program) that defines the operation of the CPU and the processor.
  • the display unit 32 is a liquid crystal monitor or the like.
  • the data storage unit 60 can be realized by a storage device such as a hard disk drive or a semiconductor memory
  • the operation device 70 can be realized by at least one of a mouse, a keyboard, a trackball, a touch panel, and other switches, for example.
  • the control part 100 is realizable by cooperation with hardwares, such as CPU, a processor, a memory, and the software (program) which prescribes
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific example of the internal configuration of the maximum voltage setting unit 50 (FIG. 1).
  • the maximum voltage setting unit 50 includes a linear correction unit 51, a voltage estimation unit 52, an irradiation parameter calculation unit 53, a voltage evaluation unit 54, and a voltage setting unit 55.
  • the maximum voltage setting unit 50 sets the maximum transmission voltage according to the transmission control parameter obtained from the control unit 100 so that the plurality of irradiation parameters are equal to or lower than the upper limit value.
  • the overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 is as described above.
  • a specific example of a function realized by the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1, particularly a process related to setting of a maximum transmission voltage by the maximum voltage setting unit 50 of FIG. 2 will be described in detail.
  • symbol of FIG. 1, FIG. 2 is utilized in the following description.
  • FIG. 3 is a diagram showing a specific example of irradiation parameters.
  • a plurality of safety standards are provided for ultrasonic diagnosis.
  • MI mechanical index
  • Ispta irradiation parameters
  • z
  • TIC thermal skull thermal index
  • ⁇ T Four irradiation parameters (probe surface temperature rise) are shown in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between irradiation parameters and transmission control parameters.
  • FIG. 4 shows the relationship between each irradiation parameter and ultrasonic transmission control parameters (beam control parameter, scanning control parameter) for four irradiation parameters (FIG. 3).
  • FIG. 4 illustrates transmission voltage, waveform, focus, prr, and scanning width as specific examples of transmission control parameters.
  • the transmission voltage is a voltage of a transmission signal output from the transmission unit 12 to the probe 10.
  • the waveform is a waveform of a transmission signal, and is uniquely determined by, for example, a combination of a transmission mode, a transmission frequency, a wave number, and the like.
  • the focus is, for example, the focus depth of the transmission beam. prr is the number of pulse transmissions per unit time (Hz: Hertz), and the scan width is the width of the region (frame) in which the transmission beam is scanned.
  • the four irradiation parameters have a relatively strong correlation with the transmission voltage and are non-linear with respect to the transmission voltage.
  • the four irradiation parameters also depend on the waveform and focus.
  • three irradiation parameters other than MI (mechanical index) also depend on prr and scanning width.
  • the four irradiation parameters particularly the acoustic parameters that are the main factors of each irradiation parameter, have a strong correlation with the transmission voltage and are nonlinear with respect to the transmission voltage.
  • P is the main factor of TIC
  • ⁇ T which is the main factor of ⁇ T ( ⁇ T is the main factor) is the nonlinearity of the transmission voltage itself (total power with respect to the transmission voltage) Therefore, almost perfect linearity can be secured by linearity correction (described later).
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the linearity correction of the transmission voltage.
  • a control index in which the transmission voltage is corrected so that the total power is linear is derived.
  • the total power is the power of the ultrasonic wave transmitted from the probe 10, and is defined as, for example, the ultrasonic power transmitted from the probe 10 per unit time.
  • the actual transmission voltage shown on the horizontal axis in FIG. 5 is a transmission voltage before linearity correction, and is a transmission voltage of a transmission signal (actual transmission signal) actually output from the transmission unit 12 to the probe 10.
  • the control index shown on the vertical axis in FIG. 5 is used as the transmission voltage after linearity correction.
  • the procedure for linearity correction is as follows.
  • the maximum value of the total power sample value for example, the total power sample value corresponding to the maximum value of the actual transmission voltage that can be output from the transmission unit 12 is equally divided into N equal parts.
  • the division number N is a natural number determined in accordance with the accuracy required for controlling the transmission voltage.
  • an actual transmission voltage value corresponding to the division point is searched. For example, from the correspondence relationship between a plurality of sample voltage values of the actual transmission voltage and a plurality of total power sample values, the approximate curve shown in FIG. The actual transmission voltage value on the horizontal axis can be specified.
  • the control index which is a plurality of dividing points on the vertical axis obtained in this way, is used as a corrected transmission voltage for linearly changing the square root ( ⁇ W1 kHz) of the total power.
  • a table that defines the correspondence between a control index that is a plurality of division points (corrected transmission voltage) on the vertical axis and an actual transmission voltage value (transmission voltage before correction) on the horizontal axis is voltage value conversion data.
  • the function data of the approximate curve shown in FIG. 5 is stored in the data storage unit 60 as voltage value conversion data, and on the horizontal axis corresponding to the control index (corrected transmission voltage) on the vertical axis based on the function data.
  • An actual transmission voltage value (transmission voltage before correction) may be derived.
  • the linear correction unit 51 converts the control index (transmission voltage after correction) into an actual transmission voltage value (transmission voltage before correction), or The conversion from the actual transmission voltage value to the control index is executed.
  • the control index after linearity correction in the estimation of the maximum transmission voltage, the estimation accuracy of the total power and the probe surface temperature rise is improved, and the estimation time efficiency is also improved.
  • improvement in accuracy regarding control of transmission voltage and improvement in accuracy and safety of ultrasonic diagnosis (measurement) are also expected.
  • FIG. 6 is a diagram showing a specific example related to acoustic parameter measurement value data.
  • the acoustic parameter measurement value is measured for each transmission condition pattern determined by a combination of transmission control parameters.
  • FIG. 6 shows a specific example of the data structure of acoustic parameter measurement values stored in the data storage unit 60.
  • the acoustic parameters pr, ⁇ (z) of the mechanical index MI and the acoustic parameters Ipi, ⁇ (z) of the spatial peak time average intensity Ispta, ⁇ (z) are determined by the transmission conditions determined by the waveform, focus, and transmission voltage. Measurement is performed for each of the patterns, and measurement data is obtained for each pattern of the transmission conditions. As for the measurement for each transmission voltage regarding these two acoustic parameters, only the measurement for a plurality of representative transmission voltage values is performed, and interpolation data obtained by function approximation or the like from a plurality of measurement data obtained thereby is used. By doing so, it is possible to simplify the measurement.
  • the acoustic parameter P of the thermal index TIC of the skull is measured for each pattern of the transmission condition determined by the waveform, the focus, and the transmission voltage, and measurement data is obtained for each pattern of the transmission condition.
  • the measurement for every transmission voltage regarding the acoustic parameter P only the measurement about a representative several transmission voltage value is performed, and the interpolation data obtained by function approximation etc. from the several measured data obtained by it are utilized. Therefore, the measurement can be simplified.
  • the acoustic parameter P changes linearly with respect to the focus, it is possible to omit the measurement by estimating and calculating the measurement data by, for example, linear approximation passing through the origin.
  • the acoustic parameter ⁇ T of the probe surface temperature rise ⁇ T is measured for each pattern of the transmission condition determined by the waveform, the focus, the transmission voltage, the scan width, and prr, and the measurement data is obtained for each pattern of the transmission condition. can get.
  • the measurement for each scan width related to the acoustic parameter ⁇ T only the measurement for some typical scan widths is performed, and interpolation data obtained by function approximation or the like from a plurality of measurement data obtained thereby is used. Therefore, the measurement can be simplified.
  • the measurement can be omitted by estimating and calculating the measurement data by, for example, linear approximation passing through the origin.
  • the measurement of the acoustic parameter ⁇ T takes, for example, a long time of about several tens of minutes for each pattern, so it is desirable to measure by narrowing down the number of patterns as much as possible.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the entire process of setting the maximum transmission voltage. That is, the entire process executed in the maximum voltage setting unit 50 is shown in FIG.
  • the maximum voltage setting unit 50 first acquires the upper limit data of each irradiation parameter from the data storage unit 60 (S701).
  • the data storage unit 60 stores in advance data on the upper limit values of a plurality of irradiation parameters determined by various safety standards.
  • the irradiation parameter calculation unit 53 refers to the transmission control parameter obtained from the control unit 100, for example, the current transmission control parameter indicating the setting state of the apparatus under diagnosis, and the acoustic parameter measurement value stored in the data storage unit 60 Measurement values of four acoustic parameters corresponding to the current transmission control parameters are obtained from the data (FIG. 6). Note that an estimated value of the transmission voltage is used as the voltage value of the transmission voltage. The initial value of the estimated value is V Limit which is the maximum transmission voltage that can be output by the transmission unit 12. And the irradiation parameter calculation part 53 calculates four irradiation parameter values shown in FIG. 3 based on the measured value of four acoustic parameters.
  • the estimated value of the transmission voltage is evaluated by the voltage evaluation unit 54 (S703).
  • a specific example of the evaluation process performed by the voltage evaluation unit 54 will be described in detail later (see FIG. 9). If the evaluation result by the voltage evaluation unit 54 is not OK, that is, if the evaluation result is NG, a new estimated value of the transmission voltage is calculated by the voltage estimation unit 52 (S705).
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the maximum transmission voltage estimation process.
  • the voltage estimation unit 52 calculates an estimated value of the maximum transmission voltage for each irradiation parameter with the goal of not exceeding the upper limit value of the irradiation parameter. For each irradiation parameter, the voltage estimation unit 52 calculates a new estimated value by the sequential gradient descent method from the upper limit value of the irradiation parameter and the past estimated value.
  • FIG. 8 shows a specific example of the sequential gradient descent method with respect to the irradiation parameter Ispta, ⁇ (z).
  • the voltage estimator 52 calculates the estimated value V i of the transmission voltage using the formula 1 or the formula 2 selected according to each irradiation parameter.
  • i is an index of sequential calculation that sequentially increases from the past, and is an integer that increases by 1 from the initial value 0.
  • Prm Limit is an upper limit value of each irradiation parameter stored in the data storage unit 60
  • Prm i is a value of each irradiation parameter calculated by the irradiation parameter calculation unit 53 with the transmission voltage as an estimated value V i .
  • a new estimated value V is calculated from the upper limit value Prm Limit of each irradiation parameter, the past estimated value V i-1, and the estimated value V i-2 using the formula 1 or the formula 2. i is calculated.
  • Equation 1 corresponding to the first power of the transmission voltage is used to calculate the estimated value Vi for the irradiation parameter MI.
  • the irradiation parameter Ispta, ⁇ (z) spatial peak time average intensity
  • the irradiation parameter TIC the skull thermal index
  • the irradiation parameter ⁇ T probe surface temperature rise
  • Equation 2 corresponding to the square of the transmission voltage is used to calculate the estimated value Vi for these irradiation parameters.
  • the voltage estimation unit 52 has the lowest value among the estimated values Vi calculated for each irradiation parameter for a plurality of irradiation parameters. Is selected (S706). Then, the selected estimated value Vi becomes the estimated voltage MaxVi.
  • a limit check on the estimated voltage is executed (S707).
  • This limit check is intended to avoid duplication with the estimated voltage obtained in the past while repeatedly executing the processing from S702 to S706 in the flowchart of FIG. For example, a limit check according to Equation 3 is executed.
  • Equation 3 MinV NG is the minimum value of the past estimated voltage that did not satisfy the safety requirement, and the initial value is V Limit (the maximum transmission voltage that can be output by the transmission unit 12).
  • MaxV OK is the maximum value of the past estimated voltage that satisfies the safety requirement, and the initial value is 0 (zero).
  • the safety requirement means that all irradiation parameters are equal to or lower than the upper limit value.
  • is a minimum adjustment unit of the transmission voltage that can be output by the transmission unit 12.
  • the range of the estimated voltage is gradually increased from both sides of the OK zone (the maximum value of the past estimated voltage that satisfies the safety requirement) and the NG zone (the minimum value of the past estimated voltage that does not satisfy the safety requirement).
  • the accuracy of the estimation can be increased by sandwiching between the two.
  • the initial value of the estimated voltage of the OK zone to 0 and the initial value of the estimated voltage of the NG zone to V Limit (the maximum transmission voltage that can be output by the transmission unit 12)
  • V Limit the maximum transmission voltage that can be output by the transmission unit 12
  • the estimated voltage is corrected so as to be within the voltage range that can be output.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the evaluation process of the estimated value of the transmission voltage. That is, FIG. 9 shows a specific example of the process executed by the voltage evaluation unit 54 in S703 of FIG.
  • the maximum estimated value that satisfies the safety requirement is updated (S902).
  • the update of the maximum estimated value is executed by, for example, Formula 4.
  • MaxV OK is the maximum estimated value that satisfies the safety requirement
  • MaxVi is the estimated voltage after the limit check in S707 (FIG. 7).
  • the number of OK times that is the number of times that the safety requirement is satisfied is counted (S903).
  • the initial value of the number of times of OK is 0 (zero), and the number of times of OK is increased (counted) by one every time the step of S903 is repeatedly executed.
  • the minimum estimated value that does not satisfy the safety requirement is updated (S904).
  • the update of the minimum estimated value is executed by, for example, Formula 5.
  • MinV NG is the minimum estimated value that does not satisfy the safety requirement
  • MaxVi is the estimated voltage after the limit check in S707 (FIG. 7).
  • the number of NG times that is the number of times that the safety requirement is not satisfied is counted (S905).
  • the initial value of the NG count is 0 (zero), and the NG count is incremented by 1 each time step S905 is repeatedly executed.
  • the maximum estimated value MaxV OK updated in S902 is an optimal solution (S906). For example, if the condition of Formula 6 is satisfied, it is determined as an optimal solution, and if the condition of Formula 6 is not satisfied, it is determined that the solution is not an optimal solution.
  • ⁇ in Equation 6 is a minimum adjustment unit of the transmission voltage that can be output by the transmission unit 12.
  • the evaluation result is OK (S907).
  • the OK count satisfies the end condition (S908). For example, it is confirmed whether or not the condition of Expression 7 is satisfied.
  • the upper limit number in Equation 7 is determined according to the linearity of the acoustic parameters, the sensitivity required for the product, the response performance, and the like.
  • the evaluation result is NG (S909), and the processing from S705 to S707 in the flowchart of FIG. 7 is executed again.
  • the processes from S702 to S707 in the flowchart of FIG. 7 are repeatedly executed until it is determined that the evaluation result is OK.
  • the voltage setting unit 55 sets the maximum estimated value MaxV OK as the maximum transmission voltage (S708 in FIG. 7).
  • the transmission voltage is adjusted by the user within a range of 0 V to the maximum transmission voltage, for example. Further, the transmission voltage may be adjusted in the range of 0 V to the maximum transmission voltage, for example, according to the designated value of the irradiation parameter.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus in FIG. 1 has a plurality of diagnostic modes.
  • the plurality of diagnosis modes include, for example, a B mode for forming a tomographic image (B mode image), a flow mode for forming a color Doppler image (Flow mode), a PW mode for performing pulse Doppler measurement, and the like.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1 has a composite mode function that alternately executes several diagnostic modes in a time-sharing manner in addition to individual modes that individually execute each diagnostic mode.
  • FIG. 10 is a diagram showing a specific example of the composite mode.
  • FIG. 10 shows a specific example of the composite mode in which the B mode and the Flow mode are alternately executed in a time division manner.
  • each B mode ultrasonic beam is formed one after another at a cycle of 200 ⁇ sec (microseconds)
  • each flow mode ultrasonic beam is formed one after another at a cycle of 50 ⁇ sec.
  • the formation of three ultrasonic beams in the B mode period is 600 ⁇ sec
  • the formation of twelve ultrasonic beams in the flow mode (period is 600 ⁇ sec) are alternately repeated.
  • a B-mode image and a color Doppler image are formed simultaneously, and for example, a display image in which the B-mode image and the color Doppler image are arranged on the left and right is displayed on the display unit 32.
  • the maximum voltage setting unit 50 sets the maximum transmission voltage so that a plurality of irradiation parameters related to the ultrasonic wave are equal to or lower than the upper limit value.
  • each irradiation parameter is determined by the beam characteristics (waveform, focus, transmission voltage) and scanning characteristics (transmission period, number of scanning lines per frame, scanning range of one frame) of each diagnostic mode constituting the combined mode. The degree of contribution to changes.
  • an irradiation parameter for example, mechanical index MI
  • each contribution degree of influence on the mechanical index MI
  • the estimated value of the maximum transmission voltage for the diagnosis mode with the larger is the maximum transmission voltage in the composite mode.
  • the irradiation parameters related to the square of the transmission voltage depend on both the beam characteristics and the scanning characteristics of each diagnostic mode,
  • the maximum transmission voltage in the composite mode is estimated from the sum of the contributions.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1 can set the maximum transmission voltage for each diagnostic mode in the combined mode according to the degree of contribution of each diagnostic mode (degree of influence on each irradiation parameter).
  • the specific example of the composite mode shown in FIG. 10 has a function of separately setting (individual setting) the maximum transmission voltage for the B mode and the maximum transmission voltage for the Flow mode. The individual setting function will be described in detail later. Before that, a comparative example (single transmission voltage) in which the same maximum transmission voltage is set for the B mode and the Flow mode will be described first.
  • prr number of pulse transmissions per unit time
  • ⁇ T which is an irradiation parameter related to the square of the transmission voltage
  • V Limit the maximum transmission voltage that can be output by the transmission unit 12
  • V Limit the maximum transmission voltage that can be output by the transmission unit 12
  • the maximum transmission voltage related to the other diagnostic mode may be excessively lowered due to the influence of one diagnostic mode.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus of FIG. 1 individually sets the maximum transmission voltage for each diagnostic mode according to the degree of contribution of each diagnostic mode (degree of influence on each irradiation parameter). A specific example of individual setting will be described below.
  • ⁇ Specific setting example 1 (basic pattern)>
  • each of the other diagnostic modes is transmitted independently in each diagnostic mode transmission cycle.
  • the maximum voltage setting unit 50 sequentially estimates the maximum transmission voltage for each diagnostic mode by the setting process described in detail (see FIGS. 7 to 9).
  • the maximum transmission voltage is regulated by the irradiation parameter (for example, ⁇ T) related to the square of the transmission voltage according to the time division ratio of the transmission time. It is possible to apply equal restrictions to a plurality of diagnosis modes so as to be uniform.
  • the last remaining diagnostic mode (the last diagnostic mode) among the plurality of diagnostic modes constituting the combined mode fixes the value of the maximum transmission voltage determined for each of the other diagnostic modes.
  • each irradiation parameter is calculated assuming that the last diagnostic mode is executed during the combined mode.
  • the irradiation parameter for example, ⁇ T
  • the value obtained by subtracting the contribution of each other diagnostic mode from the upper limit value of the irradiation parameter is already described in detail as the upper limit value for the last diagnostic mode.
  • the maximum voltage setting unit 50 estimates the maximum transmission voltage in the last diagnostic mode.
  • the maximum transmission voltage can be set higher.
  • the conditions are a case where a certain pause time is interrupted at the timing when the diagnostic mode is switched or the frame is switched in a sequence of composite modes (condition 1), and a plurality of cases where the maximum transmission voltage is estimated first. This is a case where there is a mode in which the upper limit value of each irradiation parameter has not been reached in the diagnosis mode (condition 2).
  • the maximum transmission voltage is individually set in the specific example of the composite mode shown in FIG. 10
  • MI the transmission voltage
  • the B mode probe surface temperature increase ⁇ T B 8 ° C.
  • the probe surface temperature rise ⁇ T Flow 18 ° C.
  • ⁇ T is proportional to the square of the transmission voltage V ( ⁇ T ⁇ V 2 ).
  • each of the other diagnostic modes is independently transmitted for each diagnostic mode in the transmission cycle of the diagnostic mode.
  • the B mode is transmitted alone.
  • the last remaining diagnostic mode among the plurality of diagnostic modes constituting the combined mode is in the combined mode with the value of the maximum transmission voltage determined for each of the other diagnostic modes being fixed.
  • Each irradiation parameter is calculated as a diagnostic mode to be executed immediately.
  • the flow mode is the last remaining diagnostic mode.
  • FIG. 11 is a diagram showing a specific example of individual setting.
  • FIG. 11 shows a setting example when the maximum transmission voltage is individually set in the specific example of the combined mode shown in FIG.
  • each ultrasonic beam in the B mode is successively formed with a period of 200 ⁇ sec (microseconds), and the B mode is transmitted alone during the flow mode (Flow mode).
  • V Limit the maximum transmission voltage that can be output by the transmission unit 12
  • MI B the mechanical index of the B mode
  • V Limit the transmission voltage
  • the probe surface temperature rise ⁇ T is proportional to prr (number of pulse transmissions per unit time), and the B mode period increased from 600 ⁇ sec to 1200 ⁇ sec by double transmission, so that the B mode probe surface temperature rise is ⁇ T.
  • the upper limit ⁇ T Limit 4 ° C. is exceeded. Therefore, it is necessary to set the maximum transmission voltage in the B mode to a value lower than V Limit .
  • the maximum voltage setting unit 50 determines the maximum transmission voltage of the B mode by the setting process (see FIGS. 7 to 9) already described in detail.
  • the probe surface temperature increase ⁇ T B is time-divided from a period of 1200 (600 + 600) ⁇ sec in single transmission in B mode to 600 ⁇ sec, which is 1 ⁇ 2 in composite transmission.
  • the upper limit value of the probe surface temperature rise ⁇ T 4 ° C.
  • MI Limit 1.6 even in 2-mode split transmission.
  • MI Limit 1.6 of the mechanical index MI by the setting process already described in detail (see FIGS. 7 to 9)
  • ⁇ T odd allowable in the flow mode.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a specific example of the estimation result in the individual setting.
  • FIG. 12 shows the calculation results of the B mode maximum transmission voltage MaxV B and the flow mode maximum transmission voltage MaxV Flow estimated by the individual settings described with reference to FIG. 11.
  • the irradiation parameter (for example, ⁇ T) has a plurality of diagnostic modes.
  • the maximum transmission voltage is estimated so as to be uniform.
  • the number of processing loops in FIG. 7 is only the number of a plurality of diagnostic modes constituting the composite mode.
  • the number of loops is the same as the estimation process for a single transmission voltage in the comparative example. Therefore, as compared with the estimation process in the case of a single transmission voltage, the estimation process in the individual setting (see FIGS. 11 and 12) can be performed with almost the same calculation load.
  • the modification for calculating 0 ° C. is more advantageous by 1.0 ° C., and the upper limit (maximum transmission voltage) of the flow mode can be increased.
  • FIG. 13 is a diagram showing a comparison result between the basic pattern and the modified example.
  • FIG. 13 shows the rate of increase of the result obtained by the modification with respect to the result obtained by the basic pattern. That is, the increasing rate of the probe surface temperature increase ⁇ T in the flow mode (Flow mode) and the increasing rate of the transmission voltage (maximum transmission voltage) are illustrated.
  • FIG. 14 is a diagram showing a specific example of the composite mode in which the pause time is interrupted.
  • FIG. 14 shows a specific example in which a pause time is interrupted in a composite mode in which the B mode and the Flow mode are alternately executed in a time division manner. That is, in the specific example of FIG. 14, the ultrasonic waves in the B mode are formed one after another at a cycle of 200 ⁇ sec (microseconds), and the ultrasonic beams in the Flow mode are formed one after another at a cycle of 50 ⁇ sec.
  • a pause time of 300 ⁇ sec is provided. In the pause time, for example, transmission / reception of ultrasonic waves by the probe 10 is stopped.
  • FIG. 14 shows a specific example of the probe surface temperature increase ⁇ T Flow when no pause time is provided (no pause time) and when a pause time is provided (with pause time).
  • the rate of increase in the transmission voltage (FIG. 13) and the pause due to the modified example of the basic pattern It is possible to obtain the effect of the increase rate of the transmission voltage multiplied by the increase rate of the transmission voltage due to the addition of time (FIG. 14).
  • Aspect 1 lowering the transmission voltage in other diagnostic modes
  • the B mode after estimating the maximum transmission voltage of the B mode, by multiplying the maximum transmission voltage of the B mode by an arbitrary ratio according to the purpose such as the device or the probe mode, the B mode And the balance of the transmission voltage in the flow mode may be adjusted.
  • the transmission voltage in the B mode may be lowered by multiplying by a ratio of less than 1.
  • the B-mode transmission voltage is increased at a ratio larger than 1, the adjustment is made within the range of the upper limit value of the irradiation parameter (for example, MI).
  • Aspect 2 (set up pause time or increase pause time)
  • the upper limit of the irradiation parameters related to the intensity of the flow mode can be relatively increased, the PRT of the entire composite mode can be lowered, and the maximum transmission voltage can be increased. Become.
  • Aspect 3 (Change the estimation order of each diagnosis mode) If the estimation order of each diagnosis mode is changed and the diagnosis mode to be estimated last is changed, it is possible to intentionally select a diagnosis mode that preferentially increases the transmission voltage.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a specific example of individual setting in the composite mode of three modes.
  • FIG. 15 shows a specific example of a composite mode composed of three modes of B mode, flow mode (Flow mode), and pulse Doppler mode (PW mode).
  • the diagnostic mode of each diagnostic mode is set for each of the other diagnostic modes.
  • the maximum voltage setting unit 50 sequentially estimates the maximum transmission voltage for each diagnosis mode by the setting process (see FIGS. 7 to 9) already described in detail, assuming that the transmission is performed independently in the transmission cycle.
  • the last remaining diagnostic mode (the last diagnostic mode) among the plurality of diagnostic modes constituting the combined mode fixes the value of the maximum transmission voltage determined for each of the other diagnostic modes.
  • each irradiation parameter is calculated as the last diagnosis mode is executed during the combined mode, and the maximum voltage setting unit 50 estimates the maximum transmission voltage of the last diagnosis mode.
  • step 1 it is assumed that the B mode is transmitted alone, and the maximum transmission voltage MaxV B for the B mode is determined.
  • step 2 it is assumed that the flow mode (Flow mode) is transmitted alone, and the maximum transmission voltage MaxV Flow in the flow mode is determined.
  • step 3 assuming that the B mode and the flow mode are executed at the maximum transmission voltages MaxV B and MaxV Flow , the maximum transmission voltage MaxV PW in the pulse Doppler mode (PW mode) in the composite mode is determined. Is done.

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Abstract

電圧推定部52は、超音波に係る複数の照射パラメータの各照射パラメータごとに、その照射パラメータの上限値と過去に算出された送信電圧の推定値に基づいて新たな推定値を次々に算出する。電圧評価部54は、電圧推定部52が次々に算出する送信電圧の推定値のうち、複数の照射パラメータが上限値以下となる安全要求を満たした最大の推定値が最適解か否かを判定する。電圧設定部55は、最適解であると判定された最大の推定値を最大送信電圧として設定する。

Description

超音波診断装置
 本発明は、超音波診断装置に関し、特に、超音波の安全規格を満たす最大送信電圧を設定する装置に関する。
 生体の安全性を確保することなどを目的として、超音波診断には複数の安全規格が設けられており、超音波診断装置は、それら複数の安全規格による制限を遵守しなければならない。例えば、安全規格の対象となる複数の照射パラメータが、各照射パラメータの上限値を超えないように、超音波の送信電圧などが制御されなければならない。
 例えば、特許文献1には、超音波の送信条件に基づいてトータルパワーを算出し、トータルパワーに応じたプローブ表面温度の推定上昇分を演算して、プローブの駆動電圧を調整する発明が記載されている。また、特許文献2~5にも、安全規格を満たすように送信電圧を制御する発明が記載されている。
 一般に、超音波診断装置は、診断内容等に応じて変更可能な多数の送信制御パラメータを備えており、それら送信制御パラメータにより決定される送信条件に応じて超音波を送受する。いずれの送信条件で超音波を送波する場合にも、安全規格が遵守されなければならない。
 ところが、多数の送信制御パラメータの組み合わせにより決定される送信条件のパターンは膨大な数となり、送信条件の全パターンについて最適な最大送信電圧を決定することは容易ではない。
 そのため、従来においては、送信条件の全パターンで安全規格を満たすように、余裕をみて比較的低めの最大送信電圧を設定する傾向があった。この場合、送信条件のパターンによっては、過度に低い最大送信電圧が設定されてしまう可能性がある。
特許第3842069号公報 特開平7-67877号公報 特開2011-62359号公報 特開2009-240699号公報 特開2009-142473号公報
 本発明は、上述した背景技術に鑑みて成されたものであり、その目的は、超音波の安全規格を満たす最大送信電圧の設定に係る改良技術を提供することにある。
 上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、超音波に係る複数の照射パラメータが上限値以下となるように設定される最大送信電圧以下の送信電圧で前記プローブへ超音波の送信信号を出力する送信部と、前記各照射パラメータごとに当該各照射パラメータの上限値と過去に算出された送信電圧の推定値に基づいて新たな推定値を次々に算出する電圧推定部と、前記電圧推定部が次々に算出する送信電圧の推定値のうち、前記複数の照射パラメータが上限値以下となる安全要求を満たした最大の推定値が最適解か否かを判定する電圧評価部と、最適解であると判定された最大の推定値を前記最大送信電圧として設定する電圧設定部と、を有することを特徴とする。
 望ましい具体例において、前記電圧評価部は、前記安全要求を満たした最大の推定値と前記安全要求を満たさなかった最小の推定値との差が閾値以下、又は、前記安全要求を満たした最大の推定値が前記送信部から出力できる送信電圧の最大値である場合に、当該最大の推定値が最適解であると判定する、ことを特徴とする。
 望ましい具体例において、前記電圧評価部は、前記電圧推定部が次々に算出する推定値のうち前記安全要求を満たした推定値が得られた回数が閾値回数以上であり、且つ、前記最大の推定値が0とは異なる場合に、終了条件を満たしたと判定し、前記電圧設定部は、前記終了条件を満たした時点における最大の推定値を前記最大送信電圧として設定する、ことを特徴とする。
 望ましい具体例において、前記電圧推定部は、前記各照射パラメータの上限値と過去に算出された送信電圧の推定値に基づく逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、ことを特徴とする。
 望ましい具体例において、前記電圧推定部は、前記プローブから送波される超音波のトータルパワーに対して線形的な関係にある制御インデックスを補正後の送信電圧として利用して前記逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、ことを特徴とする。
 望ましい具体例において、前記超音波診断装置は、複数の診断モードを時分割で交互に実行する複合モードの機能を備え、前記複合モードを構成する複数の診断モードのうちの対象診断モードを除く各診断モードについて、当該各診断モードが個別的に実行されると仮定して当該各診断モードの前記最大送信電圧を決定し、前記複合モードにおいて前記各診断モードごとに決定された前記最大送信電圧で前記各診断モードが実行されると仮定して前記対象診断モードの前記最大送信電圧を決定する、ことを特徴とする。
 本発明により、超音波の安全規格を満たす最大送信電圧の設定に係る改良技術が提供される。
本発明の実施において好適な超音波診断装置の具体例を示す図である。 最大電圧設定ユニットの内部構成の具体例を示す図である。 照射パラメータの具体例を示す図である。 照射パラメータと送信制御パラメータの関係を示す図である。 送信電圧のリニアリティ補正を説明するための図である。 音響パラメータ測定値のデータに関する具体例を示す図である。 最大送信電圧の設定処理の全容を示すフローチャートである。 最大送信電圧の推定処理を説明するための図である。 送信電圧の推定値の評価処理を説明するための図である。 複合モードの具体例を示す図である。 個別設定の具体例を示す図である。 個別設定における推定結果の具体例を示す図である。 基本パターンと変形例の比較結果を示す図である。 休止時間が割り込む複合モードの具体例を示す図である。 3モードの複合モードにおける個別設定の具体例を示す図である。
 図1は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の具体例を示す図である。プローブ10は、例えば診断対象を含む領域に超音波を送受波する超音波探触子である。プローブ10は、複数の振動素子を備えており、複数の振動素子が電子的に走査制御されて診断対象を含む空間内で超音波ビームが走査される。プローブ10は、例えば、医師等のユーザ(検査者)に把持されて被検者の体表面上に当接して用いられる。なお、プローブ10は、被検者の体腔内に挿入して用いられるものであってもよいし、電子的な走査と機械的な走査とを組み合わせた探触子であってもよい。プローブ10としては例えばコンベックス型、セクタ型、リニア型等が好適であるが、他のタイプでもよい。
 送信部12は、超音波の送信信号を出力する送信回路を備えており、送信ビームフォーマーとして機能する。つまり、送信部12は、プローブ10が備える複数の振動素子の各々に対して送信信号を出力し、これにより送信ビームが形成される。受信部14は、受信ビームフォーマーとしての機能を備えている。つまり、受信部14は、プローブ10が備える複数の振動素子から得られる複数の受波信号に対して整相加算処理などを施し、これにより受信ビームが形成される。そして、送信部12と受信部14により、超音波ビーム(送信ビームと受信ビーム)が走査面内において走査され、超音波ビームに対応した受信信号が形成される。なお、超音波の受信信号を得るにあたって、超音波ビームが三次空間内で立体的に走査されてもよいし、送信開口合成等の技術が利用されてもよい。
 超音波画像形成部20は、走査面内から得られる超音波の受信信号に基づいて、超音波画像のデータ(画像データ)を形成する。超音波画像形成部20は、例えば、超音波の受信信号に対して、検波処理やフィルタ処理やAD変換処理等を施すことにより、Bモード画像用のフレームデータを形成する。もちろん、Bモード画像以外の公知の超音波画像(カラードプラ画像等を含む)に係る画像データが形成されてもよい。なお、超音波の受信信号に対する検波処理やフィルタ処理やAD変換処理等は、受信部14において実行されてもよい。
 表示処理部30は、超音波画像形成部20から得られる超音波画像の画像データに基づいて表示画像を形成する。表示処理部30において形成された表示画像は表示部32に表示される。
 最大電圧設定ユニット50は、超音波に係る複数の照射パラメータが上限値以下となるように最大送信電圧を設定する。設定された最大送信電圧は、制御部100による送信部12の制御に利用される。送信部12は、最大送信電圧以下の送信電圧でプローブ10へ超音波の送信信号を出力するように制御される。また、データ記憶部60には、最大電圧設定ユニット50により利用される各種のデータが記憶される。
 制御部100は、図1の超音波診断装置内を全体的に制御する。制御部100による全体的な制御には、操作デバイス70を介して、医師や検査技師などのユーザから受け付けた指示も反映される。ユーザは、例えば、操作デバイス70を操作することにより、最大送信電圧以下の電圧範囲内で所望の送信電圧に調整することができる。
 図1に示す構成(符号を付した各部)のうち、送信部12,受信部14,超音波画像形成部20,表示処理部30,最大電圧設定ユニット50の各部は、例えば電気電子回路やプロセッサ等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。また、上記各部に対応した機能の少なくとも一部がコンピュータにより実現されてもよい。つまり、上記各部に対応した機能の少なくとも一部が、CPUやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、CPUやプロセッサの動作を規定するソフトウェア(プログラム)との協働により実現されてもよい。
 表示部32の好適な具体例は液晶モニタ等である。データ記憶部60は、例えばハードディスクドライブや半導体メモリなどの記憶デバイスにより実現でき、操作デバイス70は、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、タッチパネル、その他のスイッチ類等のうちの少なくとも一つにより実現できる。そして、制御部100は、例えば、CPUやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、CPUやプロセッサの動作を規定するソフトウェア(プログラム)との協働により実現することができる。
 図2は、最大電圧設定ユニット50(図1)の内部構成の具体例を示す図である。最大電圧設定ユニット50は、線形補正部51と電圧推定部52と照射パラメータ算出部53と電圧評価部54と電圧設定部55で構成される。最大電圧設定ユニット50は、制御部100から得られる送信制御パラメータに応じて、複数の照射パラメータが上限値以下となるように最大送信電圧を設定する。
 図1の超音波診断装置の全体構成は以上のとおりである。次に、図1の超音波診断装置により実現される機能、特に図2の最大電圧設定ユニット50による最大送信電圧の設定に係る処理の具体例について詳述する。なお、図1,図2に示した構成(符号を付された各部)については、以下の説明において図1,図2の符号を利用する。
 図3は、照射パラメータの具体例を示す図である。生体の安全性を確保すること等を目的として、超音波診断には複数の安全規格が設けられている。それらの安全規格により上限値を定められた複数の照射パラメータの代表例として、MI(メカニカルインデックス)とIspta,α(z)(空間ピーク時間平均強度)とTIC(頭蓋骨のサーマルインデックス)とΔT(プローブ表面温度上昇)の4つの照射パラメータが図3に示されている。
 図4は、照射パラメータと送信制御パラメータの関係を示す図である。図4には、4つの照射パラメータ(図3)について、各照射パラメータと超音波の送信制御パラメータ(ビーム制御パラメータ,走査制御パラメータ)との関係が図示されている。
 図4には、送信制御パラメータの具体例として、送信電圧と波形とフォーカスとprrと走査幅が例示されている。送信電圧は、送信部12からプローブ10へ出力される送信信号の電圧である。波形は、送信信号の波形であり、例えば、送信モードと送信周波数と波数などの組み合わせによって一意に決定される。フォーカスは、例えば送信ビームのフォーカス深さである。prrは、単位時間あたりのパルス送信回数(Hz:ヘルツ)であり、走査幅は、送信ビームが走査される領域(フレーム)の幅である。
 4つの照射パラメータは、送信電圧との間に比較的強い相関性があり、送信電圧に対して非線形である。また、4つの照射パラメータは、波形とフォーカスにも依存する。そして、MI(メカニカルインデックス)以外の3つの照射パラメータは、prrと走査幅にも依存する。
 図4に示すように、4つの照射パラメータ、特に各照射パラメータの主因子である音響パラメータは、送信電圧に対して強い相関があるうえに送信電圧に対して非線形である。4つの照射パラメータに対応した4つの音響パラメータのうち、TICの主因子であるPとΔTの主因子であるΔT(ΔT自身が主因子)は、送信電圧自体の非線形性(送信電圧に対するトータルパワーの非線形性)に強く依存するため、リニアリティ補正(後述)により、ほぼ完全な線形性を確保できる。その他の2つの音響パラメータについても、リニアリティ補正により送信電圧自体の非線形性を解消できれば、非線形の要因を音場の非線形伝搬に限定できる。そこで、以下に、送信電圧のリニアリティ補正(線形補正)について説明する。
 図5は、送信電圧のリニアリティ補正を説明するための図である。リニアリティ補正では、トータルパワーが線形になるように送信電圧を補正した制御インデックスが導出される。トータルパワーは、プローブ10から送波される超音波のパワーであり、例えば、単位時間当たりにプローブ10から送波される超音波パワーとして定義される。
 図5の横軸に示す実送信電圧は、リニアリティ補正前の送信電圧であり、送信部12からプローブ10へ実際に出力される送信信号(実送信信号)の送信電圧である。これに対し、図5の縦軸に示す制御インデックスは、リニアリティ補正後の送信電圧として利用される。
 送信電圧のリニアリティ補正は、例えば、プローブ10の種類、送信波形の種類、フォーカス深さごとに実行されることが望ましい。リニアリティ補正の手順は次のとおりである。
 まず、実送信電圧の複数のサンプル電圧値について、各サンプル電圧値ごとにトータルパワーが測定される。例えば16サンプル程度のサンプル電圧値について、各サンプル電圧値ごとに実際にプローブ10から送波される超音波のトータルパワーが測定される。そして、実送信電圧の各サンプル電圧値ごとに得られたトータルパワーをprr=1kHzで規格化したトータルパワー(W1kHz)が算出され、そのトータルパワー(W1kHz)の平方根であるトータルパワーサンプル値(√W1kHz)が算出される。これにより、実送信電圧の複数のサンプル電圧値に対応した複数のトータルパワーサンプル値が得られる。
 次に、トータルパワーサンプル値の最大値、例えば、送信部12から出力可能な実送信電圧の最大値に対応したトータルパワーサンプル値が均等にN等分される。分割数Nは送信電圧の制御に必要とされる精度などに応じて決定される自然数である。そして、各分割点ごとに、その分割点に対応した実送信電圧値が探索される。例えば、実送信電圧の複数のサンプル電圧値と複数のトータルパワーサンプル値の対応関係から、最小二乗法などによる逐次近似で図5に示す近似曲線を得ることにより、縦軸の各分割点に対応した横軸の実送信電圧値を特定することができる。
 こうして得られた縦軸の複数の分割点である制御インデックスが、トータルパワーの平方根(√W1kHz)をリニアに(線形的に)変化させる補正後の送信電圧として利用される。例えば、縦軸の複数の分割点(補正後の送信電圧)である制御インデックスと、横軸の実送信電圧値(補正前の送信電圧)との対応関係を定めたテーブルが、電圧値変換データとしてデータ記憶部60に記憶される。また、図5に示す近似曲線の関数データが電圧値変換データとしてデータ記憶部60に記憶され、その関数データに基づいて、縦軸の制御インデックス(補正後の送信電圧)に対応した横軸の実送信電圧値(補正前の送信電圧)が導出されてもよい。
 後述する最大送信電圧の推定においては、送信電圧として、リニアリティ補正後の送信電圧である制御インデックスを利用することが望ましい。例えば、データ記憶部60に記憶された電圧値変換データに基づいて、線形補正部51が、制御インデックス(補正後の送信電圧)から実送信電圧値(補正前の送信電圧)への変換、または、実送信電圧値から制御インデックスへの変換を実行する。最大送信電圧の推定においてリニアリティ補正後の制御インデックスを利用することにより、トータルパワーやプローブ表面温度上昇の推定精度が向上し、推定の時間効率も向上する。また、送信電圧の制御に関する精度の向上と、超音波診断(測定)の精度と安全性の向上も期待される。
 図6は、音響パラメータ測定値のデータに関する具体例を示す図である。音響パラメータ測定値は、送信制御パラメータの組み合わせにより決定される送信条件のパターンごとに測定される。図6には、データ記憶部60に記憶される音響パラメータ測定値のデータ構造の具体例が示されている。
 例えば、メカニカルインデックスMIの音響パラメータpr,α(z)と、空間ピーク時間平均強度Ispta,α(z)の音響パラメータIpi,α(z)は、波形とフォーカスと送信電圧によって決定される送信条件の各パターンごとに測定が行われ、送信条件の各パターンごとに測定データが得られる。なお、これら2つの音響パラメータに関する送信電圧ごとの測定については、代表的な複数の送信電圧値に関する測定のみを行い、それにより得られた複数の測定データから関数近似等により得られる補間データを利用することにより、測定を簡略化することも可能である。
 また、頭蓋骨のサーマルインデックスTICの音響パラメータPは、波形とフォーカスと送信電圧によって決定される送信条件の各パターンごとに測定が行われ、送信条件の各パターンごとに測定データが得られる。なお、音響パラメータPに関する送信電圧ごとの測定については、代表的な複数の送信電圧値に関する測定のみを行い、それにより得られた複数の測定データから関数近似等により得られる補間データを利用することにより、測定を簡略化することも可能である。また、音響パラメータPはフォーカスに対して線形に変化するため、例えば原点を通る直線近似などで測定データを推定計算することにより、測定を省略することも可能である。
 そして、プローブ表面温度上昇ΔTの音響パラメータΔTは、波形とフォーカスと送信電圧と走査幅とprrによって決定される送信条件の各パターンごとに測定が行われ、送信条件の各パターンごとに測定データが得られる。なお、音響パラメータΔTに関する走査幅ごとの測定については、代表的な幾つかの走査幅に関する測定のみを行い、それにより得られた複数の測定データから関数近似等により得られる補間データを利用することにより、測定を簡略化することも可能である。また、音響パラメータΔTはフォーカスと送信電圧に対して線形に変化するため、例えば原点を通る直線近似などで測定データを推定計算することにより、測定を省略することも可能である。音響パラメータΔTの測定は、例えば各パターンごとに数十分程度の長い時間を要するため、可能な限りパターン数を絞り込んで測定することが望ましい。
 図7は、最大送信電圧の設定処理の全容を示すフローチャートである。つまり、最大電圧設定ユニット50において実行される処理の全容が図7に示されている。
 最大電圧設定ユニット50は、まず、データ記憶部60から各照射パラメータの上限値のデータを取得する(S701)。データ記憶部60には、各種の安全規格により定められた複数の照射パラメータの上限値のデータが予め記憶されている。
 次に、照射パラメータ算出部53により照射パラメータ値が算出される(S702)。照射パラメータ算出部53は、制御部100から得られる送信制御パラメータ、例えば診断中の装置の設定状態を示す現状の送信制御パラメータを参照して、データ記憶部60に記憶された音響パラメータ測定値のデータ(図6)の中から、現状の送信制御パラメータに対応した4つの音響パラメータの測定値を得る。なお、送信電圧の電圧値としては、送信電圧の推定値が利用される。その推定値の初期値は、送信部12が出力可能な最大の送信電圧であるVLimitとする。そして、照射パラメータ算出部53は、4つの音響パラメータの測定値に基づいて、図3に示す4つの照射パラメータ値を算出する。
 次に、電圧評価部54により送信電圧の推定値が評価される(S703)。なお、電圧評価部54による評価処理の具体例については後に詳述する(図9参照)。電圧評価部54による評価結果がOKでなければ、つまり評価結果がNGであれば、電圧推定部52により新たな送信電圧の推定値が算出される(S705)。
 図8は、最大送信電圧の推定処理を説明するための図である。電圧推定部52は、各照射パラメータごとに、その照射パラメータの上限値を超えないことを目標として、最大送信電圧の推定値を算出する。電圧推定部52は、各照射パラメータごとに、その照射パラメータの上限値と過去の推定値から逐次的勾配降下法により新たな推定値を算出する。図8には、照射パラメータIspta,α(z)に関する逐次的勾配降下法の具体例が図示されている。
 電圧推定部52は、各照射パラメータに応じて選択される数1式または数2式により送信電圧の推定値Viを算出する。なお、iは過去から順に増加する逐次計算のインデックスであり初期値0から1ずつ増加する整数である。また、PrmLimitはデータ記憶部60に記憶された各照射パラメータの上限値であり、Prmiは送信電圧を推定値Viとして照射パラメータ算出部53により算出される各照射パラメータの値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 逐次的勾配降下法では、各照射パラメータの上限値PrmLimitと過去の推定値Vi-1と推定値Vi-2から、数1式または数2式を利用して、新たな推定値Viが算出される。
 例えば、照射パラメータMI(メカニカルインデックス)は、送信電圧との間に比較的強い相関関係があるため、照射パラメータMIに関する推定値Viの算出には、送信電圧の1乗に対応した数1式が利用される。これに対し、照射パラメータIspta,α(z)(空間ピーク時間平均強度)と照射パラメータTIC(頭蓋骨のサーマルインデックス)と照射パラメータΔT(プローブ表面温度上昇)は、送信電圧の2乗との間に比較的強い相関関係があるため、これらの照射パラメータに関する推定値Viの算出には、送信電圧の2乗に対応した数2式が利用される。
 電圧推定部52は、送信電圧の推定値をV0=0,V1=VLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)、各照射パラメータの初期値をPrm0=0として、i≧2から逐次的勾配降下法による逐次計算を実行する。
 図7に戻り、S705において各照射パラメータごとに推定値Viが算出されると、電圧推定部52は、複数の照射パラメータについて、各照射パラメータごとに算出された推定値Viの中で最も低い値を選択する(S706)。そして、選択された推定値Viが推定電圧MaxViとなる。
 さらに、推定電圧に関するリミットチェックが実行される(S707)。このリミットチェックは、図7のフローチャートにおけるS702~S706までの処理を繰り返し実行する中で、過去に得られた推定電圧との重複を避けることを目的としている。例えば、数3式によるリミットチェックが実行される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 数3式において、MinVNGは、安全要求を満たさなかった過去の推定電圧の最小値であり、初期値をVLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)とする。また、MaxVOKは、安全要求を満たした過去の推定電圧の最大値であり、初期値を0(ゼロ)とする。なお、安全要求とは、全照射パラメータが上限値以下になることである。そして、αは送信部12が出力可能な送信電圧の最小調整単位である。
 このリミットチェックにより、例えば、OKゾーン(安全要求を満たした過去の推定電圧の最大値)とNGゾーン(安全要求を満たさなかった過去の推定電圧の最小値)の両側から推定電圧の範囲を徐々に挟み込んでいくことにより、推定の精度を高めることが可能になる。また、OKゾーンの推定電圧の初期値を0とし、NGゾーンの推定電圧の初期値をVLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)とすることにより、装置(送信部12)により出力可能な電圧範囲内に収まるように推定電圧が修正される。
 そして、図7のフローチャートにおけるS702~S707までの処理を繰り返し実行する中で、S702における2回目以降の算出には、S707におけるリミットチェック後の推定電圧MaxViが送信電圧の推定値として利用される。S702~S707の処理は、S703において送信電圧の推定値が評価OKとなるまで繰り返される。
 図9は、送信電圧の推定値の評価処理を説明するための図である。つまり、図7のS703において電圧評価部54が実行する処理の具体例が図9に示されている。
 まず、S702(図7)において算出された全照射パラメータが上限値以下となる安全要求を満たすか否かが確認される(S901)。4つの照射パラメータ値が全て上限値以下であれば安全要求を満たすと判定され、4つの照射パラメータ値のうちの少なくとも1つが上限値よりも大きければ安全要求を満たしていないと判定される。
 S901において安全要求を満たしている場合には、安全要求を満たした最大推定値の更新が行われる(S902)。最大推定値の更新は、例えば数4式により実行される。なお、数4式において、MaxVOKは安全要求を満たした最大推定値であり、MaxViはS707(図7)におけるリミットチェック後の推定電圧である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 最大推定値が更新されると、安全要求を満たした回数であるOK回数がカウントされる(S903)。OK回数の初期値は0(ゼロ)でありS903のステップが繰り返し実行される度にOK回数が1つだけ増加(カウント)される。
 一方、S901において安全要求を満たしていない場合には、安全要求を満たしていない最小推定値の更新が行われる(S904)。最小推定値の更新は例えば数5式により実行される。なお、数5式において、MinVNGは安全要求を満たしていない最小推定値であり、MaxViはS707(図7)におけるリミットチェック後の推定電圧である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 最小推定値が更新されると、安全要求を満たしていない回数であるNG回数がカウントされる(S905)。NG回数の初期値は0(ゼロ)でありS905のステップが繰り返し実行される度にNG回数が1つだけ増加(カウント)される。
 続いて、S902において更新された最大推定値MaxVOKが最適解であるか否かが確認される(S906)。例えば、数6式の条件を満たせば最適解と判定され、数6式の条件を満たさなければ最適解ではないと判定される。なお、数6式のαは、送信部12が出力可能な送信電圧の最小調整単位である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 S906において最適解であると判定されると評価結果OKとなる(S907)。これに対し、S906において最適解ではないと判定されると、OK回数が終了条件を満たすか否かが確認される(S908)。例えば、数7式の条件を満たすか否かが確認される。 
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 数7式における上限回数は、音響パラメータの線形性や製品に要求される感度や応答性能等に応じて決定される。上限回数の値は、固定値でもよいし、ユーザが適宜に調整できるようにしてもよい。例えば、上限回数を1にすれば、1度OK(OK回数=1)で終了条件を満たすことになる。音響パラメータの線形性が高い場合や、感度よりも応答性を重視したい場合には上限回数を小さくすればよい。これに対し、音響パラメータの線形性が低く、感度を重視したい場合には、上限回数を大きくすればよい。例えば、送信部12が出力可能な送信電圧の段数と同程度の値に上限回数を設定すれば、S906において最適解であると判定されるまで演算と評価を繰り返すようにすることもできる。
 S908において終了条件を満たしていない判定されると評価結果NGとなり(S909)、図7のフローチャートにおけるS705~S707までの処理が再び実行される。そして、評価結果OKと判定されるまで図7のフローチャートにおけるS702~S707までの処理が繰り返し実行される。
 S907において評価結果OKとされると、電圧設定部55が最大推定値MaxVOKを最大送信電圧として設定する(図7のS708)。最大送信電圧が設定されると、例えば0Vから最大送信電圧の範囲内でユーザにより送信電圧が調整される。また、0Vから最大送信電圧の範囲内で例えば照射パラメータの指定値に応じて送信電圧が調整されてもよい。
 次に、複合モード時における最大送信電圧の設定について説明する。図1の超音波診断装置は、複数の診断モードを備えている。複数の診断モードには、例えば、断層画像(Bモード画像)を形成するBモード、カラードプラ画像を形成するフローモード(Flowモード)、パルスドプラ計測を行うPWモードなどが含まれる。図1の超音波診断装置は各診断モードを個別的に実行する個別モードの他に、幾つかの診断モードを時分割で交互に実行する複合モードの機能を備えている。
 図10は、複合モードの具体例を示す図である。図10には、BモードとFlowモードを時分割で交互に実行する複合モードの具体例が図示されている。図10の具体例ではBモードの各超音波ビームが周期200μsec(マイクロ秒)で次々に形成され、Flowモードの各超音波ビームが周期50μsecで次々に形成される。そしてBモードの3本の超音波ビームの形成(期間が600μsec)とFlowモードの12本の超音波ビームの形成(期間が600μsec)が交互に繰り返される。これにより、Bモード画像とカラードプラ画像が同時進行的に形成され、例えば、表示部32にBモード画像とカラードプラ画像を左右に並べた表示画像が表示される。
 複合モードにおいても最大電圧設定ユニット50は超音波に係る複数の照射パラメータが上限値以下となるように最大送信電圧を設定する。複合モードでは、複合モードを構成する各診断モードのビーム特性(波形、フォーカス、送信電圧)や走査特性(送信周期、1フレーム当たりの走査線数、1フレームの走査範囲)などにより、各照射パラメータへの寄与の度合いが変化する。
 例えば、音圧に関する照射パラメータ(例えばメカニカルインデックスMI)は、各診断モードのビーム特性のみに依存するため、複数の診断モードについての各々の寄与(メカニカルインデックスMIに対する影響の度合い)を比較し、寄与が大きい方の診断モードに関する最大送信電圧の推定値が複合モードにおける最大送信電圧とされる。
 一方、送信電圧の2乗に関連する照射パラメータ(例えばTIC、Ispta,α(z)、ΔT)は、各診断モードのビーム特性と走査特性の両方に依存するため、複数の診断モードについての各々の寄与の合算値から、複合モードにおける最大送信電圧が推定される。
 図1の超音波診断装置は、複合モードにおいて、各診断モードの寄与の度合い(各照射パラメータに対する影響の度合い)に応じて、各診断モードごとに最大送信電圧を設定することができる。例えば、図10に示す複合モードの具体例において、Bモード用の最大送信電圧とFlowモード用の最大送信電圧を別々に設定(個別設定)する機能を備えている。個別設定の機能について後に詳述することとし、その前に、まず、Bモード用とFlowモード用について同じ最大送信電圧を設定する比較例(単一送信電圧)について説明する。
 <比較例(単一送信電圧)>
 複数モードにおいて各診断モードごとに個別に最大送信電圧を設定できない単一送信電圧の場合には、各診断モードの寄与の度合い(各照射パラメータに対する影響の度合い)に依らず、複数の照射パラメータが上限値以下となるように、複数の診断モードに対して共通の最大送信電圧が設定される。
 例えば、図10に示す複合モードの具体例において、prr(単位時間あたりのパルス送信回数)が全体的に低く、音圧に関連した照射パラメータ(MI)が支配的となる状況を考える。例えば、メカニカルインデックスMIの上限値をMILimit=1.6、送信電圧をVLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)とした場合におけるBモードのメカニカルインデックスをMIB=1.0、フローモードのメカニカルインデックスをMIFlow=3.2、MIが送信電圧Vに比例する(MI∝V)と仮定すると、安全要求を満たす最大送信電圧MaxVは次式によりMaxV=0.5VLimitとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 そして、安全要求を満たす最大送信電圧MaxV=0.5VLimitによる規制後のメカニカルインデックスMIは、MIB=0.5、MIFlow=1.6となる。つまり、BモードのメカニカルインデックスMIBは、MaxV=VLimitの時にMIB=1.0と規制値(上限値)以下であったにも関わらず、フローモードのメカニカルインデックスであるMIFlowの影響により、MIB=0.5まで過剰に引き下げられてしまうことになる。
 また、例えば、図10に示す複合モードの具体例において、prr(単位時間あたりのパルス送信回数)が全体的に高く、音圧よりも送信電圧の2乗に関連した照射パラメータであるΔTが支配的となる状況を考える。例えば、プローブ表面温度上昇ΔTの上限値をΔTLimit=4℃(摂氏4度)、送信電圧をVLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)とした場合におけるBモードのプローブ表面温度上昇ΔTB=3℃、フローモードのプローブ表面温度上昇ΔTFlow=33℃、ΔTが送信電圧Vの2乗に比例する(ΔT∝V2)と仮定すると、安全要求を満たす最大送信電圧MaxVは次式によりMaxV=(1/3)VLimitとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 そして、安全要求を満たす最大送信電圧MaxV=(1/3)VLimitによる規制後のΔTは、ΔTB=0.33、ΔTFlow=3.67となる。この場合、Bモードとフローモードのプローブ表面温度上昇ΔTに関する寄与率の差が比較的大きい(ΔTFlowの方が大きい)ため、フローモードの送信電圧のみを大きく下げた方がよいにも関わらず、単一送信電圧では、フローモードの影響によりBモードの送信電圧も過剰に引き下げられてしまう。
 このように、単一送信電圧の場合には、一方の診断モードの影響により、他方の診断モードに関する最大送信電圧が過剰に引き下げられてしまう場合がある。
 そこで、図1の超音波診断装置は、複合モードにおいて、各診断モードの寄与の度合い(各照射パラメータに対する影響の度合い)に応じて、各診断モードごとに最大送信電圧を個別設定する。以下に個別設定の具体例を説明する。
 <個別設定の具体例1(基本パターン)>
 個別設定においては、複合モードを構成する複数の診断モードのうちの1つを除き、他の各診断モードについて、各診断モードごとにその診断モードの送信周期で単独送信されている場合を仮定し、既に詳述した設定処理(図7~図9参照)により、最大電圧設定ユニット50が各診断モードごとの最大送信電圧を順次推定する。
 これにより、例えば、音圧に関連する照射パラメータ(例えばMI)による最大送信電圧の規制を必要最小限とすることが可能になる。また、各診断モードの送信周期を利用して計算することにより、送信電圧の2乗に関連する照射パラメータ(例えばΔT)による最大送信電圧の規制を、送信時間の時分割の割合に従って、照射パラメータが均等になるように複数の診断モードに対して平等に規制を掛けることが可能になる。
 そして、複合モードを構成する複数の診断モードのうちの最後に残った1つの診断モード(最後の診断モード)は、それ以外の他の各診断モードについて決定された最大送信電圧の値を固定した状態で、複合モード中に最後の診断モードが実行されるとして各照射パラメータが算出される。例えば、送信電圧の2乗に関連する照射パラメータ(例えばΔT)については、その他の各診断モードの寄与を照射パラメータの上限値から差し引いた値を、最後の診断モードに関する上限値として、既に詳述した設定処理(図7~図9参照)により、最大電圧設定ユニット50が最後の診断モードの最大送信電圧を推定する。
 このように、最後に残った1つの診断モードに関する最大送信電圧を単独送信ではなく複合モードにおける複合送信のうちの1つとして推定することにより、例えば、次のいずれかの条件が満たされた場合に最大送信電圧をより高く設定することができる。その条件とは、複合モードの一連のシーケンスの中で診断モードが切り換わるタイミングやフレームが切り換わるタイミングで一定の休止時間が割り込む場合(条件1)と、先に最大送信電圧を推定した複数の診断モードの中に、各照射パラメータの上限値に到達しなかったモードがある場合(条件2)である。
 そこで、図10に示す複合モードの具体例において最大送信電圧を個別設定する場合の設定例を説明する。例えば、メカニカルインデックスMIの上限値をMILimit=1.6とし、送信電圧をVLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)とした場合におけるBモードのメカニカルインデックスをMIB=1.0、フローモードのメカニカルインデックスをMIFlow=3.2とし、MIが送信電圧Vに比例する(MI∝V)と仮定する。また、例えば、プローブ表面温度上昇ΔTの上限値をΔTLimit=4℃(摂氏4度)とし、送信電圧をVLimitとした場合におけるBモードのプローブ表面温度上昇ΔTB=8℃、フローモードのプローブ表面温度上昇ΔTFlow=18℃、ΔTが送信電圧Vの2乗に比例する(ΔT∝V2)と仮定する。
 個別設定においては、複合モードを構成する複数の診断モードのうちの1つを除き、他の各診断モードについて、各診断モードごとにその診断モードの送信周期で単独送信されている場合を仮定する。図10の具体例では、まず、Bモードが単独送信されると仮定する。
 そして、複合モードを構成する複数の診断モードのうちの最後に残った1つの診断モードは、それ以外の他の各診断モードについて決定された最大送信電圧の値を固定した状態で、複合モード中に実行される診断モードとして各照射パラメータが算出される。図10の具体例では、フローモードが最後に残った1つの診断モードとなる。
 図11は、個別設定の具体例を示す図である。図11には、図10に示す複合モードの具体例において最大送信電圧を個別設定する場合の設定例が図示されている。
 まず、図11のS1に示すように、Bモードが単独送信されると仮定する。つまり、Bモードの各超音波ビームが周期200μsec(マイクロ秒)で次々に形成され、フローモード(Flowモード)の期間中もBモードが単独送信されると仮定する。そして、送信電圧をVLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)とした場合におけるBモードのメカニカルインデックスをMIB=1.0とし、送信電圧をVLimitとした場合におけるBモードのプローブ表面温度上昇をΔTB=16℃とする。なお、プローブ表面温度上昇ΔTは、prr(単位時間あたりのパルス送信回数)に比例し、単独送信によりBモードの期間が600μsecから2倍の1200μsecに増加したため、Bモードのプローブ表面温度上昇をΔTB=8×2=16℃としている。
 この例では、BモードのメカニカルインデックスはMIB=1.0であり、上限値であるMILimit=1.6を超えていないが、Bモードのプローブ表面温度上昇はΔTB=16℃であり、上限値であるΔTLimit=4℃を超えてしまう。したがって、Bモードの最大送信電圧は、VLimitよりも低い値に設定する必要がある。
 図11のS1に示すように、Bモードが単独送信されると仮定して、既に詳述した設定処理(図7~図9参照)により、最大電圧設定ユニット50がBモードの最大送信電圧を推定すると、安全要求を満たすBモードの最大送信電圧MaxVBは、例えば、次式に示すようにMaxVB=0.5VLimitとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 続いて、Bモードの最大送信電圧がS1で算出されたMaxVB=0.5VLimitに設定されていると仮定して、複合モードの状態(時分割送信)におけるフローモードの最大送信電圧が推定される。
 なお、Bモードの最大送信電圧がMaxVB=0.5VLimitに設定され、図11のS2に示すように、Bモードとフローモードが複合送信つまり時分割送信される場合、BモードのメカニカルインデックスはMIBとプローブ表面温度上昇ΔTBは、それぞれ次式に示すように、MIB=0.5,ΔTB=2.0℃(摂氏2.0度)となる。次式においてプローブ表面温度上昇ΔTBは、Bモードの単独送信での期間1200(600+600)μsecから複合送信において1/2の600μsecに時分割されたことが考慮されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 Bモードとフローモードの2モードの分割送信において、Bモードのプローブ表面温度上昇がΔTB=2.0℃であると、プローブ表面温度上昇ΔTの上限値がΔTLimit=4℃でるため、フローモードにおいて許容されるプローブ表面温度上昇はΔTodd=2.0(4.0-2.0)℃となる。なお、メカニカルインデックスMIの上限値は、2モードの分割送信でもMILimit=1.6である。
 最大電圧設定ユニット50は、既に詳述した設定処理(図7~図9参照)により、メカニカルインデックスMIの上限値MILimit=1.6とし、フローモードにおいて許容されるプローブ表面温度上昇ΔTodd=2.0℃以下となる安全要求を満たすフローモードの最大送信電圧を推定する。これにより、安全要求を満たすフローモードの最大送信電圧MaxVFlowは、例えば次式に示すようにMaxVFlow=0.33VLimitとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 図12は、個別設定における推定結果の具体例を示す図である。図12には、図11を利用して説明した個別設定により推定されるBモードの最大送信電圧MaxVBとフローモードの最大送信電圧MaxVFlowの演算結果が図示されている。
 図11,図12に示す具体例のように、送信電圧の2乗に関連した照射パラメータであるプローブ表面温度上昇ΔTにより規制が掛かる場合には、その照射パラメータ(例えばΔT)が複数の診断モードにおいて均等になるように最大送信電圧が推定される。
 なお、図7における処理のループ回数は、複合モードを構成する複数の診断モードの個数だけとなる。ループ回数については、比較例の単一送信電圧における推定処理と同じである。したがって、単一送信電圧の場合における推定処理と比較して、ほぼ同等な演算負荷で個別設定(図11,図12参照)における推定処理が可能になる。
 <個別設定の具体例2(基本パターンの変形例)>
 次に、個別設定の具体例2として、上述した基本パターンの変形例について説明する。
 図10に示す複合モードの具体例において、例えば、メカニカルインデックスMIの上限値をMILimit=1.6とし、送信電圧をVLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)とした場合におけるBモードのメカニカルインデックスをMIB=1.0、フローモードのメカニカルインデックスをMIFlow=1.6とし、MIが送信電圧Vに比例する(MI∝V)と仮定する。また、プローブ表面温度上昇ΔTの上限値をΔTLimit=4℃(摂氏4度)とし、送信電圧をVLimitとした場合におけるBモードのプローブ表面温度上昇ΔTB=1.0℃、フローモードのプローブ表面温度上昇ΔTFlow=18℃、ΔTが送信電圧Vの2乗に比例する(ΔT∝V2)と仮定する。つまり、安全要求の上限値を超えるのがΔTFlowだけとなる例を仮定する。
 Bモードとフローモードの時分割比率1/2(600μsec/1200μsec)に応じて、プローブ表面温度上昇ΔTの上限値ΔTLimit=4℃(摂氏4度)をフローモードに分配するとΔTLimit_div=2.0℃となる。
 一方、プローブ表面温度上昇ΔTの上限値ΔTLimit=4℃から、Bモードのプローブ表面温度上昇ΔTB=1.0℃を差し引いたΔTの許容分はΔTodd=ΔTLimit-ΔTB=3.0℃となる。
 したがって、時分割比率でフローモードのΔTLimit_div=2.0℃を設定する基本パターンの場合に比べて、BモードのΔTB=1.0℃を差し引くことによりΔTの許容分ΔTodd=3.0℃を算出する変形例の方が、1.0℃だけ有利であり、フローモードの上限(最大送信電圧)を増加することができる。
 図13は、基本パターンと変形例の比較結果を示す図である。図13には、基本パターンにより得られる結果に対する変形例により得られる結果の増加割合が図示されている。つまり、フローモード(Flowモード)のプローブ表面温度上昇ΔTの増加割合と、送信電圧(最大送信電圧)の増加割合が図示されている。
 <個別設定の具体例3(休止時間の追加)>
 次に、個別設定の具体例3として、上述した基本パターンの変形例に休止時間が割り込む例を説明する。
 図14は、休止時間が割り込む複合モードの具体例を示す図である。図14には、BモードとFlowモードを時分割で交互に実行する複合モードに休止時間を割り込ませる具体例が図示されている。つまり、図14の具体例では、Bモードの各超音波ビームが周期200μsec(マイクロ秒)で次々に形成され、Flowモードの各超音波ビームが周期50μsecで次々に形成される。そしてBモードの3本の超音波ビームの形成(期間が600μsec)とFlowモードの12本の超音波ビームの形成(期間が600μsec)の後に、300μsecの休止時間が設けられる。なお、休止時間において、例えば、プローブ10による超音波の送受が停止される。
 図14に示す複合モードの具体例において、例えば、メカニカルインデックスMIの上限値をMILimit=1.6とし、送信電圧をVLimit(送信部12が出力可能な最大の送信電圧)とした場合におけるBモードのメカニカルインデックスをMIB=1.0、フローモードのメカニカルインデックスをMIFlow=1.6と仮定する。また、プローブ表面温度上昇ΔTの上限値をΔTLimit=4℃(摂氏4度)とし、Bモードのプローブ表面温度上昇ΔTBが時分割により得られる上限値ΔTLimit_div=4.0*(40/100)=1.6℃に等しいと仮定すると、フローモードにおいて許容される温度上昇ΔTの余りは、ΔTFlow=ΔTLimit-ΔTB=4.0-1.6=2.4となる。つまり、休止時間が設けられたことにより、複合モード全体のPRT(パルス繰り返し時間)が延びてBモードの割合が低下した分だけ、フローモードに許容されるΔTの上限が増加したことになる。図14には、休止時間を設けない場合(休止時間なし)と休止時間を設ける場合(休止時間あり)のプローブ表面温度上昇ΔTFlowの具体例が図示されている。
 そして、図14に示すように、休止時間が追加されたことにより、フローモードの温度上昇ΔTの上昇し易さが0.8の割合で低下する。また、休止時間が追加されたことにより、図14に示す送信電圧の増加割合でフローモードの最大送信電圧を高くすることができる。
 さらに、基本パターンの変形例(個別設定の具体例2)と休止時間の追加(個別設定の具体例3)を併用すれば、基本パターンの変形例による送信電圧の増加割合(図13)と休止時間の追加による送信電圧の増加割合(図14)を掛け合わせた送信電圧の増加割合の効果を得ることが可能になる。
 <個別設定の応用例>
 上述した個別設定の具体例1~3を応用することにより、例えば強度に関する照射パラメータが支配的な場合に、例えば、以下に示す態様により、意図的に複数の診断モード間の送信電圧のバランスを調整し、所望の診断モードに関する送信電圧を高めるようにしてもよい。
 態様1(他の診断モードの送信電圧を下げる)
 例えばBモードとフローモードの複合モードにおいて、Bモードの最大送信電圧を推定した後に、装置やプローブモードなどの目的に応じて、Bモードの最大送信電圧に任意の比率を乗じることにより、Bモードとフローモードの送信電圧のバランスが調整されてもよい。フローモードの送信電圧を高めたい場合には、1未満の比率を乗じてBモードの送信電圧を下げればよい。逆に、1より大きい比率でBモードの送信電圧を高める場合には、照射パラメータ(例えばMI)の上限値以下の範囲で調整する。
 態様2(休止時間を設ける又は休止時間を増やす)
 休止時間を意図的に設ける又は増やすことにより、例えば、フローモードの強度に関連した照射パラメータの上限が相対的な高くなり、複合モード全体のPRTも下がり、最大送信電圧を高くすることが可能になる。
 態様3(各診断モードの推定順序を変更する)
 各診断モードの推定順序を変更し、最後に推定する診断モードを変更すれば、優先的に送信電圧を高くする診断モードを意図的に選択することが可能になる。
 <3モードの個別設定>
 図15は、3モードの複合モードにおける個別設定の具体例を示す図である。図15にはBモードとフローモード(Flowモード)とパルスドプラモード(PWモード)の3モードからなる複合モードの具体例が図示されている。
 3モード(または4モード以上)の複合モードの個別設定においても、複合モードを構成する複数の診断モードのうちの1つを除き、他の各診断モードについて、各診断モードごとにその診断モードの送信周期で単独送信されている場合を仮定し、既に詳述した設定処理(図7~図9参照)により、最大電圧設定ユニット50が各診断モードごとの最大送信電圧を順次推定する。
 そして、複合モードを構成する複数の診断モードのうちの最後に残った1つの診断モード(最後の診断モード)は、それ以外の他の各診断モードについて決定された最大送信電圧の値を固定した状態で、複合モード中に最後の診断モードが実行されるとして各照射パラメータが算出され、最大電圧設定ユニット50が最後の診断モードの最大送信電圧を推定する。
 例えば、図15に示す3モードの場合には、まず、ステップ1(S1)において、Bモードが単独送信されると仮定され、Bモードの最大送信電圧MaxVBが決定される。次に、ステップ2(S2)において、フローモード(Flowモード)が単独送信されると仮定され、フローモードの最大送信電圧MaxVFlowが決定される。
 そして、最後にステップ3(S3)において、Bモードとフローモードがそれぞれの最大送信電圧MaxVBとMaxVFlowで実行されるとして、複合モードにおけるパルスドプラモード(PWモード)の最大送信電圧MaxVPWが決定される。
 以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
 10 プローブ、12 送信部、14 受信部、20 超音波画像形成部、30 表示処理部、32 表示部、50 最大電圧設定ユニット、51 線形補正部、52 電圧推定部、53 照射パラメータ算出部、54 電圧評価部、55 電圧設定部、60 データ記憶部、70 操作デバイス、100 制御部。

Claims (15)

  1.  超音波を送受するプローブと、
     超音波に係る複数の照射パラメータが上限値以下となるように設定される最大送信電圧以下の送信電圧で前記プローブへ超音波の送信信号を出力する送信部と、
     前記各照射パラメータごとに当該各照射パラメータの上限値と過去に算出された送信電圧の推定値に基づいて新たな推定値を次々に算出する電圧推定部と、
     前記電圧推定部が次々に算出する送信電圧の推定値のうち、前記複数の照射パラメータが上限値以下となる安全要求を満たした最大の推定値が最適解か否かを判定する電圧評価部と、
     最適解であると判定された最大の推定値を前記最大送信電圧として設定する電圧設定部と、
     を有する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  2.  請求項1に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧評価部は、前記安全要求を満たした最大の推定値と前記安全要求を満たさなかった最小の推定値との差が閾値以下、又は、前記安全要求を満たした最大の推定値が前記送信部から出力できる送信電圧の最大値である場合に、当該最大の推定値が最適解であると判定する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  3.  請求項1に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧評価部は、前記電圧推定部が次々に算出する推定値のうち前記安全要求を満たした推定値が得られた回数が閾値回数以上であり、且つ、前記最大の推定値が0とは異なる場合に、終了条件を満たしたと判定し、
     前記電圧設定部は、前記終了条件を満たした時点における最大の推定値を前記最大送信電圧として設定する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  4.  請求項2に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧評価部は、前記電圧推定部が次々に算出する推定値のうち前記安全要求を満たした推定値が得られた回数が閾値回数以上であり、且つ、前記最大の推定値が0とは異なる場合に、終了条件を満たしたと判定し、
     前記電圧設定部は、前記終了条件を満たした時点における最大の推定値を前記最大送信電圧として設定する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  5.  請求項1に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧推定部は、前記各照射パラメータの上限値と過去に算出された送信電圧の推定値に基づく逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  6.  請求項2に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧推定部は、前記各照射パラメータの上限値と過去に算出された送信電圧の推定値に基づく逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  7.  請求項3に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧推定部は、前記各照射パラメータの上限値と過去に算出された送信電圧の推定値に基づく逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  8.  請求項1に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧推定部は、前記プローブから送波される超音波のトータルパワーに対して線形的な関係にある制御インデックスを補正後の送信電圧として利用して前記逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  9.  請求項2に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧推定部は、前記プローブから送波される超音波のトータルパワーに対して線形的な関係にある制御インデックスを補正後の送信電圧として利用して前記逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  10.  請求項3に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧推定部は、前記プローブから送波される超音波のトータルパワーに対して線形的な関係にある制御インデックスを補正後の送信電圧として利用して前記逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  11.  請求項5に記載の超音波診断装置において、
     前記電圧推定部は、前記プローブから送波される超音波のトータルパワーに対して線形的な関係にある制御インデックスを補正後の送信電圧として利用して前記逐次的勾配降下法により新たな推定値を次々に算出する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  12.  請求項1に記載の超音波診断装置において、
     複数の診断モードを時分割で交互に実行する複合モードの機能を備え、
     前記複合モードを構成する複数の診断モードのうちの対象診断モードを除く各診断モードについて、当該各診断モードが個別的に実行されると仮定して当該各診断モードの前記最大送信電圧を決定し、
     前記複合モードにおいて前記各診断モードごとに決定された前記最大送信電圧で前記各診断モードが実行されると仮定して前記対象診断モードの前記最大送信電圧を決定する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  13.  請求項2に記載の超音波診断装置において、
     複数の診断モードを時分割で交互に実行する複合モードの機能を備え、
     前記複合モードを構成する複数の診断モードのうちの対象診断モードを除く各診断モードについて、当該各診断モードが個別的に実行されると仮定して当該各診断モードの前記最大送信電圧を決定し、
     前記複合モードにおいて前記各診断モードごとに決定された前記最大送信電圧で前記各診断モードが実行されると仮定して前記対象診断モードの前記最大送信電圧を決定する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  14.  請求項3に記載の超音波診断装置において、
     複数の診断モードを時分割で交互に実行する複合モードの機能を備え、
     前記複合モードを構成する複数の診断モードのうちの対象診断モードを除く各診断モードについて、当該各診断モードが個別的に実行されると仮定して当該各診断モードの前記最大送信電圧を決定し、
     前記複合モードにおいて前記各診断モードごとに決定された前記最大送信電圧で前記各診断モードが実行されると仮定して前記対象診断モードの前記最大送信電圧を決定する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
  15.  請求項5に記載の超音波診断装置において、
     複数の診断モードを時分割で交互に実行する複合モードの機能を備え、
     前記複合モードを構成する複数の診断モードのうちの対象診断モードを除く各診断モードについて、当該各診断モードが個別的に実行されると仮定して当該各診断モードの前記最大送信電圧を決定し、
     前記複合モードにおいて前記各診断モードごとに決定された前記最大送信電圧で前記各診断モードが実行されると仮定して前記対象診断モードの前記最大送信電圧を決定する、
     ことを特徴とする超音波診断装置。
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