JP2009082584A

JP2009082584A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2009082584A
Application number: JP2007258340A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kasahara; 英司笠原
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-10-02
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2009-04-23

Abstract

【課題】３Ｄプローブを有する超音波診断装置において、ボリュームレートを向上し、送信回路の規模を削減する。
【解決手段】３Ｄプローブ１０は、互いに異なる向きで配置された第１振動素子列１８及び第２振動素子列２０を有する。受信時において、第１振動素子列１８はスイッチ部２２の作用により第１受信部３６に接続される。同時に、第２振動素子列２０がスイッチ部２２の作用により第２受信部３８に接続される。送信時においては、振動素子ペア列がスイッチ部２２の作用により送信部４０に接続される。１つの送信信号が２つの振動素子に並列的に供給されるので、送信チャンネルリダクションを実現できる。
【選択図】図３

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、機械走査される振動ユニットの構造及び送受信制御に関する。

医療の分野において、三次元超音波診断を行うために、３Ｄプローブが利用される。３Ｄプローブとしては、２Ｄアレイ振動子を備えたもの、１Ｄアレイ振動子をメカニカル走査するもの、が知られている。後者の３Ｄプローブは、通常、１つのアレイ振動子を備えた振動ユニット（可動体）を有し、それが駆動機構によって往復走査される。これによって三次元エコーデータ取込空間（三次元空間）が形成される。１ボリュームを取得するまでの時間を短縮化するために、つまりボリュームレートを上げるために、特許文献１には、３Ｄプローブ内に互いに向きが異なる２つの振動素子列（２つのアレイ振動子）を設けた構成が開示されている。つまり、三次元空間を複数に分割して並列的にデータの取込みを行って、ボリュームレートを向上させるものである。

特開２００５−８７６３７号公報

しかしながら、特許文献１には、２つの振動子の電気的な駆動あるいは配線に関しては開示されていない。複数のアレイ振動子を構成する全振動素子ごとに送信チャンネル（送信回路）を設けると、回路規模が増大してしまう。

本発明の目的は、複数の振動素子列を利用する場合において回路規模の増大を防止することにある。

本発明は、超音波探触子と、前記超音波探触子に接続される送信部と、前記超音波探触子に接続される第１受信部及び第２受信部と、を含む超音波診断装置において、前記超音波探触子は、機械的に走査されるユニットであって第１振動素子列及び第２振動素子列を有する振動ユニットを有し、前記第１振動素子列は素子配列方向に整列した複数の第１振動素子で構成され、前記第２振動素子列は前記素子配列方向に整列した複数の第２振動素子で構成され、前記第１振動素子列と前記第２振動素子列とに跨って振動素子ペア列が構成され、前記送信ペア列におけるｉ番目の振動素子ペアは、前記第１振動子列に属するｉ番目の第１振動素子と、前記第２振動子列に属するｉ番目の第２振動素子と、で構成され、前記第１受信部は前記第１振動素子列からの複数の受信信号を処理し、前記第２受信部は前記第２振動素子列からの複数の受信信号を処理し、前記送信部は前記複数の振動素子ペアに対応する複数の送信回路を有し、前記ｉ番目の振動素子ペアを構成するｉ番目の第１振動素子及びｉ番目の第２振動素子に対してｉ番目の送信回路から共通の送信信号が供給される、ことを特徴とする。

上記構成によれば、少なくとも２つの振動素子列が同時に機械走査されるので、ボリュームレートを向上できる。また、各振動素子ペアを構成する第１振動素子及び第２振動素子に対しては共通の送信信号を供給できるので、各振動素子列ごとに送信部を設ける場合に比べて、送信チャンネル数を半減できる。なお、ｉは素子配列方向のアドレスに相当し、例えばｉ＝１，２，３，…である。送信時において、各振動素子列を構成する全部の振動素子が動作してもよいし、その中で一部の振動素子が動作してもよい。これは送信開口の設定如何による。受信時においても同様である。

望ましくは、前記ｉ番目の第１振動素子と前記ｉ番目の第２振動素子はそれぞれ前記素子配列方向において同じアドレスを有する。素子配列方向（電子走査方向）のアドレスが同じ複数の振動素子に同じ送信信号が供給しても、素子配列方向の空間分解能を維持できる。つまり、電子的なビームの形成及び走査を適正に行える。

望ましくは、前記第１振動素子列と前記第２振動素子列は、機械走査方向に並んで設けられ且つ異なる向きを有する。この構成によれば、機械的なセクタ走査が行われる場合に、向きの異なる２つの走査面を同時に形成してボリュームレートを向上できる。

望ましくは、前記複数の振動素子ペアに対応して複数のスイッチ回路が設けられ、前記複数のスイッチ回路におけるｉ番目のスイッチ回路は、受信時に、前記ｉ番目の第１振動素子を前記第１受信部におけるｉ番目の第１受信回路に接続すると共に前記ｉ番目の第２振動素子を前記第２受信部におけるｉ番目の第２受信回路に接続し、送信時に、前記ｉ番目の第１振動素子及び前記ｉ番目の第２振動素子を前記送信部におけるｉ番目の送信回路に共通接続する。各スイッチ回路は、機械的な回路であってもよいが、電子的に接続の有無を切り替える回路であってもよいし、送信信号及び受信信号を必要に応じて遮断するゲート回路あるいは保護回路として構成されてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、複数の振動素子列を利用する場合において回路規模の増大を防止できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る超音波探触子（プローブ）の好適な実施形態が示されている。本実施形態のプローブは、３Ｄプローブであり、すなわち３次元エコーデータ取込空間を形成するものである。

３Ｄプローブ１０はケースを有し、そのケース内には振動ユニット１２及び走査機構１４が設けられている。振動ユニット１２は回転軸１６を中心として回転運動するものであり、その駆動力は機械走査機構１４によって生成される。図１においては、振動ユニット１２の機械走査方向がθで表されている。

３Ｄプローブ１０の送受波面は生体表面８に当接されている。その状態で超音波の送受波が行われる。振動ユニット１２は、その先端部に２つの斜面を有しており、第１斜面には第１振動素子列１８が設けられ、第２斜面には第２振動素子列２０が設けられている。すなわち、２つの振動素子列１８，２０は機械走査方向に開いて互いに異なる向きを有するように設けられている。２つの斜面の角度φ１は後に図２で示されるように１８０度未満である。それぞれの振動素子列はいわゆるアレイ振動子として機能し、２つの振動素子列によって２つの超音波ビームが同時に形成され、すなわち２つの走査面Ｓ１，Ｓ２が同時に形成される。２つの走査面Ｓ１，Ｓ２は一定の角度をもって非平行状態におかれている。

したがって振動ユニット１２を揺動走査すると、２つの走査面Ｓ１，Ｓ２が一定間隔をもって揺動運動することになり、１つの走査面を機械的に走査する時に比べて半分の時間で機械走査を行うことができる。したがって、いわゆるボリュームレートを向上することができる。もちろん、微小な走査面の機械走査を行わせる場合には、いずれか一方の振動素子列のみを利用すればよい。

図２には、図１に示した振動ユニット１２の概略的な斜視図が示されている。振動ユニット１２は上述したように２つの斜面を有し、それぞれの斜面には第１振動素子列１８及び第２振動素子列２０が設けられている。第１振動素子列１８は素子配列方向すなわち電子走査方向であるＸ方向に沿って配列された複数の第１振動素子１８ａで構成され、同様に、第２振動素子列２０はＸ方向に沿って配列された複数の振動素子２０ａによって構成される。２つの斜面の交差角度がφ１で表されている。ちなみにＹ方向はＸ方向に直交する方向である。２つの振動素子列１８，２０の後側にはバッキングが設けられている。２つの振動素子列１８，２０の前方側には必要に応じて整合層及び音響レンズが設けられる。振動ユニット１２は、探触子ケース内における媒体室内において運動するものであり、図２に示すような形態によれば、振動ユニット１２に生ずる媒体抵抗を緩和できるという利点がある。

図３には、上述した３Ｄプローブ１０を有する超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。この超音波診断装置は、３次元超音波画像を形成する装置である。超音波診断装置は、３Ｄプローブ１０、スイッチ部２２、第１受信部３６、第２受信部３８及び送信部４０等を有している。また、受信信号を処理するためのビーム処理部５０、３Ｄメモリ５２、３次元画像処理部５４及び表示部５６等を有しており、それらを制御するための制御部４８も有している。

３Ｄプローブ１０は、第１振動素子列１８及び第２振動素子列２０を有し、それらを備えた振動ユニットが走査機構１４によって駆動される。第１振動素子列１８は電子走査方向（上記のＸ方向）に並んだ複数の振動素子で構成され、その場合における各振動素子のアドレス（Ｘ方向の位置）はｉで表される。同様に、第２振動素子列２０を構成する複数の振動素子についてもそれぞれのアドレスがｉで表される。あるアドレスｉに着目するとそれに対応して機械走査方向に並んだ２つの振動素子が定義されることになり、それらの振動素子は振動素子ペア（同時駆動送信ペア）を構成する。１つの振動素子ペアが図３において符号１００ａ，１００ｂで表されている。２つの振動素子列１８，２０の全体として電子走査方向に並んだ複数の振動子ペアが存在する。

スイッチ部２２は、複数の振動素子ペアに対応して設けられた複数のスイッチ回路２４を有する。各スイッチ回路２４は第１スイッチ素子２６及び第２スイッチ素子２８からなるものである。後に説明するように、送信時においては第１スイッチ素子２６及び第２スイッチ素子２８がそれぞれ端子Ｂを選択し、受信時においてはそれぞれ端子Ａを選択する。

第１受信部３６は第１振動素子列１８を構成する複数の振動素子に対応して設けられた複数の遅延処理回路４２と、複数の遅延処理回路から出力される遅延処理後の信号に対する加算処理を行う加算回路４３とを有する。第１受信部３６はいわゆる整相加算回路であり、それは電子的に受信ビームを構成するものである。

同様に第２受信部３８は、第２振動素子列２０を構成する複数の振動素子に対応して設けられた複数の遅延処理回路４４と、複数の遅延処理回路４４から出力される遅延処理後の信号に対して加算処理を行う加算回路４５と、を有する。この第２受信部３８も整相加算回路として機能する。

送信部４０は、複数の振動素子ペアに対応して設けられた複数の送信回路４６を有する。各送信回路４６は送信パルス信号を出力するものである。

受信時においては、上述したように、各スイッチ回路２４において接点Ａが選択され、これによって第１振動素子列１８が第１受信部３６に接続され、第２振動素子列２０が第２受信部３８に接続される。一方、送信時においては、各スイッチ回路２４において接点Ｂが選択され、これによって複数の振動素子ペアが送信部４０を構成する複数の送信回路４６に接続される。１つの送信回路４６に着目した場合、それは２つの振動素子に並列に接続されることになり、すなわちそれらの２つの振動素子に対して共通の送信パルス信号が並列的に供給される。例えば、受信時においては、２つの信号線３０，３２が接点Ａを介してそれぞれ遅延処理回路４２，４４に接続され、送信時においては２つの信号線３０，３２が送信用の信号線３４すなわち特定の送信回路４６に接続されることになる。したがって、送信時においては、１つの送信信号が２つの振動素子にパラレルで供給されるため、結果として、送信部の回路構成を半分にできるという利点がある。すなわち、送信チャンネルリダクションを達成することができる。受信時においては、それぞれの振動素子列ごとに整相加算処理が行われるため、適正な受信ビームを形成することができるという利点がある。すなわち、送信時においては機械走査方向に送信ビームの幅が広がることになるが、受信時においてはそれぞれの振動素子ごとに整相加算処理が行われるため、機械走査方向における分解能の低下はあまり問題とならない。本実施形態においては、それぞれの送信信号が同じアドレスを有する２つの振動素子に供給されるため、２つの走査面間における送信ビームの位置ずれの問題も生じない。

加算回路４３，４５から出力される整相加算後の受信信号（ビームデータ）はビーム処理部５０に入力される。ビーム処理部５０は、検波処理、対数変換処理等の信号処理を行う回路で構成される。信号処理後のビームデータは、３Ｄメモリ５２に格納される。３Ｄメモリ５２は３次元エコーデータ取込空間に対応した３次元の記憶空間を有し、各ビームデータを構成する複数のエコーデータ（ボクセルデータ）が３Ｄメモリ５２内にマッピングされる。書き込み段階において座標変換処理が行われてもよいし、３Ｄメモリ５２のデータの読み出し段階において座標変換処理が行われてもよい。ここでいう座標変換は、送受波座標径から直交座標径への変換を意味するものである。

３次元画像処理部５４は例えばボリュームレンダリング法等に基づいて３Ｄメモリ５２内のボリュームデータから３次元画像を構成するモジュールである。その画像データは表示部５６に送られる。

制御部４８は図３に示される各構成の動作を制御しており、制御部４８には図示されていない操作パネルが接続される。操作パネルはキーボールやトラックボールなどを含むものである。

スイッチ部２２を構成する各スイッチ回路２４は機械的なスイッチングを行う回路として構成されてもよいが、電子的なスイッチングを行う回路によって構成されてもよい。また、送信信号又は受信信号を遮断するゲート回路あるいは保護回路として構成することも可能である。いずれにしても、送信時及び受信時において２つの振動素子列と送受信部とが適正に接続されるようにスイッチ部２２が機能する。

図３に示した構成では、各スイッチ回路２４が第１スイッチ素子２６及び第２スイッチ素子２８で構成されていたが、各スイッチ回路２４と構成例としては他のものを挙げることができる。例えば、図４に示すような構成を採用してもよい。図４においては１つの振動素子ペアに関する構成のみが抽出して図示されている。第１振動素子１００ａは信号線５８を介して第１受信部３６内の遅延処理回路４２に接続されている。その信号線５８には信号線６８を介して送信部４０内の送信回路４６が接続されている。遅延処理回路４２の入力段には送信号の回り込みを防止するゲート回路が設けられている。また送信回路４６の入力段には受信時における受信信号の取込を防止するための回路が設けられてもよい。

第２振動素子１００ｂには信号線６０が接続されており、その信号線はスイッチ回路６２を介して信号線６４又は信号線６６に接続される。信号６４は上述した信号線５８に接続されており、信号線６６は第２受信部３８内の遅延処理回路４４に接続されている。

スイッチ部２４Ａを構成するスイッチ回路６２は、受信時において端子Ａを選択し、送信時において端子Ｂを選択する。すなわち、送信時においては端子Ｂが選択される結果、送信回路４６から出力される送信パルス信号が信号線６８、５８、６４を介して、２つの振動素子１００ａ，１００ｂに並列的に供給される。一方、受信時においては、端子Ａが選択される結果、第１振動素子１００ａが遅延処理回路４２だけに接続され、第２振動素子１００ｂが遅延処理回路４４だけに接続される。図４に示す構成によればスイッチ回路の回路構成を簡略化できるという利点がある。このスイッチ回路６２についても半導体スイッチ等の電子的な回路を用いることができ、また、機械的あるいは電子的なスイッチングを行わないゲート回路等によって実質的にスイッチング作用が発揮されてもよい。

上記実施形態に係る超音波診断装置によれば、振動ユニットに２つの振動素子列が設けられているため、１回の受信時に２つの走査面を形成してボリュームレートを向上できるという利点がある。しかも、振動素子ペアごとに送信回路を設けるだけでよいので、送信チャンネルリダクションを実現でき、すなわち送信部の構成を簡略化できるという利点がある。上述した実施形態において、２つの振動素子列に加えて更に他の振動素子列を設けるようにしてもよい。上述した実施形態の原理を拡張適用すれば、３つの振動素子に対して送信時において、共通の送信信号を供給することが可能である。また、２つの振動素子列の交差関係を可変できるように構成してもよい。上述した実施形態においては、各振動素子列が直線的に配列されていたが、いわゆるコンベックス形状をもって振動素子列を配置してもよい。

本発明に係る超音波探触子の好適な実施形態を示す概略図である。図１に示した振動ユニットの斜視図である。本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。スイッチングの他の構成例を説明するための図である。

符号の説明

１０３Ｄプローブ、１２振動ユニット、１４走査機構、１８第１振動素子列、２０第２振動素子列、２２スイッチ部、３６第１受信部、３８第２受信部、４０送信部。

Claims

超音波探触子と、前記超音波探触子に接続される送信部と、前記超音波探触子に接続される第１受信部及び第２受信部と、を含む超音波診断装置において、
前記超音波探触子は、機械的に走査されるユニットであって第１振動素子列及び第２振動素子列を有する振動ユニットを有し、
前記第１振動素子列は素子配列方向に整列した複数の第１振動素子で構成され、
前記第２振動素子列は前記素子配列方向に整列した複数の第２振動素子で構成され、
前記第１振動素子列と前記第２振動素子列とに跨って振動素子ペア列が構成され、
前記振動素子ペア列におけるｉ番目の振動素子ペアは、前記第１振動子列に属するｉ番目の第１振動素子と、前記第２振動子列に属するｉ番目の第２振動素子と、で構成され、
前記第１受信部は前記第１振動素子列からの複数の受信信号を処理し、
前記第２受信部は前記第２振動素子列からの複数の受信信号を処理し、
前記送信部は前記複数の振動素子ペアに対応する複数の送信回路を有し、
前記ｉ番目の振動素子ペアを構成するｉ番目の第１振動素子及びｉ番目の第２振動素子に対してｉ番目の送信回路から共通の送信信号が供給される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記ｉ番目の第１振動素子と前記ｉ番目の第２振動素子はそれぞれ前記素子配列方向において同じアドレスを有する、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１又は２記載の装置において、
前記第１振動素子列と前記第２振動素子列は、機械走査方向に並んで設けられ且つ異なる向きを有する、ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
前記複数の振動素子ペアに対応して複数のスイッチ回路が設けられ、
前記複数のスイッチ回路におけるｉ番目のスイッチ回路は、受信時に、前記ｉ番目の第１振動素子を前記第１受信部におけるｉ番目の第１受信回路に接続すると共に前記ｉ番目の第２振動素子を前記第２受信部におけるｉ番目の第２受信回路に接続し、送信時に、前記ｉ番目の第１振動素子及び前記ｉ番目の第２振動素子を前記送信部におけるｉ番目の送信回路に共通接続する、ことを特徴とする超音波診断装置。