JP5542408B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置の音響出力指標であるメカニカル・インデックス及びサーマル・インデックスの表示に係わり、特に断層深さ方向に対する音響出力指標表示が可能な超音波診断装置に関する。

従来、被検体の生体内部に超音波を送信し、生体組織内部若しくはそれらの境界部の音響インピーダンスのミスマッチングによって生ずる反射波を受信して超音波断層画像を得る超音波診断装置において、診断の安全性確保のため音響出力レベルとプローブ表面温度の観点から超音波診断装置の制御がなされている。

音響出力レベルの安全指標としては、米国ＦＤＡ５１０（ｋ）ガイド（非特許文献１を参照）、ＡＩＵＭ／ＮＥＭＡＵＤ３−２００４(非特許文献２を参照）、ＩＥＣ規格(非特許文献３を参照）で規定、定義されるメカニカル・インデックス（Mechanical Index:ＭＩと略記する）及びサーマル・インデックス（Thermal Index:ＴＩと略記する）がある。ＭＩは引き裂き機械的作用力となる超音波の負圧を示す指標であり、ＴＩは超音波の音響エネルギーによる温度上昇を示す指標である。

従来、これらの指標は、超音波診断装置で診断中の患者に対する安全確保の数値情報として、超音波診断装置のモニタ或いは操作ボードの機器設定の表示部などに表示されている。この音響出力の指標値を用いれば安全性を確保した制御を行うことはできるが、指標値の定義自体が複雑であるので、表示される指標値だけでは超音波断層画像上のどの位の深さ位置において安全確保がなされているのかという点については、理解し難いという問題があった。

プローブから放射される音響出力指標値ＴＩを模式的に図４に示す。音響出力の指標値であるＴＩは、式１で定義される。ＴＩは、具体的には図４に示すように、２つの曲線から求められる。一方の曲線は、符号２３〜２６〜２５ｂで示される、超音波プローブ２０の超音波振動素子２１ａ〜２１ｎによる超音波放射面２１から放射される超音波信号の放射出力パワーＷ.３曲線である。他方の曲線は符号２５ａ〜２２ａ〜２２ｂで示され、超音波プローブ２０の超音波放射面２１から放射され、減衰の有る超音波媒体においては焦点２８ｂに収束する超音波強度Ｉｔａ.３曲線である。これらの曲線のうち値の小さい方の音響エネルギーを示す曲線(図符号２５ａ〜２６〜２５ｂ)を求め、その最大点２６の位置ＤＴＩ（ＴＩを定義する超音波放射軸上の位置）における温度上昇から、ＴＩが求められる。尚、焦点２８ａは、減衰のない媒体、例えば水中での焦点を表している。

ここで、Ｗ．３（ｚ）は、生体減衰係数-0.3dB/cm/MHz条件下でのトータル音響パワーの深さ応答特性を示し、Ｉｔａ．３(ｚ)は、生体減衰係数-0.3dB/cm/MHz条件下での時間平均音響強度の深さ応答特性を示す。尚、Ｚｂｐは、深さ応答特性を考慮する際の最も浅い深さ、ｆｃは、送信超音波信号の中心周波数である。

一方、実際の超音波診断装置とこれに接続するプローブに対して、超音波プローブの開口形状、スキャン方式、中心超音波周波数、プローブ素子数、駆動電圧、駆動波形情報、駆動波数、ウェイティング(送信ビーム分布形状)などの超音波信号出力の送信設定条件若しくは設定値を解析的に処理し、実数値により演算して、ＴＩとＤＴＩを得ることは可能である。しかし、煩雑であると共に、理論と現実との乖離が生じることも多い。

したがって、超音波プローブの開口形状、スキャン方式、中心超音波周波数、プローブ素子数、駆動電圧、駆動波形情報、駆動波数、ウェイティングなどの超音波信号送信設定条件若しくは設定値をＮ個のパラメータとし、各パラメータにはｎ１〜ｎｍの、ｍ個の参照データを設けて、配列サイズＮ×ｍから成る２次元マトリックスに対して超音波放射軸上の例えば等間隔の深さ方向の各位置点におけるＴＩ値の行列式を対応させ、実用的には例えば式２のような関係式によりＴＩが定義される。

これらのパラメータは、実測データを用い、所定の位置間隔、若しくは連続して観測位置におけるＴＩ値を実測して、関係式の諸係数を決定することが行われる。ＭＩに関しても、超音波放射ビームの設定に関するパラメータに対応させて、同様に実測による関係式の諸係数を決定する。

Information for Manufacturers Seeking Marketing Clearance of Diagnostic Ultrasound Systems and Transducers、米国ＦＤＡ、2007。 Standard for real-time display of thermal and mechanical indices on diagnostic ultrasound equipment, Revision 2、米国ＮＥＭＡ、2004。 IEC 60601-2-37:2001, Amendment 1:2004。

音響出力指標であるＭＩ及びＴＩの数値表示により安全確保は可能であるが、胎児や卵胞などの超音波信号により過敏な被検体に対しては、この表示された指標値よりさらに安全を確保した位置で観察、診断を行うことが望ましい。しかし、現状では指標値に対する位置情報が明示されないので、指標値のみを表示する超音波診断装置を使用する場合、より安全性を高めた観察、診断を行うことが容易ではないという状況であった。

本発明は、上記のような従来の超音波診断装置の問題点に鑑みてなされたもので、超音波診断装置で表示される音響出力の指標値より安全を確保した位置において、被検体の観察、診断を行うことが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１によれば、超音波診断装置に接続する超音波プローブの駆動設定条件に基づいて決定されるメカニカル・インデックス又はサーマル・インデックスのインデックスデータを、前記超音波プローブを介した超音波の送受に基づいて取得される超音波画像の深さ方向の位置データと関連付けて記憶するデータベース部と、前記超音波プローブの駆動設定条件を設定する設定部と、前記設定部によって設定された駆動設定条件に対応する前記インデックスデータと、そのデータに関連付けされた位置データを、前記データベース部に記憶されたデータの中から検索する処理演算部と、前記処理演算部によって検索された前記インデックスデータに含まれるメカニカル・インデックス又はサーマル・インデックスの最大値をモニタ表示させ、前記処理演算部によって検索された位置データに基づく、前記最大値に対応する位置で、尚且つモニタ表示された超音波画像の側辺の位置に位置マークを表示させる表示設定部と、を具備する超音波診断装置を提供する。

本発明の超音波診断装置によれば、観察、診断における超音波画像データの取得操作において、この超音波診断装置の音響出力の指標であるＭＩ及びＴＩが、意図している深さ位置の情報を表示するので、観察、診断に際して、超音波画像表示の被検体の観察位置を、より安全性を考慮した位置に容易に設定できる効果が得られる。

本願発明の超音波診断装置の一実施形態における構成を示すブロック図である。 本実施形態の超音波診断装置で行う処理手順を示す処理フロー図である。 本実施形態における音響出力指標の表示例である。 プローブから放射される音響出力指標値ＴＩを示す模式的な説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本願発明の超音波診断装置の一実施形態における構成を示す機能ブロック図である。この実施形態の超音波診断装置１００は、超音波信号を処理して超音波画像データを出力する本体部１０、超音波プローブ２０、操作パネル３１、この操作パネル３１を介して本体部１０の制御ＣＰＵ部１１に指示やデータを入力する入力装置３２及び超音波画像データを表示するモニタ４０により構成される。

本体部１０は、この本体部１０の各機能部を統制、制御する制御ＣＰＵ部１１と、超音波プローブ２０に超音波駆動信号を入力する超音波送信部１２と、超音波プローブ２０からの受信超音波信号の増幅、雑音除去、検波を行う超音波受信部１３と、受信超音波信号の検波信号の位相を整相処理して、断層画像データを出力するＢモード処理部１４ａと、整相処理してドプラ画像データを出力するカラーモード処理部１４ｂと、データベース部１５と、Ｂモード処理部１４ａ及びカラーモード処理部１４ｂにより得られた画像データからモニタ４０の画面に表示する画面表示画像データを編成する超音波像表示部１６と、インデックス処理演算部１７と、画像データ記録装置１９とを備える。

これらの超音波画像データの処理機能を有する各部は、制御ＣＰＵ部１１からの制御情報１８（図１に点線で示す）により制御されて作動し、超音波像画面データが超音波像表示部１６ａからモニタ４０に入力されて、モニタ画面４１の超音波画像表示４１ａに超音波画像を表示する。

データベース部１５、インデックス処理演算部１７及び画像データ記録装置１９は、制御ＣＰＵ部１１と制御情報１８を授受して、相互間でデータの交換を行う。また、例えば式２に示すような超音波画像データを取得する種々の設定条件をパラメータとして、ＭＩ及びＴＩ値が定義されさらにこの指標値が深さ方向の位置データで対応付けられるようなマトリクスデータが、データベース部１５にインデックスデータファイルとして記憶、保存されている。

制御ＣＰＵ部１１は、超音波診断装置１００による超音波画像データの取得のため接続したプローブの型式、種別、及び操作パネル３１、入力装置３２の設定指示の状況により、超音波プローブから出力する超音波送信信号の設定を認識する。インデックス処理演算部１７は、制御ＣＰＵ部１１の認識に基づく制御情報１８により、データベース部１５に記憶、保存している送信設定の状況、すなわちパラメータの設定が合致、あるいは最多数で合致するインデックスデータファイルを検索する。また、インデックス処理演算部１７は、合致しない設定情報、条件について、補間処理によりＭＩ、ＴＩ及びその位置データを算定し、検索の結果とする。

インデックス処理演算部１７が算定したＭＩ及びその位置データ、ＴＩ及びその位置データは、超音波像表示部１６のインデックス・深さ表示部１６ｂに入力される。超音波像表示部１６は、モニタ４０に出力する超音波像画面データと共に、インデックス値とそれぞれの位置データとを出力し、例えば、モニタ画面４１にＴＩ値４１ｄとその深さ方向のＴＩ値グラフ４１ｂ、及びＭＩ値４１ｅとその深さ方向のＭＩ値グラフ４１ｃを、超音波画像表示４１ａと対比させて表示する。

上述のように構成した本実施形態の超音波診断装置１００で行う処理手順につき、図２に示す本実施形態の処理フロー図を用いて説明する。また、図３は本実施形態における音響出力指標の表示例である。

本実施形態での処理フローは、操作者が操作パネル３１から指示設定するインデックスデータの「表示」／「非表示」の操作により変わる。ステップＳ３１で「表示」が設定されたときには、図２に示すステップＳ４１〜Ｓ４５の手順により超音波画像データの表示を行う処理と、同図に示すステップＳ３２〜Ｓ３６の手順によるインデックスデータを表示する処理とが同時に行われる。一方、ステップＳ３１において「非表示」が設定されたときには、ステップS３２〜Ｓ３６の手順は行われず、超音波画像データの表示を行うステップＳ４１〜Ｓ４５の手順による処理が行われて、超音波画像データのみを表示する。

超音波画像表示を行う処理の手順は、一般的な超音波診断装置の超音波画像表示と同様である。すなわち、まずステップＳ４１において、取得しようとする超音波画像の取得／表示の設定を、超音波プローブ２０の形態に関する条件・情報、及び超音波信号出力の設定などを、入力装置３２や操作パネル３１により設定、指示する。次に、ステップＳ４２では、被検体に対しプローブを操作する。超音波診断装置１００の本体部１０では、ステップＳ４３の送受信する超音波信号に対し、電子スキャン或いはフォーカシングなどの超音波信号の信号処理を行う。

さらに、ステップＳ４４では、受信超音波信号を超音波画像の形態、すなわち、例えばＢモード画像或いはドプラ画像などの画像表示データにする画像データ処理が行われる。ステップＳ４５では、モニタ表示の超音波表示画像画面を構成する表示画像処理を行い、モニタ４０のモニタ画面４１の超音波画像表示４１ａに観察、診断対象の部位Ｂモード画像或いはドプラ画像など、超音波画像を表示する。

本実施形態の超音波診断装置１００では、操作者によりなされる操作パネル３１からインデックスデータの「表示」の操作により、上述のステップＳ４１〜Ｓ４５の処理と共に、インデックスデータのＭＩ（メカニカル・インデックス）、ＴＩ（サーマル・インデックス）及びこれらのインデックスが示す値から観測或いは推定される、画像表示の深さ方向の位置Ｄｍｉ、Ｄｔｉをそれぞれ表示するステップＳ３２〜Ｓ３７の処理が行われる。

このステップＳ３１では、インデックスデータの表示を求められていることは、例えば操作パネル３１の「インデックス表示」の指示スイッチが「入り」になっていることなど、入力を判別することにより検知される。インデックスデータを表示する場合にはステップＳ３２へ処理を進める。インデックスデータを表示しない場合は、ステップＳ３１から上述の超音波画像データの表示を行うステップＳ４１へ処理を進める。

ステップＳ３２では、データテーブルの検索を行う。すなわち、超音波画像表示のステップＳ４１において超音波画像の取得／表示のために接続したプローブ２０、或いは操作パネル３１などにより設定されて、制御ＣＰＵ部１１が、既に認識しているプローブ形態に関する条件、情報、及び超音波信号出力の設定などの超音波放射の状況・情報を基にした制御情報１８ａにより、データベース部１５に記憶させたＭＩ、ＴＩ及びその位置データの、例えば式２の左側に示すようなマトリクスデータの完全合致または最も多数の合致となるインデックスデータファイルの検索を行う。
続くステップＳ３３では、ステップＳ３２で得られた検索結果がインデックス処理演算部１７に入力される。超音波プローブの形態に関する条件・情報、及び超音波信号出力の設定などの超音波放射の状況・情報が合致する場合は、そのインデックスデータファイルに記録されているＭＩ、ＴＩ、及びそれぞれのインデックス値に対応する画像表示の深さ方向の位置Ｄｍｉ、Ｄｔｉの各データを、データ一時記憶部に記憶する。

また、ステップＳ３４では、プローブ形態に関する条件・情報、及び超音波信号出力の設定などの超音波放射の状況・情報が最多数で合致する場合に、その最多数で合致するインデックスデータファイルのうち合致しない設定項目においては、大小の隣り合う条件・情報のマトリクスデータをインデックス処理演算部１７に入力し、インデックスデータファイルのインデックス値を、条件換算若しく補間計算処理を行うことにより、データベース部１５に記憶されていないインデックスデータをインデックス処理演算部１７において算出することができる。

このインデックス処理演算部１７では、超音波診断装置１００に設定する所望の超音波診断画像データの取得の設定情報、すなわちプローブ型式、例えばプローブ開口形状及びスキャン方式、中心超音波周波数、プローブ素子数、駆動電圧、駆動波形情報、駆動波数、ウェイティング（送信ビーム分布形状）などの超音波信号出力の送信設定条件若しくは設定値に基づいてＭＩ、ＴＩの各データを演算、算出する。

そしてこの算出結果のＭＩ、ＴＩ、及びそれぞれのインデックス値に対応する画像表示の深さ方向の位置Ｄｍｉ、Ｄｔｉの各データを、データ一時記憶部に記憶する。

データ一時記憶部に記憶されたこれらのインデックス及び位置データが、ステップＳ３５及びＳ３６において、例えば、図３（ａ）に示すようモニタ４０のモニタ表示画面４１のインデックス表示部分４１ｄ、４１ｅにそれぞれＭＩ、ＴＩが表示される。超音波画像表示４１ａの深さ方向に沿ったＭＩ値グラフ４１ｂ及びＴＩ値グラフ４１ｃは、それぞれインデックス値の深さ方向における変化グラフ図を示している。

また、このモニタ４０の画面上には、図３（ｂ）に示すように表示することも可能である。すなわち、モニタ表示画面４２のインデックス表示部分４２ｄ、４２ｅにそれぞれＭＩ、ＴＩを表示し、超音波データ画像表示部４２ａの深さ方向に沿った側辺に、ＭＩあるいはＴＩのインデックス位置マーク４２ｂ及び４２ｃそれぞれを、インデックス値が最大となる深さ位置に表示するようにしても良い。

本実施形態の超音波診断装置によれば、図３に示すように、ＭＩ及びＴＩの各インデックスの数値を表示すると共に、これらのインデックス値に対応する深さ位置情報に付いてもグラフ或いは位置マークにより表示することができる。したがって、ＭＩ及びＴＩの表示の意図するところを充分理解している医師或いは検査技師が、超音波診断装置及び接続されている超音波プローブの操作において、被検体に対してより安全を確保する処置、すなわち超音波の音響的作用力或いは上昇温度に過敏な生体部位に対してこれらのインデックス値が危険と成りうる領域を避けてプローブ操作を行うことができる。

このように、観察、診断における超音波画像データの取得時において、本実施形態の超音波診断装置では音響出力の指標であるＭＩ及びＴＩを深さ位置の情報と合わせて表示できるので、被検体の観察位置を、より安全性を考慮した位置に容易に設定して、観察、診断ができるという効果を奏する。

上記実施形態では、インデックスデータとして、メカニカル・インデックスデータ及びサーマル・インデックスデータを用いる場合について説明した。しかし本発明はメカニカル・インデックスデータとサーマル・インデックスデータの一方のインデックスデータを用いる場合に適用可能である。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより実施できる。また、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよいし、さらに異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。これらの変形例も本発明の技術思想を用いる限り本発明に含まれる。

１００…超音波診断装置、
１０…本体部、
１１…制御ＣＰＵ部、
１２…超音波送信部、
１３…超音波受信部、
１４ａ…Ｂモード処理部、
１４ｂ…カラーモード処理部、
１５…データベース部、
１６…超音波像表示部、
１７…インデックス処理演算部、
１９…画像データ記録装置、
２０…超音波プローブ、
２１…超音波放射面、
２１a〜２１ｎ…超音波振動素子、
３１…操作パネル、
３２…入力装置、
４０…モニタ、
４２ａ…超音波データ画像表示部。

Claims (3)

1. 超音波診断装置に接続する超音波プローブの駆動設定条件に基づいて決定されるメカニカル・インデックス又はサーマル・インデックスのインデックスデータを、前記超音波プローブを介した超音波の送受に基づいて取得される超音波画像の深さ方向の位置データと関連付けて記憶するデータベース部と、
   前記超音波プローブの駆動設定条件を設定する設定部と、
   前記設定部によって設定された駆動設定条件に対応する前記インデックスデータと、そのデータに関連付けされた位置データを、前記データベース部に記憶されたデータの中から検索する処理演算部と、
   前記処理演算部によって検索された前記インデックスデータに含まれるメカニカル・インデックス又はサーマル・インデックスの最大値をモニタ表示させ、前記処理演算部によって検索された位置データに基づく、前記最大値に対応する位置で、尚且つモニタ表示された超音波画像の側辺の位置に位置マークを表示させる表示設定部と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 超音波診断装置に接続する超音波プローブの駆動設定条件に基づいて決定されるメカニカル・インデックス又はサーマル・インデックスのインデックスデータを、前記超音波プローブを介した超音波の送受に基づいて取得される超音波画像の深さ方向の位置データと関連付けて記憶するデータベース部と、
   前記超音波プローブの駆動設定条件を設定する設定部と、
   前記設定部によって設定された駆動設定条件に対応する、前記インデックスデータと、そのデータに関連付けされた位置データを、前記データベース部に記憶されたデータの中から検索する処理演算部と、
   前記処理演算部によって検索された前記インデックスデータに含まれるメカニカル・インデックス又はサーマル・インデックスの最大値をモニタ表示させ、前記処理演算部によって検索された位置データに基づき、前記最大値に対応する位置で、尚且つ超音波画像を表示させるための領域の側辺の位置に位置マークを表示させる表示設定部と、
   を具備する超音波診断装置。
3. 前記駆動設定条件は、前記超音波プローブの形態・種別情報を含む請求項１又は２に記載の超音波診断装置。

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