JP6203574B2 - アタッチメント、超音波プローブ及び超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波プローブに取り付けられて、弾性の測定対象に対して機械的振動を与える振動付与部を有するアタッチメント、超音波プローブ及び超音波診断装置に関する。

人体などの弾性の測定対象の表面に対して、機械的振動を与えて前記測定対象に生じた弾性波を超音波によって計測し、弾性を算出する弾性測定装置が特許文献１に開示されている。また、この特許文献１には、人体などの器官の形態に関する情報と弾性パラメータ（ｐａｒａｍｅｔｅｒ）とを提供すべく、標準的な超音波検査装置に弾性測定装置を接続することが記載されている。

特許第４４５１３０９号公報

しかし、上記特許文献１では、形態情報を得るための装置とは別に、機械的振動を与え、なおかつ弾性波を計測するための超音波を送受信する装置が必要である。従って、超音波画像が表示される一般的な超音波診断装置のみによって、弾性測定を行なうことはできない。

そこで、超音波診断装置と接続される一般的な超音波プローブによって、弾性波を計測するための超音波と、超音波画像を得るための超音波とを送受信し、なおかつ機械的振動も与えることができれば、操作者にとって便利である。

上述の課題を解決するためになされた一の観点の発明は、測定対象に対して超音波の送受信を行なう超音波プローブの超音波送受信面側に取り付け可能であり、該超音波送受信面と前記測定対象との当接面との間が超音波透過性を有する材質で形成された部分を有するアタッチメントであって、前記測定対象との当接面側に開口する穴部が形成され、前記穴部内に、前記測定対象の表面に対し機械的振動を与える振動付与部が設けられたことを特徴とするアタッチメントである。

上記一の観点の発明によれば、測定対象に対して超音波の送受信を行なう超音波プローブに、前記振動付与部が設けられたアタッチメントが取り付けられることにより、超音波画像が表示される超音波診断装置において、前記弾性波に基づく弾性測定を行なうことができる。

本発明の実施形態における超音波診断装置の概略構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施形態における超音波プローブ及びこの超音波プローブに取り付けられた本発明の実施形態におけるアタッチメントを示す一部切欠正面図である。 図２に示されたアタッチメントの底面図である。 図３のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図３のＢ−Ｂ線拡大断面図である。 振動付与部の軸が前進して、押圧部が測定対象の表面を押圧する位置まで移動した状態を示す断面図である。 図１に示された超音波診断装置における表示制御部の構成を示すブロック図である。 図１に示された超音波診断装置における制御部の構成を示すブロック図である。 実施形態における超音波診断装置の作用を示すフローチャートである。 穴部に設けられた振動付与部の変形例を示す拡大図である。 図１０に示された振動付与部の変形例における規制板を示す平面図である。 変形例の振動付与部が設けられたアタッチメント及びこのアタッチメントが取り付けられた超音波プローブを示す正面図である。 変形例の振動付与部において、係合部が規制板と係合している状態を示す平面図である。 変形例の振動付与部において、規制板に形成されたくりぬき穴の円形部に係合部が位置している状態を示す平面図である。 変形例の振動付与部において、係合部がくりぬき穴の円形部内へ落下した状態を示す図である。 変形例の振動付与部において、押圧部の押圧面によって、測定対象の表面に対して機械的振動が付与される時の押圧移動体の位置を示す図である。 制御部の他例を示すブロック図である。 本発明の実施形態における超音波プローブ及びこの超音波プローブに取り付けられた本発明の実施形態におけるアタッチメントの他例を示す一部切欠正面図である。 図１８に示されたアタッチメントの底面図である。

以下、本発明に係るアタッチメント（ａｔｔａｃｈｍｅｎｔ）、超音波プローブ及び超音波診断装置の実施形態について説明する。図１に示す超音波診断装置１は、超音波プローブ２、送受信ビームフォーマ３、エコーデータ処理部４、表示制御部５、表示部６、操作部７、制御部８、記憶部９を備える。前記超音波プローブ２は、超音波診断装置本体１ａと接続されている。この超音波診断装置本体１ａ内に、送受信ビームフォーマ３、エコーデータ処理部４、表示制御部５、表示部６、操作部７、制御部８、記憶部９が設けられている。

前記超音波プローブ２は、アレイ（ａｒｒａｙ）状に配置された複数の超音波振動子（図示省略）を有して構成され、この超音波振動子によって被検体に対して超音波を送信し、そのエコー信号を受信する。

前記超音波プローブ２には、図２〜図６に示すように、超音波の送受信面２ａ側の端部に、アタッチメント１００が着脱可能に取り付けられるようになっている。前記アタッチメント１００は、第一部材１０１と第二部材１０２とで構成される。前記第一部材１０１は、両端が開口した中空部１０１ａを有し、この中空部１０１ａにおける一方の開口側の端部に前記超音波プローブ２が取り付けられる。前記第一部材１０１は、プラスチックで形成され、弾性変形して前記超音波プローブ２に取り付けられる。

前記第一部材１０１は、後述する穴部１０３が形成された穴部形成部１０１ｂを有している。この穴部形成部１０１ｂは、前記アタッチメント１００において左右方向（前記超音波プローブ２に取り付けられた状態においては、アジマス（ａｚｉｍｕｔｈ）方向）の一端側に形成されている。

前記穴部形成部１０１ｂの前記一方の開口部側には、段部１０１ｃが形成されている。前記第一部材１０１は、前記送受信面２ａが前記段部１０１ｃと当接した状態で前記超音波プローブ２に取り付けられる。

前記第二部材１０２は、超音波透過性と弾性とを有し、弾性の測定対象Ｔの音響インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）に近似する音響インピーダンスを有する材質で形成されている。例えば、前記第二部材１０２は、アクリル樹脂架橋体に多価アルコール及び安定剤などを添加した材質で形成されている。前記第二部材１０２は、前記第一部材１０１の中空部１０１ａに嵌合可能になっている。より詳細には、前記第一部材１０１が前記超音波プローブ２に取り付けられた状態において、前記第二部材１０２は、前記送受信面２ａと前記第一部材１０１の内壁面とで形成される空間に嵌合するようになっている。

前記第一部材１０１の中空部１０１ａに嵌合した前記第二部材１０２は、前記送受信面２ａと密着するとともに、この送受信面２ａとは反対側の面が、前記第一部材１０１の他方の開口側の端面と同一面上に位置する。従って、前記第二部材１０２は、前記第一部材１０１の他方の開口部において、弾性の測定対象Ｔの表面Ｓと当接可能になっているので、前記第二部材１０２により、前記アタッチメント１００は、前記送受信面２ａと弾性の測定対象Ｔとの間が、超音波透過性を有する材質で形成された部分を有することになる。

前記アタッチメント１００は、前記第二部材１０２及び前記第一部材１０１の穴部形成部１０１ｂにおいて、前記測定対象Ｔの表面Ｓと当接する。符号１００ａは、前記測定対象の表面Ｓとの当接面を示している。超音波は、前記第二部材１０２の部分を透過する。

前記穴部形成部１０１ｂには、前記当接面１００ａに開口する穴部１０３が形成されている。この穴部１０３内には、振動付与部１０４が設けられている。この振動付与部１０４は、ソレノイドアクチュエータであり、シリンダ１０５と、シリンダ１０５から突出する軸１０６と、この軸１０６の先端に設けられた押圧部１０７とを備えている。

前記シリンダ１０５内に設けられたソレノイドの電磁力が作用して前記軸１０６が前進及び後退することにより、前記押圧部１０７は、図５に示すように前記穴部１０３内に没した状態と、図６に示すように前記当接面１００ａと同一面になる状態との間を移動するようになっている。

前記押圧部１０７の押圧面１０７ａは、前記軸１０６が前進することにより前記当接面１００ａと同一面になり、前記測定対象Ｔの表面Ｓを押圧するようになっている。従って、前記押圧面１０７ａにより、前記測定対象Ｔの表面Ｓに機械的振動が与えられる。

ただし、前記押圧面１０７ａが、前記当接面１００ａよりも突出するようになっていてもよい。

前記振動付与部１０４には、超音波診断装置本体１ａに設けられた前記制御部８から動作信号が供給され、前記押圧部１０７の前進運動及び後退運動が制御されるようになっている。前記動作信号は、前記アタッチメント１００と前記超音波診断装置本体１ａとを接続するケーブル１０８を介して供給される。また、前記振動付与部１０４を動作させるための電力も、前記超音波診断装置本体１ａから供給されてもよい。

次に、前記超音波診断装置本体１ａ内に設けられた前記各部について説明する。前記送受信ビームフォーマ３は、前記超音波プローブ２から所定の走査条件で超音波を送信するための電気信号を、前記制御部８からの制御信号に基づいて前記超音波プローブ２に供給する。また、前記送受信ビームフォーマ３は、前記超音波プローブ２で受信したエコー信号について、Ａ／Ｄ変換、整相加算処理等の信号処理を行ない、信号処理後のエコーデータを前記エコーデータ処理部４へ出力する。

前記エコーデータ処理部４は、前記送受信ビームフォーマ３から出力されたエコーデータに対し、超音波画像を作成するための処理を行なう。例えば、前記エコーデータ処理部４は、対数圧縮処理、包絡線検波処理等のＢモード処理を行ってＢモードデータを作成する。

前記表示制御部５は、図７に示すように超音波画像データ作成部５１及び表示画像制御部５２を有している。前記超音波画像データ作成部５１は、前記エコーデータ処理部４から入力された前記Ｂモードデータなどのローデータ（ｒａｗ ｄａｔａ）を、スキャンコンバータ（Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって走査変換して超音波画像データを作成する。超音波画像データは、例えばＢモード画像データである。

また、前記表示画像制御部５２は、前記超音波画像データに基づく超音波画像を前記表示部６に表示させる。超音波画像は、例えばＢモード画像である。

前記表示部６は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイなどである。前記操作部７は、操作者が指示や情報を入力するためのキーボード及びポインティングデバイス（図示省略）などを含んで構成されている。

前記制御部８は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）で構成される。この制御部８は、前記記憶部９に記憶された制御プログラムを読み出し、前記超音波診断装置１の各部における機能を実行させる。また、前記制御部８は、前記振動付与部１０４を制御する。

また、前記制御部８は、図８に示す弾性値算出部８１による弾性値算出機能を実行する。詳細は後述する。前記弾性値算出部８１は本発明における弾性算出部の実施の形態の一例である。

前記記憶部９は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ：ハードディスクドライブ）や、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体メモリ（Ｍｅｍｏｒｙ）である。

さて、本例の超音波診断装置１の作用について図９のフローチャートに基づいて説明する。ここでは、弾性体からなる測定対象Ｔの弾性を測定するための処理について説明する。

先ず、ステップＳ１では、操作者は、例えば人体などの測定対象Ｔの表面に前記超音波プローブ２を当接して、Ｂモード画像を作成するための第一の超音波の送受信を行なう。これにより、Ｂモード画像が前記表示部６に表示される。前記制御部８は、Ｂモード画像用の超音波の送受信が行われるよう前記送受信ビームフォーマ３を制御する。

前記超音波プローブ２には、前記アタッチメント１００が取り付けられている。従って、前記第一の超音波の送受信は、前記超音波プローブ２の送受信面２ａと前記測定対象Ｔとの間に、前記アタッチメント１００が介在した状態で行われる。

このステップＳ１においてＢモード画像が表示されると、操作者はこのＢモード画像を参照して、測定対象Ｔにおける弾性の測定断面を特定する。測定断面が特定されると、ステップＳ２において、前記測定対象Ｔの表面Ｓに対し、前記振動付与部１０４の押圧部１０７によって機械的振動が付与される。前記制御部８が、前記軸１０６を前進させる制御信号を出力することにより、前記機械的振動が付与される。

機械的振動を付与するための前記制御部８からの制御信号は、例えば操作者が前記装置本体１ａの操作部７を操作することにより出力される。

前記押圧部１０７の押圧面が前記測定対象Ｔの表面Ｓを押圧することにより測定対象Ｔの内部に振動が伝わって弾性波が伝播する。そこで、前記制御部８は、前記ステップＳ２において前記機械的振動を付与するための制御信号を出力すると、ステップＳ３において、前記弾性波の伝播速度Ｖを計測するための第二の超音波の送受信が行われるよう前記送受信ビームフォーマ３を制御する。これにより、機械的振動の発生タイミングに応じて、第二の超音波の送信タイミングを制御することができる。

前記弾性算出部８１は、前記第二の超音波のエコー信号に基づいて、前記弾性波の伝播速度Ｖを算出する。そして、前記弾性算出部８１は、前記伝播速度Ｖに基づいて、下記（式１）によって弾性値Ｅを算出する。
Ｅ＝３ρＶ^２ ・・・（式１）
上記（式１）において、ρは測定対象Ｔの密度である。また、前記弾性値Ｅは、弾性率である。

前記弾性値Ｅは、前記表示部６に表示される。また、前記伝播速度Ｖも、前記表示部６に表示されてもよい。

本例によれば、前記超音波プローブ２に前記アタッチメント１００が取り付けられることにより、測定対象Ｔに対して機械的振動を与えることができるとともに、前記超音波プローブ２によって、弾性波を計測するための超音波とＢモード画像を得るための超音波を送受信することができる。従って、Ｂモード画像による測定断面の確認と弾性測定とを、超音波診断装置１のみによって行なうことができる。

次に、上記振動付与部１０４の変形例について説明する。変形例の振動付与部１０４′は、図１０に示すように、押圧移動体１２０とこの押圧移動体１２０の移動を規制する規制板１２１を備えている。

前記押圧移動体１２０は、前記規制板１２１と係合する係合部１２２と、この係合部１２２に設けられた軸１２３と、この軸１２３の先端に設けられた押圧部１２４とを有している。

前記係合部１２０は、平面視円形状に形成され（図１３、図１４参照）、テーパ面１２５ａが形成された円錐形状部１２５を有している。この円錐形状部１２５の頂点には、第一のバネ１２６が設けられている。この第一のバネ１２６は、前記係合部１２０側とは反対側の端部が、前記穴部１０３内の天井壁１０３ａに固定されている。

前記規制板１２１には、前記第一部材１０１の穴部形成部１０１ｂに設けられた孔１２７内に挿入されている支持棒１２８が設けられている。また、前記規制板１２１には、前記支持棒１２８が設けられた部分とは反対側の部分に、第二のバネ１２９が設けられている。この第二のバネ１２９は、前記規制板１２１側とは反対側の端部が、前記穴部１０３の側壁１０３ｂに固定されている。

前記規制板１２１には、図１１に示すようにくりぬき穴１３０が形成されている。このくりぬき穴１３０は、円形部１３１と矩形部１３２とを有している。前記円形部１３１は、前記係合部１２２と同径か、前記係合部１２２よりも大径に形成されている。これにより、後述するように、前記係合部１２２は、前記円形部１３１を通過することができるようになっている。

また、前記矩形部１３２は、前記軸１２３が位置することができる大きさに形成されている。

前記係合部１２２は、前記規制板１２１において、前記くりぬき穴１３０が開口する二つの開口面のうち、前記天井壁１０３側の開口面１３３と当接している。前記係合部１２２は、前記第一のバネ１２６の弾発力によって押圧された状態で前記開口面１３３と当接している。

前記規制板１２１は、前記第二のバネ１２９の弾発力によって、前記孔１２７側へ押されており、前記軸１２３に対して前記矩形部１３２の壁面１３２ａが押圧状態で当接している。ただし、前記第二のバネ１２９の弾発力は、押圧移動体１２０が斜めに傾かない程度の弾発力になっている。

ここで、図１２に示すように、前記振動付与部１０４′（図１２では図示省略）を有するアタッチメント１００′の側面には押圧ボタン１３４が設けられている。この押圧ボタン１３４は前記支持棒１２８と接続されている。前記押圧ボタン１３４を押すことにより、前記規制板１２１は、前記第二のバネ１２９の弾発力に抗して、この第二のバネ１２９側へ移動するようになっている。

この変形例の振動付与部１０４′の動作について説明する。図１０及び図１３に示すように、前記係合部１２２が前記規制板１２１と係合している場合、すなわち前記係合部１２２と前記押圧部１２４の間の前記軸部１２３に前記規制板１２１が位置している場合、前記係合部１２２は前記規制板１２１の開口面１３３に対して前記第一のバネ１２６の弾発力によって押圧状態で当接している。この状態から、前記押圧ボタン１３４が押されると、前記規制板１２１が前記第二のバネ１２９の弾発力に抗してこの第二のバネ１２９側へ水平方向に移動する。そして、前記規制板１２１に形成されたくりぬき穴１３０の円形部１３１が、図１４に示すように前記係合部１２２の位置まで移動すると、図１５に示すように、前記係合部１２２は、前記第一のバネ１２６の弾発力によって前記円形部１３１内へ落下する。さらに、前記係合部１２２は、前記円形部１３１を通過して、図１６に示すように、前記規制板１２１よりも前記穴部１０３の開口側へ移動する。これにより、前記押圧部１２４の押圧面１２４ａが、前記当接面１００ａの位置まで達し、前記測定対象Ｔの表面Ｓ（図１６では図示省略）に対して機械的振動を付与する。

前記押圧ボタン１３４が押されると、この押圧ボタン１３４が押されたことを示す信号が、前記アタッチメント１０２から前記制御部８へ入力される。この信号の入力があると、前記制御部８は、前記弾性波の伝播速度Ｖを計測するための第二の超音波の送受信が行われるよう前記送受信ビームフォーマ３を制御する。

前記押圧移動体１２０の位置を元の位置、すなわち図１０に示すように、前記係合部１２２が前記規制板１２１よりも前記天井壁１０３ａ側になっている位置に戻すには、操作者は、前記押圧ボタン１３４を押下して前記規制板１２１を前記第二のバネ１２９側へ移動させた状態で、前記押圧部１２４を、前記天井壁１０３ａへ向かって前記第一のバネ１２６の弾発力に抗して押し込む。そして、前記係合部１２２が、前記円形部１３１を通過して前記規制板１２１よりも前記天井壁１０３ａ側に位置した後に、操作者が前記押圧ボタン１３４の押下を解除すると、前記規制板１２１が前記第二のバネ１２９の弾発力によって、前記孔１２７側へ移動し、前記矩形部１３２に前記軸１２３が位置する状態になる。これにより、前記係合部１２２は、前記規制板１２１と係合して、前記開口面１３３に対して押圧された状態に戻る。

以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記制御部８は、図１７に示すように、第一の超音波の送受信によって得られる前記ローデータや前記Ｂモード画像データに基づいて、前記振動付与部１０４，１０４′による機械的振動の付与を検出する検出部８２を有していてもよい。

機械的振動が付与されると、その振動に応じた変化がローデータやＢモード画像データに生じる。そこで、前記検出部８２は、この振動に応じて生じた前記ローデータやＢモード画像データの変化を検出する。

前記制御部８は、前記検出部８２によって機械的振動の付与が検出されると、前記弾性波の伝播速度Ｖを計測するための第二の超音波の送受信が行われるよう前記送受信ビームフォーマ３を制御する。

ただし、必ずしも機械的振動の発生タイミングに応じて、前記第二の超音波の送信タイミングが制御されなくてもよい。

また、上記実施形態においては、前記超音波画像の例として二次元のＢモード画像が挙げられているが、前記超音波画像は三次元画像であってもよい。

また、前記穴部形成部１０１ｂの位置は、上述の位置に限られるものではなく、例えば図１８及び図１９に示すように、前記アタッチメント１００において左右方向の中央部付近に形成されていてもよい。この場合、二つの前記第二部材１０２，１０２が、前記穴部形成部１０１ｂの両側にそれぞれ設けられる。

１ 超音波診断装置
２ 超音波プローブ
２ａ 送受信面
８ 制御部
８１ 弾性値算出部
１００，１００′ アタッチメント
１０３ 穴部
１０４，１０４′ 振動付与部
１０７ａ 押圧面

Claims (8)

1. 測定対象に対して超音波の送受信を行なう超音波プローブの超音波送受信面側に取り付け可能であり、前記超音波プローブに取り付けられた状態における前記超音波送受信面と前記測定対象との間の部分が超音波透過性を有する材質で形成された部分を有するアタッチメントであって、前記測定対象との当接面側に開口する穴部が形成され、前記穴部内に、前記測定対象の表面に対し機械的振動を与える振動付与部が設けられたことを特徴とするアタッチメント。
2. 前記振動付与部は、前記穴部内に没した状態から、少なくとも前記アタッチメントにおける前記穴部の開口面まで移動して前記測定対象の表面を押圧することにより前記測定対象に対する機械的振動を与える押圧面を有することを特徴とする請求項１に記載のアタッチメント。
3. 表面に与えられた機械的振動によって生じた弾性波に基づいて弾性が測定される前記測定対象の超音波画像を作成するための第一の超音波の送受信と前記弾性波を計測するための第二の超音波の送受信とを行なう超音波プローブであって、請求項１又は２に記載のアタッチメントが取り付けられることを特徴とする超音波プローブ。
4. 請求項３に記載の超音波プローブを備えることを特徴とする超音波診断装置。
5. 前記振動付与部による機械的振動の発生タイミングに応じて前記第二の超音波の送信タイミングを制御する制御部を備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記制御部は、前記振動付与部に対する機械的振動の付与を指示する制御信号、前記振動付与部によって機械的振動が付与されると前記振動付与部から出力される信号又は前記超音波プローブから送信された超音波のエコー信号に基づいて得られるデータのいずれかに基づいて、前記機械的振動の発生タイミングに応じた前記第二の超音波の送信タイミングの制御を行なうことを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記第二の超音波のエコー信号に基づいて、前記測定対象の弾性情報を算出する弾性算出部を備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
8. 前記超音波画像は、前記測定対象の二次元又は三次元の画像であることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。