JP2009178262A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブにおいて２次元配列された複数からなる振動素子の特性を正確かつ容易に評価する。
【解決手段】走査制御部１１は、超音波プローブ３において２次元配列された複数の振動素子の中から１つの評価用振動素子を順次選択し、特性判定部６は、これら評価用振動素子を用いた超音波送受信によって得られる受信信号の振幅値と予め設定された第１の閾値との比較により前記評価用振動素子の特性判定を行なう。次いで、特性分布データ生成部７は、得られた特性判定結果に基づいて２次元の特性分布データを生成して表示部９に表示する。一方、診断可否判定部８は、前記特性分布データに設定した複数の評価領域の各々における欠陥振動素子数と前記評価領域の各々に対して設定された第２の閾値との比較により超音波プローブ３を用いた超音波診断の可否を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に係り、特に、２次元アレイ超音波プローブの性能評価を容易に行なうことが可能な超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、複数の振動素子が配列された超音波プローブを用いて被検体の複数方向に対し超音波送受信を行ない、このとき得られた反射波に基づいて生成した画像データをモニタ上に表示するものである。この装置は、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作で体内の２次元画像データや３次元画像データをリアルタイムで観測することができるため各種臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。

３次元画像データの収集を目的とした従来の３次元走査では、複数の振動素子が１次元配列された超音波プローブをその配列方向に対して垂直な方向に移動あるいは回動させながら被検体の３次元領域に対し超音波を送受信し、このとき収集したボリュームデータを処理することにより３次元画像データやＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）画像データ等の生成を行なってきた。

又、近年では、複数の振動素子が２次元配列された２次元アレイ超音波プローブが実用化されている。この２次元アレイ超音波プローブを用いることにより３次元領域に対する超音波の送受信は全て電子的な制御で行なうことができるため、３次元走査に要する時間は大幅に短縮され、超音波検査における操作性は著しく向上した。

ところで、上述の２次元アレイ超音波プローブは、その先端部（ヘッド部）に２次元配列された極めて多くの振動素子を有し、これらの振動素子を用いて被検体に対する超音波の送受信を行なっている。そして、良質な超音波データや画像データを得るためにはこれらの振動素子の多くが正常に機能していることを定期的な試験によって確認する必要があり、特に、病院等の医療施設に設置された超音波診断装置の２次元アレイ超音波プローブを試験する場合、被検体に対する超音波検査が行なわれていない時間帯において効率よく実施する必要がある。

振動素子が１次元配列された超音波プローブの試験方法として、振動素子の前面に装着された音響レンズの表面からの反射波の状態を画像データ上で観察することにより不良箇所の有無を判定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。又、振動素子毎に得られた受信信号に基づいて異常状態をチャンネル単位で検出し、この検出結果に基づいて前記超音波プローブによる超音波診断が可能か否かを判定する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平８−２３８２４３号公報 特開平９−５２７号公報

上述の特許文献１に記載された方法によれば、超音波プローブに内蔵された振動素子等における不良の有無を短時間で判定することが可能となる。しかしながら、この方法では、通常の超音波検査と同様にして多くの振動素子を用い１回の超音波送受信が行われるため、画像データ上で不良箇所が観測されても欠陥振動素子や欠陥チャンネルを正確に特定することはできない。

一方、特許文献２に記載された方法によれば、超音波プローブによる超音波診断の可否判定結果を所定の文言でテキスト表示する方法のみが示され、異常チャンネルの把握が容易となる表示方法については記載されていない。このため、２次元アレイ超音波プローブのように多くの振動素子が２次元配列された場合、欠陥振動素子あるいは欠陥チャンネルの位置や分布状態を容易に把握することができないという問題点を有していた。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、２次元アレイ超音波プローブに備えられた複数の振動素子における感度特性等を正確かつ容易に評価することが可能な超音波診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、超音波プローブのヘッド部に２次元配列された複数の振動素子を駆動し、前記振動素子から得られる複数チャンネルの受信信号に基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、前記複数の振動素子の中から評価用振動素子を順次選択する走査制御手段と、前記評価用振動素子を用いた超音波送受信によって得られる受信信号に基づいて前記評価用振動素子の特性判定を行なう特性判定手段と、この特性判定手段によって得られた特性判定結果を前記評価用振動素子の位置情報に対応させて配列することにより２次元の特性分布データを生成する特性分布データ生成手段と、前記特性分布データを表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。

又、請求項２に係る本発明の超音波診断装置は、超音波プローブのヘッド部に２次元配列された複数の振動素子を駆動し、前記振動素子から得られる数チャンネルの受信信号に基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、前記複数の振動素子の中から評価用振動素子を順次選択する走査制御手段と、前記評価用振動素子を用いた超音波送受信によって得られる受信信号に基づいて前記評価用振動素子の特性判定を行なう特性判定手段と、この特性判定手段によって得られた特性判定結果を前記評価用振動素子の位置情報に対応させて配列することにより２次元の特性分布データを生成する特性分布データ生成手段と、前記特性分布データに基づいて前記超音波プローブを用いた超音波診断の可否を判定する診断可否判定手段と、この診断可否判定手段の判定結果を表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。

更に、請求項９に係る本発明の超音波診断装置は、超音波プローブのヘッド部に２次元配列された複数の振動素子を駆動し、前記振動素子から得られる複数チャンネルの受信信号に基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、前記複数の振動素子の中から評価用振動素子を順次選択する走査制御手段と、前記評価用振動素子を用いた超音波送受信によって得られる受信信号に基づいて前記評価用振動素子の特性判定を行なう特性判定手段と、この特性判定手段によって得られた特性判定結果を前記評価用振動素子の選択順序に対応させて１次元配列することにより前記特性分布データを生成する特性分布データ生成手段と、前記特性分布データを表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、２次元アレイ超音波プローブに備えられた複数からなる振動素子の特性を正確かつ容易に評価することができる。このため、前記２次元アレイ超音波プローブを用いた超音波診断の可否を容易に判定することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下に述べる本発明の実施例では、超音波プローブにおいて２次元配列された複数の振動素子の中から１つの評価用振動素子を順次選択し、これら評価用振動素子を用いた超音波送受信によって得られる受信信号の振幅値と予め設定された第１の閾値との比較により前記評価用振動素子の特性判定を行なう。そして、得られた特性判定結果に基づいて２次元の特性分布データを生成して表示部に表示する。更に、前記特性分布データに設定した複数の評価領域の各々における欠陥振動素子数と前記評価領域の各々に対して設定された第２の閾値との比較により前記超音波プローブを用いた超音波診断の可否を判定する。

尚、以下の実施例では、２次元アレイ超音波プローブに設けられた複数の振動素子の中から１個の振動素子を評価用振動素子として順次選択し、この評価用振動素子を用いた超音波の送信及び受信により所定反射体から得られる受信信号の振幅値に基づいて評価用振動素子の感度特性を評価する場合について述べるが、前記評価用振動素子を用いた送信及び複数の振動素子を用いた受信あるいは複数の振動素子を用いた送信及び前記評価用振動素子を用いた受信によって所定の反射体から得られる受信信号の振幅値に基づいて当該評価用振動素子の感度特性を評価しても構わない。

（装置の構成）
本発明の実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図８を用いて説明する。尚、図１は、超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２と図４は、この超音波診断装置が備える送受信部及び受信信号処理部と画像データ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。

図１に示す超音波診断装置１００は、被検体の３次元領域に対し超音波パルス（送信超音波）を送信し、この送信によって得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数の振動素子が２次元配列された２次元アレイ超音波プローブ（以下では、超音波プローブと呼ぶ。）３と、超音波パルスを送信するための駆動信号を前記複数の振動素子あるいはこれらの振動素子の中から選択した評価用振動素子に供給し、これらの振動素子から得られた受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号あるいは評価用振動素子から得られた受信信号を処理して超音波データ（Ｂモードデータ）を生成する受信信号処理部４と、前記３次元領域から収集される診断モードの超音波データを用いて３次元画像データやＭＰＲ画像データを生成する画像データ生成部５を備えている。

又、超音波診断装置１００は、性能評価モードにおいて選択された上述の評価用振動素子から得られる受信信号に基づいてこの評価用振動素子の感度特性が正常か否かを判定する特性判定部６と、特性判定部６から供給される判定結果に基づいて前記複数の振動素子に対する２次元の特性分布データ（感度特性分布データ）を生成する特性分布データ生成部７と、この特性分布データに基づいて超音波プローブ３を用いた超音波診断の可否を判定する診断可否判定部８を備え、更に、上述の画像データ生成部５が生成する３次元画像データ及びＭＰＲ画像データ、感度分布データ生成部７が生成する特性分布データ及び診断可否判定部８による判定結果等を表示する表示部９と、被検体情報の入力、画像データ生成条件及び画像データ表示条件の設定、後述の閾値α及び閾値βの設定、特性分布データに対する評価領域あるいは評価領域数の設定、診断モード／性能評価モードの選択等を行なう入力部１０と、診断モードの３次元走査における遅延時間の設定や振動素子の選択、性能評価モードにおける評価用振動素子の選択等を行なう走査制御部１１と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１２を備えている。

超音波プローブ３は、２次元配列されたＭｏ個の図示しない振動素子をその先端部に有し、この先端部を被検体の体表に接触させて超音波の送受信を行なう。又、超音波プローブ３の振動素子の各々は、図示しない多芯ケーブルを介して送受信部２に接続されている。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。この超音波プローブ３には、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、操作者は診断部位に応じて任意に選択することが可能である。本実施例では、Ｍｏ個の振動素子が２次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブ３を用いる場合について述べるが、リニア走査対応やコンベックス走査対応等の超音波プローブであっても構わない。

次に、図２に示す送受信部２は、超音波プローブ３の振動素子に対して駆動信号を供給する送信部２１と、振動素子から得られた受信信号に対して整相加算を行なう受信部２２を備えている。

送信部２１は、レートパルス発生器２１１、送信遅延回路２１２及び駆動回路２１３を備えている。レートパルス発生器２１１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成し、送信遅延回路２１２及び駆動回路２１３は、送信に使用されるＭｔ個の振動素子（送信用振動素子）に対応した同数の独立な遅延回路及び駆動回路を有している。一方、受信部２２は、超音波プローブ３に内蔵されたＭｏ個の振動素子の中から受信用として選択されるＭｒ個の振動素子（受信用振動素子）に対応したＭｒチャンネルのＡ／Ｄ変換器２２１及び受信遅延回路２２２と１チャンネルの加算器２２３を備えている。

診断モードにおける送信遅延回路２１２は、送信超音波を所定の深さに集束するための集束用遅延時間と所定方向（θｐ、φｑ）に送信するための偏向用遅延時間をレートパルス発生器２１１から供給されるレートパルスに与えて駆動回路２１３へ供給し、駆動回路２１３は、超音波プローブ３にて２次元配列されたＭｏ個の振動素子の中から選択されたＭｔ個の送信用振動素子を駆動し、被検体の体内に超音波（送信超音波）を放射する。一方、Ｍｒ個の受信用振動素子によって検出されたＭｒチャンネルの受信信号は、受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２１においてデジタル信号に変換された後、Ｍｒチャンネルの受信遅延回路２２２において所定の深さからの受信超音波を収束するための遅延時間と送受信方向（θｐ、φｑ）からの受信超音波に対し強い受信指向性を設定するための遅延時間が与えられ、加算器２２３にて整相加算されて受信信号処理部４へ供給される。

尚、診断モードにおける受信遅延回路２２２及び加算器２２３は、その遅延時間の制御によって複数方向に対する受信超音波ビームを同時に形成する所謂並列同時受信を行なうことも可能である。この並列同時受信法の適用により３次元走査に要する時間は大幅に短縮される。

一方、性能評価モードにおいては、超音波プローブ３に設けられたＭｏ個の振動素子の中から選択された１個の振動素子（評価用振動素子）とこの評価用振動素子に接続されている駆動回路２１３及びＡ／Ｄ変換器２２１を用いた超音波送受信が行なわれる。即ち、後述の走査制御部１１から供給される走査制御信号に基づいてＭｔチャンネルの駆動回路２１３及びＭｒチャンネルのＡ／Ｄ変換器２２１の中から前記評価用振動素子に接続された１チャンネルの駆動回路２１３及びＡ／Ｄ変換器２２１が順次選択され、選択された駆動回路２１３及びＡ／Ｄ変換器２２１を用いて評価用振動素子による超音波送受信が行なわれる。そして、評価用振動素子から得られた受信信号はＡ／Ｄ変換器２２１によってＡ／Ｄ変換された後、受信遅延回路２２２及び加算器２２３を介して受信信号処理部４へ供給される。

図３は、ｘ方向にＭｘ個、ｙ方向にＭｙ個の振動素子Ｅ（ｍｘ、ｍｙ）（ｍｘ＝１乃至Ｍｘ、ｍｙ＝１乃至Ｍｙ）３１が配列された超音波プローブ３の中心軸をｚ軸とした直交座標（ｘ−ｙ−ｚ）における超音波の送受信方向（θｐ、φｑ）を示したものであり、θｐ及びφｑは、ｘ−ｚ平面及びｙ−ｚ平面に投影された送受信方向のｚ軸に対する角度を示している。

図２へ戻って、受信信号処理部４は、包絡線検波器４１と対数変換器４２を備え、診断モードにおける包絡線検波器４１は、受信部２２の加算器２２３から供給される整相加算後の受信信号を包絡線検波し、対数変換器４２は、包絡線検波された受信信号の振幅を対数変換して生成した超音波データとしてのＢモードデータを画像データ生成部５へ供給する。一方、性能評価モードにおける包絡線検波器４１は、性能評価用振動素子から１チャンネルのＡ／Ｄ変換器２２１、受信遅延回路２２２及び加算器２２３を介して供給される受信信号を包絡線検波して特性判定部６へ供給する。

次に、画像データ生成部５の具体的な構成につき図４のブロック図を用いて説明する。図４の画像データ生成部５は、ボリュームデータ生成部５１、３次元画像データ生成部５２及びＭＰＲ画像データ生成部５３を備えている。そして、ボリュームデータ生成部５１は、超音波データ記憶部５１１、補間処理部５１２及びボリュームデータ記憶部５１３を備え、超音波データ記憶部５１１には、被検体に対する３次元走査によって得られた診断モードの受信信号に基づいて受信信号処理部４が生成したＢモードデータが超音波送受信方向（θｐ、φｑ）を付帯情報として順次保存される。

補間処理部５１２は、超音波データ記憶部５１１から読み出した複数のＢモードデータを超音波送受信方向（θｐ、φｑ）に対応させて配列することにより３次元Ｂモードデータを形成する。更に、この３次元Ｂモードデータを構成する不等間隔のボクセルを補間処理しｘ方向、ｙ方向及びｚ方向に対し等方的なボクセルを有するボリュームデータを生成してボリュームデータ記憶部５１３に保存する。

一方、３次元画像データ生成部５２は、ボリュームデータ生成部５１のボリュームデータ記憶部５１３から供給されるボリュームデータをレンダリング処理してボリュームレンダリング画像データやサーフィスレンダリング画像データ等の３次元画像データを生成する機能を有し、例えば、不透明度・色調設定部５２１とレンダリング処理部５２２を備えている。そして、不透明度・色調設定部５２１は、ボリュームデータのボクセル値に基づいて各ボクセルの不透明度や色調を設定し、レンダリング処理部５２２は、不透明度・色調設定部５２１によって設定された不透明度及び色調を有するボリュームデータを所定の処理プログラムを用いてレンダリング処理し３次元画像データを生成する。ＭＰＲ画像データ生成部５３は、ボリュームデータ記憶部５１３から供給されるボリュームデータに所定のＭＰＲ断面を設定し、このＭＰＲ断面における画素（ボクセル）を抽出して２次元のＭＰＲ画像データを生成する。

次に、空中放置された超音波プローブ３の音響窓材にて発生する多重反射波の振幅値に基づいて振動素子の感度特性を判定する方法につき図５を用いて説明する。

図５（ａ）は、超音波プローブ３の先端部の構造を模式的に示したものであり、圧電セラミックス等からなる複数の振動素子３１の左表面及び右表面には駆動信号の供給や受信超音波の検出を行なうための電極３２ａ及び３２ｂがそれぞれ装着され、電極３２ａは、図示しないケーブルを介して送受信部２の送信部２１及び受信部２２に接続され、電極３２ｂは接地されている。そして、これらの電極を有した振動素子３１の各々は後方（左方向）に放射される不要な超音波を吸収する背面負荷材（バッキング材）３３に固定され、その右表面は、生体に対する超音波の送受信を効率よく行なうためのマッチング層や送信超音波及び受信超音波を所望の位置に収束するための音響レンズ、更には、前記音響レンズを保護する保護膜等（以下では、これらを纏めて音響窓材３４と呼ぶ。）によって覆われている。

そして、空中放置した状態（即ち、音響窓材３４の右表面を空気３５に接触させた状態）でＭｏ個の振動素子３１の中から選択された１つの振動素子（例えば、振動素子３１ｘ）に対し駆動信号が供給された場合、厚みがｄの音響窓材３４に放射された超音波は音響インピーダンスが大きく異なる音響窓材３４と空気３５の境界面及び音響窓材３４と振動素子３１ｘの境界面で多重反射し、このとき、振動素子３１ｘでは図５（ｂ）に示すように時間間隔Ｔｘの受信信号が検出される。但し、音響窓材３４における超音波の伝播速度をＣとした場合、上述の時間間隔Ｔｘは、Ｔｘ≒２ｄ／Ｃの関係にある。振動素子３１ｘにて検出された上述の受信信号は、送受信部２の受信部２２においてデジタル信号に変換された後、受信信号処理部４の包絡線検波器４１において包絡線検波され（図５（ｃ）参照）特性判定部６へ供給される。

次に、図１に示した特性判定部６は、超音波プローブ３において２次元配列された振動素子３１の各々から得られる受信信号に基づいた検波信号の振幅値と所定閾値αとを比較することにより振動素子３１の特性が正常か否かを判定する機能を有し、例えば、ゲート回路６１、加算平均回路６２及び比較回路６３を有している。ゲート回路６１は、送信部２１のレートパルス発生器２１１にて発生するレートパルスと同期した所定のパルス幅ΔＴを有するサンプリングパルス（図５（ｄ））を発生し、振動素子３１ｘから受信信号処理部４の包絡線検波器４１を介して供給された検波信号（図５（ｃ））における最初の反射波成分（図５（ｅ）参照）を抽出する。

加算平均回路６２は、図示しない記憶回路と演算回路を備え、性能評価モードにて選択された評価用振動素子による超音波送受信が複数回行なわれる場合、各々の超音波送受信においてゲート回路６１から順次供給される上述の反射波成分は前記記憶回路に保存される。そして、当該評価用振動素子を用いた超音波の送受信が終了したならば、前記演算回路は、前記記憶回路に保存された複数の反射波成分を読み出して加算平均する。一方、比較回路６３は、加算平均された反射波成分の振幅値Ａと入力部１０からシステム制御部１２を介して供給される閾値αとを比較することにより当該評価用振動素子の特性が正常か否かを判定する（図５（ｅ）参照）。

次に、特性分布データ生成部７は、図示しない記憶回路を有し、特性判定部６の比較回路６３から供給される評価用振動素子の特性判定結果は、走査制御部１１から供給される評価用振動素子の選択情報（即ち、評価用振動素子の位置情報）を付帯情報として前記記憶回路に順次保存される。そして、全ての評価用振動素子の特性判定結果が収集されたならば、前記位置情報に基づいて上述の特性判定結果を配列し２次元の特性分布データを生成する。

図６は、特性分布データ生成部７によって生成される特性分布データの具体例を示したものであり、図６（ａ）は、図３において既に述べたように超音波プローブ３の先端部に２次元配列された複数の振動素子Ｅ（ｍｘ、ｍｙ）（ｍｘ＝１乃至Ｍｘ、ｍｙ＝１乃至Ｍｙ）を示している。性能評価モードにおける特性分布データ生成部７は、例えば、これらの振動素子の中から選択された評価用振動素子Ｅ（１，１）を用いた超音波送受信によって得られる特性判定結果Ｅｄ（１，１）を前記記憶回路の振動素子Ｅ（１，１）に対応した記憶領域に保存し、同様にして、振動素子Ｅ（１，２、）、Ｅ（１，３）、・・・Ｅ（Ｍｘ，Ｍｙ）を用いた超音波送受信によって得られる特性判定結果Ｅｄ（１，２、）、Ｅｄ（１，３）、・・・Ｅｄ（Ｍｘ，Ｍｙ）をこれらの振動素子に対応した記憶領域に夫々保存することにより、図６（ｂ）に示すような２次元の特性分布データＤｓが生成される。

尚、図６（ｂ）に示した特性分布データＤｓでは、特性判定部６においてその感度特性が正常と判定された振動素子を白四角により、又、異常（即ち、検波信号の振幅値が閾値αより小さい）と判定された振動素子（以下では、欠陥振動素子と呼ぶ。）を黒四角によって示しているが、これに限定されるものではなく振動素子３１の感度特性を２次元的に把握することが可能であれば他の方法であっても構わない。

次に、診断可否判定部８は、図示しない比較回路を備え、特性分布データ生成部７によって生成された特性分布データＤｓに基づいて当該超音波プローブ３を用いた超音波診断の可否を判定する機能を有している。

例えば、診断可否判定部８は、特性分布データ生成部７から供給される特性分布データＤｓと入力部１０から供給される評価領域設定情報及び閾値βを受信する。そして、評価領域設定情報に基づいて特性分布データを複数の評価領域に分割し、各々の評価領域において感度特性が異常と判定された欠陥振動素子の数と当該評価領域における許容欠陥振動素子数の閾値βを比較することにより、当該超音波プローブ３を用いた超音波診断の可否を判定する。

図７は、特性分布データに対して設定された複数の評価領域を示しており、例えば、振動素子Ｅ（ｍｘ、ｍｙ）（ｍｘ＝１乃至Ｍｘ、ｍｙ＝１乃至Ｍｙ）の感度特性分布が示された特性分布データＤｓに対して３つの評価領域Ｒ１乃至Ｒ３が設定される。この場合、評価領域Ｒ１乃至Ｒ３の各々は、入力部１０を用いて任意に設定してもよいが、ここでは、入力部１０から供給される評価領域分割数Ｐ（Ｐ＝３）に基づいて等面積を有する３つの評価領域Ｒ１乃至Ｒ３とこれら評価領域の各々に対応した３つの閾値β１乃至β３が設定される場合について述べる。

そして、診断可否判定部８が備えた前記比較回路は、先ず、評価領域Ｒ１において計測した欠陥振動素子数Ｎ１と評価領域Ｒ１に対して設定された閾値β１とを比較し、同様にして、評価領域Ｒ２及び評価領域Ｒ３の各々において計測した欠陥振動素子数Ｎ２及びＮ３とこれらの評価領域に対して設定された閾値β２及びβ３とを比較する。そして、評価領域Ｒ１乃至Ｒ３における欠陥振動素子数Ｎ１乃至Ｎ３の何れもがこれら評価領域Ｒ１乃至Ｒ３に対して設定された閾値β１乃至β３より小さい場合（即ち、当該評価領域における欠陥振動素子数が許容欠陥振動素子数より小さい場合）、超音波プローブ３を用いた超音波診断は可能であり、前記欠陥振動素子数Ｎ１乃至Ｎ３の少なくとも何れかが閾値β１乃至β３より大きい場合（即ち、Ｎ１＞β１、Ｎ２＞β２、Ｎ３＞β３の何れかが成立する場合）超音波プローブ３を用いた超音波診断は望ましくない旨の判定を行なう。

尚、欠陥振動素子が画像データの画質に与える影響は、その欠陥振動素子の位置に左右され、２次元配列の中心部に位置する欠陥振動素子ほど画像データを劣化させやすいことが知られている。即ち、中心部の振動素子ほどその許容感度範囲を厳しく管理する必要があり、このため、上述の３つの閾値β１乃至β３は図８に示すようにβ１＞β２＞β３となるように設定することが望ましい。

表示部９は、表示データ生成部９１とモニタ９２を備え、表示データ生成部９１は、診断モードにおいて画像データ生成部５が生成する３次元画像データやＭＰＲ画像データを所定フォーマットに変換して診断用表示データを生成する。又、性能評価モードにおいて特性分布データ生成部７が生成する特性分布データや診断可否判定部８から供給される診断可否判定結果に基づいて性能評価用表示データを生成する。この場合、性能評価用表示データにおける欠陥振動素子の位置にその配列情報を重畳することにより欠陥位置をより正確に把握することが可能となる。次いで、表示データ生成部９１は、診断モード及び性能評価モードにおいて生成した上述の表示データに対しＤ／Ａ変換等の変換処理を行なってモニタ９２に表示する。

入力部１０は、操作パネル上の表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを用いて特性判定部６の比較回路６３に対する閾値αや診断可否判定部８の図示しない比較回路に対する閾値β（例えば、β１乃至β３）を設定する閾値設定部１０１と、特性分布データに対する評価領域Ｒ（例えば、Ｒ１乃至Ｒ３）あるいはその分割数Ｐ（例えば、Ｐ＝３）を設定する評価領域設定部１０２と、診断モードあるいは性能評価モードを選択するモード選択部１０３を備えている。又、治療モードにおける被検体情報の入力、画像データの生成条件や表示条件の設定、各種コマンド信号の入力等も上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なわれる。

次に、走査制御部１１は、診断モードの３次元走査に必要な送信用振動素子及び受信用振動素子の選択や送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２における遅延時間の設定を行ない、更に、性能評価モードにおける送受信振動素子（評価用振動素子）の選択を行なう。特に、本実施例の性能評価モードでは、超音波プローブ３の先端部に２次元配列されたＭｏ個の振動素子の中から１個の評価用振動素子が走査制御部１１によって選択され、この評価用振動素子から得られる受信信号に基づいた特性分布データの生成と超音波プローブ３に対する診断可否の判定が特性分布データ生成部７及び診断可否判定部８によって行なわれる。

システム制御部１２は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には、入力部１０にて入力／設定／選択された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、これらの入力情報、設定情報及び選択情報に基づいて超音波診断装置１００の各ユニットを制御し、診断モードの当該被検体に対する３次元画像データ及びＭＰＲ画像データの生成や性能評価モードの超音波プローブ３に対する性能評価を行なう。

（超音波プローブの診断可否判定手順）
次に、本実施例の超音波プローブ３に対する診断可否の判定手順を図９に示したフローチャートを用いて説明する。

超音波プローブ３に対する診断可否の判定に先立ち超音波診断装置１００の操作者は、送受信部２に接続された超音波プローブ３の先端部を空中放置した状態で入力部１０の閾値設定部１０１にて特性判定部６の比較回路６３に対する閾値αや診断可否判定部８に対する閾値β（β１乃至β３）を設定し、評価領域設定部１０２にて特性分布データに対する評価領域分割数Ｐ（Ｐ＝３）を設定する（図９のステップＳ１）。この場合、超音波プローブ３が有するＭｏ個の振動素子の中から当該超音波送受信において実際に使用される振動素子数が撮影条件や超音波プローブ３の識別情報等に基づいて予め設定され、この振動素子数に基づいて上述の閾値βや評価領域分割数Ｐの設定が行なわれる。

次いで、操作者は、入力部１０のモード選択部１０３において性能評価モードを選択し（図９のステップＳ２）、システム制御部１２を介してモード選択情報を受信した走査制御部１１は、送信部２１の駆動回路２１３及び受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２１を制御して超音波プローブ３の先端部に２次元配列されたＭｏ個の振動素子の中から最初の評価用振動素子Ｅ（１，１）を選択する（図９のステップＳ３）。

即ち、駆動回路２１３は、走査制御部１１から供給される走査制御信号に基づいて超音波プローブ３が有するＭｏ個の振動素子の中から選択した評価用振動素子Ｅ（１，１）に対して駆動信号を供給し、この評価用振動素子Ｅ（１，１）の前面に装着された音響窓材３４に対し送信超音波を放射する。

次いで、音響窓材３４の内部における多重反射に起因した受信超音波は上述の評価用振動素子Ｅ（１，１）によって電気的な受信信号に変換され、受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２１にてＡ／Ｄ変換された後受信遅延回路２２２及び加算器２２３を介して受信信号処理部４へ供給される。そして、Ａ／Ｄ変換後の受信信号が供給された受信信号処理部４の包絡線検波器４１は、この受信信号を包絡線検波して特性判定部６へ供給する。

一方、特性判定部６のゲート回路６１は、評価用振動素子Ｅ（１，１）から送受信部２及び受信信号処理部４を介して供給された受信信号における最初の反射波成分を上述の駆動信号に同期したパルス幅ΔＴのサンプリングパルスによって抽出し、加算平均回路６２の記憶回路に保存する。更に、同様の手順によって評価用振動素子Ｅ（１，１）を用いた超音波送受信を所定回数繰り返し、このとき得られた受信信号における最初の反射波成分も前記記憶回路に保存する（図９のステップＳ４）。

次いで、特性判定部６の加算平均回路６２は、自己の記憶回路に保存された複数の反射波成分を読み出して加算平均する。一方、比較回路６３は、加算平均された反射波成分の振幅値と入力部１０の閾値設定部１０１からシステム制御部１２を介して供給される閾値αとを比較することにより当該評価用振動素子の特性が正常か否かを判定する。そして、特性分布データ生成部７は、特性判定部６の比較回路６３から供給される評価用振動素子の特性判定結果に走査制御部１１から供給される前記評価用振動素子の位置情報を付加して自己の記憶回路に保存する（図９のステップＳ５）。

以下同様にして、特性判定部６は、走査制御部１１の走査制御信号に基づいて選択された評価用振動素子Ｅ（１，２）、Ｅ（１，３）・・・Ｅ（Ｍｘ，Ｍｙ）から得られた受信信号における最初の反射波成分の振幅値と閾値αとを比較することにより上述の評価用振動素子の特性が正常か否かを判定し、特性分布データ生成部７は、この特性判定結果に走査制御部１１から供給される前記評価用振動素子の位置情報を付加して自己の記憶回路に保存する（図９のステップＳ３乃至Ｓ５）。

当該被検体の超音波診断に使用される全ての振動素子に対する特性判定とその保存が終了したならば、特性分布データ生成部７は、自己の記憶回路に保存されている複数の評価用振動素子に対する特性判定結果と前記評価用振動素子の位置情報を読み出し、これらの特性判定結果を位置情報に基づいて配列し特性分布データを生成する（図９のステップＳ６）。そして得られた２次元の特性分布データを表示部９のモニタ９２に表示する（図９のステップＳ７）。

一方、診断可否判定部８は、特性分布データ生成部７から供給される特性分布データと入力部１０から供給される評価領域の設定情報及びこれらの評価領域における許容欠陥振動素子数の閾値βを受信する。次いで、評価領域設定情報に基づいて特性分布データを複数の評価領域に分割し、各々の評価領域における欠陥振動素子数と閾値βとを比較することにより、当該超音波プローブ３を用いた超音波診断の可否を判定する（図９のステップＳ８）。そして、その判定結果を所定のテキストデータ等により表示部９のモニタ９２あるいは入力部１０の表示パネルに表示する（図９のステップＳ９）。

以上述べた本発明の実施例によれば、２次元アレイ超音波プローブに備えられた複数からなる振動素子の感度特性を正確かつ容易に評価することができる。このため、前記２次元アレイ超音波プローブを用いた超音波診断の可否を容易に判定することが可能となる。

特に、本実施例では、評価用振動素子の各々から順次得られる受信信号の振幅値と所定閾値との比較によって得られた前記評価用振動素子の特性判定結果を特性分布データとして２次元表示しているため、欠陥振動素子の位置やその分布状態を直感的に把握することができる。

又、この特性分布データにおける欠陥振動素子の数や分布状態に基づいて前記２次元アレイ超音波プローブを用いた超音波診断の可否が判定されるため、操作者は、常に良質な超音波診断を行なうことができる。

更に、２次元アレイ超音波プローブの前面に装着された音響窓材における多重反射に基づいて評価用振動素子の特性判定が行なわれるため、生体ファントム等の特殊な治具を準備する必要がない。このため、上述の超音波診断に対する可否判定は医療施設等においても容易かつ短時間で実施することが可能となる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、超音波プローブ３に設けられた複数の振動素子の中から１個の振動素子を評価用振動素子として順次選択し、この評価用振動素子を用いた超音波の送信及び受信により所定反射体から得られる受信信号の振幅値に基づいて前記評価用振動素子の感度特性を評価する場合について述べたが、１個の評価用振動素子を用いた送信と複数の振動素子を用いた受信あるいは複数の振動素子を用いた送信と１個の評価用振動素子を用いた受信により前記評価用振動素子の感度特性を評価してもよい。１個の評価用振動素子を用いた送信と複数の振動素子を用いた受信あるいは複数の振動素子を用いた送信と１個の評価用振動素子を用いた受信を行なうことにより、送信時における特性判定と受信時における特性判定を分離して行なうことが可能となる。

尚、上述の実施例では、全てのチャンネルが正常に動作している送受信部２を用いて超音波プローブ３の評価を行なう場合について述べたが、送受信部２において欠陥が発生している場合には、複数の振動素子とこれらの振動素子に接続された送信部２１及び受信部２２に対して特性判定と診断可否判定が行なわれる。

一方、上述の実施例では、受信信号から得られる反射波成分の振幅に基づいて評価用振動素子の特性判定を行なう場合について述べたが、前記反射波成分の位相特性等の他の物理量に基づいて評価用振動素子の特性判定を行なってもよい。

又、前記反射波成分と１つの閾値αとの比較による特性判定結果に基づいて図１０（ａ）に示すような２値からなる特性分布データを生成する場合について述べたが、複数の閾値との比較により図１０（ｂ）に示すような３値以上からなる特性分布データを生成してもよい。このような３値以上の特性分布データにより、更に詳細な特性分布を把握することが可能となる。

更に、上述の実施例では、振動素子の特性判定結果を２次元表示する方法について述べたが、図１１に示すように反射体から得られる受信信号を評価用振動素子の位置情報に基づいて１次元配列することにより特性分布データを生成してもよい。この方法によれば深さ方向（図３のｚ方向）の分解能が得られるためゲート回路６１を用いることなく最初の反射波成分を分離して表示することが可能となる。

又、上述の診断可否判定部８は、特性判定結果を２次元配列して生成した特性分布データに設定された複数の評価領域の各々における欠陥振動素子数と前記評価領域の各々に対して設定された閾値との比較により超音波プローブ３を用いた超音波診断の可否を判定する場合について述べたが、図１２に示すように、例えば、２０個の振動素子が含まれる評価領域Ｒ０を矢印方向に順次移動させながらこの評価領域Ｒ０に含まれる欠陥振動素子数と予め設定された閾値β０との比較結果に基づいて超音波プローブ３を用いた超音波診断の可否を判定してもよい。この場合、例えば、評価領域Ｒ０に含まれる欠陥振動素子数が常に閾値β０より小さい場合、超音波プローブ３を用いた超音波診断は可能であると判定される。

更に、上述の実施例では、超音波プローブ３を空中放置した状態で得られる音響窓材３４の内部での多重反射に基づいて評価用振動素子の特性判定を行なう場合について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、水中に配置されたワイヤーターゲットあるいは粒状性のファントムからの反射信号に基づいて評価用振動素子の特性判定を行なってもよい。又、評価用振動素子の特性判定は、受信信号処理部４に設けられた包絡線検波器４１の出力信号を用いて行なう場合について述べたが、対数変換器４１の出力信号（即ち、Ｂモードデータ）を用いてもよい。

又、入力部１０から供給される評価領域分割数に基づいて複数の評価領域を自動設定する場合について述べたが、前記複数の評価領域は入力部１０において任意に設定しても構わない。

本発明の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える送受信部及び受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の超音波プローブにおいて２次元配列された振動素子とこの超音波プローブを用いた３次元走査を説明するための図。 同実施例の超音波診断装置が備える画像データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例における振動素子の感度特性判定方法を説明するための図。 同実施例の特性分布データ生成部によって生成される特性分布データの具体例を示す図。 同実施例の特性分布データに設定された評価領域を示す図。 同実施例の特性分布データに設定された評価領域に対する閾値を示す図。 同実施例の超音波プローブに対する診断可否の判定手順を示すフローチャート。 同実施例の特性分布データ生成部によって生成される特性分布データの変形例を示す図。 同実施例の特性分布データ生成部によって生成される特性分布データの他の変形例を示す図。 同実施例の特性分布データに対して設定される評価領域の変形例を示す図。

符号の説明

２…送受信部
２１…送信部
２１１…レートパルス発生器
２１２…送信遅延回路
２１３…駆動回路
２２…受信部
２２１…Ａ／Ｄ変換器
２２２…受信遅延回路
２２３…加算器
３…超音波プローブ
４…受信信号処理部
４１…包絡線検波器
４２…対数変換器
５…画像データ生成部
６…特性判定部
６１…ゲート回路
６２…加算平均回路
６３…比較回路
７…特性分布データ生成部
８…診断可否判定部
９…表示部
９１…表示データ生成部
９２…モニタ
１０…入力部
１０１…閾値設定部
１０２…評価領域設定部
１０３…モード選択部
１１…走査制御部
１２…システム制御部
１００…超音波診断装置

Claims (9)

1. 超音波プローブのヘッド部に２次元配列された複数の振動素子を駆動し、前記振動素子から得られる複数チャンネルの受信信号に基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、
   前記複数の振動素子の中から評価用振動素子を順次選択する走査制御手段と、
   前記評価用振動素子を用いた超音波送受信によって得られる受信信号に基づいて前記評価用振動素子の特性判定を行なう特性判定手段と、
   この特性判定手段によって得られた特性判定結果を前記評価用振動素子の位置情報に対応させて配列することにより２次元の特性分布データを生成する特性分布データ生成手段と、
   前記特性分布データを表示する表示手段とを
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 超音波プローブのヘッド部に２次元配列された複数の振動素子を駆動し、前記振動素子から得られる数チャンネルの受信信号に基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、
   前記複数の振動素子の中から評価用振動素子を順次選択する走査制御手段と、
   前記評価用振動素子を用いた超音波送受信によって得られる受信信号に基づいて前記評価用振動素子の特性判定を行なう特性判定手段と、
   この特性判定手段によって得られた特性判定結果を前記評価用振動素子の位置情報に対応させて配列することにより２次元の特性分布データを生成する特性分布データ生成手段と、
   前記特性分布データに基づいて前記超音波プローブを用いた超音波診断の可否を判定する診断可否判定手段と、
   この診断可否判定手段の判定結果を表示する表示手段とを
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
3. 前記走査制御手段は、前記複数の振動素子の中から１個の評価用振動素子を送信用振動素子及び／又は受信用振動素子として選択することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
4. 前記特性判定手段は、前記超音波プローブに設けられた音響窓材からの受信超音波に基づく前記受信信号と予め設定された第１の閾値との比較により前記評価用振動子の特性判定を行なうことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
5. 前記特性判定手段は、前記受信信号の振幅値と予め設定された第１の閾値との比較により前記評価用振動子の感度特性を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
6. 前記特性分布データ生成手段は、前記特性判定手段の特性判定結果により欠陥振動素子と判定された性能評価用振動素子と他の正常な性能評価用振動素子とが異なる明度や色調で示された前記特性分布データを生成することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
7. 前記特性分布データに対して１つあるいは複数の評価領域を設定する評価領域設定手段を備え、前記診断可否判定手段は、前記特性分布データに設定された評価領域における欠陥振動素子数と予め設定された第２の閾値とを比較することにより前記超音波診断の可否を判定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した超音波診断装置。
8. 前記表示手段は、超音波診断の可否に関する判定結果を所定のテキストデータによって表示することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
9. 超音波プローブのヘッド部に２次元配列された複数の振動素子を駆動し、前記振動素子から得られる複数チャンネルの受信信号に基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、
   前記複数の振動素子の中から評価用振動素子を順次選択する走査制御手段と、
   前記評価用振動素子を用いた超音波送受信によって得られる受信信号に基づいて前記評価用振動素子の特性判定を行なう特性判定手段と、
   この特性判定手段によって得られた特性判定結果を前記評価用振動素子の選択順序に対応させて１次元配列することにより前記特性分布データを生成する特性分布データ生成手段と、
   前記特性分布データを表示する表示手段とを
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。

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