本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明を適用した超音波診断装置1の第1の実施形態の内部の構成を表している。なお、本発明の実施の形態においては、説明を簡略化するために、超音波診断装置1の本体11内の送信制御部16と受信制御部17においてのみ送受信時に伴う信号処理を行い、超音波プローブ12内においては送受信に伴う信号処理を行わない超音波診断装置1に適用するようにしているが、このような場合に限られず、例えば、超音波プローブ12内に送受信時に伴う信号処理を行う送受信回路などの付属部品を設けることにより、本体11内においてのみならず、超音波プローブ12内においても送受信時に伴う信号処理を行う超音波診断装置1にも適用することができる。
また、「超音波振動子に関するチャンネル特性」とは、超音波プローブ12内に送受信時に伴う信号処理を行う送受信回路などの付属部品を設けられている場合も含めて、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31を用いた場合における1つのチャンネル全体の特性を意味する。
超音波診断装置1は、本体11、その本体11に電気ケーブルを介して接続される超音波プローブ12、および表示部13により構成される。
図1に示されるように、超音波診断装置1の本体11は、位置決め制御データ発生部14、全チャンネル操作制御データ発生部15、送信制御部16、受信制御部17、画像データ生成部18、エコー抽出部19、位置決めチャンネルエコー検出部20、全チャンネルエコー検出部21、およびビデオ変換部22により構成される。
位置決め制御データ発生部14は、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31を駆動する位置決め制御データを発生し、送信制御部16と受信制御部17に供給する。
全チャンネル操作制御データ発生部15は、位置決めチャンネルエコー検出部20の位置決めチャンネルエコー比較判定部27の指示に従い、超音波プローブ12が有する複数の超音波振動子31を順次駆動する全チャンネル制御データを発生し、送信制御部16と送信制御部17に供給する。
送信制御部16は、レートパルス発生器、送信遅延回路、およびパルサ(いずれも図示せず)からなり、レートパルス発生器は、被検体の内部に入射する超音波パルスのパルス繰り返し周波数を決定するレートパルスを発生し、送信遅延回路に供給する。送信遅延回路は、送信時における超音波ビームの収束距離や偏向角度を設定するための遅延回路であり、送信時における超音波ビームの焦点位置と偏向角度が所定の焦点位置と偏向角度となるように、レートパルス発生器から供給されたレートパルスに遅延時間を加え、パルサに供給する。パルサは、超音波振動子を駆動するための高圧パルスを生成する駆動回路であり、送信遅延回路から供給されたレートパルスに基づいて、超音波振動子を駆動するための高圧パルスを生成し、生成された高圧パルスを超音波プローブ12に出力する。
また、送信制御部16は、位置決め制御データ発生部14から供給された位置決め制御データを取得し、取得された位置決め制御データに基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31から超音波を送信させる送信制御信号を生成し、超音波プローブ12のチャンネル選択器30に供給する。さらに、送信制御部16は、全チャンネル操作制御データ発生部15から供給された全チャンネル制御データを取得し、取得された全チャンネル制御データに基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31から順次超音波を送信させる送信制御信号を生成し、超音波プローブ12のチャンネル選択器30に供給する。
受信制御部17は、プリアンプ、受信遅延回路、および加算器(いずれも図示せず)からなり、プリアンプは、超音波プローブ12から反射体Pに入射された超音波パルスの反射波に基づく受信信号を取得し、取得された受信信号を所定のレベルまで増幅し、増幅された受信信号を受信遅延回路に供給する。
受信遅延回路は、プリアンプから供給された増幅後の受信信号に各超音波振動子のフォーカス位置からの超音波の伝播時間の差に対応する遅延時間を与え、加算器に供給する。加算器は、受信遅延回路から供給された各超音波振動子からの受信信号を加算し、加算された受信信号を画像データ生成部18とエコー抽出部19に供給する。
また、受信制御部17は、位置決め制御データ発生部14から供給された位置決め制御データを取得し、取得された位置決め制御データに基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31に超音波の反射波を受信させる受信制御信号を生成し、超音波プローブ12のチャンネル選択器30に供給する。さらに、送信制御部16は、全チャンネル操作制御データ発生部15から供給された全チャンネル制御データを取得し、取得された全チャンネル制御データに基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31に順次超音波の反射波を受信させる受信制御信号を生成し、超音波プローブ12のチャンネル選択器30に供給する。
画像データ生成部24は、Bモード処理部23とドプラモード処理部24により構成されている。Bモード処理部23は、対数増幅器、包絡線検波回路、およびTGC(Time Gain Control)回路(いずれも図示せず)からなり、以下の処理を行う。
すなわち、Bモード処理部23の対数増幅器は、受信制御部17から供給された受信信号を対数増幅し、対数増幅された受信信号を包絡線検波回路に供給する。包絡線検波回路は、超音波周波数成分を除去して振幅のみを検出するための回路であり、対数増幅器から供給された受信信号について包絡線を検波し、検波された受信信号をTGC回路に供給する。TGC回路は、包絡線検波回路から供給された受信信号の強度を最終的な画像の輝度が均一になるように調整し、Bモード画像データを生成し、生成されたBモード画像データをビデオ変換部22に供給する。
ドプラモード処理部24は、基準信号発生器、π/2位相器、ミキサ、LPF(Low Pass Filter)、ドプラ信号記憶回路、FFT(Fast Fourier Transform)分析器、および演算器(いずれも図示せず)などからなり、主に直交位相検波とFFT分析が行われ、生成されたドプラモード画像データをビデオ変換部22に供給する。
エコー抽出部19は、受信制御部17から供給された受信信号の中から所定の深さから反射された反射波に基づく底面エコー信号を抽出し、位置決めチャンネルエコー検出部20と全チャンネルエコー検出部21に供給する。
位置決めチャンネルエコー検出部20は、位置決めチャンネルエコー記憶部25、位置決めチャンネルエコー算出部26、および位置決めチャンネルエコー比較判定部27より構成される。なお、位置決めチャンネルエコー記憶部25、位置決めチャンネルエコー算出部26、および位置決めチャンネルエコー比較判定部27は、位置決めチャンネルエコー検出部20内においてバスにより相互に接続されている。
位置決めチャンネルエコー記憶部25は、エコー抽出部19から供給された所定の深さから反射された反射波に基づく底面エコー信号を取得し、取得された底面エコー信号を記憶するとともに、適宜、記憶された底面エコー信号を位置決めチャンネルエコー算出部26に供給する。位置決めチャンネルエコー記憶部25は、位置決めチャンネルエコー算出部26から供給された算出結果を取得し、取得された算出結果を記憶するとともに、適宜、記憶された算出結果を位置決めチャンネルエコー比較判定部27に供給する。
位置決めチャンネルエコー算出部26は、位置決めチャンネルエコー記憶部25から供給された底面エコー信号を取得し、取得された底面エコー信号に基づいて所定の超音波振動子31に関するチャンネル特性に含まれる反射体Pからの深さに相当する時間間隔や、予め設定された時間幅における最大電圧値などを算出し、その算出結果を位置決めチャンネルエコー記憶部25に供給する。
位置決めチャンネルエコー比較判定部27は、位置決めチャンネルエコー記憶部25から供給された算出結果に基づいて、所定の範囲で一致しているか否かを判定し、その判定結果を全チャンネル操作制御発生部15に供給する。
全チャンネルエコー検出部21は、全チャンネルエコー記憶部28と全チャンネルエコー算出部29により構成される。なお、全チャンネルエコー記憶部28および全チャンネルエコー算出部29は、全チャンネルエコー検出部21内においてバスにより相互に接続されている。
全チャンネルエコー記憶部28は、エコー抽出部19から供給された所定の深さから反射された反射波に基づく底面エコー信号を取得し、取得された底面エコー信号を記憶するとともに、適宜、記憶された底面エコー信号を位置決めチャンネルエコー算出部26に供給する。また、全チャンネルエコー記憶部28は、全チャンネルエコー算出部29から供給された算出結果を取得し、取得された算出結果を記憶するとともに、必要に応じて、ビデオ変換部22に供給する。
全チャンネルエコー算出部29は、全チャンネルエコー記憶部28に記憶されている底面エコー信号を読み出し、読み出された底面エコー信号に基づいて所定の超音波振動子31に関するチャンネル特性に含まれる反射体Pからの深さに相当する時間間隔や、予め設定された時間幅における最大電圧値などを算出し、その算出結果を全チャンネルエコー記憶部28に供給する。
ビデオ変換部22は、画像データ生成部24のBモード処理部23とドプラモード処理部24から供給されたBモード画像データとドプラモード画像データを取得し、取得されたBモード画像データとドプラモード画像データを、超音波スキャンの走査線信号列からビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、表示部13に供給する。また、ビデオ変換部22は、全チャンネルエコー検出部21の全チャンネルエコー記憶部28から供給された算出結果を取得し、取得された算出結果に所定の画像処理や演算処理などを施し、表示部13に供給する。
また、超音波プローブ12は、本体11に電気ケーブルを介して接続されており、反射体Pの表面に対してその前面を接触させ超音波の送受信を行う超音波トランスジューサであり、2次元にマトリクス配列された複数の微小な超音波振動子31(図1の場合、便宜上1つの超音波プローブ12内に1つの超音波振動子31を記載している)をその先端部分に有している。各超音波振動子31は圧電振動子としての電気音響変換素子であり、チャンネル選択器30に接続されており、送信時には本体11の送信制御部16からチャンネル選択器30を介して入力された電気パルスを超音波パルス(送信超音波)に変換し、受信時には反射体Pから反射された反射波を電気信号に変換し、チャンネル選択器30を介して本体11に出力する。
なお、超音波プローブ12の先端部分においては、複数の超音波振動子31が2次元にマトリクス配列されているため、図2に示されるように超音波振動子面Mを形成している。
また、本発明の実施形態においては、複数の超音波振動子31が2次元にマトリクス配列された超音波プローブ12を用いるようにしているが、このような場合に限られず、例えば、複数の超音波振動子31が1次元にアレイ配列された超音波プローブ12を用いるようにしてもよい。
チャンネル選択器30は、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31の駆動を切り替えるスイッチであり、送信時に、本体11の送信制御部16から入力された送信制御信号に基づいて超音波プローブ12が有する複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31の駆動を選択するとともに、本体11の送信制御部16から入力された電気パルスを取得し、取得された電気パルスを所定の超音波振動子31に供給する。また、チャンネル選択器30は、受信時に、本体11の受信制御部17から入力された受信制御信号に基づいて超音波プローブ12が有する複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31の駆動を選択するとともに、超音波プローブ12が有する複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31から供給された電気信号を取得し、本体11の受信制御部17に出力する。
表示部13は、ケーブルを介して本体11のビデオ変換部22と接続され、図示せぬLCD(Liquid Crystal Display)や図示せぬCRT(Cathode Ray Tube)が設けられており、超音波スキャンの走査線信号列からビデオフォーマットの走査線信号列に変換されたビデオ変換部22からのBモード画像データとドプラモード画像データなどを取得し、取得されたBモード画像データとドプラモード画像データなどを図示せぬLCDや図示せぬCRTに表示する。また、所定の画像処理や演算処理などが施された算出結果を取得し、取得された算出結果を図示せぬLCDや図示せぬCRTに表示する。
ここで、図2を参照して、図1の超音波診断装置1を用いたチャンネル特性評価処理の概略について説明する。
図2に示されるように、図1の超音波診断装置1を用いてチャンネル特性評価処理を行う場合、まず、超音波プローブ12をブロック形状のアクリル材からなる反射体Pに接触させる。次に、超音波プローブ12の超音波振動子31を振動させて超音波を反射体Pに送信し、反射体Pから反射された反射波から超音波振動子31によって変換された受信信号に基づいてチャンネル特性を本体11にて検出する。これにより、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31に関するチャンネル特性をそれぞれ評価することが可能である。
しかし、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31に関するチャンネル特性を正確に評価するためには、反射体Pの底面である反射面Xに対して超音波プローブ12内の複数の超音波振動子31により形成される超音波振動子面Mを平行にし、各超音波振動子31において反射体Pからの反射波を受ける反射条件をほぼ同一にする必要がある。
そこで、図2に示されるように、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31から順次超音波を送信する前に、まず、超音波プローブ12内に2次元にマトリクス配列された複数の超音波振動子31のうち、例えば4隅の超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、およびdに配置された超音波振動子31)を用いて、反射体Pの反射面Xに対して複数の超音波振動子31により形成される超音波振動子面Mが平行であるか否かを判定する。そして、反射体Pの反射面Xに対して複数の超音波振動子31により形成される超音波振動子面Mが平行であると判定された場合、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31から順次超音波を送信し、反射体Pから反射された反射波を受けて超音波振動子31によって変換された受信信号からチャンネル特性を本体11にて検出するようにする。これにより、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31に関するチャンネル特性を正確に評価することが可能となる。以下、図3と図4のフローチャートを参照して、図1の超音波診断装置1におけるチャンネル特性評価処理の詳細について説明する。
なお、ブロック形状のアクリル材からなる反射体Pに超音波を送信する場合、送信時における超音波ビームの反射点が反射面Xとなるように(すなわち、送信時における超音波ビームの反射点が所定の深さDになるように)予め設定される。
図3と図4のフローチャートを参照して、図1の超音波診断装置1におけるチャンネル特性評価処理について説明する。
ステップS1において、位置決め制御データ発生部14は、ユーザが図示せぬ入力部を操作することによりチャンネル特性評価処理を開始するとの指示がなされたか否かを判定し、ユーザが図示せぬ入力部を操作することによりチャンネル特性評価処理を開始するとの指示がなされたと判定されるまで待機する。
ステップS1においてユーザが図示せぬ入力部を操作することによりチャンネル特性評価処理を開始するとの指示がなされたと判定された場合、位置決め制御データ発生部14はステップS2で、超音波プローブ12が有する所定の超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、またはdに配置された超音波振動子31)を駆動する位置決め制御データを発生し、送信制御部16と受信制御部17に供給する。
ステップS3において、送信制御部16は、位置決め制御データ発生部14から供給された位置決め制御データを取得し、取得された位置決め制御データに基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、またはdに配置された超音波振動子31)から超音波を送信させる送信制御信号を生成し、超音波プローブ12のチャンネル選択器30に供給する。
また、送信制御部16のレートパルス発生器は、反射体Pの内部に入射する超音波パルスのパルス繰り返し周波数を決定するレートパルスを発生し、送信遅延回路に供給する。送信遅延回路は、送信時における超音波ビームの焦点位置と偏向角度が所定の焦点位置(所定の深さD)と偏向角度となるように、レートパルス発生器から供給されたレートパルスに遅延時間を加え、パルサに供給する。パルサは、送信遅延回路から供給されたレートパルスに基づいて、超音波振動子を駆動するための高圧パルスを生成し、生成された高圧パルスを超音波プローブ12に出力する。
ステップS4において、超音波プローブ12のチャンネル選択器30は、送信時に、本体11の送信制御部16から入力された送信制御信号に基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、またはdに配置された超音波振動子31)の駆動を選択するとともに、本体11の送信制御部16から入力された電気パルスを所定の超音波振動子31に供給する。超音波振動子31は、本体11の送信制御部16からチャンネル選択器30を介して入力された電気パルスを超音波パルス(送信超音波)に変換し、変換された超音波パルスを反射体Pに送信する。反射体P内に送信された超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる境界面にて反射される。
ステップS5において、駆動が選択された所定の超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、またはdに配置された超音波振動子31)は、反射体Pから反射された反射波を電気信号に変換し、変換された電気信号を受信信号としてチャンネル選択器30を介して本体11に出力する。超音波プローブ12のチャンネル選択器30は、受信時に、本体11の受信制御部17から入力された受信制御信号に基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31の駆動を順次選択する。
受信制御部17は、チャンネル選択器30を介して超音波振動子31から入力された受信信号を増幅し、所定の遅延時間を付加して、画像データ生成部18とエコー抽出部19に供給する。すなわち、受信制御部17のプリアンプは、チャンネル選択器30を介して超音波振動子31から入力された受信信号を所定のレベルまで増幅し、増幅された受信信号を受信遅延回路に供給する。
受信制御部17の受信遅延回路は、プリアンプから供給された増幅後の受信信号に超音波振動子31のフォーカス位置からの超音波の伝播時間の差に対応する遅延時間を与え、加算器に供給する。加算器は、受信遅延回路から供給された超音波振動子31からの受信信号を加算し、加算された受信信号をエコー抽出部19に供給する。
ここで、送信する超音波にはメインローブ以外にも別方向に伝搬するサイドローブもあることから、ブロック形状のアクリル材からなる反射体Pに超音波を送信する場合、反射体Pの底面である反射面X以外に反射体Pの側面からも一部反射される。そのため、反射体Pから反射された反射波を受けて超音波振動子31によって変換された受信信号には、反射体Pの反射面Xからの反射波に基づく信号(すなわち、所定の深さDからの反射波に基づく信号)以外にも、反射体Pの側面からの反射波に基づく信号や、反射体Pの底面である反射面Xや側面などにより多重反射された反射波に基づく信号も含まれる。
従って、受信制御部17から供給された受信信号をそのまま用いて超音波振動子31に関するチャンネル特性を検出し、評価するようにすると、受信制御部17から供給された受信信号には反射体Pの反射面Xからの反射波に基づく信号以外の信号が含まれているため、超音波振動子31に関するチャンネル特性を正確に評価することができなくなってしまう。
そこで、受信制御部17から供給された受信信号に基づいて超音波振動子31に関するチャンネル特性を検出して評価する前に、受信制御部17から供給された受信信号の中から反射体Pの反射面Xからの反射波に基づく受信信号のみを取り出す処理(抽出処理)を行う。
ステップS6において、エコー抽出部19は、受信制御部17から供給された受信信号を取得し、取得された受信信号の中から反射体Pの反射面Xからの反射波に基づく受信信号(以下、「底面エコー信号」という。)を抽出し、位置決めチャンネルエコー検出部20に供給する。
図5を参照して、エコー抽出部19における具体的なエコー抽出方法について説明する。
まず、図5[A]に示されるような超音波を送信するタイミングの基準となる基準信号に同期して、図5[B]に示されるような送信信号波形の電気パルスが送信制御部16により生成され、チャンネル選択器30を介して超音波プローブ12の超音波振動子31に供給される。
ここで、ブロック形状のアクリル材からなる反射体Pの反射面Xまでの所定の深さDは既知の値であることから、所定の深さDに相当する時間Tgdを予め算出し、受信信号の中から底面エコー信号を取り出す時間幅Tgwを設定することが可能である。なお、受信信号の中から底面エコー信号を取り出す時間幅Tgwは、オペレータにより予め任意に設定することができる。
次に、図5[C]に示されるように、エコー抽出部19は、受信信号の中から底面エコー信号を取り出す取り出し信号を発生し、発生された取り出し信号に基づいて図5[D]に示されるような底面エコー信号を抽出する。
ステップS7において、位置決めチャンネルエコー検出部20の位置決めチャンネルエコー記憶部25は、エコー抽出部19から供給された底面エコー信号を取得し、取得された底面エコー信号を記憶する。
ステップS8において、位置決め制御データ発生部14は、4つのチャンネルの位置決め制御データが発生したか否かを判定する。すなわち、位置決め制御データ発生部14は、超音波プローブ12内の4隅の超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、およびdに配置された4つの超音波振動子31)を駆動する4つの位置決め制御データが発生したか否かを判定する。
ステップS8において4つのチャンネルの位置決め制御データが発生していないと判定された場合、処理はステップS2に戻り、ステップS2以降の処理が繰り返される。
これにより、図2の4隅部a、b、c、およびdに配置された4つの超音波振動子31から順次超音波が反射体Pに送信され、4つの底面エコー信号が位置決めチャンネルエコー記憶部25に順次記憶される。
ステップS8において4つのチャンネルの位置決め制御データが発生したと判定された場合、位置決めチャンネルエコー検出部20はステップS9で、抽出された4つの底面エコー信号に基づいてチャンネル特性をそれぞれ検出する。すなわち、位置決めチャンネルエコー検出部20の位置決めチャンネルエコー算出部26は、位置決めチャンネルエコー記憶部25に記憶されている4つの底面エコー信号を順次読み出し、読み出された底面エコー信号に基づいて所定の超音波振動子31に関するチャンネル特性に含まれる反射体Pからの深さに相当する時間間隔Td、予め設定された時間幅Tgwにおける最大電圧値Vp、および予め設定された時間幅Tgwにおける平均の電圧値である平均電圧値Vaを算出する。
具体的には、まず、位置決めチャンネルエコー算出部26は、図5[D]に示されるような底面エコー信号を図5[E]に示されるように絶対値に変換する。位置決めチャンネルエコー算出部26は、絶対値に変換した底面エコー信号に基づいて、超音波を送信してから予め設定された設定電圧Vsよりも大きくなるまでの時間間隔を反射体Pから反射されたときの深さに相当する時間間隔Tdとして算出する。
なお、設定電圧Vsは、オペレータによりチャンネル特性評価処理前に任意に設定することができる。勿論、予めチャンネル特性が正常であると評価された超音波プローブ12を用いて設定電圧Vsを算出し、算出結果に基づいて設定するようにしてもよい。
また、位置決めチャンネルエコー算出部26は、絶対値変換した底面エコー信号に基づいて、予め設定された時間幅Tgwにおける最大電圧値Vpを算出するとともに、予め設定された時間幅Tgwにおける平均の電圧値である平均電圧値Vaを算出する。
位置決めチャンネルエコー算出部26は、その算出結果であるチャンネル特性データを位置決めチャンネルエコー記憶部25に供給する。
ステップS10において、位置決めチャンネルエコー比較判定部27は、位置決めチャンネルエコー記憶部25に記憶されている4つの超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、およびdに配置された4つの超音波振動子31)に対応するチャンネル特性データを読み出し、読み出された4つの超音波振動子31に対応するチャンネル特性データに基づいて、4つの超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、およびdに配置された4つの超音波振動子31)に関するチャンネル特性が所定の許容範囲で一致しているか否かを判定する。具体的には、4つの超音波振動子31(図2の4隅部a、b、c、およびdに配置された4つの超音波振動子31)に関するチャンネル特性に含まれる反射体Pから反射されたときの深さに相当する時間間隔Td、最大電圧値Vp、および平均電圧値Vaが所定の許容範囲で一致しているか否かを判定する。
ステップS10において4つの超音波振動子31に関するチャンネル特性が所定の許容範囲で一致していないと判定された場合、位置決めチャンネルエコー比較判定部27はステップS11で、判定処理(ステップS10の判定処理)を所定の回数(例えば、4回など)繰り返したか否かを判定する。なお、所定の回数は、予め医師や技師など(以下、「オペレータ」という。)が好みで任意に設定することができる。
ステップS11において判定処理を所定の回数(例えば、4回など)繰り返していないと判定された場合、処理はステップS2に戻り、ステップS2以降の処理が繰り返される。これにより、オペレータは、超音波プローブ12を微調整しながら操作することにより(手動で超音波プローブ12を煽ることにより)、反射体Pの底面である反射面Xに対して超音波プローブ12内の複数の超音波振動子31により形成される超音波振動子面Mを平行させることができ、各超音波振動子31において反射体Pからの反射波を受ける反射条件をほぼ同一にすることができる。従って、以降の処理において、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31に関するチャンネル特性を正確に評価することができる。
ステップS11において判定処理を所定の回数繰り返したと判定された場合、位置決めチャンネルエコー比較判定部27はステップS12で、エラー処理を行い、その後、チャンネル特性評価処理は終了する。
これにより、オペレータは、各超音波振動子31において反射体Pからの反射波を受ける反射条件をほぼ同一にすることができない超音波プローブ12がすでに不具合が生じている超音波プローブであり、以降の診断において使用することができないことを知ることができる。従って、超音波振動子に関するチャンネル特性を簡単に評価することができる。
なお、ステップS12におけるエラー処理においては、各超音波振動子31において反射体Pからの反射波を受ける反射条件をほぼ同一にすることができなかった旨を表示部13に表示させるようにしてもよい。
ステップS10において4つの超音波振動子31に関するチャンネル特性が所定の許容範囲で一致したと判定された場合、位置決めチャンネルエコー比較判定部27は、超音波振動子31に関するチャンネル特性が所定の許容範囲で一致した旨の判定結果を全チャンネル操作制御データ発生部15に供給する。ステップS13において、全チャンネル操作制御データ発生部15は、位置決めチャンネルエコー比較判定部27から供給された判定結果を取得し、取得された判定結果に基づいて4つの超音波振動子31に関するチャンネル特性が所定の許容範囲で一致したと認識し、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31を順次駆動する全チャンネル制御データを発生し、送信制御部16と受信制御部17に供給する。
図4のステップS14において、送信制御部16は、全チャンネル操作制御データ発生部15から供給された全チャンネル制御データを取得し、取得された全チャンネル制御データに基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31から超音波を順次送信させる送信制御信号を生成し、超音波プローブ12のチャンネル選択器30に供給する。
また、送信制御部16のレートパルス発生器は、反射体Pの内部に入射する超音波パルスのパルス繰り返し周波数を決定するレートパルスを発生し、送信遅延回路に供給する。送信遅延回路は、送信時における超音波ビームの焦点位置と偏向角度が所定の焦点位置(所定の深さD)と偏向角度となるように、レートパルス発生器から供給されたレートパルスに遅延時間を加え、パルサに供給する。パルサは、送信遅延回路から供給されたレートパルスに基づいて、超音波振動子を駆動するための高圧パルスを生成し、生成された高圧パルスを超音波プローブ12に出力する。
ステップS15において、超音波プローブ12のチャンネル選択器30は、送信時に、本体11の送信制御部16から入力された送信制御信号に基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31の駆動を順次選択するとともに、本体11の送信制御部16から入力された電気パルスを所定の超音波振動子31に順次供給する。超音波振動子31は、本体11の送信制御部16からチャンネル選択器30を介して入力された電気パルスを超音波パルス(送信超音波)に変換し、変換された超音波パルスを反射体Pに送信する。反射体P内に送信された超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる境界面にて反射される。
ステップS16において、駆動が選択された所定の超音波振動子31は、反射体Pから反射された反射波を電気信号に変換し、変換された電気信号を受信信号としてチャンネル選択器30を介して本体11に出力する。超音波プローブ12のチャンネル選択器30は、受信時に、本体11の受信制御部17から入力された受信制御信号に基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31の駆動を順次選択する。受信制御部17は、チャンネル選択器30を介して超音波振動子31から入力された受信信号を増幅し、所定の遅延時間を付加して、画像データ生成部18とエコー抽出部19に供給する。すなわち、受信制御部17のプリアンプは、チャンネル選択器30を介して超音波振動子31から入力された受信信号を所定のレベルまで増幅し、増幅された受信信号を受信遅延回路に供給する。
受信制御部17の受信遅延回路は、プリアンプから供給された増幅後の受信信号に超音波振動子31のフォーカス位置からの超音波の伝播時間の差に対応する遅延時間を与え、加算器に供給する。加算器は、受信遅延回路から供給された超音波振動子31からの受信信号を加算し、加算された受信信号をエコー抽出部19に供給する。
ステップS17において、エコー抽出部19は、受信制御部17から供給された受信信号を順次取得し、取得された受信信号から底面エコー信号を順次抽出し、全チャンネルエコー検出部21に供給する。なお、エコー抽出方法については、図5を参照して説明したエコー抽出方法と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
ステップS18において、全チャンネルエコー検出部21の全チャンネルエコー記憶部28は、エコー抽出部19から供給された底面エコー信号を順次取得し、取得された底面エコー信号を順次記憶する。
ステップS19において、全チャンネルエコー検出部21は、抽出された底面エコー信号に基づいて所定の超音波振動子31に関するチャンネル特性を順次検出する。すなわち、全チャンネルエコー検出部21の全チャンネルエコー算出部29は、全チャンネルエコー記憶部28に記憶されている底面エコー信号を順次読み出し、読み出された底面エコー信号に基づいてチャンネル特性に含まれる反射体Pから反射されたときの深さに相当する時間間隔Td、最大電圧値Vp、および平均電圧値Vaを算出し、算出結果であるチャンネル特性データを全チャンネルエコー記憶部28に順次供給する。
ステップS20において、全チャンネルエコー記憶部28は、全チャンネルエコー算出部29から供給されたチャンネル特性データを順次取得し、順次取得されたチャンネル特性データを記憶する。
ステップS21において、全チャンネル操作制御データ発生部15は、すべてのチャンネルの全チャンネル操作制御データが発生したか否かを判定する。
ステップS21においてすべてのチャンネルの全チャンネル操作制御データが発生していないと判定された場合、処理はステップS14に戻り、ステップS14以降の同様の処理が繰り返される。すなわち、全チャンネル操作制御データ発生部15は、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの次の超音波振動子31を駆動する全チャンネル制御データを発生し、送信制御部16と受信制御部17に供給する。これにより、超音波プローブ12に設けられたすべての超音波振動子31のチャンネル特性を検出し、記憶することができる。
ステップS21においてすべてのチャンネルの全チャンネル操作制御データが発生したと判定された場合、全チャンネル操作制御データ発生部15は、すべてのチャンネルの全チャンネル操作制御データを発生した旨の判定結果を全チャンネルエコー検出部21に供給する。全チャンネルエコー検出部21の全チャンネルエコー記憶部28は、全チャンネル操作制御データ発生部15から供給された判定結果を取得し、取得された判定結果に基づいて全てのチャンネルの全チャンネル操作制御データが発生したと認識し、記憶されている全てのチャンネルのチャンネル特性データをビデオ変換部22に供給する。
ステップS22において、ビデオ変換部22は、全チャンネルエコー検出部21の全チャンネルエコー記憶部28から供給された全てのチャンネルのチャンネル特性データを取得し、取得された全てのチャンネルのチャンネル特性データに所定の画像処理や演算処理などを施し、表示部13に供給する。表示部13は、所定の画像処理や演算処理などが施された全てのチャンネルのチャンネル特性データを取得し、取得された全てのチャンネルのチャンネル特性データに基づいて全てのチャンネル特性を図示せぬLCDや図示せぬCRTに表示する。
図6は、図1の表示部13に表示される全チャンネル特性の表示例を表している。
図6の第1列目乃至第4列目には、「チャンネル番号」、「Time」、「Vp」、および「Va」が記載されており、それぞれ、超音波プローブ12に設けられた超音波振動子31の識別番号、反射体Pから反射されたときの深さに相当する時間間隔Td、予め設定された時間幅Tgwにおける最大電圧値Vp、および予め設定された時間幅Tgwにおける平均の電圧値である平均電圧値Vaを示している。
図6の第1行目の場合、「チャンネル番号」は「1」であり、超音波プローブ12に設けられた超音波振動子31の識別番号が「1」であることを示している。「Time」は「T1」であり、反射体Pから反射されたときの深さに相当する時間間隔Tdが「T1」であることを示している。「Vp」は「A1」であり、予め設定された時間幅Tgwにおける最大電圧値Vpが「A1」であることを示している。「Va」は「B1」であり、予め設定された時間幅Tgwにおける平均の電圧値である平均電圧値Vaが「B1」であることを示している。
図6の第2行目の場合、「チャンネル番号」は「2」であり、超音波プローブ12に設けられた超音波振動子31の識別番号が「2」であることを示している。「Time」は「T2」であり、反射体Pから反射されたときの深さに相当する時間間隔Tdが「T2」であることを示している。「Vp」は「A2」であり、予め設定された時間幅Tgwにおける最大電圧値Vpが「A2」であることを示している。「Va」は「B2」であり、予め設定された時間幅Tgwにおける平均の電圧値である平均電圧値Vaが「B2」であることを示している。
図6の第3行目以降についても同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
図7は、図1の表示部13に表示される全チャンネル特性の他の表示例を表している。
図7に示されるように、2次元にマトリクス配列された超音波振動子31により形成される超音波振動子面Mの2次元マップが表示されており、横軸X方向と縦軸Y方向はそれぞれ超音波振動子面Mの横軸X方向と縦軸Y方向に対応する。
超音波振動子面Mの2次元マップ上の各超音波振動子31の信号強度(最大電圧値Vpなどに対応する値)は、その信号強度に応じてカラー表示(色1乃至色6の表示)されている。図7の例の場合、座標(X1,Y4)に配置された超音波振動子31のみ最も低い信号強度(1)に対応する色1で表示されており、その他の超音波振動子31は上から2番目の信号強度(5)に対応する色5で表示されている。
これにより、オペレータは、座標(X1,Y4)に配置された超音波振動子31のチャンネル特性は不具合が生じているため低下しており、その他の超音波振動子31のチャンネル特性は正常であることを知ることができる。従って、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31に関するチャンネル特性を簡単に評価することができる。
なお、本発明の第1の実施形態に示された超音波診断装置1においては、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のチャンネル特性を検出し、表示部13に表示するようにしているが、例えば、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のチャンネル特性を検出した結果、予め設定された所定の基準値から外れるものについては、チャンネル特性評価処理を行った後、その使用を禁止するようにしてもよい。以下、本発明を適用した超音波診断装置1の第2の実施形態について説明する。
[第2の実施形態]
図8は、本発明を適用した超音波診断装置1の第2の実施形態の内部の構成を表している。なお、図1の構成と対応するものについては、同一の符号を付してあり、その説明は繰り返しになるので省略する。
全チャンネルエコー検出部21は、全チャンネルエコー記憶部28、全チャンネルエコー算出部29、および全チャンネルエコー比較判定部41により構成される。
全チャンネルエコー記憶部28は、エコー抽出部19から供給された所定の深さから反射された反射波に基づく底面エコー信号を取得し、取得された底面エコー信号を記憶するとともに、適宜、記憶された底面エコー信号を位置決めチャンネルエコー算出部26に供給する。全チャンネルエコー記憶部28は、全チャンネルエコー算出部29から供給された算出結果を取得し、取得された算出結果を記憶するとともに、必要に応じて、ビデオ変換部22と全チャンネルエコー比較判定部41に供給する。全チャンネルエコー記憶部28は、全チャンネルエコー比較判定部41から供給された比較判定結果を取得し、取得された比較判定結果を記憶するとともに、ビデオ変換部22に供給する。
全チャンネルエコー比較判定部41は、全チャンネルエコー記憶部28に記憶されている算出結果を読み出し、読み出された算出結果に基づいて予め設定されている所定の基準値から外れているか否かを判定し、その判定結果をチャンネル禁止データ発生部42に供給する。
チャンネル禁止データ発生部42は、全チャンネルエコー比較判定部41から供給された比較判定結果を取得し、取得された比較判定結果に基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうち、予め設定されている所定の基準値から外れているものを認識し、予め設定されている所定の基準値から外れている超音波振動子31の使用を禁止するチャンネル禁止データを発生し、超音波プローブ12内のチャンネル禁止データメモリ43に供給する。
超音波プローブ12のチャンネル禁止データメモリ43は、チャンネル禁止データ発生部42から供給されたチャンネル禁止データを取得し、取得されたチャンネル禁止データを記憶するとともに、適宜、チャンネル選択器30に供給する。
次に、図9と図10のフローチャートを参照して、図8の超音波診断装置1におけるチャンネル特性評価処理について説明する。なお、図9と図10のステップS31乃至S51の処理は、図3と図4のステップS1乃至S21の処理と同様であり、その説明は繰り返しになるので省略する。
ステップS51においてすべてのチャンネルの全チャンネル操作制御データが発生したと判定された場合、全チャンネル操作制御データ発生部15は、すべてのチャンネルの全チャンネル操作制御データを発生した旨の判定結果を全チャンネルエコー検出部21に供給する。全チャンネルエコー検出部21の全チャンネルエコー記憶部28は、全チャンネル操作制御データ発生部15から供給された判定結果を取得し、取得された判定結果に基づいてすべてのチャンネルの全チャンネル操作制御データが発生したと認識し、記憶されている全てのチャンネルのチャンネル特性データを全チャンネルエコー比較判定部41とビデオ変換部22に供給する。
ステップS52において、全チャンネルエコー比較判定部41は、全チャンネルエコー記憶部28から供給された全てのチャンネルのチャンネル特性データに基づいて予め設定されている所定の基準値から外れているか否かを判定する。
具体的には、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31に関するチャンネル特性に含まれる反射体Pから反射されたときの深さに相当する時間間隔Td、最大電圧値Vp、および平均電圧値Vaが、予め設定された所定の基準値から外れているか否かを判定する。
ステップS52において予め設定されている所定の基準値から外れていると判定された場合、全チャンネルエコー比較判定部41は、所定の超音波振動子31に関するチャンネル特性に含まれる時間間隔Td、最大電圧値Vp、および平均電圧値Vaが予め設定された所定の基準値から外れている旨の判定結果をチャンネル禁止データ発生部42と全チャンネルエコー記憶部28に供給する。
ステップS53において、チャンネル禁止データ発生部42は、全チャンネルエコー比較判定部41から供給された予め設定されている所定の基準値から外れている旨の判定結果を取得し、取得された判定結果に基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうち、予め設定されている所定の基準値から外れているものを認識し、予め設定されている所定の基準値から外れている超音波振動子31の使用を禁止するチャンネル禁止データを発生し、超音波プローブ12内のチャンネル禁止データメモリ43に供給する。
ステップS54において、超音波プローブ12のチャンネル禁止データメモリ43は、チャンネル禁止データ発生部42から供給されたチャンネル禁止データを取得し、取得されたチャンネル禁止データを記憶する。
ステップS52において予め設定されている所定の基準値から外れていていないと判定された場合、全チャンネルエコー比較判定部41は、その判定結果をチャンネル禁止データ発生部42に供給する。その後、ステップS53とステップS54の処理はスキップされ、ステップS55に進む。すなわち、チャンネル禁止データ発生部42は、予め設定されている所定の基準値から外れていていない超音波振動子31の使用を禁止するチャンネル禁止データを発生しない。
ステップS55において、チャンネル禁止データ発生部42は、超音波プローブ12に設けられた全ての超音波振動子31について判定処理を行ったかを判定する。
ステップS55において超音波プローブ12に設けられた全ての超音波振動子31について判定処理を行っていないと判定された場合、処理はステップS52に戻り、ステップS52以降の処理が繰り返される。これにより、予め設定されている所定の基準値から外れている全ての超音波振動子31について使用を禁止するチャンネル禁止データを発生することができる。
ステップS55において超音波プローブ12に設けられた全ての超音波振動子31について判定処理を行ったと判定された場合、全チャンネルエコー検出部21の全チャンネルエコー記憶部28は、全チャンネル操作制御データ発生部15から供給された超音波プローブ12に設けられた全ての超音波振動子31について判定処理を行った旨の判定結果を取得し、取得された判定結果に基づいてすべてのチャンネルの全チャンネル操作制御データを発生したと認識し、記憶されている全てのチャンネルのチャンネル特性データと予め設定されている所定の基準値から外れているか否かの判定結果をビデオ変換部22に供給する。
なお、予め設定された所定の基準値は、オペレータの好みや超音波プローブ12の種類などにより変更可能にするようにしてもよい。
ステップS56において、ビデオ変換部22は、全チャンネルエコー検出部21の全チャンネルエコー記憶部28から供給された全てのチャンネルのチャンネル特性データと予め設定されている所定の基準値から外れているか否かの判定結果を取得し、取得された全てのチャンネルのチャンネル特性データと予め設定されている所定の基準値から外れているか否かの判定結果に所定の画像処理や演算処理などを施し、表示部13に供給する。表示部13は、所定の画像処理や演算処理などが施された全てのチャンネルのチャンネル特性データと予め設定されている所定の基準値から外れているか否かの判定結果を取得し、取得された全てのチャンネルのチャンネル特性データと予め設定されている所定の基準値から外れているか否かの判定結果に基づいて、全てのチャンネル特性と予め設定されている所定の基準値から外れているか否かの判定結果を図示せぬLCDや図示せぬCRTに表示する。
図11は、図8の表示部13に表示される全チャンネル特性の表示例を表している。
図11に示されるように、2次元にマトリクス配列された超音波振動子31により形成される超音波振動子面Mの2次元マップが表示されており、横軸X方向と縦軸Y方向はそれぞれ超音波振動子面Mの横軸X方向と縦軸Y方向に対応する。
超音波振動子面Mの2次元マップ上の各超音波振動子31の信号強度(最大電圧値Vpなどに対応する値)は、その信号強度に応じてカラー表示(色1乃至色6の表示)されている。図11の例の場合、座標(X1,Y4)に配置された超音波振動子31のみ最も低い信号強度(1)に対応する色1で表示され、その他の超音波振動子31は上から2番目の信号強度(5)に対応する色5で表示されている。また、座標(X1,Y4)の部分はハイライト表示されており、このチャンネル特性評価処理により座標(X1,Y4)に配置された超音波振動子31の使用が禁止されたことを示している。なお、座標(X6,Y3)の部分は網目表示されており、すでに行われたチャンネル特性評価処理により座標(X6,Y3)に配置された超音波振動子31の使用が禁止されていることを示している。
これにより、オペレータは、座標(X1,Y4)に配置された超音波振動子31のチャンネル特性は不具合が生じているため低下しており、一方、その他の超音波振動子31のチャンネル特性は正常であり、また、このチャンネル特性評価処理により座標(X1,Y4)に配置された超音波振動子31の使用が禁止されたことを知ることができる。従って、超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31に関するチャンネル特性を簡単に評価することができる。
その後、オペレータが超音波診断装置1を用いて診断を行う場合、超音波プローブ12のチャンネル選択器30は、本体11の送信制御部16から入力された送信制御信号に基づいて超音波プローブ12に設けられた複数の超音波振動子31のうちの所定の超音波振動子31の駆動を選択する前に、チャンネル禁止データメモリ43からチャンネル禁止データを読み出し、読み出されたチャンネル禁止データに基づいて駆動が選択される超音波振動子31のうち使用が禁止されている超音波振動子31が含まれているか否かを判定し、使用が禁止されている超音波振動子31が含まれていると判定された場合、使用が禁止されている超音波振動子31の駆動を選択せず、使用が禁止されていない超音波振動子31のみの駆動を選択する。
また、チャンネル選択器30は、本体11の送信制御部16から入力された電気パルスを所定の超音波振動子31に供給する。超音波振動子31は、本体11の送信制御部16からチャンネル選択器30を介して入力された電気パルスを超音波パルス(送信超音波)に変換し、変換された超音波パルスを反射体Pに送信する。
これにより、チャンネル特性評価処理により予め設定された所定の基準値から外れる超音波振動子31の使用を禁止することができ、その結果、超音波振動子31に生じた不具合に伴う超音波画像の画質の低下と種々のアーチファクトの発生を防止することができる。
なお、本発明の実施形態に示された超音波診断装置1においては、反射体Pの底面である反射面Xに対して超音波プローブ12内の複数の超音波振動子31により形成される超音波振動子面Mを平行にし、各超音波振動子31において反射体Pからの反射波を受ける反射条件をほぼ同一にするために、超音波プローブ12内の4隅の超音波振動子31を用いるようにしているが、超音波プローブ12内の少なくともいずれかの3つの超音波振動子31を用いるようにさえすればよい。
なお、本発明の実施形態において説明した一連の処理は、ハードウェアにより実行させることもできるが、ソフトウェアにより実行させることもできる。
なお、本発明の実施形態では、フローチャートのステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。