JP4488288B2 - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、２次元的に配置された超音波振動子アレイを駆動して、診断用の超音波画像を得る超音波画像診断装置に関する。

近年、生体内に挿入される超音波内視鏡によって、その光学像から体内の病変部を発見して、また超音波の照射における反射波から病変部の超音波断層像を診断する方法が広く普及している。また、術者は、穿刺針を用いて光学像・超音波断層像ガイド下で視認しながら穿刺して細胞を吸引して、吸引細胞により確定診断を行う方法も実施されている。 また、超音波内視鏡の観察下で病変部の治療を行う方法も採用されている。更に、光学像・超音波診断像を用いて治療後の経過観察を行う方法も実施されている。
このような超音波内視鏡を用いた診断においては、超音波内視鏡の挿入方向に垂直面に超音波走査を行うラジアル走査式と、超音波内視鏡の挿入方向に沿って超音波を走査するリニア走査またはコンベックス走査の２つの走査方式がある。

前者は、超音波内視鏡の挿入位置の管腔から、周囲の臓器を円周状に観察できる（輪切り観察）ために、臓器の位置関係の理解や病変部の発見に有効である。これに対して後者のリニア走査方式は、超音波内視鏡の処置具挿通用チャンネルの先端開口から出される穿刺針と同方向に走査できるために、穿刺ルートの確定に主に利用される。
第１の従来例として特開２０００−１３９９２６号公報には、複数の超音波振動子を２次元的に配置した超音波振動子アレイを配置しているものを開示している。
この第１の従来例では、複数の超音波振動子を２次元的に配置したものであるが、基本的には挿入部の軸方向に配列された超音波振動子を順次走査して２次元断層像を得るものである。

そして、偏向切替スイッチを操作することにより、挿入部と直交する方向に配列された複数の超音波振動子に対して遅延素子を介して駆動することにより、超音波ビームの出射方向を偏向できるようにして、先端開口から突出される穿刺針が湾曲した場合にも視認できるようにしたものである。
また、第２の従来例としての特開平８−１７３４３２号公報には、上記第１の従来例に類似した超音波断層像を得られるようにしたものが開示されている。
この第２の従来例には、超音波プローブの挿入部の先端部に、挿入部の軸方向に沿って３列の振動子アレイを、その超音波の放射面の方向が異なるように配置している。そして、各列に沿った超音波アレイを順次駆動することにより、挿入部の軸方向を含む断層像となるが、断層像の方向が異なる３つの断層像が得られるようにしている。
特開２０００−１３９９２６号公報 特開平８−１７３４３２号公報

上記第１の従来例では、偏向切替スイッチの走査により、超音波ビームの出射方向を偏向させるものであり、また挿入部の軸方向に走査することを前提にしており、挿入部の軸と直交する方向の断層像を得るのに時間がかかってしまう。
また、穿刺ルートの確認のためには、周囲の臓器との関係を３次元的に表示することが望まれるが、上記第１の従来例ではそれができない。
また、上述した従来例よりもさらに配列される超音波振動子の数を増大した超音波振動子アレイを形成したような場合には、所望とする断層像を得るのに時間がかかってしまう欠点がある。

また、第２の従来例においても、挿入部の軸方向に配列された超音波振動子を駆動するため、挿入部の軸方向と直交する方向の断層像を得るのに時間がかかってしまう。
また、従来の超音波プローブでは、第２の従来例においても記載されているように、超音波振動子アレイを駆動走査する駆動パルス（送信パルス）を超音波プローブが装着される超音波観測装置に設けている場合が一般的であるが、その場合には超音波振動子アレイと接続しなければならない信号線の本数が増大し、挿入部が太くなってしまう欠点があった。

（発明の目的）
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、挿入部を細径化できると共に、所望とする走査領域に対応する２次元或いは３次元超音波画像を得るのに適した超音波画像診断装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の超音波画像診断装置は、少なくとも、可撓性を有する挿入部、前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置された超音波振動子アレイ、及び前記挿入部の先端部に設けられ、前記超音波振動子アレイにおける駆動する超音波振動子を切り替える駆動切替手段を有する超音波プローブと、前記超音波振動子アレイの少なくとも１部をラジアル走査を含む２次元走査する領域を設定する走査領域設定手段と、前記走査領域設定手段により設定された領域内の超音波振動子アレイにより受信された超音波信号から超音波画像を構築する画像構築手段と、を具備し、前記超音波振動子アレイをなす個々の超音波振動子は、前記挿入部の長手方向に複数個配置されると共に、前記先端部の周方向に複数個配置されることを特徴とする。
本発明の第２の超音波画像診断装置は、少なくとも、可撓性を有する挿入部、前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置された超音波振動子アレイ、及び前記挿入部の先端部に設けられ、前記超音波振動子アレイにおける駆動する超音波振動子を切り替える駆動切替手段を有する超音波プローブと、前記超音波振動子アレイの少なくとも１部をリニア走査あるいはラジアル走査すると共に、残余の部分を２次元走査する領域を設定する走査領域設定手段と、前記走査領域設定手段により設定された領域内の前記超音波振動子アレイにより受信された超音波信号から超音波画像を構築する画像構築手段と、を具備し、前記超音波振動子アレイをなす個々の超音波振動子は、前記挿入部の長手方向に複数個配置されると共に、前記先端部の周方向に複数個配置されることを特徴とする。
本発明の第３の超音波画像診断装置は、少なくとも、可撓性を有する挿入部、前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置された超音波振動子アレイ、及び前記挿入部の先端部に設けられ、前記超音波振動子アレイにおける駆動する超音波振動子を切り替える駆動切替手段を有する超音波プローブと、前記超音波振動子アレイの少なくとも１部をリニア走査すると共に、残余の部分をラジアル走査する領域を設定する走査領域設定手段と、前記走査領域設定手段により設定された領域内の前記超音波振動子アレイにより受信された超音波信号から超音波画像を構築する画像構築手段と、を具備したことを特徴とする。

本発明によれば、挿入部を細径化できると共に、前記走査領域設定手段により設定された領域の超音波振動子アレイによる走査により、対応する２次元或いは３次元画像を得ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１ないし図８は、本発明の実施例１に係り、図１は、本発明の実施例１の超音波画像診断装置の構成を示し、図２は、挿入部の先端部に配置される超音波振動子アレイ（振動子アレイと略記）及び振動子エレメントの構成を示し、図３は、超音波内視鏡及び超音波観測装置における電気系の概略の構成を示し、図４は、振動子アレイの駆動走査及び信号処理系の構成を示し、図５は、振動子アレイにおける直交する２方向に駆動走査する場合の詳細を示し、図６は、振動子アレイを２次元的に配置した先端部及び各種の走査モードを示し、図７は、超音波内視鏡の先端部に設けた振動子アレイの他の実装例を示し、図８は、振動子アレイの一部の領域の走査により得られる３次元超音波画像等を示す。
本実施例は、挿入部を細径化できると共に、所望とする走査領域に対応する超音波画像を得るのに適した超音波画像診断装置を提供すると共に、１本の超音波内視鏡にて、超音波内視鏡のガイト下での穿刺ルートの確認を３次元表示や、その後の３次元表示により穿刺を補助することで、１回の超音波内視鏡検査で穿刺の処置等ができる超音波画像診断装置を提供することを目的とする。

図１に示すように超音波画像診断装置１は、体腔内に挿入される超音波内視鏡２と、この超音波内視鏡２に照明光を供給する光源装置３と、超音波内視鏡２に内蔵された撮像素子に対する信号処理を行うビデオプロセッサ４と、超音波内視鏡２に設けられた振動子アレイ２８に対する駆動及び信号処理を行う超音波観測装置５と、ビデオプロセッサ４及び超音波観測装置５による映像信号を混合したり切替が可能なミキサ６と、このミキサ６を介して撮像素子で撮像した内視鏡画像と超音波画像を同時に或いは一方を表示するモニタ７とを有する。

超音波内視鏡２は、可撓性を有する細長の挿入部１１と、この挿入部１１の後端に設けられた操作部１２と、この操作部１２から延出されたユニバーサルケーブル１３及び超音波ケーブル１４とを有する。
超音波内視鏡２のユニバーサルケーブル１３及び超音波ケーブル１４の端部には、それぞれ内視鏡用コネクタ１５及び超音波コネクタ１６が設けてあり、それぞれ光源装置３及び超音波観測装置５に着脱自在に接続される。また、内視鏡用コネクタ１５は、さらに信号ケーブル１７を介してその端部の信号コネクタがビデオプロセッサ４に着脱自在に接続される。

また、超音波内視鏡２の挿入部１１は、先端側から硬質の先端部２１と、湾曲自在の湾曲部２２と、可撓性を有する細長の可撓部２３とからなり、ユーザは、操作部１２に設けられた湾曲ノブ２４を回動する操作を行うことにより、湾曲部２２を上下、左右等、所望の方向に湾曲することができる。
超音波内視鏡２の挿入部１１の先端部２１には、光学的な観察を行うための照明窓２５と、観察窓２６と、挿通された処置具を突出する処置具用チャンネル先端開口（先端開口と略記）２７の他に、振動子アレイ２８が設けてあり、光学的な観察機能の他に、超音波による音響的画像情報を得ることができるようにしている。
また、挿入部１１の後端付近には、挿入部１１内に設けられた処置具用チャンネル２９と連通する挿入口３０が設けてある。

光源装置３は、照明用のランプを内蔵し、このランプの照明光は、内視鏡用コネクタ１５から超音波内視鏡２内に挿通されたライトガイド３１（図３参照）によりその先端面に伝送（導光）される。このライトガイド３１の先端面は、先端部２１に設けられた照明窓２５に固定され、この先端面から照明窓２５の前方側に照明光が出射され、この照明光により挿入部１１が挿入された体腔内の患部等の被写体を照明する。
先端部２１には、照明窓２５に隣接して観察窓２６が設けてあり、この観察窓２６には対物レンズ３２（図３参照）が取り付けてあり、照明された被写体の光学像を結像位置に結ぶ。この結像位置には、ＣＣＤ等の固体撮像素子３３の受光面が配置され、対物レンズ３２による光学像を光電変換する。

この固体撮像素子３３は、挿入部１１内等に挿通された信号線を介してビデオプロセッサ４と接続され、ビデオプロセッサ４の内部の映像信号処理回路により信号処理されて、映像信号に変換される。このビデオプロセッサ４により生成された映像信号は、ミキサ６を介してモニタ７に入力され、モニタ７は、固体撮像素子３３により撮像した被写体の画像が内視鏡画像として表示される。
上記挿入部１１の先端部２１には、照明窓２５及び観察窓２６の前方側に２次元的に配置された振動子アレイ２８が設けてある。なお、ここでの振動子アレイ２８は、２次元的に振動子エレメント（振動子と略記）が配列されたものを意味し、１次元的に振動子を配列したものを振動子アレイと呼ぶとすると、その１次元の配列方向とは異なる方向にも配列した振動子アレイ群となる。

本実施例では、この振動子アレイ２８を設けることにより、以下に説明するように超音波診断がし易い、超音波画像診断装置１を実現できるようにしている。
図２（Ａ）は、２次元的に配置された振動子アレイ２８を平面状に展開した状態で示したものである。
この振動子アレイ２８は、例えば横及び縦方向に、ｍ×ｎ個の振動子Ｅを配列して構成される。各振動子Ｅは、図２（Ｂ）に示すように、振動子本体３７と、この振動子本体３７の超音波放射面側に積層した音響レンズ３８と、この振動子本体３７の超音波放射面と反対側に積層した音波を吸収ないしは減衰させるバッキング層３９とから構成される。 なお、振動子本体３７の両面には、それぞれ電極が設けてあり、両電極間に超音波を励振させるための高周波の送信パルスが印加される。この場合、超音波放射面側は、例えばグランド側の電極となり、全ての振動子Ｅで共通となり、他方の背面側の電極に高周波の送信パルスが印加される。

図３は、図１における超音波内視鏡２における超音波に関する電気系と、その振動子アレイ２８に対する駆動及び信号処理を行う超音波観測装置５との概略の構成を示す。
先端部２１には２次元的に配置された振動子アレイ２８と共に、振動子アレイ２８における駆動すべき振動子を略直交する２方向において選択する２組のマルチプレクサ群４１、４２と、これらのマルチプレクサ群４１、４２の切替を制御する切替制御回路４３とが設けてある。
また、先端部２１における振動子アレイ２８の後端付近に照明窓２５，観察窓２６とが設けてある。
このように本実施例では、可撓性を有する挿入部１１の先端部２１に、２次元的に配列される振動子アレイ２８と、その近傍にマルチプレクサ群４１、４２及び切替制御回路４３とを設けることにより、挿入部１１内等を挿通するのに必要となる信号線４４の本数を削減して、挿入部１１等が太くなってしまうようなことを解消できるようにしていることが特徴の１つとなっている。

振動子アレイ２８は、これに接続されたマルチプレクサ群４１、４２を介して超音波観測装置５内の送信パルスを発生する送信ブロック４５及び振動子アレイ２８により受信したエコー信号に対する受信処理を行う受信ブロック４６に接続される。
また、マルチプレクサ群４１、４２の切替を制御する切替制御回路４３は、制御信号線４７を介して超音波観測装置５内の制御処理を行う制御ブロック４８に接続される。
また、受信ブロック４６は、さらに信号処理ブロック４９と接続され、この信号処理ブロック４９を介して超音波断層像等に対応する映像信号が生成され、この超音波観測装置５からミキサ６或いはミキサ６を介することなくモニタ７に出力され、モニタ７の表示面に超音波断層像や超音波３次元画像を表示できるようにしている。

また、超音波内視鏡２における例えば操作部１２には、超音波の走査方向の指示や走査モードの選択等を行う走査指示スイッチ部５０が設けてある。この走査指示スイッチ部５０は、走査方向の指示を行う走査指示スイッチ５０ａ、５０ｂと、走査モードの選択指示を操作する走査モード選択スイッチ５０ｃとが設けてあり、その指示信号は、制御ブロック４８に入力され、制御ブロック４８は対応する制御を行う。
例えば、走査指示スイッチ５０ａが操作された場合には、制御ブロック４８は、送信ブロック４５及び受信ブロック４６を制御すると共に、切替制御回路４３を介してマルチプレクサ群４１、４２を制御し、振動子アレイ２８における振動子Ｅを挿入部１１の軸方向に配列されたものが順次駆動されるように制御する。
また、走査指示スイッチ５０ｂが操作された場合には、振動子アレイ２８における振動子Ｅが挿入部１１の軸と直交する方向に配列されたものが順次駆動されるように制御する。この説明は図５において後述する。

また、走査モード選択スイチ５０ｃにより、図６において説明するように、ユーザは、走査モードを選択設定等しておくことにより、ユーザが望む走査モードにより超音波の走査を行うことができるようにしている。
図４は、振動子アレイ２８を駆動すると共に、振動子アレイ２８により得られた超音波エコー信号に対する信号処理系の構成を示す。
本実施例では、２次元的に配列された振動子Ｅｉｊ（ここで、ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｎ）に対して、ユーザによる選択指示により、２つの方向に沿って配列された振動子を順次駆動して、挿入部１１の軸方向（図４に示すＡ方向と略記）と、挿入部１１の軸と直交する方向（図４に示すＢ方向と略記）に対する超音波エコー情報とを簡単に得られるようにしている。
このため、本実施例では、Ａ方向の走査用のマルチプレクサ群４１（その構成要素を４１ａ、４１ｂ、…、４１ｍ）とＢ方向の走査用のマルチプレクサ群４２（その構成要素を４２ａ、４２ｂ、…、４１ｎ）とを設けている。

マルチプレクサ群４１における第１番目の構成要素となる第１のマルチプレクサ４１ａの端子ａ、ｂ、…、ｎは、第１列目に沿った振動子Ｅ１１、Ｅ１２，…Ｅ１ｎとそれぞれ接続され、端子ｎ＋１は無接続となっている。
つまり、マルチプレクサ群４１における第ｉ番目の構成要素となる第ｉのマルチプレクサ４１ｉの端子ａ、ｂ、…、ｎは、第ｉ列目に沿った振動子Ｅｉ１、Ｅｉ２，…Ｅｉｎとそれぞれ接続され、端子ｎ＋１は無接続となっている。
一方、マルチプレクサ群４２における第１番目の構成要素となる第１のマルチプレクサ４２ａの端子ａ、ｂ、…、ｍは、第１行目に沿った振動子Ｅ１１、Ｅ２１，…Ｅｍ１とそれぞれ接続され、端子ｍ＋１は無接続となっている。
つまり、マルチプレクサ群４２における第ｊ番目の構成要素となる第ｊのマルチプレクサ４２ｊの端子ａ、ｂ、…、ｍは、第ｊ行目に沿った振動子Ｅ１ｊ、Ｅ２ｊ，…Ｅｍｊとそれぞれ接続され、端子ｍ＋１は無接続となっている。

また、マルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、…、４１ｍの各共通端子ｃ′とマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、…、４２ｍの各共通端子ｃ′とはそれぞれ接続されている。図４では、ｎ＝ｍ＋１として共通端子の接続状態を示している。
そして、ｎ本の信号線が超音波観測装置５内に設けた超音波ビームを収束するためのビームフォーマ５１を介して送信ブロック４５と受信ブロック４６とに接続される。このビームフォーマ５１は複数の振動子をその位相をずらして駆動することにより、超音波ビームを電子的に収束させて出射させることができると共に、走査方向の制御もできる。
また、マルチプレクサ群４１及び４２は、切替制御回路４３により、共通端子ｃ′と接続される端子が設定される。この切替制御回路４３による切替設定は、超音波観測装置５内の制御ブロック４８による制御信号により決定される。

そして、共通端子ｃ′を介して送信ブロック４５と接続される振動子Ｅには、送信ブロック４５からの送信パルスが印加され、その振動子Ｅは、超音波をパルス状に発生し、生体側に送信される。その超音波（信号）は、生体組織の音響インピーダンスが変化している部分で反射され、その反射超音波は送信に用いられた振動子Ｅにより受信され、電気信号としての超音波エコー信号に変換される。そして、受信ブロック４６にて処理される。 超音波観測装置５内では、受信ブロック４６は、信号処理ブロック４９を構成するＡ／Ｄ変換回路５３と接続され、受信ブロック４６で受信され、増幅された後、包絡線検波されたエコー信号は、Ａ／Ｄ変換回路５３によりＡ／Ｄ変換される。
Ａ／Ｄ変換されたエコー信号データは、メモリ５４に一時格納される。メモリ５４に格納されたエコー信号データは、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣと略記）５５により、直交座標系の信号データに変換された後、ビデオ生成回路５６に入力される。このビデオ生成回路５６は、入力された信号をビデオ信号に変換して、その出力端から出力する。この出力信号はミキサ６を介して或いはミキサ６を介することなくモニタ７に出力され、モニタ７の表示面には超音波断層像が表示される。

また、メモリ５４に格納されたエコー信号データは、画像処理回路５７によって、３次元画像の生成処理が行われ、この画像処理回路５７内部のメモリに格納される。そして、ユーザが超音波観測装置５のフロントパネル等に設けた表示設定部５８からその表示指示を行うことにより、ＤＳＣ５５を介してビデオ生成回路５６に出力され、モニタ７には３次元の超音波断層像が表示される。なお、３次元画像の生成処理は、例えば特開平１０−２６２９６３号公報その他の公知の処理を用いる。
なお、表示設定部５８は、図示しないマウスなどにより、３次元画像表示されている状態において所望とする断面を指示し、その断面の断層像を表示させることもできる。
また、この超音波観測装置５のフロントパネルには、振動子アレイ２８における実際に２次元走査に使用する走査領域（振動子領域）及びその走査領域が２次元の走査領域の場合、走査順（具体的には、リニア走査を繰り返して２次元走査するか、ラジアル走査を繰り返して２次元走査するか）を設定するための走査モード設定部５９が設けてある。

そして、この走査モード設定部５９により図６で説明するように各種の走査モードにより振動子アレイ２８の走査を行うことができるようにしている。また、この走査モード設定部５９においても、図示しないマウスなどにより、振動子アレイ２８により走査モードの設定や、走査領域を設定することができるようにしている。
図６により説明するように振動子アレイ２８は、先端部２１における曲面上等に２次元的に実装されるが、その前に図５を参照して振動子アレイ２８を駆動走査する方法を説明する。

図５（Ａ）は、走査指示スイッチ５０ａが操作された場合におけるＡ方向の駆動走査の様子を示し、図５（Ｂ）は、走査指示スイッチ５０ｂが操作された場合におけるＢ方向の駆動走査の様子を示す。
走査指示スイッチ５０ａが操作された場合には、制御ブロック４８は、切替制御回路４３に制御信号を送り、マルチプレクサ群４１をイネーブルにし、かつマルチプレクサ群４２をアンネーブルにする。この場合、マルチプレクサ群４２は図４に示しているいるように無接続の端子ｍ＋１が選択され、マルチプレクサ群４１の動作に影響しない。

また、この場合、図５（Ａ）に示すようにマルチプレクサ群４１におけるマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…の端子ａが（共通端子ｃ′と接続されるように）選択される。
そして、送信ブロック４５からの送信駆動パルスがマルチプレクサ群４１のマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…に順次印加され、従って、図５（Ａ）における振動子アレイ２８における第１行目の振動子Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１、…が順次駆動されることになり、Ａ方向の走査が行われる。
第１行目の振動子Ｅ１１，Ｅ２１，Ｅ３１、…が順次駆動されると、マルチプレクサ群４１のマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…の端子ｂが選択されるように切り替えられる。その後、送信ブロック４５からの送信駆動パルスがマルチプレクサ群４１のマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…に順次印加され、従って、図５（Ａ）における振動子アレイ２８における第２行目の振動子Ｅ１２，Ｅ２２，Ｅ３２、…が順次駆動されることになり、Ａ方向の走査が繰り返される。

振動子アレイ２８における第３行目以降の振動子も同様に駆動走査される。
このようにＡ方向の走査が、Ｂ方向に順次繰り返されることにより、２次元的に駆動走査される。
一方、走査指示スイッチ５０ｂが操作された場合には、制御ブロック４８は、切替制御回路４３に制御信号を送り、マルチプレクサ群４１をアンネーブルにし、かつマルチプレクサ群４２をイネーブルにする。この場合、マルチプレクサ群４１は図４に示している無接続の端子ｎ＋１が選択され、マルチプレクサ群４２の動作に影響しない。
また、この場合、図５（Ｂ）に示すようにマルチプレクサ群４２におけるマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、…の端子ａが（共通端子ｃ′と接続されるように）選択される。

そして、送信ブロック４５からの送信駆動パルスがマルチプレクサ群４１のマルチプレクサ４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、…に順次印加され、従って、図５（Ｂ）における振動子アレイ２８における第１列目の振動子Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３、…が順次駆動されることになり、Ｂ方向の走査が行われる。
第１列目の振動子Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３、…が順次駆動されると、マルチプレクサ群４２のマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、…の端子ｂが選択されるように切り替えられる。その後、送信ブロック４５からの送信駆動パルスがマルチプレクサ群４２のマルチプレクサ４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、…に順次印加され、従って、図５（Ｂ）における振動子アレイ２８における第２列目の振動子Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ３２、…が順次駆動されることになり、Ｂ方向の走査が繰り返される。

振動子アレイ２８における第３列目以降の振動子も同様に駆動走査される。
このようにＢ方向の走査が、Ａ方向に順次繰り返されることにより、２次元的に駆動走査される。
なお、図６を参照して説明するように本実施例においては、振動子アレイ２８における一部の領域のみの振動子Ｅのみを走査することもできるようにして、よりフレキシビリティのある使い方やユーザの選択或いは技術進展の状況等に対応できるようにしている。 そして、例えば上記第２列目の振動子Ｅ２１，Ｅ２２，Ｅ２３、…を順次駆動する状態において、その途中、例えば振動子Ｅ２３以降を駆動しない場合には、切替制御回路４３は、その振動子Ｅ２３以降の切替制御を行うマルチプレクサ４２ｃ以降をエネーブルにしないようにする。このようにして、ユーザ等により、振動子アレイ２８における一部の走査領域の設定がされた場合においても、簡単に対応できるようにしている。

このように本実施例では、ユーザは、走査指示スイッチ５０ａ、５０ｂを操作することにより、簡単に超音波の走査方向を変更して、対応する超音波エコー情報を得ることができるようにしている。
また、本実施例では、図３を参照して上述したように先端部２１内には、振動子アレイ２８の近傍にマルチプレクサ群４１、４２及び切替制御回路４３を配置しているので、２次元的に振動子を配列した振動子アレイ２８の場合においても、配列数の多い方の配列数（具体的にはｎ）の本数の信号線４４と、切替制御回路４３を制御する制御信号線４７を超音波内視鏡５内に挿通することで振動子アレイ２８の駆動及び受信との処理が行えるようにしている。このため、特に挿入部１１が太くなることを回避できると共に、多数の信号線４４を挿通するために断線等が起こり易くなる等の信頼性の低下を防止できる。また、超音波内視鏡２を低コスト化することもできる。

図６（Ａ）〜図６（Ｅ）は、本実施例に挿入部１１の先端部２１に搭載或いは実装される振動子アレイ２８と、その一部或いは全部を駆動走査する説明図を示す。
図６（Ａ）は、挿入部１１の先端部２１に実装する振動子アレイ２８を平面的に展開して示し、この振動子アレイ２８は、図６（Ｂ）に示すように挿入部１１の先端部２１の円筒状の外周面に搭載される。この場合、外周面の全周に実装しても良いし、その一部に実装しても良い。
また、図６（Ｂ）のように振動子アレイ２８を円筒状外周面に実装した場合、その走査方向を挿入部１１の軸方向（長手方向）の走査をリニア走査と呼び、挿入部１１の軸と直交する周方向への走査をラジアル走査と呼ぶ。

そして、ユーザは、走査モード設定部５９により、走査領域を含む走査モードを選択したり、必要に応じて走査領域を含む走査モードを設定することにより、超音波内視鏡２の操作部１２に設けた走査モード選択スイッチ５０ｃを操作することにより、選択或いは設定された走査モードにより振動子アレイ２８を走査できるようにしている。
図６（Ｃ）〜図６（Ｆ）はこのようにして設定或いは登録された代表的な（走査領域を含む）走査モードの例を示す。
図６（Ｃ）に示す走査モードでは、まず振動子アレイ２８における最先端部分において周方向にラジアル走査（ラジアル走査されるライン状の領域部分Ｒを右下がりの斜線で示している）し、その後は、例えば中央付近の一部において２次元走査する走査モードである。

なお、振動子アレイ２８における２次元走査される領域部分Ｔを梨地模様で示している。また、振動子アレイ２８における無地の部分は走査されない部分を示す。また、２次元走査する領域部分Ｔに対しては、さらにラジアル走査を順次繰り返して２次元走査を行うことを指定することもできるし、リニア走査を順次繰り返して２次元走査をすることもできる。
この走査モード場合には、ラジアル走査により周方向の断層像が得られ、例えば観察窓２６や先端開口１７が設けられた部分を含むその周辺部に対する２次元走査による３次元ボリュームデータが得られる。そして、観察窓２６や先端開口１７が設けられた部分付近の３次元領域に対応する３次元画像を得ることができる。

また、図６（Ｄ）に示す走査モードでは、例えば中央付近においてラジアル走査とリニア走査（リニア走査される走査領域をＬにより示す）とをまず行い、その付近の周辺部分を２次元走査を行う走査モードである。
また、図６（Ｅ）に示す走査モードでは、例えば中央付近においてリニア走査を行いその部分の残余部分を全てラジアル走査する走査モードである。
このように本実施例では、先端部２１に実装されえた振動子アレイ２８において、ユーザは、実際に超音波の走査に使用する走査領域と共に、その走査領域における走査順序等も設定できるので、ユーザが望む走査領域に対応した超音波断層画像（超音波２次元画像）や超音波３次元画像を得ることができるようにしている。

図６（Ｃ）〜図６（Ｅ）においては、２次元走査する領域が設定された場合を示しているが、図６（Ｆ）に示すようにラジアル走査とリニア走査を行うように走査モードを設定しても良い。
図６（Ｆ）に示す走査モードでは、振動子アレイ２８における最先端部分では周方向にラジアル走査し、その後に例えば中央部分をリニア走査する走査モードである。
この走査モードによって走査した場合には、ラジアル方向の断面像と、リニア方向の断面像とを殆どリアルタイムに得ることができる。この走査モードは、短時間に両方向の断層像の概略を得たい場合及びフレームレートを維持したい場合に適する。
なお、図６（Ｃ）〜図６（Ｆ）に示した走査領域を含む走査モード以外に走査モードを設定できるし、振動子アレイ２８全てを例えば先端側からラジアル走査を、挿入部１１の軸方向に繰り返すようにする走査モードを選択設定することもできる。
このように本実施例によれば、走査モードを選択して、選択した走査モードに対応した超音波画像を速やかに得ることができる。

図６の場合には、円筒面に振動子アレイ２８を設けた場合で説明したが、図７に示すように挿入部１１の軸方向に凸曲面になると共に、挿入部１１の軸と直交する周方向にも凸曲面となる場合に対しても同様に適用できる。なお、図７においては、先端部２１の観察窓２６や先端開口２７に対向する領域の前方側の部分に振動子アレイ２８を設けた場合にて示している。
なお、先端開口２７は、先端部２１における斜面部に形成されており、この先端開口２７から突出（導出）される穿刺針６１の先端側は、振動子アレイ２８における周方向及び挿入部１１の長手方向（軸方向）の走査領域内の例えば中央付近に存在するように設定されている。
そして、先端開口２７から突出される穿刺針６１の先端側を、振動子アレイ２８を２次元走査を行うことにより、２次元走査により得られる超音波３次元ボリュームデータ内に捕らえることができ、画像処理回路５７により画像処理することにより、穿刺針６１を３次元画像としてその３次元位置を把握し易いように表示することができる。

例えば、図７に示すような振動子アレイ２８の場合において、先端開口２７に近い側の一部を２次元走査した場合には、ラジアル画像の一部に相当する扇形状の２次元エコーデタと、これを挿入部１１の略軸方向に繰り返した走査により３次元ボリュームデータを得ることができ、画像処理回路５７により３次元構築する処理を行うことにより、図８に示すような３次元超音波画像Ｖを得ることができる。
図８（Ａ）においては、血管部分Ｋや腫瘍部分Ｓ等も模式的に示す。また、穿刺針６１の像６１ａも示している。
また、この図８（Ａ）において、例えば直交する断面Ｄａ、Ｄｂを指定することにより、図８（Ｂ）や図８（Ｃ）に示すように表示させることもできる。

このように本実施例によれば、１つの超音波内視鏡２により、図８（Ａ）に示すようにラジアル走査の一部に対応する扇形状に走査した断面と、挿入部１１の軸方向にリニア走査したのに近い場合との両方に走査したような複合的な３次元ボリュームデータが得られるので、図８（Ａ）に模式的に示すように関心領域等の形状等を把握し易い３次元画像が得られる。従って、血管部分Ｋや腫瘍部分Ｓが存在した場合、それらの関係を把握し易い。
また、腫瘍部分Ｓ等の関心領域と共に、穿刺針６１の先端側の像６１ａも同時に表示でき、それらの位置関係の立体的な把握が行い易い。従って、穿刺ルートの確認等を容易に行うことができると共に、処置も行い易い。
なお、図７においては、振動子アレイ２８を先端部２１の全周に形成していないが、全周に設けても良い。

また、本実施例の変形例として、上述した各種の走査モードを全て選択できるようにすることが望ましいが、振動子アレイ２８の実装技術、信号処理能力の進展状況等に応じて一部の走査モードのみで使用できるようにしても良い。

次に本発明の実施例２を図９ないし図１１を参照して説明する。本実施例は、実施例１の目的と共に、さらに穿刺針等の処置具を複数の（処置具用チャンネルの）先端開口から処置具を同時に使用する場合に、これら処置具の位置関係を超音波走査により明確に表示することができる超音波画像診断装置を提供することも目的とする。
図９は、実施例２の超音波画像診断装置１Ｂを示す。この超音波画像診断装置１Ｂは、図１の超音波画像診断装置１において、超音波内視鏡２の一部の構成を変更した超音波内視鏡２Ｂとしている。
本超音波内視鏡２Ｂは、図１の超音波内視鏡２において、２つの処置具用チャンネル２９ａ、２９ｂを備えたものにしており、チャンネル２９ａ、２９ｂの手元側は、それぞれ挿入口３０ａ、３０ｂと連通し、先端側は先端部２１においてそれぞれ先端開口２７ａ、２７ｂと連通している。

図１０（Ａ）は先端部２１に実装される振動子アレイ２８を示している。また、図１０（Ｂ）は、超音波内視鏡２Ｂの先端側の構成を示し、チャンネル２９ａ、２９ｂ内に挿通された２本の穿刺針６１、６２を先端開口２７ａ、２７ｂから突出した状態にて示している。 本実施例では先端部２１に、例えば十字となる骨格部分に沿って２次元的に振動子を配列した振動子アレイ２８にしている。
この場合において、例えばラジアル走査を行った場合の断層像は、図１１（Ａ）のようになる。
そして、このラジアル画像中に腫瘍部分等の関心領域Ｒａが存在した場合において、例えばその関心領域Ｒａの端付近と中央付近を通るカット面Ｃａ、Ｃｂを指定することにより、それぞれ図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）に示す断層像を得ることができる。

なお、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）の断層像において、穿刺針６１、６２の先端側の像６１ａ、６１ｂも同時に示している。カット面Ｃａ、Ｃｂにより穿刺針６１、６２の先端側の像６１ａ、６１ｂを別々に分離して表示させることもできる。
このように本実施例によれば、複数の（処置具用チャンネル２９ａ、２９ｂの）先端開口２７ａ、２７ｂから処置具としての例えば穿刺針６１ａ、６１ｂを同時に使用する場合に、これら穿刺針６１ａ、６１ｂの位置関係を超音波走査により分離可能に明確に表示することができる超音波画像診断装置を提供することができる。
図１２は変形例における超音波内視鏡の先端部及びその先端部に実装される振動子アレイ２８を示す。図１２（Ａ）に示す先端部２１においては、例えば図１２（Ｂ）に示すように例えば最先端の振動子アレイ２８Ｒにおける各振動子の面積サイズを、その後方側に２次元的に実装される振動子アレイ２８Ｔにおける振動子の面積サイズよりも大きくしている。

このような構成にすることにより、図１２（Ａ）における周方向に実装された例えば１列の振動子アレイ２８Ｒによりラジアル走査を行った場合においてもＳ／Ｎの良い２次元エコーデータを得ることができ、従って質の良い超音波画像を表示することができる。 また、図１２（Ｃ）に示す先端部２１においては、図１２（Ｄ）に示すようにリニア走査を行うための挿入部の軸方向に沿って実装される振動子アレイ２８Ｌにおける各振動子の面積サイズを他の２次元的に実装される振動子アレイ２８Ｔにおける各振動子の面積サイズよりも大きくしている。
このような構成にすることにより、図１２（Ｃ）における挿入部の軸方向に実装された例えば１列の振動子アレイ２８Ｌによりリニア走査を行った場合においてもＳ／Ｎの良い２次元エコーデータを得ることができ、従って質の良い超音波画像を表示することができる。

可撓性を有する挿入部の先端部に振動子を２次元的に配置した振動子アレイを設けた超音波内視鏡を体腔内に挿入し、走査モードを選択することにより、選択された走査モードにより、挿入部方向や挿入部と直交する周方向等に超音波を走査して簡単に診断に適した２次元断層像や３次元画像情報を得られるようにした。

［付記］
１．請求項２において、前記超音波振動子アレイは、リニア走査するように動作される部分よりも挿入部の長手方向に多数個配置されることを特徴とする。
２．請求項２において、前記リニア走査するよう動作される超音波振動子アレイは、ラジアル走査するように動作される部分よりも挿入部の長手方向に多数個配置されることを特徴とする。
３．請求項１において、さらに前記走査領域設定手段により走査される領域中における走査順序を設定する走査モードの設定手段を有する。

本発明の実施例１の超音波画像診断装置の構成を示す図。 挿入部の先端部に配置される振動子アレイ及び振動子の構成を示す図。 超音波内視鏡及び超音波観測装置における電気系の概略の構成を示すブロック図。 振動子アレイの駆動走査及び信号処理系の構成を示すブロック図。 振動子アレイにおける直交する２方向に駆動走査する場合の詳細を示す説明図。 図６は、振動子アレイを２次元的に配置した先端部及び各種の走査モードを示す図。 挿入部の軸方向と周方向とに振動子をコンベックス状に配列した振動子アレイを実装した先端部を示す図。 図７における一部を２次元走査した場合に得られる３次元画像等を示す図。 本発明の実施例２の超音波画像診断装置の構成を示す図。 超音波内視鏡の先端部に実装される振動子アレイ及び先端部を示す図。 ラジアル走査による断層像とカット面によりカットした断層像を示す作用説明図。 変形例における振動子アレイ及び先端部の構成を示す図。

符号の説明

１…超音波画像診断装置
２…超音波内視鏡
３…光源装置
４…ビデオプロセッサ
５…超音波観測装置
７…モニタ
１１…挿入部
１２…操作部
１３…ユニバーサルケーブル
１４…超音波ケーブル
１６…超音波コネクタ
２１…先端部
２２…湾曲部
２５…照明窓
２６…観察窓
２７…先端開口
２８…振動子アレイ
３３…ＣＣＤ
４１、４２…マルチプレクサ群
４３…切替制御回路
４５…送信ブロック
４６…受信ブロック
４８…制御ブロック
４９…信号処理ブロック
５０…走査指示スイッチ部
５０ｃ…走査モード選択スイッチ
５７…画像処理回路
５８…表示設定部
５９…走査モード設定部
６１、６２…穿刺針
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (8)

1. 少なくとも、可撓性を有する挿入部、前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置された超音波振動子アレイ、及び前記挿入部の先端部に設けられ、前記超音波振動子アレイにおける駆動する超音波振動子を切り替える駆動切替手段を有する超音波プローブと、
   前記超音波振動子アレイの少なくとも１部をラジアル走査を含む２次元走査する領域を設定する走査領域設定手段と、
   前記走査領域設定手段により設定された領域内の超音波振動子アレイにより受信された超音波信号から超音波画像を構築する画像構築手段と、
   を具備し、
   前記超音波振動子アレイをなす個々の超音波振動子は、前記挿入部の長手方向に複数個配置されると共に、前記先端部の周方向に複数個配置されることを特徴とする超音波画像診断装置。
2. 少なくとも、可撓性を有する挿入部、前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置された超音波振動子アレイ、及び前記挿入部の先端部に設けられ、前記超音波振動子アレイにおける駆動する超音波振動子を切り替える駆動切替手段を有する超音波プローブと、
   前記超音波振動子アレイの少なくとも１部をリニア走査あるいはラジアル走査すると共に、残余の部分を２次元走査する領域を設定する走査領域設定手段と、
   前記走査領域設定手段により設定された領域内の前記超音波振動子アレイにより受信された超音波信号から超音波画像を構築する画像構築手段と、
   を具備し、
   前記超音波振動子アレイをなす個々の超音波振動子は、前記挿入部の長手方向に複数個配置されると共に、前記先端部の周方向に複数個配置されることを特徴とする超音波画像診断装置。
3. 少なくとも、可撓性を有する挿入部、前記挿入部の先端部に設けられ、超音波信号の送受信を行う超音波振動子が２次元的に配置された超音波振動子アレイ、及び前記挿入部の先端部に設けられ、前記超音波振動子アレイにおける駆動する超音波振動子を切り替える駆動切替手段を有する超音波プローブと、
   前記超音波振動子アレイの少なくとも１部をリニア走査すると共に、残余の部分をラジアル走査する領域を設定する走査領域設定手段と、
   前記走査領域設定手段により設定された領域内の前記超音波振動子アレイにより受信された超音波信号から超音波画像を構築する画像構築手段と、
   を具備したことを特徴とする超音波画像診断装置。
4. 前記超音波振動子アレイをなす個々の超音波振動子は、前記挿入部の長手方向に複数個配置されると共に、前記先端部の周方向に複数個配置されることを特徴とする請求項３に記載の超音波画像診断装置。
5. 前記挿入部の長手方向に複数個配置される超音波振動子は、コンベックス状に配置されることを特徴とする請求項１，２または４に記載の超音波画像診断装置。
6. 前記超音波プローブは、前記挿入部の先端部に、処置具用チャンネルに連通する先端開口を少なくとも１つ有し、前記先端開口から突出される処置具は、前記超音波振動子アレイの走査領域内に設定され、超音波画像として表示可能にしたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の超音波画像診断装置。
7. 前記駆動切替手段は、少なくともマルチプレクサを有することを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の超音波画像診断装置。
8. 前記周方向に配置される超音波振動子は、前記挿入部の長手方向における一部において、残余の部分と比べて多く配置されていることを特徴とする請求項３に記載の超音波画像診断装置。

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