JP4621452B2 - 超音波内視鏡及び超音波内視鏡装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療診断のために患者の体内に挿入して超音波断層像を撮影することが可能な超音波内視鏡、及び、そのような超音波内視鏡を備えた超音波内視鏡装置に関する。

近年、患者の体内に挿入して超音波断層像を撮影して医療診断するために、超音波内視鏡が使用されてきている。このような超音波内視鏡においては、一般に、超音波を送受信する複数の超音波トランスデユーサ（超音波振動子）を含むアレイを機械的に回転させて視野角３６０°の走査を行うメカニカルラジアル走査方式が採用されている。

しかしながら、このメカニカルラジアル走査方式によれば、体外式超音波撮像装置においてコンベックス型の超音波トランスデユーサアレイを用いて視野角９０°の走査を行う走査方式と比較して、音線密度や走査深度等の条件を同一にした場合に、広い視野角の走査を行うために、１フレームの画像を得るための走査時間（フレーム周期）が長くなり、フレームレートが低下してしまうという問題がある。

一方、電子的な走査により視野角３６０°の走査を行う電子ラジアル走査方式も提案されている。例えば、下記の非特許文献１には、各種消化器疾患に対する電子ラジアル型超音波内視鏡の使用経験に基づいて、電子ラジアル型超音波内視鏡の有用性及び問題点を検討した結果が記載されている。

また、下記の特許文献１は、複数個の超音波振動子を列設した可撓性基板を円筒状に形成する際に、可撓性基板の接合部分における超音波振動子間の間隔を各振動子の配置間隔の整数倍とすると共に、接合部分における超音波振動子間の間隔位置での走査を、この間隔に隣設する超音波振動子を駆動して行うための駆動素子切換回路及びディレイラインを具備することにより、分解能を向上した電子ラジアル型超音波ビーム装置を開示している。

しかしながら、電子ラジアル走査方式による超音波内視鏡においても、視野角３６０°のＢモード超音波断層像を撮影しようとすると、図１１の（ｂ）に示すように、使用する複数の超音波トランスデユーサの位置を円周方向に沿って変化させながら超音波ビーム（音線）ＳＬ１〜ＳＬ３６０を順次送信する必要がある。そのため、コンベックス型の超音波トランスデユーサアレイを用いて視野角９０°の走査を行う場合と比較して、図１１の（ａ）に示すフレーム周期Ｔが約４倍となり、フレームレートが約１／４に低下してしまう。

さらに、電子ラジアル型の超音波内視鏡において、ドップラー法により血流情報を得る場合には、微小な血流情報のＳ／Ｎ比を向上させるために、同一方向に複数のパルスが順次送信される。例えば、図１１の（ｄ）に示すように、第１の方向に４つの超音波ビームＳＬ１−１〜ＳＬ１−４が順次送信され、送信方向を変えてこれが繰り返され、最後に第３６０の方向に４つの超音波ビームＳＬ３６０−１〜ＳＬ３６０−４が順次送信される。この場合には、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すＢモード超音波断層像を撮影する場合と比較して、図１１の（ｃ）に示すようにフレーム周期が４倍（４Ｔ）となり、フレームレートが約１／４に低下してしまう。
竹田欽一ら、「消化器疾患に対する電子ラジアル型超音波内視鏡検査の現状」、Ｊｐｎ Ｊ Ｍｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．３１、Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ、７７−Ｃ０６２、２００４年 特開平２−１３４１４２号公報（第２頁右上欄第１４行〜左下欄第３行、第４頁右下欄第２行〜第１０行、第３図）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、患者の体内に挿入して超音波断層像を撮影することが可能な超音波内視鏡において、電子ラジアル走査におけるフレームレートを向上させることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の１つの観点に係る超音波内視鏡は、各々が第１の電極及び第２の電極を有して超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサ部と、複数の超音波トランスデューサの第１の電極に各々が接続された複数の第１の配線と、第１の電極が互いに接続されていない複数の超音波トランスデューサの第２の電極に各々が接続された複数の第２の配線と、複数の第２の配線と接地電位との間にそれぞれ接続され、制御信号に従って複数の第２の配線の各々を接地するか開放状態にする複数のスイッチ手段とを具備し、超音波トランスデューサ部が、複数の第１の配線及び複数の第２の配線を介して選択的に駆動信号が供給されたときに、走査角度領域を所定の角度毎に複数の角度領域に分割した各領域において同じ数の超音波ビームを、一定の角度間隔で同時に送信して走査を行う。

また、本発明の１つの観点に係る超音波内視鏡装置は、各々が第１の電極及び第２の電極を有して超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサ部と、複数の超音波トランスデューサの第１の電極に各々が接続された複数の第１の配線と、第１の電極が互いに接続されていない複数の超音波トランスデューサの第２の電極に各々が接続された複数の第２の配線とを有する超音波内視鏡と、複数の駆動信号を生成し、該複数の駆動信号を複数の第１の配線を介して超音波トランスデューサ部に供給する送信手段と、複数の第２の配線と接地電位との間にそれぞれ接続され、制御信号に従って複数の第２の配線の各々を接地するか開放状態にする複数のスイッチ手段と、走査角度領域を所定の角度毎に複数の角度領域に分割した各領域において同じ数の超音波ビームを、一定の角度間隔で同時に送信して走査を行うように、送信手段を制御すると共に、複数の第２の配線の内の１つを接地し、他を開放状態にするように制御する制御信号を複数のスイッチ手段に供給する制御手段とを具備する。

本発明によれば、走査角度領域を複数の角度領域に分割した各領域において同じ数の超音波ビームを、一定の角度間隔で同時に送信することにより、フレームレートを向上させることができる。また、同時に送信する超音波ビームの角度間隔を９０°とする場合には、複数の超音波ビーム間のクロストークの影響を低減して、超音波断層像の画質の均一化を図ることができる。さらに、超音波トランスデューサ部と本体装置（超音波観測装置）との間の配線数を削減することにより、コストを低減しつつ、超音波内視鏡の小型化を図ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。
本発明の一実施形態に係る超音波内視鏡装置１は、図１に示すように、電子ラジアル型の超音波内視鏡２と、超音波内視鏡２を接続可能な超音波観測装置３と、超音波観測装置３に接続された表示装置４とを含んでいる。

超音波観測装置３は、操作卓１１と、ＣＰＵ（中央処理装置）１２と、第１及び第２のスイッチＳＷ１及びＳＷ２と、送信回路１４と、受信回路１５と、Ｂモード処理部１６と、ドップラー処理部１７と、ディジタル・スキャン・コンバータ（ＤＳＣ）１８と、画像メモリ１９と、ディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）２０とを含んでいる。

超音波内視鏡２は、図２に示すように、挿入部３１と、操作部３２と、接続コード３３と、ユニバーサルコード３４とを含んでいる。

超音波内視鏡２の挿入部３１は、患者の体内に挿入することができるように細長い可撓性の管状となっている。操作部３２は、挿入部３１の基端に設けられており、接続コード３３を介して超音波観測装置３に接続されていると共に、ユニバーサルコード３４を介して図示しない光源装置と接続されている。

超音波内視鏡２の挿入部３１には、照明窓及び観察窓が設けられている。照明窓には、光源装置からライトガイドを介して供給される照明光を出射させるための照明用レンズが装着されている。これらは、照明光学系を構成する。また、観察窓には、対物レンズが装着されており、この対物レンズの結像位置に、イメージガイドの入力端又はＣＣＤカメラ等の固体撮像素子が配置されている。これらは、観察光学系を構成する。

図３は、図２に示す超音波内視鏡２の先端を示す拡大図である。超音波内視鏡２の挿入部３１の先端には、複数の超音波トランスデューサが円周上に配置された超音波トランスデューサ部４０が設けられている。超音波トランスデューサ部４０は、図１に示す超音波観測装置３の送信回路１４から供給される複数の駆動信号に従って超音波ビームを送信すると共に、目的部位等から反射された超音波エコーを受信して、複数の受信信号を超音波観測装置３の受信回路１５に出力する。また、超音波内視鏡２の挿入部３１の先端には、操作部３２に設けられた処置具挿入口３５から挿入された処置具等が突出される孔が形成されている。

図４に示すように、超音波トランスデューサ部４０は、３６０個の超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３６０を円周上に並べて構成されている。ここで、超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３６０は、視野角３６０°の走査角度領域を９０°毎に４つの分割領域（第１乃至第４の分割領域ＡＲ１〜ＡＲ４）に分割し、第１乃至第４の分割領域ＡＲ１〜ＡＲ４においてそれぞれ４つの超音波ビームを同じタイミングで送信してラジアル走査を行い、かつ、同じタイミングで送信される４つの超音波ビームの間隔を９０°に保つために、以下のようにグループ分けされている。

第１のグループの超音波トランスデューサは、図４に示す第１の分割領域ＡＲ１を４５°で分割した２つのサブ領域（第１及び第２のサブ領域ＳＡ１、ＳＡ２）の内の第１のサブ領域ＳＡ１に属する４５個の超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ４５から構成される。したがって、第１のグループの超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ４５による走査の範囲は、第１のサブ領域ＳＡ１の範囲となる。

第２のグループの超音波トランスデューサは、上記の第２のサブグループＳＡ２に属する４５個の超音波トランスデューサＴ４６〜Ｔ９０から構成される。したがって、第２のグループの超音波トランスデューサＴ４６〜Ｔ９０による走査の範囲は、第２のサブ領域ＳＡ２の範囲となる。

第３のグループの超音波トランスデューサは、図４に示す第２の分割領域ＡＲ２を４５°で分割した２つのサブ領域（第３及び第４のサブ領域ＳＡ３、ＳＡ４）の内の第３のサブ領域ＳＡ３に属する４５個の超音波トランスデューサＴ９１〜Ｔ１３５から構成される。したがって、第３のグループの超音波トランスデューサＴ９１〜Ｔ１３５による走査の範囲は、第３のサブ領域ＳＡ３の範囲となる。

第４のグループの超音波トランスデューサは、上記の第４のサブグループＳＡ４に属する４５個の超音波トランスデューサＴ１３６〜Ｔ１８０から構成される。したがって、第４のグループの超音波トランスデューサＴ１３６〜Ｔ１８０による走査の範囲は、第４のサブ領域ＳＡ４の範囲となる。

第５のグループの超音波トランスデューサは、図４に示す第３の分割領域ＡＲ３を４５°で分割した２つのサブ領域（第５及び第６のサブ領域ＳＡ５、ＳＡ６）の内の第５のサブ領域ＳＡ５に属する４５個の超音波トランスデューサＴ１８１〜Ｔ２２５から構成される。したがって、第５のグループの超音波トランスデューサＴ１８１〜Ｔ２２５による走査の範囲は、第５のサブ領域ＳＡ５の範囲となる。

第６のグループの超音波トランスデューサは、上記の第６のサブグループＳＡ６に属する４５個の超音波トランスデューサＴ２２６〜Ｔ２７０から構成される。したがって、第６のグループの超音波トランスデューサＴ２２６〜Ｔ２７０による走査の範囲は、第６のサブ領域ＳＡ６の範囲となる。

第７のグループの超音波トランスデューサは、図４に示す第４の分割領域ＡＲ４を４５°で分割した２つのサブ領域（第７及び第８のサブ領域ＳＡ７、ＳＡ８）の内の第７のサブ領域ＳＡ７に属する４５個の超音波トランスデューサＴ２７１〜Ｔ３１５から構成される。したがって、第７のグループの超音波トランスデューサＴ２７１〜Ｔ３１５による走査の範囲は、第７のサブ領域ＳＡ７の範囲となる。

第８のグループの超音波トランスデューサは、上記の第８のサブグループＳＡ８に属する４５個の超音波トランスデューサＴ３１６〜Ｔ３６０から構成される。したがって、第８のグループの超音波トランスデューサＴ３１６〜Ｔ３６０による走査の範囲は、第８のサブ領域ＳＡ８の範囲となる。

超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３６０の各々は、ＰＺＴやＰＶＤＦ等の圧電素子を個別電極と共通電極とで挟んだ超音波振動子によって構成されており、共通電極が接地（アース）された状態で個別電極に駆動信号が印加されることにより超音波を送信すると共に、目的部位等から反射された超音波エコーを受信して個別電極に受信信号を発生する。

図４に示すように、第１乃至第４の分割領域ＡＲ１〜ＡＲ２の各々において、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して４５°の間隔で位置する２つの超音波トランスデューサの個別電極は、信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０の内の同じものに電気的に接続されている。

例えば、第１の分割領域ＡＲ１においては、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して４５°の間隔で位置する第１のグループ内の超音波トランスデューサＴ１の個別電極と第２のグループ内の超音波トランスデューサＴ４６の個別電極とは、信号配線ＥＬ１に電気的に接続されている。同様に、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して４５°の間隔で位置する第１のグループ内の超音波トランスデューサＴ２の個別電極と第２のグループ内の超音波トランスデューサＴ４７の個別電極とは、信号配線ＥＬ２に電気的に接続されている。

また、第２の分割領域ＡＲ２においては、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して４５°の間隔で位置する第３のグループ内の超音波トランスデューサＴ９１の個別電極と第４のグループ内の超音波トランスデューサＴ１３６の個別電極とは、信号配線ＥＬ４６に電気的に接続されている。同様に、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して４５°の間隔で位置する第３のグループ内の超音波トランスデューサＴ９２の個別電極と第４のグループ内の超音波トランスデューサＴ１３７の個別電極とは、信号配線ＥＬ４７に電気的に接続されている。

一方、同じグループの超音波トランスデューサの共通電極は、共通電極配線Ｇ１、Ｇ２の内の同じものに電気的に接続されており、かつ、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して９０°の間隔毎に位置する複数のグループの超音波トランスデューサの共通電極も、共通電極配線Ｇ１、Ｇ２の内の同じものに電気的に接続されている。

即ち、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して９０°の間隔毎に位置する奇数番目（第１、第３、第５及び第７）のグループの超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ４５、Ｔ９１〜Ｔ１３５、Ｔ１８１〜Ｔ２２５、Ｔ２７１〜Ｔ３１５の共通電極は、共通電極配線Ｇ１に電気的に接続されている。また、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して９０°の間隔毎に位置する偶数番目（第２、第４、第６及び第８）のグループの超音波トランスデューサＴ４６〜Ｔ９０、Ｔ１３６〜Ｔ１８０、Ｔ２２６〜Ｔ２７０、Ｔ３１６〜Ｔ３８０の共通電極は、共通電極配線Ｇ２に電気的に接続されている。

このようにして超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３６０の個別電極及び共通電極の配線を行うことにより、配線数は、信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０の数１８０本と共通電極配線Ｇ１、Ｇ２の数２本との和である１８２本となる。その結果、超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３６０の個別電極にそれぞれ信号配線を配線し共通電極に１本の共通電極配線を配線する場合の配線数３６１（＝３６０＋１）本に比べて、配線数を約半分に削減することができる。

なお、信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０は、図２に示す接続コード３３を介して図１に示す超音波観測装置３の送信回路１４及び受信回路１５に接続されており、また、共通電極配線Ｇ１、Ｇ２は、接続コード２３を介して超音波観測装置３の第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２に接続されている。

図１に示す超音波観測装置３の操作卓１１は、オペレータの操作に基づいて、超音波内視鏡２における超音波撮像動作の開始／停止及びモード切替（Ｂモード又はドップラーモード、及び、フレームレート優先モード又は感度優先モード）を制御するための制御信号ＡをＣＰＵ１２に出力する。

ＣＰＵ１２は、操作卓１１から入力される制御信号Ａに基づいて、第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２のオン／オフを制御する第１及び第２のスイッチ制御信号Ｂ１、Ｂ２を生成し、それらの信号を第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２にそれぞれ出力する。また、ＣＰＵ１２は、送信回路１４の動作を制御するための送信回路制御信号Ａ１を送信回路１４に出力すると共に、受信回路１５の動作を制御するための受信回路制御信号Ａ２を受信回路１５に出力する。

第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、ＣＰＵ１２から入力される第１及び第２のスイッチ制御信号Ｂ１、Ｂ２に基づいてオン／オフする。第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオンすると共通電極配線Ｇ１、Ｇ２がそれぞれ接地され、第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２がオフすると共通電極配線Ｇ１、Ｇ２がそれぞれ開放状態となる。超音波トランスデューサは共通電極が接地されている状態でのみ動作するので、超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３６０を、奇数番目（第１、第３、第５及び第７）のグループと偶数番目（第２、第４、第６及び第８）のグループとに分けて動作させることができる。

送信回路１４は、送信回路制御信号Ａ１に基づいて複数の駆動信号を生成し、これらの駆動信号を信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０上に出力する。これらの駆動信号に従って、共通電極が接地されているグループの超音波トランスデューサから超音波が送信される。

一方、受信回路１５は、共通電極が接地されているグループの超音波トランスデューサから信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０を介して入力される受信信号を所定の増幅度で増幅した後、Ａ／Ｄ変換を行うことにより、増幅された受信信号をディジタル受信信号に変換する。さらに、受信回路１５は、ディジタル受信信号に対して位相整合等の処理を行って受信フォーカス処理を施し、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線データを形成する。

Ｂモード処理部１６は、受信回路１５によって形成された音線データに対して、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正をした後、包絡線検波処理を行い、Ｂモード画像用データを生成する。

ドップラー処理部１７は、受信回路１５によって形成された音線データに基づいて、受信フォーカス処理が施された受信信号から高周波成分を除去すると共に、その受信信号に対して直交位相検波処理を行う。さらに、ドップラー処理部１７は、直交位相検波された受信信号から、血管壁や心臓壁等のスペキュラーエコーの変動によって生じる不要なクラッター成分を取り除く。このようにして、血流からの反射成分のみを抽出したドップラー画像用データが生成される。

ＤＳＣ１８は、Ｂモード処理部１６において生成されたＢモード画像用データ又はドップラー処理部１７において生成されたドップラー画像用データが通常のテレビジョン信号の走査方式と異なる走査方式によって得られたものであるため、このデータを通常の画像データに変換（ラスター変換）する。画像メモリ１９は、ＤＳＣ１８で生成された画像データを格納する。Ｄ／Ａ変換器２０は、画像メモリ１９から読み出したディジタルの画像データをアナログの画像信号に変換して表示装置４に出力する。これにより、表示装置４において、超音波内視鏡２により撮影された超音波断層像が表示される。

次に、本実施形態に係る超音波内視鏡装置１の動作について説明する。
図２に示す超音波内視鏡２を用いて超音波断層像を撮影する場合には、オペレータは、ユニバーサルコード３４の一端に接続された光源から光を発して、挿入部３１の先端部に設けられた照明窓から患者の体内に照明光を出射すると共に、観察窓から挿入状態を観察しながら、超音波内視鏡２の挿入部３１を患者の体内に挿入していく。

まず、Ｂモード画像を撮影する場合の超音波内視鏡装置の動作について説明する。挿入部３１が目的位置に達すると、オペレータは、操作卓１１（図１）を操作することにより、超音波内視鏡２の動作を開始させると共にＢモードを指定する制御信号Ａを、操作卓１１からＣＰＵ１２に出力させる。

ＣＰＵ１２は、この制御信号Ａに基づいて、送信回路１４の動作の開始とＢモード用の駆動信号の生成とを指示する送信回路制御信号Ａ１を送信回路１４に出力する。また、ＣＰＵ１２は、受信回路１５の動作の開始を指示する受信回路制御信号Ａ２を受信回路１５に出力する。

さらに、ＣＰＵ１２は、第１のスイッチＳＷ１をオンさせる第１のスイッチ制御信号Ｂ１を第１のスイッチＳＷ１に出力する。第１のスイッチＳＷ１がオンすると、共通電極配線Ｇ１が接地されて、図４に示す奇数番目（第１、第３、第５及び第７）のグループの超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ４５、Ｔ９１〜Ｔ１３５、Ｔ１８１〜Ｔ２２５、Ｔ２７１〜Ｔ３１５の共通電極が接地される。

送信回路１４は、信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０を介して奇数番目（第１、第３、第５及び第７）のグループの超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ４５、Ｔ９１〜Ｔ１３５、Ｔ１８１〜Ｔ２２５、Ｔ２７１〜Ｔ３１５の個別電極にそれぞれ供給される複数の駆動信号（本実施形態においては、パルス信号とする）を生成する。このとき、送信回路１４は、１本の超音波ビームを形成するために３個の超音波トランスデューサを用いて、互いに９０°離れた場所から４本の超音波ビームが同じタイミングで送信されるように、それらの駆動信号を生成する。

例えば、図５に示すように、分割領域ＡＲ１において第１のグループ内の超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３から超音波ビーム（音線）ＳＬ１（図５の（ｂ））が送信され、分割領域ＡＲ２において第３のグループ内の超音波トランスデューサＴ９１〜Ｔ９３から超音波ビームＳＬ９１（図５の（ｃ））が送信され、分割領域ＡＲ３において第５のグループ内の超音波トランスデューサＴ１８１〜Ｔ１８３から超音波ビームＳＬ１８１（図５の（ｄ））が送信され、分割領域ＡＲ４において第７のグループ内の超音波トランスデューサＴ２７１〜Ｔ２７３から超音波ビームＳＬ２７１（図５の（ｅ））が送信されるように、これらの超音波トランスデューサを駆動するための駆動パルス信号が生成される。

これらの超音波ビームが被検体から反射されて生じた超音波エコーを受信することによって得られる複数の受信信号は、信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０を介して受信回路１５に出力されて音線データが形成され、Ｂモード処理部１６においてＢモード画像用データが生成された後、このデータがＤＳＣ１８においてラスター変換されて、画像データが生成される。画像データは画像メモリ１９に格納される。

奇数番目（第１、第３、第５及び第７）のグループの超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ４５、Ｔ９１〜Ｔ１３５、Ｔ１８１〜Ｔ２２５、Ｔ２７１〜Ｔ３１５による走査が終了すると、ＣＰＵ１２は、第１のスイッチＳＷ１をオフさせる第１のスイッチ制御信号Ｂ１を第１のスイッチＳＷ１に出力すると共に、第２のスイッチＳＷ２をオンさせる第２のスイッチ制御信号Ｂ２を第２のスイッチＳＷ２に出力する。これにより、共通電極配線Ｇ２が接地されるため、偶数番目（第２、第４、第６及び第８）のグループの超音波トランスデューサＴ４６〜Ｔ９０、Ｔ１３６〜Ｔ１８０、Ｔ２２６〜Ｔ２７０、Ｔ３１６〜Ｔ３６０の共通電極が接地される。

送信回路１４は、奇数番目のグループの超音波トランスデューサの場合と同様に、信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０を介して偶数番目（第２、第４、第６及び第８）のグループの超音波トランスデューサＴ４６〜Ｔ９０、Ｔ１３６〜Ｔ１８０、Ｔ２２６〜Ｔ２７０、Ｔ３１６〜Ｔ３６０の個別電極にそれぞれ供給される複数の駆動パルス信号を生成する。

これらの超音波ビームが被検体から反射されて生じた超音波エコーを受信することによって得られる複数の受信信号は、信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０を介して受信回路１５に出力されて音線データが形成され、Ｂモード処理部１６においてＢモード画像用データが生成された後、このデータがＤＳＣ１８においてラスター変換されて、画像データが生成される。画像データは画像メモリ１９に格納される。

以上の動作により、奇数番目及び偶数番目のグループの超音波トランスデューサが交互に用いられて各分割領域をコンベックス走査することにより、トータルで視野角３６０°の走査角度範囲のラジアル走査が行われる。なお、走査角度範囲は、３６０°に限られず、１８０°又はその他の値としても良い。画像メモリ１９から読み出された画像データは、Ｄ／Ａ変換器２０でアナログの画像信号に変換されて表示装置４に出力される。これにより、Ｂモードの超音波断層像が表示装置４に表示される。

本実施形態に係る超音波内視鏡装置によれば、同じタイミングで４方向に超音波ビームを送信するので、Ｂモードにおいては、従来のように超音波ビームを１本ずつ送信する場合における図１１の（ａ）に示すフレーム周期Ｔと比較して、図５の（ａ）に示すように、フレーム周期を１／４（即ち、Ｔ／４）にして、フレームレートを４倍にすることができる。また、同じタイミングで送信される４本の超音波ビームの角度間隔が９０°であるので、複数の超音波ビームを同時に送信することによるクロストークをほとんど発生しないようにすることができる。

なお、サブ領域ＳＡ１〜ＳＡ８の境界付近（即ち、第１及び第２のスイッチＳＷ１及びＳＷ２による超音波トランスデューサのグループの切替前後）においては、超音波ビームを送信するために隣のサブ領域の超音波トランスデューサを用いることができないので、超音波ビームのムラが生じてしまう。

そこで、例えば、超音波ビームＳＬ４５を送信した後に、超音波ビームＳＬ４５を送信するのに使用した第１のグループ内の超音波トランスデューサＴ４３、Ｔ４４、Ｔ４５の個別電極に供給される駆動パルス信号の遅延量を制御して超音波ビームをステアリングさせることによりセクタ走査を行い、図８に示すように、超音波ビームＳＬ４５’を超音波ビームＳＬ４５よりも第２のサブ領域ＳＡ２側に送信する。

その後、第２のグループ内の超音波トランスデューサＴ４６、Ｔ４７、Ｔ４８を用いて超音波ビームＳＬ４６を送信する前に、これらの超音波トランスデューサＴ４６、Ｔ４７、Ｔ４８の個別電極に供給される駆動パルス信号の遅延量を制御して超音波ビームをステアリングさせることによりセクタ走査を行い、図８に示すように、超音波ビームＳＬ４６’を超音波ビームＳＬ４６よりも第１のサブ領域ＳＡ１側に送信する。これにより、第１のサブ領域ＳＡ１と第２のサブ領域ＳＡ２との境界における超音波ビームのムラを低減することができる。

また、第３及び第４のサブ領域ＳＡ３、ＳＡ４の境界と第５及び第６のサブ領域ＳＡ５、ＳＡ６の境界と第７及び第８のサブ領域ＳＡ７、ＳＡ８の境界とにおいても、超音波ビームＳＬ４５’をステアリングさせるセクタ走査の際に超音波ビームＳＬ１３５’、ＳＬ２２５’、ＳＬ３１５’をステアリングさせるセクタ走査を同時に行うとともに、超音波ビームＳＬ４６’をステアリングさせるセクタ走査の際に超音波ビームＳＬ１３６’、ＳＬ２２６’、ＳＬ３１６’をステアリングさせるセクタ走査を同時に行って、超音波ビーム数の増加によるフレームレートの低下を防止している。

次に、フレームレート優先でドップラーモード画像を撮影する場合の超音波内視鏡装置の動作について説明する。オペレータは、操作卓１１（図１）を操作することにより、超音波内視鏡２の動作を開始させると共にフレームレート優先のドップラーモードを指示する制御信号Ａを、操作卓１１からＣＰＵ１２に出力させる。

ＣＰＵ１２は、この制御信号Ａに基づいて、送信回路１４の動作の開始とフレームレート優先のドップラーモード用の駆動信号の生成とを指示する送信回路制御信号Ａ１を送信回路１４に出力する。また、ＣＰＵ１２は、受信回路１５の動作の開始を指示する受信回路制御信号Ａ２を受信回路１５に出力する。フレームレート優先のドップラーモードにおいては、送信回路１４が、４つの方向の各々に４つの超音波ビーム（パルス）が連続して４回送信されるように、駆動パルス信号を生成する。

例えば、図６に示すように、分割領域ＡＲ１において第１のグループ内の超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３から連続する４つの超音波ビーム（音線）ＳＬ１−１〜ＳＬ１−４（図６の（ｂ））が送信され、分割領域ＡＲ２において第３のグループ内の超音波トランスデューサＴ９１〜Ｔ９３から連続する４つの超音波ビームＳＬ９１−１〜ＳＬ９１−４（図６の（ｃ））が送信され、分割領域ＡＲ３において第５のグループ内の超音波トランスデューサＴ１８１〜Ｔ１８３から連続する４つの超音波ビームＳＬ１８１−１〜ＳＬ１８１−４（図６の（ｄ））が送信され、分割領域ＡＲ４において第７のグループ内の超音波トランスデューサＴ２７１〜Ｔ２７３から連続する４つの超音波ビームＳＬ２７１−１〜ＳＬ２７１−４（図６の（ｅ））が送信されるように、これらの超音波トランスデューサを駆動する駆動パルス信号が生成される。

これらの超音波ビームが被検体から反射されて生じた超音波エコーを受信することによって得られる複数の受信信号は、信号配線ＥＬ１〜ＥＬ１８０を介して受信回路１５に出力されて音線データが形成され、ドップラー処理部１７においてドップラー画像用データに変換された後、このデータがＤＳＣ１８でラスター変換されて、画像データが生成される。画像データは画像メモリ１９に格納される。

このように、走査角度範囲に含まれる各分割領域がコンベックス走査されることにより、走査角度範囲の全てに対してラジアル走査がなされる。さらに、第１の実施形態と同様に、サブ領域ＳＡ１〜ＳＡ８の境界付近においては、超音波ビームをステアリングさせるセクタ走査が行われる。また、画像メモリ１９に格納された画像データが読み出され、Ｄ／Ａ変換器２０でアナログの画像信号に変換されて表示装置４に出力される。これにより、フレームレート優先のドップラー画像が表示装置４に表示される。

フレームレート優先のドップラーモードによれば、４つの方向に４本の超音波ビームを４回繰り返して送信するので、従来のように１本の超音波ビームを４回連続して送信する図１１の（ｂ）に示すフレーム周期４Ｔと比較して、図６の（ａ）に示すように、フレーム周期を１／４（即ち、Ｔ）にして、フレームレートを４倍にすることができる。

なお、例えば、拍動が大きい場所の血流情報を得る場合には、同一方向の超音波ビームを繰り返して送信する繰返し数を少なくしたフレームレート優先のドップラーモードの方が良いが、血流速が小さい場所の血流情報を得る場合には、同一方向の超音波ビームを繰り返して送信する繰返し数を多くした感度優先のドップラーモードの方が良い。

感度優先のドップラーモードにおいてドップラー画像を撮影する場合には、オペレータは、操作卓１１（図１）を操作することにより、超音波内視鏡２の動作を開始させると共に感度優先のドップラーモードを指示する制御信号Ａを、操作卓１１からＣＰＵ１２に出力させる。

ＣＰＵ１２は、この制御信号Ａに基づいて、送信回路１４の動作の開始と感度優先のドップラーモード用の駆動信号の生成とを指示する送信回路制御信号Ａ１を、送信回路１４に出力する。また、ＣＰＵ１２は、受信回路１５の動作の開始を指示する受信回路制御信号Ａ２を受信回路１５に出力する。感度優先のドップラーモードにおいては、送信回路１４が、４つの方向の各々に４つの超音波ビーム（パルス）が連続して１６回送信されるように、駆動パルス信号を生成する。

例えば、図７に示すように、分割領域ＡＲ１において第１のグループ内の超音波トランスデューサＴ１〜Ｔ３から連続する１６個の超音波ビーム（音線）ＳＬ１−１〜ＳＬ１−１６（図７の（ｂ））が送信され、分割領域ＡＲ２において第３のグループ内の超音波トランスデューサＴ９１〜Ｔ９３から連続する１６個の超音波ビームＳＬ９１−１〜ＳＬ９１−１６（図７の（ｃ））が送信され、分割領域ＡＲ３において第５のグループ内の超音波トランスデューサＴ１８１〜Ｔ１８３から連続する１６個の超音波ビームＳＬ１８１−１〜ＳＬ１８１−１６（図７の（ｄ））が送信され、分割領域ＡＲ４において第７のグループ内の超音波トランスデューサＴ２７１〜Ｔ２７３から連続する１６個の超音波ビームＳＬ２７１−１〜ＳＬ２７１−１６（図７の（ｅ））が送信されるように、これらの超音波トランスデューサを駆動する駆動パルス信号が生成される。

その後、上述したフレームレート優先のドップラーモードと同様の動作により、フレームレート優先の場合よりも感度が向上したドップラー画像が、表示装置４に表示される。
感度優先のドップラーモードによれば、４つの方向に４本の超音波ビームを１６回繰り返して送信するので、従来のように１本の超音波ビームを１６回繰り返して送信するフレーム周期１６Ｔと比較して、図７の（ａ）に示すように、フレーム周期を１／４（即ち、４Ｔ）にして、フレームレートを４倍にすることができる。

なお、ドップラーモードにおけるフレーム優先及び感度優先については、例えば、図９に示すような感度ｓ及びフレームレートｆ（＝１／Ｔ）の１４個の組合せの内の１つをオペレータが選択できるように、図１０に示すようなスライドスイッチ５０を図１の操作卓１１に設けても良い。これにより、オペレータは用途に応じて感度ｓ及びフレームレートｆを細かく選択することができるため、使い勝手が向上する。

以上の実施形態においては、第１乃至第４の分割領域ＡＲ１〜ＡＲ４において１本ずつの超音波ビームを同じタイミングで送信しながらラジアル走査を行うようにしたが、各々の分割領域において複数の超音波ビームを同じタイミングで送信しながらラジアル走査を行うようにしても良い。

また、３６０°の走査角度領域を９０°毎に４つの分割領域に分割したが、走査角度領域を分割する角度は９０°以外であっても良い。例えば、３６０°の走査角度領域を１８０°毎に２つの分割領域に分割して、各々の分割領域において所定数の超音波ビームを同じタイミングで送信しながらラジアル走査を行うようにしても良い。

さらに、第１乃至第４の分割領域ＡＲ１〜ＡＲ４の各々を４５°ずつサブ領域ＳＡ１〜ＳＡ８に分割して、サブ領域ＳＡ１〜ＳＡ８毎に超音波トランスデューサをグループ分けしたが、各々の分割領域をサブ領域に分割する角度は、４５°以外であっても良い。

例えば、第１乃至第４の分割領域ＡＲ１〜ＡＲ４の各々を３０°ずつサブ領域ＳＡ１〜ＳＡ１２に分割して、超音波トランスデューサのグループを１２個にしても良い。この場合には、信号配線の数は１２０本となり、第１乃至第４の分割領域ＡＲ１〜ＡＲ４の各々において、複数の超音波トランスデューサの内の３０°毎に離れた３つの超音波トランスデューサの個別電極が、同じ信号配線に電気的に接続される。

また、この場合には、共通電極配線Ｇの数が３つとなり、同じグループの超音波トランスデューサの共通電極は、同じ共通電極配線に電気的に接続され、かつ、超音波トランスデューサ部４０の円周方向に関して９０°の間隔で位置する複数のグループの超音波トランスデューサの共通電極は、同じ共通電極配線に電気的に接続される。したがって、図１に示す超音波観測装置３に３個のスイッチを設け、ＣＰＵ１２から供給される３つのスイッチ制御信号に従って、３個のスイッチの内のいずれか１個をオンするようにする。

以上の実施形態においては、電子ラジアル型の超音波内視鏡について説明したが、例えば半円周状に１８０個の超音波トランスデューサを並べたコンベックス型の超音波内視鏡についても、走査全方位である１８０°の領域を９０°毎に２つの分割領域に分割して、各々の分割領域において１本ずつかつ同じタイミングで超音波ビームを送信して走査を行うようにすることにより、本発明を適用することができる。

また、図１に示す第１及び第２のスイッチＳＷ１、ＳＷ２は、超音波観測装置３に設けたが、超音波内視鏡２に設けても良い。
さらに、超音波内視鏡２における超音波撮像動作の開始／停止を制御すると共にモードを指示する制御信号Ａを操作卓１１から出力するようにしたが、例えば、超音波内視鏡２の操作部３２に制御信号Ａを発生させるボタンを設けて、操作部３２からＣＰＵ１２に制御信号Ａを出力するようにしても良い。

本発明は、医療診断のために体内に挿入して超音波断層像を撮影することが可能な超音波内視鏡、及び、そのような超音波内視鏡を備えた超音波内視鏡装置に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る超音波内視鏡装置１の構成を示す図である。 図１に示す超音波内視鏡２の構成を示す図である。 図２に示す超音波内視鏡２の先端を示す拡大図である。 図２に示す超音波トランスデューサ部４０の構成を示す図である。 図１に示す超音波内視鏡２をＢモードで駆動したときのフレームレートを説明するための図である。 図１に示す超音波内視鏡２をフレームレート優先のドップラーモードで駆動したときのフレームレートを説明するための図である。 図１に示す超音波内視鏡２を感度優先のドップラーモードで駆動したときのフレームレートを説明するための図である。 サブ領域の境界におけるステアリング動作を説明するための図である。 フレームレートと感度との組合せの一例を示す図である。 フレームレートと感度との組合せの内の１つを選択させるためのスライドスイッチを示す図である。 従来の超音波内視鏡におけるフレームレートを説明するための図である。

符号の説明

１ 超音波内視鏡装置
２ 超音波内視鏡
３ 超音波観測装置
４ 表示装置
１１ 操作卓
１２ ＣＰＵ
１４ 送信回路
１５ 受信回路
１６ Ｂモード処理部
１７ ドップラー処理部
１８ ＤＳＣ
１９ 画像メモリ
２０ Ｄ／Ａ変換器
３１ 挿入部
３２ 操作部
３３ 接続コード
３４ ユニバーサルコード
３５ 処置具挿入口
４０ 超音波トランスデューサ部
５０ スライドスイッチ
ＥＬ１〜ＥＬ１８０ 信号配線
Ｇ１、Ｇ２ 共通電極配線
ＳＷ１、ＳＷ２ スイッチ
Ｔ１〜Ｔ３６０ 超音波トランスデューサ

Claims (11)

1. 各々が第１の電極及び第２の電極を有して超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサ部と、
   複数の超音波トランスデューサの第１の電極に各々が接続された複数の第１の配線と、
   第１の電極が互いに接続されていない複数の超音波トランスデューサの第２の電極に各々が接続された複数の第２の配線と、
   前記複数の第２の配線と接地電位との間にそれぞれ接続され、制御信号に従って前記複数の第２の配線の各々を接地するか開放状態にする複数のスイッチ手段と、
   を具備し、前記超音波トランスデューサ部が、前記複数の第１の配線及び前記複数の第２の配線を介して選択的に駆動信号が供給されたときに、走査角度領域を所定の角度毎に複数の角度領域に分割した各領域において同じ数の超音波ビームを、一定の角度間隔で同時に送信して走査を行う、超音波内視鏡。
2. 前記複数の第１の配線の各々が、前記複数の角度領域の各々を第２の所定の角度毎に複数のサブ領域に分割したときに、前記複数のサブ領域において前記第２の所定の角度毎に位置する複数の超音波トランスデューサの第１の電極に接続され、
   前記複数の第２の配線の各々が、前記複数の超音波トランスデューサを前記サブ領域毎にグループ化したときに、前記所定の角度毎に位置する複数のグループの超音波トランスデューサの第２の電極に接続されている、
   請求項１記載の超音波内視鏡。
3. 前記所定の角度が９０°であり、前記超音波トランスデューサ部が、前記複数の第１の配線及び前記複数の第２の配線を介して選択的に駆動信号が供給されたときに、複数の超音波ビームを９０°間隔で同時に送信して走査を行う、請求項２記載の超音波内視鏡。
4. 各々が第１の電極及び第２の電極を有して超音波を送受信する複数の超音波トランスデューサを含む超音波トランスデューサ部と、複数の超音波トランスデューサの第１の電極に各々が接続された複数の第１の配線と、第１の電極が互いに接続されていない複数の超音波トランスデューサの第２の電極に各々が接続された複数の第２の配線とを有する超音波内視鏡と、
   複数の駆動信号を生成し、該複数の駆動信号を前記複数の第１の配線を介して前記超音波トランスデューサ部に供給する送信手段と、
   前記複数の第２の配線と接地電位との間にそれぞれ接続され、制御信号に従って前記複数の第２の配線の各々を接地するか開放状態にする複数のスイッチ手段と、
   走査角度領域を所定の角度毎に複数の角度領域に分割した各領域において同じ数の超音波ビームを、一定の角度間隔で同時に送信して走査を行うように、前記送信手段を制御すると共に、前記複数の第２の配線の内の１つを接地し、他を開放状態にするように制御する制御信号を前記複数のスイッチ手段に供給する制御手段と、
   を具備する超音波内視鏡装置。
5. 前記送信手段が、走査角度領域を所定の角度毎に複数の角度領域に分割した各領域において、前記複数の超音波トランスデューサを選択的に駆動するコンベックス走査と、所定数の超音波トランスデューサから送信される超音波によって形成される超音波ビームをステアリングさせるセクタ走査とを組み合わせて行うように、前記超音波トランスデューサ部に選択的に駆動信号を供給する、請求項４記載の超音波内視鏡装置。
6. 前記送信手段が、前記複数の超音波トランスデューサを選択的に駆動するコンベックス走査と、前記コンベックス走査の走査不可領域において、所定数の超音波トランスデューサから送信される超音波によって形成される超音波ビームをステアリングさせるセクタ走査とを組み合わせて行うように、前記超音波トランスデューサ部に選択的に駆動信号を供給する、請求項５記載の超音波内視鏡装置。
7. 前記複数の第１の配線の各々が、前記複数の角度領域の各々を第２の所定の角度毎に複数のサブ領域に分割したときに、前記複数のサブ領域において前記第２の所定の角度毎に位置する複数の超音波トランスデューサの第１の電極に接続され、
   前記複数の第２の配線の各々が、前記複数の超音波トランスデューサを前記サブ領域毎にグループ化したときに、前記所定の角度毎に位置する複数のグループの超音波トランスデューサの第２の電極に接続されている、
   請求項４〜６のいずれか１項記載の超音波内視鏡装置。
8. 前記所定の角度が９０°であり、前記超音波トランスデューサ部が、前記複数の第１の配線及び前記複数の第２の配線を介して選択的に駆動信号が供給されたときに、複数の超音波ビームを９０°間隔で同時に送信して走査を行う、請求項７記載の超音波内視鏡装置。
9. 各送信方向に複数の超音波パルスを連続して送信するドップラーモードにおいて、連続する超音波パルスの数を少なくしてフレームレートを優先したフレームレート優先モードと、連続する超音波パルスの数をフレームレート優先モードにおけるよりも多くして感度を優先した感度優先モードとを切り替えるモード切替手段をさらに具備する請求項４〜８のいずれか１項記載の超音波内視鏡装置。
10. 前記複数のスイッチ手段が、前記超音波内視鏡内に設けられている、請求項４〜９のいずれか１項に記載の超音波内視鏡装置。
11. 前記モード切替手段が、前記超音波内視鏡内に設けられている、請求項９記載の超音波内視鏡装置。

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