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【発明の名称】 超音波プローブおよび超音波診断装置
【発明者】 【氏名】早川 健一
【要約】 【課題】本発明は、超音波プローブおよび超音波診断装置に関し、超音波探触子の、生体に対する相対移動を正確に検出する。

【解決手段】生体との接触面２７に向けて超音波トランスデューサ２４から斜めに超音波を送受信し、得られた受信信号のドプラ偏移を検出して、超音波探触子の、生体に対する移動速度あるいは移動量を求める。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 超音波の送受信を担う超音波トランスデューサが装備された超音波探触子を備え、該超音波探触子が生体に接触した状態に置かれ該生体内に超音波を送波し該生体内で反射して戻ってきた超音波を受信して受信信号を得る、該受信信号に基づく画像を生成する超音波診断装置本体部に接続される超音波プローブにおいて、前記超音波探触子が、超音波による生体内の断層像を得るための、配列された複数の第１の超音波トランスデューサからなる第１の超音波トランスデューサアレイと、生体に接触する接触面との間に間隔を置いた内部に配置された、該接触面に対し超音波を斜めに送受信する１つ以上の第２の超音波トランスデューサとを備えたことを特徴とする超音波プローブ。
【請求項２】 前記超音波探触子が、前記第２の超音波トランスデューサと前記接触面との間に介在する、超音波の伝播を担う超音波伝播媒体を備えたものであることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項３】 前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、前記接触面との間に間隔を置いた内部において該接触面に対し斜めに配置された超音波トランスデューサからなることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項４】 前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、前記接触面との間に間隔を置いた内部に位置し、前記複数の第１の超音波トランスデューサの配列方向とは異なる方向に配列された複数の超音波トランスデューサからなる第２の超音波トランスデューサアレイであることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項５】 前記超音波探触子が、前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサを、相互に離れた位置に複数備えたものであることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項６】 前記超音波探触子が、生体の体腔内に挿入される円柱形状を有し、前記第１の超音波トランスデューサアレイを構成する複数の第１の超音波トランスデューサが、該円柱形状の超音波探触子を周回する方向に配列されたものであって、前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、前記接触面に対し、該超音波探触子の円柱形状の長手方向に対し斜めに超音波を送受信するものであることを特徴とする請求項１記載の超音波プローブ。
【請求項７】 前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、前記超音波探触子の円柱形状の長手方向に配列された複数の第２の超音波トランスデューサからなる、該超音波探触子の生体に対する相対的な移動速度あるいは移動量算出用と、該超音波探触子の円柱形状の長手方向に広がる断層像生成用とを兼ねた第２の超音波トランスデューサアレイであることを特徴とする請求項６記載の超音波プローブ。
【請求項８】 超音波の送受信を担う超音波トランスデューサが装備された超音波探触子を備え、該超音波探触子が生体に接触した状態に置かれ該生体内に超音波を送波し該生体内で反射して戻ってきた超音波を受信する超音波プローブが接続され、該超音波プローブを用いて超音波の送受信を繰り返す間に得られた受信信号に基づいて生体内の断層像を生成する超音波診断装置において、前記超音波プローブに備えられた超音波探触子が、超音波による生体内の断層像を得るための、配列された複数の第１の超音波トランスデューサからなる第１の超音波トランスデューサアレイ、および、生体に接触する接触面との間に間隔を置いた内部に配置された、該接触面に対し超音波を斜めに送受信する１つ以上の第２の超音波トランスデューサを備えたものであって、前記第１の超音波トランスデューサアレイに超音波を送受信させて第１の受信信号を得、さらに前記第２の超音波トランスデューサに超音波を送受信させて第２の受信信号を得る送受信手段と、前記送受信手段で得られた第１の受信信号に基づいて断層像を生成する断層像生成手段と、前記断層像生成手段で生成された断層像を表示する表示手段と、前記送受信手段で得られた第２の受信信号に基づいて、前記第２の超音波トランスデューサで送受信された超音波のドプラ偏移を検出するドプラ偏移検出手段と、前記ドプラ偏移検出手段で検出された、第２の受信信号のドプラ偏移に基づいて、前記超音波探触子の、生体に対する相対的な移動速度あるいは移動量を求める移動算出手段とを備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】 前記超音波探触子が、前記第２の超音波トランスデューサと前記接触面との間に介在する、超音波の伝播を担う超音波伝播媒体を備えたものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１０】 前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、前記接触面との間に間隔を置いた内部において該接触面に対し斜めに配置された超音波トランスデューサからなることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１１】 前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、前記接触面との間に間隔を置いた内部に位置し、前記複数の第１の超音波トランスデューサの配列方向とは異なる方向に配列された複数の超音波トランスデューサからなる第２の超音波トランスデューサアレイであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１２】 前記超音波探触子が、前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサを、相互に離れた複数の位置に備えたものであって、前記移動算出手段が、前記超音波探触子の、前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが備えられた各位置に関し、生体に対する相対的な移動速度あるいは移動量を求めるものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１３】 前記超音波探触子が、生体の体腔内に挿入される円柱形状を有し、前記第１の超音波トランスデューサアレイを構成する複数の第１の超音波トランスデューサが、該円柱形状の超音波探触子を周回する方向に配列されたものであって、前記１つ以上の第２の超音波探触子が、前記接触面に対し、該超音波探触子の円柱形状の長手方向に対し斜めに超音波を送受信するものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１４】 前記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、前記超音波探触子の円柱形状の長手方向に配列された複数の第２の超音波トランスデューサからなる、該超音波探触子の、生体に対する相対的な移動速度あるいは移動量算出用と、該超音波探触子の円柱形状の長手方向に広がる断層像生成用とを兼ねた第２の超音波トランスデューサアレイであって、前記断層像生成手段が、前記第１の超音波トランスデューサアレイを用いた超音波送受信により得られる第１の受信信号に基づく第１の断層像と、前記第２の超音波トランスデューサを用いた超音波送受信により得られる第２の受信信号に基づく第２の断層像との双方の断層像の生成を担うものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１５】 前記移動算出手段が、前記超音波探触子の円柱形状の長手方向の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであって、前記断層像生成手段が、前記第１の超音波トランスデューサアレイを用いた超音波送受信により得られた第１の受信信号に基づく断層像を、前記移動算出手段で求められた移動量に応じて生成するものであることを特徴とする請求項１３記載の超音波診断装置。
【請求項１６】 前記移動算出手段が、前記超音波探触子の円柱形状の長手方向の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであって、前記表示手段が、前記第１の断層像と前記第２の断層像を、前記移動算出手段により求められた移動量に応じて切り替えて表示するものであることを特徴とする請求項１４記載の超音波診断装置【請求項１７】 前記移動算出手段が、前記超音波探触子の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであって、前記表示手段が、前記移動算出手段により求められた移動量に応じて、生体に対する相対的な、断層像あるいは超音波探触子の位置を表示するものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１８】 前記移動算出手段が、前記超音波探触子の、生体に対する相対的な移動速度を求めるものであって、前記表示手段が、前記移動算出手段により求められた移動速度を表示するものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項１９】 前記移動算出手段が、前記超音波探触子の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであり、前記断層像生成手段が、前記移動算出手段により求められた移動量に関し所定間隔で前記第１の受信信号に基づく断層像を生成するものであって、前記表示手段が、前記所定間隔で断層像を生成することのできる、前記超音波探触子の、生体に対する相対的な移動速度の上限を表示するものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【請求項２０】 前記移動算出手段が、前記超音波探触子の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであり、前記断層像生成手段が、前記第１の受信信号に基づく断層像の生成を繰り返し、前記移動算出手段により求められた移動量に基づいて、繰り返し生成された断層像どうしの相対的な位置関係を求めることにより、三次元的な断層像を求めるものであることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の送受信を担う超音波トランスデューサが装備された超音波探触子を備えた超音波プローブ、および、その超音波プローブが接続され、その超音波プローブを用いて超音波の送受信を繰り返す間に得られた受信信号に基づいて生体内の断層像を生成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、上記の超音波プローブおよび超音波診断装置が、生体、特に人体の内部の疾患の診断に役立てられている。このような超音波診断装置において、超音波断層像の生体に対する空間的な位置関係を把握するために、超音波探触子の、生体に対する相対移動量を求めることが要請される場合がある。特に前立腺体積測定や胎児の形態診断等、生体内の三次元的構造を把握する必要がある場合に、この相対移動量の測定が求められる。以下前立腺体積測定を例に挙げて説明する。図２９は、前立腺診察用の超音波プローブに備えられた従来の超音波探触子の模式図、図３０は、図２９に示す超音波探触子の、その超音波探触子に装備された超音波トランスデューサアレイの部分を輪切りにして示した模式図である。ここに示す超音波探触子２１は、前立腺の観察にあたり、人体１の肛門１ａから直腸１ｂ内に挿入されるものであり、円柱形状を有し、その超音波探触子２１の先端側には、その円柱形状の超音波探触子２１を周回する方向に複数の超音波トランスデューサ２２，２２，……が配列され、これら複数の超音波トランスデューサ２２，２２，……により１つの超音波トランスデューサアレイ２２１が構成されている。
【０００３】この超音波トランスデューサアレイ２２１を構成する複数の超音波トランスデューサ２２，２２，……のそれぞれには、配線２３が接続されている。この配線２３は、超音波診断装置本体部（図示せず）との間で接続され、超音波診断装置本体部で生成された、超音波パルス送波のための電圧パルスを各超音波トランスデューサ２２，２２，……に伝達し、さらに、各超音波トランスデューサ２２，２２，……で反射超音波をピックアップすることにより得られた受信信号を超音波診断装置本体部に伝達する役割りを担っている。また、この超音波探触子２１の根元側は、モータ２８と連結されており、モータ２８が、矢印Ａ方向，Ａ’方向に回転すると、超音波探触子２１は、それぞれＢ方向に挿入され、あるいはＢ’方向に抜かれる方向に移動する。ここで、超音波探触子２１を図Ａに示すように直腸１ｂ内に挿入し、超音波トランスデューサアレイ２２１から、直腸壁１ｃを介して前立腺１ｄに向かって超音波ビームを送波し、人体内で反射して戻ってきた超音波をその超音波トランスデューサアレイ２２１で受信して受信信号を得る。ここで、超音波トランスデューサアレイ２２１を用いて超音波を送受信するにあたっては、図３０に示すように、一回には、その超音波トランスデューサアレイ２２１を構成する複数の超音波トランスデューサ２２，２２，……のうちの一部の複数の超音波トランスデューサを用いて超音波を送受信し、それを順序に異なる複数の超音波トランスデューサの組について行なうことにより、その円柱形状の超音波探触子２１を輪切りにする方向の断層面３内の様々な方向に関する超音波受信信号が得られる。図示しない超音波探触子本体部では、それらの受信信号に基づいてその断層面３内の超音波断層像を生成する。
【０００４】以上の超音波断層像を得る過程を、超音波探触子２１の、直腸内への挿入量を順次変更しながら行ない、前立腺１ｄの、互いに平行な複数の断層像を得ることにより、全体として前立腺１ｄの三次元形状を求め、その三次元形状の所定箇所の寸法を測定し、その寸法を実験式にあてはめて前立腺の体積を算出する。ここで、超音波探触子２１を直腸１ｂ内に挿入するにあたっては、その超音波探触子２１を椅子に設置し、その椅子に患者を座らせてその患者の直腸内にその超音波探触子２１を挿入し、モータ２８を回転させることにより、一定量ずつその挿入量を変えながら断層像を取得するという方法がとられている。この図２９，図３０には、円柱形状の超音波探触子２１を周回する一次元的な方向に配列された複数の超音波トランスデューサ２２，２２，……からなる超音波トランスデューサアレイ２２１が示されているが、超音波トランスデューサを二次元的にマトリックス状に配置し、そのように二次元的に配置された超音波トランスデューサを順次選択的に駆動することにより、図２９に示す直腸１ｂに垂直な方向の断層面３の断層像を得る過程をその直腸の長手方向に走査しながら順次行ない、超音波探触子２１を動かさずに三次元的な断層像を得ることも知られている。超音波トランスデューサが二次元的に配列された超音波探触子を用いる手法は、前立腺の診断だけでなく、超音波探触子の形状は異なるが、妊婦の腹部に超音波探触子をあてがい、経腹壁的に胎児の形態診断を行なう場合にも用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図２９，図３０を参照して説明した従来技術の場合、患者を椅子に座らせて動かないように命じても直腸１ｂへの超音波探触子２１の挿入に伴って動いてしまうことがしばしばであり、患者が動いてしまうとモータ２８の回転量を制御しても超音波探触子２１の直腸１ｂ内への挿入量が一定とはならず、超音波探触子２１の、人体に対する相対移動量を正確に制御することは困難である。また、超音波トランスデューサを二次元的に配置した超音波探触子の場合、その二次元配列された超音波トランスデューサそれぞれに備えられた電極への配線が複雑となり、また超音波トランスデューサの数が極めて多数になるため、それに合わせて、超音波診断装置本体側の、各超音波トランスデューサに超音波送波のための高電圧がパルスを与えたりその超音波トランスデューサで得られた受信信号を受け取るためのチャンネルの数が極めて多数となり、多大なコストがかかるという問題がある。また、超音波探触子の寸法がどうしても大きくなりがちであり、操作性を損ねるという問題もある。本発明は、上記事情に鑑み、超音波探触子の、生体に対する相対移動を正確に検出する機能を備えた、超音波プローブおよび超音波プローブを用いる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明の超音波プローブは、超音波の送受信を担う超音波トランスデューサが装備された超音波探触子を備え、その超音波探触子が生体に接触した状態に置かれ、生体内に超音波を送波し該生体内で反射して戻ってきた超音波を受信して受信信号を得る、その受信信号に基づく画像を生成する超音波診断装置本体部に接続される超音波プローブにおいて、上記超音波探触子が、超音波による生体内の断層像を得るための、配列された複数の第１の超音波トランスデューサからなる第１の超音波トランスデューサアレイと、生体に接触する接触面との間に間隔を置いた内部に配置された、その接触面に対し超音波を斜めに送受信する１つ以上の第２の超音波トランスデューサとを備えたものであることを特徴とする。また、上記目的を達成する本発明の超音波診断装置は、超音波の送受信を担う超音波トランスデューサが装備された超音波探触子を備え、その超音波探触子が生体に接触した状態に置かれ、生体内に超音波を送波しその生体内で反射して戻ってきた超音波を受信する超音波プローブが接続され、その超音波プローブを用いて超音波の送受信を繰り返す間に得られた受信信号に基づいて生体内の断層像を生成する超音波診断装置において、【０００７】上記超音波プローブに備えられた超音波探触子が、超音波による生体内の断層像を得るための、配列された複数の第１の超音波トランスデューサからなる第１の超音波トランスデューサアレイ、および、生体に接触する接触面との間に間隔を置いた内部に配置された、その接触面に対し超音波を斜めに送受信する１つ以上の第２の超音波トランスデューサを備えたものであって、上記第１の超音波トランスデューサアレイに超音波を送受信させて第１の受信信号を得、さらに上記第２の超音波トランスデューサに超音波を送受信させて第２の受信信号を得る送受信手段と、送受信手段で得られた第１の受信信号に基づいて断層像を生成する断層像生成手段と、断層像生成手段で生成された断層像を表示する表示手段と、送受信手段で得られた第２の受信信号に基づいて、前記第２の超音波トランスデューサで送受信された超音波のドプラ偏移を変位を検出するドプラ偏移検出手段と、ドプラ偏移検出手段で検出された、第２の受信信号のドプラ偏移に基づいて、超音波探触子の、生体に対する相対的な移動速度あるいは移動量を求める移動算出手段とを備えたことを特徴とする。本発明の超音波プローブは、生体に接触する接触面との間に間隔を置いた内部に、超音波を斜めに送受信する第２の超音波トランスデューサを備えた超音波探触子を備えたものであり、その超音波探触子が移動すると、第２の超音波トランスデューサで送信された超音波に対しその接触面で反射した超音波はドプラ偏移を受け、周波数や位相が変化する。
【０００８】そこで、本発明の超音波診断装置では、ドプラ偏移検出手段により反射超音波のドプラ偏移が検出され、移動算出手段により、その検出したドプラ偏移に基づいて、超音波探触子の、生体に対する相対移動（相対的な移動速度あるいは相対的な移動量）が求められる。このように、本発明によれば、生体との直接の相互作用により生じるドプラ偏移に基づいているため、超音波探触子の移動時に生体が移動しても、相対的な移動が正確に求められる。また、本発明によれば、複数の超音波トランスデューサが二次元的に配置された超音波探触子を採用した場合と比べ、コストの大幅な低減化が図られ、操作性も向上する。ここで、本発明の超音波プローブおよび本発明の超音波診断装置において、超音波探触子が、上記第２の超音波トランスデューサと上記接触面との間に介在する、超音波の伝播を担う超音波伝播媒体を備えたものであることが好ましい。このような超音波伝播媒体を備えることにより、超音波の伝播が効率化される。また、本発明の超音波プローブおよび本発明の超音波診断装置において、上記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、上記接触面との間に間隔を置いた内部において該接触面に対し斜めに配置された超音波トランスデューサからなるものであってもよい。
【０００９】このような超音波トランスデューサを装備すると、直接に斜めに超音波を送受信することができる。あるいは、本発明の超音波プローブおよび本発明の超音波診断装置において、上記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、上記接触面との間に間隔を置いた内部に位置し、上記複数の第１の超音波トランスデューサの配列方向とは異なる方向に配列された複数の超音波トランスデューサからなる第２の超音波トランスデューサアレイであってもよい。配列された複数の超音波トランスデューサに、位相が調整された電圧パルスを印加すると、超音波を斜めに送信することができることが知られており、本発明は、上記の第２の超音波トランスデューサアレイを備え、上記のような手法を用いて超音波を斜めに送波するものであってもよい。また、この第２の超音波トランスデューサアレイを備えた場合、その第２の超音波トランスデューサアレイにより生体内の断層像を生成することも可能となる。また、本発明の超音波プローブにおいて、上記超音波探触子は、上記１つ以上の第２の超音波トランスデューサを、相互に離れた複数の位置に備えたものであってもよく、このような超音波プローブを採用した本発明の超音波診断装置は、上記移動算出手段が、超音波探触子の、上記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが備えられた各位置に関し、生体に対する相対的な移動速度あるいは移動量を求めるものであることが好ましい。
【００１０】超音波探触子に上記第２の超音波トランスデューサを複数の位置に備えると、各ペアにおける相対移動を検出することができ、したがって超音波探触子の平行移動のみでなく回転も知ることができる。また、上記本発明の超音波プローブおよび本発明の超音波診断装置において、超音波探触子は、生体の体腔内に挿入される円柱形状を有し、上記第１の超音波トランスデューサアレイを構成する複数の第１の超音波トランスデューサが、その円柱形状の超音波探触子を周回する方向に配列されたものであって、上記１つ以上の第２の超音波トランスデューサが、上記接触面に対し、超音波探触子の円柱形状の長手方向に対し斜めに超音波を送受信するものとすることができる。この超音波探触子は、例えば直腸内に挿入されて前立腺を観察する超音波探触子等、体腔内に挿入される超音波探触子として好適であり、生体に対する超音波探触子の相対的な挿入速度あるいは挿入量を正確に求めることができる。また、この場合に、上記１つ以上の第２の超音波トランスデューサは、超音波探触子の円柱形状の長手方向に配列された複数の第２の超音波トランスデューサからなる、その超音波探触子の生体に対する相対的な移動速度あるいは移動量算出用と、その超音波探触子の円柱形状の長手方向に広がる断層像生成用とを兼ねた第２の超音波トランスデューサアレイであってもよい。このような第２の超音波トランスデューサアレイを備えた超音波探触子を持つ超音波プローブが接続される本発明の超音波診断装置は、上記断層像生成手段が、上記第１の超音波トランスデューサアレイを用いた超音波送受信により得られる第１の受信信号に基づく第１の断層像と、上記第２の超音波トランスデューサを用いた超音波送受信により得られる第２の受信信号に基づく第２の断層像との双方の断層像の生成を担うものであることが好ましい。
【００１１】上記のような第２の超音波トランスデューサアレイを備えると、超音波探触子が体腔内に挿入されたとき、その挿入速度あるいは挿入量を正確に求めることができるとともに、第１の超音波トランスデューサアレイによる、体腔を横割りにする断層面内の断層像と体腔を縦割りにする断層像面内の断層像との双方の断層像を得ることができる。また、上記の、体腔内に挿入される円柱形状の超音波探触子を備えた超音波プローブが接続される超音波診断装置の場合、上記移動算出手段が、超音波探触子の円柱形状の長手方向の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであって、上記断層像生成手段が、第１の超音波トランスデューサアレイを用いた超音波送受信により得られた第１の受信信号に基づく断層像を、移動算出手段で求められた移動量に応じて生成するものであることが好ましい。移動検出手段により求められた移動量に応じて、すなわち、例えば５ｍｍ間隔等あらかじめ定められた間隔で、あるいはテーブル等にあらかじめ登録された移動量に達する毎に断層像を生成することにより、移動量の正確な検出と相まって正確な三次元断層像を得ることができる。また、超音波探触子が、円柱形状であってその円柱を周回する方向に第１の超音波トランスデューサが配列されてなる第１の超音波トランスデューサアレイと、その超音波探触子の長手方向に配列された複数の第２の超音波トランスデューサからなる第２の超音波トランスデューサアレイを備えたものである場合に、本発明の超音波診断装置は、上記移動算出手段が、超音波探触子の円柱形状の長手方向の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであって、上記表示手段が、上記第１の超音波トランスデューサアレイを用いた超音波送受信により得られる第１の受信信号に基づく第１の断層像と上記第２の超音波トランスデューサアレイを用いた超音波送受信により得られる第２の受信信号に基づく第２の断層像を、移動算出手段により求められた移動量に応じて切り替えて表示するものであることが好ましい。
【００１２】移動量に応じて切り替えることにより、手動で切り替える手間が省け、操作性が向上する。また、本発明の超音波診断装置において、移動算出手段が、超音波探触子の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであって、表示手段が、移動算出手段により求められた移動量に応じて、生体に対する相対的な、断層像あるいは超音波探触子の位置を表示するものであることが好ましい。断層像あるいは超音波探触子を表示することにより、現在観察している断層像の生体に対する位置を把握することができ、さらに、例えばその超音波探触子が生体の体腔内に挿入されるタイプのものである場合に、現在の挿入深さを知り、誤って挿入し過ぎる等の事故の防止にも役立つ。また、本発明の超音波診断装置において、移動算出手段が、超音波探触子の、生体に対する相対的な移動速度を求めるものであって、表示手段が、移動算出手段により求められた移動速度を表示するものであってもよい。例えば、ある一定の移動量ごとに断層像を生成し三次元的な断層像を得ようとしている場合に、移動速度が速すぎると予定された一定の移動量ごとの断層像の生成が不可能となる。そこで、例えばこのような場合に、超音波探触子の移動速度を求めて表示することにより、速く動かし過ぎるといった失敗を防止することができる。
【００１３】さらに、上記本発明の超音波診断装置において、移動算出手段が、超音波探触子の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであり、断層像生成手段が、移動算出手段により求められた移動量に関し所定間隔で上記第１の受信信号に基づく断層像を生成するものであって、表示手段が、上記所定間隔で断層像を生成することのできる、超音波探触子の、生体に対する相対的な移動速度の上限を表示するものであることも好ましい形態である。移動速度の上限を表示することによっても、超音波探触子を速く動かしすぎることによる失敗の未然防止に役立つ。さらに、上記本発明の超音波診断装置において、移動算出手段が、超音波探触子の、生体に対する相対的な移動量を求めるものであり、断層像生成手段が、上記第１の受信信号に基づく断層像の生成を繰り返し、移動算出手段により求められた移動量に基づいて、繰り返し生成された断層像どうしの相対的な位置関係を求めることにより、三次元的な断層像を求めるものであってもよい。前述の説明では、移動量算出手段で求められた移動量は、例えばある一定移動量ごとに断層像を生成するというように断層像を生成するタイミングを定めるものであるという旨の説明であったが、断層像は、例えば一定時間間隔で順次生成し、各断層像が生成されたタイミングにおける、移動算出手段で算出された移動量を記録しておき、それらの断層像を合成して三次元断層像を求めるときに、その記録しておいた移動量に基づいて繰返し生成され断層像どうしの相対的な位置関係を求めてもよい。
【００１４】このように構成すると、超音波探触子を、移動速度をあまり気にすることなく動かしても何回か往復しているうちに三次元断層像構築のための断層像を得ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態の説明に先立って、先ず、本発明において特徴的な、生体との接触面に対し斜めに超音波を送受信する構成における、生体に対する相対的な移動速度あるいは移動量を求める原理について説明する。
【００１６】図１は、超音波探触子の、生体との接触部分を示す模式図である。超音波探触子の、生体に対する接触面２７は、その生体の体表１ｅあるいはその生体の体腔内壁１ｃと接触しており、その接触面２７との間に間隔を置いた内部に、超音波トランスデューサ２４（本発明にいう第２の超音波トランスデューサ）が、接触面２７に対し斜め（角度θ）に配置されている。またその接触面２７と超音波トランスデューサ２４との間には、例えば水やゾル状あるいはゲル状の超音波伝播媒体２６が充填されている。接触面２７との境界はゴム等のカバー２８で覆われている。ここで、超音波トランスデューサ２４により接触面２７に向けて斜めに（角度θで）超音波を送波し、その接触面２７で反射して戻ってきた超音波を受信して受信信号（本発明にいう第２の受信信号）を得るものとする。また、超音波探触子は、生体に対し相対的に図示のｘ−ｘ’方向に移動するものとする。このとき、超音波トランスデューサ２４から送波された超音波は、接触面２７において、超音波探触子と生体との相対移動によりドプラ偏移を受ける。
【００１７】図２は、ドプラ偏移による周波数変化を示す模式図である。超音波トランスデューサ２４から送波される超音波の中心周波数をｆ0 としたとき、超音波探触子が生体に対し相対的に図１に示す矢印ｘ方向に移動すると、接触面２７で反射して超音波トランスデューサ２４に戻った超音波の中心周波数は、周波数ｆ0 よりも高周波寄りの周波数ｆH に偏移し、超音波探触子が生体に対し相対的に図１に示す矢印ｘ’方向に移動すると、接触面２７で反射して超音波トランスデューサ２４に戻った超音波の中心周波数は、周波数ｆ0 よりも低周波数寄りの周波数ｆL に偏移する。ここで、超音波トランスデューサ２４から送波された超音波の中心周波数をｆ0 、接触面２７で反射して超音波トランスデューサ２４に戻ってきた超音波の中心周波数をｆ、超音波探触子の、生体に対する相対的な移動速度（移動方向を含む）をｖ、接触面２７への超音波の入射角をθ（図１参照）、超音波伝播媒体２６内での超音波の伝播速度をｃとすると、【００１８】
【数１】

【００１９】が成立する。ここで超音波探触子の移動速度ｖは、超音波伝播速度ｃと比べ十分に小さい（ｖ＜＜ｃ）ので、（１）式は、【００２０】
【数２】

【００２１】に近似できる。また、移動量（移動距離）Ｌは、移動速度ｖの積分、すなわち、Ｌ＝∫ｖ・ｄｔ ……（３）
により求められる。ここで、（２）式中、超音波トランスデューサ２４から送波される超音波の中心周波数ｆO 、接触面２７への入射角θ、および超音波伝播速度ｃは既知であり、したがって超音波トランスデューサ２４で反射超音波を受信して得た受信信号に基づいて、例えばフーリエ変換により、その反射超音波の中心周波数ｆを求め、その求めた中心周波数ｆを（２）式に代入することにより、超音波振動子の、生体に対する相対的な移動速度ｖが求められ、（３）式に示すように、その移動速度ｖの積分（積算）により移動量（移動距離）Ｌが求められる。後述する実施形態では、フーリエ変換および移動算出は、パルス／連続波ドプラ解析部４０１（図４参照）で実行される。
【００２２】図３は、反射超音波の位相関係を示した図である。図１に示す超音波トランスデューサ２４から接触面２７に向けて超音波が複数回（ここでは２回とする）送波され、接触面２７で反射して戻ってきた超音波をその超音波トランスデューサ２４で受信して得た複数（ここでは２つ）受信信号の波形が、それぞれ図３（Ａ），図３（Ｂ）であるとする。ここでは、定量的な説明は省略するが、それら２つの信号波形間の位相ψは、超音波探触子が生体に対し、図１に示すｘ方向に移動するかｘ’方向に移動するかに応じて反転し、その移動速度が速いほど位相ψが大きくずれる。したがってその位相を検出することによっても、超音波探触子の移動速度ｖ（移動方向を含む）を求めることができる。この位相の検出、およびその検出された位相に基づく移動算出は、後述する実施形態では、カラードプラ解析部４０２で実行される。以上で、本発明の特徴部分の原理的な説明を終了し、以下、本発明の実施形態について説明する。以下では、先ず、超音波診断装置の概要について説明し、次いで本発明の実施形態の特徴的な部分について説明する。
【００２３】図４は、本発明の超音波診断装置の一実施形態を示すブロック図である。以下、各部の作用ないし機能の説明はあとにまわし、先ずは、この超音波診断装置の構成について説明する。この超音波診断装置の本体部１０は、大別して、制御部１００、信号処理部２００、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、表示制御部５００、生体信号アンプ部６００から構成されている。制御部１００は、ＣＰＵ部１０１とメモリ部１０２と、ビームスキャン制御部１０３からなり、ＣＰＵ部１０１には、操作パネル７０１、一体的に構成されたタッチパネル７０２とＥＬ表示器７０３、およびフロッピィディスク装置７０４が接続されている。また、信号処理部２００は、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、ビームフォーマ部２０３、コントロールインターフェイス部２０４、演算部２０５、およびドプラシグナル処理部２０６から構成されており、コントロールインターフェイス部２０４と、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、およびドプラシグナル処理部２０６は、制御ライン２０７で結ばれている。また、コントロールインターフェイス部２０４と演算部２０５は制御ライン２０８で結ばれており、さらに、受信ディレイ制御部２０２とビームフォーマ部２０３は制御ライン２０９で結ばれている。信号処理部２００を構成する送受信部２０１には、超音波プローブ２０が、着脱自在に、ここでは最大４本まで接続される。
【００２４】この超音波プローブ２０には、生体表面にあてがわれ、あるいは生体の体腔内に挿入される超音波探触子２１が備えられている。この超音波探触子２１はその目的に応じ、生体の体表にあてがわれる形態のものや生体の体腔内に挿入される形態のものなど様々な形態のものが存在する。この図１には一例として、生体１の体表にあてがわれる形態の超音波探触子２１が示されている。超音波探触子２１の、生体１への接触面に面して、複数の第１の超音波トランスデューサが配列された超音波トランスデューサアレイ２２１（本発明にいう第１の超音波トランスデューサアレイに相当する）と、第２の超音波トランスデューサ２４が装備されている。この第２の超音波トランスデューサ２４は、生体に接触する接触面との間に間隔を置いた超音波探触子の内部に配置されており、その接触面との間には、超音波の伝播を担う超音波伝播媒体が配備されている。詳細は後述する。ディジタルスキャンコンバータ部３００には、白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３が備えられている。また、ドプラ処理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカラードプラ解析部４０２が備えられている。また、表示制御部５００は、画像メモリ５００１を備えており、この表示制御部５００には、プリンタ７０５、ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）７０６、観察用テレビモニタ７０７、およびスピーカ７０８が接続されている。また、生体信号アンプ部６００は、ここでは１つのブロックで示されており、この生体信号アンプ部６００には、ＥＣＧ電極ユニット７０９、心音マイク７１０、および脈波用トランスデューサ７１１が接続されている。
【００２５】さらに、この超音波診断装置には、電源部８００が備えられている。この電源部８００は、商用電源に接続され、この超音波診断装置各部に必要な電力を供給する。また、本体部１０は、ＣＰＵバス９０１を有しており、このＣＰＵバス９０１は、制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１、メモリ部１０２、およびビームスキャン制御部１０３と、信号処理部２００を構成するコントロールインターフェイス部２０４と、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３と、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２と、さらに画像表示部５００とを接続している。また、この本体部１０は、エコーバス９０２を有しており、このエコーバス９０２は、信号処理部２００を構成する演算部２０５で生成される画像データを、ディジタルスキャンコンバータ部３００に供給する。また、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１およびカラードプラ解析部４０２で生成されたデータも、エコーバス９０２を経由してディジタルスキャンコンバータ部３００に供給される。さらに、この本体部１０は、ビデオバス９０３を有しており、このビデオバス９０３は、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１、カラー用スキャンコンバータ３０２、およびスクロール用スキャンコンバータ３０３のいずれかで生成された画像データを表示制御部５００に伝達する。
【００２６】操作パネル７０１は、多数のキーを備えたキーボード等からなり、この操作パネル７０１を操作するとその操作情報がＣＰＵ部１０１で検知され、その操作情報に応じた指令が、その指令に応じて、ビームスキャン制御部１０３、コントロールインターフェイス部２０４、ディジタルスキャンコンバータ部３００、ドプラ処理部４００、あるいは表示制御部５００に伝達される。ＥＬ表示部７０３は、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）表示画面を有し、また、ＣＰＵ部１０１は、そのＥＬ表示部７０３のＥＬ表示画面に表示するＥＬ用線画を作成するＥＬ用線画作成部を兼ねており、そのＣＰＵ部１０１で生成されたＥＬ用線画がＥＬ表示部７０３のＥＬ表示画面上に表示される。そのＥＬ表示部７０３のＥＬ表示画面上にはタッチパネル７０２が備えられており、そのタッチパネル７０２に指で触れるとそのタッチパネル７０２上の指で触れた位置をあらわす位置情報がＣＰＵ部１０１に伝達される。このタッチパネル７０２およびＥＬ表示器７０３は、例えば、操作パネル７０１の操作により、この超音波診断装置に、ある１つのモードに関するパラメータを設定する旨指示すると、ＣＰＵ１０１により、その１つのモード用に設定すべき多数のパラメータ一覧がＥＬ表示部７０３に表示され、タッチパネル７０２を指で触れて所望のパラメータを設定するなど、この超音波診断装置への各種の指示を入力し易いように構成されたものである。
【００２７】フロッピィディスク装置７０４は、図示しないフロッピィディスクが装脱自在に装填され、その装填されたフロッピィディスクをアクセスする装置であって、ＣＰＵ部１０１により、オペレータが操作パネル７０１やタッチパネル７０２の操作により行なった指示がそのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクに書き込まれ、この超音波診断装置への電源投入時、あるいは操作パネル７０１の操作により初期状態へのリセットが指示された時に、そのフロッピィディスク装置７０４に装填されたフロッピィディスクからそこに書き込まれている各種の指示情報がＣＰＵ部１０１に入力され、ＣＰＵ部１０１は、その指示情報に応じて各部を初期状態に設定する。これは、この超音波診断装置を稼働させるにあたって必要となる、操作パネル７０１やタッチパネル７０２から設定すべきパラメータ等が多数存在し、例えば電源投入のたびにそれら多数のパラメータ等を設定し直すのは極めて大変であり、このためフロッピィディスクに初期状態のパラメータ等を書き込んでおいて、電源投入時や初期状態へのリセットが指示された時には、そのフロッピィディスクに書き込まれているパラメータ等を読み込んでそれらのパラメータ等に応じて各部を設定することにより、パラメータ等の設定効率化を図るというものである。
【００２８】制御部１００を構成するＣＰＵ部１０１は、上述のように、主としてマン・マシンインターフェイスの役割りを担っているのに対し、同じく制御部１００を構成するビームスキャン制御部１０３は、主として、この超音波診断装置による超音波の送受信のタイミング等、リアルタイム性が要求される制御を担当している。この超音波診断装置で超音波の送受信を行なう時には、信号処理部２００を構成する各部を制御するためのデータがビームスキャン制御部１０３からＣＰＵバス９０１を経由して信号処理部２００のコントロールインターフェイス部２０４に伝達され、このコントロールインターフェイス部２０４は、制御ライン２０７を経由して、送受信部２０１、受信ディレイ制御部２０２、およびドプラシグナル処理部２０６を制御し、また、このコントロールインターフェイス部２０４は、制御ライン２０８を介して演算部２０５を制御し、さらに受信ディレイ制御部２０２は、コントロールインターフェイス部２０４の制御を受けて、制御ライン２０９を介してビームフォーマ部２０３を制御する。信号処理部２００の各部の制御についての詳細は後述する。制御部１００を構成するメモリ部１０２は、各種のプログラムや各種の制御データの格納領域であり、必要に応じてＣＰＵ部１０１やビームスキャン制御部１０３により参照される。
【００２９】送受信部２０１には、超音波探触子２１を備えた超音波プローブ２０が接続されている。この超音波プローブに備えられる超音波探触子２１には、例えばリニア走査型超音波探触子、コンベックス走査型超音波探触子、セクタ走査型超音波探触子、また特殊な超音波探触子としては、体腔内に挿入されるタイプの超音波探触子、さらには、これら各種の超音波探触子について、使用される超音波の周波数の相違による種別等、多種類の超音波探触子が存在する。超音波プローブを本体部１０に装着するにはコネクタ（図示せず）が用いられるが、本体部１０側には超音波プローブを接続するためのコネクタが取り付けられており、前述したように、多種類の超音波探触子それぞれを備えた多種類の超音波プローブのうち最大４本まで同時装着が可能である。超音波プローブを本体部１０に装着すると、どの種類の超音波探触子を備えた超音波プローブが装着されたかをあらわす情報が本体部１０で認識できるように構成されており、その情報は、制御ライン２０７、コントロールインターフェイス部２０４、およびＣＰＵバス９０１を経由してＣＰＵ部１０１に伝えられる。一方、操作パネル７０１からは、この超音波診断装置を使用するにあたり、今回、本体部１０側のコネクタに接続された超音波プローブのうちどの超音波プローブを使用するか指示が入力される。その指示は、ＣＰＵバス９０１を経由してビームスキャン制御部１０３に伝えられ、そのビームスキャン制御部１０３から、使用する超音波プローブに応じたデータが、ＣＰＵバス９０１、コントロールインターフェイス部２０４、制御ライン２０７を経由して送受信部２０１に伝達され、送受信部２０１は、上記のようにして指示された超音波プローブ２０に対し、以下に説明するように高電圧パルスを送信してその超音波プローブに備えられた超音波探触子で超音波を送信し、その超音波探触子で受信された信号をその超音波プローブから受け取る。ここでは、図４に１つだけ示す超音波プローブ２０が超音波送受信のために選択されたものとする。
【００３０】図４に示す超音波プローブ２０はいわゆるセクタ走査型の超音波探触子を備えた超音波プローブであり、その超音波探触子２１には、前述したように、配列された複数の第１の超音波トランスデューサからなる超音波トランスデューサアレイ２２１、および第２の超音波トランスデューサ２４が備えられており、超音波の送受信にあたっては、生体１の体表に、それら超音波トランスデューサアレイ２２１および第２の超音波トランスデューサ２４が装備された側の面（接触面）があてがわれる。尚、生体の体腔内に挿入される形態の超音波探触子の場合、その体腔内壁が、ここで説明している体表に相当する。以下では、先ず、超音波トランスデューサアレイ２２１を用いた超音波の送受信に関する説明を行ない、その後第２の超音波トランスデューサ２４を用いた超音波の送受信に関する説明を行なう。上記の接触面が生体１の体表にあてがわれた状態で、送受信部２０１から超音波トランスデューサアレイ２２１を構成する複数の超音波トランスデューサそれぞれに向けて超音波送信用の各高電圧パルスが印加される。複数の超音波トランスデューサそれぞれに印加される各高電圧パルスは、コントロールインターフェイス部２０４の制御により相対的な時間差が調整されており、それら相対的な時間差がどのように調整されるかに応じて、それら複数の超音波トランスデューサから、生体１の内部に延びる複数の走査線２のうちのいずれか一本の走査線に沿って、生体内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた超音波パルスビームが送信される。
【００３１】この送信される超音波パルスビームの属性、すなわち、その超音波パルスビームの方向、焦点の深さ位置、中心周波数等は、ビームスキャン制御部１０３からＣＰＵバス９０１を経由してコントロールインターフェイス部２０４に伝えられた制御データにより定まる。この超音波パルスビームは生体１の内部を進む間にその１本の走査線上の各点で反射して超音波探触子２１に戻り、その反射超音波が超音波トランスデューサアレイ２２１を構成する複数の超音波トランスデューサで受信される。この受信により得られた複数の受信信号は、送受信部２０１に入力されて送受信部２０１に備えられた複数のプリアンプ（図示せず）でそれぞれ増幅された後ビームフォーマ部２０３に入力される。このビームフォーマ部２０３には、多数の中間タップを備えたアナログ遅延線（後述する）が備えられており、受信ディレイ制御部２０２の制御により、送受信部２０１から送られてきた複数の受信信号がアナログ遅延線のどの中間タップから入力されるかが切り換えられ、これにより、それら複数の受信信号が相対的に遅延されるとともに互いに電流加算される。ここで、それら複数の受信信号に関する相対的な遅延パターンを制御することにより、生体１の内部に延びる所定の走査線に沿う方向の反射超音波が強調され、かつ生体１の内部の所定深さ位置に焦点が結ばれた、いわゆる受信超音波ビームが形成される。ここで、超音波は、生体１内部を、信号処理の速度と比べてゆっくりと進むため、１本の走査線に沿う反射超音波を受信している途中で生体内のより深い位置に焦点を順次移動させる、いわゆるダイナミックフォーカスを実現することもでき、この場合、超音波パルスビーム１回の送信に対応する１回の受信の間であっても、その途中で時間的に順次に、受信ディレイ制御部２０２により、各超音波トランスデューサで得られた各受信信号が入力される、アナログ遅延線の各タップが切り換えられる。
【００３２】この受信超音波ビームの属性、すなわち受信超音波ビームの方向、焦点位置等についても、ビームスキャン制御部１０３からＣＰＵバス９０１を経由してコントロールインターフェイス部２０４に伝えられ、さらに制御ライン２０７を経由して受信ディレイ制御部２０２に伝えられてきた制御データにより定められ、受信ディレイ制御部２０２はそのようにして伝えられてきた制御データに基づいて、ビームフォーマ部２０３を制御する。尚、上記説明では、超音波トランスデューサには高電圧パルスを与え、超音波パルスビームを送信する旨説明したが、この場合、前述したように超音波は信号処理速度と比べるとゆっくりと生体内を進むため、超音波トランスデューサに高電圧パルスを印加した時点を起点とし、超音波トランスデューサで反射超音波を受信する時点までの時間により、その時点で得られた信号が生体内のどの深さ位置で反射した反射超音波に対応する信号であるかを知ることができる。すなわち、送信される超音波がパルス状のものであることにより、生体の深さ方向に分解能を持つことになる。通常は、このように、超音波トランスデューサには高電圧パルスが印加されるが、特殊な場合には、生体内の深さ方向に分解能を持たないことを許容し、超音波トランスデューサに連続的に繰り返す高電圧パルス列信号を印加して生体内に連続波としての超音波ビームを送信することもある。ただし、以下においても、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１の説明の際に連続波に言及する場合を除き、パルス状の超音波ビームを送信するものとして説明する。
【００３３】送受信部２０１およびビームフォーマ部２０３は、上記のようにして、生体１内部の複数の走査線２のそれぞれに沿って順次に超音波パルスビームの送信と受信とを繰り返し、これにより生成される、各走査線に沿う受信超音波ビームをあらわす信号が、演算部２０５に順次入力される。この演算部２０５では、入力された受信信号が対数圧縮され、検波され、さらに、操作パネル７０１を操作することにより指定された、生体１内部のどの深さ領域までの画像を表示するかという指定（つまり生体内部の浅い領域のみの画像を表示すればよいのか、あるいはどの程度深い領域までの画像を表示する必要があるかという指定）に応じたフィルタリング処理等が施され、さらにＡ／Ｄ変換によりディジタルの走査線データに変換される。この演算部２０５で得られた走査線データは、エコーバス９０２を経由して、ディジタルスキャンコンバータ部３００を構成する白黒用スキャンコンバータ３０１に入力される。この白黒用スキャンコンバータ３０１では、表示用の各画素に対応したデータを生成するための補間演算処理が施されて表示用の画像データに変換され、その表示用の画像データがビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力される。この表示制御部５００は、複数の走査線２で規定される生体断層面内の超音波反射強度分布によるＢモード像を観察用テレビモニタ７０７に表示する。その際、必要に応じて、操作パネル７０１から入力された患者名や撮影年月日、撮影条件等も、そのＢモード像に重畳されて表示される。このＢモード像として、生体１内部が動いている様子をあらわす動画像を表示することもでき、あるいは、ある時点における静止画像を表示することもでき、さらには、生体信号アンプ部６００からの同期信号に基づいて、人体の心臓の動きに同期した、その心臓の動きの、ある位相における画像を表示することもできる。また表示制御部５００には、前述したように画像メモリ５００１が備えられており、生成された画像データをその画像メモリ５００１に蓄積しておき、画像取得のための操作が終了した後で、その画像メモリ５００１から画像データを読み出して、観察用テレビモニタに画像を表示することもできる。
【００３４】生体信号アンプ部６００には、生体１の心電波形を得るためのＥＣＧ電極ユニット７０９、心音をピックアップする心音マイク７１０、人体の脈をとらえる脈波用トランスデューサ７１１が接続されており、生体信号アンプ部６００では、これらのうちのいずれか１つもしくは複数のセンサに基づいて同期信号が生成され、表示制御部５００に送られる。また表示制御部５００には、観察用テレビモニタ７０７のほか、プリンタ７０５、ＶＴＲ（ビデオテープレコーダ）７０６が接続されており、表示制御部５００は、オペレータからの指示に応じて、観察用テレビモニタ７０７に表示された画像をプリンタ７０５ないしはＶＴＲ７０６に出力する。再度、信号処理部２００の説明から始める。生体内部に延びるある一本の走査線上の超音波反射情報の時間変化を知ろうとするときは、オペレータからの指示に応じて、その関心のある一本の走査線に沿って超音波が繰り返し送受信され、その１本の走査線に沿う生体の受信超音波ビームをあらわすデータがエコーバス９０２を経由してスクロール用スキャンコンバータ３０３に入力される。このスクロール用スキャンコンバータ３０３は、縦方向にその１本の走査線に沿う生体の深さ方向の超音波反射強度分布、横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像（Ｍモード像）をあらわす画像データが生成され、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力され、観察用テレビモニタ７０７に、その画像データに基づく画像が表示される。
【００３５】尚、表示制御部５００は、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像とスクロール用スキャンコンバータ３０３から送られてきたＭモード像とを横に並べる機能や、Ｂモード像に、後述するカラーモード像を重畳する機能も有しており、観察用テレビモニタ７０７には、オペレータからの指示に応じて、複数の画像が並べて表示され、あるいは複数の画像が重畳して表示される。もう一度、信号処理部２００の説明に戻る。信号処理部２００を構成するドプラシグナル処理部２０６は、基本的には、生体１内部の空間的な血流分布や、ある一点、ないしある１本の走査線上の血流速度を求めるための構成要素であり、このドプラシグナル処理部２０６では、ビームフォーマ部２０３で生成された受信超音波ビームをあらわす受信信号に、いわゆる直交検波が施され、さらにＡ／Ｄ変換によりディジタルデータに変換される。ドプラシグナル処理部２０６から出力された直交検波後のデータは、ドプラ処理部４００に入力される。ドプラ処理部４００には、パルス／連続波ドプラ解析部４０１とカラードプラ解析部４０２とが備えられている。ここでは、ドプラシグナル処理部２０６から出力されたデータは、カラードプラ解析部４０２に入力されるものとする。カラードプラ解析部４０２では、各走査線それぞれに沿って例えば８回ずつ超音波送受信を行なったときのデータに基づく自己相関演算により、オペレータにより指定された、Ｂモード画像上の関心領域（ＲＯＩ）内の血流の空間的な分布をあらわすデータが求められる。ＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由してカラー用スキャンコンバータ３０２に入力される。このカラー用スキャンコンバータ３０２では、そのＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータが表示に適した画像データに変換され、その画像データは、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力される。表示制御部５００では、白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像上のＲＯＩに、例えば超音波プローブ２０に近づく方向の血流を赤、遠ざかる方向の血流を青、それらの輝度で血流速度をあらわしたカラーモード像を重畳して、観察用テレビモニタ７０７に表示する。これにより、そのＲＯＩ内の血流分布の概要を把握することができる。
【００３６】ここで、オペレータにより、そのＲＯＩ内のある１点もしくはある１本の走査線上の血流を詳細に観察する旨の要求が入力されると、今度は送受信部２０１により、その関心のある一点を通る一本の走査線、もしくはその関心のある１本の走査線に沿う方向に多数回超音波の送受信が繰り返され、それにより得られた信号に基づいてドプラシグナル処理部２０６で生成されたデータが、ドプラ処理部４００を構成するパルス／連続波ドプラ解析部４０１に入力される。生体内のある一点の血流に関心があるときは、生体内にはパルス状の超音波ビームが送信され、ある１本の走査線上の広い範囲内で空間的に平均化された血流情報となることを許容しより速い流速範囲の血流情報を得たいときは、生体内には連続波としての超音波ビームが送信される。パルス／連続波ドプラ解析部４０１では、ある１点もしくはある１本の走査線について多数回超音波送受信を行なうことにより得られたデータに基づくＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算により、その一点の血流情報、あるいはその一本の走査線上で空間的に平均化された血流情報が得られる。このパルス／連続波ドプラ解析部４０１で得られた血流情報をあらわすデータは、エコーバス９０２を経由して、スクロール用スキャンコンバータ３０３に入力され、スクロール用スキャンコンバータ３０３では、縦軸が血流速度、横軸が時間軸からなり時間軸方向にスクロールする画像をあらわす画像データが生成される。この画像データは、ビデオバス９０３を経由して表示制御部５００に入力され、観察用テレビモニタ７０７上に、例えば白黒用スキャンコンバータ３０１から送られてきたＢモード像と並べられて表示される。
【００３７】図５は、複数の超音波トランスデューサに印加される高電圧パルスの遅延パターンを示した概念図である。配列された複数の超音波トランスデューサ２２のうち、配列の両端（Ａ），（Ｂ）に位置する超音波トランスデューサに高電圧パルスＰv を印加するとともに、配列の中央（Ｏ）よりに位置する超音波トランスデューサに、時間的に遅れた高電圧パルスＰv を印加する。このように、遅延パターンを持った高電圧パルスを複数の超音波トランスデューサ２２に印加することにより、生体内の所定の方向に延び、かつある深さ位置に焦点が形成された送信超音波パルスビームが形成される。
【００３８】図６は、ビームフォーマ部における、受信超音波ビームの形成の仕方を示す原理説明図である。ここでは、説明の簡単のため、複数のタップを備えた遅延線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００１ｎと、制御信号に応じて受信信号の遅延線への入力ルートを切り換える選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎとのペアが各超音波トランスデューサ２２ａに対応して備えられているものとする。各選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎそれぞれには対応する超音波トランスデューサで得られた各１つの受信信号が入力され、各選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎでは、その入力された受信信号が、遅延線の複数のタップのうちの、制御信号に応じたタップから遅延線に入力される。各遅延線は２００１ａ，…，２００１ｍ，…，２００１ｎは受信信号が入力されたタップに応じた遅延時間だけその入力された受信信号を遅延して加算器１００３に入力する。加算器１００３は、その加算器１００３に同時に入力された受信信号どうしを加算して、受信超音波ビームをあらわす受信信号を出力する。なお、この図６では、解りやすさのため、受信信号の数と同数の、遅延線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００１ｎと選択スイッチ１００２ａ，…，１００２ｍ，…，１００２ｎとのペアを備えるとともに、各遅延線１００１ａ，…，１００１ｍ，…，１００１ｎから出力された受信信号を互いに加算する加算器１０３を備えた構成について説明したが、実際には、多数のタップを備えた一本の遅延線に、複数の超音波トランスデューサで得られた複数の受信信号が、入力されるタップがそれぞれ制御されながら入力され、それら複数の受信信号がそれぞれ入力された各タップに応じた時間だけ遅延されると共にその遅延線内で互いに電流的に加算され、その一本の遅延線から、制御された遅延パターンに従って遅延を受けかつ互いに加算された受信信号が、直接に出力される。
【００３９】図７は、遅延パターンと、走査線の方向と、焦点位置との関係を示した説明図である。Ａ−Ｂ間に複数の超音波トランスデューサが配列されているものとし、Ａ−Ｂ間の中点をＯとする。このとき、各超音波トランスデューサに印加される高電圧パルスに、図７（Ａ）に示すようにＢ側に位置する超音波トランスデューサに対し長めの遅延時間を与えて各超音波トランスデューサに印加すると、中点ＯからＢ側に傾いた方向に延びる走査線に沿う送信超音波ビームが形成され、図７（Ｂ）に示すように、左右対称の遅延パターンを与えると中点Ｏから超音波トランスデューサの配列方向に対し垂直に延びる走査線に沿う送信超音波ビームが形成され、図７（Ｃ）に示すように、Ａ側に位置する超音波トランスデューサに対し長めの遅延時間を与えた高電圧パルスを印加すると、Ａ側に傾いた送信超音波ビームが得られる。また、同一の走査線に沿う送信超音波ビームであっても、高電圧パルスの遅延パターンに応じて焦点位置を定めることができる。具体的には、図７（Ａ）〜（Ｃ）に破線で示すように焦点を中心としてＡ−Ｂ間を結ぶ線分に接する円弧を描いて考える。各超音波トランスデューサから送信された超音波パルスがその円弧上に同時に到達すると、それらの超音波パルスは焦点に集まるように進む。したがって、例えば図７（Ｂ）のように焦点を形成する場合は、Ａ点およびＢ点に位置する超音波トランスデューサに同時に高電圧パルスが印加され、その高電圧パルスの印加によってＡ点およびＢ点に位置する超音波トランスデューサから発せられた超音波パルスがその円弧上に達したタイミングで、Ｏ点に位置する超音波トランスデューサに高電圧パルスが印加され、そのＯ点に位置する超音波トランスデューサから超音波パルスが送信される。こうすることにより、図７（Ｂ）に示す走査線に沿うとともに図７（Ｂ）に示す焦点位置で最も細いビーム径を有する送信超音波パルスビームが形成される。
【００４０】ここで、Ａ−Ｂ間に配列された、超音波送信に用いられている複数の超音波トランスデューサは、例えば超音波探触子２１（図４参照）に装備された超音波トランスデューサアレイ２２１を構成する複数の超音波トランスデューサの一部であって、送信超音波パルスビームの形成に用いる複数の超音波トランスデューサからなる送信開口を、配列された超音波トランスデューサの配列方向に移動することにより、走査線を、その配列方向に平行移動させることができる。このようにして、超音波探触子２１に配列された超音波トランスデューサアレイ２２１上の任意の点を始点として生体内の任意の方向に延びる走査線に沿うとともに、その走査線上の任意の点に焦点を持つ送信超音波ビームを得ることができる。受信超音波ビームの形成についても上記の送信超音波ビームの場合と同様である。すなわち、生体内で反射し各超音波トランスデューサに戻ってきた超音波を各超音波トランスデューサで受信することにより得られた各受信信号を、図７（Ａ）に示すように、Ｂ側の超音波トランスデューサで得られた受信信号に対し長めの遅延時間を与えた上で互いに加算すると、中点Ｏを始点としＢ側に傾いた走査線に沿う受信超音波ビームが形成され、図７（Ｂ）に示すように左右対称の遅延時間を与えた上で互いに加算すると、中点Ｏを始点として超音波トランスデューサの配列方向に対し垂直に延びる走査線に沿う受信超音波ビームが形成され、図７（Ｃ）に示すようにＡ側の超音波トランスデューサで得られた受信信号に対し長めの遅延時間を与えた上で互いに加算すると、点Ｏを始点としＡ側に傾いた走査線に沿う受信超音波ビームが得られる。また、同一の走査線に沿う受信超音波ビームであっても、遅延パターンに応じて焦点位置を定めることができる。具体的には、焦点で反射してそれぞれ各点Ａ，Ｏ，Ｂに向かう超音波は、焦点と各点Ａ，Ｏ，Ｂとを結ぶ各線分と、円弧との交点に同時に到達することになり、焦点で反射した超音波を各超音波トランスデューサで受信する時刻に差異が生じることになる。そこで焦点で反射した超音波が先に到達した超音波トランスデューサで得られた受信信号を、反射超音波が後から到達する超音波トランスデューサにその反射超音波が到達する迄の間遅延させた上で互いに加算すると、焦点を通る走査線に沿う方向に延び、かつその焦点で最も細く絞られた受信超音波ビームが形成されることになる。
【００４１】ここで、送信の場合と同様、Ａ−Ｂ間に配列された、反射超音波の受信に用いられている複数の超音波トランスデューサは、例えば超音波探触子２１（図４参照）に装備された超音波トランスデューサアレイ２２１を構成する複数の超音波トランスデューサの一部であって、反射超音波の受信に用いる複数の超音波トランスデューサからなる受信開口を、配列された超音波トランスデューサの配列方向に移動することにより、走査線を、その配列方向に平行移動させることができる。このようにして、送信および受信の双方について、超音波探触子２１に装備された超音波トランスデューサアレイ２２１上の任意の点を始点として生体内の任意の方向に延びる走査線に沿うとともにその走査線上の任意の点に焦点を持つ超音波ビームを得ることができる。以上で、図４に示す超音波探触子２１に装備された、超音波トランスデューサアレイ２２１と第２の超音波トランスデューサ２４とのうち、超音波トランスデューサアレイ２２１を用いた超音波送受信に関する説明を終了し、次に第２の超音波トランスデューサ２４を用いた超音波送受信に関し説明する。図４に示す超音波探触子２１に装備された第２の超音波トランスデューサ２４および周辺の部分は、前述した図１に示す構造を有するものであり、その第２の超音波トランスデューサ２４にも送受信部２０１から高電圧パルスが印加される。すると、その第２の超音波トランスデューサ２４から超音波パルスが送波され、生体との接触面２７で反射して戻ってきた超音波がその第２の超音波トランスデューサ２４で受信される。この第２の超音波トランスデューサ２４での超音波の受信により得られた受信信号（ここではこれを第２の受信信号と称する）は、前述した、超音波トランスデューサアレイ２２１での超音波受信により得られた受信信号（ここでこれを第１の受信信号と称する）と同様に、送受信部２０１に備えられたプリアンプ（図示せず）で増幅された後、ビームフォーマ２０３、およびドプラシグナル処理部２０６を経由してパルス／連続波ドプラ解析部４０１に入力される。ただし、ここでは第２の受信信号は図１に示す唯一の第２の超音波トランスデューサ２４で得られた受信信号であるため、ビームフォーマ部２０３では遅延加算は行なわれず、そのビームフォーマ部２０３は単に通過するだけである。
【００４２】図８は、パルス／連続波ドプラ解析部４０１の内部構成を示すブロック図である。ここには、本発明にいうドプラ偏移検出手段の一例に相当するフーリエ解析部４０１１、および本発明にいう移動算出手段の一例に相当する移動算出部４０１２が備えられている。フーリエ解析部４０１１は、前述した第１の受信信号の場合と共通に使用される、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を行なうブロックである。第１の受信信号の場合、パルス／連続波ドプラ解析部４０１でＦＦＴ演算により血流情報が抽出され、エコーバス９０２を経由してディジタルスキャンコンバータ部へ送られる旨説明したが、このＦＦＴ演算による血流情報の抽出は、図８に示すブロック図中のフーリエ解析部４０１１が担当している。第２の受信信号の場合は、このフーリエ解析部４０１１では、第２の受信信号の中心周波数ｆ（前述の（２）式参照）が求められる。尚、フーリエ解析部４０１１では、第１の受信信号の場合も第２の受信信号の場合もＦＦＴ演算を行なう点に関しては共通であるが、第１の受信信号に基づく血流情報の抽出の場合と第２の受信信号の中心周波数の検出の場合とでは、それぞれの処理に適合するように、ＦＦＴ演算に先立つフィルタリング処理等の前処理等に関し相違がある。詳細は省略する。
【００４３】フーリエ解析部４０１１で得られた第２の受信信号の中心周波数ｆをあらわすデータは、移動算出部４０１２に入力される。移動算出部４０１２では、フーリエ解析部４０１１で得られた第２の受信信号の中心周波数ｆと、既知の量である、第２の超音波トランスデューサ２４（図１参照）から送波された超音波の中心周波数ｆ0 、生体との接触面２７に対する角度θ、および超音波伝播媒体２６の超音波伝播速度ｃを用いて、前述した（２）式に基づく演算を行ない、超音波探触子２１の、生体１に対する相対的な移動速度ｖが求められ、さらに（３）式に基づく演算により、超音波探触子２１の、生体１に対する相対的な移動量（移動距離）Ｌが求められる。この移動演算部４０１２で求められた移動速度ｖおよび移動量Ｌをあらわすデータは、ＣＰＵバス９０１を経由してＣＰＵ部１０１に伝えられる。図９は、カラードプラ解析部４０２の内部構成を示すブロック図である。この図９に示す構成要素中の移動算出部４０２２は、図８に示す移動算出部４０２１に代えて備えることができる。すなわち、図８に示す移動算出部４０２１と図９に示す移動算出部４０２２は、いずれか一方が備えられていればよい。この図９には、本発明にいうドプラ偏移検出手段の一例に相当する自己相関演算部４０２１と、本発明にいう移動算出手段の一例に相当する移動算出部４０２２が備えられている。自己相関演算部４０２１は、前述した第１の受信信号の場合と共通に使用される、自己相関演算を行なうブロックである。第１の受信信号の場合、このカラードプラ解析部４０２では、各走査線それぞれに沿って例えば８回ずつ超音波送受信を行なったときのデータに基づく自己相関演算によりＲＯＩ内の血流分布をあらわすデータを求め、エコーバス９０２を経由したディジタルスキャンコンバータ部３００に入力される旨説明したが、その自己相関演算による血流情報の抽出は、図９に示すブロック図中の自己相関演算部４０２１が担当している。自己相関は、基本的には、２つの波形（図３（Ａ）に示す波形と図３（Ｂ）に示す波形）相対的なずれ量を求める演算であり、２つの波形の間の位相ψを求めることに相当する。
【００４４】第２の受信信号の場合は、この自己相関演算部４０２１で、第２の受信信号の位相ψが求められる。尚、図８に示すフーリエ解析部４０１１の場合と同様、この自己相関演算部４０２１においても、第１の受信信号に基づく血流情報の抽出の場合と第２の受信信号に基づく位相検出の場合とでは、それぞれの処理に適合するように、自己相関演算に先立つフィルタリング処理等の前処理等が異なっている。詳細は省略する。自己相関演算部４０２１で得られた第２の受信信号の位相ψをあらわすデータは、移動算出部４０２２に入力される。この移動算出部４０２２では、位相ψに基づいて、超音波探触子２１の、生体１に対する相対的な移動速度ｖが求められ、さらに、その超音波探触子２１の、生体１に対する移動量（移動距離）Ｌが求められる。求められた移動速度ｖおよび移動量Ｌをあらわすデータは、ＣＰＵバス９０１を経由してＣＰＵ部１０１に伝えられる。
【００４５】図１０は、本発明の超音波プローブに備えられた超音波探触子の一実施形態を示す図である。図２８，図２９を参照して説明した従来技術との相違点について説明する。図１０に示す超音波探触子２０１には、図１に示す構造の、第２の超音波トランスデューサ２４および超音波伝播媒体２６が備えられている。この超音波トランスデューサ２４は信号線２５により超音波診断装置本体部と接続されている。この超音波探触子２１は、図２８，図２９に示す従来技術の説明において述べたように、人体１の肛門１ａから直腸１ｂ内に挿入されて前立腺の診断に用いられる超音波探触子である。図２８，図２９による従来技術の場合、超音波探触子２１を直腸１ｂ内に制御された挿入量だけ挿入するためにモータが備えられていたが、この図１０に示す超音波探触子２０の場合、第２の超音波トランスデューサ２４に超音波探触子２１の場合、第２の超音波トランスデューサ２４による超音波送受信により得られた第２の受信信号に基づいて超音波探触子２１の移動量を知ることができるため、モータ等挿入量を制御する手段は不要である。ｓ図１１は、図４に示すメモリ部１０２に格納されたテーブルの一例を示す図、図１２は、一連の断層像を示す図である。
【００４６】図１１に示すテーブルは、図１０に示す超音波探触子２１を用い、そのテーブルに記録された挿入量（移動量）ごとに断層像を生成することを指示するテーブルである。このテーブルは、オペレータによる操作パネル７０１の操作により、あらかじめ作成される。図１０に示す超音波探触子２１の、直腸１ｂ内への挿入開始のタイミングで移動量（挿入量）をゼロにセットすると、その後、第２の超音波トランスデューサ２４による超音波送受信により挿入量（移動量）がモニタされ、その挿入量（移動量）がそのテーブルに記録された挿入量（移動量）に達するごとにトランスデューサアレイ２２１による超音波送受信が行なわれ、断層像が生成される。この制御は、ビームスキャン制御部１０３がメモリ部１０２に格納された、図１１に示すテーブルを参照し、さらにＣＰＵ部１０１に伝えられてきた挿入量（移動量）をあらわすデータを参照して、各部を制御することにより行なわれる。このようにして順次に生成された断層像は、観察用テレビモニタ７０７の表示画面７０７１上に、生成された各時点で表示されるとともに、表示制御部５００内の画像メモリ５００１に一旦格納され、断層像取得のための操作（超音波探触子２１を直腸内に挿入する操作等）が終了した後でも、観察用テレビモニタ７０７の表示画面７０７１上にそれらの断層像が表示される。このように、テーブルに記録された挿入量（移動量）ごとに断層像を生成するように構成すると、オペレータがいちいち断層像生成の指示を入力する手間が省かれ、操作性が向上する。
【００４７】図１３は、超音波探触子の別の実施形態を示す図、図１４は、図１３に示す円Ａ内の拡大図である。図１３に示す超音波探触子２１には、その超音波探触子を周回する方向に配列された複数の第１の超音波トランスデューサ２２，２２，……からなる第１の超音波トランスデューサアレイ２２１に加え、その超音波探触子２１の長手方向に配列された複数の第２の超音波トランスデューサ２４，２４，……からなる第２の超音波トランスデューサアレイ２４１が備えられている。この超音波探触子２１はその外周にゴム製のカバー２９が配備されており、そのカバー２９の内部には、水などの超音波伝播媒体２６が充填され、第２の超音波トランスデューサアレイ２４と生体１との接触面２７（ここでは直腸１ｂの内壁１ｃとの接触面）との間に間隙が空けられている。尚、この図１３に示す実施形態の場合、第１の超音波トランスデューサアレイ２２１も接触面２７との間に間隙が空けられているが、この間隙は、第１の超音波トランスデューサアレイ２２１との関係では本質的なものではない。
【００４８】第２の超音波トランスデューサアレイ２４では、図７を参照して説明した手法により、図１４に示すように、接触面２７に対し斜めに（角度θで）超音波が送受信され、超音波診断装置本体部側では、この斜めの超音波送受信により得られた、接触面２７で反射された超音波による第２の受信信号に基づいて、超音波探触子２１の、生体１に対する相対的な移動速度および移動量が求められる。尚、この場合、第２の超音波トランスデューサアレイ２４１を構成する複数の第２の超音波トランスデューサ２４，２４，……を用いるため、複数の第２の受信信号が得られ、したがってこれら複数の第２の受信信号は、図４に示すビームフォーマ部２０３で遅延加算が行なわれ、受信角度θの１つの第２の受信信号に統合される。また、図１３に示す第２の超音波トランスデューサアレイ２４１は、超音波探触子２１の長手方向に広がる断層像（縦断層像と称する）を取得するための超音波送受信も担っており、この超音波探触子２１を用いると、第１の超音波トランスデューサアレイ２２１を用いた超音波送受信により得られる断層像（横断層像と称する）のほか、第２の超音波トランスデューサアレイ２４１を用いた超音波送受信により縦断層像を得ることができる。
【００４９】図１５は、図１３に示す超音波探触子を備えた超音波プローブに適合した、超音波診断装置本体部の送受信部の構成を示すブロック図である。図１５に示す送受信部２０１における送信信号生成部２０１１は、制御ライン２０７を経由して入力される制御データに応じて、図１３に示す第１の超音波トランスデューサアレイ２２１を構成する複数の第１の超音波トランスデューサ２２，２２，……、あるいは第２の超音波トランスデューサアレイ２４１を構成する複数の第２の超音波トランスデューサ２４，２４，……を駆動して、所定の走査線方向に送信される超音波ビームであって、さらに所定の深さ位置に焦点をもった超音波ビームを生成するための、相互の位相が制御された信号Ｐv （図５参照）を生成する。これらの信号は、超音波トランスデューサ駆動部２０１２により高電圧パルスに変換され、切替回路２０１３を経由して超音波探触子側に伝送される。この切替回路２０１３は、図１３に示す第１の超音波トランスデューサアレイ２２１と第２の超音波トランスデューサアレイ２４１のいずれを送受信部２０１に接続するかを切り替える回路であり、制御ライン２０７（図４参照）を経由して入力される制御データに応じてその切替えが行なわれる。超音波探触子側で得られた受信信号は、切替回路２０１３を経由し、さらにプリアンプ２０１４を経由してビームフォーマ部２０３に伝達される。尚、ここでは信号線やプリアンプ２０１４等は、図示の繁雑さを避けるため信号１つ分のみ示されているが、それらは、同時に駆動され、あるいは超音波を同時に受信する超音波トランスデューサの数と同じ数だけ備えられている。
【００５０】図１６は、図１３に示す超音波探触子を用いて生成される断層像をあらわした図であり、図１６（Ａ）は縦断層像、図１６（Ｂ）は横断層像である。図１５に示す切替回路２０１３は、通常は、図１３に示す超音波探触子２１に装備された第２の超音波トランスデューサ２４１側に切り替えられており、超音波診断装置本体部では、その第２の超音波トランスデューサアレイ２４１を用いた超音波送受信により、超音波探触子２１の挿入量（移動量）のモニタと、図１６（Ａ）に示す縦断層像の取得が行なわれ、その縦断層像が観察用テレビモニタ７０７の表示画面７０７１上に表示される。この切替回路２０１３は、超音波探触子２１の挿入量（移動量）が、例えば５ｍｍごと等、ある一定間隔の挿入量（移動量）に達する毎に第１の超音波トランスデューサアレイ２２１側に切り替わり、第１の超音波トランスデューサアレイ２２を用いた超音波送受信により得られた受信信号に基づいて、図１６（Ｂ）に示すような横断層像が生成される。この生成された横断層像は、その都度、リアルタイムでの画像確認に供するために短時間だけ、縦断層像に代わり観察用テレビモニタ７０７の表示画面７０７１に表示されるとともに、後の表示のために画像メモリ５００１（図４参照）に格納される。
【００５１】画像メモリ５００１に格納された横断層像は、断層像取得の操作が終了した後画像の詳細観察のために読み出され、表示画面７０７１上に再度表示される。尚、ここでは、縦断層像と横断層像を自動的に切り替える旨説明したが、オペレータによる操作パネル７０１の操作により、自在に切り替えたり、いずれかに固定しておくこともできる。図１７は、超音波探触子のさらに異なる実施形態を示す斜視図、図１８は、図１７のＸ−Ｘに沿う模式断面図である。この図１７に示す超音波探触子２１は、超音波ゼリー等が体表に塗られその超音波ゼリー等の媒体を介して腹壁等の体表に接触させて、人体内部の断層像を得るためのものである。この超音波探触子２１には、断層像を得るための超音波トランスデューサアレイ２２１の両側に、図１を参照して説明した構造、すなわち、図１８にその一方を示すように、体表への接触面に対し間隙を置いて斜めに配置された第２の超音波トランスデューサ２４と、超音波伝播媒体２６と、その超音波伝播媒体２６を閉じ込めておくためのカバー２８からなる構造を有している。この場合、図８あるいは図９に示す移動算出部４０１２，４０２２では、２つの第２の超音波トランスデューサ２４それぞれの超音波送受信により得られた２つの第２の受信信号それぞれに基づく各移動速度および各移動量が求められる。これら２つの第２の超音波トランスデューサ２４における超音波の送受信は、同時であって、２つの第２の受信信号それぞれを処理する回路を独立に持っていてもよく、あるいは、図１５を参照して説明したように切替回路を備えて、交互に行なってもよい。
【００５２】図１９は、図１７に示す超音波探触子を体表にあてがって断層像を取得したときの、その断層像に対応づけてメモリ部１０２に格納されるデータを示す図、図２０は、図１７に示す超音波探触子の体表上での軌跡を示す模式図である。ここでは、図１７に超音波探触子を用いて、一定時間間隔ごとに断層像が生成され、画像メモリ５００１（図４参照）に格納される。また各断層像の生成とともに、各断層像生成の時点における、２つの第２の超音波トランスデューサ２４それぞれにより得られた第２の受信信号それぞれに基づく移動量が求められ、画像データを特定する画像Ｎｏ．と対応づけられて、メモリ部１０２に、図１９に示すようなテーブルが作成される。このテーブルに格納されたデータは、図２０に示すように、各断層像生成タイミングにおける、体表上での図１７に示す超音波探触子の位置および姿勢をあらわしている。このように、図１９に示すテーブルを作成することにより、超音波探触子の軌跡を知ることができる。このテーブルのデータは、後述するようにして、例えば超音波探触子の位置をあらわすマークとして表示画面上に表示される。
【００５３】図２１は、図４に示す表示制御部５００の内部構成図である。ここには、表示画面上に、断層像とともに線画を表示する構成が示されている。ディジタルスキャンコンバータ部３００（図４参照）から送られてきた画像データは、画像メモリ５００１に一旦格納された後読み出されて画像合成部５００３に入力される。また、線画描画部５００２では、ＣＰＵバス９０１を経由して送られてくる線画描画用データに基づいて後述するような線画が描画され、画像合成部５００３に送られる。画像合成部５００３では、画像メモリ５００１からの画像データと線画描画部５００２からの線画が１つの画像に合成され、観察用テレビモニタ７０７にはその合成された画像が表示される。以下、各種の線画の例について説明する。尚、断層像自体については図１２および図１６に示されており、ここでは断層像自体についての図示は省略する。
【００５４】図２２，図２３は、図１３に示す超音波探触子を用いて、その超音波探触子を直腸内に挿入しながら断層像を得るときの、その断層像と対応づけられた線画を示す図であり、図２２は、直腸内の深さと断層像の位置との対応を示す図、図２３は、直腸内の深さと、その直腸内に挿入された超音波探触子の位置との対応を示す図である。図２２の横軸の数字は直腸内の深さ位置を示しており、図２２の深さ位置‘６’において縦に延びる直線は、現在取得されており、あるいは現在表示されている断層像の断層面位置を示している。このような表示を行なうと、オペレータは、現在の断層面位置を把握することができる。図２２の横軸‘０’の位置は、例えばオペレータが超音波探触子を直腸内に挿入開始したときにオペレータが指定してもよく、あるいは第２の超音波トランスデューサ２４での直腸内壁からの反射超音波を検出できた初期のタイミングを捉えて横軸‘０’の位置を自動的に決めてもよい。
【００５５】図２３も、横軸は図２２と同様、直腸内の深さ位置を示しており、超音波探触子をあらわす図形が現在の直腸内への挿入量に対応した位置に示されている。このような、超音波探触子の図形を表示すると、現在の挿入量が直感的に把握され、オペレータが誤って挿入し過ぎる等の事故の防止に役立つ。
【００５６】図２４は、図１７に示す超音波探触子を用いて、その超音波探触子を体表にあてがいながら断層像を得たときの、人体に対する超音波探触子の位置を示す図、図２５、図２６は、表示画面上に表示される線画の各例を示す図である。図２５、図２６の縦軸は、人体の腹部の縦方向の位置を示している。ここで、図２５（Ａ）の横に延びる直線は、超音波探触子２１が図２４（Ａ）の位置にあるときの断層像の位置を示しており、図２５（Ｂ）の矩形は、超音波探触子２１が図２４（Ｂ）のように人体１に対し斜めにあてがわれているときの断層像が含まれる領域を表わしている。また、図２６（Ａ），（Ｂ）の矩形は、超音波探触子２１がそれぞれ図２４（Ａ），（Ｂ）のようにあてがわれているときの、超音波探触子の位置を示している。このように、断層像の位置や超音波探触子の位置を表示することによって、断層像の取得にあたっては、表示画面を見ているだけで断層像や超音波探触子の位置を確認することができるため、人体に対する超音波探触子の位置を直接に確認する頻度を減らすことができ、断層像取得の後で断層像を表示する場合には、その表示された断層像が人体のどの位置の断層像であるかを容易に把握することができる。
【００５７】図２７は、超音波探触子を移動させながら断層像を得ている際に表示される線画のもう１つの例を示す図である。横軸は超音波探触子の移動速度を表わしており、ハッチングが付された棒グラフは現在の超音波探触子の移動速度、６０ｍｍ／ｓｅｃの位置に描かれた縦棒は、６０ｍｍ／ｓｅｃが移動速度の上限であることを意味している。生体内を超音波が伝播する速度ｃ≒１５００ｍｍ／ｓｅｃの物理的制約から、１つの断層像を生成するには、様々な条件で変動するものの、およそ１／３０ｓｅｃ程度の時間を必要とする。そのため、超音波探触子の移動速度が速すぎると、５ｍｍ間隔あるいは２ｍｍ間隔といった所定の間隔で断層像を得ようとしても、その間隔では断層像を得ることが不可能となってしまう。そこで、操作パネル７０１から必要な断層像の生成間隔が入力された場合に、この図２７に示すように、超音波探触子の移動速度の上限を計算して断層像とともに表示する。さらに、ここでは、超音波探触子の移動速度（図２７のハッチングの部分）も表示し、移動速度の上限を超えないようにオペレータに対して注意を促す。このような表示を行ないながら、超音波探触子の移動量を求め、所定の移動間隔で断層像を得る。このような表示を行なうことで超音波探触子を速く動かしすぎることによる断層像の取得の失敗を未然に防止することができる。ちなみに、１つの断層像を得るに１／３０ｓｅｃを必要とし、２ｍｍ間隔の断層像を得るためには、図２７に示すように６０ｍｍ／ｓｅｃが超音波探触子の移動速度の上限となる。尚、図２７では、超音波探触子の移動速度とその移動速度の上限との双方が表示されているが、移動速度のみを表示してもよく、その移動速度の上限のみを表示してもよい。
【００５８】図２８は、超音波探触子を移動させて、三次元的な断層像を得ている様子を表わす模式図である。この図２８には、解り易さのため、画像メモリ５００１を立体的に表現し、断層像の各画素のデータを格納する、画像メモリ５００１の各メモリ領域５００１ａを、その三次元断層像の各画素に対応する生体内の各分割領域にそのまま重畳させた状態の概念図が示されている。ここでは、超音波探触子２１がｘ−ｘ’方向に移動しながら断層像が生成され、画像メモリ５００１に格納される。ここで、超音波探触子２１が一定距離移動するごとに断層像を生成する場合は、その生成された断層像に対応する断面に並ぶメモリ領域群にその断層像のデータを格納していくことで三次元断層像が生成される。一方、超音波探触子を移動させながら、一定時間間隔で断層像を生成する場合は、生成した断層像のデータを、その断層像を得たときの超音波探触子の移動量に応じた断面に格納する。超音波探触子を速く動かしすぎるとメモリ領域には順番には格納されないことになるが、超音波探触子２１をｘ−ｘ’方向に何回か往復させるうちに全てのメモリ領域を埋めることができる。このようにして生成された三次元断層像は、その三次元断層像を構成する複数の二次元断層像を順次に表示し、あるいはそれら複数の二次元断層像のうちの特定の二次元断層像を表示するために用いてもよいが、その三次元断層像のまま、すなわち任意の方向から見た斜視図として、表示してもよい。
【００５９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、超音波探触子の、生体に対する相対移動を正確に検出することができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５２２３
【氏名又は名称】富士通株式会社
【出願日】 平成１０年６月１７日（１９９８．６．１７）
【代理人】 【識別番号】１０００９４３３０
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 正紀
【公開番号】 特開２０００−５１７８（Ｐ２０００−５１７８Ａ）
【公開日】 平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）
【出願番号】 特願平１０−１８５７５７