JP5266351B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

この発明は、超音波診断装置に係り、特に、超音波プローブの振動子アレイから超音波を送受信することにより生成された超音波画像に基づいて診断を行う超音波診断装置の超音波プローブの無線給電に関する。

従来から、医療分野において、超音波画像を利用した超音波診断装置が実用化されている。一般に、この種の超音波診断装置は、振動子アレイを内蔵した超音波プローブと、この超音波プローブに接続された装置本体とを有しており、超音波プローブから被検体に向けて超音波を送信し、被検体からの超音波エコーを超音波プローブで受信して、その受信信号を装置本体で電気的に処理することにより超音波画像が生成される。

近年、超音波プローブと診断装置本体との間を接続する通信ケーブルの煩わしさを解消して操作性を向上させるために、超音波プローブと診断装置本体とを無線通信により接続する超音波診断装置が開発されている。このような無線式の超音波診断装置では、例えば、特許文献１に記載のように、超音波プローブ内に電源としてバッテリが内蔵されており、バッテリの充電が必要なときは、診断装置本体に設置されたプローブホルダに超音波プローブを収納した状態で診断装置本体の給電部から電磁誘導等により非接触で超音波プローブ内のバッテリに給電がなされるか、または、診断装置周辺に設置された他の給電装置の給電部から、同様に非接触でバッテリに給電がなされる。

特開２０１０−２３３８２６号公報

しかしながら、このような特許文献１に記載の超音波診断装置の場合、超音波プローブの給電を診断装置本体から行う際は、超音波プローブをプローブホルダに収納しなければならず、給電中はその使用をすることができない。また、診断装置周辺に設置された他の給電装置から給電する場合も、操作者の立ち位置に応じて、超音波プローブの受電部との間の距離が変化したり、超音波診断装置周辺にある電子機器などの影響を受け、超音波プローブに効率よく電力を供給することができなくなるおそれがあった。
この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、超音波プローブの操作性を損なうことなく超音波プローブに安定した無線給電を行うことができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

この発明に係る超音波診断装置は、超音波プローブと診断装置本体とが無線通信により接続され、超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて診断装置本体で超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブに配置されると共に超音波プローブ内の各部に電気的に接続された無線受電部と、操作者の身体に取り付け可能で且つ超音波プローブの無線受電部に無線接続されて超音波プローブ内の各部に給電を行うための複数の無線給電部と、これら複数の無線給電部に接続された給電制御部とを有する給電ユニットとを備え、給電制御部は、複数の無線給電部のうち超音波プローブの無線受電部に給電可能で且つ最も給電効率の高い無線給電部から給電を行うものである。

超音波プローブは、外部から無線受電部の位置を視認可能な筐体を有することが好ましい。
超音波プローブは、その筐体に配置され且つ無線受電部による給電効率を示すインジケータをさらに備えることもできる。
また、無線給電部は、超音波プローブによる超音波エコーの受信中は給電を停止することが好ましい。
さらに、無線給電部は、超音波プローブと診断装置本体との無線通信中は給電を停止することが好ましい。
給電ユニットは、操作者の手に嵌めるグローブまたは操作者の身にまとうジャケットに取り付けられてもよい。

この発明は、給電ユニットを操作者の身体に取り付け可能としたので、超音波プローブの操作性を損なうことなく超音波プローブに安定した無線給電を行うことができる。

この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１において、給電ユニットが取り付けられたグローブを示す図である。 給電ユニットが取り付けられたジャケットを示す図である。 実施の形態２で用いられた給電ユニットを示すブロック図である。 実施の形態２で用いられた給電ユニットグローブを示す図である。 実施の形態３における超音波プローブを示す斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
図１に、この発明の実施の形態１に係る超音波診断装置の構成を示す。超音波診断装置は、超音波プローブ１と、この超音波プローブ１と無線通信により接続された診断装置本体２と、超音波プローブ１へ無線給電を行う給電ユニット３を備えている。

超音波プローブ１は、１次元又は２次元の振動子アレイの複数チャンネルを構成する複数の超音波トランスデューサ４を有し、これらトランスデューサ４にそれぞれ対応して受信信号処理部５が接続され、受信信号処理部５にデータ格納部６、整相加算部７および信号処理部８を順次介して無線通信部９が接続されている。また、複数のトランスデューサ４に送信駆動部１０を介して送信制御部１１が接続され、複数の受信信号処理部５に受信制御部１２が接続され、無線通信部９に通信制御部１３が接続されている。そして、送信制御部１１、受信制御部１２および通信制御部１３にプローブ制御部１４が接続されている。さらに、プローブ制御部１４には、バッテリ制御部１５を介してバッテリ１６が接続され、バッテリ１６に充電のための無線受電部１７が接続されている。

複数のトランスデューサ４は、それぞれ送信駆動部１０から供給される駆動信号に従って超音波を送信すると共に被検体からの超音波エコーを受信して受信信号を出力する。各トランスデューサ４は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）に代表される圧電セラミックや、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）に代表される高分子圧電素子、ＰＭＮ−ＰＴ（マグネシウムニオブ酸・チタン酸鉛固溶体）に代表される圧電単結晶等からなる圧電体の両端に電極を形成した振動子によって構成される。
そのような振動子の電極に、パルス状又は連続波の電圧を印加すると、圧電体が伸縮し、それぞれの振動子からパルス状又は連続波の超音波が発生して、それらの超音波の合成により超音波ビームが形成される。また、それぞれの振動子は、伝搬する超音波を受信することにより伸縮して電気信号を発生し、それらの電気信号は、超音波の受信信号として出力される。

送信駆動部１０は、例えば、複数のパルサを含んでおり、送信制御部１１によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数のトランスデューサ４から送信される超音波が被検体内の組織のエリアをカバーする幅広の超音波ビームを形成するようにそれぞれの駆動信号の遅延量を調節して複数のトランスデューサ４に供給する。

各チャンネルの受信信号処理部５は、受信制御部１２の制御の下で、対応するトランスデューサ４から出力される受信信号に対して直交検波処理又は直交サンプリング処理を施すことにより複素ベースバンド信号を生成し、複素ベースバンド信号をサンプリングすることにより、組織のエリアの情報を含むサンプルデータを生成する。受信信号処理部５は、複素ベースバンド信号をサンプリングして得られるデータに高能率符号化のためのデータ圧縮処理を施すことによりサンプルデータを生成してもよい。
データ格納部６は、メモリ等によって構成され、複数の受信信号処理部５で生成された少なくとも１フレーム分のサンプルデータを格納する。

整相加算部７は、プローブ制御部１４において設定された受信方向に応じて、予め記憶されている複数の受信遅延パターンの中から１つの受信遅延パターンを選択し、選択された受信遅延パターンに基づいて、サンプルデータによって表される複数の複素ベースバンド信号にそれぞれの遅延を与えて加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理により、超音波エコーの焦点が絞り込まれたベースバンド信号（音線信号）が生成される。
信号処理部８は、整相加算部７により生成された音線信号に対し、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施した後、通常のテレビジョン信号の走査方式に従う画像信号に変換（ラスター変換）することにより、被検体内の組織に関する断層画像情報であるＢモード画像信号を生成する。

無線通信部９は、信号処理部８で生成されたＢモード画像信号に基づいてキャリアを変調して伝送信号を生成し、伝送信号をアンテナに供給してアンテナから電波を送信することにより、Ｂモード画像信号を送信する。変調方式としては、例えば、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）、ＰＳＫ（Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、１６ＱＡＭ（16 Quadrature Amplitude Modulation）等が用いられる。
無線通信部９は、診断装置本体２との間で無線通信を行うことにより、Ｂモード画像信号を診断装置本体２に送信すると共に、診断装置本体２から各種の制御信号を受信して、受信された制御信号を通信制御部１３に出力する。通信制御部１３は、プローブ制御部１４によって設定された送信電波強度でＢモード画像信号の送信が行われるように無線通信部９を制御すると共に、無線通信部９が受信した各種の制御信号をプローブ制御部１４に出力する。

プローブ制御部１４は、診断装置本体２から送信される各種の制御信号に基づいて、超音波プローブ１の各部の制御を行う。
バッテリ１６は、超音波プローブ１の電源として機能し、超音波プローブ１内の電力を必要とする各部に電力を供給する。バッテリ制御部１５は、バッテリ１６から超音波プローブ１内各部への電力供給を制御すると共に、バッテリ１６の電力残量を監視し、さらに、バッテリ１６が無線受電部１７を介して給電ユニット３から無線充電されるのを制御する。
なお、超音波プローブ１は、リニアスキャン方式、コンベックススキャン方式、セクタスキャン方式等の体外式プローブでもよいし、ラジアルスキャン方式等の超音波内視鏡用プローブでもよい。

一方、診断装置本体２は、無線通信部１８を有し、この無線通信部１８に画像処理部１９が接続され、画像処理部１９に表示制御部２０と画像格納部２１がそれぞれ接続され、表示制御部２０に表示部２２が接続されている。また、無線通信部１８に通信制御部２３が接続され、表示制御部２０および通信制御部２３に装置本体制御部２４が接続されている。さらに、装置本体制御部２４には、オペレータが入力操作を行うための操作部２５と、動作プログラム等を格納する格納部２６がそれぞれ接続されている。

無線通信部１８は、超音波プローブ１との間で無線通信を行うことにより、各種の制御信号を超音波プローブ１に送信する。また、無線通信部１８は、アンテナによって受信される信号を復調することにより、Ｂモード画像信号を出力する。
通信制御部２３は、装置本体制御部２４によって設定された送信電波強度で各種の制御信号の送信が行われるように無線通信部１８を制御する。
画像処理部１９は、通信制御部２３から入力されるＢモード画像信号に階調処理等の各種の必要な画像処理を施した後、Ｂモード画像信号を表示制御部２０に出力する、あるいは画像格納部２１に格納する。

表示制御部２０は、画像処理部１９によって画像処理が施されたＢモード画像信号に基づいて、表示部２２に超音波診断画像を表示させる。表示部２２は、例えば、ＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、表示制御部２０の制御の下で、超音波診断画像を表示する。

このような診断装置本体２において、画像処理部１９、表示制御部２０、通信制御部２３および装置本体制御部２４は、ＣＰＵと、ＣＰＵに各種の処理を行わせるための動作プログラムから構成されるが、それらをデジタル回路で構成してもよい。上記の動作プログラムは、格納部２６に格納される。格納部２６における記録媒体としては、内蔵のハードディスクの他に、フレキシブルディスク、ＭＯ、ＭＴ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたはＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

給電ユニット３は、無線給電部２７を有し、図２に示すように、操作者の手に嵌めるグローブ２８の甲部に取り付けられている。超音波プローブ１内のバッテリ制御部１５によりバッテリ１６の電力残量が予め設定されたしきい値を下回ったと判定されると、無線給電部２７から超音波プローブ１の無線受電部１７に電磁誘導等により非接触で電力が供給され、バッテリ１６の充電動作が実行される。従って、グローブ２８を嵌めた手で、超音波プローブ１を把持すれば、無線受電部１７と無線給電部２７との間の距離が近接するため、操作者の超音波プローブ１の把持方法、操作者の立ち位置及び超音波診断装置の周囲にある他の機器の影響を受けることなく、無線給電部２７からバッテリ１６に安定して電力を供給することができる。
また、操作者は、有線による超音波プローブに比べ、ケーブルの煩わしさなく操作することができる。さらに、超音波プローブ１を使用している間も給電することが可能であるため、バッテリ１６を大型化しなくても、随時、超音波プローブ１を使用することもできる。

なお、実施の形態１では、給電ユニット３を操作者の手に嵌めるグローブ２８に取り付けたが、この発明は、操作者の身体に取り付け可能であればこれに限定されず、図３に示すように、給電ユニット３を操作者が身にまとうジャケット２９、例えば、ポケットの中に取り付けてもよい。

実施の形態２
実施の形態１に係る超音波診断装置の給電ユニット３の代わりに、図４に示すような給電ユニット３０を用いることもできる。
給電ユニット３０は、複数の無線給電部２７ａ〜２７ｃを備え、それぞれ給電制御部３１に接続されている。複数の無線給電部２７ａ〜２７ｃは、例えば、図５に示すように、グローブ３２の指先、甲及び手首にそれぞれ備え付けられる。
給電制御部３１は、超音波プローブ１から無線通信により伝送されたバッテリ１６の電力残量に基づき、必要に応じて複数の無線給電部２７ａ〜２７ｃの中から、操作者がグローブ３２を嵌めた手で超音波プローブ１を把持した状態で無線受電部１７に充電可能で、最も近接して給電効率の高い無線給電部を選択して、無線受電部１７に対し無線送電させ、バッテリ１６に給電を行わせる。
このような給電ユニット３０を備えれば、無線受電部１７と無線給電部２７との間の距離が近接する上、無線受電部１７に対して複数の方向に無線給電部２７ａ〜２７ｃが配置され、その複数の無線給電部２７の中から操作者の超音波プローブの把持方法に適切な無線給電部が選択されて給電動作が行われるため、操作者の把持方法に影響されることなく、超音波プローブ１のバッテリ１６に、安定した電力供給を行うことができる。

実施の形態３
上述の実施の形態１及び２に係る超音波診断装置の超音波プローブ１の筐体には、無線受電部１７による給電効率を示すインジケータを備えることができる。図６に示す超音波プローブ３３は、バッテリ１６内の電力残量に応じて、段階的に点灯数が変化する複数のランプを備えたインジケータ３５を有している。このような超音波プローブ３３を有する超音波診断装置であれば、操作者が診断を行いながら、バッテリ１６の電力残量及び給電が効率よく行われているかどうかを適宜確認することができる。
なお、給電効率を示すインジケータは、これに限定されるものではなく、バッテリ１６の電力残量を数値で示すものであってもよいし、給電が行われていることをランプの点滅により表示するものであってもよい。

なお、上述の実施の形態１〜３に係る超音波診断装置において、超音波プローブ１または３３は、内蔵された無線受電部１７の位置を認識できるような筐体を有することが好ましい。この無線受電部１７の位置を認識できるような筐体としては、外部から無線受電部１７を、直接、視認できるような透明な筐体、及び、その位置が認識できるような符号を付した筐体などが挙げられる。このような超音波プローブ１または３３であれば、容易に、給電ユニット３内の無線給電部２７を無線受電部１７に近接させることができるため、効率よく安定に電力供給を行うことができる。

また、上述の実施形態１〜３に係る超音波診断装置において、無線給電部２７、２７ａ〜２７ｃは、超音波プローブ１による超音波エコーの受信中は給電を停止することが好ましい。このように無線給電を行えば、無線給電部２７から発生する強い磁場の影響を受けて超音波による弱い電気信号に生じるノイズを抑制することができる。

さらに、無線給電部２７、２７ａ〜２７ｃは、超音波プローブ１と診断装置本体２との無線通信中は給電を停止することが好ましい。このような無線給電を行えば、無線給電部２７から発生する強い磁場の影響を受けて無線通信部９から伝送される弱い画像信号に生じるノイズを抑制し、また、診断装置本体２への送信速度の低下を防止することができる。

１、３３ 超音波プローブ、２ 診断装置本体、３、３０ 給電ユニット、４ トランスデューサ、５ 受信信号処理部、６ データ格納部、７ 整相加算部、８ 信号処理部、９ 無線通信部、１０ 送信駆動部、１１ 送信制御部、１２ 受信制御部、１３ 通信制御部、１４ プローブ制御部、１５ バッテリ制御部、１６ バッテリ、１７ 無線受電部、１８ 無線通信部、１９ 画像処理部、２０ 表示制御部、２１ 画像格納部、２２ 表示部、２３ 通信制御部、２４ 装置本体制御部、２５ 操作部、２６ 格納部、２７、２７ａ、２７ｂ、２７ｃ 無線給電部、２８、３２ グローブ、２９ ジャケット、３１ 給電制御部、３４ 筐体、３５ インジケータ。

Claims (6)

1. 超音波プローブと診断装置本体とが無線通信により接続され、前記超音波プローブの振動子アレイから被検体に向けて超音波ビームが送信されると共に被検体による超音波エコーを受信した前記超音波プローブの振動子アレイから出力された受信信号を処理し、処理された受信信号に基づいて前記診断装置本体で超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記超音波プローブに配置されると共に前記超音波プローブ内の各部に電気的に接続された無線受電部と、
   操作者の身体に取り付け可能で且つ前記超音波プローブの前記無線受電部に無線接続されて前記超音波プローブ内の各部に給電を行うための複数の無線給電部と、これら複数の前記無線給電部に接続された給電制御部とを有する給電ユニットと
   を備え、
   前記給電制御部は、前記複数の前記無線給電部のうち前記超音波プローブの前記無線受電部に給電可能で且つ最も給電効率の高い前記無線給電部から給電を行うことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記超音波プローブは、外部から前記無線受電部の位置を視認可能な筺体を有する請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記超音波プローブの筺体に配置され且つ前記無線受電部による給電効率を示すインジケータをさらに備えた請求項１または２に記載の超音波診断装置。
4. 前記無線給電部は、前記超音波プローブによる超音波エコーの受信中は給電を停止する請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記無線給電部は、前記超音波プローブと診断装置本体との無線通信中は給電を停止する請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
6. 前記給電ユニットは、操作者の手に嵌めるグローブまたは操作者の身にまとうジャケットに取り付けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

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