JP2010051621A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オペレータが片手で持ちながら容易に装置の操作をすることが可能な超音波診断装置を提供する。
【解決手段】この超音波診断装置は、超音波診断装置に対する入力操作に用いられる操作部と、超音波探触子に駆動信号を供給するとともに、超音波探触子から出力される受信信号を処理する送受信部と、送受信部によって処理された受信信号に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、画像信号生成部によって生成された画像信号に基づいて超音波画像を表示する表示部と、少なくとも送受信部及び画像信号生成部を収納し、端縁部分の一端又は両端において表示部を開閉可能に支持する筐体であって、操作部が設けられている主面と反対側の底面が凹形状を有するように湾曲しており、端縁部分に他の部分よりも肉厚である肉厚部を有する筐体とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。

医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な撮像技術が開発されている。特に、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、リアルタイムで画像観察を行うことができる上に、Ｘ線写真やＲＩ（radio isotope）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い撮像技術として、産科領域における胎児診断の他、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。

従来、超音波診断装置は、専用の診察室内に設置される大型のものが主流であったが、超音波診断のたびに、超音波診断装置が設置された診断室に被験者を移動させる必要があり、被験者にとって大きな負担となっていた。このような被験者の負担を軽減するために、超音波診断装置を操作するオペレータ（診断者）が容易に持ち歩いて使用できるような超音波診断装置が求められている。また、大規模災害時のトリアージ診断において、不特定の場所にオペレータが超音波診断装置を容易に持ち歩いて使用できるようにするためにも、超音波診断装置の持ち運び易さや使い易さが求められている。

関連する技術として、特許文献１には、トランスデューサアレイやその信号を処理する集積回路等を、ハンドヘルドのエンクロージャー内に搭載した超音波診断装置が開示されている。具体的には、トランスデューサアレイ、集積回路、ユーザ・コントローラ、ディスプレイ及びバッテリーを１つのエンクロージャー内に収容した１ピースの超音波診断装置とともに、トランスデューサアレイ、集積回路及びユーザ・コントローラを１つのユニットに、ディスプレイ及びバッテリーをもう１つのユニットに収容した２ピースの超音波診断装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１には、１ピース又は２ピースのハンドヘルドのエンクロージャー内にトランスデューサアレイやディスプレイ等を搭載するという以外に、超音波診断装置の持ち運び易さや使い易さを考慮した構成は開示されていない。

特許文献２には、撮像ユニットと、表示及び制御ユニットとを、それぞれ片手で保持して操作できる超音波システムが開示されている。特許文献２の図２０によれば、この超音波システムの表示及び制御ユニットは、手のひら大のモニターモジュールと、このモニターモジュールの手前側に取り付けられたハンドルとを有しており、このハンドルにより表示及び制御ユニットを保持するようになっている。

特許文献２のようにかなり小型でスペックを限定した超音波システムであれば、片手で超音波システムを保持することも可能と思われるが、モニターをより大きくするなどスペックを改善した場合には、診断を行いながら長時間片手で超音波システムを保持することは容易ではない。
特表２００２−５２６１４３号公報（第８−１０頁、図２−４） 特開２００３−２９９６５２号公報（第２１頁、図２０）

そこで、上記の点に鑑み、本発明は、オペレータが片手で持ちながら容易に操作をすることが可能な超音波診断装置を提供す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診断装置は、超音波診断装置に対する入力操作に用いられる操作部と、超音波探触子に駆動信号を供給するとともに、超音波探触子から出力される受信信号を処理する送受信部と、送受信部によって処理された受信信号に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、画像信号生成部によって生成された画像信号に基づいて超音波画像を表示する表示部と、少なくとも送受信部及び画像信号生成部を収納し、端縁部分の一端又は両端において表示部を開閉可能に支持する筐体であって、操作部が設けられている主面と反対側の底面が凹形状を有するように湾曲しており、端縁部分に他の部分よりも肉厚である肉厚部を有する筐体とを具備する。

本発明によれば、筐体の底面が凹形状を有することにより、筐体の底面がオペレータの前腕部で支え易くなるとともに、端縁部分に肉厚部を形成したことにより、肉厚部が手で握り易くなるので、オペレータが筐体を片手で持ちながら容易に超音波診断装置の操作をすることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を省略する。
図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す斜視図であり、図３は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す正面図である。図１〜図３に示すように、この超音波診断装置は、超音波探触子１０と、筐体２０と、表示部３０とを備えている。ここで、筐体２０及び表示部３０は、超音波診断装置本体を構成する。

表示部３０は、筐体２０の遠方側の端縁部分の一端において該端縁部分と平行な回転軸３２の周りに回動可能な軸支部３１によって、筐体２０に対して開閉可能となるように支持されている。図１には、筐体２０に対して表示部３０が開いた状態が示されており、図２には、筐体２０に対して表示部３０が閉じた状態が示されている。

図１に示すように、筐体２０の主面（上面）には、超音波診断装置に対する入力操作に用いられる操作部２８が設けられている。また、図３に示すように、筐体２０は、少なくとも筐体２０の手前側の端縁部分２０ｃにおいて、主面と反対側の底面が凹形状を有するように湾曲している。これにより、筐体２０の手前側の端縁部分２０ｃは、円弧状に中央が反り上がる形状を有している。より好ましくは、筐体２０の底面全体が、湾曲した形状を有している。

このように、筐体２０の底面が凹形状を有する形状としたので、オペレータは、筐体２０の底面を、オペレータの前腕部（腕の肘から手首までの部分）１００によって容易に支えることができる。また、オペレータが筐体２０の底面を片腕で支えながら診察を行う場合に、やじろべえと同様に重心が下がって、超音波診断装置の姿勢が安定するという効果が得られる。

筐体２０は、操作部２８を操作するオペレータから見て遠方側の端縁部分において、他の部分よりも肉厚である肉厚部２０ａを有している。肉厚部２０ａは、筐体２０の底面側が膨らんだ形状となっている。具体的には、筐体２０の底面において、筐体２０の遠方側の端縁部分に沿って蒲鉾形の凸部が設けられている。これにより、オペレータは、手で棒を握るような感覚で肉厚部２０ａを握ることができる。

このように、オペレータから見て遠方側の端縁部分に肉厚部２０ａを形成したので、オペレータは、筐体２０の底面を前腕部１００によって支えつつ、手のひらと指全体で棒を握るような感覚で肉厚部２０ａを握ることができ、手首や指に余計な力を入れることなく、片手でしっかりと筐体２０を保持することができる。従って、オペレータは、筐体２０を片手で持ちながら操作部２８を操作したり、筐体２０を片手で持ちながら、もう片方の手で、超音波探触子１０の操作や操作部２８を用いた入力操作などを容易に行うことができる。

オペレータが筐体２０の底面を片腕で支えながら診察を行うことを考慮して、筐体２０の大きさ（面積）は、Ｂ５サイズ〜Ａ４サイズであり、超音波診断装置全体の重さは、２ｋｇ〜５ｋｇであることが望ましい。また、表示部３０が開いた状態において姿勢の安定を保つために、表示部３０の重さは、超音波診断装置全体の重さの１／４以下であることが望ましい。

また、肉厚部２０ａの厚さは、手の大きさに合わせて、１５ｍｍ〜４０ｍｍとすることが望ましい。特に、ユニバーサルデザインや人間工学の観点からは、肉厚部２０ａの厚さを３２ｍｍ程度とすることが適切である。肉厚部２０ａを握り易くするために、肉厚部２０ａ以外の筐体２０の厚さを肉厚部２０ａの厚さの３／４以下とし、肉厚部２０ａの湾曲の曲率半径を１０ｍｍ〜３０ｍｍとすることが望ましい。

さらに、肉厚部２０ａの底面側において、オペレータの腕に接触する領域に、ゴム素材を貼り付け、又は、凹凸構造を形成して、すべり防止のための表面加工を施すことが望ましい。肉厚部２０ａの背面側においても、オペレータの指にフィットするように、波型の凹凸形状を形成したり、ゴム素材を貼り付けることが望ましい。

図２に示すように、筐体２０の肉厚部２０ａの一部には、超音波探触子１０を収納する収納部２０ｂが形成されている。ここで、超音波探触子１０は略円筒状の外形を有しており、筐体２０の肉厚部２０ａには、超音波探触子１０の外形に対応する空洞が収納部２０ｂとして形成されている。

このように、超音波探触子１０を収納する収納部２０ｂを筐体２０の肉厚部２０ａに形成することによって、肉厚部２０ａのスペースを有効利用して、超音波探触子１０を超音波診断装置本体と一緒に持ち運びすることができる。また、後で説明するように、超音波診断装置本体と超音波探触子１０との間における信号の送受信を無線で行うようにして、超音波診断装置本体と超音波探触子１０とが信号線で接続されていない場合においても、超音波探触子１０が超音波診断装置本体から離れて紛失するような事故を防止することができる。なお、超音波診断装置本体と超音波探触子１０との信号の送受信を有線で行う場合には、筐体２０の収納部２０ｂ又はその近傍に、信号線を収容する収容部を形成してもよい。

図１及び図２に示すように、表示部３０は、表示部３０の下方側の端縁部分のうち、操作部２８を操作するオペレータから見て右側から中央にかけての部分が切り欠かれた形状となっており、表示部３０を開閉可能に支持する軸支部３１は、オペレータから見て遠方側の端縁部分の左端のみに形成されている。これにより、オペレータが筐体２０の肉厚部２０ａを握る際に、表示部３０によってオペレータの手の指先１０１が邪魔されることがない。従って、オペレータは、前腕部１００から指先１０１までの全体を使って確実に筐体２０を保持することができる。また、オペレータは、表示部３０を回転させることにより、表示部３０を見る方向に合わせて表示部３０の向きを調節することができる。なお、表示部３０は、上記と左右逆の形状、即ち、表示部３０の下方側の端縁部分のうち、オペレータから見て左側から中央にかけての部分が切り欠かれた形状としてもよい。その場合には、表示部３０を開閉可能に支持する軸支部３１は、オペレータから見て右側の部分に形成される。

超音波診断においては、オペレータが、一方の手で超音波探触子１０を患者の各部に当接させながら、表示部３０に表示される超音波画像を観察したり、超音波画像を患者に見せたりする必要があるので、他方の手で筐体２０を保持しながら表示部３０の向きを自由に変えられることは非常に便利である。また、オペレータは、一方の手で超音波探触子１０を患者の各部に当接させながら、他方の手で操作部２８を操作することもできるので、超音波診断を迅速に行うことが可能となる。

次に、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の内部構成について説明する。
図４は、本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の内部構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波探触子１０と、超音波診断装置本体とによって構成される。超音波診断装置本体は、走査制御部１１と、送信遅延パターン記憶部１２と、送信制御部１３と、駆動信号発生部１４と、受信信号処理部２１と、受信遅延パターン記憶部２２と、受信制御部２３と、Ｂモード画像生成部（画像信号生成部）２４と、Ｄ／Ａ変換器２５と、制御部２６と、格納部２７と、操作部２８と、表示部３０とを有している。駆動信号発生部１４と受信信号処理部２１とは、送受信部を構成する。ここで、走査制御部１１〜駆動信号発生部１４、及び、受信信号処理部２１〜格納部２７は、図１〜図３に示す筐体２０に収納されており、操作部２８は、筐体２０の主面に設けられている。

被検体に当接させて用いられる超音波探触子１０は、１次元又は２次元のトランスデューサアレイを構成する複数の超音波トランスデューサ１０ａを備えている。それらの超音波トランスデューサ１０ａは、印加される駆動信号に基づいて超音波を送信すると共に、伝搬する超音波エコーを受信して受信信号を出力する。

各超音波トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛：Pb(lead) zirconate titanate）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：polyvinylidene difluoride）に代表される高分子圧電素子等の圧電性を有する材料（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、圧電体が伸縮する。この伸縮により、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、それらの超音波の合成によって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って伸縮し、電気信号を発生する。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。

走査制御部１１は、超音波ビームの送信方向及び超音波エコーの受信方向を順次設定する。送信遅延パターン記憶部１２は、超音波ビームを形成する際に用いられる複数の送信遅延パターンを記憶している。送信制御部１３は、走査制御部１１において設定された送信方向に応じて、送信遅延パターン記憶部１２に記憶されている複数の遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて、複数の超音波トランスデューサ１０ａの駆動信号にそれぞれ与えられる遅延時間を設定する。あるいは、送信制御部１３は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように遅延時間を設定しても良い。

駆動信号発生部１４は、例えば、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応する複数のパルサによって構成されている。駆動信号発生部１４は、送信制御部１３によって設定された遅延時間に従って、複数の超音波トランスデューサ１０ａから送信される超音波が超音波ビームを形成するように複数の駆動信号を超音波探触子１０に供給し、又は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように複数の駆動信号を超音波探触子１０に供給する。

受信信号処理部２１は、複数の超音波トランスデューサ１０ａに対応して、複数の増幅器（プリアンプ）２１ａと、複数のＡ／Ｄ変換器２１ｂとを含んでいる。超音波トランスデューサ１０ａから出力される受信信号は、増幅器２１ａにおいて増幅され、増幅器２１ａから出力されるアナログの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２１ｂによってディジタルの受信信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器２１ｂは、ディジタルの受信信号を、受信制御部２３に出力する。

受信遅延パターン記憶部２２は、複数の超音波トランスデューサ１０ａから出力される複数の受信信号に対して受信フォーカス処理を行う際に用いられる複数の受信遅延パターンを記憶している。受信制御部２３は、走査制御部１１において設定された受信方向に基づいて、受信遅延パターン記憶部２２に記憶されている複数の受信遅延パターンの中から所定のパターンを選択し、そのパターンに基づいて複数の受信信号に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音線信号が形成される。

Ｂモード画像生成部２４は、受信制御部２３によって形成された音線信号に基づいて、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。Ｂモード画像生成部２４は、ＳＴＣ（sensitivity time control）部２４ａと、包括線検波部２４ｂと、ＤＳＣ（digital scan converter：ディジタル・スキャン・コンバータ）２４ｃとを含んでいる。

ＳＴＣ部２４ａは、受信制御部２３によって形成された音線信号に対して、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施す。包絡線検波部２４ｂは、ＳＴＣ部２４ａにおいて補正が施された音線信号に対して包絡線検波処理を施すことにより、包絡線信号を生成する。ＤＳＣ２４ｃは、包絡線検波部２４ｂによって生成された包絡線信号を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）し、階調処理等の必要な画像処理を施すことにより、Ｂモード画像信号を生成する。

Ｄ／Ａ変換器２５は、Ｂモード画像生成部２４から出力されるディジタルの画像信号を、アナログの画像信号に変換する。表示部３０は、例えば、ＣＲＴやＬＣＤ等のディスプレイ装置を含んでおり、アナログの画像信号に基づいて診断画像を表示する。

制御部２６は、操作部２８を用いたオペレータの操作に従って、走査制御部１１、Ｂモード画像生成部２４等を制御する。本実施形態においては、走査制御部１１、送信制御部１３、受信制御部２３、Ｂモード画像生成部２４、及び、制御部２６が、ＣＰＵとソフトウェア（プログラム）によって構成されるが、これらをディジタル回路やアナログ回路で構成しても良い。ソフトウェア（プログラム）は、格納部２７に格納される。格納部２７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、又は、ＤＶＤ−ＲＯＭ等を用いることができる。

図４においては、超音波診断装置本体と超音波探触子１０との間で信号線を介して信号の送受信を行う例が示されているが、本実施形態はこれに限られず、超音波診断装置本体と超音波探触子１０との間で無線による信号の送受信を行うようにしても良い。無線による信号の送受信を行う場合には、超音波診断装置本体の駆動信号発生部１４及び受信信号処理部２１に第１の無線送受信器を接続するとともに、超音波探触子１０の超音波トランスデューサ１０ａに駆動信号出力回路及び受信信号増幅回路を介して第２の無線送受信器を接続し、第１の無線送受信器と第２の無線送受信器との間で無線信号を送受信する。無線信号の搬送波としては、電磁波、磁界、赤外線などを用いることができる。また、超音波探触子１０内の回路に電源電圧を供給するために、超音波探触子１０内に電池（蓄電池等）が備えられる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す斜視図であり、筐体２０に対して表示部３０が開いた状態を示している。第２の実施形態においては、表示部３０の下端の切り欠きが、端縁部分の中央部にのみ形成されており、表示部３０を開閉可能に支持する軸支部３１ａ及び３１ｂが、端縁部分の左右両方にそれぞれ形成されている。このような構成によっても、オペレータが筐体２０の肉厚部２０ａを握る際に、表示部３０によってオペレータの手の指先１０１が邪魔されることはない。従って、オペレータは、前腕部１００から指先１０１までの全体を使って確実に筐体２０を保持することができる。その他の点については、図１〜図４に示す第１の実施形態と同様である。

本発明は、超音波を送受信することにより生体内の臓器等の撮像を行って、診断のために用いられる超音波画像を生成する超音波診断装置において利用することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す正面図である。 本発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る超音波診断装置の外観を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 超音波探触子
１０ａ 超音波トランスデューサ
１１ 走査制御部
１２ 送信遅延パターン記憶部
１３ 送信制御部
１４ 駆動信号発生部
２０ 筐体
２０ａ 肉厚部
２０ｂ 収納部
２０ｃ 手前側の端縁部分
２１ 受信信号処理部
２１ａ 増幅器
２１ｂ Ａ／Ｄ変換器
２２ 受信遅延パターン記憶部
２３ 受信制御部
２４ Ｂモード画像生成部
２４ａ ＳＴＣ部
２４ｂ 包絡線検波部
２４ｃ ＤＳＣ
２５ Ｄ／Ａ変換器
２６ 制御部
２７ 格納部
２８ 操作部
３０ 表示部
３１ 軸支部
３２ 回転軸
１００ オペレータの前腕部
１０１ オペレータの指先

Claims (4)

1. 超音波診断装置であって、
   前記超音波診断装置に対する入力操作に用いられる操作部と、
   超音波探触子に駆動信号を供給するとともに、前記超音波探触子から出力される受信信号を処理する送受信部と、
   前記送受信部によって処理された受信信号に基づいて画像信号を生成する画像信号生成部と、
   前記画像信号生成部によって生成された画像信号に基づいて超音波画像を表示する表示部と、
   少なくとも前記送受信部及び前記画像信号生成部を収納し、端縁部分の一端又は両端において前記表示部を開閉可能に支持する筐体であって、前記操作部が設けられている主面と反対側の底面が凹形状を有するように湾曲しており、前記端縁部分に他の部分よりも肉厚である肉厚部を有する前記筐体と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記表示部が、前記筐体の前記端縁部分の一端又は両端において前記端縁部分と平行な回転軸の周りに回動可能な軸支部によって前記筐体に対して開閉可能に支持されており、
   前記表示部の前記端縁部分のうち前記軸支部が設けられている部分以外の部分に切欠きが形成されている、
   請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記筐体の底面が、前記端縁部分において膨らんだ形状を有する、請求項１又は２記載の超音波診断装置。
4. 前記筐体の前記肉厚部の一部に、前記超音波探触子を収納する収納部が形成されている、請求項１乃至３の何れか一項記載の超音波診断装置。

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