JP2007190067A - ワイヤレス超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波プローブから装置本体へ無線送信される信号の伝送品質を向上させる。
【解決手段】プローブ本体１００は、被検体に対して超音波を送受波してエコーデータを取得する。無線送信部１２０は、プローブ本体１００から分離して設けられ、プローブ本体１００によって取得されたエコーデータを装置本体２００へ無線送信する。無線送信部１２０は、プローブ本体１００から分離して設けられているため、診断部位などに応じてプローブ本体１００が様々な位置や方向で利用される場合においても、無線送信部１２０を装置本体２００の受信アンテナ２０２の方向に向けておくことが可能になる。このため、超音波プローブから装置本体２００へ無線送信される信号の伝送品質を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波プローブから装置本体へエコー情報を無線送信するワイヤレス超音波診断装置に関する。

超音波プローブで得られたエコーデータを装置本体へ無線送信するワイヤレス超音波診断装置が知られている（特許文献１〜３参照）。

ワイヤレス超音波診断装置では、超音波プローブに送信アンテナが取り付けられ、その送信アンテナから、超音波信号によって変調された無線信号が空間内へ送信される。そして、装置本体に設けられた受信アンテナによってその無線信号が受信され、受信された信号が装置本体内において復調されて画像処理などが行われる。

ワイヤレス超音波診断装置によって、超音波プローブと装置本体とを接続するプローブケーブルが無くなることにより、超音波プローブの操作性が飛躍的に向上することが期待されている。しかしながら、ワイヤレス超音波診断装置を具現化するにあたっては、いくつかの克服すべき課題があるのも事実である。

特開２００４−１４１３２８号公報 特開昭５５−１５１９５２号公報 特開昭５３−１０８６９０号公報

ワイヤレス超音波診断装置の具現化にあたって克服すべき課題として、例えば、超音波プローブから装置本体へ無線送信される無線信号の指向性に依存する伝送品質の劣化を挙げることができる。つまり、実際に患者などを診断する際には、超音波プローブが様々な位置や方向で利用される。診断の部位によっては、超音波プローブに設けられた送信アンテナから送信される電波や光などの伝送媒体が患者やオペレータなどに遮られ、その結果、装置本体の受信アンテナが十分な受信感度で信号を受信できないことが予想される。

このため、超音波プローブと装置本体との間における指向性に依存する伝送品質の劣化を抑制する技術が望まれていた。

本発明は、このような背景において成されたものであり、その目的は、超音波プローブから装置本体へ無線送信される信号の伝送品質を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様であるワイヤレス超音波診断装置は、超音波プローブから装置本体へエコーデータを無線送信するワイヤレス超音波診断装置であって、前記超音波プローブは、被検体に対して超音波を送受波してエコーデータを取得するプローブ本体部と、プローブ本体部から分離して設けられ、プローブ本体部によって取得されたエコーデータを装置本体へ無線送信する無線送信部と、を含むことを特徴とする。

上記態様では、無線送信部がプローブ本体部から分離して設けられているため、診断部位などに応じてプローブ本体部が様々な位置や方向で利用される場合においても、無線送信部を装置本体の受信アンテナの方向に向けておくことが可能になる。このため、超音波プローブから装置本体へ無線送信される信号（エコーデータ）の伝送品質を向上させることができる。

望ましい態様において、前記プローブ本体部と前記無線送信部は、互いにケーブルで接続され、前記プローブ本体部は、ユーザの手に把持され、前記無線送信部は、ユーザの身体に装着される、ことを特徴とする。この態様において、無線送信部は、装置本体の受信アンテナの方向に向くようにユーザの身体に装着されることが望ましい。例えば、無線送信部は、ユーザの胸ポケットに装着される。あるいは、無線送信部は、ユーザの首からぶら下げられてもよいし、腰に装着されてもよいし、頭部に装着されてもよい。

望ましい態様において、前記プローブ本体部と前記無線送信部の二つのうちの一方に電池が内蔵され、前記プローブ本体部と前記無線送信部を互いに接続するケーブルを介して二つのうちの一方から他方に前記電池の電力が供給される、ことを特徴とする。望ましい態様において、前記ケーブル内の信号伝送線を介して前記電力が供給されることを特徴とする。

本発明により、超音波プローブから装置本体へ無線送信される信号の伝送品質を向上させることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係るワイヤレス超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。本実施形態のワイヤレス超音波診断装置は、プローブ本体１００と無線送信部１２０からなる超音波プローブと装置本体２００で構成されており、プローブ本体１００で取得されたエコーデータが無線送信部１２０から無線信号で装置本体２００へ送信される。

プローブ本体１００は、被検体に対して超音波を送受波する複数の振動子１０２を備えている。各振動子１０２には、図示しない超音波の送信回路などが接続されており、送信回路から出力される信号に応じて、複数の振動子１０２から超音波パルスが被検体に向けて送波される。そして、複数の振動子１０２によって、被検体から得られる反射波（エコー）が受波される。

複数の振動子１０２の各々に対応して、増幅器１０４とアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１０６が設けられている。各増幅器１０４は、対応する振動子１０２の受波結果を増幅して対応するＡＤＣ１０６へ出力する。これにより、各振動子１０２の各々から得られる受波信号がデジタル化されて複数のＡＤＣ１０６からデジタルビームフォーマ１０８へ出力される。

デジタルビームフォーマ１０８は、複数のＡＤＣ１０６から得られる受波データを整相加算することにより受信ビームフォーミングを行う回路である。本実施形態において、デジタルビームフォーマ１０８は、第一段階目の整相加算処理を行う。つまり、複数の振動子１０２、例えば６４個の振動子１０２について、隣接する８個の振動子１０２で構成される振動子群ごとに整相加算処理を行う。そして、８つの振動子群の各々について整相加算処理を行い、各振動子群の整相加算結果を１チャンネルとして、８つの振動子群で合計８チャンネルの整相加算データを出力する。

ちなみに、後に説明する装置本体２００内のデジタルビームフォーマ２１８において第二段階目の整相加算処理が行われ、全ての振動子１０２から得られる受波データが１本のビームデータとして纏められる。

ＰＳ変換部１１０は、デジタルビームフォーマ１０８において形成された８チャンネルの整相加算データをパラレルデータとして受け取り、受け取った８チャンネルのパラレルデータを時間軸方向に一列に並べたシリアルデータに変換する。そして、シリアルデータに変換された８チャンネル分の整相加算データは、ケーブル駆動回路１１２を経てケーブル１１４に出力される。

なお、デジタルビームフォーマ１０８は、次々に出力される受波データを受信ビームごとに整相加算処理する。そのため、デジタルビームフォーマ１０８から、複数の受信ビームに関する整相加算結果が次々に出力され、ＰＳ変換部１１０から複数の受信ビームの整相加算データが時系列順で次々に出力される。そこで、ＰＳ変換部１１０から出力される一連のシリアルデータ内に、各受信ビームの同期データが挿入され、シリアルデータ内における受信ビームごとの区切りが設けられる。また、ＰＳ変換部１１０から出力されるシリアルデータ内に、受波データの整相加算結果や受信ビームの同期データに加えて、プローブ設定データなどの情報が挿入されてもよい。

こうして、プローブ本体１００から、ケーブル１１４を介して、受波データの整相加算結果などを含んだシリアルデータが出力される。

無線送信部１２０は、プローブ本体１００から供給されるシリアルデータを無線信号で装置本体２００へ送信する。変調器１２２は、ケーブル１１４を介して供給されるシリアルデータに基づいてＰＳＫ（Phase Shift Keying）などのデジタル変調処理を施す。ＰＳＫに換えてＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）やＦＳＫ（Frequency Shift Keying）などのデジタル変調処理を利用してもよい。そして、変調器１２２においてデジタル信号により変調された信号が電力増幅器１２４において電力増幅され、送信アンテナ１２６から無線信号として送信される。送信アンテナ１２６は、例えば、平面アンテナである。

こうして、１チャンネルにまとめられたデジタルエコー信号により変調された無線信号が送信される。例えば、送信キャリア周波数が６０ＧＨｚで、帯域が１ＧＨｚ程度の１チャンネルの無線信号が送信される。

無線送信部１２０から送信された無線信号は、装置本体２００の受信アンテナ２０２によって受信され、前置振幅器２０３を経由して電力増幅器２０４において電力増幅されてから復調器２０６へ送られる。復調器２０６は、ＰＳＫなどのデジタル変調処理が施された無線信号に対して復調処理を施し、波形再生回路２０８へ出力する。これにより、無線送信部１２０の変調器１２２によって変調される前のデータ、つまりプローブ本体１００から出力されたシリアルデータに対応したデータが波形再生回路２０８において再生される。

波形再生回路２０８で再生されたデータ、つまり、受波データの整相加算結果などを含んだシリアルデータは、フレーム同期検出回路２１０などに出力される。フレーム同期検出回路２１０は、シリアルデータに含まれるフレーム同期信号を検出する。

ＳＰ変換部２１４は、波形再生回路２０８から出力されるシリアルデータに含まれる８チャンネルの整相加算データをパラレルデータに変換する。その際、フレーム同期検出回路２１０において検出されたフレーム同期信号に基づいて８チャンネルのパラレルデータに変換する。

こうして、プローブ本体１００のデジタルビームフォーマ１０８によって形成されたデータに対応するパラレルデータがメモリ２１６に記憶される。メモリ２１６に記憶されたデータは、メモリ２１６の後段の処理に応じたタイミングで読み出される。なお、メモリ２１６としては、例えばＦＩＦＯ（First Input First Output）型のデバイスが利用される。

デジタルビームフォーマ２１８は、メモリ２１６に記憶されたパラレルデータを読み出して、第二段階目の整相加算処理を実行する。つまり、デジタルビームフォーマ１０８によって形成されたデータに相当するパラレルデータをメモリ２１６から読み出し、読み出した８チャンネル分のパラレルデータに基づいて整相加算処理を実行し、全ての振動子１０２から得られる受波データを纏めて１本のビームデータを形成する。ビームデータは受信ビームごとに次々に形成されて画像形成部２２０へ出力される。

画像形成部２２０は、受信ビームごとに次々に形成されるビームデータに基づいて、Ｂモード画像、Ｍモード画像、ドプラ画像などの超音波画像の画像データを形成する。そして、形成された画像データに対応した超音波画像が表示部２２２に表示される。

なお、波形再生回路２０８で再生されたシリアルデータは、プローブ設定データ認識回路２１２にも出力される。プローブ設定データ認識回路２１２は、シリアルデータに含まれるプローブ設定データを読み出し、プローブ本体１００の設定状態を確認する。例えば、プローブ本体１００側に設定された診断モードを確認し、その診断モード情報が画像形成部２２０へ出力される。そして、画像形成部２２０は、プローブ本体１００側に設定された診断モードに応じた画像形成処理、つまりＢモード画像、Ｍモード画像またはドプラ画像の画像形成処理を実行して画像データを形成する。

以上に説明したように、本実施形態のワイヤレス超音波診断装置では、超音波プローブが、プローブ本体１００と無線送信部１２０に分離された構成となっている。そして、ケーブル１１４を介して、プローブ本体１００から無線送信部１２０へデータが供給されている。本実施形態では、このケーブル１１４を介して電力の供給も行われる。

図２は、プローブ本体１００と無線送信部１２０との間におけるデータと電源の伝送を説明するための図である。

本実施形態では、プローブ本体１００と無線送信部１２０からなる超音波プローブの電力源として、プローブ本体１００または無線送信部１２０に電池１１８が内蔵される。図２には、プローブ本体１００に電池１１８が内蔵された形態が示されている。

プローブ本体１００に設けられた電池１１８は、プローブ本体１００内の各部に電力（電源）を供給する。つまり、デジタルビームフォーマ１０８やＰＳ変換部１１０やケーブル駆動回路１１２などに電力を供給する。電池１１８は、充電式でもよいし非充電式のものでもよい。

さらに、プローブ本体１００に設けられた電池１１８は、ケーブル１１４を介して無線送信部１２０へ電力を供給している。つまり、ケーブル１１４を介して無線送信部１２０内の各部に電力（電源）を供給している。

図１を利用して説明したように、ケーブル１１４には、データ（シリアルデータ）も出力されている。本実施形態では、ケーブル１１４内のデータを伝送するための信号伝送線を介して、データと共に電池１１８の電力が伝送される。

プローブ本体１００において、ＰＳ変換部１１０から出力されるシリアルデータは、ケーブル駆動回路１１２内のバッファ（アンプ）を介してケーブル１１４に出力される。ケーブル駆動回路１１２から出力されるデータは、コンデンサを経由してケーブル１１４に出力される。一方、プローブ本体１００内の電池１１８から出力される電源は、コイルを経由して、シリアルデータと同じ伝送線に出力される。つまり、ＡＣ成分であるデータ（シリアルデータ）とＤＣ成分である電源が同一の伝送線上を伝送する。

そして、無線送信部１２０において、ケーブル１１４を伝送したデータが、コンデンサとバッファ（アンプ）を介して波形整形回路１２８に供給され、波形整形回路１２８においてシリアルデータが整形される。一方、ケーブル１１４を伝送した電源は、コイルを経由して無線送信部１２０内の波形整形回路１２８、変調器１２２、電力増幅器１２４に供給される。

このように、ケーブル１１４内の同一伝送線上を伝送したデータと電源が、コンデンサとコイルによって、ＡＣ成分であるデータとＤＣ成分である電源とに分離される。なお、無線送信部１２０内に電池１１８が設けられ、無線送信部１２０からプローブ１００へ電源を供給する際にも、図２と同様の原理によって、つまりコンデンサとコイルによって、データと電源を分離すればよい。なお、ケーブル１１４内に電力伝送線と信号伝送線を別々に設けてもよいことはいうまでもない。

図３は、本実施形態のワイヤレス超音波診断装置の超音波プローブの外観図である。本実施形態の超音波プローブは、プローブ本体１００と無線送信部１２０が、互いにケーブル１１４を介して接続された構成である。

プローブ本体１００は、ユーザ（検査者）が手に持って利用するため、手に持ちやすい形状や大きさや重さであることが望ましい。なお、プローブ本体１００の形状（外観）は、従来公知の超音波プローブの形状と同様のものでもよい。

無線送信部１２０は、ユーザの身体に装着される。例えば、ユーザの胸のポケットなどに装着される。図１を利用して説明したように、無線送信部１２０には、無線信号を送信するための送信アンテナ１２６が設けられている。そのため、図３に示すように、無線送信部１２０の外表面には送信アンテナ１２６が現れている。ユーザは、送信アンテナ１２６が超音波診断装置の装置本体に向けられるように、無線送信部１２０を装着する。

ユーザは、無線送信部１２０を身体に装着した状態で、プローブ本体１００を手に持って診断を行う。そのため、ケーブル１１４は、ユーザがプローブ本体１００を手に持った状態で手を自由に動かせる程度の長さであれば十分である。なお、ケーブル１１４の長さを変更できる機構を設けて、診断用途などに応じてユーザがケーブル１１４の長さを設定できるようにしてもよい。

また、ケーブル１１４内には、伝送信号がシリアルデータで伝送され、さらに、信号伝送線を利用して電力が伝送されるため、ケーブル１１４内の伝送線の数が極めて少なくて済む。従って、ケーブル１１４を比較的細くして機械的柔軟性を持たせることができる。

図４は、本実施形態のワイヤレス超音波診断装置の装置本体に設けられた無線受信部の外観図である。図１を利用して説明したように、装置本体２００には超音波プローブから送信される無線信号を受信する受信アンテナ２０２が設けられている。

図４において、受信アンテナ２０２は、無線受信部Ａ，Ｂの各々に設けられている。無線受信部Ａ，Ｂは、例えば、装置本体２００外部の別々の場所に取り付けられ、ケーブル２０５とアンテナ選択回路２０７を介して、装置本体２００内部へ受信信号を伝送する。

アンテナ選択回路２０７は、無線受信部Ａと無線受信部Ｂの二つの受信アンテナ２０２から受信信号を取得する。そして、それら受信信号の大きさ（電力）を比較して、大きい方つまり受信感度のよい方の受信アンテナ２０２を選択し、選択した受信アンテナ２０２で取得された受信信号を装置本体２００内部に伝送する。

なお、装置本体２００内部から、アンテナ選択回路２０７やケーブル２０５を介して、無線受信部Ａと無線受信部Ｂに電力（電源）が供給される。

図５は、本実施形態のワイヤレス超音波診断装置の使用例を説明するための図である。図５には、ワイヤレス超音波診断装置を利用するユーザ（検査者）１０が、プローブ本体１００を手に持ち、プローブ本体１００を患者２０の腹部に当てて診断を行う様子が示されている。

図５において、プローブ本体１００から分離して設けられる無線送信部１２０は、ユーザ１０の胸のポケットに装着されている。そして、無線送信部１２０から、無線信号である電波が装置本体２００の無線受信部に向けて送信されている。また、無線受信部を介して無線信号を受信した装置本体２００は、その無線信号に基づいて患者２０の診断部位に関する超音波画像を形成して表示部であるモニタに表示する。

超音波診断装置を使用して診断を行う場合、ユーザ１０は、モニタに映し出される画像を確認しながら患者２０の診断部位を探す。そのため、ユーザ１０は、体の正面を超音波診断装置側に向けて診断する。

本実施形態のワイヤレス超音波診断装置を使用して診断する場合、ユーザ１０は、装置本体２００に映し出される画像を確認しながら、プローブ本体１００を患者２０の腹部に当てて診断する。その際、ユーザ１０は、体の正面を装置本体２００側に向けて診断する。そのため、送信アンテナをユーザ１０の前方に向けた状態で無線送信部１２０を胸ポケットに装着しておくことにより、診断の際、送信アンテナが装置本体２００側に向けられることになる。

このように、本実施形態のワイヤレス超音波診断装置では、診断の際に送信アンテナが装置本体２００側に向けられるため、無線信号の指向性に依存する伝送品質の劣化を抑制することができる。また、プローブ本体１００から無線送信部１２０が分離されているため、プローブ本体１００の位置や方向を変化させた場合でも、送信アンテナを装置本体２００側に向けておくことができる。

したがって、本実施形態のワイヤレス超音波診断装置では、プローブ本体１００の位置や方向の自由度を保ちつつ、つまり、高い操作性を維持しつつ、無線信号の指向性に依存する伝送品質の劣化を抑制することができる。

なお、無線送信部１２０は、ユーザ１０の胸ポケットに限らず、装置本体２００の受信アンテナの方向に向くようにユーザに装着すればよい。

図６から図８は、無線送信部１２０をユーザ１０の身体に装着させる様々な態様を示している。図６は、無線送信部１２０をユーザ１０の首からぶら下げた状態を示している。図７は、無線送信部１２０をユーザ１０の腰のベルトに装着した状態を示している。そして、図８は、無線送信部１２０をユーザ１０の頭に鉢巻状のベルトを介して装着した状態を示している。本実施形態では、プローブ本体から無線送信部１２０が分離して設けられているため、例えば、図６から図８に示すような様々な位置に無線送信部１２０を装着することができる。

なお、ユーザ１０の診断時の姿勢や装置本体の位置などに応じて、無線送信部１２０が装置本体の受信アンテナの方向に向くように、ユーザ１０の体の側面などに無線送信部１２０を装着することも可能である。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。

例えば、図１に示す実施形態において、装置本体２００から超音波プローブ側に無線信号が送信されてもよい。つまり、装置本体２００に送信アンテナを設け、超音波プローブの無線送信部１２０内に受信アンテナを設けることにより、装置本体２００の送信アンテナから無線送信部１２０内の受信アンテナに無線信号を送信するようにしてもよい。

また、図１に示す実施形態において、無線信号として、電波信号に換えて光信号を利用してもよい。

本発明に係るワイヤレス超音波診断装置の全体構成図である。 プローブ本体と無線送信部との間におけるデータと電源の伝送を説明するための図である。 ワイヤレス超音波診断装置の超音波プローブの外観図である。 装置本体に設けられた無線受信部の外観図である。 ワイヤレス超音波診断装置の使用例を説明するための図である。 無線送信部を首からぶら下げた状態を示す図である。 無線送信部を腰のベルトに装着した状態を示す図である。 無線送信部を鉢巻状のベルトを介して頭に装着した状態を示す図である。

符号の説明

１００ プローブ本体、１１４ ケーブル、１２０ 無線送信部、２００ 装置本体。

Claims (5)

1. 超音波プローブから装置本体へエコーデータを無線送信するワイヤレス超音波診断装置であって、
   前記超音波プローブは、
   被検体に対して超音波を送受波してエコーデータを取得するプローブ本体部と、
   プローブ本体部から分離して設けられ、プローブ本体部によって取得されたエコーデータを装置本体へ無線送信する無線送信部と、
   を含む、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
2. 請求項１に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記プローブ本体部と前記無線送信部は、互いにケーブルで接続され、
   前記プローブ本体部は、ユーザの手に把持され、
   前記無線送信部は、ユーザの身体に装着される、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
3. 請求項２に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記無線送信部は、ユーザの胸ポケットに装着される、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
4. 請求項３に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記プローブ本体部と前記無線送信部の二つのうちの一方に電池が内蔵され、
   前記プローブ本体部と前記無線送信部を互いに接続するケーブルを介して二つのうちの一方から他方に前記電池の電力が供給される、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。
5. 請求項４に記載のワイヤレス超音波診断装置において、
   前記ケーブル内の信号伝送線を介して前記電力が供給される、
   ことを特徴とするワイヤレス超音波診断装置。

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