超聲波診斷裝置和超聲波探頭驅動電壓設定方法

專利名稱：超聲波診斷裝置和超聲波探頭驅動電壓設定方法
技術領域：
本公開涉及利用超聲波使被檢體的體內圖像化并進行診斷的超聲波診斷裝置和超聲波探頭驅動電壓設定方法。
背景技術：
超聲波診斷裝置是一種如下的醫用裝置從超聲波探頭(以下簡稱為探頭)向被檢體發送超聲波，接收由于構成被檢體的組織的聲阻抗的差異而生成的反射波并顯示在顯示部上。該超聲波診斷裝置的診斷是如下進行的通過使探頭與被檢體的體表接觸，生成實時的超聲波圖像并在顯示器上顯示超聲波圖像。超聲波的發送是通過使探頭中內置的多個超聲波振子振動而進行的。由于該多個超聲波振子的振動，在發送時探頭會發熱。為了確保與發熱的探頭接觸的被檢體的安全，國際安全標準規定了對于探頭表面溫度的允許溫度的上限。以往為了在允許溫度范圍內使用探頭而提出如下技術在超聲波振子的附近安裝溫度傳感器，根據溫度傳感器的溫度檢測結果來設定超聲波的發送條件(例如參照日本特開2007-202077號公報)。在上述現有的超聲波診斷裝置中，通過從一維排列的超聲波振子收發超聲波，生成二維的超聲波圖像。近年來，通過在二維方向上收發超聲波而生成三維超聲波圖像的裝置投入實用。通過連續進行二維方向上的超聲波收發和超聲波圖像的生成，可以實時地生成三維的超聲波圖像。為了生成三維超聲波圖像，設計出一邊使一維排列的多個超聲波振子在相對于排列方向正交的方向搖動一邊收發超聲波的機械四維探頭、以及將多個超聲波振子排列成二維陣列狀的二維陣列探頭。在機械四維探頭中，利用探頭中內置的步進電機等驅動部件來搖動超聲波振子。在二維陣列探頭中，由探頭中內置的陣列驅動基板向二維排列的各超聲波振子供給電信號。—般情況下，在超聲波診斷裝置所使用的探頭內有熱源，因此用戶考慮到基于國際基準的發熱規定而設定超聲波診斷裝置的發送條件。在以往，熱源僅為多個超聲波振子， 因此控制超聲波振子的發熱值。但是，在生成三維圖像的超聲波診斷裝置所使用的探頭內， 熱源有多個，因此經常通過利用探頭表面的相對于氣溫的相對溫度控制的驅動電壓，進行超聲波振子的發送控制。因此，過度地受到控制的發送驅動電壓被輸出給超聲波振子，從而不能充分地提高超聲波診斷裝置的靈敏度，不能達到目標性能。

發明內容
本實施例鑒于上述狀況而作出，在超聲波診斷裝置內獨立地保存對形成探頭內的多個熱源的每個部件所產生的溫度變化進行了預測的表。即，通過預測溫度變化，設定能夠以最佳的發送驅動電壓控制超聲波探頭的動作參數。通過將發送條件控制成允許溫度范圍內的值，可以將探頭表面溫度保持在安全范圍內。本實施例提供一種超聲波診斷裝置和超聲波探頭驅動電壓設定方法，通過將超聲波探頭的動作參數設定為最佳，滿足安全基準并且提高超聲波探頭的靈敏度、大大提高畫質。本發明的一個實施例的超聲波診斷裝置，其特征在于，具有超聲波探頭，在被檢體的規定方向上收發多個超聲波；輸入部，向所述探頭輸入動作參數，所述動作參數至少包括超聲波的發送波形、發送間隔、發送頻率或多個超聲波的焦點位置中的任意一個；在一維方向上排列的多個超聲波振子，內置于所述探頭中，根據所述動作參數和驅動電壓收發超聲波；驅動部件，內置于所述探頭中，根據搖動參數使所述多個超聲波振子搖動，所述搖動參數至少包括超聲波搖動角度、搖動速度或角度分辨率中的任意一個；存儲部，存儲第1溫度變化信息和第2溫度變化信息，所述第1溫度變化信息將所述動作參數與由所述多個超聲波振子引起的溫度變化相關聯，所述第2溫度變化信息將搖動參數與由所述驅動部件引起的溫度變化相關聯；以及控制部，根據從所述輸入部提供的所述動作參數、所述搖動參數、所述第1溫度變化信息和所述第2溫度變化信息，設定所述驅動電壓。本發明的另一個實施例的超聲波診斷裝置，其特征在于，具有超聲波探頭，在被檢體的規定方向上收發多個超聲波；輸入部，輸入所述探頭的動作參數；在二維方向上排列的多個超聲波振子，內置于所述探頭中，根據動作參數收發超聲波，所述動作參數包括超聲波的發送波形、發送間隔、發送頻率或超聲波的焦點位置中的至少任意一個；切換部，內置于所述探頭中，根據列參數切換所述在二維方向上排列的多個超聲波振子的驅動列，所述列參數包括信號導通路徑信息和切換速度；存儲部，存儲第1溫度變化信息和第2溫度變化信息，所述第1溫度變化信息將所述動作參數與由所述多個超聲波振子引起的溫度變化相關聯，所述第2溫度變化信息將所述列參數與由所述切換部引起的溫度變化相關聯；以及控制部，根據所述動作參數、所述列參數、所述第1溫度變化信息和所述第2溫度變化信息，設定所述驅動電壓。本發明的一個實施例的超聲波診斷裝置的超聲波探頭驅動電壓設定處理方法，所述超聲波診斷裝置具有內置多個超聲波振子的超聲波探頭、系統控制部和記錄各種溫度表的存儲部，其特征在于，在所述超聲波探頭驅動電壓設定處理方法中，輸入所述多個超聲波振子的搖動參數或列參數以及發送條件；根據所述輸入讀出記錄在存儲部中的搖動參數-允許溫度表或列參數-允許溫度表；計算針對所述輸入的搖動參數而在所述搖動參數-允許溫度表中指定的允許溫度的上限值，或者在所述列參數-允許溫度表中指定的針對列參數的相對飽和溫度；從所述存儲部讀出發送條件-最大飽和溫度表；
利用針對所述輸入的發送條件的最大飽和溫度，計算滿足所述允許溫度的上限值或所述相對飽和溫度的最大驅動電壓；利用所述最大驅動電壓、所述輸入的搖動參數或列參數，驅動所述探頭。


圖1是示出本發明的實施方式所涉及的超聲波診斷裝置的內部結構的框圖。圖2A是機械四維探頭的x-z平面剖面圖。圖2B是機械四維探頭的y_z平面剖面圖。圖3是示出本發明的實施方式所涉及的機械四維探頭的超聲波振子的結構的圖。圖4A是二維陣列探頭的x-z平面剖面圖。圖4B是二維陣列探頭的y_z平面剖面圖。圖5是示出本發明的實施方式所涉及的二維陣列探頭的超聲波振子的結構的圖。圖6A是表示一個實施方式所涉及的驅動電壓與最大飽和溫度的關聯的曲線圖。圖6B是表示另一個實施方式所涉及的驅動電壓與最大飽和溫度的關聯的曲線圖。圖7A示出將圖6A的驅動電壓與最大飽和溫度變化相關聯的溫度變化。圖7B示出將圖6B的驅動電壓與最大飽和溫度變化相關聯的溫度變化。圖8是表示實施方式所涉及的搖動參數與相對飽和溫度的關系的曲線圖。圖9示出實施方式所涉及的搖動參數與允許溫度上限的關系。圖10示出實施方式所涉及的將搖動參數與允許溫度上限相關聯的溫度變化信肩、ο圖11示出實施方式所涉及的列參數與相對飽和溫度的關系。圖12示出實施方式所涉及的列參數與允許溫度上限的關系。圖13示出實施方式所涉及的將列參數與允許溫度上限相關聯的溫度變化信息。圖14是示出實施方式所涉及的收發條件設定處理方法的流程圖。圖15示出本發明的實施方式所涉及的搖動參數與相對飽和溫度的關系。圖16是示出本發明的實施方式所涉及的收發條件的其它設定處理的流程圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的實施方式所涉及的超聲波診斷裝置1包括系統控制部10和探頭20。另外，超聲波診斷裝置1的結構不限于此，可以適當追加構成要素。系統控制部 10包括操作部11、存儲部12、顯示部13、超聲波圖像生成部15、收發部16、B模式處理部17 和多普勒處理部18。探頭20內置多個超聲波振子21。探頭20根據從收發部16接收到的超聲波的發送條件和驅動電壓，從特定的超聲波振子21發送超聲波信號。并且，由同一超聲波振子21 接收從被檢體反射的超聲波(以下稱為回波信號)并將其轉換成電信號。為了在二維方向上控制超聲波收發的指向性，本實施例中的探頭20使用機械四維探頭和二維陣列探頭這兩種探頭。機械四維探頭如圖2所示內置有在一維方向上排列的多個超聲波振子，并且具備使超聲波振子21在與排列方向正交的方向上搖動的驅動部。二維陣列探頭如圖4所示內置有排列成二維陣列狀的多個超聲波振子，并且具備切換超聲波振子的列的驅動基板。另外，在以下的實施例中，將超聲波振子的驅動電壓、指定使機械四維探頭的驅動部搖動的條件的搖動參數、以及指定由二維陣列探頭的驅動基板驅動屬于哪一列的超聲波振子的列參數總稱為探頭的動作參數。向探頭20輸出驅動信號的收發部16具有脈沖發生器電路和延遲電路(都未圖示)。脈沖發生器電路重復產生使探頭20發送超聲波的額定脈沖。延遲電路向額定脈沖附加使超聲波收斂成束狀并決定發送指向性的延遲時間。從收發部21向探頭20輸出的驅動信號中包含指定超聲波振子21的驅動參數的發送條件信息。發送條件包括超聲波的發送波形、發送間隔、發送頻率、超聲波的焦點位置等。與系統控制部10連接的探頭20是機械四維探頭的情況下，從收發部21向探頭20 輸出的驅動信號中包含指定使驅動部搖動的條件的搖動參數信息。搖動參數包括驅動部對超聲波振子的搖動角度、搖動速度和角度分辨率等信息。角度分辨率是針對超聲波振子的傾斜角度指定每多少度進行超聲波收發的參數。與系統控制部10連接的探頭20是二維陣列探頭的情況下，從收發部21向探頭20 輸出的驅動信號中包含指定驅動屬于二維陣列的哪一列的超聲波振子21的列參數信息。 列參數包括驅動基板觀切換超聲波振子21的電信號的導通路徑的切換速度和切換順序等 fn息ο收發部16還具備放大電路、A/D轉換器、加法器(都未圖示)，對探頭20接收到的回波信號進行處理。放大電路對探頭20接收到的回波信號進行放大，A/D轉換器向回波信號提供用于決定放大后的回波信號的接收指向性所需的延遲時間。加法器對被提供了延遲時間的回波信號進行加法運算，生成與超聲波發送掃描行對應的回波信號。由收發部21生成的回波信號被提供給B模式處理部17或多普勒處理部18。當機械四維探頭與系統控制部10連接的情況下，回波信號的輸出與超聲波振子 21接收到超聲波的時刻的超聲波振子21的傾斜角度相關聯地進行。該傾斜角度信息用于超聲波圖像生成部15進行的三維圖像的生成處理。另一方面，當二維陣列探頭與系統控制部10連接的情況下，回波信號的輸出與接收到超聲波的超聲波振子21所屬的列的信息相關聯地進行。該列信息用于超聲波圖像生成部15進行的三維圖像的生成處理。B模式處理部17生成根據收發部16輸出的回波信號的振幅強度而變化的B模式信號。B模式處理部17將所生成的B模式信號輸出到超聲波圖像生成部15。多普勒處理部18檢測出回波信號的頻率變遷，生成提取出組織或血流的移動速度的多普勒信號。多普勒處理部18將多普勒信號輸出到超聲波圖像生成部15。超聲波圖像生成部15根據從B模式處理部17和多普勒處理部18輸出的B模式信號和多普勒信號生成超聲波圖像。超聲波圖像的生成是一邊根據從操作部12指示的模式切換信號切換圖像生成模式一邊進行的。例如，在操作部12指示了 B模式的情況下，超聲波圖像生成部15將B模式信號映射到與超聲波的收發對應的坐標而生成B模式圖像。在操作部12指示了多普勒模式的情況下，超聲波圖像生成部15將多普勒信號映射到與超聲波的收發對應的坐標，生成進一步重疊在B模式圖像上的多普勒圖像。超聲波圖像生成部 15生成這些超聲波圖像并輸出到顯示部14。
與系統控制部10連接的探頭20是機械四維探頭的情況下，超聲波圖像生成部15 根據接收到回波信號的時刻的超聲波振子21的傾斜角度，生成各個超聲波圖像。例如，在超聲波振子21以1 種不同的傾斜角度接收到回波信號的情況下，超聲波圖像生成部15 針對每個傾斜角度而生成1 張超聲波圖像。進而，超聲波圖像生成部15通過利用傾斜角度信息來合成各超聲波圖像而生成三維的體數據。體數據的生成是通過利用傾斜信息將構成超聲波圖像的各像素映射為規定位置的體素而進行的。與系統控制部10連接的探頭20是二維陣列探頭的情況下，超聲波圖像生成部15 根據接收到回波信號的超聲波振子21所屬的列，生成各個超聲波圖像。例如，排列成64列的超聲波振子21分別接收到回波信號的情況下，超聲波圖像生成部15針對每列而生成64 張超聲波圖像。進而，超聲波圖像生成部15通過利用列信息來合成各超聲波圖像而生成三維的體數據。體數據的生成是通過利用列信息將構成超聲波圖像的各像素映射為規定位置的體素而進行的。超聲波圖像生成部15基于各種繪制(rendering)處理而將體數據變換成圖像數據，并輸出給顯示部13或存儲部12。在上述實施例中，根據模式切換信號來切換生成B模式圖像和多普勒圖像，但超聲波圖像生成部15生成的超聲波圖像不限于此，可以根據其它各種模式來生成超聲波圖像。例如，也可以是⑶I (Color Doppler Imaging，彩色多普勒成像)模式和M模式等，其中，在CDI模式下，針對回波信號中的發生頻率變遷的區域，根據頻率變遷計算組織或血流的移動速度/分散/回波信號的振幅，根據這些參數附加顏色并顯示，在M模式下，使特定診斷區域的反射波強度變化成為時間序列來顯示。另外還可以具有并列顯示模式，在該并列顯示模式下，在生成了 B模式圖像或多普勒圖像等超聲波圖像后，與其它模式的超聲波圖像并列而顯示新的超聲波圖像。顯示部13顯示從超聲波圖像生成部15輸出的超聲波圖像，例如包括IXD (液晶顯示器)或有機EL(電致發光)等。顯示部13還顯示用于超聲波圖像生成部15生成超聲波圖像的參數、探頭20收發超聲波時的參數等。存儲部12例如包括R0M(只讀存儲器)、RAM(隨機存取存儲器)、作為電可改寫可擦除的非易失性存儲器的閃速存儲器以及HDD (硬盤驅動器)等。存儲部12存儲由系統控制部10執行的各種應用程序、控制數據以及從超聲波圖像生成部15輸出的體數據和圖像數據等。另外，存儲部12還存儲將發送條件與最大飽和溫度相關聯的發送條件-最大飽和溫度表。發送條件-最大飽和溫度表將在某個發送條件下連續驅動超聲波振子21而使探頭20的表面溫度成為平衡狀態時的超聲波振子21的飽和溫度與發送條件相對應地記錄。當機械四維探頭與系統控制部10連接的情況下，存儲部12存儲將搖動參數與允許溫度相關聯的搖動參數-允許溫度表。搖動參數-允許溫度表將在某個搖動參數下驅動了機械四維探頭時不會對接觸探頭的被檢體帶來危險的限度的超聲波振子21的允許溫度與搖動參數相對應地記錄。另一方面，當二維陣列探頭與系統控制部10連接的情況下，存儲部12存儲將列參數與允許溫度相關聯的列參數-允許溫度表。列參數-允許溫度表將在某個列參數下驅動了二維陣列探頭時不會對接觸探頭的被檢體帶來危險的限度的超聲波振子21的允許溫度與列參數相對應地記錄。另外，存儲部12中記錄的表不限于上述兩個表。例如，還可以記錄將搖動參數與驅動部的溫度變化相對應地記錄的搖動參數-相對飽和溫度表、將列參數與驅動基板的溫度變化相對應地記錄的列參數-相對飽和溫度表等。操作部11例如使用機械式按鈕、撥盤、軌跡球、滑塊、輪等各種操作設備來構成， 將使用者進行的輸入轉換成電信號并輸出到系統控制部10。操作部11根據輸入操作輸出例如指示收發部16收發超聲波的開始/停止的指示信號、切換超聲波圖像生成部15生成超聲波圖像的模式的指示信號、以及指定發送條件或搖動參數的指示信號。圖2A是x-z平面上的機械四維探頭30的剖面圖，圖2B是y_z平面上的機械四維探頭30的剖面圖。在圖中，將超聲波振子21的排列方向設為χ軸，將超聲波振子21的超聲波放射方向的中心設為ζ軸。機械四維探頭30將沿著χ軸一維排列的超聲波振子21與背襯(lacking) 23連接。 并且通過臂M將背襯23與驅動部25連接。它們通過探頭外殼四可發揮作用地封裝。超聲波振子21根據從收發部16進行的電信號的輸入而向ζ方向發送超聲波。收發部16通過對向超聲波振子21輸出的電信號提供適當的延遲而改變從超聲波振子21發送的超聲波的指向性。該超聲波的指向性如圖2A所示，作為以ζ軸為中心的χ軸方向的傾斜角度，在+ θ -θ之間變化。超聲波振子21還接收來自被檢體的回波信號并轉換成電信號，提供給收發部16(圖1)。與超聲波振子21連接的背襯23使用吸收超聲波的鐵氧體橡膠等來構成。即，背襯23具有作為固定超聲波振子21的支撐體的功能以及吸收從超聲波振子21向-ζ方向放射的無用的超聲波的功能。背襯23經由臂M與驅動部25的一端連接。驅動部25是接收電信號而進行旋轉運動的電機。驅動部25根據從收發部16輸出的電信號，進行以圖中的軸X'為中心的臂 24的旋轉運動。如圖2Β所示，將與驅動部25連接的臂的傾斜作為以ζ軸為中心的y軸方向的傾斜角度，通過使其在+Φ -Φ之間變化而進行旋轉運動。以下將該旋轉運動稱為
“搖動”。超聲波振子21所收發的超聲波的指向性與驅動部25的搖動一起在傾斜角度 + Φ -Φ之間變化。超聲波振子21利用電信號的延遲使χ軸方向的指向性變化，并且利用驅動部25的搖動使y軸方向的指向性變化。從而，通過一邊控制電信號的延遲量和搖動一邊進行超聲波的收發，超聲波振子21可以針對xy平面二維地收發超聲波。驅動部25將從收發部16施加的電信號能量轉換成搖動運動，而使超聲波振子21 搖動。此時，電能量的一部分變成熱而從驅動部25放射。放射的熱在與驅動部25連接的各部件中傳播，從而使探頭外殼四的溫度、即機械四維探頭30的表面溫度上升。圖3示出超聲波振子21的構成。超聲波振子21包括聲透鏡216、匹配層215、接地電極214、振子213、信號電極212、引線211。聲透鏡216具有使發送超聲波和接收超聲波收斂于規定距離的功能，利用與生物組織大致相等的聲阻抗的硅橡膠等構成。匹配層215 為了進行振子213與生物組織的聲阻抗匹配，而將聲阻抗不同的多個部件貼在一起設置在振子213與聲透鏡216之間。接地電極214經由引線211的接地線與超聲波診斷裝置1的接地端子(未圖示)連接。振子213以與從信號電極212輸入的電信號對應的頻率振動， 從而發送超聲波。信號電極212設置在引線211與振子213之間，將從引線211輸入的電信號傳遞到振子213。引線211例如是設置在背襯23的表面或內部的電線，在收發部16和信號電極212之間傳遞電信號。在進行超聲波的收發的情況下，收發部16對振子213施加電信號。振子213將該電信號的電能轉換成聲音振動。伴隨該轉換，電能的一部分變成熱而從振子213放射。從振子213放射的熱傳播到與振子213連接的各部件，結果使探頭外殼四的溫度上升。振子 213發送的超聲波被背襯23吸收，而由被檢體反射的回波信號經由聲透鏡216由振子213 吸收。伴隨該超聲波的吸收的振動發熱并在各部件中傳播。從而使機械四維探頭30的探頭外殼四的表面溫度上升。圖4A、4B中示出二維陣列探頭40的內部結構。二維陣列探頭40中內置的超聲波振子21沿著χ軸和y軸這兩個軸二維排列。二維排列的超聲波振子21與背襯23連接，并且進而經由引線211與用于切換向超聲波振子21施加的電信號的驅動基板觀連接。這些部件通過探頭外殼四可起作用地封裝。響應于來自收發部16的信號輸入，超聲波振子21向ζ方向發送超聲波，并且接收來自被檢體的回波信號，將其轉換成電信號并向收發部16輸出。收發部16通過對向超聲波振子21輸出的電信號提供適當的延遲而改變從超聲波振子21發送的超聲波的指向性。 該超聲波的指向性是，以ζ軸為中心的χ軸方向的傾斜在+ θ -θ之間變化，y軸方向的傾斜在+ Φ -Φ之間變化。超聲波振子21經由背襯23和引線211與驅動基板28連接。驅動基板28作為用于切換施加電信號的超聲波振子21的列的切換元件而起作用。驅動基板觀根據從收發部 16輸出的驅動信號而切換施加電信號的超聲波振子21的列。因此，通過利用驅動基板觀選擇收發超聲波的超聲波振子21，可以對xy平面二維地收發超聲波。圖5示出二維排列的超聲波振子21的構成。與機械四維探頭同樣，超聲波振子21 包括聲透鏡216、匹配層215、接地電極214、振子213、信號電極212、引線211。與各個信號電極212連接的引線211與驅動基板觀連接。根據來自收發部16的電信號中包含的列參數，驅動基板觀進行切換動作。為了進行該切換處理，向驅動基板觀高速地輸入輸出多個電信號。該電信號的輸入輸出變成熱而從驅動基板觀放射。放射的熱在與驅動基板觀連接的各部件中傳播，從而使探頭外殼 29的溫度、即二維陣列探頭40的表面溫度上升。并且，在利用二維陣列探頭40的超聲波振子21進行超聲波的收發的情況下，振子 213進行的向聲音振動的轉換成為發熱的原因。從振子213放射的熱傳播到與振子213連接的各部件，從而使探頭外殼四的溫度上升。振子213的發送超聲波被背襯23吸收，并且來自被檢體的回波信號經由聲透鏡216由振子213吸收。伴隨該超聲波的吸收的振動發熱并在各部件中傳播，從而使二維陣列探頭40的表面溫度上升。如上所述，在二維地收發超聲波的探頭20內，除了超聲波振子21以外還存在熱源。在機械四維探頭30中，驅動部25成為熱源，而在二維陣列探頭40中，驅動基板觀成為熱源。這樣，為了適當地管理由于存在包括超聲波振子21在內的多個熱源而引起的探頭 20的溫度上升，在超聲波診斷裝置1的存儲部12中存儲發送條件-最大飽和溫度表和允許溫度表。發送條件-最大飽和溫度表記錄以某個動作參數驅動了超聲波振子21時的、由超聲波振子21引起的溫度變化。允許溫度表存儲以某個動作參數驅動了驅動部25或驅動基板觀等熱源時的、由熱源引起的溫度變化和允許溫度的變化。系統控制部10首先讀出允
10許溫度表，計算以指定的搖動參數或列參數驅動了探頭20時的允許溫度上限。接著，系統控制部10讀出發送條件-最大飽和溫度表，決定使最大飽和溫度收斂于允許溫度的范圍內的超聲波振子21的驅動電壓。系統控制部10決定了驅動電壓后，利用指定的搖動參數或列參數、發送條件和決定的驅動電壓來驅動探頭20。圖6示出表示發送條件與最大飽和溫度的關聯的曲線圖。圖6A示出設發送波形為正弦波、發送頻率為10MHz、發送間隔為0. Ims時的驅動電壓與最大飽和溫度的關聯。圖 6B示出設發送波形為正弦波、發送頻率為10MHz、發送間隔為0. 2ms時的驅動電壓與最大飽和溫度的關聯。在本實施例中，最大飽和溫度是指在同一發送條件下連續驅動了超聲波振子21的情況下、溫度達到平衡狀態時的溫度。超聲波振子21通過所施加的驅動電壓而使其發熱量較大地變化。即，如圖6A、6B所示，驅動電壓越大，最大飽和溫度越大。另外，最大飽和溫度還取決于驅動超聲波振子21的發送條件而變化。例如，在將超聲波的發送間隔(切換間隔)從0. Ims擴展至0. 2ms的情況下，最大飽和溫度以更低的值變化。在存儲部12中存儲這樣的將發送條件和驅動電壓與最大飽和溫度相關聯的表。 圖7A、7B分別示出圖6A、6B所示的發送條件-最大飽和溫度表。在發送條件-最大飽和溫度表中，存儲了與發送條件的個數對應個數的、表示驅動電壓與最大飽和溫度的關聯的表。 另外，在未圖示的其它發送條件的情況下也同樣地在存儲部12中存儲發送條件-最大飽和溫度表。例如在設發送波形為矩形波、發送頻率為12MHz、發送間隔為0. 3ms的情況下等，也存儲表示驅動電壓與最大飽和溫度的關聯的表。系統控制部10通過從存儲部12中讀出發送條件-最大飽和溫度表，可以計算確定了發送條件和驅動電壓時的超聲波振子21的最大飽和溫度。說明機械四維探頭30中的驅動條件的設定方法。圖8是表示搖動參數與相對飽和溫度的關聯的曲線圖，示出設搖動角度分別為10度、20度、30度時的搖動速度與相對飽和溫度的關聯。在本實施例中，相對飽和溫度是指以同一搖動參數連續驅動了驅動部25而使溫度達到平衡狀態時的超聲波振子21的溫度與不對驅動部25進行驅動時的超聲波振子 21的溫度之差。搖動速度和搖動角度越大，驅動部25的發熱量越大。隨著驅動部25的發熱變大，相對飽和溫度上升，超聲波振子21的溫度也上升。超聲波振子21的發熱與驅動部25的發熱都使探頭外殼四的溫度上升。為了確保被檢體的安全，需要預測從兩個熱源產生的溫度變化，使探頭外殼四的溫度保持在一定的值以下。在本實施例的超聲波診斷裝置中，通過設定允許溫度這樣的參數來進行溫度管理。允許溫度是能夠保證被檢體的安全的超聲波振子21的溫度范圍。系統控制部10在收斂于允許溫度的上限值的范圍內使超聲波振子的驅動電壓最大化。由此可以在使探頭外殼四的溫度保持在能夠確保被檢體的安全的溫度以下的情況下，使發送驅動電壓最佳，從而可以提高超聲波圖像的靈敏度和畫質，提高診斷能力。一般地，在存在于探頭20內的熱源僅為超聲波振子21的情況下，允許溫度為一定的值，因此系統控制部10只要以指定的發送條件設定收斂于允許溫度上限的最大驅動電壓即可。但是，在探頭20內存在驅動部25或驅動基板觀等其它熱源的情況下，隨著多個熱源的發熱增大，超聲波振子21的允許溫度變低。在本實施例中，利用前述的允許溫度表來預測熱源的溫度變化，進行允許溫度的設定。圖9示出搖動參數與允許溫度的關聯。如圖8所示，驅動部25的發熱與搖動速度和搖動角度成比例地變大。因此，能夠保證被檢體的安全的超聲波振子21的溫度、即允許溫度如圖9所示，與搖動速度和搖動角度成比例地變小。圖9所示的允許溫度的變遷通過取得不具有驅動部25時的允許溫度與驅動部25的相對飽和溫度之差來求出。圖10示出搖動參數-允許溫度表。搖動參數-允許溫度表中存儲了與驅動部25 的搖動參數對應的超聲波振子21的允許溫度。利用該搖動參數-允許溫度表和發送條件-最大飽和溫度表，系統控制部10決定使得探頭外殼四的溫度低于能夠保證被檢體的安全的溫度、且使超聲波圖像的靈敏度和畫質最大化的驅動電壓。最佳的探頭驅動電壓設定方法具體而言是當從操作部11等指定了搖動參數后，系統控制部10利用搖動參數-允許溫度表，計算允許溫度的上限值。然后， 系統控制部10讀出與從操作部11等指定的發送條件相對應的發送條件-最大飽和溫度表。利用該發送條件-最大飽和溫度表，系統控制部10計算收斂于所計算的允許溫度的上限的最大驅動電壓。系統控制部10算出了驅動電壓后，收發部16以所設定的搖動參數對驅動部25進行驅動，并且以所設定的發送條件和驅動電壓對超聲波振子21進行驅動。通過以上動作，系統控制部10可以設定驅動機械四維探頭30時的驅動電壓。在二維陣列探頭40中驅動電壓設定動作的流程也同樣如此。圖11中示出作為列參數的驅動基板觀的切換速度與相對飽和溫度的關聯。驅動基板觀隨著切換速度變慢而其發熱量變小。隨著驅動基板觀的發熱減少，相對飽和溫度下降，超聲波振子21的溫度也下降。圖12示出列參數與允許溫度的關聯。如圖11中所說明的那樣，驅動基板觀的發熱與切換速度成比例地變少。因此，能夠保證被檢體的安全的超聲波振子21的允許溫度如圖12所示，與切換速度成比例地變大。圖12所示的允許溫度的變遷通過取得不具有驅動基板28時的允許溫度與驅動基板28的相對飽和溫度之差來求出。圖13示出列參數-允許溫度表。列參數-允許溫度表中存儲了與驅動二維陣列探頭40的列參數對應的超聲波振子21的允許溫度。另外，也可以存儲多個與本實施例以外的其它列參數、例如列切換順序等信息對應的列參數-允許溫度表。利用該列參數-允許溫度表和發送條件-最大飽和溫度表，系統控制部10在保證被檢體的安全的探頭外殼四的溫度的范圍內，決定使超聲波圖像的靈敏度和畫質最大化的驅動電壓。具體而言，當從操作部11等指定了列參數后，系統控制部10利用列參數-允許溫度表，計算允許溫度的上限值。然后，系統控制部10讀出與從操作部11等指定的發送條件相對應的發送條件-最大飽和溫度表。系統控制部10利用發送條件-最大飽和溫度表，計算收斂于所計算的允許溫度的上限的最大驅動電壓。系統控制部10算出了驅動電壓后，收發部16以所設定的搖動參數對驅動部25進行驅動，并且以所設定的發送條件和驅動電壓對超聲波振子21進行驅動。利用圖14說明探頭驅動電壓設定處理方法。在圖14中，示出了在使用機械四維探頭30時的、設定驅動電壓來進行超聲波的收發的處理，但使用二維陣列探頭40時的處理也同樣。在使用二維陣列探頭40的情況下，只要將以下說明中所述的“搖動參數”替換成 “列參數”即可。首先，系統控制部10開始處理(步驟1000)。從操作部11輸入搖動參數和發送條件，提供給系統控制部10(步驟1001)。根據所輸入的搖動參數和發送條件，系統控制部10
12從存儲部12讀出搖動參數-允許溫度表(步驟1002)。讀出了搖動參數-允許溫度表后， 系統控制部10計算所指定的搖動參數下的允許溫度(步驟1003)。然后，系統控制部10從存儲部12中讀出發送條件-最大飽和溫度表(步驟1004)。讀出了發送條件-最大飽和溫度表后，系統控制部10利用所指定的發送條件計算滿足所計算的允許溫度的上限值的最大驅動電壓(步驟100 。計算出驅動電壓后，系統控制部10利用所指定的搖動參數和發送條件以及所計算的驅動電壓來驅動探頭20 (步驟1006)，結束處理(步驟1007)。通過上述方法，系統控制部10進行計算所指定的熱源的驅動參數和發送條件下的最大驅動電壓的處理。熱源的驅動參數在機械四維探頭30的情況下是指搖動參數，在二維陣列探頭的情況下是指列參數。通過以滿足允許溫度的最大驅動電壓驅動探頭20，可以保持保證被檢體的安全的溫度，同時能夠使超聲波圖像的靈敏度和畫質最大化。系統控制部10進行的驅動電壓的計算是通過組合熱源的驅動參數-允許溫度表和發送條件-最大飽和溫度表這樣的針對每個熱源獨立的表而進行的。如果像現有的超聲波診斷裝置那樣想要將熱源的驅動參數、發送條件和最大飽和溫度在一個表中相關聯，則發送條件與搖動參數的組合龐大，因此表的數據量變大，難以算出驅動電壓。根據本實施例，通過設置針對兩個熱源獨立的表并將它們相組合，能夠通過容易的計算而算出驅動電壓。圖14的驅動電壓計算處理方法是在存儲部12中設置熱源的驅動參數-允許溫度表來進行驅動電壓的計算。但是，驅動電壓的計算處理不限于此。例如，可以代替熱源的驅動參數-允許溫度表而設置熱源的驅動參數-相對飽和溫度表，來進行驅動電壓的計算。相對飽和溫度表是記錄了以某個動作參數驅動熱源時的、由熱源引起的溫度變化的表。圖15示出機械四維探頭30中的搖動參數-相對飽和溫度表。搖動參數-相對飽和溫度表是將圖8中說明的搖動參數和相對飽和溫度相關聯地存儲的表。系統控制部10 可以根據從操作部11等指定的搖動參數讀出相對飽和溫度，計算超聲波振子21的溫度相對上升了幾度。系統控制部10進行在發送條件-最大飽和溫度表上加上相對飽和溫度的處理。通過加上相對飽和溫度，可以計算考慮了來自驅動部25的發熱的超聲波振子21的最大飽和溫度。利用加上了相對飽和溫度的發送條件-最大飽和溫度表，系統控制部10進行決定滿足允許溫度的最大驅動電壓的處理。這種情況下的允許溫度使用以國際安全基準預先規定的溫度。利用圖16說明使用機械四維探頭30時的驅動電壓的設定處理方法。另外，使用二維陣列探頭40時的處理方法也同樣。在使用二維陣列探頭40的情況下，只要將以下說明中的“搖動參數”替換成“列參數”即可。首先，系統控制部10開始處理(步驟2000)。從操作部11進行搖動參數和發送條件的輸入，并提供給系統控制部10 (步驟2001)。在輸入了搖動參數和發送條件后，系統控制部10從存儲部12讀出搖動參數-相對飽和溫度表(步驟200 。讀出了搖動參數-相對飽和溫度表后，系統控制部10計算所指定的搖動參數下的相對飽和溫度(步驟200 。然后，系統控制部10從存儲部12中讀出發送條件-最大飽和溫度表(步驟2004)。讀出了發送條件-最大飽和溫度表后，系統控制部10在該表的值上加上所算出的相對飽和溫度(步驟200 。進行了相加處理后，系統控制部10利用相加后的發送條件-最大飽和溫度表的值，計算滿足允許溫度上限的最大驅動電壓(步驟2006)。計算出驅動電壓后，系統控制部 10利用所指定的搖動參數和發送條件以及所計算的驅動電壓來驅動探頭20(步驟2007)， 結束處理(步驟2008)。在上述實施例中，描述了熱源僅為超聲波振子21和驅動部25或驅動基板28這兩個的情況。當然本實施例的結構不限于此。例如，在探頭20內另外存在多個溫度變化大的熱源的情況下，可以在存儲部12中存儲針對每個熱源設置的驅動參數-相對飽和溫度表。 系統控制部10通過向發送條件-最大飽和溫度表分別加上根據各個驅動參數算出的相對飽和溫度，即使在探頭20內存在兩個以上的熱源的情況下，也可以容易地進行計算驅動電壓的處理。通過以上的驅動電壓設定處理方法，系統控制部10進行計算所指定的熱源的驅動參數和發送條件下的最大驅動電壓的處理。通過以滿足允許溫度的最大驅動電壓驅動探頭20，可以保持保證被檢體的安全的溫度，同時能夠使超聲波圖像的靈敏度和畫質最大化。系統控制部10通過在發送條件-最大飽和溫度表的值上加上根據相對飽和溫度表計算出的相對溫度，進行驅動電壓的計算。通過針對兩個熱源設置獨立的表并將它們相組合，可以通過容易的計算來算出驅動電壓。系統控制部10通過加上根據相對飽和溫度表計算的相對飽和溫度而計算出最大飽和溫度。通過加上針對每個熱源獨立計算出的相對飽和溫度這樣的簡單結構，即使在探頭20內存在多個熱源的情況下，也能夠通過簡單的計算而算出最大飽和溫度。通過適當組合所公開的多個構成要素，可以對上述實施方式進行變形。例如，在實施例中，最大飽和溫度、相對飽和溫度、允許溫度等溫度變化信息作為表存儲在存儲部12 中，但也可以代替表而存儲組合了系數等的溫度計算函數，每次根據所輸入的熱源的驅動參數、發送條件等計算最大飽和溫度、相對飽和溫度、允許溫度等。在本實施例中，描述了探頭20內的熱源是超聲波振子21、驅動部25、驅動基板28 這三個熱源的情況。但是，熱源的種類不限于此，也可以將超聲波振子21的動作基板、傳播電信號的電纜、或者使空氣或液體在探頭20內循環的冷卻機構等內置于探頭20內的其它各種部件視為熱源，在存儲部12中存儲針對它們的允許溫度表或相對飽和溫度表。另外， 在本實施例中，將系統控制部10計算的動作參數設為驅動電壓。但是，動作參數不限于此， 也可以利用表來計算驅動超聲波振子21的驅動信號的波形、驅動信號的電流、驅動信號的功率、驅動信號的輸入輸出間隔或發送條件、熱源的驅動參數等各種動作參數。
權利要求
1.一種超聲波診斷裝置，其特征在于，具有超聲波探頭，在被檢體的規定方向上收發多個超聲波；輸入部，向所述探頭輸入動作參數，所述動作參數至少包括超聲波的發送波形、發送間隔、發送頻率或多個超聲波的焦點位置中的任意一個；在一維方向上排列的多個超聲波振子，內置于所述探頭中，根據所述動作參數和驅動電壓收發超聲波；驅動部件，內置于所述探頭中，根據搖動參數使所述多個超聲波振子搖動，所述搖動參數至少包括超聲波搖動角度、搖動速度或角度分辨率中的任意一個；存儲部，存儲第ι溫度變化信息和第2溫度變化信息，所述第1溫度變化信息將所述動作參數與由所述多個超聲波振子引起的溫度變化相關聯，所述第2溫度變化信息將搖動參數與由所述驅動部件引起的溫度變化相關聯；以及控制部，根據從所述輸入部提供的所述動作參數、所述搖動參數、所述第1溫度變化信息和所述第2溫度變化信息，設定所述驅動電壓。
2.一種超聲波診斷裝置，其特征在于，具有超聲波探頭，在被檢體的規定方向上收發多個超聲波； 輸入部，輸入所述探頭的動作參數；在二維方向上排列的多個超聲波振子，內置于所述探頭中，根據動作參數收發超聲波， 所述動作參數包括超聲波的發送波形、發送間隔、發送頻率或超聲波的焦點位置中的至少任意一個；切換部，內置于所述探頭中，根據列參數切換所述在二維方向上排列的多個超聲波振子的驅動列，所述列參數包括信號導通路徑信息和切換速度；存儲部，存儲第1溫度變化信息和第2溫度變化信息，所述第1溫度變化信息將所述動作參數與由所述多個超聲波振子引起的溫度變化相關聯，所述第2溫度變化信息將所述列參數與由所述切換部引起的溫度變化相關聯；以及控制部，根據所述動作參數、所述列參數、所述第1溫度變化信息和所述第2溫度變化信息，設定所述驅動電壓。
3.如權利要求1或2所述的超聲波診斷裝置，其特征在于，所述控制部設定所述驅動電壓，使得將基于所述第1溫度變化信息的溫度變化的值和基于所述第2溫度變化信息的溫度變化的值相加后的值收斂于允許溫度。
4.如權利要求1所述的超聲波診斷裝置，其特征在于，所述第2溫度變化信息存儲由所述驅動部件引起的、所述多個超聲波振子的允許溫度的溫度變化；所述控制部設定所述驅動電壓，使得由所述多個超聲波振子引起的溫度變化收斂于所述允許溫度。
5.如權利要求1所述的超聲波診斷裝置，其特征在于，所述驅動部件是如下種類的電機能夠通過根據所述搖動參數使所述多個超聲波振子搖動，而改變超聲波的收發方向。
6.如權利要求1所述的超聲波診斷裝置，其特征在于， 所述探頭是機械四維探頭。
7.如權利要求2所述的超聲波診斷裝置，其特征在于， 所述探頭是二維陣列探頭。
8.一種超聲波診斷裝置的超聲波探頭驅動電壓設定處理方法，所述超聲波診斷裝置具有內置多個超聲波振子的超聲波探頭、系統控制部和記錄各種溫度表的存儲部，其特征在于，在所述超聲波探頭驅動電壓設定處理方法中，輸入所述多個超聲波振子的搖動參數或列參數以及發送條件； 根據所述輸入讀出記錄在存儲部中的搖動參數-允許溫度表或列參數-允許溫度表； 計算針對所述輸入的搖動參數而在所述搖動參數-允許溫度表中指定的允許溫度的上限值，或者在所述列參數-允許溫度表中指定的針對列參數的相對飽和溫度； 從所述存儲部讀出發送條件-最大飽和溫度表；利用針對所述輸入的發送條件的最大飽和溫度，計算滿足所述允許溫度的上限值或所述相對飽和溫度的最大驅動電壓；利用所述最大驅動電壓與所述輸入的搖動參數或列參數，驅動所述探頭。
9.如權利要求8所述的超聲波探頭驅動電壓設定處理方法，其特征在于，通過在所述發送條件-最大飽和溫度表的值上加上所計算出的相對飽和溫度，進行滿足所述允許溫度上限的最大驅動電壓的計算。
全文摘要
本發明提供一種超聲波診斷裝置和超聲波探頭驅動電壓設定方法，個別地預測從多個熱源產生的溫度變化，適當地設定超聲波探頭的動作參數。通過在超聲波診斷裝置內獨立地存儲或修正針對成為熱源的每個部分的設定的、相對于氣溫的相對溫度，能夠使超聲波探頭表面上的相對于氣溫的相對溫度和對超聲波振子的發送驅動電壓最佳化。能夠控制比現有的發送驅動電壓更大的發送驅動電壓，并且能夠控制可提高診斷能力的比現有的發送驅動電壓更大的發送驅動電壓。
文檔編號A61B8/00GK102188260SQ20111005959
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月11日 優先權日2010年3月12日
發明者今村智久, 阿部仁人 申請人:東芝醫療系統株式會社, 株式會社東芝