JP2000166921A

JP2000166921A - 超音波撮像方法および装置

Info

Publication number: JP2000166921A
Application number: JP34711698A
Authority: JP
Inventors: Takanori Saito; 考則斉藤; Atsuko Matsunaga; 篤子松永
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd; Yokogawa Medical Systems Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1998-12-07
Filing date: 1998-12-07
Publication date: 2000-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】フレームレートと音線密度の設定を自動化し
た超音波撮像方法および装置を実現する。【解決手段】撮像範囲２０６を超音波２０２により音
線順次で繰り返し走査しエコーに基づいて画像を生成す
るに当たり、フレーム間の画像の相違に基づいて超音波
走査のフレームレートおよび音線密度を調節し、撮像対
象に自動的に適合したフレームレートおよび音線密度と
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波撮像方法お
よび装置に関し、特に、撮像範囲を超音波により音線順
次で繰り返し走査しエコー（ｅｃｈｏ）に基づいて画像
を生成する超音波撮像方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波撮像装置では、撮像範囲を超音波
により音線順次で繰り返し走査（スキャン：ｓｃａｎ）
し、エコーに基づいて画像を生成する。スキャンの繰り
返しごとに１フレーム（ｆｒａｍｅ）の画像が生成され
る。撮像範囲が一定な場合、フレームレート（ｆｒａｍ
ｅｒａｔｅ）と音線密度は反比例の関係にあり、フレ
ームレートを上げれば音線密度が低下し、音声密度を高
めるとフレームレートが低下する。

【０００３】そこで、操作者は予め撮像対象に応じてフ
レームレートと音線密度の組み合わせを設定する。すな
わち、動きが早い組織例えば心臓等を撮像する場合は、
フレームレート重視の設定を行い、高いフレームレート
と低い音線密度の組み合わせとし、撮像対象の早い動き
に追従できるようにする。その代わりに、音線密度の低
下に伴う画像の精細度の低下を容認する。これに対し
て、ほとんど動かない組織例えば肝臓等を撮像する場合
は、音線密度重視の設定により低いフレームレートと高
い音線密度の組み合わせとし、高精細の画像を得るよう
にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように撮像開始
前に操作者がフレームレートと音線密度の組み合わせを
いちいち設定するのは煩雑であり、また、撮像してみて
設定の不適切が判明した場合は設定のやり直しが必要に
なるという問題があった。

【０００５】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、フレームレートと音線密度
の設定を自動化した超音波撮像方法および装置を実現す
ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）上記の課題を解決
する第１の発明は、撮像範囲を超音波により音線順次で
繰り返し走査しエコーに基づいて画像を生成する超音波
撮像方法であって、前記生成した画像のフレーム間の相
違に基づいて前記超音波走査のフレームレートおよび音
線密度を調節する、ことを特徴とする超音波撮像方法で
ある。

【０００７】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、撮像範囲を超音波により音線順次で繰り返し走査し
エコーに基づいて画像を生成する超音波撮像装置であっ
て、前記生成した画像のフレーム間の相違に基づいて前
記超音波走査のフレームレートおよび音線密度を調節す
る調節手段、を具備することを特徴とする超音波撮像装
置である。

【０００８】（３）上記の課題を解決する第３の発明
は、前記調節手段は前記相違が大きい場合は前記フレー
ムレートを増加させるとともに前記音線密度を減少さ
せ、前記相違が小さい場合は前記フレームレートを減少
させるとともに前記音線密度を増加させることを特徴と
する（２）に記載の超音波撮像装置である。

【０００９】（４）上記の課題を解決する第４の発明
は、前記相違は前記生成した画像のフレーム間のピクセ
ル値の差の総和であることを特徴とする（２）または
（３）に記載の超音波撮像装置である。

【００１０】第１の発明ないし第４の発明のうちいずれ
か１つにおいて、前記生成した画像のフレーム間の相違
に基づいてコンビネーションフォーカスの段数を調節す
ることが、適切な撮像を行う点で好ましい。

【００１１】第１の発明ないし第４の発明のうちいずれ
か１つにおいて、前記生成した画像のフレーム間の相違
に基づいてフレームアベレージングのレベルを調節する
ことが、適切な撮像を行う点で好ましい。

【００１２】（作用）本発明では、撮像した画像のフレ
ーム間の相違に基づいて超音波走査のフレームレートお
よび音線密度を調節し、撮像対象に自動的に適合したフ
レームレートおよび音線密度とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。図１に超音波撮像装置のブ
ロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施
の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の
装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動
作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が
示される。

【００１４】本装置の構成を説明する。図１に示すよう
に、本装置は、超音波プローブ（ｐｒｏｂｅ）２を有す
る。超音波プローブ２は、図示しない複数の超音波トラ
ンスデューサ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）のアレイ（ａｒ
ｒａｙ）を有する。個々の超音波トランスデューサは例
えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛）
セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料によっ
て構成される。超音波プローブ２は、操作者により被検
体４に当接して使用される。

【００１５】超音波プローブ２は送受信部６に接続され
ている。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を
与えて超音波を送波させる。送受信部６は、また、超音
波プローブ２が受波したエコー信号を受信する。送受信
部６のブロック図を図２に示す。同図に示すように、送
受信部６は送波タイミング（ｔｉｍｉｎｇ）発生ユニッ
ト（ｕｎｉｔ）６０２を有する。送波タイミング発生ユ
ニット６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生し
て送波ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）６０４
に入力する。

【００１６】送波ビームフォーマ６０４は、送波のビー
ムフォーミング（ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）を行うもの
で、送波タイミング信号に基づき、所定の方位の超音波
ビームを形成するためのビームフォーミング信号を生じ
る。ビームフォーミング信号は、方位に対応した時間差
が付与された複数の駆動信号からなる。送波ビームフォ
ーマ６０４は、送波ビームフォーミング信号を送受切換
ユニット６０６に入力する。

【００１７】送受切換ユニット６０６は、ビームフォー
ミング信号を超音波トランスデューサアレイに入力す
る。超音波トランスデューサアレイにおいて、送波アパ
ーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を構成する複数の超音波ト
ランスデューサは、駆動信号の時間差に対応した位相差
を持つ超音波をそれぞれ発生する。それら超音波の波面
合成により、所定方位の音線に沿った超音波ビームが形
成される。

【００１８】送受切換ユニット６０６には受波ビームフ
ォーマ６１０が接続されている。送受切換ユニット６０
６は、超音波トランスデューサアレイ中の受波アパーチ
ャが受波した複数のエコー信号を受波ビームフォーマ６
１０に入力する。受波ビームフォーマ６１０は、送波の
音線に対応した受波のビームフォーミングを行うもの
で、複数の受波エコーに時間差を付与して位相を調整
し、次いでそれら加算して所定方位の音線に沿ったエコ
ー受信信号を形成する。

【００１９】超音波ビームの送波は、送波タイミング発
生ユニット６０２が発生する送波タイミング信号によ
り、所定の時間間隔で繰り返し行われる。それに合わせ
て、送波ビームフォーマ６０４および受波ビームフォー
マ６１０により、音線の方位が所定量ずつ変更される。
それによって、被検体４の内部が、音線によって順次に
走査される。このような構成の送受信部６は、例えば図
３に示すような走査を行う。すなわち、放射点２００か
らｚ方向に延びる音線２０２で扇状の２次元領域２０６
をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン（ｓｅｃｔ
ｏｒｓｃａｎ）を行う。

【００２０】送波および受波のアパーチャを超音波トラ
ンスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、こ
のアパーチャをアレイに沿って順次移動させることによ
り、例えば図４に示すような走査を行うことができる。
すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２
を直線状の軌跡２０４に沿って平行移動させることによ
り、矩形状の２次元領域２０６をｘ方向に走査し、いわ
ゆるリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒｓｃａｎ）を行
う。

【００２１】なお、超音波トランスデューサアレイが、
超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたい
わゆるコンベックスアレイ（ｃｏｎｖｅｘａｒｒａ
ｙ）である場合は、リニアスキャンと同様な音線走査に
より、例えば図５に示すように、音線２０２の放射点２
００を円弧状の軌跡２０４に沿って移動させ、扇面状の
２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベ
ックススキャンが行えるのはいうまでもない。

【００２２】２次元領域２０６の面積を一定としたと
き、単位時間で２次元領域２０６全体をスキャンする回
数すなわちフレームレート（Ｈｚ）と、１フレーム当た
りの音線数（本／フレーム）すなわち音線密度の積は一
定であり、したがって、フレームレートと音線密度は反
比例する。このため、フレームレートと音線密度は一方
を定めると他方は自ずから定まる。

【００２３】音線密度は、スキャン時の送波ビームフォ
ーマ６０４および受波ビームフォーマ６１０による音線
切換のステップ（ｓｔｅｐ）によって定まり、ステップ
を大きくすることにより音線密度が下がり（フレームレ
ートが上がり）、ステップを小さくすることにより音線
密度が上がる（フレームレートが下がる）。このような
送波ビームフォーマ６０４および受波ビームフォーマ６
１０による音線密度（またはフレームレート）の調節
は、後述の制御部１４によって制御される。以下、フレ
ームレートの制御に着目して説明するが、音線密度の制
御と表裏一体である。

【００２４】送受信部６はエコー処理部８に接続されて
いる。送受信部６は、音線ごとのエコー受信信号をエコ
ー処理部８に入力する。エコー処理部８は、図６に示す
ように、対数増幅ユニット８０２と包絡線検波ユニット
８０４を備えている。エコー処理部８は、対数増幅ユニ
ット８０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波
ユニット８０４で包絡線検波して音線上の個々の反射点
でのエコーの強度を表す信号、すなわちＡスコープ（ｓ
ｃｏｐｅ）信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の
振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形
成する。

【００２５】エコー処理部８は画像処理部１０に接続さ
れている。画像処理部１０は、図７に示すように、バス
（ｂｕｓ）１００によって接続された音線データメモリ
（ｄａｔａｍｅｍｏｒｙ）１０２、ディジタル・スキ
ャンコンバータ（ｄｉｇｉｔａｌｓｃａｎｃｏｎｖ
ｅｒｔｅｒ）１０４、画像メモリ１０６および画像処理
プロセッサ（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０８を備えてい
る。

【００２６】エコー処理部８から音線ごとに入力された
Ｂモード画像データは、音線データメモリ１０２に記憶
される。音線データメモリ１０２には、画像データによ
る音線データ空間が形成される。ディジタル・スキャン
コンバータ１０４は、走査変換により音線データ空間の
データを物理空間のデータに変換するものである。これ
によって、音線データ空間は物理データ空間に変換され
る。ディジタル・スキャンコンバータ１０４によって変
換された画像データは、画像メモリ１０６に記憶され
る。

【００２７】画像処理プロセッサ１０８は、画像メモリ
１０６のデータについてフレーム間の画像の相違を検出
する演算を行う。すなわち、１フレームの画像が得られ
るたびに、その画像が１つ前のフレームの画像とどの程
度相違するかを求める。画像の相違の程度は、例えば、
両フレームの画像データにつきピクセル（ｐｉｘｅｌ）
ごとに差を求めその総和によって表す。２つのフレーム
の画像の相違が大きいほどピクセル値の差の総和が大き
くなるので、これによってフレーム間の画像の相違すな
わちフレーム間の画像の変化の程度を表すことができ
る。なお、フレーム間の画像の相違はピクセルデータの
差に限らず、例えば、２次元相互相関演算等により検出
するようにしても良い。

【００２８】画像処理部１０には表示部１２が接続され
ている。表示部１２は、画像処理部１０から画像信号が
与えられ、それに基づいて画像を表示する。表示部１２
は、例えばグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ
ｄｉｓｐｌａｙ）等によって構成される。

【００２９】以上の、超音波プローブ２、送受信部６、
エコー処理部８、画像処理部１０および表示部１２には
制御部１４が接続されている。制御部１４は、それら各
部に制御信号を与えて動作を制御する。また、制御部１
４には被制御の各部から各種の報知信号が入力される。
制御部１４による制御の下で超音波撮像が遂行される。

【００３０】制御部１４への入力信号には、画像処理プ
ロセッサ１０８が検出したフレーム間の画像相違量が含
まれる。制御部１４は、フレーム間画像相違量を入力信
号として送受信部６を制御し、フレームレートの自動調
節を行う。画像処理プロセッサ１０８、制御部１４およ
び送受信部６は、本発明における調節手段の実施の形態
の一例である。

【００３１】制御部１４は、画像相違量を所定の基準値
と比較し、画像相違量が基準値より大きいときはフレー
ムレートを増加させ、画像相違量が基準値より小さいと
きはフレームレートを減少させる。これによって、画像
相違量が基準値に一致するようにフレームレートが調節
される。なお、基準値としては許容し得る最小の画像相
違量例えばピクセル値のスパン（ｓｐａｎ）の１０％が
設定される。なお、基準値はこれに限るものではなく適
宜に設定して良いのはもちろんである。

【００３２】制御部１４には操作部１６が接続されてい
る。操作部１６は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒ
ｄ）やその他の操作具を備えた操作パネル（ｐａｎｅ
ｌ）を有する。操作部１６は、操作者が制御部１４に所
望の指令や情報等を入力するのに用いられる。

【００３３】本装置の動作を説明する。操作者は、超音
波プローブ２を被検体４の所望の箇所に当接し、操作部
１６を操作して制御部１４に指令を与え、超音波撮像を
行わせる。撮像は制御部１４による制御の下で行われ
る。これにより、送受信部６は、超音波プローブ２を通
じて被検体４の内部を超音波ビームで走査しエコーを受
信する。撮像開始時のフレームレートは、初期値として
予め与えられている。この初期値は本装置にデフォルト
（ｄｅｆａｕｌｔ）値として備わっているので操作者が
設定する必要はないが、操作部１６を通じて所望のフレ
ームレートを設定することも可能である。デフォルト値
は例えば３０Ｈｚである。

【００３４】エコー処理部８はエコー受信信号に基づい
て画像データを生成し、画像処理部１０は画像データに
基づいて画像を生成する。画像処理プロセッサ１０８は
フレーム間の画像の相違量を検出して制御部１４に入力
する。制御部１４は、送受信部６を通じて画像相違量が
基準値に一致するようにフレームレートを制御する。

【００３５】これによって、例えば超音波プローブ２を
動かしながら撮像対象を探索している間は、フレーム間
の画像の相違が大きくなるのでそれに応じて高いフレー
ムレートでスキャンが行われ、超音波プローブ２の移動
に忠実に追従した画像が表示される。ただし、音線密度
が低いので画像の精細度は低いが、超音波プローブ２の
移動中の画像なので問題はない。

【００３６】撮像対象部位を視野に納めて超音波プロー
ブ２を停止させたときは、撮像対象部位の動きに合わせ
たフレームレートに自動調節される。これによって、対
象部位が例えば心臓等である場合は、その運動速度に適
応したフレームレートでスキャンされ、心臓の動きを適
切に表示する画像を得ることができる。また、対象部位
が例えば肝臓等のほとんど動かない組織である場合は、
フレームレートが下がり、それにつれて音線密度が高ま
る。これによって、組織の実質部を精細に示す画像を得
ることができる。

【００３７】このように、フレームレートおよび音線密
度が撮像対象または撮像状態に応じて自動的に最適化さ
れるので、操作者によるフレームレートおよび音線密度
の初期設定が不要になり、また、その後の設定の試行錯
誤も不要になる。

【００３８】なお、超音波ビームの送波を１音線当たり
多段階にフォーカス（ｆｏｃｕｓ）を切り換えながら行
う、いわゆるコンビネーションフォーカス（ｃｏｍｂｉ
ｎａｔｉｏｎｆｏｃｕｓ）を行う場合は、フレームレ
ートがフォーカスの段数倍だけ遅くなる。そのような場
合は、フレーム間の画像の相違の大きさによってはコン
ビネーションフォーカスをやめてフレームレートを向上
させるようにするのが、動きの早い撮像対象に適応する
点で好ましい。また、複数フレーム間で画像を平均化す
る、いわゆるフレームアベレージング（ｆｒａｍｅａ
ｖｅｒａｇｉｎｇ）を行う場合も、フレーム間の画像相
違量に応じてフレームアベレージングのレベルを変える
ことが、最適な表示画像を得る点で好ましい。

【００３９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、フレームレートと音線密度の設定を自動化した超
音波撮像方法および装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。

【図２】図１の装置の送受信部のブロック図である。

【図３】図１の装置による音線走査の模式図である。

【図４】図１の装置による音線走査の模式図である。

【図５】図１の装置による音線走査の模式図である。

【図６】図１の装置のエコー処理部のブロック図であ
る。

【図７】図１の装置の画像処理部のブロック図である。

【符号の説明】

２超音波プローブ４被検体６送受信部８エコー処理部１０画像処理部１２表示部１４制御部１６操作部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4C301 AA02 BB01 BB02 CC02 EE13 EE14 GB04 GB06 HH04 HH08 HH16 HH25 HH37 HH38 HH52 JB11 JB23 JB27 JB28 JB29 JC20 LL02 LL04 LL06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像範囲を超音波により音線順次で繰り
返し走査しエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像
方法であって、前記生成した画像のフレーム間の相違に基づいて前記超
音波走査のフレームレートおよび音線密度を調節する、
ことを特徴とする超音波撮像方法。
【請求項２】撮像範囲を超音波により音線順次で繰り
返し走査しエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像
装置であって、前記生成した画像のフレーム間の相違に基づいて前記超
音波走査のフレームレートおよび音線密度を調節する調
節手段、を具備することを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項３】前記調節手段は前記相違が大きい場合は
前記フレームレートを増加させるとともに前記音線密度
を減少させ、前記相違が小さい場合は前記フレームレー
トを減少させるとともに前記音線密度を増加させる、こ
とを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
【請求項４】前記相違は前記生成した画像のフレーム
間のピクセル値の差の総和である、ことを特徴とする請
求項２または請求項３に記載の超音波撮像装置。