JP2001321374A - 画像データを構成する方法及びそれを用いた超音波診断装置 - Google Patents
画像データを構成する方法及びそれを用いた超音波診断装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２次元センサアレイを用いて、異なる時刻に
おいて得られた複数の２次元画像データに基づいて３次
元画像データを構成する方法等を提供する。 【解決手段】 指向性を有する送信ビームを測定対象に
入射し、測定対象から反射されるビームを複数の無指向
性センサを含む２次元センサアレイを用いて検出し、セ
ンサから得られる検出信号を所定の期間内順次記憶し、
送信手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、
測定対象を通過するビームの伝達速度との関係により導
かれる時刻における少なくとも１つのセンサの検出信号
をもとに１つの被測定点における画像データを得るとい
う過程を、上記時刻を変化させ、送信ビームをスキャン
させながら繰り返す。
おいて得られた複数の２次元画像データに基づいて３次
元画像データを構成する方法等を提供する。 【解決手段】 指向性を有する送信ビームを測定対象に
入射し、測定対象から反射されるビームを複数の無指向
性センサを含む２次元センサアレイを用いて検出し、セ
ンサから得られる検出信号を所定の期間内順次記憶し、
送信手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、
測定対象を通過するビームの伝達速度との関係により導
かれる時刻における少なくとも１つのセンサの検出信号
をもとに１つの被測定点における画像データを得るとい
う過程を、上記時刻を変化させ、送信ビームをスキャン
させながら繰り返す。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、異なる時刻におい
て得られた複数の２次元画像データに基づいて３次元画
像データを構成する方法に関し、さらに、そのような画
像データ構成方法を用いて医療診断を行うための超音波
診断装置に関する。
て得られた複数の２次元画像データに基づいて３次元画
像データを構成する方法に関し、さらに、そのような画
像データ構成方法を用いて医療診断を行うための超音波
診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、超音波診断装置において３次元画
像を取得するためには、２次元断面画像を複数取得し合
成していた。この２次元断面画像は、位置センサ付きの
１次元センサアレイをスキャンさせながら時系列で複数
の画素データを取得し合成することにより得られ、さら
に、複数の２次元断面画像をもとに断面間を補間するこ
とで３次元データを得ていた。
像を取得するためには、２次元断面画像を複数取得し合
成していた。この２次元断面画像は、位置センサ付きの
１次元センサアレイをスキャンさせながら時系列で複数
の画素データを取得し合成することにより得られ、さら
に、複数の２次元断面画像をもとに断面間を補間するこ
とで３次元データを得ていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この手
法によれば、センサアレイのスキャン方向に関しタイム
ラグがあるため、異時刻での断面像を合成していること
になる。また、センサの位置をモニタし、その情報をも
とに画像合成するので、合成画像はぼけたものとなる。
従って、超音波診断装置におけるように生体を対象とす
る画像合成には適していない。
法によれば、センサアレイのスキャン方向に関しタイム
ラグがあるため、異時刻での断面像を合成していること
になる。また、センサの位置をモニタし、その情報をも
とに画像合成するので、合成画像はぼけたものとなる。
従って、超音波診断装置におけるように生体を対象とす
る画像合成には適していない。
【０００４】上記問題を解決するために、３次元画像の
取得には、２次元センサアレイを用いることが望まれ
る。例えば、光ファイバーアレイを用い、超音波信号を
光の２次元像として取得する方法が考えられる。この方
法によると、ある超音波を送信した後、一定時間経過し
て２次元センサアレイに入射する超音波信号を、時間を
変えて複数枚取得可能である。しかし、この２次元デー
タは、送信から一定時間経過後に入射するすべての超音
波信号のデータが混じっており、そのままでは３次元上
の特定のポイントにおけるデータを反映していない。
取得には、２次元センサアレイを用いることが望まれ
る。例えば、光ファイバーアレイを用い、超音波信号を
光の２次元像として取得する方法が考えられる。この方
法によると、ある超音波を送信した後、一定時間経過し
て２次元センサアレイに入射する超音波信号を、時間を
変えて複数枚取得可能である。しかし、この２次元デー
タは、送信から一定時間経過後に入射するすべての超音
波信号のデータが混じっており、そのままでは３次元上
の特定のポイントにおけるデータを反映していない。
【０００５】ところで、臨床放射線第４３巻第１１号
（１９９８）には、望月剛による「三次元表示の原理」
と題する文献が掲載されている。この文献において、従
来の超音波走査断面を順次移動するデータ収集方法は、
データ集合全体を得るまでに時間を要するため、対象を
動きのある被写体とする場合、正確な画像が得られない
と述べられている。その解決方法の１つとして、移動す
る２次元のアレイ振動子を用いたデータ収集方法につい
て触れられており、また、直接法として物体の表面及び
内部情報を同時に表示する方法が紹介されている。しか
し、ハードウェアや信号処理は大規模にならざるを得な
いのが現状であるとも述べられている。
（１９９８）には、望月剛による「三次元表示の原理」
と題する文献が掲載されている。この文献において、従
来の超音波走査断面を順次移動するデータ収集方法は、
データ集合全体を得るまでに時間を要するため、対象を
動きのある被写体とする場合、正確な画像が得られない
と述べられている。その解決方法の１つとして、移動す
る２次元のアレイ振動子を用いたデータ収集方法につい
て触れられており、また、直接法として物体の表面及び
内部情報を同時に表示する方法が紹介されている。しか
し、ハードウェアや信号処理は大規模にならざるを得な
いのが現状であるとも述べられている。
【０００６】そこで、上記の点に鑑み、本発明は、２次
元センサアレイを用いて、異なる時刻において得られた
複数の２次元画像データに基づいて３次元画像データを
構成する方法を提供することを目的とする。さらに、本
発明は、そのような方法を用いた超音波診断装置を提供
することを目的とする。
元センサアレイを用いて、異なる時刻において得られた
複数の２次元画像データに基づいて３次元画像データを
構成する方法を提供することを目的とする。さらに、本
発明は、そのような方法を用いた超音波診断装置を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明の第１の観点による画像データ構成方法は、
指向性を有する送信ビームを測定対象に入射し、測定対
象から反射されるビームを複数の無指向性センサを含む
２次元センサアレイを用いて検出することにより３次元
画像データを構成する方法であって、（ａ）上記複数の
センサにより得られる検出信号を、送信後の所定の期間
において順次記憶するステップと、（ｂ）送信手段から
被測定点を介した各センサまでの距離と、測定対象を通
過するビームの伝達速度との関係により導かれる時刻に
おける各センサの検出信号のうち、少なくとも１つのセ
ンサから得られた検出信号をもとに１つの被測定点に対
する画像データを得るステップと、（ｃ）上記時刻を変
化させながらステップ（ｂ）を繰り返すことにより、線
状の送信ビーム上の複数の被測定点における画像データ
を得るステップと、（ｄ）送信ビームを２次元的にスキ
ャンさせながらステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すこと
により３次元画像データを得るステップとを具備する。
め、本発明の第１の観点による画像データ構成方法は、
指向性を有する送信ビームを測定対象に入射し、測定対
象から反射されるビームを複数の無指向性センサを含む
２次元センサアレイを用いて検出することにより３次元
画像データを構成する方法であって、（ａ）上記複数の
センサにより得られる検出信号を、送信後の所定の期間
において順次記憶するステップと、（ｂ）送信手段から
被測定点を介した各センサまでの距離と、測定対象を通
過するビームの伝達速度との関係により導かれる時刻に
おける各センサの検出信号のうち、少なくとも１つのセ
ンサから得られた検出信号をもとに１つの被測定点に対
する画像データを得るステップと、（ｃ）上記時刻を変
化させながらステップ（ｂ）を繰り返すことにより、線
状の送信ビーム上の複数の被測定点における画像データ
を得るステップと、（ｄ）送信ビームを２次元的にスキ
ャンさせながらステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すこと
により３次元画像データを得るステップとを具備する。
【０００８】また、本発明の第２の観点による画像デー
タ構成方法は、無指向性の送信ビームを測定対象に入射
し、測定対象から反射されるビームを複数の指向性セン
サを含む２次元センサアレイを用いて検出することによ
り３次元画像データを構成する方法であって、（ａ）上
記複数のセンサにより得られる検出信号を、送信後の所
定の期間において順次記憶するステップと、（ｂ）送信
手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、測定
対象を通過するビームの伝達速度との関係により導かれ
る時刻における各センサの検出信号をもとにそれぞれの
被測定点における画像データを得るステップと、（ｃ）
上記時刻を変化させながらステップ（ｂ）を繰り返すこ
とにより３次元画像データを得るステップとを具備す
る。
タ構成方法は、無指向性の送信ビームを測定対象に入射
し、測定対象から反射されるビームを複数の指向性セン
サを含む２次元センサアレイを用いて検出することによ
り３次元画像データを構成する方法であって、（ａ）上
記複数のセンサにより得られる検出信号を、送信後の所
定の期間において順次記憶するステップと、（ｂ）送信
手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、測定
対象を通過するビームの伝達速度との関係により導かれ
る時刻における各センサの検出信号をもとにそれぞれの
被測定点における画像データを得るステップと、（ｃ）
上記時刻を変化させながらステップ（ｂ）を繰り返すこ
とにより３次元画像データを得るステップとを具備す
る。
【０００９】さらに、本発明の第３の観点による画像デ
ータ構成方法は、無指向性の送信ビームを測定対象に入
射し、測定対象から反射されるビームを複数の無指向性
センサを含む２次元センサアレイを用いて検出すること
により３次元画像データを構成する方法であって、
（ａ）上記複数のセンサにより得られる検出信号を、送
信後の所定の期間において順次記憶するステップと、
（ｂ）送信手段から被測定点を介した各センサまでの距
離と、測定対象を通過するビームの伝達速度との関係に
より導かれる時刻における複数のセンサの検出信号をも
とに複数の被測定点における画像データを得るステップ
と、（ｃ）上記時刻を変化させながらステップ（ｂ）を
繰り返すことにより３次元画像データを得るステップと
を具備する。
ータ構成方法は、無指向性の送信ビームを測定対象に入
射し、測定対象から反射されるビームを複数の無指向性
センサを含む２次元センサアレイを用いて検出すること
により３次元画像データを構成する方法であって、
（ａ）上記複数のセンサにより得られる検出信号を、送
信後の所定の期間において順次記憶するステップと、
（ｂ）送信手段から被測定点を介した各センサまでの距
離と、測定対象を通過するビームの伝達速度との関係に
より導かれる時刻における複数のセンサの検出信号をも
とに複数の被測定点における画像データを得るステップ
と、（ｃ）上記時刻を変化させながらステップ（ｂ）を
繰り返すことにより３次元画像データを得るステップと
を具備する。
【００１０】また、本発明の第１の観点による超音波診
断装置は、送信信号を発生する送信信号発生回路と、送
信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて測定対
象に向けて指向性を有する超音波ビームを送信する超音
波送信部と、測定対象から反射される超音波を検出して
検出信号を発生する複数の無指向性センサを含む２次元
センサアレイと、上記複数のセンサから得られる検出信
号を処理する信号処理手段と、送信信号発生回路の送信
タイミング及び前記信号処理手段の受信タイミングを制
御する制御手段と、信号処理手段から出力される検出信
号を、送信後の所定の期間において順次記憶する記憶部
と、送信手段から被測定点を介した各センサまでの距離
と、測定対象を通過するビームの伝達速度との関係によ
り導かれる時刻における各センサの検出信号のうち、少
なくとも１つのセンサから得られた検出信号をもとに１
つの被測定点における画像データを得て、上記時刻を変
化させ、送信ビームを２次元的にスキャンさせながらこ
れを繰り返すことにより３次元画像データを得る画像処
理部とを具備する。
断装置は、送信信号を発生する送信信号発生回路と、送
信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて測定対
象に向けて指向性を有する超音波ビームを送信する超音
波送信部と、測定対象から反射される超音波を検出して
検出信号を発生する複数の無指向性センサを含む２次元
センサアレイと、上記複数のセンサから得られる検出信
号を処理する信号処理手段と、送信信号発生回路の送信
タイミング及び前記信号処理手段の受信タイミングを制
御する制御手段と、信号処理手段から出力される検出信
号を、送信後の所定の期間において順次記憶する記憶部
と、送信手段から被測定点を介した各センサまでの距離
と、測定対象を通過するビームの伝達速度との関係によ
り導かれる時刻における各センサの検出信号のうち、少
なくとも１つのセンサから得られた検出信号をもとに１
つの被測定点における画像データを得て、上記時刻を変
化させ、送信ビームを２次元的にスキャンさせながらこ
れを繰り返すことにより３次元画像データを得る画像処
理部とを具備する。
【００１１】また、本発明の第２の観点による超音波診
断装置は、送信信号を発生する送信信号発生回路と、送
信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて測定対
象に向けて無指向性の超音波ビームを送信する超音波送
信部と、測定対象から反射されるビームを検出して検出
信号を発生する複数の指向性センサを含む２次元センサ
アレイと、上記複数のセンサにより得られる検出信号を
処理する信号処理手段と、送信信号発生回路の送信タイ
ミング及び信号処理手段の受信タイミングを制御する制
御手段と、信号処理手段から出力される検出信号を、送
信後の所定の期間において順次記憶する記憶部と、送信
手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、測定
対象を通過するビームの伝達速度との関係により導かれ
る時刻における各センサの検出信号をもとにそれぞれの
被測定点における画像データを得て、上記時刻を変化さ
せながらこれを繰り返すことにより３次元画像データを
得る画像処理部とを具備する。
断装置は、送信信号を発生する送信信号発生回路と、送
信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて測定対
象に向けて無指向性の超音波ビームを送信する超音波送
信部と、測定対象から反射されるビームを検出して検出
信号を発生する複数の指向性センサを含む２次元センサ
アレイと、上記複数のセンサにより得られる検出信号を
処理する信号処理手段と、送信信号発生回路の送信タイ
ミング及び信号処理手段の受信タイミングを制御する制
御手段と、信号処理手段から出力される検出信号を、送
信後の所定の期間において順次記憶する記憶部と、送信
手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、測定
対象を通過するビームの伝達速度との関係により導かれ
る時刻における各センサの検出信号をもとにそれぞれの
被測定点における画像データを得て、上記時刻を変化さ
せながらこれを繰り返すことにより３次元画像データを
得る画像処理部とを具備する。
【００１２】さらに、本発明の第３の観点による超音波
診断装置は、送信信号を発生する送信信号発生回路と、
送信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて測定
対象に向けて無指向性の超音波ビームを送信する超音波
送信部と、測定対象から反射されるビームを検出して検
出信号を発生する複数の無指向性センサを含む２次元セ
ンサアレイと、上記複数のセンサにより得られる検出信
号を処理する信号処理手段と、送信信号発生回路の送信
タイミング及び信号処理手段の受信タイミングを制御す
る制御手段と、信号処理手段から出力される検出信号
を、送信後一定期間において順次記憶する記憶部と、送
信手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、測
定対象を通過するビームの伝達速度との関係により導か
れる時刻における複数のセンサの検出信号をもとに複数
の被測定点における画像データを得て、上記時刻を変化
させながらこれを繰り返すことにより３次元画像データ
を得る画像処理部とを具備する。
診断装置は、送信信号を発生する送信信号発生回路と、
送信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて測定
対象に向けて無指向性の超音波ビームを送信する超音波
送信部と、測定対象から反射されるビームを検出して検
出信号を発生する複数の無指向性センサを含む２次元セ
ンサアレイと、上記複数のセンサにより得られる検出信
号を処理する信号処理手段と、送信信号発生回路の送信
タイミング及び信号処理手段の受信タイミングを制御す
る制御手段と、信号処理手段から出力される検出信号
を、送信後一定期間において順次記憶する記憶部と、送
信手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、測
定対象を通過するビームの伝達速度との関係により導か
れる時刻における複数のセンサの検出信号をもとに複数
の被測定点における画像データを得て、上記時刻を変化
させながらこれを繰り返すことにより３次元画像データ
を得る画像処理部とを具備する。
【００１３】本発明によれば、２次元センサアレイを用
いて、同一センサ位置での異なる時刻において得られた
複数の２次元画像データに基づいて３次元画像データを
構成することができる。従って、生体を対象とする超音
波診断装置においても、鮮明な３次元画像を得ることが
可能である。
いて、同一センサ位置での異なる時刻において得られた
複数の２次元画像データに基づいて３次元画像データを
構成することができる。従って、生体を対象とする超音
波診断装置においても、鮮明な３次元画像を得ることが
可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面に基いて本発明の実施
の形態について説明する。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は、本発
明に係る画像データ構成方法を用いた超音波診断装置を
示すブロック図である。図１に示すように、この超音波
診断装置は、送信信号を発生する送信信号発生回路３０
と、この送信信号に基づいて超音波を送信する超音波送
信部４０を含んでいる。超音波送信部４０は、ＰＺＴや
ＰＶＤＦ等の圧電素子を用いた振動子又は探触子（１次
元アレイ）で構成される。診断対象に向けて送信された
超音波は、診断対象から反射されて超音波検出部（セン
サ）５０に受信される。センサ５０は、光ファイバーア
レイ及び超音波検出素子等を含む。
の形態について説明する。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は、本発
明に係る画像データ構成方法を用いた超音波診断装置を
示すブロック図である。図１に示すように、この超音波
診断装置は、送信信号を発生する送信信号発生回路３０
と、この送信信号に基づいて超音波を送信する超音波送
信部４０を含んでいる。超音波送信部４０は、ＰＺＴや
ＰＶＤＦ等の圧電素子を用いた振動子又は探触子（１次
元アレイ）で構成される。診断対象に向けて送信された
超音波は、診断対象から反射されて超音波検出部（セン
サ）５０に受信される。センサ５０は、光ファイバーア
レイ及び超音波検出素子等を含む。
【００１５】また、この超音波診断装置は、光源１１
と、分光部１２と、結像系１５と、光検出器１６とを含
んでいる。光検出器１６から出力される検出信号は、信
号処理手段６０に含まれる信号処理部６１に入力され、
さらに、Ａ／Ｄ変換器６２においてディジタル信号に変
換される。
と、分光部１２と、結像系１５と、光検出器１６とを含
んでいる。光検出器１６から出力される検出信号は、信
号処理手段６０に含まれる信号処理部６１に入力され、
さらに、Ａ／Ｄ変換器６２においてディジタル信号に変
換される。
【００１６】Ａ／Ｄ変換器６２には１次記憶部８０が接
続されており、取得された複数枚の面データが１次記憶
部８０に記憶される。それらのデータに基づいて、画像
処理部９０が、２次元画像データ又は３次元画像データ
を再構成する。画像処理部における画像データの構成方
法については、後で詳しく説明する。再構成されたデー
タは、補間、レスポンス変調処理、階調処理等の処理を
受け、画像表示部１００にて表示される。さらに、画像
処理部９０において処理されたデータは、２次記憶部１
１０に記憶される。
続されており、取得された複数枚の面データが１次記憶
部８０に記憶される。それらのデータに基づいて、画像
処理部９０が、２次元画像データ又は３次元画像データ
を再構成する。画像処理部における画像データの構成方
法については、後で詳しく説明する。再構成されたデー
タは、補間、レスポンス変調処理、階調処理等の処理を
受け、画像表示部１００にて表示される。さらに、画像
処理部９０において処理されたデータは、２次記憶部１
１０に記憶される。
【００１７】タイミングコントロール部７０は、所定の
タイミングで送信信号を発生するように送信信号発生回
路３０を制御すると共に、送信時刻から一定時間経過後
に、光検出器１６から出力される検出信号を取り込むよ
うに信号処理部６１を制御する。
タイミングで送信信号を発生するように送信信号発生回
路３０を制御すると共に、送信時刻から一定時間経過後
に、光検出器１６から出力される検出信号を取り込むよ
うに信号処理部６１を制御する。
【００１８】ここで、超音波検出部（センサ）５０の方
式として、４つの例を以下に述べる。 （１）超音波検出部に光ファイバーアレイを用いた例 図２は、２次元センサアレイに、超音波検出素子を設け
た光ファイバーアレイを含む超音波診断装置の一部を、
原理的に表した図である。図２において、光ファイバー
アレイ１３は、微細な光ファイバー１３ａ、１３ｂ、１
３ｃ・・・の断面を２次元マトリックス状に配列させた
ものである。また、先端に設けられた超音波検出素子１
４は、例えば、各々の光ファイバーの先端にそれぞれ形
成されたファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）１４
ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・又はファイバーブラッググレ
ーティングにより構成される。
式として、４つの例を以下に述べる。 （１）超音波検出部に光ファイバーアレイを用いた例 図２は、２次元センサアレイに、超音波検出素子を設け
た光ファイバーアレイを含む超音波診断装置の一部を、
原理的に表した図である。図２において、光ファイバー
アレイ１３は、微細な光ファイバー１３ａ、１３ｂ、１
３ｃ・・・の断面を２次元マトリックス状に配列させた
ものである。また、先端に設けられた超音波検出素子１
４は、例えば、各々の光ファイバーの先端にそれぞれ形
成されたファブリーペロー共振器（ＦＰＲと略称）１４
ａ、１４ｂ、１４ｃ・・・又はファイバーブラッググレ
ーティングにより構成される。
【００１９】光源１１から発生した光は、分光器１２を
通過し、光ファイバーアレイ１３に入射する。それぞれ
の光ファイバーに入射した光は、ＦＰＲの両端に形成さ
れたハーフミラー（図中右端）及び全反射ミラー（図中
左端）により反射される。この全反射面は、超音波検出
素子１４に印加される超音波により幾何学的変位を受け
るので、反射光はこれにより変調されて、再び分光器１
２に入射する。分光器１２に入射された反射光は、直接
あるいは光ファイバー等を通して、又はレンズ等の結像
系１５を介して、光検出器１６に結像する。
通過し、光ファイバーアレイ１３に入射する。それぞれ
の光ファイバーに入射した光は、ＦＰＲの両端に形成さ
れたハーフミラー（図中右端）及び全反射ミラー（図中
左端）により反射される。この全反射面は、超音波検出
素子１４に印加される超音波により幾何学的変位を受け
るので、反射光はこれにより変調されて、再び分光器１
２に入射する。分光器１２に入射された反射光は、直接
あるいは光ファイバー等を通して、又はレンズ等の結像
系１５を介して、光検出器１６に結像する。
【００２０】（２）超音波検出部に光ヘテロダイン干渉
光学系を用いた例 図３は、光路差長を有する光ヘテロダイン干渉光学系を
用いた２次元センサアレイを含む超音波診断装置の一部
を、原理的に表した図である。超音波が入射すると、レ
ーザ共振器１５０の全反射ミラー１５１が変位し、全反
射ミラー１５１と透過ミラー１５３との間隔が変化す
る。このとき、レーザ活性物質１５２の両脇に設置され
た２枚のミラー間で生じる定常波の振動数即ち共振周波
数が変化し、レーザの発振周波数も偏移する。このレー
ザ光が干渉光学系１６０に入射すると、分光器１６１を
透過し、部分反射ミラー１６２及び分光器１６１で反射
し、レンズ１６５を介して光検出器１６６に入る光ビー
ムＬ２と、部分反射ミラー１６２を透過し、周波数シフ
ター１６３及びプリズム１６４を通過し、再び部分反射
ミラー１６２を透過し、分光器１６１で反射し、レンズ
１６５を介して光検出器１６６に入る光ビームＬ３との
間で光路差長が生じる。
光学系を用いた例 図３は、光路差長を有する光ヘテロダイン干渉光学系を
用いた２次元センサアレイを含む超音波診断装置の一部
を、原理的に表した図である。超音波が入射すると、レ
ーザ共振器１５０の全反射ミラー１５１が変位し、全反
射ミラー１５１と透過ミラー１５３との間隔が変化す
る。このとき、レーザ活性物質１５２の両脇に設置され
た２枚のミラー間で生じる定常波の振動数即ち共振周波
数が変化し、レーザの発振周波数も偏移する。このレー
ザ光が干渉光学系１６０に入射すると、分光器１６１を
透過し、部分反射ミラー１６２及び分光器１６１で反射
し、レンズ１６５を介して光検出器１６６に入る光ビー
ムＬ２と、部分反射ミラー１６２を透過し、周波数シフ
ター１６３及びプリズム１６４を通過し、再び部分反射
ミラー１６２を透過し、分光器１６１で反射し、レンズ
１６５を介して光検出器１６６に入る光ビームＬ３との
間で光路差長が生じる。
【００２１】ここで、時間的に発振周波数が偏移する光
ビームが光路差長のある光ヘテロダイン干渉光学系に入
ると、元の光ヘテロダイン干渉信号の周波数を中心とし
て、時間遅延分に相当する発振周波数の変化分だけシフ
トした周波数のビート信号が生じる。この周波数変調さ
れたビート信号をアンプ１７１で増幅し、復調手段１７
２で復調し、得られた復調信号を積分処理手段１７３で
積分処理すれば、周波数の変化即ち超音波の波形を再現
できる。この波形は波形表示部１７４に表示され、同時
に波形記憶部１７５に記憶される。
ビームが光路差長のある光ヘテロダイン干渉光学系に入
ると、元の光ヘテロダイン干渉信号の周波数を中心とし
て、時間遅延分に相当する発振周波数の変化分だけシフ
トした周波数のビート信号が生じる。この周波数変調さ
れたビート信号をアンプ１７１で増幅し、復調手段１７
２で復調し、得られた復調信号を積分処理手段１７３で
積分処理すれば、周波数の変化即ち超音波の波形を再現
できる。この波形は波形表示部１７４に表示され、同時
に波形記憶部１７５に記憶される。
【００２２】（３）超音波検出部にエバネセント場を用
いた例 図４は、反射界面近傍のエバネセント場に存在する物体
が超音波を受けて振動することによりエバネセント光の
光量が変化することを利用した超音波トランスジューサ
を含む超音波診断装置の一部を、原理的に表した図であ
る。図４において、超音波トランスジューサは、プリズ
ム１３３、間隙部１３４、オプティカルフラット１３
５、及び間隙を作るためのスペーサ１３６より構成され
る。超音波がオプティカルフラット下面より入射する
と、プリズム底面の全反射光の光量が超音波の音圧強度
に依存して変化する。従って、レーザ共振器１３１とビ
ーム拡大器１３２とから構成される光源１３０より出射
される拡大されたレーザ光でプリズム底面を照射し、そ
の全反射光強度分布を光検出器１４０で読み出すことに
より、超音波の空間分布及び時間変化を計測する。
いた例 図４は、反射界面近傍のエバネセント場に存在する物体
が超音波を受けて振動することによりエバネセント光の
光量が変化することを利用した超音波トランスジューサ
を含む超音波診断装置の一部を、原理的に表した図であ
る。図４において、超音波トランスジューサは、プリズ
ム１３３、間隙部１３４、オプティカルフラット１３
５、及び間隙を作るためのスペーサ１３６より構成され
る。超音波がオプティカルフラット下面より入射する
と、プリズム底面の全反射光の光量が超音波の音圧強度
に依存して変化する。従って、レーザ共振器１３１とビ
ーム拡大器１３２とから構成される光源１３０より出射
される拡大されたレーザ光でプリズム底面を照射し、そ
の全反射光強度分布を光検出器１４０で読み出すことに
より、超音波の空間分布及び時間変化を計測する。
【００２３】（４）超音波検出部と超音波送信部を一体
化した例 光を利用した超音波検出部は超音波を発信する機能を持
たないため、圧電素子等を用いた超音波送信部と一体化
させて超音波送受信部（プローブ）を形成するも考えら
れる。図５は、超音波の送信と受信を一体化させた探触
子の一例である。図５においては、反射界面近傍のエバ
ネセント光の光量がエバネセント場に存在する物体が超
音波を受けて振動することにより変化することを利用し
た超音波トランスジューサに、超音波送信部として圧電
素子（ＰＺＴ）を取り付けてある。オプティカルフラッ
ト１３５に吸音層１４２を介して圧電素子（ＰＺＴ）１
４１を取り付け、音響レンズ１４３により集束ビームを
形成する。
化した例 光を利用した超音波検出部は超音波を発信する機能を持
たないため、圧電素子等を用いた超音波送信部と一体化
させて超音波送受信部（プローブ）を形成するも考えら
れる。図５は、超音波の送信と受信を一体化させた探触
子の一例である。図５においては、反射界面近傍のエバ
ネセント光の光量がエバネセント場に存在する物体が超
音波を受けて振動することにより変化することを利用し
た超音波トランスジューサに、超音波送信部として圧電
素子（ＰＺＴ）を取り付けてある。オプティカルフラッ
ト１３５に吸音層１４２を介して圧電素子（ＰＺＴ）１
４１を取り付け、音響レンズ１４３により集束ビームを
形成する。
【００２４】再び図１を参照すると、タイミングコント
ロール部７０において、送信時間から一定時間経過後に
光検出系１４のデータの取り込み信号が出され、一定時
間内に光検出器１４に入射した光強度信号が電気信号と
して信号処理部６１に取り込まれ、Ａ／Ｄ変換器６２に
おいて順次Ａ／Ｄ変換される。この過程を、データ取り
込み開始時間をずらして繰り返し、複数回データを取得
することで、複数枚の２次元フレームデータ（面デー
タ）が取得できる。
ロール部７０において、送信時間から一定時間経過後に
光検出系１４のデータの取り込み信号が出され、一定時
間内に光検出器１４に入射した光強度信号が電気信号と
して信号処理部６１に取り込まれ、Ａ／Ｄ変換器６２に
おいて順次Ａ／Ｄ変換される。この過程を、データ取り
込み開始時間をずらして繰り返し、複数回データを取得
することで、複数枚の２次元フレームデータ（面デー
タ）が取得できる。
【００２５】取得した複数の面データは、１次記憶部８
０に記憶され、それらのデータをもとに画像処理部９０
において、２次元データまたは３次元データが再構成さ
れる。再構成されたデータは、補間、レスポンス変調処
理、階調処理などの処理を受け、画像表示部１００に表
示される。さらに、画像処理部９０において処理された
データは、２次記憶部１１０に記憶される。
０に記憶され、それらのデータをもとに画像処理部９０
において、２次元データまたは３次元データが再構成さ
れる。再構成されたデータは、補間、レスポンス変調処
理、階調処理などの処理を受け、画像表示部１００に表
示される。さらに、画像処理部９０において処理された
データは、２次記憶部１１０に記憶される。
【００２６】ここで、超音波送信部４０における送信ビ
ームの種類や、超音波検出部（センサ）５０における受
信素子の特性の組み合わせは、以下に述べる３種類が考
えられ、これに応じてデータの処理方法が変わってく
る。なお、ここでは全て、単素子より送信し、複数素子
にて受信する場合を考える。
ームの種類や、超音波検出部（センサ）５０における受
信素子の特性の組み合わせは、以下に述べる３種類が考
えられ、これに応じてデータの処理方法が変わってく
る。なお、ここでは全て、単素子より送信し、複数素子
にて受信する場合を考える。
【００２７】図６及び図７は、本発明の第１の実施形態
に係る画像データ構成方法を説明する図である。ここで
は、送信ビームが指向性を有し、受信素子が指向性を有
さない場合について述べる。例えば、点ｘに関するデー
タを求める場合、送信点Ｓから送信ビームを点ｘに向け
て発信する。
に係る画像データ構成方法を説明する図である。ここで
は、送信ビームが指向性を有し、受信素子が指向性を有
さない場合について述べる。例えば、点ｘに関するデー
タを求める場合、送信点Ｓから送信ビームを点ｘに向け
て発信する。
【００２８】ここで、各受信素子をＲiとして、 （Ｓ〜ｘ〜Ｒ-1間の距離）／（超音波の速度）＝ｔ-1・・・（１） （Ｓ〜ｘ〜Ｒ-2間の距離）／（超音波の速度）＝ｔ-2・・・（２） （Ｓ〜ｘ〜Ｒ1間の距離）／（超音波の速度）＝ｔ1・・・（３） （Ｓ〜ｘ〜Ｒ2間の距離）／（超音波の速度）＝ｔ2・・・（４） とすると、時刻ｔ-1における各受信点の信号値Ｒ-1（ｔ
-1）は点ｘに関するものである。同様に、時刻ｔ-2にお
ける信号値Ｒ-2（ｔ-2）、時刻ｔ1における信号値Ｒ
1（ｔ1）、時刻ｔ2における信号値Ｒ2（ｔ2）等は、す
べて点ｘに関する信号Ｒxを構成する（図７参照）。
-1）は点ｘに関するものである。同様に、時刻ｔ-2にお
ける信号値Ｒ-2（ｔ-2）、時刻ｔ1における信号値Ｒ
1（ｔ1）、時刻ｔ2における信号値Ｒ2（ｔ2）等は、す
べて点ｘに関する信号Ｒxを構成する（図７参照）。
【００２９】したがって、 Ｒx＝Ｒ-1（ｔ-1）＋Ｒ-2（ｔ-2）＋・・・＋Ｒ1（ｔ1）＋Ｒ2（ｔ2）＋ ・・・＝ΣＲi（ｔi）・・・（５） のように加算すれば、ＳＮ比の高いデータが算出でき
る。また、加算せずに１要素を代表値として用いてもよ
い。他の点ｙに関しても、Ｓ〜ｙ〜各受信素子（Ｒ j）
間の距離に基づいて関連するデータを加算し、点ｙに関
する記号Ｒy＝ΣＲj（ｔj）を算出すればよい。
る。また、加算せずに１要素を代表値として用いてもよ
い。他の点ｙに関しても、Ｓ〜ｙ〜各受信素子（Ｒ j）
間の距離に基づいて関連するデータを加算し、点ｙに関
する記号Ｒy＝ΣＲj（ｔj）を算出すればよい。
【００３０】実際には、測定点の位置と光強度記号の構
成要素Ｒi（ｔi）との関係は予め定まるので、それらの
関係式を、メモリに記憶しておけばよい。また、ΣＲi
（ｔi）は、そのまま用いてもよいし、送信点Ｓ〜点ｘ
〜各受信点Ｒiの距離分の超音波の減衰量を補正した値
を用いてもよい。このようなデータを、送信ビームを２
次元的にスキャンしてして求めることにより、複数枚の
面データを取得する。
成要素Ｒi（ｔi）との関係は予め定まるので、それらの
関係式を、メモリに記憶しておけばよい。また、ΣＲi
（ｔi）は、そのまま用いてもよいし、送信点Ｓ〜点ｘ
〜各受信点Ｒiの距離分の超音波の減衰量を補正した値
を用いてもよい。このようなデータを、送信ビームを２
次元的にスキャンしてして求めることにより、複数枚の
面データを取得する。
【００３１】次に、本発明の第２の実施形態に係る画像
データ構成方法を、図８及び図９を参照しながら説明す
る。図８及び図９は、第２の実施形態に係る画像データ
構成方法を説明する図である。ここでは、無指向性の送
信ビームと、指向性を有する受信素子とを用いる場合に
ついて述べる。
データ構成方法を、図８及び図９を参照しながら説明す
る。図８及び図９は、第２の実施形態に係る画像データ
構成方法を説明する図である。ここでは、無指向性の送
信ビームと、指向性を有する受信素子とを用いる場合に
ついて述べる。
【００３２】受信素子に指向性があるので、真下からの
信号しか受信できないとする。図８において、（１）式
と同様にｔ-1を定めると、時刻ｔ-1における信号値Ｒ-1
は点ｘのみからの信号である。また、同時刻ｔ-1におけ
る信号値Ｒ1は、点ａのみからの信号である。同様に、
時刻ｔ-2における信号値Ｒ-2及びＲ2は、それぞれ点ｙ
及び点ｂのみからの信号となる。すなわち、点ｘ、ｙ及
び点ａ、ｂについての信号は一意に決まり（図９参
照）、送信ビームをスキャンする必要はなくなる。
信号しか受信できないとする。図８において、（１）式
と同様にｔ-1を定めると、時刻ｔ-1における信号値Ｒ-1
は点ｘのみからの信号である。また、同時刻ｔ-1におけ
る信号値Ｒ1は、点ａのみからの信号である。同様に、
時刻ｔ-2における信号値Ｒ-2及びＲ2は、それぞれ点ｙ
及び点ｂのみからの信号となる。すなわち、点ｘ、ｙ及
び点ａ、ｂについての信号は一意に決まり（図９参
照）、送信ビームをスキャンする必要はなくなる。
【００３３】さらに、本発明の第３の実施形態に係る画
像データ構成方法を、図１０及び図１１を参照しながら
説明する。図１０及び図１１は、第３の実施形態に係る
画像データ構成方法を説明する図である。ここでは、送
信ビーム、受信素子共に指向性が無い場合を考える。
像データ構成方法を、図１０及び図１１を参照しながら
説明する。図１０及び図１１は、第３の実施形態に係る
画像データ構成方法を説明する図である。ここでは、送
信ビーム、受信素子共に指向性が無い場合を考える。
【００３４】例えば図１０において、時刻ｔ-2における
信号値Ｒ-2（ｔ-2）には、点ｘ、ｙからの信号が混じっ
ている。したがって、（５）式と同様に加算すると、他
のポイントからの同時刻のデータも混じるが（図１１参
照）、加算時の構成要素を増やすことで、他のポイント
からのデータの影響を相対的に小さくすることができ
る。この場合、各受信点におけるデータに対して、必要
な重み付けをすることが望ましい。
信号値Ｒ-2（ｔ-2）には、点ｘ、ｙからの信号が混じっ
ている。したがって、（５）式と同様に加算すると、他
のポイントからの同時刻のデータも混じるが（図１１参
照）、加算時の構成要素を増やすことで、他のポイント
からのデータの影響を相対的に小さくすることができ
る。この場合、各受信点におけるデータに対して、必要
な重み付けをすることが望ましい。
【００３５】
【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、２次
元センサアレイを用いて、同一アレイ位置における異な
る時刻において得られた複数の２次元画像データに基づ
いて３次元画像データを構成することができる。従っ
て、生体を対象とする超音波診断装置においても、鮮明
な３次元画像を得ることが可能である。
元センサアレイを用いて、同一アレイ位置における異な
る時刻において得られた複数の２次元画像データに基づ
いて３次元画像データを構成することができる。従っ
て、生体を対象とする超音波診断装置においても、鮮明
な３次元画像を得ることが可能である。
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波受信装置を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図２】図１の超音波受信装置に用いられる超音波検出
部の第１の例を原理的に示す図である。
部の第１の例を原理的に示す図である。
【図３】図１の超音波受信装置に用いられる超音波検出
部の第２の例を原理的に示す図である。
部の第２の例を原理的に示す図である。
【図４】図１の超音波受信装置に用いられる超音波検出
部の第３の例を原理的に示す図である。
部の第３の例を原理的に示す図である。
【図５】図１の超音波受信装置に用いられる超音波検出
部の第４の例を原理的に示す図である。
部の第４の例を原理的に示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る画像データ構成
方法を説明する図である。
方法を説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る画像データ構成
方法を説明する図である。
方法を説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る画像データ構成
方法を説明する図である。
方法を説明する図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る画像データ構成
方法を説明する図である。
方法を説明する図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る画像データ構
成方法を説明する図である。
成方法を説明する図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る画像データ構
成方法を説明する図である。
成方法を説明する図である。
１１、１３０ 光源 １２、１６１ 分光部 １３ 光ファイバーアレイ １４ 光検出器 １５ 結像系 １６、１４０ 光検出器 ３０ 送信信号発生回路 ４０ 超音波送信部 ５０ 超音波検出部（センサ） ６０ 信号処理手段 ６１ 信号処理部 ６２ Ａ／Ｄ変換器 ７０ タイミングコントロール部 ８０ １次記憶部 ９０ 画像処理部 １００ 画像表示部 １１０ ２次記憶部 １２０ 超音波送受信部（プローブ） １３１、１５０ レーザ共振器 １３２ ビーム拡大器 １３３、１６４ プリズム １３４ 間隙部 １３５ オプティカルフラット １３６ スペーサ １４１ 圧電素子 １４２ 吸音層 １４３ 音響レンズ １５１ 全反射ミラー １５２ レーザ活性物質 １５３ 透過ミラー １６０ 干渉光学系 １６２ 部分反射ミラー １６３ 周波数シフター １６５ レンズ １６６ 光検出器 １７１ アンプ １７２ 復調手段 １７３ 積分処理手段 １７４ 波形表示部 １７５ 波形記憶部
Claims (14)
- 【請求項１】 指向性を有する送信ビームを測定対象に
入射し、測定対象から反射されるビームを複数の無指向
性センサを含む２次元センサアレイを用いて検出するこ
とにより３次元画像データを構成する方法であって、 （ａ）前記複数のセンサにより得られる検出信号を、送
信後の所定の期間において順次記憶するステップと、 （ｂ）送信手段から被測定点を介した各センサまでの距
離と、測定対象を通過するビームの伝達速度との関係に
より導かれる時刻における各センサの検出信号のうち、
少なくとも１つのセンサから得られた検出信号をもとに
１つの被測定点に対する画像データを得るステップと、 （ｃ）上記時刻を変化させながらステップ（ｂ）を繰り
返すことにより、線状の送信ビーム上の複数の被測定点
における画像データを得るステップと、 （ｄ）送信ビームを２次元的にスキャンさせながらステ
ップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すことにより３次元画像デ
ータを得るステップと、を具備することを特徴とする画
像データ構成方法。 - 【請求項２】 ステップ（ｂ）が、前記複数のセンサに
より順次得られた信号の中から、１つの被測定点に関す
る信号を加算することにより画像データを得るステップ
を含むことを特徴とする請求項１記載の画像データ構成
方法。 - 【請求項３】 無指向性の送信ビームを測定対象に入射
し、測定対象から反射されるビームを複数の指向性セン
サを含む２次元センサアレイを用いて検出することによ
り３次元画像データを構成する方法であって、 （ａ）前記複数のセンサにより得られる検出信号を、送
信後の所定の期間において順次記憶するステップと、 （ｂ）送信手段から被測定点を介した各センサまでの距
離と、測定対象を通過するビームの伝達速度との関係に
より導かれる時刻における各センサの検出信号をもとに
それぞれの被測定点における画像データを得るステップ
と、 （ｃ）上記時刻を変化させながらステップ（ｂ）を繰り
返すことにより３次元画像データを得るステップと、を
具備することを特徴とする画像データ構成方法。 - 【請求項４】 無指向性の送信ビームを測定対象に入射
し、測定対象から反射されるビームを複数の無指向性セ
ンサを含む２次元センサアレイを用いて検出することに
より３次元画像データを構成する方法であって、 （ａ）前記複数のセンサにより得られる検出信号を、送
信後の所定の期間において順次記憶するステップと、 （ｂ）送信手段から被測定点を介した各センサまでの距
離と、測定対象を通過するビームの伝達速度との関係に
より導かれる時刻における複数のセンサの検出信号をも
とに複数の被測定点における画像データを得るステップ
と、 （ｃ）上記時刻を変化させながらステップ（ｂ）を繰り
返すことにより３次元画像データを得るステップと、を
具備することを特徴とする画像データ構成方法。 - 【請求項５】 ステップ（ｂ）が、前記複数のセンサに
より順次得られた信号の中から、１つの被測定点に関す
る信号を重み付け加算することにより、複数の被測定点
における画像データを得るステップを含むことを特徴と
する請求項４記載の画像データ構成方法。 - 【請求項６】 送信信号を発生する送信信号発生回路
と、 前記送信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて
測定対象に向けて指向性を有する超音波ビームを送信す
る超音波送信部と、 測定対象から反射される超音波を検出して検出信号を発
生する複数の無指向性センサを含む２次元センサアレイ
と、 前記複数のセンサから得られる検出信号を処理する信号
処理手段と、 前記送信信号発生回路の送信タイミング及び前記信号処
理手段の受信タイミングを制御する制御手段と、 前記信号処理手段から出力される検出信号を、送信後の
所定の期間において順次記憶する記憶部と、 送信手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、
測定対象を通過するビームの伝達速度との関係により導
かれる時刻における各センサの検出信号のうち、少なく
とも１つのセンサから得られた検出信号をもとに１つの
被測定点における画像データを得て、上記時刻を変化さ
せ、送信ビームを２次元的にスキャンさせながらこれを
繰り返すことにより３次元画像データを得る画像処理部
と、を具備することを特徴とする超音波診断装置。 - 【請求項７】 前記画像処理部が、ある時刻において前
記複数のセンサにより得られたそれぞれの検出信号を加
算することにより、１つの被測定点における画像データ
を得ることを特徴とする請求項６記載の超音波診断装
置。 - 【請求項８】 送信信号を発生する送信信号発生回路
と、 前記送信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて
測定対象に向けて無指向性の超音波ビームを送信する超
音波送信部と、 測定対象から反射されるビームを検出して検出信号を発
生する複数の指向性センサを含む２次元センサアレイ
と、 前記複数のセンサにより得られる検出信号を処理する信
号処理手段と、 前記送信信号発生回路の送信タイミング及び前記信号処
理手段の受信タイミングを制御する制御手段と、 前記信号処理手段から出力される検出信号を、送信後の
所定の期間において順次記憶する記憶部と、 送信手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、
測定対象を通過するビームの伝達速度との関係により導
かれる時刻における各センサの検出信号をもとにそれぞ
れの被測定点における画像データを得て、上記時刻を変
化させながらこれを繰り返すことにより３次元画像デー
タを得る画像処理部と、を具備することを特徴とする超
音波診断装置。 - 【請求項９】 送信信号を発生する送信信号発生回路
と、 前記送信信号発生回路から発生した送信信号に基づいて
測定対象に向けて無指向性の超音波ビームを送信する超
音波送信部と、 測定対象から反射されるビームを検出して検出信号を発
生する複数の無指向性センサを含む２次元センサアレイ
と、 前記複数のセンサにより得られる検出信号を処理する信
号処理手段と、 前記送信信号発生回路の送信タイミング及び前記信号処
理手段の受信タイミングを制御する制御手段と、 前記信号処理手段から出力される検出信号を、送信後一
定期間において順次記憶する記憶部と、 送信手段から被測定点を介した各センサまでの距離と、
測定対象を通過するビームの伝達速度との関係により導
かれる時刻における複数のセンサの検出信号をもとに複
数の被測定点における画像データを得て、上記時刻を変
化させながらこれを繰り返すことにより３次元画像デー
タを得る画像処理部と、を具備することを特徴とする超
音波診断装置。 - 【請求項１０】 前記画像処理部が、前記複数のセンサ
により順次得られた信号の中から、１つの被測定点に関
する信号を重み付け加算することにより、複数の被測定
点における画像データを得ることを特徴とする請求項９
記載の超音波診断装置。 - 【請求項１１】 前記２次元センサアレイが、超音波を
検出するための超音波有感部を設けた光ファイバーアレ
イを含むことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１
項記載の超音波診断装置。 - 【請求項１２】 前記２次元センサアレイが、超音波を
受けて発光周波数を変化させ、発光光を光ヘテロダイン
干渉光学系に入射させるレーザ共振器を含むことを特徴
とする請求項６〜１０のいずれか１項記載の超音波診断
装置。 - 【請求項１３】 前記２次元センサアレイが、光反射面
近傍のエバネセント場に存在する物体が超音波を受けて
振動することにより、前記光反射面における反射光又は
透過光の光量が変化することを利用して超音波を検出す
るセンサを含むことを特徴とする請求項６〜１０のいず
れか１項記載の超音波診断装置。 - 【請求項１４】 超音波変換方式の異なる前記超音波送
信部と前記２次元センサアレイとが、一体となってプロ
ーブを形成することを特徴とする請求項６〜１３のいず
れか１項記載の超音波診断装置。
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