JP2003019132A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動子ユニットを機械走査する場合におい
て、往路走査と復路走査とで各走査面の位置を一致させ
るようにする。 【解決手段】 往路走査において、振動子ユニットがプ
リセット位置に到達すると一方方向への電子走査が開始
される。各一方方向への電子走査において、その終了位
置がメモリ上に記憶される。復路走査においては、メモ
リ上に記憶された終了位置に振動子ユニットが到達する
ごとに電子走査が開始される。これによって、復路走査
における電子走査の開始位置を適応的に設定できるの
で、往路走査と復路走査とで走査面の位置関係を適正に
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関
し、特にアレイ振動子を備えた振動子ユニットが機械走
査される超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波診断装置において、三次元
超音波画像を形成する場合には、アレイ振動子を備えた
振動子ユニットが機械的に往復走査される。ここで、ア
レイ振動子は複数の振動素子によって構成される。その
アレイ振動子にて形成される超音波ビームは電子走査さ
れ、これにより二次元データ取込領域としての走査面が
形成される。上記の振動子ユニットの機械走査は、例え
ば、走査面を平行移動させ、あるいは、揺動移動させる
ものである。その機械走査方向は、走査面（及び電子走
査方向）に直交する方向である。

【０００３】振動子ユニットの機械走査は、往路及び復
路においてなされ、つまり往路走査及び復路走査が実行
される。往路及び復路の双方において、繰り返し超音波
ビームの電子走査（つまり走査面の形成）を行えば、往
路走査及び復路走査ごとに三次元データ取込領域が形成
される。

【０００４】機械走査に比べて電子走査は高速である
が、それでも電子走査を行っている最中に、振動子ユニ
ットは機械走査方向に移動するため、それぞれの電子走
査において、電子走査開始位置に対して電子走査終了位
置が機械走査方向（進行方向）に流れる。つまり、厳密
には、各走査面が機械走査方向と直交せずに斜めにな
る。ここで、電子走査の方向が常に一方方向（例えばア
レイ振動子の右端から左端への方向）に固定されている
と、往路と復路とで走査面の傾斜方向が反対となり、つ
まり、往路と復路とで複数の走査面の配列を一致させる
ことができない。

【０００５】そこで、従来においては、往路では一方方
向（正方向）へ電子走査を行い、復路では他方方向（逆
方向）へ電子走査を行うことによって、往路と復路との
間における走査面の傾斜向きを合わせることが行われて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、機械走査の往
路及び復路において、振動子ユニットの機械走査位置が
検出され、往路及び復路ごとに固定的に設定された各電
子走査開始位置に、その検出された機械走査位置が合致
したタイミングで、電子走査の開始タイミングが設定さ
れる。これは、往路と復路とで常に振動子ユニットの速
度変化パターンが一定であることを前提としている。

【０００７】ところが、振動子ユニットを収容する収容
室内の媒体の温度変化などによって、想定した速度変化
パターンを呈しない場合がある。例えば、振動子ユニッ
トの機械走査開始から時間が経過し、媒体の温度が徐々
に上昇すると、一般に、振動子ユニットの速度が徐々に
速くなる。すると、各走査面の傾斜角度も徐々に増大
し、往路と復路とで理論的には一致している筈の走査面
の位置が実際にはずれてくる。この場合、例えば、一連
の走査面の断層画像を連続観察する場合に違和感を生じ
させ、また、往路と復路とで走査面が同じ位置であるこ
とを前提として三次元画像処理を行う場合に支障が生じ
る。

【０００８】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、機械走査における往路走査と
復路走査の間で、超音波ビームの電子走査によって形成
される各走査面の位置をできる限り合わせることが可能
な超音波診断装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成す
るために、本発明は、電子走査方向に並んだ複数の振動
素子からなるアレイ振動子を備えた振動子ユニットと、
前記振動子ユニットを機械走査方向に機械的に往復走査
する機械走査機構と、前記アレイ振動子にて形成される
超音波ビームの電子走査と前記振動子ユニットの機械走
査とを制御する手段であって、前記振動子ユニットの往
路走査では前記超音波ビームを一方方向へ電子走査さ
せ、前記振動子ユニットの復路走査では前記超音波ビー
ムを他方方向へ電子走査させる走査制御部と、を含み、
前記走査制御部は、前記往路走査において、前記一方方
向への電子走査ごとに、前記機械走査方向における前記
一方方向への電子走査の終了位置を記憶し、前記復路走
査において、前記機械走査方向における前記一方方向へ
の電子走査の終了位置に基づいて、前記機械走査方向に
おける前記他方方向への電子走査の開始位置を定めるこ
とを特徴とする。

【００１０】上記構成によれば、振動子ユニットの往路
走査において、機械走査方向における各電子走査の終了
位置が特定され、振動子ユニットの復路走査において
は、その特定された各終了位置を基準として、機械走査
方向における電子走査の開始位置が定められる。よっ
て、復路走査において、機械走査方向における電子走査
の開始位置が固定的に設定されず、その開始位置が往路
走査における各電子走査の状況に応じて、適応的に設定
される。つまり、復路走査において画一的に電子走査の
タイミングを設定することに伴う問題を解消あるいは軽
減できる。

【００１１】望ましくは、前記走査制御部は、前記機械
走査方向における前記一方方向への電子走査の終了位置
を、前記機械走査方向における前記他方方向への電子走
査の開始位置とする。

【００１２】上記構成によれば、往路走査における各電
子走査の終了位置を、復路走査における各電子走査の開
始位置とすることができるので、往路走査と復路走査の
間で走査面をできる限り一致させることができる。よっ
て、例えば三次元画像を構成したり、三次元空間内にお
ける任意断面を画像化したりする場合に、画像の歪みを
低減し、画質を向上できる。

【００１３】望ましくは、前記超音波ビームの電子走査
及び機械走査によって得られたエコーデータ群に基づい
て三次元画像を形成する画像形成手段と、前記三次元画
像を表示する表示手段と、を含む。そのような画像形成
方法としては各種のものをあげることができるが、例え
ば、特開平１０−３３５３８号公報に開示された手法な
どをあげることができる。

【００１４】（２）また、上記目的を達成するために、
本発明は、電子走査方向に並んだ複数の振動素子からな
るアレイ振動子を備えた振動子ユニットと、前記振動子
ユニットを機械走査方向に機械的に往復走査する機械走
査機構と、前記機械走査方向における前記振動子ユニッ
トの機械走査位置を検出する位置検出器と、前記アレイ
振動子にて形成される超音波ビームの電子走査と前記振
動子ユニットの機械走査とを制御する手段であって、前
記振動子ユニットの往路走査では前記超音波ビームを一
方方向へ電子走査させ、前記振動子ユニットの復路走査
では前記超音波ビームを他方方向へ電子走査させる走査
制御部と、を含み、前記走査制御部は、前記往路走査に
おいて、所定の電子走査開始条件に従って、前記一方方
向への電子走査を開始させる手段と、前記往路走査にお
いて、前記一方方向への電子走査ごとに、前記機械走査
方向における一方方向の電子走査の終了位置を記憶する
手段と、前記復路走査において、前記記憶された一方方
向の電子走査の終了位置に前記検出された機械走査位置
が一致したタイミングで、前記他方方向への電子走査を
開始させる手段と、を含むことを特徴とする。

【００１５】上記構成によれば、往路走査において、各
電子走査の終了位置が記憶され、復路走査においては、
機械走査の実際の位置が前記記憶された各終了位置に一
致したタイミングで、それぞれの電子走査が開始される
ことになる。よって、簡易な構成で上記の走査面のズレ
の問題を解消、軽減できる。

【００１６】望ましくは、前記一方方向への電子走査を
開始させる手段は、前記機械走査方向における複数のプ
リセット位置に前記検出された機械走査位置が一致した
タイミングで、前記一方方向への電子走査を開始させ
る。

【００１７】なお、上記の構成では、往路走査とその直
後の復路走査とを１セットとした場合に、各セット間、
すなわち、先行する復路走査とその直後の往路走査との
間においては、走査面の位置を合わせるための制御は格
別なされていない（もちろん、更にそのような制御を行
ってもよいが）。しかし、例えば、温度変化などに伴っ
て機械走査が徐々に速くなるような場合には、各セット
間における走査面の位置ズレはほとんど問題とならな
い。その一方、例えば、機械走査が徐々に速くなって
も、従来装置のように、往路走査と復路走査の両方にお
いて画一的あるいは固定的に電子走査の開始位置を定め
ると、走査面の傾斜角度の変動に依存して、往路走査と
復路走査とで走査面のズレが無視できなくなる。これに
対し、上記構成によれば、そのような問題を解消、軽減
できるのである。

【００１８】

【発明の実施の形態】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。

【００１９】図１には、本発明に係る超音波診断装置の
全体構成がブロック図で示されている。図１において、
三次元データ取込用プローブ１４は、生体表面に当接し
て用いられ、超音波ビームを二次元的に走査し、これに
よって三次元エコーデータ取込領域を形成する超音波探
触子である。この三次元データ取込用プローブ１４は、
本実施形態において、振動子ユニット１２及び走査機構
１６を有している。振動子ユニット１２は、図示されて
いない媒体収容室内に配置され、ここで、その媒体収容
室には蒸留水などの音響伝搬媒体が充填される。

【００２０】振動子ユニット１２は、走査機構１６によ
って機械的に往復走査されるものであり、振動子ユニッ
ト１２内の先端部にはアレイ振動子１０が設けられてい
る。このアレイ振動子１０は直線状あるいは円弧状に配
列された複数の振動素子からなるものである。アレイ振
動子１０によって超音波ビームが形成され、この超音波
ビームは、後述する送受信部２８の制御により電子走査
される。ここで、その電子走査方式としては電子リニア
走査や電子セクタ走査などを挙げることができる。

【００２１】走査機構１６は、上述したように、振動子
ユニット１２に対して機械的に連結されており、振動子
ユニット１２を機械走査方向に沿って往復駆動する機構
である。その駆動源としてモータ１８が設けられてお
り、このモータ１８の回転軸の角度がエンコーダ２０に
よって検出されている。エンコーダ２０は角度検出器で
あり、その角度は、機械走査方向における位置に相当し
ている。

【００２２】図２及び図３には三次元データ取込用プロ
ーブ１４の概念が示されている。図２に示される例で
は、三次元データ取込用プローブ１４において、振動子
ユニット１２が機械走査方向に平行移動されている。ち
なみに、図２においてＸ方向は電子走査方向であり、Ｙ
方向は機械走査方向であり、Ｚ方向は超音波ビーム方向
である。

【００２３】振動子ユニット１２内には、上述したよう
にアレイ振動子が設けられ、このアレイ振動子によって
超音波ビームＢが形成される。この超音波ビームＢを電
子走査すると、図においてＳで示されるように、矩形あ
るいは扇状などの所定形状をもった走査面が形成され
る。したがって、機械走査方向に沿って振動子ユニット
１２を移動させながら、走査面Ｓを繰り返し形成する
と、複数の走査面Ｓによって三次元データ取込空間Ｖが
形成される。

【００２４】超音波ビームＢの電子走査は一定速度で実
行されており、一方、振動子ユニット１２の機械走査は
理想的には一定速度で実行されるが、実際のところ機械
走査の開始及び終了の付近で速度変化が生じる。

【００２５】高速の電子走査に対して機械走査は低速で
あるが、図に符号４０で示されるように、電子走査の最
中においても振動子ユニット１２の機械走査が行われる
ため、その機械走査の速度に従って、走査面Ｓはその開
始端からその終了端にかけて機械走査方向に流れること
になる。すなわちＸ−Ｙ平面内において、走査面Ｓは機
械走査速度に依存した角度で傾斜する。

【００２６】本実施形態においては、このような、各走
査面の傾斜に対応するため、従来装置と同様に、機械走
査方向における往路走査においては、一方方向への電子
走査が実行されており、復路走査においては、他方方向
への電子走査が実行されている。すなわち、往路走査と
復路走査では電子走査方向の向きが異なり、これによっ
て往路走査と復路走査とで各走査面の傾きを一致させる
ことができる。

【００２７】図３には、三次元データ取込用プローブの
他の例が示されており、この例においては、振動子ユニ
ット１２が機械的に揺動走査されている。すなわち、走
査面Ｓが揺動することによって、角錐形状をもった三次
元データ取込空間Ｖが形成されている。図３において
は、振動子ユニット１２内に設けられたアレイ振動子１
０が示されており、また揺動走査機構である走査機構１
６が示されている。

【００２８】なお、図２及び図３に示したプローブ構成
例は一例であって、これ以外にも各種の構成を採用し得
る。

【００２９】図１に戻って、機械走査制御部２４は、上
記の走査機構１６に対する制御を実行する手段であり、
本実施形態において、機械走査制御部２４はサーボ回路
２６を有している。このサーボ回路２６はモータ１８に
対して駆動信号を供給すると共に、エンコーダ２０から
の出力に基づいていわゆるサーボ制御を実行する。

【００３０】主走査制御部２２は、装置全体の動作制御
を実行すると共に、本実施形態においては、特に機械走
査制御及び電子走査制御を実行し、このため機械走査制
御部２４及び送受信部２８に対して必要な制御信号を出
力している。この主走査制御部２２における電子走査の
開始タイミング制御に関しては、後に図５を用いて説明
することにする。

【００３１】送受信部２８は、送信ビームフォーマー及
び受信ビームフォーマーとしての機能を有するものであ
り、この送受信部２８は電子走査制御部として機能す
る。具体的には、送受信部２８からアレイ振動子１０に
対して送信信号が供給され、アレイ振動子１０からの受
信信号は送受信部２８に入力される。送受信部２８にお
いて所定の信号処理を経た受信信号は画像処理部３０へ
出力される。

【００３２】画像処理部３０は、三次元画像を形成する
ために、受信信号すなわちエコーデータに対して必要な
信号処理を実行する回路であり、この画像処理部３０に
よって三次元画像が形成される。そのように形成された
超音波画像データは表示処理部３２を介して表示部３４
へ出力され、表示部３４には三次元画像が表示される。

【００３３】もちろん、表示部３４上に、往路走査及び
復路走査のそれぞれにおいて形成される複数の二次元断
層画像を順次表示するようにしてもよく、また画像処理
部３０内に三次元エコーデータメモリを設け、そのメモ
リ内に三次元データ空間内で取り込まれた各エコーデー
タを格納し、必要なエコーデータを読み出すことによっ
て任意の断面の断層画像を形成するようにしてもよい。

【００３４】図４には、本実施形態に係る機械走査及び
電子走査の概念が示されている。図４（Ａ）には往路走
査における各走査面が破線によって示されており、図４
（Ｂ）には復路走査における各走査面が破線によって示
されている。なお、往路走査及び復路走査の両者におい
て、電子走査が１回終了すると、ただちに次の電子走査
が実行され、これが各走査の全域にわたって繰り返され
ることになる。

【００３５】図４（Ａ）において、まず往路走査におい
ては、上記のエンコーダ２０によって検出された位置が
各プリセット位置４１に一致したタイミングで電子走査
（一方方向への電子走査）が開始される。これによっ
て、各プリセット位置４１を開始点として走査面４０Ａ
が形成される。ちなみに、この各プリセット位置は、あ
らかじめ振動子ユニットの速度プロファイルを取得し、
そのプロファイルに従ってできる限り走査面が等間隔に
なるように設定される。もちろん、一定間隔で一方方向
への電子走査を開始させるようにしてもよい。

【００３６】本実施形態においては、一方方向への電子
走査ごとに、そのフレームの終了位置、すなわち機械走
査方向における電子走査の終了位置４２がメモリに記憶
される。

【００３７】一方、図４（Ｂ）に示すように、復路走査
においては、上述のように記憶された終了位置に基づい
て他方方向への電子走査が開始される。この場合におい
ては、上記の終了位置を基準として他方方向への電子走
査の開始タイミングを決定するのが望ましく、特に望ま
しくは、終了位置と同じ位置が開始位置となるように、
他方方向への電子走査が制御される。

【００３８】以上のような電子走査制御によれば、往路
走査とその直後の復路走査において、各走査面を可能な
限り一致させることができるので、往路走査と復路走査
との間における走査面のずれといった問題に対処するこ
とが可能となる。たとえば、振動子ユニット１２の周囲
に充填された媒質が温度変化し、これによって想定され
ている速度プロファイルから実際の速度プロファイルが
変化しても、上述した電子走査の制御によれば、往路走
査において取得された電子走査の終了位置にしたがって
次の復路走査における各走査面の開始位置を設定できる
ので、上述したように各走査面をできる限り一致させる
ことができる。

【００３９】図５には、主走査制御部２２における主要
部の構成がブロック図として示されており、この図５に
示される構成は、図４に示した電子走査制御を実現する
ための構成である。

【００４０】図５において、位置データは上述したエン
コーダ２０から出力される位置検出信号に相当する。こ
の位置データは往路用タイミング信号発生回路５０、位
置比較器５６及び終了位置メモリ５２に入力されてい
る。

【００４１】往路用タイミング信号発生回路５０は、入
力される方向情報が往路走査を示している場合において
動作し、位置データとあらかじめプリセットされている
開始位置データとを比較し、両者が一致した場合にタイ
ミング信号を送受信部２８に出力する。これによってそ
のタイミングで一方方向への電子走査が開始される。ち
なみに、電子走査の速度は上述したように一定値であ
る。一方、そのような往路走査の最中において、各走査
面の終了位置を表す位置データが終了位置メモリ５２に
格納される。具体的には、その終了位置メモリ５２への
位置データの書込みは書込み制御部５４によって制御さ
れている。

【００４２】フレーム終了タイミング信号は、往路走査
における各走査面すなわち各フレームの終了タイミング
において、書込み制御部５４に入力される信号である。
書込み制御部５４は、このフレーム終了タイミング信号
が入力されると、終了位置メモリ５２へ書込み指令信号
を出力する。これによって、その書込み指令信号が入力
されたタイミングで、位置データが終了位置メモリ５２
上に登録される。したがって、各フレームごとにすなわ
ち各走査面ごとに終了位置に相当する位置データが終了
位置メモリ５２上に格納されることになる。

【００４３】また、書込み制御部５４は、往路走査に引
き続いて復路走査が実行され、その復路走査が完了する
と、入力される復路走査終了信号に従ってリセット信号
を終了位置メモリ５２へ出力する。これによって終了位
置メモリ５２上に格納されていた各位置データが消去さ
れる。

【００４４】位置比較器５６は、復路走査において機能
するものであり、終了位置メモリ５２から出力される各
終了位置のデータに、入力される位置データが一致した
場合にトリガ信号を出力する。このトリガ信号は復路用
タイミング信号発生回路５８に入力され、そのトリガ信
号の入力タイミングでタイミング信号が送受信部２８へ
出力される。したがって、復路走査においては、往路走
査において登録された各終了位置に振動子ユニットが到
達すると、その都度、タイミング信号が出力されること
になり、そのタイミング信号の出力時点で電子走査が実
行される。これにより上述したように往路走査と復路走
査とで各走査面の位置関係を適正に維持することが可能
となる。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
往路走査と復路走査との間における走査面のずれといっ
た問題に対処することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形
態を示すブロック図である。

【図２】 三次元データ取込用プローブの一例を示す概
念図である。

【図３】 三次元データ取込用プローブの他の例を示す
概念図である。

【図４】 往路走査と復路走査とにおける各走査面の位
置関係を説明するための図である。

【図５】 主走査制御部の主要部の構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１０ アレイ振動子、１２ 振動子ユニット、１４ 三
次元データ取込用プローブ、１６ 走査機構、２２ 主
走査制御部、２４ 機械走査制御部、２８ 送受信部、
３０ 画像処理部、３２ 表示処理部、３４ 表示部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子走査方向に並んだ複数の振動素子か
   らなるアレイ振動子を備えた振動子ユニットと、 前記振動子ユニットを機械走査方向に機械的に往復走査
   する機械走査機構と、 前記アレイ振動子にて形成される超音波ビームの電子走
   査と前記振動子ユニットの機械走査とを制御する手段で
   あって、前記振動子ユニットの往路走査では前記超音波
   ビームを一方方向へ電子走査させ、前記振動子ユニット
   の復路走査では前記超音波ビームを他方方向へ電子走査
   させる走査制御部と、 を含み、 前記走査制御部は、 前記往路走査において、前記一方方向への電子走査ごと
   に、前記機械走査方向における前記一方方向への電子走
   査の終了位置を記憶し、 前記復路走査において、前記機械走査方向における前記
   一方方向への電子走査の終了位置に基づいて、前記機械
   走査方向における前記他方方向への電子走査の開始位置
   を定めることを特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記走査制御部は、前記機械走査方向における前記一方
   方向への電子走査の終了位置を、前記機械走査方向にお
   ける前記他方方向への電子走査の開始位置とすることを
   特徴とする超音波診断装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記超音波ビームの電子走査及び機械走査によって得ら
   れたエコーデータ群に基づいて三次元画像を形成する画
   像形成手段と、 前記三次元画像を表示する表示手段と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。
4. 【請求項４】 電子走査方向に並んだ複数の振動素子か
   らなるアレイ振動子を備えた振動子ユニットと、 前記振動子ユニットを機械走査方向に機械的に往復走査
   する機械走査機構と、前記機械走査方向における前記振
   動子ユニットの機械走査位置を検出する位置検出器と、 前記アレイ振動子にて形成される超音波ビームの電子走
   査と前記振動子ユニットの機械走査とを制御する手段で
   あって、前記振動子ユニットの往路走査では前記超音波
   ビームを一方方向へ電子走査させ、前記振動子ユニット
   の復路走査では前記超音波ビームを他方方向へ電子走査
   させる走査制御部と、 を含み、 前記走査制御部は、 前記往路走査において、所定の電子走査開始条件に従っ
   て前記一方方向への電子走査を開始させる手段と、 前記往路走査において、前記一方方向への電子走査ごと
   に、前記機械走査方向における前記一方方向の電子走査
   の終了位置を記憶する手段と、 前記復路走査において、前記記憶された一方方向の電子
   走査の終了位置に前記検出された機械走査位置が一致し
   たタイミングで、前記他方方向への電子走査を開始させ
   る手段と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の装置において、 前記一方方向への電子走査を開始させる手段は、前記機
   械走査方向における複数のプリセット位置に前記検出さ
   れた機械走査位置が一致したタイミングで、前記一方方
   向への電子走査を開始させることを特徴とする超音波診
   断装置。