JP2004290249A - 超音波撮像装置及び超音波撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】必要な情報を取得しつつ、被検体を高速に走査することができる超音波撮像装置等を提供する。
【解決手段】この超音波撮像装置は、超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子１０と、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される超音波ビームによって、設定された走査線密度で被検体を走査させる発火タイミングコントローラ２０と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、複数の走査線に沿った超音波情報をそれぞれ表す複数の検出信号を得る位相整合演算部４２と、位相整合演算部４２によって得られた複数の検出信号に基づいて被検体内に存在する媒質の境界の連続性を判定する不連続領域判定部４３と、前記発火タイミングコントローラに第１の走査線密度を設定した後に、不連続領域判定部４３の判定結果に応じて第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度を設定する走査制御部４４とを含む。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を送受信することにより生体内臓器の診断や非破壊検査を行うために用いられる超音波撮像装置及び超音波撮像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医療分野においては、被検体の内部を観察して診断を行うために、様々な画像技術が開発されている。その中でも、超音波を送受信することによって被検体の内部情報を取得する超音波撮像は、Ｘ線写真やＲＩ（ｒａｄｉｏ ｉｓｏｔｏｐｅ）シンチレーションカメラ等の他の医用画像技術と異なり、放射線による被曝がない。そのため、超音波撮像は、安全性の高い画像技術として、産科領域における胎児診断、婦人科系、循環器系、消化器系等を含む幅広い領域において利用されている。
【０００３】
また、超音波撮像においては、上記のＸ線写真等の画像技術と異なり、探触子を用いて取得された超音波情報をディスプレイ装置にリアルタイムに表示することが可能である。そのため、例えば、循環器系のように、様子が刻々と変化する臓器を観察する等の場合に特に有利である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超音波撮像においては、臓器等の観察を行っている間に、被検体である患者は拘束されているため、患者の身体的負担は大きい。そこで、高速に超音波撮像を行うために走査間隔を一律に粗くすると、診断に必要な詳細な情報が漏れてしまう恐れがある。そのため、診断に必要な情報を取得しつつ、全体として被検体を高速に超音波撮像することができる装置や方法の開発が望まれている。
そこで、上記の点に鑑み、本発明は、必要な情報を取得しつつ、被検体を高速に走査することができる超音波撮像装置及び超音波撮像方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明に係る超音波撮像装置は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、該超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される超音波ビームによって、設定された走査線密度で被検体を走査させる送信側信号処理手段と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、複数の走査線に沿った超音波情報をそれぞれ表す複数の検出信号を得る受信側信号処理手段と、該受信側信号処理手段によって得られた複数の検出信号に基づいて、被検体内に存在する媒質の境界の連続性を判定する判定手段と、送信側信号処理手段に対し、第１の走査線密度を設定した後に、判定手段の判定結果に応じて、第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度を設定する制御手段とを具備する。
【０００６】
また、本発明に係る超音波撮像方法は、複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、超音波用探触子から送信される超音波ビームによって第１の走査線密度で被検体を走査するステップ（ａ）と、超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、複数の走査線に沿った超音波情報をそれぞれ表す複数の検出信号を得るステップ（ｂ）と、ステップ（ｂ）において得られた複数の検出信号に基づいて、被検体内に存在する媒質の境界の連続性を判定するステップ（ｃ）と、ステップ（ｃ）における判定結果に応じて、走査線の密度を第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度に変更して被検体を走査するステップ（ｄ）とを具備する。
【０００７】
本発明によれば、検出された媒質の境界の連続性に応じて走査線密度をアダプティブに変更するので、重要な情報が含まれる領域について詳細な超音波情報を取得しつつ、走査領域の全体を高速に走査できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。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、本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、例えば、人体等の診察用の超音波診断装置や工業用の探傷装置として用いられる。
【０００９】
図１に示すように、この超音波撮像装置は、被検体に当接させて用いられる超音波用探触子１０を含んでいる。超音波用探触子１０は、２次元状（Ｎ×Ｎ）に配置されて２次元トランスデューサアレイを構成する複数（Ｎ^２個）の超音波トランスデューサ１０ａを備えている。各超音波トランスデューサ１０ａは、入力される駆動信号に基づいて超音波を発生すると共に、被検体から反射されて生じた超音波エコーを受信して検出信号を出力する。超音波トランスデューサ１０ａとしては、例えば、ＰＺＴ（Ｐｂ（ｌｅａｄ） ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ：チタン酸ジルコン酸鉛）等のセラミック圧電材やＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ：ポリフッ化ビニリデン）等の高分子圧電材を材料とする圧電素子を用いることができる。本実施形態においては、１つの超音波トランスデューサが超音波の送信と受信の両方に用いられるが、超音波の送信と受信のために別々の超音波トランスデューサを備えるようにしても良い。
【００１０】
あるいは、このような圧電素子を超音波の送信素子として用い、微細な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）又はファイバーブラッググレーティング等を超音波の受信素子として用い、これらを組み合わせて超音波用探触子１０を構成しても良い。なお、本実施形態においては２次元トランスデューサアレイを用いているが、これ以外に、１次元、又は、１．５次元等のトランスデューサアレイを用いても良い。
【００１１】
また、この超音波撮像装置は、発火タイミングコントローラ２０と、複数のパルサ回路２１と、複数のレシーバ３０とを含んでいる。
複数のパルサ回路２１及び複数のレシーバ３０は、複数の超音波トランスデューサ１０ａにそれぞれ接続されている。
発火タイミングコントローラ２０は、所定のタイミングで複数の発火信号を複数のパルサ回路２１にそれぞれ供給する。本実施形態において、発火タイミングコントローラ２０は、電子回路によって構成されているが、パターンジェネレータ等によって構成されても良い。
【００１２】
複数のパルサ回路２１は、発火タイミングコントローラ２０から供給される発火信号に従って、複数の駆動信号を超音波用探触子１０に出力する。パルサ回路としては、高い繰り返し周期（例えば、３ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ）で連続的に駆動信号を出力できる高速パルサ回路を用いることが望ましい。
複数のパルサ回路２１から駆動信号を供給されると、超音波用探触子１０に含まれる複数の超音波トランスデューサ１０ａは、対応するパルサ回路１２から出力された駆動信号に基づいて超音波パルスを発生する。これらの超音波パルスの合波により、所望の方向に偏向された送信ビーム（走査線）が形成される。
【００１３】
複数のレシーバ３０は、対応する超音波トランスデューサ１０ａが出力した検出信号について、信号処理を行う。各レシーバ３０は、プリアンプ３１、ＴＧＣ（ｔｉｍｅ ｇａｉｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ：時間利得補償）増幅器３２及びＡ／Ｄコンバータ３３を含んでいる。超音波トランスデューサ１０ａから出力された検出信号は、対応するレシーバ３０に含まれるプリアンプ３１及びＴＧＣ増幅器３２においてアナログ処理を施される。このアナログ処理により、これらの検出信号のレベルが、Ａ／Ｄコンバータ３３の入力信号レベルに整合される。ＴＧＣ増幅器３２から出力されたアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３３によってそれぞれディジタル信号（データ）に変換される。
【００１４】
また、この超音波撮像装置は、システム制御部４０と、メモリ４１と、位相整合演算部４２と、不連続領域判定部４３と、走査制御部４４と、表示画像演算部４５と、画像表示部４６とを含んでいる。システム制御部４０は、この超音波撮像装置の各部を制御している。
メモリ４１は、複数のレシーバ３０にそれぞれ対応する複数のラインを含んでおり、それぞれのレシーバ３０から出力された検出データを時系列に記憶する。
【００１５】
位相整合演算部４２は、検出データの位相を整合するための演算処理、即ち、受信フォーカス処理を行う。位相整合演算部４２は、メモリ４１に記憶されている複数の検出データに所望の遅延を与えて加算する。これにより、所望の走査線に沿った超音波情報を表す音線データが生成される。位相整合演算部４２は、シフトレジスタ遅延線、ディジタル微小遅延器、若しくは、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ：中央演算装置）とソフトウエア、又は、これらの組み合わせによって構成されている。
【００１６】
不連続領域判定部４３は、位相整合演算部４２によって生成された音線データに基づいて、被検体内に存在する媒質の境界を検出し、近隣の複数の領域における媒質の境界の連続性を判定することにより、媒質の境界が不連続となっている領域を検出する。
走査制御部４４は、不連続領域判定部４３の判定結果に基づいて、被検体内の走査領域及び走査線密度を設定する。
【００１７】
表示画像演算部４５は、位相整合演算部４２から出力された音線データに対して、検出波形の検波や、所定の画像処理を行う。また、表示画像演算部４５は、画像処理されたデータについて走査フォーマットの変換を行うことにより、超音波ビームの走査空間の画像データを物理空間の画像データに変換する。なお、３次元画像の表示を行う場合には、走査フォーマットの変換の前に、複数枚の断層データから、ある体積についてのデータであるボクセルデータ（ｖｏｘｅｌ データ）を生成する処理を行っても良い。
【００１８】
画像表示部４６は、表示画像演算部４５によって走査フォーマットが変換された画像データをＤ／Ａ変換によってアナログ信号に変換し、これらの信号に基づいて超音波画像を表示する。
【００１９】
次に、本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像方法について、図１〜図８を参照しながら説明する。
本実施形態に係る超音波撮像方法は、被検体内に存在する媒質の境界の連続性に応じて、走査線密度をアダプティブに変化させて被検体を走査するものである。ここで、一般に、超音波診断において反射源の形状や大きさを把握する場合には、反射源の輪郭が連続的に変化する領域よりも、不連続に変化する領域の方が重要である。例えば、図２に示すように、セクタ領域１内に反射源２が存在する場合に、反射源に関する位置情報が緩やかに変化する領域Ｂよりも、位置情報が不連続であったり、連続的であっても急峻に変化する領域Ａや領域Ｃの方に、多くの重要な情報が含まれている。そこで、本実施形態に係る超音波撮像方法においては、反射源に関する位置情報が連続的に変化する領域については、低い走査線密度で粗く走査し、位置情報が不連続に変化する領域については、高い走査線密度で細かく走査することにより、超音波情報を得ている。
【００２０】
図３は、本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、超音波撮像装置は、被検体内の走査領域を、低い走査線密度で走査する。即ち、図４に示すように、走査対象であるセクタ領域１を走査する場合に、通常、走査線間隔がΔθとなるように走査するところを、本実施形態においては、図５に示すように、例えば、走査線間隔が３×Δθとなるように走査する。そのために、走査制御部４４の制御により、発火タイミングコントローラ２０から複数のパルサ回路２１に発火信号が供給される。これに応じて、それぞれのパルサ回路２１は、供給された発火信号に基づいて、対応する超音波トランスデューサ１０ａに駆動信号を出力する。これにより、３×Δθの間隔で超音波ビームが順次送信される。
【００２１】
また、複数の超音波トランスデューサ１０ａは、送信された超音波ビームが反射源から反射されることによって生じた超音波エコーを受信し、検出信号を出力する。これらの検出信号は、対応するレシーバ３０において、それぞれ信号処理された後にディジタルデータに変換され、メモリ４４に時系列に記憶される。さらに、位相整合演算部４２は、メモリ４４に記憶されている検出データを用いて、超音波ビームの送信方向に対応する受信フォーカス処理を行う。これにより、それぞれの走査線に沿った超音波情報を表す音線データが生成される。
【００２２】
このように、図３に示すステップＳ１における超音波ビームの送受信を、送信方向を変えながら順次行うことにより、セクタ領域１の全範囲が粗く走査される。
次に、ステップＳ２において、不連続領域判定部４３は、セクタ領域１を低い走査線間隔で走査することによって得られた複数の音線データに基づいて、セクタ領域１内に現れた媒質の境界に不連続となる領域が存在するか否か判定を行う。
【００２３】
ここで、不連続領域の判定方法について、図６〜図９を参照しながら説明する。図６に示すように、セクタ領域１に反射源２が存在する場合に、例えば、走査線ＴＡ（６）の方向に送信された超音波ビームは、境界Ｂ１及び境界Ｂ２において反射される。その場合に、それらの反射領域からのエコー信号の強度は、周囲の領域よりも高くなる。従って、図７に示すように、走査線ＴＡ（６）に関する超音波情報を表すＲＦ信号のエンベロープには、境界Ｂ１及び境界Ｂ２において生じた超音波エコーを表す突起が現れる。また、走査線ＴＡ（９）に関する超音波情報を表すＲＦ信号のエンベロープには、境界Ｂ３及び境界Ｂ４において生じた超音波エコーを表す突起が現れる。或いは、超音波エコーが浮腫等から反射されたものである場合には、その反射領域からのエコー信号の強度は、周囲の領域よりも低くなる。その場合には、図８に示すように、境界Ｂ１や境界Ｂ２を表す信号は、低エコー（アンチエコーとも呼ばれる）となる。図７及び図８において、グラフの横軸ｔは超音波エコー信号の検出時刻を示しており、ｔの値が大きいほど、被検体の深部において生じた超音波エコーであることを表している。また、グラフの縦軸は、超音波エコー信号の強度を示している。
【００２４】
そこで、まず、不連続領域判定部４４は、判定対象である走査線について、媒質の境界が存在するか否かを判定する。即ち、図７に示すように、不連続領域判定部４３は、ある超音波エコー信号の振幅ｈ_Ｓが、その前後の信号の振幅ｈ_Ｂに対して一定の増減がある場合に、その時間軸上の位置に媒質の境界が存在すると判定する。例えば、不連続領域判定部４３は、次式（１）を満たす場合に、媒質の境界が存在すると判定する。
｜（ｈ_Ｓ−ｈ_Ｂ）／ｈ_Ｂ｜＞０．１ …（１）
式（１）においては、閾値を０．１としているが、この数値は、包絡線の幅等に基づいて設定される。
【００２５】
次に、不連続領域判定部４３は、隣接する走査線に関する音線データを比較し、両者に現れた媒質の境界が連続するか否かを判定する。判定は、次のように行う。図９に示すように、不連続領域判定部４３は、走査線ＴＡ（６）について、境界の存在を表す信号がハイレベルとなった位置（深さ）を検出する。なお、図９においては、位置（深さ）は、検出信号の検出時刻ｔ１及びｔ２によって表されている。次に、不連続領域判定部４３は、走査線ＴＡ（６）に隣接する走査線ＴＡ（９）において、境界が存在する範囲を設定する。境界が存在する範囲は、境界の位置ｔ１及びｔ２に対して±Δｔとなる範囲である。そして、走査線ＴＡ（９）において、範囲ｔ１±Δｔ及びｔ２±Δｔ内にハイレベルの信号が現れれば連続、現れなければ不連続と判断する。同様に、走査線ＴＡ（１２）についても、走査線ＴＡ（９）におけるハイレベル信号の位置ｔ１’、ｔ２’に基づいて、境界の連続性が判断される。その結果、図９に示す場合には、走査線ＴＡ（６）と走査線ＴＡ（９）とにおける境界は連続、走査線ＴＡ（９）と走査線ＴＡ（１２）とにおける境界は不連続と判断される。
【００２６】
再び、図３を参照すると、ステップＳ３において、超音波撮像装置は、境界が不連続となる走査線ＴＡ（０）と走査線ＴＡ（３）との間、及び、走査線ＴＡ（９）と走査線ＴＡ（１２）との間の領域について、高い走査線密度で走査を行う。これより、図１０に示すように、走査線ＴＡ（１）、ＴＡ（２）、ＴＡ（１０）、ＴＡ（１１）の方向に超音波ビームが送受信され、それぞれの走査線に関する音線データが取得される。
【００２７】
本実施形態においては、最初に走査領域の全体を粗く走査した後に、境界が不連続となった領域を補間するように細かく走査する。このように、検出された境界の連続性に応じて走査線密度をアダプティブに変更することにより、重要な領域について詳細な超音波情報を取得しつつ、全範囲に関する超音波情報を、高速且つ効率良く取得することができる。また、最初に粗く走査領域の全体を走査するので、撮像対象の概要を早期に把握することができる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法について、図１１及び図１２を参照しながら説明する。本実施形態に係る超音波撮像方法は、図１に示す超音波撮像装置において用いることができる。図１１は、本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
【００２９】
ステップＳ１１において、図１２に示すように、超音波撮像装置は、セクタ領域１について、低い走査線密度による走査を開始する。これにより、複数の走査線ＴＢ（１）、ＴＢ（２）、…に関する音線データが順次生成される。
次に、ステップＳ１２において、不連続領域判定部４３は、ステップＳ１１において新しく得られた走査線ＴＢ（ｎ）に関する音線データと、その前に得られた走査線ＴＢ（ｎ−１）に関する音線データとを比較し、隣接する２つの走査線のいずれかに媒質の境界が現れている場合に、それらの境界が不連続となるか否かを判定する。不連続領域の判定方法については、図７〜図１０を参照しながら説明したものと同様である。
【００３０】
ステップＳ１２において、境界が現れない場合、又は、現れた境界が不連続とならない場合に、超音波撮像装置は、ステップＳ１１に戻り、再び低い走査線密度でセクタ領域１を走査する（ステップＳ１４）。
【００３１】
一方、現れた境界が不連続であった場合には、ステップＳ１３において、超音波撮像装置は、走査線ＴＢ（ｎ）と走査線ＴＢ（ｎ−１）との間に領域について、高い走査線密度で走査を行う。
この領域について、高い走査線密度による走査が終了すると、超音波撮像装置は、ステップＳ１１に戻り、再び低い走査線密度によりセクタ領域１を走査する。ステップＳ１１に戻る場合には、走査線ＴＢ（ｎ）に隣接する走査線ＴＢ（ｎ＋１）から走査が開始される。また、セクタ領域１の全範囲の走査が終了した場合には、動作を終了する（ステップＳ１４）。
【００３２】
本実施形態においては、図１２に示すように、セクタ領域１を粗く走査し、媒質の境界が不連続となる領域が検出されるたびに、その領域を高い走査線密度で走査する。従って、重要な領域について詳細な超音波情報を取得しつつ、走査領域の全体を、一方の側から順に、高速に走査することができる。
【００３３】
以上説明した第１及び第２の実施形態においては、２次元セクタ領域を走査する場合について説明した。しかしながら、その他の２次元領域や、３次元領域を走査する場合においても、これらの実施形態と同様に、得られた音線データに基づいて不連続領域を判断し、その結果に基づいて走査線密度をアダプティブに変更して走査を行うことにより、走査領域の全体を高速に走査することができる。
【００３４】
次に、本発明の第３の実施形態に係る超音波撮像装置について説明する。図１３は、本実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、図１に示す超音波撮像装置に境界予測演算部４７を付加したものである。その他の構成については、図１に示す超音波撮像装置と同様である。境界予測演算部４７は、不連続領域判定部４３において検出された媒質の境界位置に基づいて、次に走査する領域における境界の位置を予測するための演算を行う。
【００３５】
次に、本実施形態に係る超音波撮像方法について説明する。本実施形態に係る超音波撮像方法は、本発明の第１又は第２の実施形態に係る超音波撮像方法と同様に、被検体内の走査領域を低い走査線密度で走査し、それによって検出された媒質の境界の不連続領域を高い走査線密度で走査するものである。その境界の不連続領域を検出する際に、境界予測演算部４７によって予測された境界の存在範囲を用いることに特徴を有している。
【００３６】
図１４は、本実施形態に係る超音波撮像方法において境界の不連続領域を検出する方法を示すフローチャートである。また、図１５は、本実施形態において走査されるセクタ領域を示す図である。
ステップＳ２１において、超音波撮像装置は、反射源４が存在するセクタ領域３を走査することにより、走査線ＴＣ（０）、ＴＣ（２）、…、ＴＣ（８）に関する音線データを得る。不連続領域判定部４３は、これらの音線データに基づいて、それぞれ走査線ＴＣ（０）、ＴＣ（２）、…、ＴＣ（８）における境界の位置を検出する。境界位置の検出方法については、本発明の第１の実施形態において図７及び図８を参照しながら説明したものと同様である。これにより、図１６に示すように、境界の存在を表す信号Ｄ２ａ及びＤ２ｂ、Ｄ４ａ及びＤ４ｂ、Ｄ６ａ及びＤ６ｂ、Ｄ８ａ及びＤ８ｂが得られる。
【００３７】
次に、ステップＳ２２において、境界予測演算部４７は、境界が検出された走査線ＴＣ（２）〜ＴＣ（８）における境界の存在を表す信号に基づいて、走査線ＴＣ（１０）における境界の位置の範囲を予測するための演算を行う。即ち、一連の信号Ｄ２ａ、Ｄ４ａ、Ｄ６ａ、Ｄ８ａ、及び、信号Ｄ２ｂ、Ｄ４ｂ、Ｄ６ｂ、Ｄ８ｂを用いて、走査線ＴＣ（１０）における境界が存在する範囲Ｒ１０ａ及びＲ１０ｂをそれぞれ求める。
【００３８】
境界の位置は、例えば、次に示す演算を行うことによって予測することができる。まず、図１７に示すように、ステップＳ２１において得られた境界の存在を表す信号（図１６）をセクタ画像に変換し、信号Ｄ２ａ〜Ｄ８ｂをプロットする。次に、最新の走査によって得られた信号Ｄ８ｂと、その前の走査によって得られた信号Ｄ６ｂとを直線で結び、その延長線と走査線ＴＣ（１０）との交点Ｐを求める。次に、交点Ｐを中心とし、所定の半径を有する円を描く。この半径の値としては、例えば、過去の推定値と実際の境界位置とのズレの最大値が用いられる。図１６において、この円に対応する範囲を、走査線ＴＣ（１０）における境界が存在する範囲Ｒ１０ｂとする。境界が存在する範囲Ｒ１０ａについても、信号Ｄ６ａ及びＤ８ａを用いて同様に求める。
【００３９】
また、ある走査線を走査したときに、境界が新たに検出された場合（例えば、図１７の走査線ＴＣ（２）における信号Ｄ２ａ及びＤ２ｂ）には、次のように境界の存在する範囲を求める。図１８に示すように、走査線ＴＣ（Ｘ）上の位置Ｘに新たに境界が検出された場合に、隣接する走査線ＴＣ（Ｘ＋１）における境界の位置Ｘ’は位置Ｘと同じ深度ｄに存在すると仮定する。そして、位置Ｘ’を中心とし、位置Ｘを通る円、即ち、Ｘ−Ｘ’間の距離ｒを半径とする円を描く。この円を、隣接する走査線ＴＣ（Ｘ＋１）における境界が存在する範囲Ｒとする。なお、ステップＳ２２における演算処理としては、このほかにも、一般的に知られている様々な位置予測演算法を用いることができる。
【００４０】
再び、図１４を参照すると、ステップＳ２３において、超音波撮像装置は、走査線ＴＣ（１０）を走査することにより、音線データを得る。
次に、ステップＳ２４において、不連続領域判定部４３は、ステップＳ２３において得られた音線データに基づいて、走査線ＴＣ（１０）における境界の位置を検出する。境界の位置の検出方法については、ステップＳ２１と同様である。
【００４１】
次に、ステップＳ２５において、不連続領域判定部４３は、ステップＳ２４において得られた走査線ＴＣ（１０）における境界の位置を表す信号が、ステップＳ２２において求められた境界が存在する範囲Ｒ１０ａ又はＲ１０ｂに含まれるか否かを判定する。即ち、境界の位置を表す信号が範囲Ｒ１０ａ又はＲ１０ｂに含まれる場合には、走査線ＴＣ（８）と走査線ＴＣ（１０）との間の境界が連続すると判断される。一方、境界の位置を表す信号が範囲Ｒ１０ａ又はＲ１０ｂに含まれない場合には、上記境界が不連続であると判断される。また、ステップＳ２４において、走査線ＴＣ（１０）に境界が検出されなかった場合にも、上記境界が不連続と判断される。
【００４２】
再び、図１３を参照すると、超音波撮像装置は、このようにして判定された不連続領域について、高い走査線密度で走査を行う。走査方法としては、図１０に示すように、１回目にセクタ領域３の全範囲を粗く走査し、２回目に、不連続と判定された領域について細かく走査する方法でも良い。また、図１２に示すように、セクタ領域３を粗く走査する間に、領域が不連続と判定される度に、その領域に戻って細かく走査する方法でも良い。
【００４３】
本実施形態によれば、先に検出された境界の位置情報に基づいて、次の走査線上の境界位置を推定し、実測値と比較するので、境界の連続性をより正確に判定することができる。
なお、本実施形態においては、最新の走査によって得られた境界位置情報と、そのひとつ前の走査によって得られた境界位置情報とに基づいて、次の走査線における境界位置を予測しているが、さらに過去に取得された境界位置情報まで遡って用いても良い。
【００４４】
次に本発明の第４の実施形態に係る超音波撮像装置について説明する。本実施形態に係る超音波撮像方法は、マルチビーム方式、即ち、複数の超音波ビームを複数の方向に同時に送信することにより、被検体の３次元領域を高速に走査するものである。
【００４５】
マルチビーム方式においては、１つの方向に送信された第１の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーを受信する際に、他の方向に送信された第２の超音波ビームが反射源に反射されて生じる超音波エコーが同時に受信される場合に、クロストークが問題となる。そのため、マルチビーム方式による本格的な超音波撮像を行う前に、クロストークの原因となるような反射源が存在するか否かについて、事前撮像により、被検体の概要を把握しておくことが行われる。この事前撮像は、クロストークの影響を避けるために、シングルビームによって行う必要があるので、撮像時間が長くかかってしまう。そこで、本実施形態においては、この事前撮像を高速に行うための方法を採用している。
【００４６】
図１９は、本実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。この超音波撮像装置は、図１に示す超音波撮像装置における位相整合演算部４２の替わりに位相整合演算部５０を、また、走査制御部４４の替わりに走査制御部５２有しており、さらに、クロストーク判定部５１を有している。その他の構成については、図１に示す超音波撮像装置と同様である。
【００４７】
位相整合演算部５０は、メモリ４１に記憶されている検出データの位相を整合するために演算処理を行う。位相整合演算部４２には、送信ビームの数に対応して複数の系統が設けられている。位相整合演算部５０の各系統は、各超音波トランスデューサ１０ａから出力される検出信号に基づいて得られた一連の検出データに所定の遅延を与え、それらをディジタル加算する。このように、複数の系統を有する位相整合演算部５０を用いることにより、被検体内の複数の方向に関する受信フォーカスを同時に達成することができる。
【００４８】
クロストーク判定部５１は、被検体をプリスキャンすることにより事前撮像を行った場合に、その結果得られた画像情報に基づいて、クロストークの原因となる反射源が存在しているか否かを判定する。
また、走査制御部５２は、事前走査の際に、不連続領域判定部４３の判定結果に基づいて走査線密度及び走査領域を設定すると共に、本格的な撮像において、クロストーク判定部５１の判定結果に基づいて、送信される超音波の送信タイミングや送信方向を含む走査条件を設定する。
【００４９】
次に、本発明の第４の実施形態に係る超音波撮像方法について、図１９〜図２２を参照しながら説明する。図２０は、本実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。また、図２１及び図２２は、本実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
ここで、図２１の（ａ）及び図２２の（ａ）は、被検体の３次元領域に向けて超音波ビームが送信される様子を示しており、矢印は、超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４の軌跡を表している。また、図２１の（ｂ）及び図２２の（ｂ）は、深度Ｐの画像領域に含まれる複数のブロックＰ１〜Ｐ４を示しており、丸印は、複数のブロックＰ１〜Ｐ４を走査する超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４のビームスポットを表し、矢印は、超音波ビームＴＸ１〜ＴＸ４の走査方向を表している。ここで、図２１の（ａ）、（ｂ）及び図２２の（ａ）、（ｂ）において、黒丸印は深度Ｐの画像領域に存在する反射源ＯＢ１及びＯＢ２を表している。さらに、図２１の（ｃ）及び図２２の（ｃ）は、送信された超音波ビームに対応して取得されたエコー信号のタイムチャートを示している。
【００５０】
まず、ステップＳ３１において、図２１の（ａ）に示すように、被検体内の３次元領域を構成する１つの画像領域を１つの超音波ビームＴＸ１によって走査することにより、事前撮像を行う。事前撮像においては、本発明の第１又は第２の実施形態に係る超音波撮像方法が用いられる。
【００５１】
この事前撮像により、図２１の（ｃ）に示すエコー信号のタイムチャートが得られる。これにより、深度Ｐの画像領域に反射源ＯＢ１及びＯＢ２が存在することが把握される。図２１の（ｃ）において、ｔ１及びｔ２は、図２１の（ａ）に示すｘ１及びｘ２方向の各々に向けて送信された超音波ビームＴＸ１の送信時刻を示している。
このような複数の走査線に関する音線データは、クロストーク判定部５１に入力される。
【００５２】
次に、ステップＳ３２において、クロストークの判定を行う。ここで、発火タイミングコントローラ２０には、例えば、図２２の（ａ）に示すように、１回のマルチビーム送信において、θ_０及びφ_０ずつ離れている超音波ビームＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４が同時に送信されるように、送信タイミング及び送信方向が初期設定されているものとする。
【００５３】
まず、クロストーク判定部５１は、入力された音線データに基づいて、互いに隣接する領域に反射源が存在するか否かを判定する。
例えば、図２１の（ｃ）に示すタイムチャートにより、ｘ１方向及びｘ２方向に、反射源ＯＢ１及びＯＢ２がそれぞれ存在していることがわかる。これらの反射源ＯＢ１及びＯＢ２は、超音波ビームを送信してから超音波エコーを受信するまでの時間がほぼ等しいことから、図２１の（ａ）に示すように、送信ビームの送信点からの距離がほぼ等しい位置、即ち、深度の等しい画像領域上に存在していることがわかる。このｘ１方向とｘ２方向との間隔が、同時に送信される複数の超音波ビームの送信間隔θ_０やφ_０にほぼ等しい場合に、ｘ１方向及びｘ２方向に向けて同時に超音波ビームを送信すると、反射源ＯＢ１に反射されて生じた超音波エコーの検出信号と、反射源ＯＢ２に反射されて生じた超音波エコーの検出信号とが重なって検出されてしまう。
そのような場合に、クロストーク判定部５１は、ｘ１方向とｘ２方向との間でクロストークが生じるものと判断し、その結果を走査制御部５２に入力する。
【００５４】
次に、ステップＳ３３において、走査条件の再設定を行う。走査制御部５２は、クロストーク判定部５１から入力された判定結果に基づいて、本格的な撮像の際に送信される超音波ビームの走査条件を発火タイミングコントローラ２０に対して再設定する。即ち、図２２の（ｃ）に示すように、走査制御部５２は、ｘ１及びｘ２を含む方向に超音波ビームを送信する際に、超音波ビームＴＸ１、ＴＸ３、ＴＸ４を同時に送信し、これらの送信時刻のΔｔ時間後に超音波ビームＴＸ２を送信するように、送信タイミングを設定する。
【００５５】
次に、ステップＳ３４において、本格的な撮像を行う。即ち、複数のパルサ回路２１は、走査制御部５２によって走査条件が再設定された発火タイミングコントローラ２０の制御に従って、複数のパルサ回路２１にそれぞれ接続されている複数の超音波トランスデューサ１０ａに駆動信号を出力する。これにより、時刻ｔ_０に、複数の超音波ビームＴＸ１、ＴＸ３、ＴＸ４がｘ１、ｘ３、ｘ４方向に向けて送信され、そのΔｔ時間後である時刻ｔ_０＋Δｔに、超音波ビームＴＸ２がｘ２方向に向けて送信される。
【００５６】
マルチビーム送信された複数の超音波ビームは、被検体内においてそれぞれ反射され、それによって生じた超音波エコーが超音波用探触子１０に受信される。超音波用探触子１０に含まれる複数の超音波トランスデューサ１０ａは、受信した超音波エコーに基づいて複数の検出信号をそれぞれ出力する。これらの検出信号は、対応するレシーバ３０にそれぞれ入力され、所定の信号処理を施され、メモリ４１で一旦記憶された後、位相整合演算部５０の各系統に並列に入力される。
【００５７】
位相整合演算部５０は、入力された一連の検出データに基づいて、ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４方向から戻ってきた超音波エコーがそれぞれ受信焦点を形成するように受信ビームフォーミングを行うことにより、送信ビームにそれぞれ対応する音線データを生成する。これにより、図２２の（ｃ）に示すように、反射源ＯＢ１に反射されて生じた超音波エコーの検出信号と、反射源ＯＢ２に反射されて生じた超音波エコーの検出信号とが分離して取得される。
【００５８】
さらに、表示画像演算部４５は、位相整合演算部５０において受信フォーカス処理を施された音線データについて所定の画像処理を行い、画像表示部４６は、画像処理された画像データに基づいて超音波画像を表示する。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態によれば、事前撮像を高速に行うことができるので、全体の超音波撮像に要する時間を短縮することができる。また、事前撮像の結果に基づいて、超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を再設定するので、隣接する複数の領域において反射されて生じた超音波エコーの検出信号を分離することができ、クロストークの影響が抑制された良質な画像データをマルチビーム送信によって高速に取得することができる。
【００６０】
本実施形態においては、クロストーク判定部の結果に基づいて、超音波ビームが送信されるタイミングをずらすように走査条件を再設定したが、超音波ビームの送信方向を変更したり、タイミング及び送信方向の両方を変更するように、走査条件を再設定しても良い。
【００６１】
また、本実施形態においては、マルチビーム方式による超音波撮像を行うための事前撮像として第１又は第２の実施形態に係る超音波撮像方法を用いたが、これらの超音波撮像方法は、その他にも、様々な超音波撮像における事前撮像として用いることができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、検出された媒質の境界の連続性に応じて走査線密度をアダプティブに変更するので、重要な情報が含まれる領域について詳細な超音波情報を取得しつつ、走査領域の全体を高速に走査できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】被検体内の走査対象であるセクタ領域を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
【図４】通常の走査における走査線密度を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像方法において行われる低い走査線密度による走査を説明するための図である。
【図６】境界の連続性を判定する方法を説明するための図である。
【図７】走査線上に境界が存在するか否かを判定する方法を説明するための図である。
【図８】走査線上に境界が存在するか否かを判定する方法を説明するための図である。
【図９】隣接する走査線上に存在する境界が連続するか否かを判定する方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る超音波撮像方法において行われる高い走査線密度による走査を説明するための図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る超音波撮像方法において行われる走査を説明するための図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る超音波撮像方法における不連続領域の検出方法を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る超音波撮像方法において走査される領域を示す図である。
【図１６】境界位置の予測方法を説明するための図である。
【図１７】境界位置の予測方法を説明するための図である。
【図１８】境界位置の予測方法を説明するための図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る超音波撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態に係る超音波撮像方法を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の第４の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態に係る超音波撮像方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１、３ 走査領域（セクタ領域）
２、４ 反射源
１０ 超音波用探触子
１０ａ 超音波トランスデューサアレイ
２０ 発火タイミングコントローラ
２１ パルサ回路
３０ レシーバ
３１ プリアンプ
３２ ＴＧＣ増幅器
３３ Ａ／Ｄ変換器
４０ システム制御部
４１ メモリ
４２、５０ 位相整合演算部
４３ 不連続領域判定部
４４、５２ 走査制御部
４５ 表示画像演算部
４６ 画像表示部
４７ 境界予測演算部
５１ クロストーク判定部

Claims (10)

1. 超音波撮像装置であって、
   複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子と、
   前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から送信される超音波ビームによって、設定された走査線密度で被検体を走査させる送信側信号処理手段と、
   超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、複数の走査線に沿った超音波情報をそれぞれ表す複数の検出信号を得る受信側信号処理手段と、
   前記受信側信号処理手段によって得られた複数の検出信号に基づいて、被検体内に存在する媒質の境界の連続性を判定する判定手段と、
   前記送信側信号処理手段に対し、第１の走査線密度を設定した後に、前記判定手段の判定結果に応じて、第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度を設定する制御手段と、
   を具備する超音波撮像装置。
2. 前記判定手段が、所定の走査領域を第１の走査線密度で走査することによって得られた複数の検出信号に基づいて媒質の境界の連続性を判定することにより、該境界の不連続領域を検出し、
   前記制御手段が、前記判定手段によって検出された境界の不連続領域を第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度で走査するように前記送信側信号処理手段を制御する、請求項１記載の超音波撮像装置。
3. 前記制御手段が、所定の走査領域を第１の走査線密度で走査した後に、前記判定手段によって検出された境界の不連続領域を第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度で走査するように前記送信側信号処理手段を制御する、請求項２記載の超音波撮像装置。
4. 前記制御手段が、前記判定手段によって境界の不連続領域が検出されたときに、残りの走査領域よりも先に該境界の不連続領域を第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度で走査するように前記送信側信号処理手段を制御する、請求項２記載の超音波撮像装置。
5. 前記判定手段が、複数の走査線に関する複数の検出信号の各々において、時間軸上の位置における該検出信号の振幅の変化率が所定の値より大きい場合に、その時間軸上の位置に媒質の境界が存在すると判断し、第１の検出信号において媒質の境界が存在すると判断された時間軸上の位置が、隣接する走査線に関する第２の検出信号において媒質の境界が存在すると判断された時間軸上の位置を基準とする所定の期間内に含まれる場合に、第１の検出信号と第２の検出信号とにおいて媒質の境界が連続すると判定する、請求項１〜４のいずれか１項記載の超音波撮像装置。
6. 少なくとも第１及び第２の走査線に関する第１及び第２の検出信号を用いて、第３の走査線において媒質の境界が存在する位置を予測するための演算を行う演算手段をさらに具備し、
   前記判定手段が、前記演算手段によって予測された位置に基づいて、第２の走査線における媒質の境界と第３の走査線における媒質の境界とが連続するか否かを判定する、
   請求項１〜５のいずれか１項記載の超音波撮像装置。
7. 前記制御手段が、所定の走査領域を第１の走査線密度で走査し、前記判定手段によって検出された境界の不連続領域を第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度で走査することによって事前撮像を行い、該事前撮像によって得られた複数の走査線に関する検出信号に基づいて本格的な撮像を行うように、前記送信側信号処理手段を制御する、請求項２〜６のいずれか１項記載の超音波撮像装置。
8. 事前撮像により得られた検出信号に基づいて、異なる複数の反射源にそれぞれ反射されて生じた複数の超音波エコーが前記超音波用探触子に受信される際に互いに干渉するような反射源が存在するか否かを判定する第２の判定手段をさらに具備し、
   前記制御手段が、前記第２の判定手段の判定結果に基づいて、所定の期間内に複数の方向にそれぞれ送信される複数の超音波ビームの送信タイミングを含む走査条件を設定し、
   前記送信側信号処理手段が、前記制御手段によって設定された走査条件に従って、前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から複数の超音波ビームを送信することによって被検体の複数の領域をそれぞれ走査させる、
   請求項７記載の超音波撮像装置。
9. 複数の駆動信号に従ってそれぞれ動作する複数の超音波トランスデューサによって超音波ビームを形成して被検体に送信すると共に、被検体から反射される超音波エコーを受信する超音波用探触子を用いて、被検体を撮像する超音波撮像方法であって、
   前記超音波用探触子に供給される複数の駆動信号に遅延を与えることにより、前記超音波用探触子から送信される超音波ビームによって第１の走査線密度で被検体を走査するステップ（ａ）と、
   超音波エコーの受信によって得られる複数の検出信号を処理することにより、複数の走査線に沿った超音波情報をそれぞれ表す複数の検出信号を得るステップ（ｂ）と、
   ステップ（ｂ）において得られた複数の検出信号に基づいて、被検体内に存在する媒質の境界の連続性を判定するステップ（ｃ）と、
   ステップ（ｃ）における判定結果に応じて、走査線の密度を第１の走査線密度よりも高い第２の走査線密度に変更して被検体を走査するステップ（ｄ）と、
   を具備する超音波撮像方法。
10. ステップ（ｃ）が、ステップ（ｂ）において得られた複数の検出信号の各々において、１つの時間軸上の位置における該検出信号の振幅の変化率が、所定の値より大きい場合に、その時間軸上の位置に媒質の境界が存在すると判断し、第１の検出信号において媒質の境界が存在すると判断された時間軸上の位置が、隣接する走査線に関する第２の検出信号において媒質の境界が存在すると判断された時間軸上の位置を基準とする所定の期間内に含まれる場合に、第１の検出信号と第２の検出信号とにおいて媒質の境界が連続すると判定することを含む、請求項９記載の超音波撮像方法。

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