JP2006271523A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像範囲を絞り込んで、範囲内から障害物を排除し、目的部位のみを観察することができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波を送受信し、被検体内の対象部位の断面画像を取得する超音波診断装置において、揺動して被検体内を連続的に３次元走査する超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記振動子の位置情報を取得する位置検出部と、受信した前記信号及び前記位置情報に基づいて前記対象部位の３次元画像を実時間で構成する画像データ処理部と、前記画像データ処理部により構成された実時間３次元画像を表示する表示部と、前記実時間３次元画像の表示領域を変更する手段と、前記変更された実時間３次元画像表示領域のみを走査するように前記振動子の揺動範囲及び超音波断面画像の撮像範囲の少なくとも一方を自動的に変更する手段とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、リアルタイムに３次元（３Ｄ）画像を表示する３次元超音波診断装置に係り、特にメカニカルスキャン方式の１次元アレイプローブを用いて３次元データを収集する超音波診断装置に関する。

現在、超音波診断装置において、実時間３次元表示機能が実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。その３次元再構成のためのスタックデータ収集は、１次元アレイプローブによるものと、２次元アレイプローブによるものとに大別され、１次元アレイプローブによる走査方式には、フリーハンドスキャン方式とメカニカルスキャン方式とがある。

この内、メカニカルスキャン方式は、エンクロージャ内にプローブとプローブ駆動用モータを備え、体表プローブの煽り（揺動）走査を機械的に定速度で行うものである。

図１３に、このメカニカルスキャン方式により得られたスタックデータから再構成され３次元表示された対象領域の様子を、胎児の頭部を例に採って示す。ここで、１次元アレイプローブは、同図に示すＸ方向に揺動走査され、ＣＳ１０１は断層像、ＣＳ１０２はＣＳ１０１と直交する方向の断面を示している。図１４（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ図１３に示す断面ＣＳ１０１，ＣＳ１０２の様子を示すものである。

実時間３次元表示において３次元画像を作成する場合、図１４（ａ）に示すように、予め超音波画像上で撮像の目的部位周りに関心領域（ＲＯＩ）を設定し、その中のみをボリュームデータとして表示する。これにより、ボリュ−ムデータ作成量を低減してリアルタイム性を向上させることができるとともに、目的部位の手前にある組織や超音波の多重反射によるノイズなどの障害物ＯＢ１０１を撮像範囲から除外することができる。このとき、図１４（ｂ）に示すように、各断層像上でＲＯＩ１０１の大きさは同じであり、ボリュームデータの形状も自動的に決定される。
特開平６−１６９９２１号公報

しかしながら、図１４（ｂ）に示すように、その障害物ＯＢ１０１の形状によっては、超音波画像上でのＲＯＩ設定のみでは完全に取り除くことができないという問題がある。

また、実時間３次元表示は、データ転送量が大きいことから、データ転送・処理系の能力に応じて、画質の低下、またはフレームレートの低下を余儀なくされるという問題もある。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、撮像範囲を絞り込んで、範囲内から障害物を排除し、目的部位のみを観察することができる超音波診断装置を提供することを目的とするものである。

本発明の他の目的は、３次元画像再構成に必要なデータ転送量を減少させて、画質の低下又はフレームレートの低下を抑えた超音波診断装置を提供することにある。

本発明に係る超音波診断装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、超音波を送受信し、被検体内の対象部位の断面画像を取得する超音波診断装置において、揺動して被検体内を連続的に３次元走査する超音波振動子を備えた超音波プローブと、前記振動子の位置情報を取得する位置検出部と、受信した前記信号及び前記位置情報に基づいて前記対象部位の３次元画像を実時間で構成する画像データ処理部と、前記画像データ処理部により構成された実時間３次元画像を表示する表示部と、前記実時間３次元画像の表示領域を変更する手段と、前記変更された実時間３次元画像表示領域のみを走査するように前記振動子の揺動範囲及び超音波断面画像の撮像範囲の少なくとも一方を自動的に変更する手段と、を備えることが望ましい。

本発明に係る超音波診断装置によれば、ボリュームデータの不要な部分を取り除き、目的部位のみを表示させることができる。

本発明はまた、画像中のボリュームデータとする領域を限定するので、扱うデータ量を減少させることができ、これにより、フレームレートを増加させる、又は画質を向上させることができる効果がある。

本発明に係る超音波診断装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１０の全体的な概要構成を示すブロック図である。

この実施形態に示された超音波診断装置１０は、被検体に対して超音波の送受波を行なう超音波プローブ１と、所定の走査方向に対して超音波の送受波を行なうために超音波プローブ１に対して電気信号の送受信を行なう送受信部２と、所定の走査方向から得られた受信超音波信号に基づいて超音波画像データを生成する画像データ生成部３と、超音波プローブ１の位置と傾きを検出してプローブ位置データを生成する位置検出部５と、画像データ生成部３で生成された断層画像及び位置検出部５で検出された超音波プローブ１の位置データから３次元画像を構成する画像データ処理部４を備える。

また、超音波診断装置１０は、前記画像データ処理部４において再構成されたボリュームデータ等を表示する表示部８と、超音波画像データの収集条件や画像データ処理条件、更には種々のコマンド信号の入力などを行なう入力部６と、上記各ユニットを統括して制御する制御部７を備えている。

超音波プローブ１は、図示は省略するが、超音波の送受波を行なう振動子と、振動子の機械的な走査を行う走査機構であるモータと、振動子の現在位置すなわち超音波ビームの方向を検出する位置センサとを備える。この超音波プローブ１は、例えば生体の体表に当接して使用される３次元データ取り込み用の超音波プローブ１であり、機械走査に加えて電子走査も併用される。すなわち、振動子としてアレイ振動子が設けられ、このアレイ振動子が電子走査により所定方向に電子走査を行い、さらにこれと垂直な方向に機械走査を行うことで、３次元空間内での超音波の送受波を可能にする。

以下、斯かる構成による超音波診断装置１０の動作について説明する。まず、図１において、制御部７は、送受信部２に対し制御信号Ｇ２を送出して、超音波プローブ８１を駆動して超音波を発生させ、被検体中に送信する。

被検体から反射してきた超音波は超音波プローブ１により電気信号に変換され、超音波反射信号Ｇ３として送受信部２に送られる。送受信部２に送られた超音波反射信号Ｇ３は、検波とＡ／Ｄ変換が行われてディジタルデータＧ３’とされ、画像データ生成部３に送られる。この画像データ生成部３に送られたディジタルデータＧ３’は断層画像Ｇ３”として構成される。

また、送受信と同時に、超音波プローブ１の位置と傾きが位置センサにより計測され、位置情報Ｇ４として位置検出部５に送信され、位置検出部５によりプローブ位置データＧ６として計算される。

複数の断層画像Ｇ３”及び探触子位置データＧ６が画像処理部４に送信され、画像データ処理部４は、複数の断層画像Ｇ３”と探触子位置データＧ６をもとに、ボリュームデータＧ８を生成する。ボリュームデータＧ８は表示部７に送られて投影処理による表示や任意断面画像等の３次元表示が行われる。
こうしてリアルタイムに表示された３次元画像に対し、ユーザは、表示部８を見ながら入力部６によってボリュームデータＧ８の操作を行なう。制御部７は、この操作信号Ｇ１を受け取り、画像データ処理部４に制御信号Ｇ９として送出し、その内容をボリュームデータＧ８に反映させる。画像データ処理部４は変更されたボリュームデータＧ８の情報を制御部７及び表示部８に送る。制御部７は、変更後のボリュームデータＧ８の情報を受けて、自動的にスキャンレンジと揺動範囲を最小化するように制御信号Ｇ２によって超音波プローブ１を制御し、また制御信号Ｇ９によって、表示部８に変更後のボリュームデータＧ８を表示させる。

このようなボリュームデータ変更操作の内、スキャンレンジの変更例について、図を参照して説明する。図２は、このスキャンレンジ変更の手順を示すフローチャ−トである。なお、以下の処理は全て制御部７による制御の下で行われるので、逐一その旨を記載することは省略する。

まず、ユーザが、入力部６を介して表示部８の画面上にクリップ用のＲＯＩを描画すると（ステップＳ１）、画像データ処理部４は、この情報に基づいて、図３に示すように、クリップ領域ＣＲ１を設定する（ステップＳ２）。

続いて、例えば図４（ａ）に示すＣＳ１等の一断面において、走査すべき範囲として、各断面のクリップ領域ＣＲ１を含む範囲のみをスキャンレンジＳＲ１として取得する（ステップＳ３）。

次に、画像データ処理部４は、情報伝達路Ｇ７を介して制御部７に断面ごとのスキャンレンジおよびそれぞれの超音波画像における振動子の位置情報を送り（ステップＳ４）、制御部７はそれに基づいて制御信号Ｇ２を超音波プローブ１に送り、ＳＲ１の部分のみ超音波を送受信する（ステップＳ５）。それと同時に、画像データ処理部４は、図５に示すように、クリップ領域のみをボリュームデータＶＤ１として表示する。

そして、この処理を、図４（ｂ）及び（ｃ）に示すように、超音波プローブ１が行う揺動走査の全範囲で行う（ステップＳ６）。

より具体的な例として、胎児の頭部を撮像する場合を例に採って説明する。図６（ａ）は、ボリュームデータを３次元表示しているときに、クリップ用のＲＯＩ１を描画した様子を示す図である。

ユーザは、ボリュームデータをリアルタイムで表示部８に表示させ、任意の視点において画面上にクリップ用のＲＯＩを描画する。ここでは、図６（ｂ）に示すように、断層像とある角度で交差する断面上に新たにクリップ用のＲＯＩ１を設定している。

これによれば、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、２次元断面上で最初に設定されたＲＯＩ２がどの断面においても同じであるのに対し、クリップ用ＲＯＩ１は断面毎に異なって設定され、その大きさも変わっていく。またＲＯＩ１の範囲に合わせて、各断面のスキャンレンジＳＲ４〜６が最小になるように自動的に変更される。

これにより、ボリュームデータ取得範囲が大幅に低減されるので、リアルタイム性が向上するとともに、ＲＯＩも極めて制限された領域内に設定されることになり、障害物の影響を少なくすることができる。

次に、他のボリュームデータ変更操作、すなわち揺動範囲の変更例について、図を参照して説明する。図８は、この揺動範囲変更の手順を示すフローチャ−トである。

まず、ユーザが、入力部６を介して表示部８の画面上にクリップ用のＲＯＩを描画すると（ステップＳ１１）、画像データ処理部４は、この情報に基づいて、図９に示すように、クリップ領域ＣＲ２を設定する（ステップＳ１２）。

そして、画像データ処理部４は、図１０に示すように、クリップ領域ＣＲ２のみをボリュームデータＶＤ１として表示すると同時に、その領域を表示するのに必要な揺動角度を求め（ステップＳ１３）、制御部７にその情報を送る。制御部７はそれに基づいて制御信号Ｇ２を超音波プローブ１に送り（ステップＳ１４）、揺動範囲ＴＲ１を変更する（ステップＳ１５）。

より具体的な例として、胎児の頭部を撮像する場合を例に採って説明する。図１１は、ボリュームデータをリアルタイムに３次元表示しているときに、クリップ用のＲＯＩ３を描画した様子を示す図である。

ユーザはボリュームデータを任意の断面で観察し、その断面上にクリップ用のＲＯＩ３を描画する。ここでは、断層像と直交する方向から見た断面上に、新たにクリップ用のＲＯＩ３を設定している。

このクリップを行なった後、揺動範囲ＴＲ２が最小になるように自動的に変更される。これによれば、図１２（ａ）〜（ｃ）に示すように、２次元断面上で最初に設定されたＲＯＩ４がどの断面においても同じであるのに対し、クリップ用ＲＯＩ３は断面毎に異なって設定され、またその大きさも変わっていく。

これにより、超音波画像上に設定されたＲＯＩ４のみでは取りきれなかった障害物ＯＢが、このクリップにより取り除くことが可能となる。

これらスキャンレンジの変更及び揺動範囲の変更は、上述したように、それぞれ単独で行ってもよいし、また、一方の変更を行った後に、他方の変更を加えてもよい。この場合、先にスキャンレンジの変更を行った後に揺動範囲の変更を行ってもよいし、またその逆の順序で行なうこともできる。

これにより、ボリュームデータ取得範囲が更に低減されるので、リアルタイム性が向上するとともに、ＲＯＩもより制限された領域内に設定されることになり、障害物の影響を更に少なくすることができる。

このような変更操作を行なえば、ボリュームデータとする領域は大幅に制限され、その結果システムにかかる負荷は減少する。そこで、これに伴い、制御部７に制御信号Ｇ２を超音波プローブ１に送出させ、画質又はフレームレートを自動的に上げる構成とすることもできる。

以上に説明した実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。従って、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものによって置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。

例えば、クリップ操作には、実際には様々な手法を取ることができる。また、クリップする際のボリュームデータの表示法もこの例に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施形態におけるスキャンレンジ変更手順を示すフローチャート。 クリップ領域の設定例を示す図。 クリップ領域設定後の超音波画像及び各々のスキャンレンジを示す図。 クリップ領域設定後に表示されるボリュームデータを示す図。 ボリュームデータの３次元表示中にクリップ用のＲＯＩを描画した様子。 胎児頭部におけるクリップ領域設定後の超音波画像及び各々のスキャンレンジを示す図。 本実施形態における揺動範囲変更手順を示すフローチャート。 第２のクリップ領域の設定例を示す図。 第２のクリップ領域設定後の超音波プローブ揺動範囲を説明する図。 胎児頭部における第２のクリップ領域の設定例を示す図。 胎児頭部における第２のクリップ領域設定後の超音波画像及び各々のＲＯＩを示す図。 従来のボリュームデータ表示例。 （ａ）は、図１３におけるＣＳ１０１を示す図、（ｂ）は同ＣＳ１０２を示す図。

符号の説明

１ 超音波プローブ
２ 送受信部
３ 画像データ生成部
４ 画像データ処理部
５ 位置検出部
６ 入力部
７ 制御部
８ 表示部
１０ 超音波診断装置
ＣＲ クリップ領域
ＣＳ 断面
ＯＢ 障害物
ＳＲ スキャンレンジ
ＴＲ 揺動範囲
ＶＤ ボリュームデータ

Claims (2)

1. 超音波を送受信し、被検体内の対象部位の断面画像を取得する超音波診断装置において、
   揺動して被検体内を連続的に３次元走査する超音波振動子を備えた超音波プローブと、
   前記振動子の位置情報を取得する位置検出部と、
   受信した前記信号及び前記位置情報に基づいて前記対象部位の３次元画像を実時間で構成する画像データ処理部と、
   前記画像データ処理部により構成された実時間３次元画像を表示する表示部と、
   前記実時間３次元画像の表示領域を変更する手段と、
   前記変更された実時間３次元画像表示領域のみを走査するように前記振動子の揺動範囲及び超音波断面画像の撮像範囲の少なくとも一方を自動的に変更する手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記超音波診断装置は、前記揺動範囲及び撮像範囲の少なくとも一方を変更した後、画質又はボリュームのフレームレートを自動的に変更する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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