JP2007111316A - ３次元超音波診断装置及びそのレベル調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リアルタイム性を損なわずに、ノイズレベルを推定して適切なゲイン／ダイナミックレンジの設定を自動的に行って輝度を均一化した３次元画像データを得ること。
【解決手段】超音波探触子１により通常の３次元ボリュームスキャンよりも少ない走査数で受信のみを行い、レベル調整部７により受信により得られた各受信信号からノイズレベルを検出し、このノイズレベルに基づいて送受信部３でのゲイン／ダイナミックレンジを設定する受信最適化動作を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、患者等の被検体内の所定部位に超音波ビームを送信し、被検体内からの超音波反射波を受信して所定部位を含む被検体内の３次元画像データを生成する３次元超音波診断装置及び３次元超音波診断装置のレベル調整方法に関する。

超音波診断装置は、患者等の被検体内に超音波ビームを送信すなわちスキャンし、例えば患者の内蔵等の音響インピーダンスの境界部分で反射する超音波反射波を受信し、当該受信信号に基づいて超音波断層像等を得る。この超音波診断装置は、被検体内に超音波ビームを送信し、被検体内からの超音波反射波を受信するための超音波探触子及び送受信部を有する。
超音波探触子は、複数の圧電振動子を並設してなる。送受信部は、送信時に、超音波探触子の各圧電振動子への励振信号を当該各圧電振動子の幾何学的位置情報及び所望の送信方向に基づく所定の遅延時間を与えながら供給する。これにより、超音波探触子は、超音波ビームを送信する。又、送受信部は、受信時に、各圧電振動子からの受信信号を入力し、この受信信号に対して送信時に与えた所定の遅延時間と同一の遅延時間を与える。画像生成部は、送受信部からの受信信号を入力し、整相加算処理を行って超音波断層像等を得る。
このような超音波診断装置は、例えばモニタに表示されている超音波断層像の輝度が不均一である場合、均一にする処理を行っている。この処理は、例えば送受信部により被検体内に超音波ビームの送信を行わずに、被検体内からの超音波反射波を受信のみを行って１画面分の画像データを収集し、この画像データからノイズレベルを推定し、送受信部の適切なゲイン／ダイナミックレンジを自動的に設定する。これにより、モニタに表示される超音波断層像の輝度は、均一化する。

超音波断層像を得るときのゲイン／ダイナミックレンジを制御する方法は、例えば特許文献１、２、３に開示されている。特許文献１は、医用超音波システム上にて適応的にゲインをコントロールすること、システムのダイナミックレンジを適応的に変更することを開示する。特許文献２及び３は、それぞれ医用診断イメージングシステム上のイメージの利得を適応的に制御するための方法を開示する。

一方、３次元超音波診断装置は、被検体内に超音波ビームを３次元方向にスキャンし、被検体内からの超音波反射波を受信して複数の断層像情報から成るスタックデータとして収集し、このスタックデータを３次元再構成してボリュームデータを作成し、このボリュームデータから被検体内の３次元画像データを表示する。

このような３次元超音波診断装置においても上記技術を適用してモニタに表示される３次元画像データの輝度を均一化することが可能である。上記技術を３次元超音波診断装置に適用して３次元画像データを得るときのゲイン／ダイナミックレンジを制御してモニタに表示される超音波断層像の輝度を均一化するには、例えば超音波ビームの送信を行わずに、被検体内からの超音波反射波を受信のみを行ってスタックデータを収集し、このスタックデータを３次元再構成して１ボリュームデータを作成し、この１ボリュームデータから３次元でノイズレベルを推定し、送受信部の適切なゲイン／ダイナミックレンジを自動的に設定するものとなる。

このため、３次元画像データの輝度を均一化するには、１ボリュームデータ分を作成するためのスキャンが必要になり、データ処理量が多く、ゲイン／ダイナミックレンジを自動的に設定するまでに時間を要する。従って、輝度を均一化した３次元画像データの表示のリアルタイム性が大きく損なわれる。特許文献１乃至３のいずれかを適用するとしてもデータ処理量が多くなることは明らかであり、３次元画像データの表示のリアルタイム性が大きく損なわれる。
特開２００４−５００９１５号公報 米国特許第６３９８７３３号 特開２００４−２４８７６号公報

本発明の目的は、リアルタイム性を損なわずに、ノイズレベルを推定して適切なゲイン／ダイナミックレンジの設定を自動的に行って輝度を均一化した３次元画像データを得ることができる３次元超音波診断装置及びそのレベル調整方法を提供することにある。

本発明の第１局面に係わる３次元超音波診断装置は、被検体内に超音波ビームを送信し、被検体内からの超音波反射波を受信して被検体内の３次元画像データを生成する３次元超音波診断装置において、３次元画像データを生成するときの超音波ビームの走査数よりも少ない走査数で受信のみを行い、当該受信により得られた各受信信号に基づいてゲイン／ダイナミックレンジを設定するレベル調整部を具備する。
本発明の第２局面に係わる３次元超音波診断装置のレベル調整方法は、被検体内に超音波ビームを送信し、被検体内からの超音波反射波を受信して被検体内の３次元画像データを生成するときの超音波ビームの走査数よりも少ない走査数で受信のみを行い、当該受信により得られた各受信信号に基づいてゲイン／ダイナミックレンジを設定する。

本発明によれば、リアルタイム性を損なわずに、ノイズレベルを推定して適切なゲイン／ダイナミックレンジの設定を自動的に行って輝度を均一化した３次元画像データを得ることができる３次元超音波診断装置及びそのレベル調整方法を提供できる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は３次元超音波診断装置の構成図を示す。超音波探触子１は、複数の圧電振動子を並設してなり、例えば被検体２内に超音波ビームを送信し、かつ被検体２からの超音波反射波を受信する。
送受信部３は、送信時に、超音波探触子１の各圧電振動子への励振信号を当該各圧電振動子の幾何学的位置情報及び所望の送信方向に基づく所定の遅延時間を与えながら供給し、受信時に、超音波探触子１からの受信信号を入力し、この受信信号に対して送信時に与えた所定の遅延時間と同一の遅延時間を与える。

画像生成部４は、送受信部３からの受信信号を入力し、この受信信号から図２に示すように複数の断層像情報から成るスタックデータＳｄを収集し、このスタックデータＳｄを３次元再構成してボリュームデータＢｄを作成し、このボリュームデータＢｄから被検体２内の３次元画像データを作成する。この画像生成部３は、３次元画像データＨｄをモニタ５に送り、このモニタ５に被検体２の３次元画像データＨｄを表示させる。

主制御部６は、送受信部３及び画像生成部４を動作制御し、超音波ビームの送信、超音波反射波の受信、３次元画像データの作成、モニタ５への表示等の３次元画像データの生成の一連の動作を制御する。この主制御部６は、レベル調整部７を有する。このレベル調整部７は、予め記憶された受信最適化動作プログラムを実行することにより、送受信部３において３次元画像データＨｄを生成するときの超音波ビームの走査数（以下、通常の３次元ボリュームスキャンと称する）よりも少ない走査数で受信のみを行い、当該受信により得られた各受信信号、すなわち受信信号によりノイズレベルを検出し、このノイズレベルに基づいて送受信部３でのゲイン／ダイナミックレンジを設定する、いわゆる受信最適化（Ｑick Ｓcan）動作を行う。
受信最適化動作時の走査数は、通常の３次元ボリュームスキャンの走査数よりも少ない走査数、例えば図３に示すように通常の３次元ボリュームスキャンの走査数を任意の割合、例えば５枚又は４枚に１枚の割合で減少した走査数に設定されている。
受信最適化動作時の走査の一例について説明する。図４は通常の３次元ボリュームスキャンの一例を示す。この超音波ビームの走査は、図２に示すスタックデータＳｄを収集するための走査を矢印Ａ方向から見た一例で、同図において横方向を走査方向Ｓｅ、縦方向をエレベーション方向Ｅとしている。この超音波ビームの走査は、互いに所定の間隔毎に平行な複数の走査を行う。この超音波ビームの走査では、１走査で１枚の超音波断層像を取得する。この通常の３次元ボリュームスキャンでは、具体的に複数の送受信、例えば１００程度の送受信を行い、かつエレベーション方向に複数回、例えば３０回程度行われる。これにより、３次元画像データの１ボリュームが生成される。

このような通常の３次元ボリュームスキャンに対する受信最適化動作時の走査は、例えば図５にように通常の３次元ボリュームスキャンの走査数を任意の割合、例えば５枚又は４枚に１枚の割合で減少した走査数に設定されている。この受信最適化動作時の走査は、通常の３次元ボリュームスキャンの間隔よりも広い間隔を有する平行な複数の走査からなる。

図６は受信最適化動作時の走査の他の例を示す。この走査は、互いに直交する２つの方向で走査Ｓｆと走査Ｓｇとを行う。この走査であれば、通常の３次元ボリュームスキャンの走査数よりも少ない走査数に設定される。
図７も受信最適化動作時の走査の他の例を示す。この走査は、互いに直交する２つの方向で走査Ｓｆと走査Ｓｇと、これら走査Ｓｆと走査Ｓｇとの交点を通り、かつ走査Ｓｆと走査Ｓｇとに対して所定角度だけ傾いた各走査Ｓｈと走査Ｓｉとを行う。このような走査であっても通常の３次元ボリュームスキャンの走査数よりも少ない走査数に設定される。

レベル調整部７は、送受信部３から出力された各受信信号から１ボリューム分のノイズレベルから成るノイズデータを収集し、このノイズデータを補間処理する。次に、レベル調整部７は、補間処理後のノイズデータを３次元再構成して推定ボリュームデータを作成し、この推定ボリュームデータに基づいて送受信部３により超音波ビームの送信及び超音波反射波の受信を行うときのゲイン／ダイナミックレンジを設定する。例えば、図５に示す受信最適化動作時の走査であれば、レベル調整部７は、各走査Ｓｅ_１、Ｓｅ_２、…、Ｓｅ_ｎの各間を補間処理して当該各走査Ｓｅ_１、Ｓｅ_２、…、Ｓｅ_ｎ間の各ノイズデータを求め、この補間処理後の各ノイズデータに基づいて推定ボリュームデータを作成する。
なお、図６に示す受信最適化動作時の走査であれば、レベル調整部７は、例えば走査Ｓｆ上の各データｆ_１、ｆ_２、ｆ_３、ｆ_４と走査Ｓｇ上の各データｇ_１、ｇ_２、ｇ_３、ｇ_４とから３次元の任意の各点、例えば点Ｑにおけるノイズレベルを推定する。
図７に示す受信最適化動作時の走査であれば、レベル調整部７は、例えば走査Ｓｆ上の各データｆ_１、ｆ_２、ｆ_３、ｆ_４と走査Ｓｇ上の各データｇ_１、ｇ_２、ｇ_３、ｇ_４とに加えて、走査Ｓｈ上の各データｈ_１、ｈ_２、ｈ_３、ｈ_４と走査Ｓｉ上の各データｉ_１、ｉ_２、ｉ_３、ｉ_４とを用いて３次元の任意の各点、例えば点Ｐにおけるノイズレベルを推定する。
操作部８が主制御部６に接続されている。この操作部８は、例えばキーボード、マウス等を有する。この操作部８は、受信最適化動作開始のスイッチを有する。
次に、上記の如く構成された装置における受信最適化動作について図８に示す受信最適化動作フローチャートに従って説明する。
主制御部６は、ステップ＃１において、通常の３次元ボリュームスキャンを行うための各指令を送受信部３及び画像生成部４に発する。送受信部３は、送信時に、超音波探触子１の各圧電振動子への励振信号を当該各圧電振動子の幾何学的位置情報及び所望の送信方向に基づく所定の遅延時間を与えながら供給する。これにより、超音波探触子１は、超音波ビームを送信する。この超音波ビームは、被検体２内に伝播する。これと共に超音波探触子１は、被検体２内からの超音波反射波を受信し、その受信信号を出力する。送受信部３は、受信時、超音波探触子１からの受信信号を入力し、この受信信号に対して送信時に与えた所定の遅延時間と同一の遅延時間を与える。

画像生成部４は、送受信部３からの受信信号を入力し、この受信信号から図２に示すように複数の断層像情報から成るスタックデータＳｄを収集し、このスタックデータＳｄを３次元再構成してボリュームデータＢｄを作成し、このボリュームデータＢｄから被検体２内の３次元画像データを作成する。この画像生成部３は、３次元画像データＨｄをモニタ５に送り、このモニタ５に被検体２の３次元画像データＨｄを表示させる。

ここで、モニタ５に表示された３次元画像データＨｄが例えば図９に示すように輝度の高い部分や低い部分が存在し、輝度が不均一であると、操作部８における受信最適化動作開始のスイッチが操作される。
主制御部６のレベル調整部７は、ステップ＃２において、受信最適化動作を開始し、次のステップ＃３において、通常の３次元ボリュームスキャンを停止する。
次に、レベル調整部７は、ステップ＃４において、受信最適化動作専用のスキャンシーケンスを開始する。このとき、レベル調整部７は、送受信部３において通常の３次元ボリュームスキャンよりも少ない走査数で受信のみを行わせるように制御する。例えば受信最適化動作では、図５にように通常の３次元ボリュームスキャンの走査数を任意の割合、例えば５枚又は４枚に１枚の割合で減少した走査数で走査を行う。これにより、超音波探触子１は、被検体２内にへの超音波ビームの送信を行わず、通常の３次元ボリュームスキャンの走査数よりも少ない走査数で被検体２からの音波すなわちノイズを受信する。

次に、レベル調整部７は、ステップ＃５において、受信最適化動作専用のスキャンシーケンスが終了すると、ステップ＃６に移り、送受信部３からの各受信信号を入力し、例えば図５に示すような受信最適化動作時の走査における各走査Ｓｅ_１、Ｓｅ_２、…、Ｓｅ_ｎによる各受信信号から１ボリューム分のノイズレベルから成るノイズデータを収集し、このノイズデータを補間処理する。

次に、レベル調整部７は、補間処理後のノイズデータを３次元再構成して推定ボリュームデータを作成し、この推定ボリュームデータに基づいて送受信部３により超音波ビームの送信及び超音波反射波の受信を行うときのゲイン／ダイナミックレンジを自動的に設定する。

次に、主制御部６は、ステップ＃７において、通常の３次元ボリュームスキャンを再開し、例えばステップ＃１に戻って通常の３次元ボリュームスキャンを行うための各指令を送受信部３及び画像生成部４に発する。この通常の３次元ボリュームスキャンでは、上記受信最適化動作によりゲイン／ダイナミックレンジが変更設定されているので、通常の３次元ボリュームスキャンによりモニタ５に表示される３次元画像データＨｄは、輝度が均一となる。

このように上記一実施の形態によれば、通常の３次元ボリュームスキャンよりも少ない走査数で受信のみを行い、この受信により得られた各受信信号からノイズレベルを検出し、このノイズレベルに基づいて送受信部３でのゲイン／ダイナミックレンジを設定する受信最適化動作を行うので、３次元画像データＨｄにおけるノイズレベルを推定するために要する走査時間を短縮することができ、３次元画像データＨｄの表示のリアルタイム性を損なうことがない。又、均一な輝度を有する３次元画像データＨｄにするための適切なゲイン／ダイナミックレンジを自動的に変更設定することができる。

受信最適化動作時の走査は、例えば図６に示すように互いに直交する２つの方向で走査Ｓｆと走査Ｓｇとに設定したり、又は図７に示すように互いに直交する２つの方向で走査Ｓｆと走査Ｓｇと、これら走査Ｓｆと走査Ｓｇとの交点を通り、かつ走査Ｓｆと走査Ｓｇとに対して所定角度だけ傾いた各走査Ｓｈと走査Ｓｉとに設定することができるので、受信最適化動作時の走査数を通常の３次元ボリュームスキャンの走査数よりも大きく減少できる。これにより、受信最適化動作時のリアルタイム性を大きく向上することが可能である。

なお、本発明は、上記一実施の形態に限定されるものではなく、次のように変形してもよい。
例えば、送受信部３から出力された各受信信号から１ボリューム分のノイズレベルから成るノイズデータを収集し、このノイズデータを補間処理するのに限らず、ノイズデータを３次元再構成して推定ボリュームデータを作成し、この推定ボリュームデータを補間処理してもよい。
受信最適化動作時の走査は、通常の３次元ボリュームスキャンよりも少ない走査数であればよいので、任意の走査方向や走査数の走査方法に設定してもよい。

本発明に係る３次元超音波診断装置の一実施の形態を示す構成図。 同装置におけるスキャンから３次元画像データの表示までの処理の流れを示す図。 同装置における受信最適化動作時の走査の一例を示す図。 同装置における通常の３次元ボリュームスキャンの一例を示す図。 同装置における受信最適化動作時の走査の一例を示す図。 同装置における受信最適化動作時の走査の他の例を示す図。 同装置における受信最適化動作時の走査の他の例を示す図。 同装置における受信最適化動作フローチャート。 通常の３次元ボリュームスキャンにより得られた輝度が不均一な３次元画像データの一例を示す模式図。

符号の説明

１：超音波探触子、２：被検体、３：送受信部、４：画像生成部、５：モニタ、６：主制御部、７：レベル調整部、８：操作部。

Claims (7)

1. 被検体内に超音波ビームを送信し、前記被検体内からの超音波反射波を受信して前記被検体内の３次元画像データを生成する３次元超音波診断装置において、
   前記３次元画像データを生成するときの前記超音波ビームの走査数よりも少ない走査数で前記受信のみを行い、当該受信により得られた各受信信号に基づいてゲイン／ダイナミックレンジを設定するレベル調整部、
   を具備したことを特徴とする３次元超音波診断装置。
2. 前記レベル調整部は、前記受信によりノイズレベルを検出し、当該ノイズレベルに基づいてゲイン／ダイナミックレンジを設定することを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。
3. 前記レベル調整部は、前記受信のときの前記走査数を可変可能とすることを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。
4. 前記レベル調整部は、前記受信のときの前記走査数を任意の走査数に設定可能であることを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。
5. 前記レベル調整部は、前記各受信信号を補間処理し、前記補間処理後のデータに基づいてノイズレベルを推定し、当該ノイズレベルに基づいて前記超音波ビームの送信及び前記超音波反射波の受信を行うときの前記ゲイン／前記ダイナミックレンジを設定することを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。
6. 前記レベル調整部は、前記受信のみのときに互いに交わる少なくとも２つの方向で走査を行うことを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。
7. 被検体内に超音波ビームを送信し、前記被検体内からの超音波反射波を受信して前記被検体内の３次元画像データを生成するときの前記超音波ビームの走査数よりも少ない走査数で前記受信のみを行い、当該受信により得られた各受信信号に基づいてゲイン／ダイナミックレンジを設定することを特徴とする３次元超音波診断装置のレベル調整方法。

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