JP2008035903A - 超音波診断装置および超音波診断画像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボリュームレートを維持しつつ、超音波診断画像の画質を向上させる。
【解決手段】本発明のフレキシブルプリント基板は、電気絶縁性の基板の表面に複数の配線パターンが延在するように形成されているフレキシブルプリント基板であって、複数の前記配線パターンそれぞれは、互いの間隔が前記基板の延在する方向に沿って狭まるように形成されている部分を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、超音波診断装置および超音波診断画像生成方法に関する。

超音波診断装置は、超音波を被検体に送信し、その被検体から反射され受信される超音波のエコー信号に基づいて、被検体の断層面についての画像を生成し、その生成した画像を表示する装置として知られている。超音波診断装置は、リアルタイムに被検体の断層画像を撮影することが容易であるため、特に、胎児検診や心臓検診などの医療分野において多く利用されている。

超音波診断装置は、超音波診断画像を得るために超音波探触子（以下、探触子とも称する）により被検体を走査する。走査方法は被検体の診断部位や診断目的により異なり、様々な方法がある。また、探触子は超音波を送信する超音波振動子アレイ（以下、振動子アレイとも称する）を含む。振動子アレイは超音波振動子（以下、振動子とも称する）の組み合わせであり、走査方法により様々な形状のものがある。たとえば、単体の振動子からなるシングルアレイ、複数の振動子が予め定める方向に隣接して配置されているフェイズドアレイ、また、複数の振動子が２次元的に配列されているマトリックスアレイ等がある。

様々な形状の振動子アレイを含む探触子により被検体を走査し得られたエコー信号を基に、超音波診断画像（以下、診断画像とも称する）を生成する。探触子により被検体を走査する方式として、複数の振動子において、超音波を送信させる振動子アレイを順次一定時間、一定間隔で電子的に高速で切り替えて走査する電子走査方式と、振動子アレイを機械的に動かすことにより走査する機械走査方式とがある。

被検体を走査する際、第１方向と、第１方向と直交する第２方向の２方向を、電子的にまたは機械的に走査する。たとえば、フェイズドアレイを含む探触子により被検体を走査する場合、まず複数の振動子を駆動し、各振動子から超音波が送信され、超音波の合成波である音線が形成される。そして、振動子アレイにおいては、電子的に振動子が配列方向に順次切り替えられることにより電子走査を行う。その後、機械的に振動子アレイの配列方向と直交する方向に振動子アレイを移動または揺動させて、再び電子走査を行う（特許文献１参照）。

ここで、被検体を走査して得られるエコー信号を基に生成される画像の分解能は、被検体を走査する際の音線の数に依存する。すなわち、被検体を走査する音線の数が多くなると得られる画像全体の分解能が向上し、被検体の細部まで判別することができる画像を得ることができる。しかし、音線の数が多くなると、１画像あたりのデータ量が大きくなるため、ボリュームレート（単位時間あたりの画像取り込み枚数）が下がり、被検体の生体組織の動きを追従できない場合があった。
特開２００５−１１８０８１号公報

したがって、本発明の目的は、ボリュームレートを維持しつつ、超音波診断画像の画質を向上させることができる超音波診断装置および超音波診断画像生成方法を提供することにある。

上記目的の達成のために本発明の超音波診断装置は、被検体の３次元領域の第１方向に沿って複数の音線の位置が間隔を隔てられるように超音波を送信し、前記被検体において反射される超音波を受信することによってエコー信号を取得する走査を、前記被検体において前記第１方向に沿った方向と異なる第２方向において間隔を隔てるように繰り返し実施する走査部と、前記走査部によって取得された前記エコー信号に基づいて、前記被検体についての超音波診断画像を生成する画像生成部とを有し、前記走査部は、前記走査として、第１走査と、前記音線が前記第１方向において前記第１走査における前記音線の位置の間に位置する第２走査とを含むように、前記走査を繰り返し実施する。

上記目的の達成のために本発明の画像表示方法は、被検体の３次元領域の第１方向に沿って複数の音線の位置が間隔を隔てられるように超音波を送信し、前記被検体において反射される超音波を受信することによってエコー信号を取得する走査を、前記被検体において前記第１方向に沿った方向と異なる第２方向において間隔を隔てるように繰り返し実施する第１ステップと、前記第１ステップにおいて取得された前記エコー信号に基づいて、前記被検体についての超音波診断画像を生成する第２ステップとを有し、前記第１ステップにおいては、第１走査と、前記音線が前記第１方向において前記第１走査における前記音線の位置の間に位置する第２走査とを含むように、前記走査を繰り返し実施する。

本発明によれば、ボリュームレートを維持しつつ、超音波診断画像の画質を向上させることができる超音波診断装置および超音波診断画像生成方法を提供することができる。

以下より、本発明にかかる実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明にかかる本実施形態における超音波診断装置の構成を示すブロック図である。
図２は、本発明にかかる本実施形態における超音波探触子の略図である。

図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波探触子２と、送受信部１０と、画像生成部３０と、画像表示部４０と、制御部５０と、操作部６０とを有する。
また、図２に示すように、超音波探触子２は、超音波振動子アレイ２００、ダンパー２１０、モーター２２０、整合層（図示なし）、音響レンズ（図示なし）を設け、これらを保護ケース２３０に収容することにより構成される。また、図２に示すａは第１方向を示し、ｂは第２方向を示す。

以下より、各構成要素について、順次、説明する。

探触子２は、制御部５０からの指令に基づいて、送受信部１０から送信される駆動信号によって、超音波を振動子アレイ２００から被検体１００に送信する。そして、被検体１００から反射される超音波を受信し、振動子アレイ２００でエコー信号に変換する。そして、探触子２は、エコー信号を送受信部１０に送信する。
探触子２は、振動子アレイ２００が形成された面を被検体１００の表面に当接して使用される。

振動子アレイ２００は、たとえば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックスなどの圧電材料により構成されている。振動子アレイ２００に電圧を印加して振動させることにより超音波を振動子アレイ２００から被検体１００に送信する。そして、振動子アレイ２００が被検体１００から反射される超音波を受信し、振動子アレイ２００でエコー信号に変換する。
振動子アレイ２００は、複数の振動子が予め定める方向に隣接して配置されているフェイズドアレイ、複数の振動子を２次元的に配列したマトリックスアレイなどの種類がある。また、フェイズドアレイは、複数の振動子が直線状に配列されたリニアアレイ、凸面状に配列されたコンベックスアレイなどの種類がある。本実施形態では、いずれの振動子アレイでも適用できる。

ダンパー２１０は、振動子アレイ２００を振動させて超音波を被検体１００に送信した後に振動子アレイ２００の自由振動を抑制する。これにより、超音波のパルス幅を短くすることができる。
また、ダンパー２１０は、吸音効果を有する材料を用いて構成され、ダンパー２１０から後方の探触子ケーブル３００との接続側への超音波の不必要な伝搬を抑制する。

モーター２２０は、例えば、振動子アレイ２００がフェイズドアレイの場合、振動子アレイ２００を機械的に振動子の配列方向と直交する第２方向ｂに移動させる。モーター２２０は、第２方向ｂへの走査が機械走査方式である探触子に保有される。

整合層は、被検体１００と振動子アレイ２００との中間の音響インピーダンスを有しており、被検体１００と振動子アレイ２００との間の音響インピーダンスの相違による超音波の反射を抑える。音響レンズは、被検体１００に送信される超音波のフォーカスポイントを設定する。

送受信部１０は、探触子２に接続されている。送受信部１０は、制御部５０からの指令に基づいて、探触子２に駆動信号を与えて超音波を送波させる。また、送受信部１０は、探触子２からエコー信号を受信する。そして、受信したエコー信号に増幅、遅延、加算などの処理を施して画像生成部３０に出力する。

画像生成部３０は、送受信部１０に接続されている。画像生成部３０は、送受信部１０により得られるエコー信号に基づいて、被検体の診断画像を生成する。画像生成部３０は、たとえば、コンピュータとプログラムとによって構成されている。

画像表示部４０は、画像生成部３０に接続されている。画像表示部４０は、画像生成部３０から画像信号が与えられ、それに基づいて診断画像を表示する。画像表示部４０は、カラー画像表示が表示可能なＣＲＴや液晶ディスプレー等で構成される。

制御部５０は、たとえば、コンピュータとプログラムとにより構成されており、各部にそれぞれ接続されている。制御部５０は、操作部６０からの操作信号に基づいて各部に制御信号を与え動作を制御する。

操作部６０は、制御部５０に接続されている。操作部６０は、たとえば、キーボード、タッチパネル、トラックボール、フットスイッチ、音声入力装置などの入力装置により構成されている。操作部６０は、オペレータからの操作情報が入力され、それに基づいて制御部５０に指令を出力する。

以下より、本発明にかかる実施形態における超音波診断画像の生成方法について説明する。

図３は、本発明にかかる本実施形態における画像表示方法のフローである。
図４は、本発明にかかる本実施形態における被検体の３次元領域の超音波振動子アレイによる走査を示す概念図である。
図５は、本発明にかかる本実施形態における超音波振動子アレイから送信される超音波により形成される音線の位置を示す図である。図５において、図５（Ａ）は第１走査における音線の位置であり、図５（Ｂ）は第２走査における音線の位置である。
図６は、本発明にかかる本実施形態において、被検体の３次元領域を走査したときの音線方向に垂直な面での音線の位置を示す断面図である。図６の斜線部分は音線の存在する部分、白い部分は音線の存在しない部分を表す。
図７は、従来実施されてきた被検体の３次元領域を走査したときの音線方向に垂直な面での音線の位置を示す断面図である。図７の斜線部分は音線の存在する部分、白い部分は音線の存在しない部分を表す。

まず、オペレータが探触子２を被検体１００の診断部位に当接する。

次に、被検体１００の３次元領域を走査する（ＳＴ１０）。
被検体１００の３次元領域の走査は、第１走査と第２走査とを交互に含むように繰り返し実施する。ここで、図４に示すＴ１は第１走査における音線４００の位置を示す音線テーブルであり、Ｔ２は第２走査における音線４００の位置を示す音線テーブルである。また、図４に示すａは第１方向を示し、ｂは第２方向を示す。また、図４におけるＴ１は、図５（Ａ）におけるＴ１に該当し、図４におけるＴ２は、図５（Ｂ）におけるＴ２に該当する。したがって、第１走査と第２走査とを交互に含むように繰り返し実施するとは、たとえば、図４に示すように、第１走査としてＴ１に示す音線４００の位置での走査と、第２走査とＴ２に示す音線４００の位置での走査とを交互に繰り返し実施することである。

第１走査は、振動子アレイ２００により任意の一方向である第１方向ａ（以下、Ｘ方向とも称する）に沿って、被検体１００に超音波を送信し、被検体１００から反射される超音波を受信することによってエコー信号を取得する走査を実施する。
たとえば、振動子アレイ２００は図２に示すような複数の振動子が予め定める方向に隣接して配置されているフェイズドアレイが挙げられる。フェイズドアレイの場合、Ｘ方向ａ（振動子の配列方向（以下、配列方向とも称する））に沿った第１走査は、電子的に振動子アレイ２００を制御し、被検体を走査する電子走査方式で行う。

そして、第１走査を行う際の音線４００の位置が図５（Ａ）に示すＴ1の位置となるように制御部５０から振動子アレイ２００に制御信号を与え、振動子アレイ２００から超音波を送信させる。
ここで電子走査方式とは、複数の振動子を配列してなる振動子アレイ２００を用い、複数の振動子を１単位とし、この１単位の振動子を振動させ超音波を送信させる。そして、たとえば、フェイズドアレイの場合、超音波を送信させる振動子アレイ２００を１単位の振動子ずつ配列方向に電子的に制御し、切り替えながら超音波を送信させる方式である。

また、振動子アレイ２００はフェイズドアレイに限らず、たとえば、複数の振動子を２次元的に配列したマトリックスアレイを用いても良い。また、フェイズドアレイである、振動子が直線状に配列されたリニアアレイを用いても良いし、凸面状に配列されたコンベックスアレイを用いても良い。
また、マトリックスアレイの場合、第１方向ａに沿った第１走査は、フェイズドアレイと同様に電子走査方式で行う。

第２走査は、振動子アレイ２００をＸ方向ａと異なる第２方向ｂ（以下、Ｙ方向とも称する）に間隔を隔て、Ｘ方向ａに沿って走査を実施する。
たとえば、フェイズドアレイの場合、図２に示すように、Ｙ方向ｂ（配列方向に直交する方向）への振動子アレイ２００の切り替えは、モーター２２０により振動子アレイ２００を機械的に移動または揺動させる機械走査方式で行う。そして、第２走査を行う際の音線４００の位置が図５（Ｂ）に示すＴ２の位置、たとえば、第１走査における隣り合う音線４００の位置の中点（１／２ピッチ）となるように制御部５０から振動子アレイ２００に制御信号を与え、振動子アレイ２００から超音波を送信させる。このように、第２走査における音線４００の位置は、第１走査における隣り合う音線４００の位置の間である。
また、マトリックスアレイの場合、第２走査は、電子走査方式によりＹ方向ｂに沿って振動子アレイ２００を切り替え、Ｘ方向ａに沿って電子走査方式により走査を実施する。

第１走査と第２走査とを交互に繰り返し実施する場合、たとえば、第２走査における音線４００を、第１走査における隣り合う音線４００の中心に位置させることにより、被検体１００の３次元領域の走査（以下、走査Ａとも称する）を実施する。これにより被検体の表面において、超音波の音線４００が均一に分布される。
また、第１走査と、第２走査と、音線４００が第１走査の音線４００と第２走査の音線４００と異なる位置である走査とを繰り返し実施することにより、被検体１００の３次元領域の走査を実施してもよい。

次に、超音波診断画像を生成する（ＳＴ２０）。
ステップＳＴ１０を実施することにより得られるエコー信号に基づいて診断画像を生成する。たとえば、走査Ａを行った場合の、音線方向に垂直な面での音線４００の位置は図６で示すようになる。図６において、斜線部分は音線が存在する部分、白い部分は音線が存在しない部分を表す。また図６においてａは第１方向を示し、ｂは第２方向を示す。
診断画像を生成する際、分解能が均一である診断画像を得るために、音線の存在しない部分（図６に示す白い部分）を、当該部分に隣接する４つの音線の存在する部分（図６に示す斜線部分）におけるエコー信号を用いて補間し、そのデータに基づいて診断画像を生成する。

次に、超音波診断画像を表示する（ＳＴ３０）。
ステップＳＴ２０で生成された画像信号に基づいて画像表示部４０に診断画像を表示する。
走査Ａにおいて、音線の存在する部分におけるエコー信号を用いて音線の存在しない部分を補間することにより、画像全体として分解能が均一となる画像が得られる。

また、図７は、従来実施している被検体の３次元領域を走査したとき、すなわち、図５（Ａ）に示す音線テーブルがＴ１である第１走査を繰り返し実施し、被検体の３次元領域の走査（以下、走査Ｂとも称する）を実施したときの音線方向に垂直な面での音線４００の位置を示す断面図である。図７において、図６と同様に斜線部分は音線の存在する部分、白い部分は音線の存在しない部分を表す。また図７においてａは第１方向を示し、ｂは第２方向を示す。

本発明に係る本実施形態において、走査Ａにおける音線の存在しない部分は、隣接する４つの音線の存在する部分におけるエコー信号により補間される。また、従来の走査方法において、走査Ｂにおける音線の存在しない部分は、隣接する２つの音線の存在する部分におけるエコー信号により補間される。また、走査Ａは補間されてない部分（図６に示す斜線部分）と補間された部分（図６に示す白い部分）とが交互に配置され、走査Ｂは補間されてない部分（図７に示す斜線部分）と補間された部分（図７に示す白い部分）とが直線的に配置される。そのため、走査Ａと走査Ｂにおける音線４００の数が同じ場合でも、走査Ａにより得られたエコー信号を用いて補間して生成された診断画像の方が、走査Ｂにより得られたエコー信号を用いて補間して生成された診断画像よりも、画像全体における分解能が向上し、画質を向上させることができる。

以上のように、本実施形態において、Ｘ方向ａに沿って被検体の第１走査を行う。そして、Ｘ方向ａとは異なるＹ方向ｂに間隔を隔て、Ｘ方向ａに沿って被検体の第２走査を行う。そして、第１走査と第２走査とを交互に含むように走査を繰り返し実施し、得られたエコー信号を補間処理する。したがって、補間処理していないエコー信号と補間処理したエコー信号とが交互に配置される。そのため、従来よりも画像全体における分解能を向上させることができ、診断画像の画質を向上させることができる。
したがって、音線４００の数を変化させず、すなわち、ボリュームレートを維持しつつ、診断画像の画像を向上させることができる。

なお、上記の本実施形態における超音波診断装置１は、本発明の超音波診断装置に相当する。また、本実施形態の超音波探触子２と送受信部１０とは、本発明の走査部に相当する。また、本実施形態の画像生成部３０は、本発明の画像生成部に相当する。また、本実施形態の超音波振動子アレイ２００は、本発明の超音波振動子アレイに相当する。また、本実施形態の音線４００は、本発明の音線に相当する。

なお、本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。

本発明の実施形態において、第２走査における音線４００の位置は、第１走査における隣り合う音線４００の位置の中点（１／２ピッチ）であるが、これに限定されず、たとえば、第１走査における隣り合う音線４００の位置の１／３ピッチや１／４ピッチでもよい。
また、本発明の実施形態において、第１走査と第２走査とを繰り返し実施（走査Ａ）して、被検体１００の３次元領域を走査しているが、これに限定されず、たとえば、音線４００の位置が第１走査と第２走査の音線４００の位置と異なる３走査、音線４００の位置が第１走査と第２走査と第３走査の音線４００の位置と異なる第４走査等を含めて繰り返し走査してもよい。
また、本発明の実施形態において、生成する画像は超音波探触子の音響レンズ面と平行する被検体の断面における画像について説明したが、これに限定されず、たとえば、音線と平行する被検体の断面画像であってもよい。
また、本発明の実施形態において、超音波振動子アレイがフェイズドアレイの場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、マトリックスアレイ、リニアアレイ、コンベックスアレイなどを用いても良い。

図１は、本発明にかかる本実施形態における超音波診断装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明にかかる本実施形態における超音波探触子の略図である。 図３は、本発明にかかる本実施形態における画像表示方法のフローである。 図４は、本発明にかかる本実施形態における被検体の３次元領域の超音波振動子アレイによる走査を示す概念図である。 図５は、本発明にかかる本実施形態における超音波振動子アレイから送信される超音波により形成される音線の位置を示す図である。 図６は、本発明にかかる本実施形態における、被検体の３次元領域を走査したときの音線方向に垂直な面での音線の位置を示す断面図である。 図７は、従来実施されてきた被検体の３次元領域を走査したときの音線方向に垂直な面での音線の位置を示す断面図である。

符号の説明

１：超音波診断装置（超音波診断装置）
２：超音波探触子（走査部）
１０：送受信部（走査部）
３０：画像生成部（画像生成部）
４０：画像表示部
５０：制御部
６０：操作部
１００：被検体
２００：超音波振動子アレイ
２１０：整合層
２２０：音響レンズ
２１０：ダンパー
２２０：保護ケース
３００：超音波探触子ケーブル
４００：音線
ａ：第１方向
ｂ：第２方向
Ｔ１：第１走査における音線テーブル
Ｔ２：第２走査における音線テーブル

Claims (16)

1. 被検体の３次元領域の第１方向に沿って複数の音線の位置が間隔を隔てられるように超音波を送信し、前記被検体において反射される超音波を受信することによってエコー信号を取得する走査を、前記被検体において前記第１方向に沿った方向と異なる第２方向において間隔を隔てるように繰り返し実施する走査部と、
   前記走査部によって取得された前記エコー信号に基づいて、前記被検体についての超音波診断画像を生成する画像生成部と
   を有し、
   前記走査部は、前記走査として、第１走査と、前記音線が前記第１方向において前記第１走査における前記音線の位置の間に位置する第２走査とを含むように、前記走査を繰り返し実施する
   超音波診断装置。
2. 前記走査部は、前記第１走査と、前記第２走査とを交互に繰り返し実施する
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記走査部は、前記第２走査における前記音線が、前記第１走査において第１方向に沿って隣り合う前記音線の中心に位置する
   請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記走査部は、前記超音波を前記被検体へ送信する複数の超音波振動子が、第１方向に沿って配列されている
   請求項１から３のいずれかに記載の超音波診断装置。
5. 前記走査部は、前記被検体を走査する方式が電子走査方式である
   請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記走査部は、前記第１方向に前記被検体を走査する方式が前記電子走査方式であり、
   前記第２方向に前記被検体を走査する方式が機械走査方式である
   請求項４に記載の超音波診断装置。
7. 前記走査部は、複数の前記超音波振動子が第１方向に沿って直線状に配列されている
   請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記画像生成部により生成される前記超音波診断画像を表示する画像表示部を有する
   請求項１から７のいずれかに記載の超音波診断装置。
9. 被検体の３次元領域の第１方向に沿って複数の音線の位置が間隔を隔てられるように超音波を送信し、前記被検体において反射される超音波を受信することによってエコー信号を取得する走査を、前記被検体において前記第１方向に沿った方向と異なる第２方向において間隔を隔てるように繰り返し実施する第１ステップと、
   前記第１ステップにおいて取得された前記エコー信号に基づいて、前記被検体についての超音波診断画像を生成する第２ステップと
   を有し、
   前記第１ステップにおいては、第１走査と、前記音線が前記第１方向において前記第１走査における前記音線の位置の間に位置する第２走査とを含むように、前記走査を繰り返し実施する
   超音波診断画像生成方法。
10. 前記第１ステップにおいては、前記第１走査と、前記第２走査とを交互に繰り返し実施し、超音波診断画像を生成する
    請求項９に記載の超音波診断画像生成方法。
11. 前記第１ステップにおいては、前記第２走査における前記音線が、前記第１走査において、第１方向に沿って隣り合う前記音線の中心に位置する
    請求項１０に記載の超音波診断画像生成方法。
12. 前記第１ステップにおいては、前記超音波を前記被検体へ送信する複数の超音波振動子が、第１方向に沿って配列されている
    請求項９から１１のいずれかに記載の超音波診断画像生成方法。
13. 前記第１ステップにおいては、前記被検体を走査する方式が電子走査方式である
    請求項１２に記載の超音波診断画像生成方法。
14. 前記第１ステップにおいては、複数の前記超音波振動子が第１方向に沿って配列され、
    前記第１方向に前記被検体を走査する方式が前記電子走査方式であり、
    前記第２方向に前記被検体を走査する方式が機械走査方式である
    請求項１２に記載の超音波診断画像生成方法。
15. 前記第１ステップにおいては、複数の前記超音波振動子が第１方向に沿って直線状に配列されている
    請求項１４に記載の超音波診断画像生成方法。
16. 前記第２ステップにおいて与えられた画像信号を基に、前記超音波診断画像を表示する第３ステップを有する
    請求項９から１５のいずれかに記載の超音波診断画像生成方法。

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