JP2008048951A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像中に撮像対象物が動いた場合であっても、常に鮮明な３次元画像を描出することのできる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波プローブ１１による３次元超音波走査及び超音波信号処理部１３によるエコー信号処理により生成された複数フレーム分の２次元超音波画像データが画像メモリ１９に記憶され、３次元画像生成部２０において該２次元画像のセットから撮像対象の３次元画像が生成されると共に、境界検出部２１において該２次元画像に基づいて被検体内の撮像対象物とその周辺との境界線が検出される。フォーカス位置決定部２２により適当な境界位置がフォーカス位置として決定され、該フォーカス設定に従って、送受信制御部１６による駆動パルスの遅延制御が行われる。このような自動フォーカス設定を所定の間隔で繰り返し実行することにより、常時鮮明な３次元画像を描出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、３次元画像の生成・表示が可能な超音波診断装置に関する。

従来より、被検体内部の情報を３次元画像として表示する機能を備えた超音波診断装置が知られており、胎児の発育診断等に広く用いられている。このような超音波診断装置では、被検者の体表に当接させたプローブ（又は該プローブに内蔵された圧電素子）をスライス方向（超音波走査面に直交する方向）に移動させながら超音波走査を行うことにより、断面位置の異なる複数枚の２次元超音波画像データを連続的に収集し、該２次元画像データのセットから被検体内の３次元データを構築する（例えば、特許文献１を参照）。上記により取得された３次元データは、ボリュームレンダリングやサーフェスレンダリング等の手法によって画像化され、モニタ上に表示される。ボリュームレンダリングとは撮像対象物の表面情報及び内部情報をエコー信号の強度に対応した透明度を有する立方体（ボクセル）によって３次元的に表示するものであり、サーフェスレンダリングは、撮像対象物の表面情報のみを３次元的に表示するものである。

更に、近年では、このような超音波走査、３次元データの構築、及び３次元画像の生成・表示を短時間で繰り返し行うことにより、３次元画像を動画としてほぼリアルタイムに表示することのできる、いわゆるリアルタイム３次元画像表示機能を備えた超音波診断装置も広く用いられるようになっている。

特開2003-334192号公報（[0008]）

従来より一般的に使用されている電子走査式の超音波診断装置においては、超音波プローブに内蔵された各圧電素子に供給する駆動パルスを遅延制御して超音波ビームの収束距離を制御することにより、所望の視野深度において高い距離分解能を有する超音波画像を得ることができるようになっている（このときの視野深度を、以下「送波フォーカス位置」と呼ぶ）。上記のような３次元画像を生成可能な超音波診断装置においても、同様の遅延処理によって送波フォーカス位置を制御することが可能であり、装置側で自動的に画像の中心又はＲＯＩ（Region Of Interest：関心領域）の中心にフォーカス位置を設定するか、あるいはオペレータが所望の視野深度をフォーカス位置として選択することができるようになっている。

このような超音波診断装置において、サーフェスレンダリングによって被検体内の撮像対象を画像化する場合には、該撮像対象の表面近傍で最も高い分解能が得られるようにフォーカス位置の設定を行うことが望ましい。そこで、予め対象物の２次元断層画像を描出し、該２次元画像を見てオペレータが撮像対象とその周辺部との境界線（例えば胎児の顔面）に相当する位置に送波フォーカス位置を設定している。しかし、送波フォーカス位置の設定後に撮像対象が動くなどして境界線がフォーカス位置から外れた場合には、境界線付近の分解能が低下し、撮像対象の表面を鮮明に描出することができなくなる。したがって、このような場合には、再度フォーカス位置の設定をやり直さなければならず、オペレータの負担となっていた。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、撮像対象が動いた場合でも、オペレータがフォーカス位置を設定し直す必要がなく、常時、鮮明な３次元画像を描出することのできる超音波診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために成された本発明に係る超音波診断装置の第１の態様のものは、被検体内の任意の領域に対して３次元的な超音波走査を行い、取得されたエコー信号から該被検体内部の３次元画像を生成する機能を備えた超音波診断装置において、
a)前記エコー信号に基づき、被検体内の撮像対象とその周辺との境界を検出する境界検出手段と、
b)前記境界検出手段により検出された境界位置の情報を基に送波フォーカス位置を決定する送波フォーカス自動設定手段と、
を有することを特徴としている。

また、本発明に係る超音波診断装置の第２の態様のものは、被検体内の任意の領域に対して３次元的な超音波走査を行い、取得されたエコー信号から該被検体内部の３次元動画像を生成する機能を備えた超音波診断装置において、
a)前記エコー信号に基づき、被検体内の撮像対象とその周辺との境界を、前記超音波走査に同期した所定のタイミングで繰り返し検出する境界検出手段と、
b)前記境界検出手段により検出された境界位置の情報を基に送波フォーカス位置を決定する送波フォーカス自動設定手段と、
を有することを特徴としている。

ここで、「前記超音波走査に同期した所定のタイミングで」とは、境界の検出を超音波の３次元走査と時間的に連関させて行うことを意味し、例えば、前記３次元走査を１回行う度に境界の検出を実行する場合のほか、該３次元走査を所定の回数行う毎に境界の検出を行う場合も含まれる。

上記構成を有する本発明の第１の態様に係る超音波診断装置によれば、境界検出手段によって撮像対象物とその周辺との境界位置が検出され、該境界位置の情報に基づいて送波フォーカス自動設定手段によって自動的にフォーカス位置が設定されるため、オペレータがフォーカス位置の設定を行う手間を省くことができる。また、本発明の第２の態様に係る超音波診断装置によれば、３次元超音波走査を繰り返し行って被検体内部の３次元動画像を生成する、いわゆるリアルタイム３次元画像表示機能を備えた超音波診断装置において、撮像中に対象物が動いた場合でも、上記境界検出手段及び送波フォーカス自動設定手段により、送波フォーカス位置が自動的に再設定されるため、オペレータがフォーカス位置の設定をやり直すことなく常に鮮明な３次元画像を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明する。

図１は、本発明に係る超音波診断装置の一実施例を示すブロック図である。超音波プローブ１１は、直線状に配置された圧電素子アレイを所定の間隔でスライス方向に移動させながら超音波走査を行うことにより、被検体内の任意の３次元領域（以下、「撮像対象領域」と呼ぶ）の情報を取得可能な自動３次元走査方式のものである。

送受信部１２は前記圧電素子に駆動パルスを印加して超音波を発生させると共に、生体内で反射した超音波を受波して電気信号（エコー信号）に変換する。送受信制御部１６は、送受信部１２の動作を制御するものであり、前記駆動パルスに与える遅延時間を制御することにより超音波ビームの収束距離（即ち、送波フォーカス位置）を調節することができる。また、送受信制御部１６により、反射波の受信タイミングに応じてエコー信号に与える遅延時間を連続的に変化させることにより、受波フォーカス位置を視野深度全域に亘って動的に変化させることができる。

超音波信号処理部１３は、超音波プローブ１１から出力されるエコー信号を所定のゲインに従って増幅し、整相加算、対数圧縮、包絡線検波等の処理を行って画像データを生成する。表示処理部１４は、前記超音波信号処理部１３や後述の３次元画像生成部２０で生成された画像データに基づき、ＤＳＣ処理等のモニタ１５上に２次元超音波画像や３次元超音波画像を表示させるための処理を行う。

画像メモリ１９は超音波信号処理部１３において生成された各走査面についての２次元超音波画像データを複数フレーム分記憶するものであり、３次元画像生成部２０は、これらの２次元超音波画像データを基に撮像対象領域の３次元データの構築及び３次元画像の生成を行うものである。また、境界検出部２１は、画像メモリ１９に格納された２次元超音波画像データに基づいて該画像中に含まれる境界線を検出するものであり、フォーカス位置決定部２２は、前記境界線の情報を基に、送波フォーカス位置として適当な視野深度を決定するものである。該送波フォーカス位置の情報は制御部１８を介して送受信制御部１６に送られ、送受信制御部１６では該フォーカス位置に超音波ビームが収束するよう駆動パルスの遅延処理が行われる。なお、上記各部の動作は制御部１８によって制御され、該制御部１８にはマウス等のポインティングデバイスやキーボード等から成る入力部１７によってオペレータからの指示が入力される。

図２は本実施例の超音波診断装置における３次元データの取得方法を示す概念図である。ここでは、胎児３１を撮像対象とした場合を例に説明する。まず、超音波プローブ１１による自動３次元走査により、走査面４１を所定間隔で移動させながら超音波の送受波が行われる。超音波プローブ１１が出力する反射超音波の電気信号（即ち、エコー信号）は、超音波信号処理部１３に出力され、超音波信号処理部１３において一定時間毎に胎児３１の２次元断層画像データが生成される。これにより、画像メモリ１９内にはプローブ１１による撮像対象領域の全域に亘る連続画像のセットが記憶される。図３は、このとき得られる２次元断層画像４２の一例を示す。符号３１は胎児の頭部を示しており、図中では胎児の顔面が図の上側を向いた状態となっている。符号３２は胎児以外の周辺領域を示し、符号４３は、扇状視野の中心線を示す。なお、中心線４３は、説明の便宜上記載したものであり、画像中に含まれるものではない。

その後、３次元画像生成部２０において該連続画像のセットから撮像対象領域の３次元データが構築され、更に、該３次元データからサーフェスレンダリング処理によって胎児３１の３次元画像が生成される。以上のような撮像対象領域に対する３次元超音波走査を所定の周期で繰り返し行い、生成された３次元画像を表示処理部１４を経てモニタ１５の画面上に順次表示することにより、胎児３１の３次元画像がモニタ１５上に動画としてほぼリアルタイムに表示される。

続いて、本実施例に係る超音波診断装置の特徴である送波フォーカス位置設定の手順について図４のフローチャートに基づいて説明する。

まず、オペレータはプローブ１１を被検者（母体）の腹部の所定位置に当接させ、超音波画像の撮像を開始する。これにより、超音波プローブ１１による３次元走査が実行され、撮像対象領域全体に亘る複数フレーム分の２次元超音波画像データが画像メモリ１９に蓄積される（ステップＳ１０１）。なお、撮像開始時点では、送波フォーカス位置は、視野の中心に設定されている。境界検出部２１は、画像メモリ１９に記憶された複数フレーム分の画像のうち、所定のフレーム（例えば撮像対象領域の中心に相当するフレーム）について、扇形視野の左右一方の端に対応する超音波ビーム一本分の画像データ（即ち、ビーム方向の各深さ位置における輝度情報）を取得し（ステップＳ１０２）、該データから所定の基準値以上に輝度値が急変する箇所を全て検出する（ステップＳ１０３）。同様の処理を扇形視野の全域に亘って順に行い、画像中の全ての輝度急変箇所を検出し、これらの情報を基に画像中に含まれる全ての境界線を検出する（ステップＳ１０４）。

続いて、フォーカス位置決定部２２が、検出された境界線３３と扇形視野の中心線４３との交点を求め、これらの中から所定の基準により適切な点を選出してフォーカス位置として決定する（ステップＳ１０５）。例えば、図３の例では、胎児３１とその周辺領域３２との境界線３３が中心線４３と二箇所で交わっており、これらの交点４４、４５のうち、例えば、被検者の体表に最も近いものを選択することにより、胎児３１の顔面側の体表面に送波フォーカス位置が設定される。前記フォーカス位置の情報は制御部１８を介して送受信制御部１６に送出され、送受信制御部１６では、該フォーカス位置の設定に基づいて送受信部１２における駆動パルスの遅延処理を制御する。これにより、以降に得られる３次元超音波画像では、胎児３１の顔面側の体表面が高い解像度で描出される。

また、このような境界線の検出及び送波フォーカス位置の設定は、オペレータから撮像完了の指示がなされるまで（即ち、ステップＳ１０６で「Ｙ」と判定されるまで）の間、３次元走査を行う度に実行されるため、撮像中に対象物が動くなどした場合であっても、直ちにフォーカス位置が補正され、常に鮮明な３次元画像を描出することができる。このように、本実施例の超音波診断装置によれば、一連の撮像操作の間、オペレータは送波フォーカス位置を意識する必要がないため、撮像時におけるオペレータの操作負担を軽減することができる。

なお、上記によって設定された送波フォーカス位置がオペレータが所望する境界位置と異なっていた場合のために、オペレータがフォーカス位置を手動で修正するための手段を設けておくことが望ましい。この場合、例えば、オペレータが所定の操作を行うことにより、モニタ１５上に図５に示すようなフォーカス位置確認画面が表示されるものとする。フォーカス位置確認画面には、フォーカス位置決定の基準となった２次元画像４２上に、検出された境界線３３を高輝度でトレース表示し、更に、該境界線３３と画像の中心線４３との交点位置を示す直線４４ａ、４５ａを重畳表示すると共に、該交点位置のうち現在送波フォーカス位置として設定されているものがポインタ４６で表される。

オペレータは、フォーカス位置確認画面上で境界線３３及びポインタ４６を参照することにより、目的とする位置にフォーカスが正しく設定されているかどうかを確認することができ、フォーカス位置が正しく設定されていなかった場合には、入力部１７等を用いてポインタ４６を移動させることで前記交点位置４４、４５の中からフォーカス位置として適切なものを選択することができる。例えば、図５において、胎児３１がプローブ１１に背を向けた状態であった場合、ポインタ４６を体表から遠い側の交点位置を表す直線４５ａ上に移動させることにより、胎児３１の顔面側にフォーカス位置を設定することができる。フォーカス位置の変更後、オペレータがＯＫボタン４７をクリックすると、フォーカス位置確認画面が閉じられると共にフォーカス位置の設定基準が確定され、以降の撮像中は、常に体表から遠い側の境界位置が送波フォーカス点となるようフォーカス補正が実行される。

以上、実施例を用いて本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲で適宜変更が許容されるものである。例えば、上記実施例では、３次元走査を行う度に境界線の検出及びフォーカス位置の設定を実行するものとしたが、３次元走査を所定の回数行う毎にこれらを実行するようにしてもよい。また、上記実施例の超音波診断装置では、反射波の受波フォーカスについては、受波タイミングに応じてエコー信号に与える遅延時間を多段階に変化させる受信ダイナミックフォーカスを行うものとしたが、このようなダイナミックフォーカス機能を備えていない超音波診断装置に対しても本発明を同様に適用することができる。この場合、上記のような送波フォーカス位置の自動設定を行う際に、該送波フォーカス位置と同一の位置に受波フォーカスが設定されるようにし、該受波フォーカス設定に応じて送受信部１２でエコー信号に与える遅延時間が制御されるようにする。

更に、本発明の超音波診断装置は、複数の境界位置をフォーカス位置として設定可能な構成とすることもできる。この場合、フォーカス位置決定部において上記交点の中から所定の基準によって複数の点を自動的に選択してフォーカス位置として設定するものとしてもよく、上記のようなフォーカス位置確認画面上で、オペレータが任意の交点上にフォーカス位置を追加できるようにすることもできる。但し、このような多段フォーカスを行う場合には、ビーム毎に送波フォーカス点の切り替えを行うことで各方位毎にフォーカス位置の異なる複数回の超音波ビームを送受信する必要があり、ボリュームレートが低下するため、血管や腎臓等の動きの少ない対象物の撮像に適用することが望ましい。

本発明の一実施例に係る超音波診断装置の要部構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置における３次元データの取得方法を示す概念図。 同実施例の超音波診断装置において生成される２次元超音波画像の一例を示す図。 同実施例の超音波診断装置における撮像手順を示すフローチャート。 同実施例の超音波診断装置におけるフォーカス位置確認画面を示す図。

符号の説明

１１…超音波プローブ
１２…送受信部
１３…超音波信号処理部
１４…表示処理部
１５…モニタ
１６…送受信制御部
１７…入力部
１８…制御部
１９…画像メモリ
２０…３次元画像生成部
２１…境界検出部
２２…フォーカス位置決定部
３１…胎児
３２…周辺領域
３３…境界線
４２…２次元超音波画像
４３…中心線
４４、４５…交点
４６…ポインタ

Claims (6)

1. 被検体内の任意の領域に対して３次元的な超音波走査を行い、取得されたエコー信号から該被検体内部の３次元画像を生成する機能を備えた超音波診断装置において、
   a)前記エコー信号に基づき、被検体内の撮像対象とその周辺との境界を検出する境界検出手段と、
   b)前記境界検出手段により検出された境界位置の情報を基に送波フォーカス位置を決定する送波フォーカス自動設定手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体内の任意の領域に対して３次元的な超音波走査を行い、取得されたエコー信号から該被検体内部の３次元動画像を生成する機能を備えた超音波診断装置において、
   a)前記エコー信号に基づき、被検体内の撮像対象とその周辺との境界を、前記超音波走査に同期した所定のタイミングで繰り返し検出する境界検出手段と、
   b)前記境界検出手段により検出された境界位置の情報を基に送波フォーカス位置を決定する送波フォーカス自動設定手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
3. 上記境界検出手段が、上記エコー信号より生成された２次元超音波画像データに基づいて輝度値が急変する箇所を上記境界位置として検出するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 上記送波フォーカス自動設定手段が複数の送波フォーカス点を設定することができるものであり、
   更に、ビーム毎に送波フォーカス位置の切り替えを行うビームフォーカス切替手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の超音波診断装置。
5. 更に、上記境界検出手段により検出された境界位置の情報を基に受波フォーカス位置を決定する受波フォーカス自動設定手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超音波診断装置。
6. 上記送波フォーカス自動設定手段及び／又は受波フォーカス自動設定手段が、上記境界検出手段によって検出された境界位置上に送波フォーカス位置及び／又は受波フォーカス位置を設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の超音波診断装置。

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