JP2008080104A - 超音波映像を形成する超音波システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】視野角拡大の画像合成に際し重なった端部画像の劣化を防止する。
【解決手段】超音波映像を形成する装置及び方法に関し、複数のトランスデューサそれぞれにおいて、仮想共通点に基づいて定められるスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する装置及び方法を提供する。フレーム個数に制約されずに映像フレームを獲得し、重複する領域に対して適切な重み係数で合成画像を形成することができるので超音波映像の画質を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、超音波分野に関し、特に超音波映像を形成する超音波システム及び方法に関する。

超音波システムは、多様に応用されている重要な診断システムの一つである。特に、超音波システムは、対象体に無侵襲及び非破壊の特性を有しているため、医療分野で広く用いられている。近来の高性能超音波システムは、対象体内部の２次元または３次元映像の生成に用いられる。

一般に、超音波システムは、広帯域の超音波信号を送信及び受信するための多数のトランスデューサを備える。トランスデューサが電気的に刺激されれば、超音波信号が生成されて対象体に伝達される。対象体から反射されてトランスデューサに伝達される超音波エコー信号は電気的に変換される。変換された電気的信号を増幅及び信号処理して超音波映像データが生成される。

特に、超音波システムは、多数の時点または角度から得られる多数のフレームを空間合成することにより、１つの合成映像を形成することができる。図１は、従来の合成映像を形成するための多数のフレームのスキャンラインを示す概略図である。図示されたように、超音波システムは、多数のトランスデューサＴ１〜ＴＮを通じて３つの観測方向に超音波信号を送受信し、３つのフレーム２１〜２３を獲得し、獲得された３つのフレーム２１〜２３を空間合成することにより、図２に示すように、合成映像２４を形成する。より詳細には、超音波システムは、多数のトランスデューサＴ１〜ＴＮを通じて基準スキャンライングループＳＲ１〜ＳＲＮに沿って超音波信号を送受信し、基準フレーム２１を獲得し、基準スキャンライングループＳＲ１〜ＳＲＮの各スキャンラインを所定角度＋θでステアリングした第１スキャンライングループＳＡ１〜ＳＡＮに沿って超音波信号を送受信し、第１フレーム２２を獲得し、基準スキャンライングループＳＲ１〜ＳＲＮの各スキャンラインを所定角度−θでステアリングした第２スキャンライングループＳＢ１〜ＳＢＮに沿って超音波信号を送受信し、第２フレーム２３を獲得する。超音波システムは、獲得された基準フレーム２１と第１フレーム２２が空間的に重複する領域Ａ、基準フレーム２１と第２フレーム２３が空間的に重複する領域Ｂ及び基準フレーム２１を合成することにより、合成映像２４を形成する。

しかし、従来の超音波システムは、合成映像を形成するために必ず奇数個のフレームを用いなければならないので、合成映像の形成に必要なフレームの個数に制約がある問題がある。

また、従来の超音波システムは、図２に示すように、基準フレーム２１と第１フレーム２２が空間的に重複する領域Ａ、基準フレーム２１と第２フレーム２３が空間的に重複する領域Ｂ、及び基準フレーム２１を合成するために、第１フレーム２２の境界線ＳＡＮと第２フレーム２３の境界線ＳＢ１が合成映像２４に表示され、合成映像の画質が低下する問題がある。

特開２００７−０２１１７９号公報

本発明の目的は、前述した問題を解決することであり、フレーム個数に制約されずに映像フレームを獲得し、合成映像の画質を向上させることができる超音波映像装置及び超音波映像形成方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明の一実施例による超音波映像装置は、仮想共通点に基づいて定められるスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する複数のトランスデューサを備える。

本発明の他の実施例による超音波映像形成方法は、複数のトランスデューサそれぞれにおいて、仮想共通点に基づいて定められるスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する段階を備える。

前述したように本発明によれば、仮想共通点に基づいて定められるスキャンラインに沿って超音波信号を送受信するので、合成映像の形成に必要なフレームの個数に制約されない。

また、複数の仮想共通点を設定して複数の映像フレームを獲得することができるので、合成映像の形成に必要なデータを十分に確保することができる。

また、複数の映像フレームが空間的に重複する領域に対して適切な重み係数で合成映像を形成することができるので、合成映像の画質を向上させることができる。

以下、図３〜図５を参照して本発明の実施例を説明する。

図３に示すように、本発明による超音波システム１００は、プローブ１１０、スキャンライン設定部１２０、ビームフォーマ１３０、フレーム形成部１４０、格納部１５０、合成映像形成部１６０及びディスプレイ部１７０を備える。また、フレーム形成部１４０及び合成映像形成部１６０は、一つのプロセッサによっても具現され得る。

プローブ１１０は、多数のトランスデューサからなるトランスデューサアレイ１１２を備える。プローブ１１０は、スキャンラインに沿って超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号を受信する。本発明の一実施例により、プローブ１１０は、曲面型プローブを備える。

スキャンライン設定部１２０は、図示されるように、ステアリング角度算出部１２１及び制御部１２２を備える。

ステアリング角度算出部１２１は、各トランスデューサに関する基準スキャンラインの延長線が会う共通点に基づいて多数の仮想共通点を設定し、設定された多数の仮想共通点に基づいて各トランスデューサに対するスキャンラインのステアリング角度を算出する。

本発明の一実施例により、ステアリング角度算出部１２１は、図４に示すように、各トランスデューサＴ１〜Ｔｎに対する基準スキャンラインの延長線が会う共通点３０に基づき、共通点３０をトランスデューサアレイ１１２側に移動させた第１〜第３仮想共通点３０ａ〜３０ｃを設定する。ステアリング角度算出部１２１は、第１フレーム２１０を獲得するための第１スキャンライングループＳＡ１〜ＳＡＮに該当する仮想共通点を第１仮想共通点３０ａに設定し、第２フレーム２２０を獲得するための第２スキャンライングループＳＢ１〜ＳＢＮに該当する仮想共通点を第２仮想共通点３０ｂに設定し、第３フレーム２３０を獲得するための第３スキャンライングループＳＣ１〜ＳＣＮに該当する仮想共通点を第３仮想共通点３０ｃに設定する。ステアリング角度算出部１２１は、第１仮想共通点３０ａに基づいて第１スキャンライングループＳＡ１〜ＳＡＮのステアリング角度を算出し、第２仮想共通点３０ｂに基づいて第２スキャンライングループＳＢ１〜ＳＢＮのステアリング角度を算出し、第３仮想共通点３０ｃに基づいて第３スキャンライングループＳＣ１〜ＳＣＮのステアリング角度を算出する。図４では説明の便宜のために、各スキャンライングループに対して３本のスキャンラインを表示したが、当業者であれば各スキャンライングループがＮ本のスキャンラインからなることを十分に理解できるだろう。

前述した実施例では、３つの仮想共通点を設定したものを説明したが、それに限定されず、ステアリング角度算出部１２１は、多数（Ｎ）個の仮想共通点を設定し、設定された仮想共通点により第１フレームのデータを獲得するための第１スキャンライングループＳＡ１〜ＳＡＮのステアリング角度を算出し、第２フレームのデータを獲得するための第２スキャンライングループＳＢ１〜ＳＢＮのステアリング角度を算出し、第Ｎフレームのデータを獲得するための第ＮスキャンライングループＳＮ１〜ＳＮＮのステアリング角度を算出することができる。また、前述した実施例では共通点３０をトランスデューサアレイ１１２に対して垂直方向に移動させたものを説明したが、それに限定されず、トランスデューサアレイ１１２に対して水平方向、対角線方向など多様な方向に移動させることができる。

制御部１２２は、多数のフレームを獲得するために、フレームが変更される度にステアリング角度が変わるスキャンラインに沿って超音波信号が送受信されるように制御する。一例として、制御部１２２は、ステアリング角度算出部１２１により算出されたステアリング角度に基づいて図４に示すように、第１フレーム２１０を獲得するために第１スキャンライングループＳＡ１〜ＳＡＮのスキャンラインに沿って超音波信号が送受信されるように制御し、第２フレーム２２０を獲得するために第２スキャンライングループＳＢ１〜ＳＢＮのスキャンラインに沿って超音波信号が送受信されるように制御し、第３フレーム２３０を獲得するためにスキャンラインＳＣ１〜ＳＣＮに沿って超音波信号が送受信されるように制御するための第１制御信号を形成する。一方、制御部１２２は、仮想共通点、ステアリング角度及びスキャンラインの情報に基づいて、各スキャンライングループに該当するフレームが形成されるように制御するための第２制御信号と、多数のフレームが空間的に重複する領域が合成され、合成映像が形成されるように制御する第３制御信号を形成する。

ビームフォーマ１３０は、制御部１２２の第１制御信号に基づき、多数のフレームを獲得するために各フレームに該当するスキャンライングループのスキャンラインに沿って多数のトランスデューサを介して送受信される超音波信号を遅延及び合算する。

フレーム形成部１４０は、制御部１２２の第２制御信号に基づき、ビームフォーマ１３０で出力される受信集束された信号に基づいて各スキャンライングループに該当するフレームを形成する。

格納部１５０は、フレーム形成部１４０で出力される各スキャンライングループのフレームを順次格納する。

合成映像形成部１６０は、制御部１２２の第３制御信号に基づき、格納部１５０から多数のフレームを読み出し、読み出された多数のフレームが空間的に重複する領域を合成して合成映像を形成する。

本発明の一実施例により、合成映像形成部１６０は、制御部１２２の第３制御信号に基づき、図５に示すように、格納部１５０から３つのフレーム２１０〜２３０を読み出し、フレーム２１０とフレーム２２０が空間的に重複しない領域ＥＡＢとフレーム２１０とフレーム２３０が空間的に重複しない領域ＥＡＣを除いて、フレーム２１０〜２３０が空間的に重複する領域Ａを合成し、合成映像３１０を形成する。このとき、合成映像形成部１６０は、フレーム２１０〜２３０の各ピクセルに対して平均（例えば、各ピクセルの平均強度）を求める。一方、合成映像形成部１６０は、各フレームに異なる重み係数を加えて合成することができる。一例として、合成映像形成部１６０は、トランスデューサアレイ１１２から最も遠い位置にある仮想共通点３０ａに該当するフレーム２１０に最も大きい重み係数を加え、トランスデューサアレイ１１２から最も近接した位置にある仮想共通点３０ｃに該当するフレーム２３０に最も小さい重み係数を加え、仮想共通点３０ｂに該当するフレーム２２０に中間重み係数を加えて合成することができる。

ディスプレイ部１７０は、合成映像形成部１６０により形成された合成映像をディスプレイする。

本発明を望ましい実施例を通じて説明して例示したが、当業者であれば添付された特許請求の範囲の事項及び範疇を逸脱せずに様々な変形及び変更がなされ得ることが分かるだろう。

一例として、本実施例では、プローブとして曲面型プローブを用いるものを説明したが、それに限定されず、共通点を無限大に移動させ、多数の仮想共通点を形成することができる線状プローブを用いてもよい。即ち、図６に示すように、超音波システムは、多数のトランスデューサ１１４を有する線状プローブを用い、無限大に位置した共通点(図示せず)に該当するフレーム４１０、仮想共通点３０ａに該当するフレーム４２０、仮想共通点３０ｂに該当するフレーム４３０及び仮想共通点３０ｃに該当するフレーム４４０が空間的に重複する領域Ａを合成し、合成映像を形成することができる。

前述した実施例は、本発明の原理を応用した多様な実施例の一部を示したものに過ぎないことを理解すべきである。本技術分野で通常の知識を有する者は、本発明の本質から逸脱することなく、様々な変形が可能であることが明確に分かるだろう。

従来の合成映像を形成するための多数のフレームのスキャンラインを示す概略図である。 多数のフレームを合成して獲得した合成映像を示す概略図である。 本発明の実施例による超音波システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例による合成映像を形成するためのフレームのスキャンラインを示す例示図である。 本発明の実施例による多数のフレームを合成して獲得した合成映像の例を示す例示図である。 本発明の他の実施例による合成映像を形成するためのフレームのスキャンラインを示す例示図である。

符号の説明

１００ 超音波システム
１１０ プローブ
１２０ スキャンライン設定部
１３０ ビームフォーマ
１４０ フレーム形成部
１５０ 格納部
１６０ 合成映像形成部
１７０ ディスプレイ部

Claims (16)

1. 超音波映像を形成する装置であって、
   仮想共通点に基づいて定められるスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する複数のトランスデューサを備える超音波映像装置。
2. 前記複数のトランスデューサの基準スキャンラインの延長線が会う共通点に基づいて仮想共通点を設定し、各トランスデューサに対して前記仮想共通点に基づいて定められるスキャンラインのステアリング角度を算出する設定部をさらに備え、
   前記複数のトランスデューサそれぞれは、前記ステアリング角度に基づいたスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する請求項１記載の超音波映像装置。
3. 前記設定部は、前記共通点を垂直に移動して仮想共通点を設定する請求項２記載の超音波映像装置。
4. 前記複数のトランスデューサは、複数の仮想共通点に基づいて複数回超音波信号を送受信する請求項１または請求項２記載の超音波映像装置。
5. 一つの仮想共通点に対して受信された超音波信号に基づいて映像フレームを形成するフレーム形成部と、
   複数の映像フレームを受信して合成映像を形成する合成映像形成部と
   をさらに備える請求項４記載の超音波映像装置。
6. 前記合成映像形成部は、前記複数の映像フレーム間に空間的に重複する領域に対して合成映像を形成する請求項５記載の超音波映像装置。
7. 前記合成映像形成部は、前記複数の映像フレームにおいて、対応する仮想共通点の位置に応じて重み係数を加え、前記重み係数が加えられた複数の映像フレーム間に空間的に重複する領域に対して合成映像を形成する請求項５記載の超音波映像装置。
8. 前記合成映像形成部は、前記複数のトランスデューサから最も遠い位置にある仮想共通点に対応する映像フレームに最も大きな重み係数を加え、前記複数のトランスデューサから最も近接した位置にある仮想共通点に対応する映像フレームに最も小さな重み係数を加える請求項７記載の超音波映像装置。
9. 超音波映像を形成する方法であって、
   複数のトランスデューサそれぞれにおいて、仮想共通点に基づいて定められるスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する段階を備える超音波映像形成方法。
10. 前記複数のトランスデューサの基準スキャンラインの延長線が会う共通点に基づいて仮想共通点を設定する段階と、
    各トランスデューサに対して前記仮想共通点に基づいて定められるスキャンラインのステアリング角度を算出する段階とをさらに備え、
    前記複数のトランスデューサそれぞれにおいて超音波信号を送受信する段階は、前記複数のトランスデューサそれぞれにおいて前記ステアリング角度に基づいたスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する段階を備える請求項９記載の超音波映像形成方法。
11. 前記仮想共通点を設定する段階は、前記共通点を垂直に移動して仮想共通点を設定する段階を備える請求項１０記載の超音波映像形成方法。
12. 前記複数のトランスデューサそれぞれにおいて超音波信号を送受信する段階は、前記複数のトランスデューサそれぞれにおいて複数の仮想共通点に基づき、複数回超音波信号を送受信する段階を備える請求項９記載の超音波映像形成方法。
13. 超音波信号を送受信する間に、前回受信された超音波信号に基づいて映像フレームを形成する段階と、
    複数の映像フレームから合成映像を形成する段階と
    をさらに備える請求項１２記載の超音波映像形成方法。
14. 前記合成映像を形成する段階は、前記複数の映像フレーム間に空間的に重複する領域に対して合成映像を形成する段階を備える請求項１３記載の超音波映像形成方法。
15. 前記合成映像を形成する段階は、前記複数の映像フレームにおいて、対応する仮想共通点の位置に応じて異なる重み係数を加え、前記重み係数が加えられた複数の映像フレーム間に空間的に重複する領域に対して合成映像を形成する段階を備える請求項１３記載の超音波映像形成方法。
16. 前記重み係数は、前記複数のトランスデューサから最も遠い位置にある仮想共通点に対応する映像フレームに対して最も大きく、前記複数のトランスデューサから最も近接した位置にある仮想共通点に対応する映像フレームに対して最も小さい請求項１５記載の超音波映像形成方法。

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