JP2008200072A - 超音波診断装置及び超音波診断装置の制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 スキャン断面間の時相差を減らし、リアルタイムに最適なＭＰＲスキャンがで
きる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】 複数の超音波素子を２次元的に配列して形成された２次元アレイプローブ
と、前記２次元アレイプローブから被検体の複数の断面に対して超音波を送信させるため
の送信手段と、前記被検体内からの反射超音波を受信する受信手段と、前記被検体の複数
の断面に交互に超音波の送受信を行うタイミング制御をする送受信シーケンスと、前記送
受信シーケンスに基づいて前記被検体の複数の断面に対する送受信の制御をする制御手段
と、前記受信手段からの情報に基づいて超音波画像を生成する画像生成手段と、前記画像
生成手段によって生成された超音波画像をリアルタイムに表示する表示手段とを備えたこ
とを特徴とする
【選択図】 図２

Description

本発明は、被検体を超音波で走査して得られる受信信号に含まれる位相情報や振幅情報に
基づいて超音波画像の生成を行い、特に、超音波画像をリアルタイムに表示する超音波診
断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波振動子から発生する超音波ビーム
を被検体内に照射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる超音波反射
波を前記超音波振動子によって受信してモニタ上に表示するものである。この診断方法は
、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作でリアルタイムの２次元画像が容
易に観察できるため、生体の各種臓器の機能診断や形態診断に広く用いられている。

このような超音波診断装置では、２次元アレイプローブを用いて複数の断面をスキャンし
、同時に表示するＭＰＲ表示が行われている。しかしながら、複数の断面をスキャンする
場合には、それぞれの断面毎にスキャンを行っていたため、スキャン断面間には時相差が
あり、動きが早い対象においては、スキャン断面が交差する部分で画像にズレが生じる可
能性がある等の問題があった。

そこで、３次元画像をスキャンして、その３次元画像から特定の断面を抽出するという方
法もある。この方法によれば、３次元で画像データを収集・表示するシステムの利点を活
用し、３次元画像から抽出して２次元の断面図をＭＰＲ表示できる。（例えば、特許文献
１参照。）。
特開２００１−１２８９７５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された超音波診断装置では、時相差は軽減できるもの
の、３次元画像をスキャンするので、必要な断面以外の部分についてもスキャンすること
になり、スキャン時間に無駄が生じてしまい、リアルタイム性が損なわれる恐れがあった
。

そこで本発明は、スキャン断面間の時相差を減らし、リアルタイムに最適な複数断面表
示ができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、複数の超音波素子を２次元的に
配列して形成された２次元アレイプローブと、前記２次元アレイプローブから被検体の複
数の断面に対して超音波を送信させるための送信手段と、前記被検体内からの反射超音波
を受信する受信手段と、前記被検体の複数の断面に交互に超音波の送受信を行うタイミン
グ制御をする送受信シーケンスと、前記送受信シーケンスに基づいて前記被検体の複数の
断面に対する送受信の制御をする制御手段と、前記受信手段からの情報に基づいて超音波
画像を生成する画像生成手段と、前記画像生成手段によって生成された超音波画像をリア
ルタイムに表示する表示手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、スキャン断面間の時相差を減らし、リアルタイムに最適な複数断面表示
ができる超音波診断装置を提供することができる。

以下に、本発明による超音波診断装置の実施例を図１乃至図９を参照して説明する。

図１乃至図５を参照して、実施例１を説明する。

図１は、本発明に係る超音波診断装置のブロック構成図を示している。この超音波診断
装置は、装置本体１に、オペレータからの各種指示、条件、種々の画質条件設定指示等を
装置本体１にとりこむための入力装置２と、予め設定された条件に沿って超音波を被検体
Ｐ内の診断部位に向けてスキャンさせると共に、この送信した超音波に対して被検体内か
ら戻ってくる超音波エコー信号を微弱な電圧のエコー信号に変換して受信する２次元アレ
イプローブ３と、生体内の形態学的情報、血流情報等の画像、または患者情報などの文字
情報等を表示する表示部４が接続されている。

なお、２次元アレイプローブ３は、被検体Ｐからの反射波を電気信号に変換する複数の超
音波振動子、当該超音波振動子に設けられる被検体Ｐと超音波振動子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整合層、当該超音波振動子から後方への超音
波の伝播を防止するバッキング材等を有している。また、入力装置２は各種スイッチ、ボ
タン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。

装置本体１内部には、入力装置２に入力された情報をインターフェース５を介して受け取
り、内部記憶部６から画像生成・表示等を実行するための制御プログラムを読み出して、
自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行する制御プロセッ
サ７を備えている。なお、内部記憶部６は、スキャンシーケンス、画像生成、表示処理を
実行するための制御プログラムや、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコ
ル、送受信条件、その他のデータ群が保管されている。なお、スキャンシーケンスとは、
超音波によるスキャンのあらかじめ定められた方法、順序、条件等をいう。

さらに、装置本体１内部には、制御プロセッサ７からの制御に基づいて、超音波のエコー
信号の送受信に関する具体的な制御をリアルタイムで行い、送受信に関するシーケンスを
有するＲＴＣ（リアルタイムコントローラ）８を備えている。そして、ＲＴＣ８に従い、
２次元アレイプローブ３に対して電気信号の送受信を行う超音波送信ユニット９及び超音
波受信ユニット１０と、超音波受信ユニット１０から得られた受信信号に対して信号処理
を行い、Ｂモードデータ、カラードプラデータとしての画像の生成を行うＢモード処理ユ
ニット１１及びドプラ処理ユニット１２を有しており、各処理ユニットからの走査線信号
列を、フリーズする直前の複数フレームに対応する超音波画像を保存するシネメモリ１３
と、テレビなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、表示
画像としての超音波診断画像を生成するスキャンコンバータ１４とを備えている。

さらに、制御プロセッサ７からの制御に基づいて、スキャンコンバータ１４から受け取っ
た画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成する画像合成部１５を備えてい
る。

Ｂモード処理ユニット１１は、超音波受信ユニット１０からエコー信号を受け取り、対数
増幅、包絡線検波処理などを施し、信号検波が輝度の明るさで表現されるデータを生成し
、ドプラ処理ユニット１２は、超音波受信ユニット１０からエコー信号を受け取り、速度
情報を周波数分析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速
度、分散、パワー等の血流情報を多点について求めてデータを生成する。

スキャンコンバータ１４は、画像データを格納する記憶メモリを搭載しており、例えば診
断の後に操作者が検査中記録された画像を呼び出すことが可能となっている。なお、当該
スキャンコンバータ１４に入る以前のデータは「生データ」と呼ばれることがある。

図２は、実施例１に係るＲＴＣ８の構成を示す図である。

ＲＴＣ８は、制御プロセッサ７からの情報に基づいて、スキャンする複数の断面に対して
超音波エコー信号の送受信を行うためのタイミングの制御を行う送受信シーケンス２０を
有し、送受信シーケンス２０は、１フレーム内にベクタ単位でどれだけ超音波を送受信す
るのか等のベクタ単位の制御をするベクタシーケンサ２１と、フレームシーケンス内で断
面ごとに何フレーム分の超音波を送受信するのかを制御するフレームシーケンサ２２と、
ベクタシーケンサ２１及びフレームシーケンサ２２の細かい動作条件を管理する動作条件
レジスタ２３を備えている。ここでの、１回のフレームシーケンスとは、図３または図４
のような複数のベクタの集まりでなる、超音波の送受信の一連の流れの単位である。

次に、本発明に係る超音波診断装置における動作について図１乃至図５を用いて説明する
。ここではＢモード画像で交差する２つの断面をスキャンし、リアルタイムに複数断面を
表示する場合を例として説明する。

まず、オペレータが入力装置２を用いて、Ｂモード画像生成を行う旨の入力をする。す
ると、その入力情報をインターフェース５を介して制御プロセッサ７が受け取り、Ｂモー
ド画像の生成のための制御を開始する。具体的には、超音波送信ユニット９、超音波受信
ユニット１０、Ｂモード処理ユニット１１、スキャンコンバータ１４、画像合成部１５、
モニタ４の起動や制御が行われる。

同様に、オペレータは入力装置２を用いて、超音波のスキャンシーケンスを設定する。
すると、入力情報をインターフェース５を介して制御プロセッサ７が受け取り、ＲＴＣ８
を制御する。具体的には、図３のように、フレームシーケンス内の断面ａ、断面ｂのそれ
ぞれのベクタ数が同じであり、且つ１ベクタずつ交互にスキャンしていくシーケンスや、
図４のように、断面ｃは一度に２ベクタ分スキャンするのに対し、別の断面ｄは一度に１
ベクタ分スキャンするというように、１回のフレームシーケンス内の断面ごとのベクタの
総数が異なり、断面ごとのベクタ数が異なる間隔で交互にスキャンしていくシーケンスな
どがある。

ここでは、図３の場合を例にして、図５のフローチャートを用いて詳細を説明する。まず
、ステップＳ１でオペレータが予め設定されているいくつかのシーケンスプログラムから
、任意のプログラムを選択する。この例では、図３のような断面ごとに１フレームシーケ
ンスずつ交互にスキャンするという設定のプログラムを選択する。このプログラムには、
１回のフレームシーケンスで断面ごとに何フレームスキャンするのか、１フレームはいく
つのベクタで構成されるか等が組み込まれている。そして、選択されたプログラムに予め
登録されているスキャン条件を変更するのか、しないのかを決める（ステップＳ２）。変
更することなくスキャンを開始する場合は、ステップＳ５へ。登録されている内容をオペ
レータによって変更する場合は、ステップＳ３で入力装置２に、フレームシーケンス内の
フレーム数を入力する。なお、図３のプログラムの場合は、設定されたフレーム数は、断
面ａと断面ｂの両方に同じように適用される。

図４のプログラムの場合には、断面ｃと断面ｄのスキャンの割合が２：１の割合であるた
め、１フレームのベクタ数が同じ場合でも、１フレームの表示速度が異なり、１回のフレ
ームシーケンスで断面ｃは断面ｄの２倍分のスキャンが行われることになる。このスキャ
ンの速度は、３：２や４：１等、任意に変更することが可能である。

そして、ステップＳ４で１つのフレームシーケンスのスキャンのベクタ数を設定する。図
３では１ベクタずつ交互にスキャンしていくプログラムだが、これを２ベクタずつ交互に
スキャンするように、ベクタ数を任意で変えて入力してもよい。

その後、入力された情報が間違いないかをステップＳ５で確認する。間違いがあった場合
はステップＳ２に戻って入力をやり直し、間違いがない場合は入力装置２の確定ボタン等
を操作することによって動作条件が決定される。なお、ステップＳ１では、シーケンスの
プログラムを選択したが、ステップＳ１で、「すべて変更」等の選択肢を選択することに
よって、最初から条件等を入力をしてスキャンを行うようにしてもかまわない。

ステップＳ６では、決定したシーケンスの動作条件をＲＴＣ８が受け取り、その情報に基
づいて動作条件レジスタ２３を制御することによって、フレームシーケンサ２２とベクタ
シーケンサ２１が制御される。その後、ステップＳ７でオペレータは開始操作として、入
力装置２に具備されるボタンを押すこと等によって、自動的にオペレータの選択したシー
ケンスに基づくスキャンが行われる。そして、得られた受信信号は、Ｂモード処理ユニッ
ト１１で処理され、スキャンコンバータ１４で処理及び記憶され、画像合成部１５によっ
て付帯情報が合成され、表示部４に表示される。つまり、送受信を所定回数繰り返して複
数の走査線の映像を得ることにより、リアルタイムに被検体内部の形態を表すＢモード画
像が表示される（ステップＳ８）。

スキャンの終了に関しては、ステップＳ９にて、オペレータが入力装置に具備されるボタ
ンを押すこと等によって終了となる。なお、スキャンの終了はオペレータの入力でなく、
予めスキャンする総フレーム数またはフレームシーケンスの繰り返し数を決めておいて、
すべてのスキャンが終わった場合に自動で終了するようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の実施例１においては、１つの送受信シーケンス２０で、
複数の断面を交互にスキャンすることができるため、リアルタイムに表示する場合に重な
る部分の時相差をほぼ無くすことができる。

また、フレームシーケンスの設定が、図３のように、ベクタのスキャンを交互に行うだ
けでなく、図４のように、断面ｃは２ベクタ分スキャンするのに対し別の断面ｄは１ベク
タ分スキャンするというように、一度にスキャンするベクタ数が断面ごとに異なるスキャ
ンの設定も可能であるため、よりリアルタイム性を求められる断面は一度にスキャンする
ベクタ数を多くするなど、状況に合わせてスキャンの条件を変えることが出来るため、よ
りスキャンしたい患部に合わせた設定ができる。

さらに、上述したようなリアルタイムで断面ごとの時相差のほぼないスキャンが、送受
信シーケンスが１つの状態でできるため、今までの装置からの大幅な変更をせずに、実施
することができる。

図１及び図６乃至図９を参照して、実施例２を説明する。

図６は、実施例２に係るＲＴＣ５８の概念図である。なお、実施例２に係る超音波診断装
置の全体構成は図１と同様であり、その構成及び動作については実施例１にて説明したの
で ここでは省略する。

実施例２において、実施例１と異なる点は、実施例１では図２にあるように、ＲＴＣ８の
送受信シーケンス２０が１つであるのに対し、実施例２では、図６にあるように、ＲＴＣ
５８に２つの送受信シーケンス５０及び５１があり、さらにそれらを制御するＭＰＲタイ
ミングシーケンサ５２を備え、ＭＰＲタイミングシーケンサ５２はＭＰＲ動作条件レジス
タ５３とＭＰＲ制御カウンタ５４を有しているという点である。なお、送受信シーケンス
５０及び５１は、実施例１と同様に、それぞれ動作条件レジスタ５５ａ及び５５ｂ、フレ
ームシーケンサ５６ａ及び５６ｂ、ベクタシーケンサ５７ａ及び５７ｂを有している。

ＭＰＲ動作条件レジスタ５３は、送受信シーケンス５０及び５１の細かい動作条件を管理
するものであり、ＭＰＲ制御カウンタ５４は送受信シーケンス５０及び５１の切替えのタ
イミングなどを計算して管理する。

この構成のＭＰＲスキャンの制御に関して、図１、図６乃至図８を参照し、図９のフロー
チャートを用いて説明する。図６は、実施例２におけるＭＰＲスキャンの場合、図６及び
図７のような断面ごとに送受信シーケンスを持っている。図７は、実施例２における送受
信シーケンスの一例を示す図である。まず、ステップＳ１００でオペレータが予め設定さ
れているいくつかのプログラムから、任意のプログラムを選択する。

図８は、実施例２におけるフレームシーケンスの流れを示す図である。この場合、図８の
ように１回のフレームシーケンスで、１フレームにスキャンするベクタ数が、断面ｅが８
ベクタ分であるのに対し、断面ｆは５ベクタ分のスキャンするというプログラムを選択す
る。選択されたプログラムに予め登録されているスキャン条件を変更するのか、しないの
かを決める（ステップＳ１０１）。変更することなくスキャンを開始する場合は、ステッ
プＳ１０５へ。登録されている内容をオペレータによって変更する場合は、ステップＳ１
０２で入力装置２にＭＰＲタイミングシーケンサ５２の設定をする。つまり、フレームご
とのスキャンベクタ数等を変更することが出来る。

さらに、ステップＳ１０３で、１フレームのベクタ数を入力する。設定されたベクタ数は
、断面ｅと断面ｆのそれぞれで入力し、別々に適用される
そして、ステップＳ１０４で１つのフレームシーケンスのスキャンするフレーム数を設定
する。この場合、断面ｅと断面ｆのベクタのスキャン数や、１フレームのベクタ数によっ
て、フレーム数は左右する。その後、入力された情報が間違いないかをステップＳ１０５
で確認する。間違いがあった場合はステップＳ１０１に戻って入力をやり直し、間違いが
ない場合は動作条件が決定される。ステップＳ１０６では、決定したシーケンスの動作条
件をＲＴＣ５８が受け取り、ステップＳ１０７ではその情報に基づいて、ＭＰＲタイミン
グシーケンサ５２の動作条件レジスタ２３を制御することによって、ＭＰＲ制御カウンタ
５４が、送受信シーケンス５０及び５１を制御し、各フレームシーケンサ５６ａ、５６ｂ
とベクタシーケンサ５７ａ、５７ｂが制御される。

その後、ステップＳ１０８でオペレータは開始操作として、入力装置２に具備されるボタ
ンを押すこと等によって、自動的にオペレータの選択したシーケンスに基づくスキャンが
行われる。そして、得られた受信信号は、Ｂモード処理ユニット１１で処理され、スキャ
ンコンバータ１４で処理及び記憶され、画像合成部１５によって付帯情報が合成され、表
示部４に表示される。つまり、送受信を所定回数繰り返して複数の走査線の映像を得るこ
とにより、リアルタイムに被検体内部の形態を表すＢモード画像が表示される（ステップ
Ｓ１０９）。スキャンの終了に関しては、ステップＳ１１０にて、オペレータが入力装置
に具備されるボタンを押すこと等によって終了となる。なお、スキャンの終了はオペレー
タの入力でなく、予めスキャンする総フレーム数またはフレームシーケンスの繰り返し数
を決めておいて、すべてのスキャンが終わった場合に自動で終了するようにしてもよい。

さらに、変形例として図９は実施例２のフレームシーケンスを表す例であり、断面ｅは一
回のスキャンで２ベクタ分スキャンするのに対して、断面ｆは１ベクタ分のみスキャンす
るという例であり。さらに、このスキャンを交互に行う場合のベクタ数を変更することが
可能であり、それぞれの断面に対して１回目は交互にスキャンし、２回目以降に断面ｅが
３ベクタ分スキャンしたら次に断面ｆが１ベクタ分スキャンするような設定にしてもよい
。また、断面ｅがスキャンする間の、どのタイミングで断面ｆがスキャンするのかを変更
できるようにしてもよい。

以上説明したように、本発明の実施例２においては、送受信シーケンス５０及び５１を、
スキャンする断面の数だけ用いて、複数の断面を交互にスキャンすることができるため、
リアルタイムに表示する場合に重なる部分の時相差をほぼ無くすことができる。

また、送受信シーケンス５０及び５１の設定が、図７及び図８のように、ベクタのスキ
ャンを交互に行うだけでなく、複雑なスキャンの設定が可能であるために、例えば交差し
ない断面同士をスキャンする場合に、より高いリアルタイム性の求められる断面を多くス
キャンするなど、状況に合わせてスキャンの条件を変えることが出来るため、よりスキャ
ンしたい患部に合わせた設定ができる。

さらに、実施例２では、送受信シーケンス５０及び５１を断面ごとに割り当てていること
から、画像のフレームレートがそれぞれ独立しているため、断面ごとのスキャンタイミン
グを自由に設定したり、断面ごとのベクタ数を変えたりすることが出来る。これにより、
画像自体を拡大・縮小等の変形作業によって変更する場合は、シーケンスが独立している
ことによって、同じシーケンスで画像化する場合はお互いの画像がそれぞれの操作に影響
しあうのに対して、お互いに画像同士が影響しあわないため、それぞれの画像を最適な形
で表示することが出来る。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変形して実施することが可能である。
例えば、ここではＢモード表示の場合を例として説明したが、その他のモード（カラーモ
ード、パルスドプラモード、連続波ドプラモード、Ｍモード等）でも同様に適応が可能で
あることは言うまでもない。

また、ここではスキャン断面数は２つで説明したが、スキャン断面数は３つ以上でも構わ
ない。

本発明の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。 本発明の実施例１に係るＲＴＣ（リアルタイムコントローラ）の構成を示す図。 本発明の実施例１に係る交互スキャンのフレームシーケンスを示す図。 本発明の実施例１に係る交互スキャンのフレームシーケンスの変形例を示す図。 本発明の実施例１に係るＭＰＲスキャンに関するフロー図。 本発明の実施例２に係るＲＴＣ（リアルタイムコントローラ）の構成を示す図。 本発明の実施例２に係る２つの送受信シーケンスを示す図。 本発明の実施例２に係るフレームシーケンスの流れの一例を示す図。 本発明の実施例２に係るフレームシーケンスの流れの一例を示す図。 本発明の実施例２に係るＭＰＲスキャンに関するフロー図。

符号の説明

３ ２次元アレイプローブ
４ 表示部
８ ＲＴＣ
９ 超音波送信ユニット
１０ 超音波受信ユニット
１１ Ｂモード処理ユニット
２０、５０、５１ 送受信シーケンス
５２ ＭＰＲタイミングシーケンサ

Claims (4)

1. 複数の超音波素子を２次元的に配列して形成された２次元アレイプローブと、
   前記２次元アレイプローブから被検体の複数の断面に対して超音波を送信させるための送
   信手段と、
   前記被検体内からの反射超音波を受信する受信手段と、
   前記被検体の複数の断面に交互に超音波の送受信を行うタイミング制御をする送受信シー
   ケンスと、
   前記送受信シーケンスに基づいて前記被検体の複数の断面に対する送受信の制御をする制
   御手段と、
   前記受信手段からの情報に基づいて超音波画像を生成する画像生成手段と、
   前記画像生成手段によって生成された超音波画像をリアルタイムに表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記制御手段は、前記被検体の少なくとも２つの異なる断面ごとにそれぞれ前記送受信
   シーケンスを有し、
   前記送受信シーケンス及び断面ごとの走査の条件を制御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。
3. 複数の超音波素子を２次元的に配列して形成された２次元アレイプローブから被検体の
   複数の断面に対して超音波を送信し、
   前記被検体内からの反射超音波を受信し、
   前記複数の断面への走査の条件に基づいて交互に複数の断面に超音波の送受信のタイミン
   グ制御をする送受信シーケンスに基づいて前記被検体の複数の断面に対する送受信を制御
   し、
   前記受信した情報に基づいて超音波画像を生成し、
   生成された超音波画像をリアルタイムに表示することを特徴とする超音波診断装置の制御
   方法。
4. 複数の超音波素子を２次元的に配列して形成された２次元アレイプローブから被検体の
   少なくとも２つの断面に対して超音波を送信する送信機能と、
   前記送信機能からの超音波が前記被検体内を走査し、前記被検体内からの反射を受信する
   受信機能と、
   前記送信機能と前記受信機能を制御し、前記被検体の少なくとも２つの断面に対する送受
   信を制御する制御機能と、
   前記受信手段からの情報に基づいて超音波画像を生成する画像生成機能と、
   前記画像生成手段によって生成された超音波画像をリアルタイムに表示する表示機能とを
   コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。

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