JP2009011449A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元超音波画像を生成する機能を備えた超音波診断装置において、超音波プローブの手ぶれ等に起因する２次元超音波画像の位置ずれを適切に補正し、歪みのない３次元画像を生成することのできる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波ビームを第１の走査方向及び該第１の走査方向と交差する第２の走査方向に走査する３次元走査用超音波プローブ１１を用いて断面位置の異なる複数の２次元超音波画像を連続的に取得し、該複数の２次元超音波画像に基づいて３次元超音波画像を生成する機能を備えた超音波診断装置において、超音波プローブ１１の運動を検出するセンサ１４と、センサ１４の出力に基づいて超音波プローブ１１のぶれ量を算出するぶれ量算出手段２１と、前記ぶれ量に基づき、超音波プローブ１１のぶれに起因する前記各２次元超音波画像の位置ずれを補正する補正手段２２，２４とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、３次元超音波画像を生成・表示する機能を備えた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いる。このような超音波診断装置では、超音波プローブを用いて、図２に示すように、断面位置の異なる複数枚の２次元超音波画像（断層画像又はドプラ画像）３２が連続的に収集され、該２次元超音波画像データのセット３３から撮像対象３１のボリュームデータ（３次元データ）が構築される。その後、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前記ボリュームデータ３１から３次元画像が生成され、モニタ上に表示される。

上記のような３次元走査に用いられる超音波プローブとして、ユーザによる手動走査が不要な自動３次元走査方式のものが知られている。前記自動３次元走査方式の超音波プローブは、超音波振動子を１次元状に配列して成る振動子アレイと該振動子アレイを機械的に駆動する駆動機構によって電子走査と機械走査の組み合わせによる３次元走査を行うものと、超音波振動子をマトリクス状に配列して成る２次元振動子アレイによって電子走査のみによる３次元走査を行うものとに大別される。

特開平8-332187号公報

上記のような自動３次元走査方式の超音波プローブによれば、被検者の体表にプローブヘッドを当接させて超音波走査の開始を指示することにより、プローブヘッド内部で電子的又は機械的走査が実行され、断面位置の異なる２次元超音波画像データが順次収集される。しかし、このような超音波プローブによる３次元走査の実行中に手ぶれ等によってプローブヘッドの位置又は姿勢が変化すると、連続撮像される各２次元超音波画像間の位置関係にずれが発生し、最終的に生成される３次元画像に歪みが生じるという問題があった。

上記問題を解決するものとして、特許文献１には、２次元超音波画像間の相関を利用して各画像の位置ずれを検出・補正する機能を備えた超音波診断装置が記載されている。該超音波診断装置では、超音波ビームをｘ−ｙ面内で走査する超音波探触子をｚ方向に走査することで取り込まれた複数の２次元超音波画像について、それぞれ前画像に対し後画像を全体として順次シフトさせながら相関値を演算することによって該相関値が最大となる位置が求められる。そして、該位置を両画像の位置関係が最適である状態とみなし、その状態から位置ずれ量を特定して後画像のずれを補正する。このような機能を備えた超音波診断装置によれば、手ぶれ等によって隣接する２つの２次元超音波画像間で位置ずれが生じた場合でも、前画像を基準にして後画像のずれを補正することができ、最終的に得られる３次元画像の歪みを抑えることができる。

しかしながら、上記のような画像の相関を利用したずれ補正を行う従来の超音波診断装置では、例えば、器官の境界部等の連続性の低い部分においては前後の画像の相関が小さくなるため、位置ずれを正確に検出・補正できない場合があった。また、上記従来の超音波診断装置における位置ずれの補正は、図３(a)に示すようなｘ軸方向及びｙ軸方向（すなわち各２次元超音波画像３２の上下及び左右方向）の位置ずれを補正することはできるが、図３(b)に示すようなｚ軸方向（すなわち各２次元超音波画像３２の奥行き方向）の位置ずれを補正することはできなかった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、３次元超音波画像を生成する機能を備えた超音波診断装置において、超音波プローブの手ぶれ等に起因する２次元超音波画像の位置ずれを適切に補正し、歪みのない３次元超音波画像を生成することのできる超音波診断装置を提供することである。

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は、超音波ビームを第１の走査方向及び該第１の走査方向と交差する第２の走査方向に走査する３次元走査用超音波プローブを用いて断面位置の異なる複数の２次元超音波画像を連続的に取得し、該複数の２次元超音波画像に基づいて３次元超音波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) 前記超音波プローブの運動を検出するセンサと、b) 前記センサの出力に基づいて前記超音波プローブのぶれ量を算出するぶれ量算出手段と、c) 前記ぶれ量に基づき、超音波プローブのぶれに起因する前記各２次元超音波画像の位置ずれを補正する補正手段とを有することを特徴としている。

上記構成を有する本発明に係る超音波診断装置によれば、超音波プローブのぶれによって２次元超音波画像に位置ずれが発生した場合であっても、上記センサ及びぶれ量算出手段によって求められた超音波プローブのぶれ量（すなわちぶれの方向及び大きさ）に基づいて、前記各２次元超音波画像の位置ずれを補正し、歪みのない３次元超音波画像を得ることができる。また、本発明に係る超音波診断装置によれば、２次元超音波画像の位置ずれを各画像間の相関によらずに求めることができるため、器官の境界部など前後の画像の相関が小さくなる部分についても正確に２次元超音波画像の位置ずれを検出して補正することができる。

なお、上記センサは、直交する３方向の運動成分を検出するものとすることが望ましい。これにより、上述のようなｘ軸方向及びｙ軸方向の位置ずれのみならずｚ軸方向の位置ずれを検出及び補正することが可能となり、一層正確な３次元超音波画像を得ることが可能となる。

以下、本発明に係る超音波診断装置の一実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本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である。

本実施例において、超音波プローブ１１は、機械走査と電子走査の組み合わせによって３次元的な超音波走査を行う自動３次元走査方式のプローブであり、そのプローブヘッドには、超音波振動子を直線状に配列して成るリニア型の振動子アレイ１２と振動子アレイ１２をスライス方向（すなわち振動子アレイ１２の電子走査によって形成される走査面と直交する方向）に往復動させる機械走査部１３が内蔵されている。また、前記プローブヘッドには、更に、３軸ジャイロセンサから成るぶれセンサ１４が設けられている。

送受信部１５は、振動子アレイ１２を構成する各超音波振動子に対し、送信超音波を発生させるための駆動パルスを送出すると共に、反射超音波を受けて各超音波振動子から出力されるエコー信号を基に超音波ビームの各走査方向に対応した一本のビームデータを生成する。２次元画像生成部１６は、送受信部１５から入力された複数本のビームデータに対して補間処理等の所定の処理を行うことにより各走査面に対応した２次元超音波画像データを作成し、画像メモリ１７に送出する。

位置情報生成部２３は、走査空間における上記各２次元超音波画像データの取得位置を示す位置情報を生成する。上記超音波プローブ１１による３次元走査の際には、機械走査部１３によって振動子アレイ１２が一定間隔で駆動されるので、予め定められた振動子アレイ１２の移動間隔から各２次元超音波画像の取得位置を求めることができる。

ぶれ量算出部２１は、ぶれセンサ１４の出力信号に基づいて各２次元画像取得時における超音波プローブ１１のぶれ量を算出し、補正量算出部２２は、前記ぶれ量に基づいて２次元超音波画像の位置ずれを補正するための補正量を算出する。位置補正部２４は、位置情報生成部２３で生成された各２次元超音波画像の位置情報を前記補正量に基づいて補正する。なお、本実施例では、補正量算出部２２と位置補正部２４が協働して本発明の「補正手段」として機能する。

ボリュームデータ生成部１８は、走査空間上の各点に対応したアドレスを有する３Ｄメモリを備えており、画像メモリ１７に格納された２次元超音波画像データの各画素値を前記位置情報に基づいて３Ｄメモリの所定のアドレスに書き込むと共に、各２次元画像の間隙に相当する補間データを生成する。これにより、１回の３次元走査で取得された複数枚の２次元超音波画像データが、該３Ｄメモリによって構成される３次元メモリ空間に所定の位置関係で配置されると共に各画像の間隙が補間され、撮像対象領域のボリュームデータが生成される。

３次元画像生成部１９は、上記ボリュームデータに対し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画像処理を行ってモニタ２０上に表示するための３次元画像を生成する。また、上記ボリュームデータを任意の断面で切断した断面画像を生成することもできる。以上により得られた３次元画像又は任意断面画像は、モニタ２０に送出されてその画面上に表示され、上記３次元走査及び一連の処理を所定の間隔で繰り返し実行することにより、モニタ２０上の画像が所定の間隔で更新されて動画として視認される。なお、上記各部の動作は制御部２５によって制御されており、該制御部２５に対してはキーボードや各種操作ボタン、トラックボール等から成る入力部２６によってユーザの指示が伝えられる。

以下、本実施例の超音波診断装置による３次元超音波画像の撮像手順について説明する。まず、ユーザが超音波プローブ１１を被検者体表の所定位置に当接させ、入力部２６で所定の操作を行うことにより３次元走査の開始を指示する。これにより、機械走査部１３によって振動子アレイ１２が所定の間隔で駆動されると共に各位置において超音波の送受波が行われる。

体内で反射した超音波を受けて各超音波振動子から出力されたエコー信号は、送受信部１５において所定の時間間隔でサンプリングされてデジタルデータに変換されると共に整相加算処理によって一本のビームデータにまとめられ、２次元画像生成部１６に送出される。２次元画像生成部１６では、複数本のビームデータから各走査面に対応した一枚の２次元超音波画像データが生成され、順次画像メモリ１７に格納される。一方、位置情報生成部２３では、予め設定された振動子アレイ１２の移動間隔から各２次元超音波画像の走査空間上における位置情報が生成される。

以上により得られた２次元超音波画像データ及び位置情報を用いてボリュームデータ生成部１８において撮像対象領域のボリュームデータが生成されるが、上記３次元走査の実行中に手ぶれ等によって超音波プローブが動く場合があり、このような場合に、ぶれが発生しなかった場合と同一の位置情報に基づいてボリュームデータを生成すると、該ボリュームデータから生成される３次元画像や任意断面画像に歪みが発生する。これを解消するため、本実施例に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１１のプローブヘッドに内蔵されたぶれセンサ１４の出力信号に基づいて各２次元超音波画像の位置情報を補正する機能を有している。

上記３次元走査中に超音波プローブ１１にぶれが生じると、３軸ジャイロセンサから成るぶれセンサ１４によって直交する３軸回りの角速度がそれぞれ検出され、ブレ量算出部２１に出力される。続いて、ぶれ量算出部２１において、該角速度から各２次元画像の取得時点におけるプローブヘッドのぶれ量（すなわち走査開始時の状態からの移動方向及び移動量）が求められ、更に、補正量算出部２２において、該ぶれ量を打ち消すように各２次元超音波画像をシフトさせるための補正量が算出される。以上により求められた補正量が位置補正部２４に送出され、該補正量に基づいて、位置情報生成部２３で生成された各２次元画像の位置情報が補正される。

以上により、ボリュームデータ生成部１８では、補正後の位置情報に基づいて各２次元超音波画像データが上記３Ｄメモリへ書き込まれるため、３次元メモリ空間内には、各２次元超音波画像が、該画像の取得時点におけるプローブヘッドのぶれを考慮した正しい位置関係で配列されることとなり、結果的に歪みのない３次元画像又は任意断面画像を得ることができる。

このように、本実施例の超音波診断装置によれば、３次元走査の実行中に手ぶれ等が発生した場合でも、２次元超音波画像の位置関係のずれを補正して歪みのない３次元画像又は任意断面画像を得ることができる。このため、該３次元画像等によって撮像対象の正確な形態観察や計測を行うことができ、診断上有用である。また、本実施例の超音波診断装置はプローブヘッドのぶれ量に基づいて２次元超音波画像の位置ずれを補正するものであるため、前後の画像の相関が小さくなる部分においても、正確なぶれ補正を行うことができる。

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、本発明は上記実施例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、超音波プローブとしてリニア型の振動子アレイをスライス方向に機械走査する構成のものを例に説明を行ったが、本発明に係る超音波診断装置は、セクタ型、コンベックス型、ラジアル型の振動子アレイを備えた３次元走査用超音波プローブを用いるものとすることもできる。更に、振動子アレイをマトリクス上に配置して成る２次元アレイ方式の３次元走査用超音波プローブを用いるものとしてもよい。

更に、上記実施例では、ぶれセンサとして３軸ジャイロセンサを使用し、該センサの出力信号に基づいて超音波プローブのぶれ量を検出するものとしたが、これに限定されるものではなく、前記ぶれセンサとして、例えば、その他の角速度センサ、加速度センサ、磁気センサ、又はこれらの組み合わせ等から成るぶれセンサを利用するものとしてもよい。また、ぶれセンサは、２軸又は１軸方向の運動成分を検出するものとしてもよい。

本発明の一実施例に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図。 ボリュームデータの生成方法を示す概念図。 走査空間上における各２次元超音波画像の位置関係を示す模式図であり、(a)はｘ、ｙ軸方向の位置ずれが生じた状態を示し、(b)はｚ軸方向の位置ずれが生じた状態を示す。

符号の説明

１１…超音波プローブ
１２…振動子アレイ
１３…機械走査部
１４…ぶれセンサ
１５…送受信部
１６…２次元画像生成部
１７…画像メモリ
１８…ボリュームデータ生成部
１９…３次元画像生成部
２０…モニタ
２１…ぶれ量算出部
２２…補正量算出部
２３…位置情報生成部
２４…位置補正部
２５…制御部
２６…入力部

Claims (2)

1. 超音波ビームを第１の走査方向及び該第１の走査方向と交差する第２の走査方向に走査する３次元走査用超音波プローブを用いて断面位置の異なる複数の２次元超音波画像を連続的に取得し、該複数の２次元超音波画像に基づいて３次元超音波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) 前記超音波プローブの運動を検出するセンサと、
   b) 前記センサの出力に基づいて前記超音波プローブのぶれ量を算出するぶれ量算出手段と、
   c) 前記ぶれ量に基づき、超音波プローブのぶれに起因する前記各２次元超音波画像の位置ずれを補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 上記センサが直交する３方向の運動成分を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。

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