JP2009089940A - 超音波診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】設定音速を調査するためのスキャンを行わずに、分解能が良好な超音波画像を生成することが可能な超音波診断装置を提供する。
【解決手段】送信部3は超音波プローブ2を介して被検体に超音波を送信する。受信部4は超音波プローブ2を介して被検体から反射されたエコー信号を受信し、エコー信号に対して複数の設定音速に従って遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる複数の受信信号を生成する。画像生成部7は、設定音速がそれぞれ異なる受信信号に基づいて、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像データを生成する。コントラスト演算部81は、各断層像データのコントラストをそれぞれ求め、選択部82は、各断層像データのうちコントラストが最も高い断層像データを選択する。表示制御部9は、選択部82によって選択された断層像データに基づく断層像を表示部11に表示させる。
【選択図】図1

Description

この発明は、被検体を超音波で走査し、得られた受信信号に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。
超音波診断装置では、超音波画像の方位分解能を高めるために、送信ビームと受信ビームを集束させる方法が用いられている。特に、電子走査型の超音波診断装置では、各チャンネルにおける送信信号及び受信信号の遅延時間制御による電子集束法が用いられている。
電子集束法では、集束点から離れた箇所(深さ)においてビームが拡散し、方位分解能が低下するという問題がある。そのため、ダイナミック集束法が用いられている。ダイナミック集束法は、超音波の受信時において、時間とともに集束点が連続的に深さ方向に移動するような遅延時間制御を行なう方法である。この方法により、ビームが集束された領域から受信ビームを取得することができる。
ここで、遅延時間について図10を参照して説明する。図10は、超音波ビームの集束のための遅延時間Δtを説明するための模式図である。例えば、焦点Pの深さ方向の座標をX、受信口径内のある素子の横方向の座標をYとする。座標の原点は口径の中心とする。また、深さXの焦点Pで生じる反射音波の波面が口径中心に到達してから上記のある素子に到達するまでの遅延時間をΔtとし、媒体内における音速をCとすると、遅延時間Δtは、以下の式(1)で表される。
Δt=((X+Y1/2−X)/C ・・・(1)
従来技術に係る超音波診断装置では、音速Cは、撮影対象となる診断部位の代表的な音速を想定して遅延時間を設定している(以下、「設定音速」と称する)。しかし、生体内における音速値(以下、「生体音速」と称する)は、生体内の箇所によってそれぞれ異なる値になるという報告がある。例えば、筋肉では音速値が1560cm/sとなり、脂肪では音速値が1480cm/sになるという報告がある。また、これら生体音速は、被検体間でも差がある。この生体音速と設定音速とのずれにより、集束点が一致しなくなり、画質が劣化するという問題があった。
例えば、生体音速と設定音速とが等しい場合は、超音波振動子間の遅延時間が正しく設定されているため、集束点が一致し、画質が良好な超音波画像が得られる。一方、生体音速が設定音速よりも大きくなる場合は、超音波振動子間の遅延時間が大きく設定されていることになるため、集束点が浅くなってしまい、超音波画像の方位分解能が劣化してしまう。また、生体音速が設定音速よりも小さくなる場合は、超音波振動子間の遅延時間が小さく設定されていることになるため、集束点が深くなってしまい、超音波画像の方位分解能が劣化してしまう。
従来において、設定音速と生体音速とを等しくする技術が提案されている(例えば特許文献1、特許文献2)。
例えば、特許文献1に記載の従来技術においては、診断用の撮影を行う前に、設定音速を調査するためのスキャンを行い、そのスキャンの結果に基づいて、設定音速の値を決定していた。そして、その設定音速によって遅延時間制御を行なうことで、受信ビームを生成していた。
また、特許文献2に記載の従来技術においては、異なる設定音速を用いてそれぞれ遅延時間制御を行ない、それぞれの遅延時間制御によって生成された複数の超音波画像を同時に表示していた。つまり、設定音速が異なる複数の超音波画像を同時に表示していた。
特開2007−7045号公報 特開2003−10180号公報
しかしながら、特許文献1に記載の従来技術では、診断用の撮影を行う前に、設定音速を調査するための別のスキャンを行なう必要がある。そのため、設定音速の調査時と、実際の診断時とで時間にずれがあり、実際の診断時においてリアルタイムに設定音速を調査して設定することができなかった。また、設定音速を調査するためのスキャンを行う必要があるため、診断時間が長くなるという問題もあった。さらに、診断用の撮影時において、撮影位置がずれた場合には、設定音速を調査するためのスキャンを再度行なう必要があった。その結果、診断時間が長くなり、また、撮影位置がずれる度に設定音速を調査する必要があるため、操作が煩雑であった。
また、特許文献2に記載の従来技術では、設定音速が異なる複数の超音波画像を同時に表示するのみであるため、操作者は、それら複数の超音波画像を観察して、複数の超音波画像から診察に適した画像を選択する必要があった。
この発明は上記の問題を解決するものであり、設定音速を調査するためのスキャンを行わなくても、分解能が良好な超音波画像を生成して表示することが可能な超音波診断装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、超音波プローブを介して被検体に超音波を送信する送信手段と、前記超音波プローブを介して前記被検体から反射されたエコー信号を受信し、前記エコー信号に対して、遅延処理のための複数の設定音速に従って遅延処理を行うことで、前記設定音速がそれぞれ異なる複数の受信信号を生成する受信手段と、前記設定音速がそれぞれ異なる受信信号に基づいて、前記設定音速がそれぞれ異なる複数の画像データを生成する画像生成手段と、前記設定音速がそれぞれ異なる複数の画像データのコントラストをそれぞれ求めるコントラスト演算手段と、前記複数の画像データのうち、前記コントラストが最も高い画像データを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された画像データに基づく画像を表示手段に表示させる表示制御手段と、を有することを特徴とする超音波診断装置である。
この発明によると、複数の設定音速に従って遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる画像データを生成し、コントラスト値が最も高い画像データに基づく画像を表示することで、設定音速を調査するためのスキャンを行わずに、分解能が良好な画像を生成して表示することが可能となる。
(構成)
この発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成について、図1及び図2を参照して説明する。図1は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。図2は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置に設置された受信部を示すブロック図である。
この発明の実施形態に係る超音波診断装置1は、超音波プローブ2、送信部3、受信部4、信号処理部5、画像記憶部6、画像生成部7、演算部8、表示制御部9、ユーザインターフェース(UI)10、及び制御部13を備えている。
超音波プローブ2には、複数の超音波振動子が所定方向(走査方向)に1列に配置された1次元アレイプローブ、又は、複数の超音波振動子が2次元的に配置された2次元アレイプローブが用いられる。超音波プローブ2は、被検体に対して超音波を送信し、被検体からの反射波をエコー信号として受信する。
送信部3は、制御部13の制御の下、超音波プローブ2に電気信号を供給して所定の頂点にビームフォーム(送信ビームフォーム)した超音波を送信させる。
送信部3の具体的な構成を説明する。送信部は、図示しないクロック発生回路、送信遅延回路、及びパルサ回路を備えている。クロック発生回路は、超音波信号の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する回路である。送信遅延回路は、超音波の送信時に遅延を掛けて送信フォーカスを実施する回路である。パルサ回路は、各超音波振動子に対応した個別経路(チャンネル)の数分のパルサを内蔵し、遅延が掛けられた送信タイミングで駆動パルスを発生し、超音波プローブ2の各超音波振動子に供給するようになっている。
受信部4は、超音波プローブ2が受信したエコー信号を受信し、そのエコー信号に対して遅延処理を行うことで、アナログの受信信号を整相された(受信ビームフォームされた)デジタルの受信データに変換して信号処理部5に出力する。つまり、受信部4は、対象とする反射体から各超音波振動子までの距離に応じてそれぞれ時間的に異なって受信されたエコー信号を、その位相(時間)を揃えて加算し、焦点の合った1本の受信データ(1走査線上の画像用信号)を生成する。
この実施形態では、受信部4は、複数の設定音速によって遅延処理を行うことで、設定音速が異なる複数の受信データを生成する。例えば、4種類の設定音速を受信部4に設定しておき、受信部4は、それら4種類の設定音速によって遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる4種類の受信データを生成する。具体的には、受信部4は、上述した式(1)における音速Cの値を変えて遅延処理を行うことで、4種類の受信ビームを生成する。
ここで、受信部4の具体的な構成について図2を参照して説明する。受信部4は、プリアンプ41a、41b、・・・、41n(以下、個々を代表して「プリアンプ41a等」と称する場合がある)、AD変換器であるADC42a、42b、・・・、42n(以下、個々を代表して「ADC42a等」と称する場合がある)、メモリ43a、43b、・・・、43n(以下、個々を代表して「メモリ43a等」と称する場合がある)、遅延処理部44a、44b、・・・、44n(以下、個々を代表して「遅延処理部44a等」と称する場合がある)、及び加算部45で構成されている。
プリアンプ41a等は、超音波プローブ2の各超音波振動子から出力されるエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する。以下、各超音波振動子からの信号ラインを「チャンネル」と称する場合がある。また、ADC42a等は、プリアンプ41a等で増幅されたアナログのエコー信号を受けて、ある量子化精度をもってデジタルデータに変換する。デジタルデータになったエコー信号は一旦、メモリ43a等に記憶される。
遅延処理部44a等は、メモリ43a等に記憶されたエコー信号を、遅延時間に従ってメモリ43a等から読み出す。読み出すタイミングを、それぞれの超音波振動子チャンネルの焦点からの距離に応じて位相(遅延時間)制御することにより、各位相合わせが可能となる。そして、加算部45は、位相が揃えられた複数のチャンネルからのエコー信号を加算することで、受信ビームを生成する。そして、加算部45は生成した受信ビームを信号処理部5に出力する。
この実施形態では、遅延処理部44a、44b、・・・、44nが、各メモリ43a、43b、・・・、43nあたり4個備えられている。そして、4個の遅延処理部44a等は、それぞれ異なる設定音速によって遅延処理を行う。加算部45は、同じ設定音速で遅延処理が施されたエコー信号を加算することで、その設定音速における受信ビームを生成する。
例えば、4個の遅延処理部44a等のうち、1つ目の遅延処理部44a等は、第1の設定音速C1に従って遅延処理を行い、加算部45は、第1の設定音速C1に従って遅延処理されたエコー信号を加算することで、第1の受信データを生成する。また、2つ目の遅延処理部44a等は、第2の設定音速C2に従って遅延処理を行い、加算部45は、第2の設定音速C2に従って遅延処理されたエコー信号を加算することで、第2の受信データを生成する。また、3つ目の遅延処理部44a等は、第3の設定音速C3に従って遅延処理を行い、加算部45は、第3の設定音速C3に従って遅延処理されたエコー信号を加算することで、第3の受信データを生成する。また、4つ目の遅延処理部44a等は、第4の設定音速C4に従って遅延処理を行い、加算部45は、第4の設定音速C4に従って遅延処理されたエコー信号を加算することで、第4の受信データを生成する。第1の設定音速C1、第2の設定音速C2、第3の設定音速C3、及び第4の設定音速C4は、それぞれ異なる値であり、制御部13に予め設定されている。そして、4個の遅延処理部44a等は、制御部13による制御の下、4種類の設定音速に従って遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる4種類の受信データを生成する。
例えば、第1の設定音速C1=1460[m/s]、第2の設定音速C2=1500[m/s]、第3の設定音速=1540[m/s]、及び第4の設定音速C4=1580[m/s]として、4個の遅延処理部44a等は遅延処理を行う。この設定音速の値は、操作者が任意に変更することができる。例えば、操作者は操作部12を用いて所望の設定音速の値を入力すると、制御部13は、入力された設定音速の値を遅延処理部44a等に設定する。
以上のように、受信部4は、設定音速の値を変えて受信ビームフォーミングを行うことで、4種類の受信ビームを生成する。
また、受信部4は、並列同時受信処理を行っても良い。例えば、受信部4は、1つの焦点への送信からその焦点周辺の異なる4個の焦点の受信データを取得しても良い。この場合、受信部4は、4方向の受信データに対して遅延処理のための設定音速を変えてビームフォーミングを行うことで、4方向の受信データに設定音速の数を乗じた本数の受信ビームを同時に生成していく。例えば、4種類の設定音速によって遅延処理を行う場合、(4方向)×(4種類の設定音速)=16本の受信ビームを同時に生成していく。この場合、遅延処理部44a、44b、・・・、44nを、各メモリ43a、43b、・・・、43nあたり16個備えることで、16本の受信ビームを同時に生成していく。
信号処理部5は、Bモード処理部、ドプラ処理部、及びカラーモード処理部を備えている。受信部4から出力された受信データは、いずれかの処理部にて処理が施される。Bモード処理部は、エコーの振幅情報の映像化を行い、受信データからBモード超音波ラスタデータを生成する。具体的には、Bモード処理部は、受信部4から出力された受信データに対してバンドパスフィルタ処理を行い、その後、出力信号の包絡線を検波し、検波されたデータに対して対数変換による圧縮処理を施す。また、ドプラ処理部は、ドプラ偏移周波数成分を取り出し、さらに、FFT処理等を施して血流情報を有するデータを生成する。カラーモード処理部は、動いている血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。血流情報には、速度、分散、パワー等の情報があり、血流情報は2値化情報として得られる。
信号処理部5によって処理が施された超音波ラスタデータは、画像記憶部6に出力されて、画像記憶部6に記憶される。
この実施形態では、信号処理部5は、受信部4にて生成された設定音速がそれぞれ異なる複数の受信ビームを受けて、設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータを生成する。例えば、4種類の設定音速(C1、C2、C3、及びC4)に従って受信ビームを生成した場合、信号処理部5は、各設定音速の受信ビームに対して処理を施すことで、各設定音速に対応するBモード超音波ラスタデータを生成する。
超音波画像を生成するために、超音波プローブ2、送信部3、及び受信部4は、所望の撮影範囲を超音波で走査し、1画面分(1フレーム分)の走査線信号(受信データ)を生成する。そして、信号処理部5のBモード処理部にて信号処理が施された超音波ラスタデータは、画像記憶部6に記憶される。例えば、1フレームを380本の走査線信号で構成する場合、380本に設定音速の数を乗算した本数の受信データを生成して画像記憶部6に取り込んでいく。
画像生成部7は、画像記憶部6に記憶されている超音波ラスタデータに基づいて、画像データを生成する。例えば、画像生成部7は、DSC(Digital Scan Converter:デジタルスキャンコンバータ)を備え、そのDSCで超音波ラスタデータを直交座標で表される画像データに変換する(スキャンコンバージョン処理)。例えば、DSCは、Bモード超音波ラスタデータに基づいて2次元情報としての断層像データを生成する。
この実施形態では、画像生成部7は、設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータに基づいて、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像データを生成する。例えば、4種類の設定音速(C1、C2、C3、及びC4)によって受信ビームを生成した場合、画像生成部7は、設定音速がそれぞれ異なる4種類の断層像データを生成する。そして、画像生成部7は、設定音速がそれぞれ異なる4種類の断層像データを演算部8に出力する。
ここで、画像生成部7によって生成された断層像について図3を参照して説明する。図3は、設定音速が異なる断層像を模式的に示す図である。この実施形態では、4種類の設定音速に基づいて遅延処理を行っているため、4種類の断層像が生成される。例えば、図3(a)に示すように、断層像100は、設定音速=1460[m/s]の条件下で生成された画像である。断層像200は、設定音速=1500[m/s]の条件下で生成された画像である。断層像300は、設定音速=1540[m/s]の条件下で生成された画像である。断層像400は、設定音速=1580[m/s]の条件下で生成された画像である。
演算部8は、コントラスト演算部81と選択部82とを備えている。コントラスト演算部81は、画像生成部7から出力された設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像データを受けて、各断層像内の明暗の比(コントラスト)を求める。例えば、コントラスト演算部81は、断層像の輝度の分散値や、断層像内における輝度の変化率などをコントラストとして求める。この実施形態では、4種類の設定音速の断層像データが生成されているため、コントラスト演算部81は、4種類の断層像データのそれぞれについてコントラストを求める。
選択部82は、複数の断層像データのうち、コントラストが最も高い断層像データを選択し、その選択した断層像データを表示制御部9に出力する。例えば、選択部82は、輝度の分散値が最も大きい断層像を、コントラストが最も高い断層像として選択する。また、選択部82は、断層像内における輝度の変化率が最も大きい断層像を、コントラストが最も高い断層像として選択しても良い。コントラストが最も高い断層像は、設定音速と生体音速とが最も近い画像であると推定される。すなわち、生体音速と設定音速とが等しい場合は、分解能が良好で、超音波画像のコントラストが高くなる。一方、生体音速と設定音速とが異なる場合、分解能が劣化し、超音波画像のコントラストは低くなってしまう。従って、複数の断層像のうち、コントラストが最も高い断層像を選択することで、設定音速が生体音速に最も近い条件で生成された断層像を選択したことになる。
例えば、図3(b)に示すように、断層像100、200、300、400のうち、断層像300のコントラストが最も高い場合、選択部82は断層像300を選択し、その断層像データを表示制御部9に出力する。
表示制御部9は、演算部8から出力された断層像データに基づく断層像を表示部11に表示させる。これにより、コントラスト値が最も高い断層像が表示部11に表示されることになる。例えば、図3(c)に示すように、表示制御部9は、断層像300を表示部11に表示させる。
ユーザインターフェース10は表示部11と操作部12を備えている。表示部11はCRTや液晶ディスプレイなどのモニタで構成されており、画面上に断層像などを表示する。操作部12は、ジョイスティックやトラックボールなどのポインティングデバイス、スイッチ、各種ボタン、キーボード又はTCS(Touch Command Screen)などで構成されている。
制御部13は、超音波診断装置1の各部に接続され、超音波診断装置1の各部の動作を制御する。この制御部13は、例えばCPUなどの情報処理装置と、ROMやRAMなどの記憶装置を備えて構成され、情報処理装置が制御プログラムを実行することで、超音波診断装置1の各部の動作を制御する。
なお、演算部8は、CPUと、ROM、RAMなどの記憶装置を備えている。記憶装置には、演算部8の機能を実行するための演算プログラムが記憶されている。この演算プログラムには、コントラスト演算部81の機能を実行するためのコントラスト演算プログラムと、選択部82の機能を実行するための選択プログラムとが含まれている。CPUが、コントラスト演算プログラムを実行することで、断層像データのコントラストを求める。また、CPUが、選択プログラムを実行することで、コントラストが最も高い断層像データを選択する。
(動作)
次に、この発明の実施形態に係る超音波診断装置による一連の動作について、図4を参照して説明する。図4は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置による一連の動作を示すフローチャートである。
(ステップS01)
まず、送信部3は、超音波プローブ2によって被検体に対して、所定の設定音速で超音波を送信する。
(ステップS02)
超音波プローブ2は、被検体から反射されたエコー信号を受信し、そのエコー信号を受信部4に出力する。
(ステップS03)
受信部4は、超音波プローブ2から出力されたエコー信号に対して、異なる設定音速で遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる複数の受信データを生成する。例えば、第1の設定音速C1=1460[m/s]、第2の設定音速C2=1500[m/s]、第3の設定音速=1540[m/s]、及び第4の設定音速C4=1580[m/s]として、受信部4は、設定音速の値を変えて受信ビームフォーミングを行うことで、4種類の受信ビームを生成する。そして、信号処理部5は、受信部4にて生成された設定音速がそれぞれ異なる複数の受信ビームを受けて、設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータを生成する。このBモード超音波ラスタデータは、画像記憶部6に記憶される。
(ステップS04)
そして、1画面分(1フレーム分)のデータを生成して画像記憶部6に記憶するまで、ステップS01からステップS03の処理を繰り返す。これにより、1画面分(1フレーム分)のデータに設定音速の数を乗じたデータが生成されて画像記憶部6に記憶される。例えば、1フレームを380本の走査線信号で構成する場合、380本に設定音速の数(例えば4)を乗算した本数の受信データを生成して画像記憶部6に記憶するまで、ステップS01からステップS03の処理を繰り返す。
(ステップS05)
そして、1フレーム分のデータが生成されて画像記憶部6に記憶された場合(ステップS04、Yes)、画像生成部7は、設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータを画像記憶部6から読み込み、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像データを生成する。例えば、4種類の設定音速(C1、C2、C3、及びC4)によって受信ビームを生成した場合、図3(a)に示すように、画像生成部7は、設定音速が異なる4種類の断層像100、200、300、400を生成する。そして、画像生成部7は、4種類の断層像データを演算部8に出力する。
(ステップS06)
コントラスト演算部81は、設定音速が異なる複数の断層像データのそれぞれについて、コントラストを求める。例えば、コントラスト演算部81は、断層像の輝度の分散値や、断層像内における輝度の変化率などをコントラストとして求める。
(ステップS07)
そして、選択部82は、設定音速が異なる複数の断層像データのうち、コントラストが最も高い断層像データを選択し、選択した断層像データを表示制御部9に出力する。例えば、選択部82は、輝度の分散値が最も大きい断層像を、コントラストが最も高い断層像として選択する。また、選択部82は、断層像内における輝度の変化率が最も大きい断層像を、コントラストが最も高い断層像として選択しても良い。例えば、図3(b)に示すように、断層像100、200、300、400のうち断層像300のコントラストが最も高い場合、選択部82は断層像300を選択し、その断層像データを表示制御部9に出力する。このように、コントラストが最も高い断層像を選択することで、設定音速が生体音速に最も近い条件で生成された断層像を選択したことになる。
(ステップS08)
表示制御部9は、選択部82から出力された断層像データを受けて、その断層像データに基づく断層像を表示部11に表示させる。例えば図3(c)に示すように、表示制御部9は、コントラストが最も高い断層像300を表示部11に表示させる。このように、設定音速が1540[m/s]の条件で生成された断層像300のみが表示部11に表示されることになる。
以上のように、複数の設定音速に基づいて遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる断層像データを生成し、複数の断層像データのうちコントラストが最も高い断層像データに基づく断層像を表示することで、分解能が高い断層像を提供することが可能となる。また、従来技術のように、音速を調査するためのスキャンを行う必要がなく、診断用の撮影時においてリアルタイムに設定音速を最適化して、分解能が高い断層像を得ることができる。また、設定音速を調査するためのスキャンが不要であるため、撮影位置がずれても、調査用のスキャンを行わずに、分解能が高い断層像を得ることが可能となる。このように、調査用のスキャンを何回も行う必要がないため、操作の煩雑さが解消され、その結果、診断時間を短縮することが可能となる。
また、受信部4は、並列同時受信処理を行うことで、複数方向の受信ビームに対して遅延処理のための設定音速を変えてビームフォーミングを行うことで、複数方向の受信ビームに設定音速の数を乗じた本数の受信ビームを同時に生成しても良い。例えば、受信部4は、4方向の受信ビームを4種類の設定音速によって遅延処理を行うことで、16本の受信ビームを同時に生成しても良い。
[変形例]
次に、上述した実施形態に係る超音波診断装置1の変形例について説明する。
(変形例1)
まず、超音波診断装置1の変形例1について図5を参照して説明する。図5は、設定音速が異なる複数の断層像を模式的に表す図である。
生体は部位によって筋肉や脂肪などの組織性状が異なるため、部位によって分解能やコントラストが高くなる設定音速の値が異なる。そのため、断層像全体のコントラストに基づいて断層像を選択しても、必ずしも最適な設定音速の条件下で生成された断層像を選択したことにならない。そこで、変形例1では、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像をそれぞれ複数の個別領域に分けて、各断層像の各個別領域におけるコントラストを求め、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像の各個別領域のなかから、個別領域ごとにコントラストが最も高い断層像データを選択する。そして、各個別領域におけるコントラストが最も高い断層像データを結合して、全領域の断層像データを再構成する。これにより、断層像内の個別領域によってコントラストが高くなる設定音速が異なる場合であっても、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像の各個別領域のなかから、個別領域ごとにコントラストが最も高い断層像を選択しているため、分解能が高い断層像が得られる。以下、具体的な処理について説明する。
変形例1では、コントラスト演算部81は、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像をそれぞれ複数の個別領域に分割し、各断層像の各個別領域におけるコントラストを求める。例えば、図5に示すように、コントラスト演算部81は、第1の設定音速C1の条件下で生成された断層像100を5つの個別領域A、B、C、D、及びEに分割し、各個別領域A〜Eに含まれる断層像データのコントラストを個別領域ごとに求める。すなわち、コントラスト演算部81は、断層像100について、個別領域Aの断層像データのコントラスト、個別領域Bの断層像データのコントラスト、個別領域Cの断層像データのコントラスト、個別領域Dの断層像データのコントラスト、及び個別領域Eの断層像データのコントラストを求める。同様に、コントラスト演算部81は、断層像200、300、400を、それぞれ5つの個別領域A〜Eに分割して、各個別領域の断層像データのコントラストを求める。
個別領域に分割するための分割パターンを示す情報(座標情報)は、制御部13に予め設定されている。コントラスト演算部81は、制御部13の制御の下、全体の断層像を複数の個別領域に分割する。図5に示す例では、超音波の送受信方向に沿って断層像を複数の個別領域に分割しているが、これ以外の分割パターンに従って断層像を複数の個別領域に分割しても良い。また、各個別領域の大きさが等しくなるように断層像を等分割しても良いし、個々の個別領域の大きさがそれぞれ異なるように断層像を分割しても良い。さらに、操作者が操作部12を用いて、任意の分割パターンを指定できるようにしても良い。図5に示す例では、互いに隣り合う個別領域が重ならないように全体の断層像を分割しているが、互いに隣り合う個別領域が重なるように全体の断層像を分割しても良い。操作部12によって任意の分割パターンが指定されると、制御部13は、指定された分割パターンをコントラスト演算部81に設定し、コントラスト演算部81は、その分割パターンに従って断層像を複数の個別領域に分割する。
選択部82は、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像における同じ個別領域の断層像データのうち、コントラストが最も高い断層像データを選択する。例えば、個別領域Aについて、設定音速C1の条件下で生成された断層像100のコントラストが最も高い場合、選択部82は、断層像100における個別領域Aの断層像110を選択する。同様に、個別領域Bについて、設定音速C3の条件下で生成された断層像300のコントラストが最も高い場合、選択部82は、断層像300における個別領域Bの断層像320を選択する。また、個別領域Cについて、設定音速C2の条件下で生成された断層像200のコントラストが最も高い場合、選択部82は、断層像200における個別領域Cの断層像230を選択する。また、個別領域Dについて、設定音速C3の条件下で生成された断層像300のコントラストが最も高い場合、選択部82は、断層像300における個別領域Dの断層像340を選択する。また、個別領域Eについて、設定音速C4の条件下で生成された断層像400のコントラストが最も高い場合、選択部82は、断層像400における個別領域Eの断層像450を選択する。
そして、選択部82は、個別領域A〜Eのそれぞれにおいてコントラストが最も高い断層像データを表示制御部9に出力する。
表示制御部9は、個別領域A〜Eのそれぞれにおいてコントラストが最も高い断層像データを結合することで、1つの断層像データを再構成する。図5に示す例では、表示制御部9は、個別領域Aの断層像110、個別領域Bの断層像320、個別領域Cの断層像230、個別領域Dの断層像340、及び、個別領域Eの断層像450を結合することで、1つの断層像500を再構成する。
そして、表示制御部9は、再構成した断層像データに基づく断層像500を表示部11に表示させる。これにより、断層像内の領域によってコントラストが高くなる設定音速が異なる場合であっても、領域ごとにコントラストが最も高い断層像を選択するため、分解能が高い断層像が得られる。
(動作)
次に、変形例1に係る超音波診断装置による一連の動作について、図6を参照して説明する。図6は、変形例1に係る超音波診断装置による一連の動作を示すフローチャートである。
(ステップS10)
まず、送信部3は、超音波プローブ2によって被検体に対して、所定の設定音速で超音波を送信する。
(ステップS11)
超音波プローブ2は、被検体から反射されたエコー信号を受信し、そのエコー信号を受信部4に出力する。
(ステップS12)
受信部4は、超音波プローブ2から出力されたエコー信号に対して、それぞれ異なる設定音速で遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる受信データを生成する。例えば、第1の設定音速C1、第2の設定音速C2、第3の設定音速C3、及び第4の設定音速C4によって、受信部4は、設定音速の値を変えて受信ビームフォーミングを行うことで、4種類の受信データを生成する。そして、信号処理部5は、受信部4にて生成された設定音速がそれぞれ異なる複数の受信データを受けて、設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータを生成する。このBモード超音波ラスタデータは、画像記憶部6に記憶される。
(ステップS13)
そして、1画面分(1フレーム分)のデータを生成して画像記憶部6に記憶するまで、ステップS10からステップS12の処理を繰り返す。これにより、1画面分(1フレーム分)のデータに設定音速の数を乗じたデータが生成されて画像記憶部6に記憶される。例えば、1フレームを380本の走査線信号で構成する場合、380本に設定音速の数(例えば4)を乗算した本数の受信データを生成して画像記憶部6に記憶するまで、ステップS10からステップS12の処理を繰り返す。
(ステップS14)
そして、1フレーム分のデータが生成されて画像記憶部6に記憶された場合(ステップS13、Yes)、画像生成部7は、設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータを画像記憶部6から読み込み、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像データを生成する。例えば、4種類の設定音速(C1、C2、C3、及びC4)によって受信ビームを生成した場合、図5に示すように、画像生成部7は、設定音速が異なる4種類の断層像100、200、300、400を生成する。そして、画像生成部7は、4種類の断層像データを演算部8に出力する。
(ステップS15)
コントラスト演算部81は、設定音速がそれぞれ異なる条件下で生成された断層像をそれぞれ複数の個別領域に分割する。例えば図5に示すように、コントラスト演算部81は、設定音速C1の条件下で生成された断層像100を5つの個別領域A、B、C、D、及びEに分割する。同様に、コントラスト演算部81は、設定音速C2の条件下で生成された断層像200、設定音速C3の条件下で生成された断層像300、及び、設定音速C4の条件下で生成された断層像400を、それぞれ5つの個別領域A〜Eに分割する。
(ステップS16)
そして、コントラスト演算部81は、各個別領域に含まれる断層像データのコントラストを個別領域ごとに求める。図5に示す例では、コントラスト演算部81は、断層像100について、個別領域Aの断層像データのコントラスト、個別領域Bの断層像データのコントラスト、個別領域Cの断層像データのコントラスト、個別領域Dの断層像データのコントラスト、及び個別領域Eの断層像データのコントラストを求める。同様に、コントラスト演算部81は、断層像200、300、400について、個別領域A〜Eのそれぞれの断層像データのコントラストを求める。
(ステップS17)
選択部82は、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像の同じ個別領域において、コントラストが最も高い断層像を1つ選択する。図5に示す例では、選択部82は、個別領域Aについては設定音速C1で生成された断層像110を選択し、個別領域Bについては設定音速C3で生成された断層像320を選択し、個別領域Cについては設定音速C2で生成された断層像230を選択し、個別領域Dについては設定音速C3で生成された断層像340を選択し、個別領域Eについては設定音速C4で生成された断層像450を選択する。
(ステップS18)
表示制御部9は、個別領域A〜Eのそれぞれにおいてコントラストが最も高い断層像データを結合することで、1つの断層像データを再構成する。図5に示す例では、表示制御部9は、個別領域Aの断層像110、個別領域Bの断層像320、個別領域Cの断層像230、個別領域Dの断層像340、及び個別領域Eの断層像450を結合することで、1つの断層像500を再構成する。
(ステップS19)
そして、表示制御部9は、再構成した断層像データに基づく断層像500を表示部11に表示させる。
以上のように、各設定音速の条件下で生成された断層像をそれぞれ複数の個別領域に分け、個別領域ごとにコントラストが最も高い断層像を選択することで、断層像内の領域によってコントラストが高くなる設定音速が異なる場合であっても、分解能が高い断層像を得ることができる。
(変形例2)
次に、超音波診断装置1の変形例2について図7及び図8を参照して説明する。図7は、撮影領域とその撮影領域の断層像とを模式的に示す図である。図8は、変形例2に係る超音波診断装置による一連の動作を示すフローチャートである。
変形例2では、全体の撮影領域を複数の個別領域に分けて、超音波の送受信、断層像データの生成、コントラストの算出、及び断層像データの選択を個々の個別領域ごとに行い、選択されなかったデータについては、その都度、画像記憶部6から消去する。以下、図8に示すフローチャートを参照して、変形例2に係る超音波診断装置の動作について説明する。
(ステップS30)
まず、送信部3は、制御部13の制御の下、所望の撮影領域を複数の個別領域に分け、1つの個別領域に対して、所定の設定音速で超音波を送信する。例えば、図7(a)に示すように、送信部3は、全体の撮影領域Sを複数の個別領域A、B、C、D、Eに分割し、各個別領域に対して順番に超音波を送信する。全体の撮影領域Sを示す情報(座標情報)と、各個別領域A〜Eを示す情報(座標情報)は、制御部13に設定されている。そして、送信部3は、制御部13の制御の下、1つの個別領域に対して超音波を送信する。
(ステップS31)
超音波プローブ2は、全体の撮影領域Sに含まれる1つの個別領域から反射されたエコー信号を受信し、そのエコー信号を受信部4に出力する。例えば、超音波プローブ2は、個別領域Aから反射されたエコー信号を受信し、個別領域Aのエコー信号を受信部4に出力する。
(ステップS32)
そして、受信部4は、超音波プローブ2から出力された1つの個別領域からのエコー信号に対して、それぞれ異なる設定音速で遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる複数の受信データを生成する。例えば、個別領域Aに対して超音波が送信されると、受信部4は制御部13の制御の下、個別領域Aについて、それぞれ異なる設定音速で遅延処理を行うことで、設定音速がそれぞれ異なる複数の受信データを生成する。例えば、第1の設定音速C1、第2の設定音速C2、第3の設定音速C3、及び第4の設定音速C4によって、受信部4は、設定音速の値を変えて受信ビームフォーミングを行うことで、個別領域Aについて4種類の受信データを生成する。そして、信号処理部5は、個別領域Aにおける複数の受信データを受けて、個別領域Aにおける設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータを生成する。複数のBモード超音波ラスタデータは、画像記憶部6に一時的に記憶される。
(ステップS33)
そして、1つの個別領域のデータを生成して画像記憶部6に記憶するまで、ステップS30からステップS32の処理を繰り返す。すなわち、1つの個別領域に対して超音波の送受信を繰り返して、その個別領域のデータを取得する。これにより、1つの個別領域のデータに設定音速の数を乗じたデータが生成されて画像記憶部6に記憶される。例えば、1フレーム380本の走査線信号で構成する場合、380本を個別領域の数(例えば5)で除算し、その値に、設定音速の数(例えば4)を乗算した本数の受信データを生成して画像記憶部6に記憶するまで、ステップS30からステップS32の処理を繰り返す。
(ステップS34)
そして、1つの個別領域分のデータが生成されて画像記憶部6に記憶された場合(ステップS33、Yes)、画像生成部7は、設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータを画像記憶部6から読み込み、設定音速が異なる複数の複数の断層像データを生成する。例えば、個別領域Aに対して超音波が送信された場合、画像生成部7は、個別領域Aにおける設定音速がそれぞれ異なる複数のBモード超音波ラスタデータを画像記憶部6から読み込み、個別領域Aにおける設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像データを生成する。例えば図7(b)に示すように、画像生成部7は、個別領域Aについて設定音速C1の条件下で断層像110を生成し、設定音速C2の条件下で断層像210を生成し、設定音速C3の条件下で断層像310を生成し、設定音速C4の条件下で断層像410を生成する。
(ステップS35)
コントラスト演算部81は、1つの個別領域について設定音速がそれぞれ異なる条件下で生成された断層像のコントラストを求める。図7(b)に示す例では、コントラスト演算部81は、個別領域Aにおける断層像110、210、310、410のコントラストをそれぞれ求める。
(ステップS36)
選択部82は、1つの個別領域において、設定音速が異なる複数の断層像データ間で、コントラストが最も高い断層像を1つ選択する。例えば、選択部82は、個別領域Aにおいて、断層像110、210、310、410のうち、コントラストが最も高い断層像を選択する。例えば図7(b)に示すように、設定音速C3の条件下で生成された断層像310のコントラストが最も高い場合、選択部82は、個別領域Aについては、断層像310を選択し、その断層像310を表す断層像データを表示制御部9に出力する。
1つの個別領域についてコントラストが最も高い断層像が選択されると、制御部13は、選択部82によって選択されたデータ以外のデータを画像記憶部6から消去する。例えば、個別領域Aについて断層像310が選択された場合、制御部13は、断層像310以外の断層像を生成するためのBモード超音波ラスタデータを画像記憶部6から消去する。すなわち、制御部13は、断層像110、210、410を生成するためのBモード超音波ラスタデータを画像記憶部6から消去する。消去によって生じたメモリは、次の個別領域の画像を取り込むために用いられる。
(ステップS37)
そして、全ての個別領域について、コントラストが最も高い断層像を選択するまで、ステップS30からステップS36の処理を繰り返す。すなわち、個別領域Aについてコントラストが最も高い断層像が選択されると、制御部13は、個別領域Bに対する超音波の送信命令を送信部3に出力する、送信部3は制御部13の制御の下、個別領域Bに対して超音波を送信する(ステップS30)。上述したステップS31からステップS36と同様に、個別領域Bについても、複数の設定音速で遅延処理を行い、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像データを生成する。そして、設定音速がそれぞれ異なる複数の断層像データのコントラストを求め、個別領域Bについて、コントラストが最も高い断層像データを選択する。そして、制御部13は、選択された断層像データ以外のデータを画像記憶部6から消去する。個別領域C〜Eについても、超音波の送受信、断層像データの生成、コントラストの算出、及び断層像データの選択を個々の個別領域ごとに行い、その都度、選択されなかったデータを画像記憶部6から消去する。
(ステップS38)
全ての個別領域についてコントラストが最も高い断層像が選択された場合(ステップS37、Yes)、表示制御部9は、個別領域A〜Eのそれぞれにおいてコントラストが最も高い断層像データを結合することで、全体の撮影領域Sを表す断層像データを再構成する。
(ステップS39)
そして、表示制御部9は、選択部82によって結合された撮影領域Sを表す断層像データに基づく断層像を表示部11に表示させる。
以上のように、超音波の送受信、断層像データの生成、コントラストの算出、及び断層像データの選択を個々の個別領域ごとに行い、その都度、選択されなかったデータを画像記憶部6から消去することで、画像記憶部6の規模を小さくすることが可能となる。例えば、全体の撮影領域Sについて、4種類の設定音速に基づいて4つの断層像データを生成する場合、4画面分(4フレーム分)のデータを画像記憶部6に保持しておく必要がある。これに対して、変形例2に係る超音波診断装置によると、個別領域の断層像データに設定音速の数を乗じたデータのみを画像記憶部6に保持しておけば良いため、音速の最適化に必要なメモリを削減することが可能となる。
(変形例3)
次に、超音波診断装置1の変形例3について図9を参照して説明する。図9は、互いに隣り合う個別領域の断層像を模式的に示す図である。
変形例3では、上述した変形例1及び変形例2と同様に、全体の断層像、又は全体の撮影領域を複数の個別領域に分割し、個別領域ごとにコントラストが最も高い断層像を選択する。そして、各個別領域の断層像データを結合することで全体の断層像データを生成する。さらに、変形例3では、互いに隣り合う個別領域が一部分において重なるように、全体の断層像又は全体の撮影領域を分割する。
変形例1においては、コントラスト演算部81は、互いに隣り合う個別領域が一部分において重なるように、全体の断層像を複数の個別領域A〜Eに分割する。例えば図9に示すように、コントラスト演算部81は、個別領域Aと個別領域Bとが一部分において重なるように、全体の断層像を分割する。この分割パターンは、制御部13に設定されており、コントラスト演算部81は、制御部13の制御の下、分割パターンに従って全体の断層像を分割する。
そして、個別領域Aについては、設定音速C1の条件下で生成された断層像100に含まれる断層像160のコントラストが最も高く、個別領域Bについては、設定音速C2の条件下で生成された断層像200に含まれる断層像260のコントラストが最も高い場合、表示制御部9は、断層像160と断層像260とを結合する。このとき、個別領域Aと個別領域Bとで一部分が重なる(重複領域F)。個別領域Aの断層像160と個別領域Bの断層像260とでは、設定音速の値が異なるため、つなぎ目において不自然な画像になる可能性がある。そこで、変形例3では、表示制御部9は、重複領域Fに含まれる個別領域Aの断層像データと個別領域Bの断層像データとをブレンディングすることで、重複領域Fにおける画像のつなぎ目を目立たなくする。例えば、表示制御部9は、互いに隣り合う個別領域が重なる重複領域について、重複領域における各個別領域の画像データの画素値の比率を位置に応じて変えながら、各個別領域の画像データの画素値を加算することで、重複領域における画像データを生成する。
具体的には、表示制御部9は、制御部13から重複領域Fの座標情報を受けて、その重複領域Fについては、個別領域Aの断層像データの画素値(輝度値)と個別領域Bの断層像データの画素値(輝度値)との比率を位置によって徐々に変えて加算することで、重複領域Fの断層像データを生成する。例えば、表示制御部9は、重複領域Fにおいて個別領域Aに近い位置ほど、個別領域Aにおける断層像データの画素値の割合を個別領域Bにおける断層像データの画素値の割合よりも高くして、個別領域Aの断層像データと個別領域Bの断層像データとを加算することで重複領域Fの断層像データを生成する。一方、表示制御部9は、個別領域Bに近い位置ほど、個別領域Bにおける断層像データの画素値の割合を個別領域Aにおける断層像データの画素値の割合よりも高くして、個別領域Aの断層像データと個別領域Bの断層像データとを加算することで重複領域Fの断層像データを生成する。
表示制御部9は、個別領域A〜Eの断層像データを結合し、各個別領域が重なる重複領域についてはブレンディングを施すことで、全体の断層像データを生成する。そして、表示制御部9は、全体の断層像データに基づく断層像600を表示部11に表示させる。
以上のように、音速設定が異なる画像同士が重なる部分については、ブレンディングを施すことで、その境界におけるつなぎ目を目立たなくすることができる。これにより、画質差が大きい境界においても、その境界で不自然な画像にならず、画質差を少なくすることが可能となる。
なお、操作者が操作部12を用いることで、ブレンディングを行う範囲や、断層像データの輝度値の比率を、任意に変更できるようにしても良い。
この発明の実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。 この発明の実施形態に係る超音波診断装置に設置された受信部を示すブロック図である。 設定音速が異なる断層像を模式的に示す図である。 この発明の実施形態に係る超音波診断装置による一連の動作を示すフローチャートである。 設定音速が異なる複数の断層像を模式的に表す図である。 変形例1に係る超音波診断装置による一連の動作を示すフローチャートである。 撮影領域とその撮影領域の断層像とを模式的に示す図である。 変形例2に係る超音波診断装置による一連の動作を示すフローチャートである。 互いに隣り合う個別領域の断層像を模式的に示す図である。 超音波ビームの集束のための遅延時間Δtを説明するための模式図である。
符号の説明
1 超音波診断装置
2 超音波プローブ
3 送信部
4 受信部
5 信号処理部
6 画像記憶部
7 画像生成部
8 演算部
9 表示制御部
10 ユーザインターフェース(UI)
11 表示部
12 操作部
13 制御部
81 コントラスト演算部
82 選択部

Claims (4)

  1. 超音波プローブを介して被検体に超音波を送信する送信手段と、
    前記超音波プローブを介して前記被検体から反射されたエコー信号を受信し、前記エコー信号に対して、遅延処理のための複数の設定音速に従って遅延処理を行うことで、前記設定音速がそれぞれ異なる複数の受信信号を生成する受信手段と、
    前記設定音速がそれぞれ異なる受信信号に基づいて、前記設定音速がそれぞれ異なる複数の画像データを生成する画像生成手段と、
    前記設定音速がそれぞれ異なる複数の画像データのコントラストをそれぞれ求めるコントラスト演算手段と、
    前記複数の画像データのうち、前記コントラストが最も高い画像データを選択する選択手段と、
    前記選択手段によって選択された画像データに基づく画像を表示手段に表示させる表示制御手段と、
    を有することを特徴とする超音波診断装置。
  2. 前記コントラスト演算手段は、前記設定音速がそれぞれ異なる前記複数の画像データのそれぞれを複数の個別領域に分割し、前記分割した各個別領域におけるコントラストをそれぞれの画像データごとに求め、
    前記選択手段は、前記各個別領域のそれぞれにおいて、前記設定音速がそれぞれ異なる前記複数の画像データのうちコントラストが最も高い画像データを前記個別領域ごとに選択し、
    前記表示制御手段は、前記各個別領域において選択された前記コントラストが最も高い画像データを結合し、その結合した画像データに基づく画像を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
  3. 前記所望の撮影領域を複数の個別領域に分けて、前記複数の個別領域のうち1つの個別領域に対して前記送信手段に超音波を送信させる制御手段と、
    記憶手段と、を更に有し、
    前記受信手段は、前記1つの個別領域から反射されたエコー信号を受信し、前記1つの個別領域のエコー信号に対して前記複数の設定音速に従って遅延処理を行うことで、前記1つの個別領域について前記設定音速がそれぞれ異なる複数の受信信号を生成し、
    前記記憶手段は、前記1つの個別領域について前記設定音速がそれぞれ異なる複数の受信信号を記憶し、
    前記画像生成手段は、前記設定音速がそれぞれ異なる複数の受信信号に基づいて、前記1つの個別領域について前記設定音速がそれぞれ異なる複数の画像データを生成し、
    前記コントラスト演算手段は、前記1つの個別領域について前記設定音速がそれぞれ異なる前記複数の画像データのコントラストをそれぞれ求め、
    前記選択手段は、前記1つの個別領域における前記複数の画像データのうち、前記コントラストが最も高い画像データを選択し、
    前記制御手段は、前記選択手段によって選択されなかった画像データに係る受信信号を前記記憶手段から消去し、続けて、前記複数の個別領域のうち別の1つの個別領域に対して前記送信手段に超音波を送信させて、前記別の1つの個別領域において前記コントラストが最も高い画像データを取得し、前記複数の個別領域のそれぞれにおいて前記コントラストが最も高い画像データを取得し、
    前記表示制御手段は、前記複数の個別領域のそれぞれにおいて選択された前記コントラストが最も高い画像データを結合し、その結合した画像データに基づく画像を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。
  4. 前記表示制御手段は、互いに隣り合う個別領域が重なる重複領域について、前記重複領域における各個別領域の画像データの画素値の比率を位置に応じて変えながら、前記各個別領域の画像データの画素値を加算することで、前記重複領域における画像データを生成し、前記結合した画像データに基づく画像を前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項2又は請求項3のいずれかに記載の超音波診断装置。
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