JP2009172073A - 超音波診断装置、及び超音波診断装置の制御プログラム - Google Patents

超音波診断装置、及び超音波診断装置の制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】穿刺対象を表す画像を取得しつつ、穿刺針を表す画像のリアルタイム性を向上させることが可能な超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波プローブ2と送受信部3は制御部9の制御の下、3次元の第1走査領域と、第1走査領域よりも小さく第1走査領域に含まれる第2走査領域とを超音波の走査対象として、第2走査領域を複数回連続して走査することで、第2走査領域におけるボリュームデータを連続して取得し、走査を切り替えて、第1走査領域を走査することで、第1走査領域におけるボリュームデータを取得する。画像処理部6は、第1走査領域におけるボリュームデータに基づいて第1走査領域における超音波画像データを生成し、第2走査領域におけるボリュームデータが取得されるたびに、第2走査領域におけるボリュームデータを更新して新たな超音波画像データを生成する。
【選択図】図1

Description

この発明は、3次元の領域を超音波で走査する超音波診断装置と、超音波診断装置を制御するプログラムに関する。
肝癌は癌疾患のなかで約10%を占めており、その数は増加の傾向にある。この肝癌の診断には、超音波診断装置、MRI装置、又はX線CT装置などの医用画像診断装置が用いられている。特に、X線CT装置やMRI装置では、3次元の撮像法が確立してきたため、2次元画像による診断に比べて診断能が向上している。
ところで、肝癌の治療として、肝動脈内抗がん剤注入療法、肝動脈塞栓療法、低侵襲治療法、又は、開腹外科手術の治療法が行われている。
上記の治療法において特に多く施行されているものは低侵襲治療法である。この治療は他の方法と比べて手技が簡単で患者への負担も少ないからである。低侵襲治療法として、PEIT(経皮的エタノール注入法:Percutaneous Ethanol Injection Technique)やマイクロ波穿刺焼灼法が施行されている。穿刺による焼灼治療法においては、超音波診断装置によって穿刺針をリアルタイムに撮影し、穿刺針の位置を追跡して、穿刺針の位置を確認しながら治療を行っている。また、焼灼治療法においては、RFA(高周波焼灼法:Radio−Frequency Ablation)が施行されており、単一針や複数展開針などを用いた治療法が行われている。
穿刺針の位置を追跡するためには、3次元領域の撮影が可能な超音波診断装置が用いられている。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を用いて3次元領域を超音波で走査する場合、揺動機構を備えた1次元アレイプローブが用いられる(例えば特許文献1)。揺動機構を備えた1次元アレイプローブは、走査方向に1列に配置された超音波振動子を、走査方向に直交する方向(揺動方向)に機械的に揺動させることで3次元領域を超音波で走査し、ボリュームデータを取得することが可能となっている。このような1次元アレイプローブには、複数の超音波振動子を揺動させるためのモータが設置されており、そのモータによって超音波振動子を揺動方向に機械的に揺動させることで、3次元領域を走査してボリュームデータを取得する。
超音波による走査によって取得されたボリュームデータにボリュームレンダリングを施すことで、被検体内の組織を立体的に表す3次元画像データを生成して、その3次元画像データに基づく3次元画像を表示することができる。また、ボリュームデータにMPR処理(Multi Plannar Reconstruction)を施すことで、ボリュームデータを任意の断面で切断し、その切断した面における画像データ(MPR画像データ)を生成して、そのMPR画像データに基づくMPR画像を表示することもできる。
従来においては、穿刺針による焼灼治療の対象となる穿刺対象(患部)と穿刺針とを、超音波による走査の対象となる3次元の走査領域に含ませることで、穿刺対象と穿刺針とを立体的に表す3次元画像データを取得していた。操作者はその3次元画像を参照することで、穿刺対象に対する穿刺針の位置を確認し、穿刺針による穿刺の過程を観察していた。
そして、穿刺対象と穿刺針の両方が3次元の走査領域に含まれるように、超音波振動子を揺動させる最大の揺動角度を設定し、その最大の揺動角度で規定される3次元の走査領域を走査していた。すなわち、穿刺対象と穿刺針の両方が3次元の走査領域に含まれるように、全体の走査領域を走査していた。
特開2007−21018号公報
以上のような揺動機構を有する1次元アレイプローブにおいては、ボリュームレートは、単位時間あたりにおける超音波振動子の揺動の回数に依存する。すなわち、単位時間あたりにおける揺動の回数が多くなるとボリュームレートが速くなり、回数が少なくなるとボリュームレートは遅くなる。
焼灼治療において、穿刺対象に対する穿刺針による穿刺の過程を観察するためには、穿刺対象(患部)が表された画像を取得して表示しつつ、穿刺針の位置をリアルタイムに追跡することが要求される。そのためには、穿刺対象が表された3次元画像やMPR画像を取得して表示しつつ、穿刺針が表された3次元画像やMPR画像をリアルタイムに取得して表示することが要求される。しかしながら従来においては、全体の走査領域を走査していたため、穿刺対象と穿刺針とが表された画像を取得して表示することができていたが、単位時間あたりにおける超音波振動子の揺動の回数が少なくなり、その結果、ボリュームレートが遅くなってしまう問題があった。そのことにより、穿刺針が表された3次元画像やMPR画像をリアルタイムに取得して表示することが困難になるため、穿刺針の位置をリアルタイムに追跡することが困難であった。
この発明は上記の問題を解決するものであり、穿刺対象を表す画像を取得しつつ、穿刺針を表す画像のリアルタイム性を向上させることが可能な超音波診断装置と、その超音波診断装置の制御プログラムとを提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、3次元の走査領域を走査することで、前記走査領域におけるボリュームデータを取得するスキャン手段と、3次元の第1走査領域を前記スキャン手段に走査させることで、前記第1走査領域におけるボリュームデータを取得させ、前記第1走査領域よりも小さく前記第1走査領域に含まれる第2走査領域を複数回連続して前記スキャン手段に走査させることで、前記第2走査領域におけるボリュームデータを連続して取得させる制御手段と、前記第1走査領域におけるボリュームデータに基づいて、前記第2走査領域を含む前記第1走査領域における超音波画像データを生成し、前記複数回連続して走査することで前記第2走査領域におけるボリュームデータが取得されるたびに、前記第2走査領域におけるボリュームデータを更新して新たな超音波画像データを生成する画像生成手段と、前記生成された超音波画像データに基づく超音波画像を表示手段に表示させ、前記新たな超音波画像データが生成されるたびに、前記表示手段に表示されている超音波画像を更新して前記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。
また、請求項8に記載の発明は、3次元の走査領域を超音波で走査することで、前記走査領域におけるボリュームデータを取得するスキャン手段と、前記ボリュームデータに基づく画像を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置を制御するコンピュータに、3次元の第1走査領域を前記スキャン手段に走査させることで、前記第1走査領域におけるボリュームデータを取得させ、前記第1走査領域よりも小さく前記第1走査領域に含まれる第2走査領域を複数回連続して前記スキャン手段に走査させることで、前記第2走査領域におけるボリュームデータを連続して取得させる制御機能と、前記第1走査領域におけるボリュームデータに基づいて、前記第2走査領域を含む前記第1走査領域における超音波画像データを生成し、前記複数回連続して走査することで前記第2走査領域におけるボリュームデータが取得されるたびに、前記第2走査領域におけるボリュームデータを更新して新たな超音波画像データを生成する画像生成機能と、前記生成された超音波画像データに基づく超音波画像を前記表示手段に表示させ、前記新たな超音波画像データが生成されるたびに、前記表示手段に表示されている超音波画像を更新して前記表示手段に表示させる表示制御機能と、を実行させることを特徴とする超音波診断装置の制御プログラムである。
この発明によると、第2走査領域を複数回連続して走査することで、第2走査領域におけるボリュームデータを更新するレートが速くなるため、第2走査領域における超音波画像のリアルタイム性を向上させることが可能となる。さらに、第2走査領域よりも大きい第1走査領域を走査することで、撮影対象の全体像を取得することが可能となる。穿刺針を第2走査領域に含ませることで、第1走査領域に含まれる穿刺対象を表す超音波画像を取得して表示しつつ、穿刺針を表す超音波画像のリアルタイム性を向上させることが可能となる。
この発明の実施形態に係る超音波診断装置について図1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。
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、送受信部3、信号処理部4、記憶部5、画像処理部6、表示制御部7、ユーザインターフェース(UI)8、及び制御部9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走査方向に1列に配置された1次元アレイプローブであって、走査方向に直交する方向(揺動方向)に複数の超音波振動子を機械的に揺動させることで3次元の領域を走査することが可能な機械式1次元アレイプローブが用いられる。また、超音波プローブ2には、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を用いても良い。この実施形態では、1例として、機械式1次元アレイプローブを超音波プローブ2に用いた場合について説明する。
ここで、機械式1次元アレイプローブとしての超音波プローブ2について図2を参照して説明する。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超音波プローブの機構を示す模式図である。図2(a)は、超音波プローブを揺動方向(Y方向)から見た図であり、図2(b)は、超音波プローブを走査方向(X方向)から見た図である。
機械式1次元アレイプローブとしての超音波プローブ2は、機械的な揺動と電子走査とを併用して、3次元の走査領域を超音波によって走査する。超音波プローブ2は、超音波振動子群21と、揺動機構22と、揺動角度検出部23とを備えている。超音波振動子群21は、走査方向に1列に配置された図示しない複数の超音波振動子を備えている。図2(a)に示すように、超音波振動子の配列方向(走査方向)に沿った2次元のスキャン面S内が、超音波によって電子走査が行われる。ここで、超音波振動子群21の配列方向(走査方向)をX方向とし、超音波ビームが形成される深さ方向をZ方向とする。揺動機構22はモータ機構を備えている。そして、図2(b)に示すように、揺動機構22は、そのモータ機構によって超音波振動子群21を、X方向とZ方向とに直交するY方向(揺動方向)に揺動させることで、機械的な走査を行う。図2(b)において、角度が変えられた状態の超音波振動子群21を破線で示す。例えば図2(a)に示すように、スキャン面S内を超音波によって電子走査を行いながら、図2(b)に示すように、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に揺動させることで、揺動方向に並んだ複数のスキャン面Sを電子走査し、その結果、3次元の走査領域Vを超音波によって走査する。例えば、揺動の中心位置を揺動角度の0度とし、その中心位置を挟んで、超音波振動子群21を揺動方向の+方向と−方向との間で往復運動させることで、3次元の走査領域Vを超音波によって走査する。
揺動角度検出部23は、揺動機構22のモータの回転量を検出するエンコーダを備え、揺動機構22による揺動の角度を検出することができる。揺動角度検出部23は、検出した揺動角度情報を揺動制御部91に出力する。揺動制御部91は、その揺動角度情報に従って揺動機構22のモータを制御する。
揺動制御部91は、超音波プローブ2に設置されている揺動機構22を、動作条件記憶部93に記憶されている揺動条件に従って駆動させる。これにより、超音波プローブ2に設置されている超音波振動子群21が揺動され、機械的な走査が可能となる。このとき、揺動制御部91は、揺動角度を示す揺動角度情報と揺動速度を示す揺動速度情報とを含む揺動条件に従って、所定の揺動角度の範囲内を所定の揺動速度で超音波振動子群21を揺動させる。揺動速度は、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に揺動させる速度である。
なお、操作者は操作部82を用いて、揺動角度情報と揺動速度情報とを入力することができる。操作部82から入力された揺動角度情報と揺動速度情報は、ユーザインターフェース(UI)8から制御部9に出力され、制御部9の動作条件記憶部93に揺動条件として記憶される。
送受信部3は送信部と受信部とを備え、制御部9の制御の下、超音波プローブ2に電気信号を供給して超音波を発生させるとともに、超音波プローブ2が受信したエコー信号を受信する。送受信部3は、図2(a)に示す走査方向(X方向)の角度によって規定されるスキャン面S内を超音波プローブ2によって走査することで、そのスキャン面S内を電子走査する。このとき、制御部9は、走査方向(X方向)における角度を示す情報や、走査線密度などを含む電子走査条件に従って、送受信部3による電子走査を制御することで、スキャン面S内を電子走査させる。
なお、操作者は操作部82を用いて、走査線密度などの電子走査条件を入力することができる。操作部82から入力された電子走査条件は、ユーザインターフェース(UI)8から制御部9に出力され、制御部9の動作条件記憶部93に記憶される。
なお、送受信部3の送信部は、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)の数に応じたパルサを内蔵し、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振動エネルギーを供給するようになっている。
また、送受信部3の受信部は、図示しないプリアンプ回路、A/D変換回路、受信遅延回路、及び加算回路を備えている。プリアンプ回路は、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。A/D変換回路は、増幅されたエコー信号をA/D変換する。受信遅延回路は、A/D変換後のエコー信号に対して受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算回路は、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。その加算により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。なお、この送受信部3によって加算処理された信号を「RF信号」と称する。送受信部3から出力されたRF信号は、信号処理部4に出力される。
信号処理部4は、エコーの振幅情報の映像化を行い、エコー信号からBモード超音波ラスタデータを生成するBモード処理部を備えている。Bモード処理部は、送受信部3から送られる信号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、信号処理部4は、ドプラ処理部を備えていても良い。ドプラ処理部は、例えば、送受信部3から送られる受信信号を位相検波することによりドプラ偏移周波数成分を取り出し、FFT処理を施すことで、血流速度を表すドプラ周波数分布を生成する。送受信部3から出力された信号は、いずれかの処理部にて所定の処理が施される。信号処理部4は超音波ラスタデータを記憶部5に出力する。
記憶部5は、メモリやハードディスクなどの記憶装置で構成され、信号処理部4により生成された超音波ラスタデータを記憶する。この実施形態では、機械的な走査と電子走査とを行うことで3次元の走査領域を走査し、その結果、複数のスキャン面で構成されるボリュームデータを取得して記憶部5に記憶する。
この実施形態においては、穿刺針による焼灼治療の対象となる穿刺対象(患部)と、穿刺針とが、超音波による走査の対象となる3次元の走査領域に含まれるように、超音波振動子群21を揺動させる。ここで、この実施形態において、超音波による走査の対象となる3次元の走査領域と、その走査領域を走査するためのシーケンスとについて、図3と図4とを参照して説明する。図3は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置によって走査される3次元の走査領域を示す概念図である。図4は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置によって走査される3次元の走査領域と、その走査領域を走査するためのシーケンスとを示す概念図である。
図3に示すように、超音波プローブ2の超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に揺動させながらX方向に電子走査を行うことで、3次元の走査領域Vを走査することができる。この実施形態では、所定の大きさを有する3次元の第1走査領域V1を超音波によって走査し、さらに、その第1走査領域V1よりも小さく、第1走査領域V1に含まれる3次元の第2走査領域V2を超音波によって走査する。穿刺対象(患部)と穿刺針とを撮影する場合、第1走査領域V1に穿刺対象100を含ませ、第2走査領域V2に穿刺針24を含ませる。換言すると、穿刺対象100が含まれるように第1走査領域V1を設定し、穿刺針24が含まれるように第2走査領域V2を設定する。
第1走査領域V1と第2走査領域V2は、それぞれ揺動角度によって規定される。例えば図4に示すように、揺動の中心位置を揺動角度の0度とし、揺動角度が+α度から−α度までの範囲を第2走査領域V2とし、揺動角度が+β度から−β度までの範囲を第1走査領域V1とする。+β度と−β度の絶対値は、+α度と−α度の絶対値よりも大きいため、第2走査領域V2は第1走査領域V1に含まれる。すなわち、+α度から−α度は、+β度から−β度の間に含まれるため、第2走査領域V2は第1走査領域V1に含まれる。この実施形態においては、第1走査領域V1内において揺動方向(Y方向)の略中央における範囲を第2走査領域V2の範囲に設定している。また、第1走査領域V1以外の領域についても、揺動角度によって規定される。例えば、揺動角度が+α度から+β度までの範囲を第3走査領域V3とし、揺動角度が−α度から−β度までの範囲を第4走査領域V4とする。なお、揺動角度が+α度から−α度までの範囲が、この発明の「第2の揺動角度の範囲」の1例に相当し、揺動角度が+β度から−β度までの範囲が、この発明の「第1の揺動角度の範囲」の1例に相当する。
操作者は操作部82を用いて、第1走査領域V1を規定するための揺動角度情報(+β度と−β度)を入力し、第2走査領域V2を規定するための揺動角度情報(+α度と−α度)を入力することができる。例えば、操作者は操作部82を用いて、第1走査領域V1を規定するための揺動角度情報(±β度)として±30度を入力し、第2走査領域V2を規定するための揺動角度情報(±α度)として±10度を入力する。操作部82から入力された揺動角度情報(±α度と±β度)は、ユーザインターフェース(UI)8から制御部9に出力され、制御部9の動作条件記憶部93に揺動条件として記憶される。また、操作者は操作部82を用いて、第1走査領域V1における揺動速度を示す揺動速度情報と、第2走査領域V2における揺動速度を示す揺動速度情報とを入力する。なお、第1走査領域V1における揺動速度と、第2走査領域V2における揺動速度とは、同じ速度であっても良いし、異なる速度であっても良い。
送受信部3が超音波振動子群21に超音波ビームを発生させ、超音波ビームを走査方向(X方向)に電子的に走査することでスキャン面Sを走査し、その電子走査を行いながら、揺動機構22が揺動制御部91の制御の下、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に−α度から+α度まで機械的に揺動させることで、3次元の第2走査領域V2が超音波ビームによって走査される。その結果、第2走査領域V2におけるボリュームデータが取得される。さらに、揺動機構22が揺動制御部91の制御の下、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に+α度から−α度まで機械的に揺動させることで、第2走査領域V2が超音波ビームによって走査され、その結果、第2走査領域V2におけるボリュームデータが取得される。すなわち、第2走査領域V2において超音波振動子群21を1往復揺動させることで、第2走査領域V2における2つのボリュームデータが取得される。
同様に、送受信部3が超音波ビームを走査方向(X方向)に電子的に走査することでスキャン面Sを走査し、その電子走査を行いながら、揺動機構22が揺動制御部91の制御の下、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に−β度から+β度まで機械的に揺動させることで、3次元の第1走査領域V1が超音波ビームによって走査される。その結果、第1走査領域V1におけるボリュームデータが取得される。第1走査領域V1には、第2走査領域V2と第3走査領域V3と第4走査領域とが含まれるため、第1走査領域V1におけるボリュームデータには、第2走査領域V2におけるボリュームデータと、第3走査領域V3におけるボリュームデータと、第4走査領域V4におけるボリュームデータとが含まれる。すなわち、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に−β度から+β度まで揺動させることで、第4走査領域V4と第2走査領域V2と第3走査領域V3とが、順番に超音波ビームによって走査される。そのことにより、第4走査領域V4におけるボリュームデータと、第2走査領域V2におけるボリュームデータと、第3走査領域V3におけるボリュームデータとが、順番に取得される。さらに、揺動機構22が揺動制御部91の制御の下、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に+β度から−β度まで機械的に揺動させることで、第1走査領域V1が超音波ビームによって走査され、その結果、第1走査領域V1におけるボリュームデータが取得される。すなわち、第1走査領域V1において超音波振動子群21を1往復揺動させることで、第1走査領域V1における2つのボリュームデータが取得される。
さらに、送受信部3が超音波ビームを走査方向(X方向)に電子的に走査することでスキャン面Sを走査し、その電子走査を行いながら、揺動機構22が揺動制御部91の制御の下、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に+α度から−β度まで機械的に揺動させることで、第2走査領域V2と第4走査領域V4とが超音波ビームによって順番に走査される。その結果、第2走査領域V2におけるボリュームデータと、第4走査領域V4におけるボリュームデータとが順番に取得される。さらに、揺動機構22が揺動制御部91の制御の下、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に+β度から−α度まで機械的に揺動させることで、第3走査領域V3と第2走査領域V2とが超音波ビームによって順番に走査される。その結果、第3走査領域V3におけるボリュームデータと、第2走査領域V2におけるボリュームデータとが順番に取得される。
この実施形態では、揺動制御部91は、穿刺針を対象とした第2走査領域V2においては、超音波振動子群21を複数回連続して揺動させることで、送受信部3は第2走査領域V2を複数回連続して走査する。そのことにより、送受信部3は、複数回連続して、第2走査領域V2におけるボリュームデータを取得する。この実施形態では、超音波振動子群21の揺動において、その揺動の折り返しから次の折り返しまでの走査を1回の走査とする。例えば、−α度から+α度までの範囲を揺動させることで1回の走査とする。同様に、+α度から−α度までの範囲を揺動させる場合も1回の走査とする。揺動制御部91は、揺動の折り返しの回数をカウントして、第2走査領域V2においては、超音波振動子群21を複数回連続して揺動させる。
例えば、揺動制御部91は、第2走査領域V2において超音波振動子群21を複数回連続して揺動させ、その後、第1走査領域V1において超音波振動子群21を1回揺動させる。換言すると、揺動制御部91は、第1走査領域V1において超音波振動子群21を1回揺動させる度に、第2走査領域V2において超音波振動子群21を複数回連続して揺動させる。具体的には、揺動制御部91は、揺動の折り返しの回数をカウントしながら、第2走査領域V2において超音波振動子群21を複数回連続して揺動させ、その後、第1走査領域V1において超音波振動子群21を1回揺動させ、その後、第2走査領域V2において超音波振動子群21を複数回連続して揺動させ、以後、第1走査領域V1に対する走査と第2走査領域V2に対する走査とを切り替えながら繰り返して実行する。そのことにより、送受信部3は、複数回連続して第2走査領域V2におけるボリュームデータを取得し、さらに、第1走査領域V1におけるボリュームデータを取得する。すなわち、送受信部3は、複数回連続した走査の間に、第4走査領域V4におけるボリュームデータ、第2走査領域V2におけるボリュームデータ、及び第3走査領域V3におけるボリュームデータを取得する。
操作者は操作部82を用いて、第2走査領域V2を連続して走査する回数を入力することができる。操作部82から入力された回数を示す回数情報は、ユーザインターフェース(UI)8から制御部9に出力され、制御部9の動作条件記憶部93に揺動条件として記憶される。揺動制御部91は、揺動条件に含まれる回数情報に従って揺動機構22による揺動動作を制御することで、第2走査領域V2において、複数回連続して超音波振動子群21を揺動させる。
以上のように、この実施形態に係る揺動条件には、揺動角度情報と揺動速度情報と回数情報とが含まれて、動作条件記憶部93に記憶されている。
画像処理部6は、データ取得部61と画像生成部62とを備えている。データ取得部61は、画像生成制御部92の制御の下、記憶部5から各走査領域におけるボリュームデータを取得して画像生成部62に出力する。画像生成制御部92は、揺動条件に含まれる揺動角度を示す揺動角度情報と、揺動角度によって規定される各走査領域が走査された時間を示す時間情報とをデータ取得部61に出力する。各走査領域が走査された時間は、スキャン開始時を基準にして、揺動角度と揺動速度とによって求められる。例えば、制御部9は、揺動角度と揺動速度とに基づいて、各走査領域が走査された時間を求める。データ取得部61は、画像生成制御部92から出力された揺動角度情報と時間情報とに従って、揺動角度によって規定される各走査領域におけるボリュームデータであって、直近の時間に取得されたボリュームデータを記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。
例えば、第2走査領域V2におけるボリュームデータが取得された場合、データ取得部61は、画像生成制御部92から出力された第2走査領域V2の範囲を表す揺動角度情報と時間情報とに従って、直近の時間に取得された第2走査領域V2におけるボリュームデータを記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。また、第3走査領域V3におけるボリュームデータが取得された場合、データ取得部61は、第3走査領域V3の範囲を表す揺動角度情報と時間情報とに従って、直近の時間に取得された第3走査領域V3におけるボリュームデータを記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。また、第4走査領域V4におけるボリュームデータが取得された場合、データ取得部61は、第4走査領域V4の範囲を表す揺動角度情報と時間情報とに従って、直近の時間に取得された第4走査領域V4におけるボリュームデータを記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。
画像生成部62は、複数のスキャン面で構成されるボリュームデータにボリュームレンダリングを施すことにより、被検体の組織形状を立体的に表す3次元画像データを生成する。また、画像生成部62は、ボリュームデータにMPR処理(Multi Plannar Reconstruction)を施すことにより、ボリュームデータを任意の断面で切断し、その切断面における画像データ(MPR画像データ)を生成しても良い。また、画像生成部62は、ボリュームデータにMIP処理(Maximum Intensity Projection)を施すことで、最大値投影画像データ(MIP画像データ)を生成しても良い。画像生成部62は、3次元画像データやMPR画像データなどの超音波画像データを表示制御部7に出力する。表示制御部7は、3次元画像データに基づく3次元画像や、MPR画像データに基づくMPR画像を表示部81に表示させる。
また、画像生成部62は、各スキャン面における超音波ラスタデータにデジタルスキャンコンバージョン処理を施すことにより、ボクセル単位の輝度値に変換して、等方性ボクセルデータ、又は非等方性ボクセルデータを生成しても良い。そして、画像生成部62は、そのボクセルデータにボリュームレンダリング又はMPR処理を施すことで、3次元画像データやMPR画像データを生成しても良い。
この実施形態においては、画像生成部62は、データ取得部61によって取得された各走査領域におけるボリュームデータを結合し、結合した1つのボリュームデータにボリュームレンダリングやMPR処理を施すことで、3次元画像データやMPR画像データを生成する。そして、表示制御部7は、結合されたボリュームデータに基づく3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。
例えば、送受信部3によって第2走査領域V2におけるボリュームデータが取得され、そのボリュームデータがデータ取得部61から画像生成部62に出力されると、画像生成部62は、そのボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、第2走査領域V2における3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、3次元画像には、第2走査領域V2に含まれる組織や穿刺針が立体的に表され、MPR画像には、第2走査領域V2に含まれる組織や穿刺針の断面が表される。
また、送受信部3によって第3走査領域V3におけるボリュームデータが取得され、第2走査領域V2におけるボリュームデータと第3走査領域V3におけるボリュームデータとがデータ取得部61から画像生成部62に出力されると、画像生成部62は、それら2つのボリュームデータを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、第2走査領域V2と第3走査領域V3とにおける3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、3次元画像には、第2走査領域V2と第3走査領域V3とに含まれる組織や穿刺針が立体的に表され、MPR画像には、第2走査領域V2と第3走査領域V3とに含まれる組織や穿刺針の断面が表される。
そして、送受信部3によって各走査領域におけるボリュームデータが順番に取得されると、データ取得部61は、各走査領域におけるボリュームデータであって、直近の時間に取得されたボリュームデータを記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、各走査領域におけるボリュームデータを直近の時間に取得されたボリュームデータに更新して、直近の時間における3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、更新された3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、各走査領域における3次元画像やMPR画像が更新されて表示部81に表示される。
この実施形態では、穿刺針を対象とした第2走査領域V2においては、超音波振動子群21を複数回連続して揺動させることで、送受信部3は第2走査領域V2を複数回連続して走査する。そのことにより、送受信部3によって第2走査領域V2におけるボリュームデータが連続して取得され、画像生成部62は、第2走査領域V2における3次元画像データやMPR画像データを複数回連続して生成する。そして、表示制御部7は、第2走査領域V2における画像が更新された3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。
以上のように、第1走査領域V1を1回走査する度に、第2走査領域V2を複数回連続して走査することで、第2走査領域V2におけるボリュームデータを更新するタイミングが速くなるため、穿刺針を表す3次元画像やMPR画像のリアルタイム性が向上する。また、第1走査領域V1を走査することで、穿刺対象(患部)の全体像を表す3次元画像やMPR画像を取得して表示することができる。このように、この実施形態に係る超音波診断装置1によると、穿刺対象(患部)の全体像を表す3次元画像やMPR画像を取得して表示しつつ、穿刺針を表す3次元画像やMPR画像のリアルタイム性を向上させることが可能となる。そのことにより、穿刺対象(患部)の全体像を確認しながら、穿刺針の位置をリアルタイムに追跡して、穿刺対象に対する穿刺針による穿刺の過程を観察することが可能となる。
なお、超音波振動子群21を揺動させずにスキャン面を超音波で走査した場合、画像生成部62は、そのスキャン面における超音波画像データを生成しても良い。例えば、画像生成部62はDSC(Digital Scan Converter:デジタルスキャンコンバータ)を備え、直交座標系で表される画像を得るために、信号処理部4にて処理された後のデータを直交座標系で表される画像データに変換しても良い(スキャンコンバージョン処理)。1例として、画像生成部62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し、表示制御部7は、その断層像データに基づく断層像を表示部81に表示させる。
制御部9は、揺動制御部91と、画像生成制御部92と、動作条件記憶部93とを備えている。上述したように、揺動制御部91は、超音波プローブ2の揺動機構22による揺動動作を制御する。また、画像生成制御部92は、画像処理部6のデータ取得部61によるデータの取得を制御する。また、動作条件記憶部93には、揺動角度と揺動速度と回数情報とを含む揺動条件や、超音波ビームの走査線密度などの条件が記憶されている。また、制御部9は、送受信部3による超音波の送受信を制御する。
ユーザインターフェース(UI)8は、表示部81と操作部82とを備えている。表示部81はCRTや液晶ディスプレイなどのモニタで構成され、3次元画像やMPR画像を表示する。操作部82は、揺動角度、揺動速度、又は走査線密度などの条件の入力を受け付ける。この操作部82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。
なお、画像処理部6、表示制御部7、及び制御部9は、CPUとROM、RAMなどの記憶装置とによって構成されている。記憶装置には、画像処理部6の機能を実行するための画像処理プログラムと、表示制御部7の機能を実行するための表示制御プログラムと、制御部9の機能を実行するための制御プログラムとが記憶されている。画像処理プログラムには、データ取得部61の機能を実行するためのデータ取得プログラムと、画像生成部62の機能を実行するための画像生成プログラムとが含まれている。また、制御プログラムには、揺動制御部91の機能を実行するための揺動制御プログラムと、画像生成制御部92の機能を実行するための画像生成制御プログラムとが含まれている。そして、CPUがデータ取得プログラムを実行することで、記憶部5から各走査領域におけるボリュームデータを取得し、さらに、CPUが画像生成プログラムを実行することで、そのボリュームデータにボリュームレンダリングなどの画像処理を施す。また、CPUが表示制御プログラムを実行することで、3次元画像などの画像を表示部81に表示させる。また、CPUが揺動制御プログラムを実行することで、超音波プローブ2の揺動機構22の動作を制御する。また、CPUが画像生成制御プログラムを実行することで、データ取得部61によるデータの読み込みを制御する。なお、制御プログラムと、画像処理プログラムと、表示制御プログラムとによって、この発明の「超音波診断装置の制御プログラム」の1例を構成する。
次に、超音波振動子群21の揺動動作の1例について説明する。
(第1の動作例)
まず、第1の動作例について図5を参照して説明する。図5は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置による第1の動作例を説明するための概念図である。図5に示すグラフにおいて、横軸は時間tを表し、縦軸は揺動角度を表している。図5において、各走査領域におけるデータ取得のタイミング、画像生成の対象となるデータ、及び表示の更新のタイミングを示す。
第1の動作例においては、超音波振動子群21を揺動させる揺動速度を一定にし、第2走査領域V2における揺動角度の範囲の幅(−α度から+α度までの範囲)と、第3走査領域V3における揺動角度の範囲の幅(+α度から+β度までの範囲)と、第4走査領域V4における揺動角度の範囲の幅(−α度から−β度までの範囲)とを等しくして走査を行う。すなわち、各走査領域の揺動方向(Y方向)における幅を、第2走査領域V2と第3走査領域V3と第4走査領域V4とで等しくして走査を行う。
また、この実施形態では、1例として、第1走査領域V1を1回走査する度に、第2走査領域V2を4回連続して走査する場合について説明する。これにより、揺動制御部91は、揺動の折り返しをカウントしながら、第2走査領域V2においては超音波振動子群21を連続して4回揺動させる。
まず、送受信部3が制御部9の制御の下、超音波振動子群21に超音波ビームを発生させ、超音波ビームを走査方向(X方向)に電子的に走査することでスキャン面Sを走査し、その電子走査を行いながら、揺動機構22が揺動制御部91の制御の下、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に−α度から+α度まで機械的に揺動させる。これにより、送受信部3は、第2走査領域V2におけるボリュームデータA1を取得し、そのボリュームデータA1は記憶部5に記憶される。
データ取得部61は画像生成制御部92の制御の下、第2走査領域V2におけるボリュームデータであって、直近の時間に取得されたボリュームデータA1を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA1に基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成し、表示制御部7は、3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、第2走査領域V2に含まれる組織や穿刺針の立体的な形状や、断面の形状が表示される。
一方、揺動角度検出部23によって揺動角度が検出され、揺動制御部91は、検出された揺動角度が+α度になると、揺動機構22に折り返しの指示を与える。揺動機構22は、揺動制御部91からの指示を受けて、超音波振動子群21を+α度から−α度まで機械的に揺動させる。これにより、送受信部3は、第2走査領域V2におけるボリュームデータA2を取得し、そのボリュームデータA2は記憶部5に記憶される。そして、データ取得部61は画像生成制御部92の制御の下、第2走査領域V2におけるデータであって、直近の時間に取得されたボリュームデータA2を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA2に基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成し、表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、穿刺針が含まれる第2走査領域V2における3次元画像やMPR画像が更新されて表示部81に表示される。
引き続き、揺動機構22は、揺動制御部91からの指示を受けて、超音波振動子群21を−α度から+α度まで機械的に揺動させ、さらに、超音波振動子群21を+α度から−α度まで機械的に揺動させる。これにより、送受信部3は第2走査領域V2におけるボリュームデータA3、A4を順番に取得する。データ取得部61は、ボリュームデータA3、A4を順番に記憶部5から取得して画像生成部62に出力し、画像生成部62はボリュームデータA3、A4にそれぞれ基づく3次元画像データやMPR画像データを順番に生成する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、穿刺針が含まれる第2走査領域V2における3次元画像やMPR画像が順次、更新されて表示部81に表示される。
そして、図5に示す例では、揺動制御部91は、第2走査領域V2において超音波振動子群21を4回連続して揺動させた後、超音波振動子群21を−α度から−β度まで揺動させる。すなわち、揺動制御部91は、第2走査領域V2における揺動の折り返しの回数をカウントして、その数が4回になると、超音波振動子群21を−α度から−β度まで揺動させる。これにより、送受信部3は、第4走査領域V4におけるボリュームデータB1を取得する。データ取得部61は、画像生成制御部92から揺動角度情報と時間情報とを受けて、各走査領域におけるボリュームデータであって、直近の時間に取得されたボリュームデータを記憶部5から取得して画像処理部6に出力する。
例えば、データ取得部61は、第2走査領域V2についてはボリュームデータA4を記憶部5から取得して画像生成部62に出力し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB1を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。そして、画像生成部62は、ボリュームデータA4とボリュームデータB1とを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、第2走査領域V2と第4走査領域V4とが表された3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。
そして、揺動制御部91は、超音波振動子群21を−β度から+β度までを揺動させる。これにより、送受信部3は、第4走査領域V4と、第2走査領域V2と、第3走査領域V3とを順番に走査する。その結果、送受信部3は、第4走査領域V4におけるボリュームデータB2と、第2走査領域V2におけるボリュームデータA5と、第3走査領域V3におけるボリュームデータC1とを順番に取得する。
このとき、データ取得部61は画像生成制御部92の制御の下、第2走査領域V2についてはボリュームデータA4を記憶部5から取得して画像生成部62に出力し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB2を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA4とボリュームデータB2とを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。すなわち、画像生成部62は、第4走査領域V4については、ボリュームデータB1に代えて、直近の時間に取得されたボリュームデータB2を用い、ボリュームデータB2とボリュームデータA4とを結合する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、第4走査領域V4における3次元画像やMPR画像が更新されて表示部81に表示される。
その後、データ取得部61は、第2走査領域V2については、直近の時間に取得されたボリュームデータA5を記憶部5から取得し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB2を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA5とボリュームデータB2とを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。すなわち、画像生成部62は、第2走査領域V2については、ボリュームデータA4に代えて、直近の時間に取得されたボリュームデータA5を用い、ボリュームデータA5とボリュームデータB2とを結合する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、穿刺針が含まれる第2走査領域V2における3次元画像やMPR画像が更新されて表示部81に表示される。
その後、データ取得部61は、第2走査領域V2については、ボリュームデータA5を記憶部5から取得し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB2を記憶部5から取得し、第3走査領域V3については、直近の時間に取得されたボリュームデータC1を記憶部5から記憶して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA5とボリュームデータB2とボリュームデータC1を結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、第2走査領域V2と第3走査領域V3と第4走査領域V4とが表された3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、全体の走査領域V1を表す3次元画像やMPR画像が表示部81に表示されることになる。すなわち、穿刺対象(患部)の全体像を表す3次元画像やMPR画像が表示部81に表示されることになる。
そして、揺動制御部91は、超音波振動子群21を+β度から−α度まで揺動させる。これにより、送受信部3は、第3走査領域V3と第2走査領域V2とを順番に走査する。その結果、送受信部3は、第3走査領域V3におけるボリュームデータC2と、第2走査領域V2におけるボリュームデータA6とを順番に取得する。
このとき、データ取得部61は画像生成制御部92の制御の下、第2走査領域V2についてはボリュームデータA5を記憶部5から取得して画像生成部62に出力し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB2を記憶部5から取得して画像生成部62に出力し、第3走査領域V3については、直近の時間に取得されたボリュームデータC2を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA5とボリュームデータB2とボリュームデータC2とを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。すなわち、画像生成部62は、第3走査領域V3については、ボリュームデータC1に代えて、直近の時間に取得されたボリュームデータC2を用い、ボリュームデータC2とボリュームデータB2とボリュームデータA5とを結合する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、第3走査領域V3における3次元画像やMPR画像が更新されて表示部81に表示される。
その後、データ取得部61は、第2走査領域V2については、直近の時間に取得されたボリュームデータA6を記憶部5から取得し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB2を記憶部5から取得し、第3走査領域V3についてはボリュームデータC2を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA6とボリュームデータB2とボリュームデータC2とを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。すなわち、画像生成部62は、第2走査領域V2については、ボリュームデータA5に代えて、直近の時間に取得されたボリュームデータA6を用い、ボリュームデータA6とボリュームデータB2とボリュームデータC2とを結合する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、穿刺針が含まれる第2走査領域V2における3次元画像やMPR画像が更新されて表示部81に表示される。
以降、揺動制御部91は、上述した揺動のシーケンスを繰り返して実行することで、揺動機構22は、第2走査領域V2においては超音波振動子群21を複数回連続して揺動させる。
図5に示す例では、1秒間で穿刺針が含まれる第2走査領域V2を6回分、走査し、第1走査領域V1を1.5回分、走査したことになる。具体的には、1秒間で、第2走査領域V2におけるボリュームデータA1〜A6が取得され、第4走査領域V4におけるボリュームデータB1、B2が取得され、第3走査領域V3におけるボリュームデータC1、C2が取得される。
なお、図5に示す例では、1回の走査において、それぞれの走査領域を100[ms]の時間をかけて走査している。具体的には、100[ms]の時間をかけて第2走査領域V2を走査している。第3走査領域V3と第4走査領域V4のそれぞれについても、同様に、100[ms]の時間をかけて走査している。また、1つのスキャン面Sを走査する時間を25[ms]とした場合、4つのスキャン面Sを走査することで、1つの走査領域を走査したことになる。
図5に示す例では、第2走査領域V2、第3走査領域V3、及び第4走査領域V4のそれぞれにおいて、同じ時間(100[ms])をかけて走査しているが、それぞれの走査領域を走査する時間の長さを変えても良い。例えば、揺動速度を一定にした場合、各走査領域の範囲の大きさ変えることで、それぞれの走査領域を走査する時間の長さを変えても良い。また、それぞれの走査領域において、1つのスキャン面Sを走査する時間の長さを変えることで、それぞれの走査領域を走査する時間の長さを変えても良い。また、それぞれの走査領域におけるスキャン面Sの数を変えても良い。
(従来技術との比較)
ここで、この実施形態に係る超音波診断装置1による揺動の動作と、従来技術に係る揺動の動作とを、図5と図9とを参照して比較する。図9は、従来技術に係る揺動の動作を説明するための概念図である。図9に示すグラフにおいて、横軸は時間tを表し、縦軸は揺動角度を表している。
図9に示すように、従来技術においては、超音波振動子群を揺動方向(Y方向)に−β度から+β度まで機械的に揺動させ、その後、+β度から−β度まで揺動させ、この揺動を繰り返して行う。従来技術に係る揺動速度を、この実施形態に係る揺動速度と等しくした場合、従来技術に係る揺動の動作では、第2走査領域V2は1秒間で3回走査されて、3つのボリュームデータが取得されることになる。一方、この実施形態に係る超音波診断装置1によると、上述したように、1秒間で第2走査領域V2を6回走査することができ、その結果、6つのボリュームデータを取得することができる。
以上のように、この実施形態によると、従来技術と比べて、第2走査領域V2を約倍の回数走査することが可能となるため、その分、第2走査領域V2におけるボリュームレートが向上して、第2走査領域V2における3次元画像やMPR画像のリアルタイム性が向上する。従って、穿刺針を第2走査領域V2に含ませることで、穿刺針を表す3次元画像やMPR画像のリアルタイム性が向上して、穿刺針の位置をリアルタイムに確認することが可能となる。さらに、この実施形態によると、第1走査領域V1を走査することで、穿刺対象(患部)全体像を表す3次元画像やMPR画像を取得して表示しつつ、穿刺針を表す3次元画像やMPR画像のリアルタイム性を向上させることが可能となる。
(第2の動作例)
次に、第2の動作例について図6と図7とを参照して説明する。図6と図7は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置による第2の動作例を説明するための概念図である。図6と図7とに示すグラフにおいて、横軸は時間tを表し、縦軸は揺動角度を表している。また、図7に示すグラフは、図6における時間t1から時間t2の間を拡大したグラフである。図7において、各走査領域におけるデータ取得のタイミング、及び画像生成の対象となるデータ、表示の更新のタイミングを示す。
第2の動作例においては、超音波振動子群21の揺動において、揺動の折り返しから次の折り返しまでに要する時間を、一定にして各走査領域を走査する。具体的には、穿刺針が含まれる第2走査領域V2における揺動速度よりも、第3走査領域V3と第4走査領域V4を含む走査領域の間における揺動速度を速くして各走査領域を走査する。
操作者は操作部82を用いて、例えば、各走査領域を規定するための揺動角度(+α度、−α度、+β度、−β度)と、第2走査領域V2における第1揺動速度と、第2走査領域V2を連続して走査する回数とを入力する。操作部82から入力された揺動角度情報と揺動速度情報と回数情報は、ユーザインターフェース(UI)8から制御部9に出力され、動作条件記憶部93に記憶される。制御部9は、第2走査領域V2における第1揺動速度と第2走査領域V2の範囲(−α度から+α度)とに基づいて、第2走査領域V2を1回走査するために要する時間を求める。すなわち、第2走査領域V2において、超音波振動子群21を−α度から+α度まで揺動するために要する時間を求める。この時間が、折り返しから次の折り返しまでに要する時間となり、第2の動作例では、この時間を一定にして各走査領域を走査する。
また、操作者が操作部82を用いて、揺動の折り返しから次の折り返しまでに要する時間を入力しても良い。この場合、制御部9は、第2走査領域V2の範囲とその時間とに基づいて、第2走査領域V2における第1揺動速度を求める。
そして、制御部9は、揺動の折り返しから次の折り返しまでに要する時間と、第2走査領域V2と第4走査領域V4の範囲(+α度から−β度)とに基づいて、第2走査領域V2と第4走査領域V4を続けて走査するときの第2揺動速度を求める。同様に、制御部9は、揺動の折り返しから次の折り返しまでに要する時間と、第1走査領域の範囲(−β度から+β度)とに基づいて、第1走査領域V1の全体を続けて走査するときの第3揺動速度を求める。
超音波振動子群21の揺動において、揺動の折り返しから次の折り返しまでの時間を一定にした場合、より広い走査領域を続けて走査するときの揺動速度が一番速くなり、より狭い走査領域を走査するときの揺動速度が一番遅くなる。上述した例では、第1走査領域V1を続けて走査するときの第3揺動速度が一番速くなり、第2走査領域V2と第4走査領域(又は第3走査領域V3)とを続けて走査するときの第2揺動速度が2番目に速くなり、第2走査領域V2を走査するときの第1揺動速度が一番遅くなる。第1揺動速度、第2揺動速度、及び第3揺動速度は、揺動条件として動作条件記憶部93に記憶され、揺動制御部91は各揺動速度に従って超音波振動子群21を揺動させる。
第1揺動速度、第2揺動速度、及び第3揺動速度を用いた揺動の制御について、図6と図7を参照して説明する。図6と図7に示すように、送受信部3が制御部9の制御の下、超音波振動子群21に超音波ビームを発生させ、超音波ビームを走査方向(X方向)に電子的に走査することでスキャン面Sを走査し、その電子走査を行いながら、揺動機構22が揺動制御部91の制御の下、第1揺動速度に従って、超音波振動子群21を揺動方向(Y方向)に−α度から+α度まで機械的に揺動させる。これにより、図7に示すように、送受信部3は、第2走査領域V2におけるボリュームデータA1を取得し、そのボリュームデータA1は記憶部5に記憶される。
データ取得部61は画像生成制御部92の制御の下、第2走査領域V2におけるボリュームデータであって、直近の時間に取得されたボリュームデータA1を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA1に基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成し、表示制御部7は、3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。
同様に、揺動機構22は揺動制御部91の制御の下、第1揺動速度に従って、超音波振動子群21を+α度から−α度まで機械的に揺動させ、さらに、超音波振動子群21を−α度から+α度まで機械的に揺動させる。これにより、送受信部3は第2走査領域V2におけるボリュームデータA2、A3を順番に取得する。データ取得部61は、ボリュームデータA2、A3を順番に記憶部5から取得して画像生成部62に出力し、画像生成部62はボリュームデータA2、A3にそれぞれ基づく3次元画像データやMPR画像データを順番に生成する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。
そして、図6と図7に示す例では、揺動制御部91は、第2走査領域V2において超音波振動子群21を第1揺動速度で3回連続して揺動させた後、揺動速度を第1揺動速度から第2揺動速度に変えて、超音波振動子群21を+α度から−β度まで揺動させる。すなわち、揺動制御部91は、第2走査領域V2における揺動の回数をカウントして、設定された回数(4回)よりも1回少ない回数(3回)をカウントした場合、揺動速度を第1揺動速度から第2揺動速度に変えて、超音波振動子群21を+α度から−β度まで揺動させる。これにより、送受信部3は第2走査領域V2におけるボリュームデータA4と、第4走査領域V4におけるボリュームデータB1とを順番に取得する。データ取得部61は、第2走査領域V2については直近の時間に取得されたボリュームデータA4を記憶部5から取得し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB1を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。そして、画像生成部62は、ボリュームデータA4とボリュームデータB1とを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、第2走査領域V2と第4走査領域V4とが表された3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。
そして、揺動制御部91は、揺動速度を第2揺動速度から第3揺動速度に変えて、超音波振動子群21を−β度から+β度まで揺動させる。これにより、送受信部3は、第4走査領域V4と、第2走査領域V2と、第3走査領域V3とを順番に走査する。その結果、送受信部3は、第4走査領域V4におけるボリュームデータB2と、第2走査領域V2におけるボリュームデータA5と、第3走査領域V3におけるボリュームデータC1とを順番に取得する。
このとき、データ取得部61は画像生成制御部92の制御の下、第2走査領域V2についてはボリュームデータA4を記憶部5から取得して画像生成部62に出力し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB2を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA4とボリュームデータB2とを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、第4走査領域V4における3次元画像やMPR画像が更新されて表示部81に表示される。
その後、データ取得部61は、第2走査領域V2については、直近の時間に取得されたボリュームデータA5を記憶部5から取得し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB2を記憶部5から取得して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA5とボリュームデータB2とを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、新たな3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、穿刺針が含まれる第2走査領域V2における3次元画像やMPR画像が更新されて表示部81に表示される。
その後、データ取得部61は、第2走査領域V2については、ボリュームデータA5を記憶部5から取得し、第4走査領域V4についてはボリュームデータB2を記憶部5から取得し、第3走査領域V3については、直近の時間に取得されたボリュームデータC1を記憶部5から記憶して画像生成部62に出力する。画像生成部62は、ボリュームデータA5とボリュームデータB2とボリュームデータC1を結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。表示制御部7は、表示部81に表示されている画像を更新して、第2走査領域V2と第3走査領域V3と第4走査領域V4とが表された3次元画像やMPR画像を表示部81に表示させる。これにより、全体の走査領域V1を表す3次元画像やMPR画像が表示部81に表示されることになる。すなわち、穿刺対象(患部)の全体像を表す3次元画像やMPR画像が表示部81に表示されることになる。
そして、図6に示すように、揺動機構22は揺動制御部91の制御の下、揺動速度を第3揺動速度から第2揺動速度に変えて、超音波振動子群21を+β度から−α度まで揺動させる。これにより、送受信部3は、第3走査領域V3と第2走査領域V2とを順番に走査する。その結果、送受信部3は、第3走査領域V3におけるボリュームデータC2と、第2走査領域V2におけるボリュームデータA6とを順番に取得する。
以降、揺動制御部91は、上述した揺動のシーケンスを繰り返して実行することで、揺動機構22は、第2走査領域V2においては第1揺動速度で超音波振動子群21を複数回連続して揺動させ、第2走査領域V2と第3走査領域V3(又は第4走査領域V4)との間を続けて走査する場合には、第2揺動速度で超音波振動子群21を揺動させ、第1走査領域V1の間を続けて走査する場合には、第1揺動速度で超音波振動子群21を揺動させる。
なお、図6と図7に示す例では、超音波振動子群21の揺動において、揺動の折り返しから次の折り返しまでに要する時間を100[ms]として、走査を行っている。
この第2の動作によると、第1の動作と同様に、第1走査領域V1を1回走査する度に、第2走査領域V2を複数回連続して走査することで、穿刺対象(患部)の全体像を表す3次元画像やMPR画像を取得して表示しつつ、穿刺針を表す3次元画像やMPR画像のリアルタイム性を向上させることが可能となる。さらに、第2の動作によると、揺動の折り返しから次の折り返しまでに要する時間が一定であるため、第2走査領域V2におけるボリュームデータが取得される時間の間隔のばらつきが少なくなり、ほぼ同じ時間の間隔で取得することが可能となる。具体的には、ボリュームデータA1、A2、A3の間においては、データが取得される時間の間隔が一定になり、さらに、ボリュームデータA3と、ボリュームデータA4と、ボリュームデータA5との間においては、データが取得される時間の間隔がほぼ一定になる。このように、第2走査領域V2におけるボリュームデータが、ほぼ一定の時間間隔で取得されるため、第2走査領域V2における3次元画像やMPR画像をほぼ一定の時間間隔で更新して表示することが可能となる。
(第3の動作)
上述した第1の動作においては、揺動速度を一定にして揺動を行い、第2の動作においては、揺動の折り返しから次の折り返しまでに要する時間を一定にして揺動を行っている。この実施形態に係る超音波診断装置1による揺動の動作はこれらに限定されず、揺動速度を任意に変えても良いし、次の折り返しまでに要する時間を任意に変えても良い。例えば、第2の動作において、第1揺動速度と第2揺動速度とを同じ速度にし、第3揺動速度のみを変えて揺動を行っても良い。この場合、次の折り返しまでに要する時間が一定にならないが、第2走査領域V2を複数回連続して走査することで、穿刺針を表す3次元画像やMPR画像のリアルタイム性を向上させることができる。また、各走査領域の範囲を変えても良い。具体的には、第2走査領域V2を規定する揺動角度の範囲と、第3走査領域V3を規定する揺動角度の範囲と、第4走査領域V4を規定する揺動角度の範囲とをそれぞれ変えても、この実施形態に係る効果を奏することができる。
(表示される画像)
次に、画像生成部62によって生成されて表示部81に表示される3次元画像やMPR画像の1例について、図8を参照して説明する。図8は、この発明の実施形態に係る超音波診断装置によって取得された画像の表示例を示す画面の図である。
例えば、画像生成部62は、各走査領域におけるボリュームデータを結合したボリュームデータに基づいて、3次元画像データと、揺動方向(Y方向)から見た画像データと、走査方向(X方向)から見た画像データと、深さ方向(Z方向)から見た画像データとを生成し、表示制御部7はそれらの画像を表示部81に表示させる。例えば、表示制御部7は4つの画像を同時に表示部81に表示させる。
画像の表示例を図8に示す。例えば図8に示すように、表示制御部7は、穿刺対象241と穿刺針242とが立体的に表された3次元画像240を表示部81に表示させる。この3次元画像240において、破線で示す領域243が第2走査領域V2に対応している。また、表示制御部7は、画像210、220、230を同時に表示部81に表示させる。画像210は、揺動方向(Y方向)から見たMPR画像であり、第2走査領域V2においてスキャン面Sに沿った断面における画像に相当する。この画像210には、揺動方向から見た穿刺対象211と穿刺針212とが表されている。また、画像220は、走査方向(X方向)から見たMPR画像であり、走査方向から見た穿刺対象221と穿刺針222とが表されている。この画像220において、破線で示す領域223が第2走査領域V2に対応している。また、画像230は、深さ方向(Z方向)から見たMPR画像であり、深さ方向から見た穿刺対象231と穿刺針232とが表されている。この画像230において、破線で示す領域233が第2走査領域V2に対応している。
画像210は揺動方向(Y方向)から見たMPR画像であり、第2走査領域V2においてスキャン面Sに沿った断面における画像であるため、第2走査領域V2における画像のみが含まれる。一方、画像220は走査方向(X方向)から見たMPR画像であり、画像230は深さ方向(Z方向)から見たMPR画像であるため、穿刺針を対象とした第2走査領域V2における画像と、それ以外の第3走査領域V3と第4走査領域V4における画像とが含まれている。また、表示制御部7は、画像220の断面の位置を示す座標情報を受けて、画像220の断面の位置を示すライン213を画像210に重ねて表示部81に表示させても良い。同様に、表示制御部7は、画像230の断面の位置を示す座標情報を受けて、画像230の断面の位置を示すライン214を画像210に重ねて表示部81に表示させても良い。
なお、画像210、220、230はMPR画像の他に、MIP画像や、厚み付きのMIP画像又は厚み付きのMPR画像などであっても良い。また、図8に示す画像は1例であり、4つの画像を表示部81に表示せずに、所望の方向から見た画像のみを表示部81に表示しても良い。
また、操作者は表示部81に表示されている画像を観察して、穿刺針が第2走査領域V2に含まれるように、操作部82を用いて第2走査領域V2の範囲を指定しても良い。具体的には、操作者は操作部82によって、第2走査領域V2を規定する揺動角度の範囲を入力する。操作部82によって入力された揺動角度情報は、ユーザインターフェース(UI)8から制御部9に出力され、動作条件記憶部93に揺動条件として記憶される。揺動制御部91は、新たに設定された揺動条件に従って超音波振動子群21の揺動を制御する。このように、穿刺を行っているときに第2走査領域V2の範囲を任意に変えることで、穿刺針の位置が第2走査領域V2から外れた場合であっても、穿刺針を第2走査領域V2の範囲内に含ませて走査を行うことが可能となる。
なお、第2走査領域V2を設定するために、穿刺対象(患部)を含むように3次元の走査領域を超音波で走査して、表示部81に全体像を表す3次元画像を表示する。操作者は、表示部81に表示されている3次元画像を観察して、操作部82を用いて、第1走査領域V1と第2走査領域V2を指定する。具体的には、操作者はその3次元画像を観察しながら、操作部82を用いて第1走査領域V1の揺動角度の範囲と第2走査領域V2の揺動角度の範囲を入力する。また、操作者は操作部82を用いて、第2走査領域V2の揺動角度の範囲、第3走査領域V3の揺動角度の範囲、及び第4走査領域V4の揺動角度の範囲を入力しても良い。
(変型例)
次に、超音波診断装置1の変型例について説明する。上述した実施形態においては、超音波プローブ2に機械式1次元アレイプローブを用い、超音波振動子群21の揺動を制御することで3次元の走査領域を走査する。その変型例として、超音波プローブ2に2次元アレイプローブを用いて、第1走査領域V1を1回走査する度に、第2走査領域V2を複数回連続して走査しても良い。
例えば図5に示すように、送受信部3は制御部9の制御の下、第2走査領域V2を4回連続して走査することで、4回連続して第2走査領域V2におけるボリュームデータを取得し、その後、第1走査領域V1を1回走査することで、第1走査領域V1におけるボリュームデータを取得する。このように、2次元アレイプローブを用いた場合であっても、第1走査領域V1を1回走査する度に、第2走査領域V2を複数回連続して走査することで、穿刺対象(患部)の全体像を表す3次元画像やMPR画像を取得して表示しつつ、穿刺針を表す3次元画像やMPR画像のリアルタイム性を向上させることが可能となる。
また、この実施形態においては、画像生成部62が各走査領域におけるボリュームデータを結合し、結合したボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する。この結合方法は1例であり、ボリュームデータを結合せずに、3次元画像データやMPR画像データを結合しても良い。例えば、画像生成部62が、各走査領域におけるボリュームデータにボリュームレンダリングを施すことで、各走査領域を表す3次元画像データを生成する。そして、画像生成部62は、各走査領域における3次元画像データを結合することで全体を表す3次元画像データを生成し、表示制御部7は、全体を表す3次元画像データに基づく3次元画像を表示部81に表示させる。画像生成部62は、各走査領域におけるボリュームデータが新たに取得されると、その走査領域におけるボリュームデータに基づいて、その走査領域における3次元画像データを生成する。そして、画像生成部62は、その走査領域における3次元画像データと、他の走査領域における3次元画像データとを結合することで、全体を表す3次元画像データを生成する。このように、レンダリング後の画像データを結合した場合も、上述した実施形態と同じ効果を奏することができる。また、表示制御部7が、各走査領域における3次元画像を繋ぎ合わせて表示部81に表示させても良い。
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超音波プローブの機構を示す模式図である。 この発明の実施形態に係る超音波診断装置によって走査される3次元の走査領域を示す概念図である。 この発明の実施形態に係る超音波診断装置によって走査される3次元の走査領域と、その走査領域を走査するためのシーケンスとを示す概念図である。 この発明の実施形態に係る超音波診断装置による第1の動作例を説明するための概念図である。 この発明の実施形態に係る超音波診断装置による第2の動作例を説明するための概念図である。 この発明の実施形態に係る超音波診断装置による第2の動作例を説明するための概念図である。 この発明の実施形態に係る超音波診断装置によって取得された画像の表示例を示す画面の図である。 従来技術に係る揺動の動作を説明するための概念図である。
符号の説明
1 超音波診断装置
2 超音波プローブ
3 送受信部
4 信号処理部
5 記憶部
6 画像処理部
7 表示制御部
8 ユーザインターフェース(UI)
9 制御部
21 超音波振動子群
22 揺動機構
23 揺動角度検出部
61 データ取得部
62 画像生成部
81 表示部
82 操作部
91 揺動制御部
92 画像生成制御部
93 動作条件記憶部

Claims (8)

  1. 3次元の走査領域を走査することで、前記走査領域におけるボリュームデータを取得するスキャン手段と、
    3次元の第1走査領域を前記スキャン手段に走査させることで、前記第1走査領域におけるボリュームデータを取得させ、前記第1走査領域よりも小さく前記第1走査領域に含まれる第2走査領域を複数回連続して前記スキャン手段に走査させることで、前記第2走査領域におけるボリュームデータを連続して取得させる制御手段と、
    前記第1走査領域におけるボリュームデータに基づいて、前記第2走査領域を含む前記第1走査領域における超音波画像データを生成し、前記複数回連続して走査することで前記第2走査領域におけるボリュームデータが取得されるたびに、前記第2走査領域におけるボリュームデータを更新して新たな超音波画像データを生成する画像生成手段と、
    前記生成された超音波画像データに基づく超音波画像を表示手段に表示させ、前記新たな超音波画像データが生成されるたびに、前記表示手段に表示されている超音波画像を更新して前記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. 前記制御手段は、前記第1走査領域を1回走査する度に、前記第2走査領域を前記複数回数連続して前記スキャン手段に走査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. 前記スキャン手段は、
    複数の超音波振動子が所定方向に1列に配置された超音波振動子群と、
    前記超音波振動子群を前記所定方向に直交する揺動方向に揺動させる揺動手段と、
    前記超音波振動子群に超音波を送受信させることで、前記所定方向に沿ったスキャン面内を超音波で走査する送受信手段と、を有し、
    前記送受信手段が、前記スキャン面内を超音波で走査しながら、前記揺動手段が前記超音波振動子群を前記揺動方向に揺動させることで、前記走査領域におけるボリュームデータを取得し、
    前記制御手段は、前記揺動手段による揺動を制御して、前記第1走査領域に対応する第1の揺動角度の範囲内で前記超音波振動子群を揺動させることで、前記第1走査領域におけるボリュームデータを前記スキャン手段に取得させ、前記第2走査領域に対応し、前記第1の揺動角度よりも狭い第2の揺動角度の範囲内で前記超音波振動子群を複数回連続して揺動させることで、前記第2走査領域におけるボリュームデータを連続して前記スキャン手段に取得させることを特徴とする請求項1又は請求項2のいずれかに記載の超音波診断装置。
  4. 前記制御手段は、前記第1走査領域における前記超音波振動子群の前記揺動方向への揺動速度と、前記第2走査領域における前記超音波振動子群の前記揺動方向への揺動速度とを等しくして前記超音波振動子群を揺動させることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
  5. 前記制御手段は、前記第1走査領域における前記超音波振動子群の前記揺動方向への揺動速度を、前記第2走査領域における前記超音波振動子群の前記揺動方向への揺動速度よりも速くして前記超音波振動子群を揺動させることを特徴とする請求項3に記載の超音波診断装置。
  6. 前記制御手段は、前記第1の揺動角度の範囲内において前記揺動方向の略中央における範囲を前記第2の揺動角度の範囲として、前記第1の揺動角度の範囲内で前記超音波振動子群を揺動させ、
    前記画像生成手段は、前記第2走査領域におけるボリュームデータ、又は、前記第1走査領域におけるボリュームデータであって前記第2走査領域以外の領域におけるボリュームデータが前記スキャン手段によって取得されるたびに、それぞれの領域におけるボリュームデータを更新して前記新たな超音波画像データを生成することを特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載の超音波診断装置。
  7. 前記画像生成手段は、前記第2走査領域においては、前記スキャン面に沿った断面における画像データを生成することを特徴とする請求項3から請求項6のいずれかに記載の超音波診断装置。
  8. 3次元の走査領域を超音波で走査することで、前記走査領域におけるボリュームデータを取得するスキャン手段と、前記ボリュームデータに基づく画像を表示する表示手段とを備えた超音波診断装置を制御するコンピュータに、
    3次元の第1走査領域を前記スキャン手段に走査させることで、前記第1走査領域におけるボリュームデータを取得させ、前記第1走査領域よりも小さく前記第1走査領域に含まれる第2走査領域を複数回連続して前記スキャン手段に走査させることで、前記第2走査領域におけるボリュームデータを連続して取得させる制御機能と、
    前記第1走査領域におけるボリュームデータに基づいて、前記第2走査領域を含む前記第1走査領域における超音波画像データを生成し、前記複数回連続して走査することで前記第2走査領域におけるボリュームデータが取得されるたびに、前記第2走査領域におけるボリュームデータを更新して新たな超音波画像データを生成する画像生成機能と、
    前記生成された超音波画像データに基づく超音波画像を前記表示手段に表示させ、前記新たな超音波画像データが生成されるたびに、前記表示手段に表示されている超音波画像を更新して前記表示手段に表示させる表示制御機能と、
    を実行させることを特徴とする超音波診断装置の制御プログラム。
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