JP2009232947A - 超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパウンド画像を取得する際のスラント角度の設定作業を、無くすことができる超音波撮像装置を実現する。
【解決手段】送受信方向自動設定手段６２により、コンパウンドスキャンを行う場合のスラント角度を、自動で設定し、オペレータがコンパウンド画像の撮像を行う際の操作性を向上することを実現させる。
【選択図】図６

Description

この発明は、コンパウンド（ｃｏｍｐｏｕｎｄ）画像を取得して画質の向上を計る超音波撮像装置に関する。

近年、超音波撮像装置の画質改善の為、コンパウンドスキャン（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｃａｎ）が用いられている。コンパウンドスキャンは、同一の撮像領域で、超音波の照射方向が異なる複数の断層画像情報を取得し、これら複数の断層画像情報を重ね合わせてコンパウンド画像を作成する。

コンパウンド画像では、断層画像に含まれるスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）として知られているアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔ）を軽減し、画質の向上が計られる（例えば、特許文献１参照）。

オペレータは、コンパウンド画像の取得を行う場合に、被検体の深度方向をなす正面方向に照射される超音波に対して、斜め方向に傾いて照射される超音波の傾き角度を、手動で設定する。このスラント（ｓｌａｎｔ）角度と呼ばれる傾き角度は、オペレータの目的とする診断部位で最適の画像が取得される様に調整される。
特開２００５−１５２６４８号公報、（第1頁、第１図）

しかしながら、上記背景技術によれば、スラント角度の手動設定は、超音波撮像装置の操作性を低下させるものである。すなわち、オペレータは、撮像を開始する前に、焦点深度および深度方向の撮像範囲等の撮像条件情報を設定し、スキャン（ｓｃａｎ）を開始する。

ここで、撮像条件情報は、診断部位に応じて決まり、概ね撮像中は一定とされる。一方、コンパウンド画像を取得する際のスラント角度は、コンパウンド画像の撮像を行い、画像を参照しつつ逐次調整されることも多い。この作業は、手間のかかるものであり、臨床現場で早急に診断部位の撮像を行いたいオペレータにとって負担となる。

この発明は、上述した背景技術による課題を解決するために為されたものであり、コンパウンド画像を取得する際のスラント角度の設定作業を、無くすことができる超音波撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体の深度方向に当たる第１の方向への超音波の送受信により、第１の断層画像情報を取得し、さらに前記第１の方向に対して正負のスラント角度を有する第２の方向および第３の方向への超音波の送受信により、前記被検体の第２の断層画像情報および第３の断層画像情報を取得し、前記第１の断層画像情報、前記第２の断層画像情報および前記第３の断層画像情報を合成し、コンパウンド画像を形成する超音波撮像装置であって、前記超音波撮像装置は、さらに前記第１の方向の送受信を行う際の送受信条件である撮像条件情報を入力する入力部と、前記撮像条件情報に基づいて前記スラント角度を算出し、前記算出されたスラント角度を用いて前記第２の方向および前記第３の方向への超音波の送受信を行わせる制御部とを備えることを特徴とする。

この第１の観点による発明では、制御部により、撮像条件情報に基づいて、スラント角度を自動的に算出し、第２および第３の断層画像情報を取得する。

また、第２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体に対して送受信を行う送受信方向を、一次元的に配列された圧電素子アレイを構成する複数の圧電素子を遅延駆動する電子フォーカスにより制御し、前記送受信方向の断層画像情報を取得する画像取得部と、前記画像取得部に、前記被検体の深度方向に当たる第１の方向の送受信により、第１の断層画像情報を取得させ、さらに前記第１の方向に対して正負のスラント角度を有する第２の方向および第３の方向の送受信により、第２の断層画像情報および第３の断層画像情報を取得させるコンパウンド画像取得制御部と、前記第１の断層画像情報、前記第２の断層画像情報および前記第３の断層画像情報を合成し、コンパウンド画像を形成するコンパウンド画像形成部とを備える超音波撮像装置であって、前記超音波撮像装置は、さらに前記第１の方向の送受信を行う際の送受信条件である撮像条件情報を入力する入力部と、前記撮像条件情報に基づいて、前記スラント角度を算出し、前記コンパウンド画像取得制御部に設定する送受信方向自動設定手段とを備えることを特徴とする。

この第２の観点による発明では、送受信方向自動設定手段により、撮像条件情報に基づいて、スラント角度を自動的に算出し、コンパウンド画像取得制御部に設定する。

また、第３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２の観点に記載の超音波撮像装置において、前記撮像条件情報が、前記被検体の深度方向に設定される前記電子フォーカスの焦点深度および前記被検体の深度方向に設定される前記断層画像情報の撮像範囲深度を含むことを特徴とする。

また、第４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記送受信方向自動設定手段が、前記焦点深度および前記撮像範囲深度の少なくとも１つを用いて、前記スラント角度を算出するスラント角度算出手段を備えることを特徴とする。

この第４の観点の発明では、スラント角度を、診断したい部位で最適な画像を得る様にする。

また、第５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第４の観点に記載の超音波撮像装置において、前記スラント角度算出手段が、前記焦点深度および前記撮像範囲深度の少なくとも１つを用いて、前記コンパウンド画像の深度方向に位置する最適化領域を求める最適化領域算出手段を備えることを特徴とする。

この第５の観点の発明では、焦点深度および撮像範囲深度の少なくとも１つを用いて、深度方向の最適化領域を決める。

また、第６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記最適化領域算出手段が、前記最適化領域の深度方向の中心位置を、前記焦点深度の位置とし、前記最適化領域の深度方向の幅を、前記撮像範囲深度に最適化領域比率を乗じて求めた最適化領域深度幅とすることを特徴とする。

この第６の観点の発明では、最適化領域を、最適化領域比率から求まる最適化領域深度幅を有するものにする。

また、第７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第６の観点に記載の超音波撮像装置において、前記入力部が、前記最適化領域比率の情報を入力する最適化領域比率入力手段を備えることを特徴とする。

この第７の観点の発明では、最適化領域比率を、オペレータにより設定できるようにする。

また、第８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第５ないし７の観点のいずれか１つに記載の超音波撮像装置において、前記スラント角度算出手段が、前記圧電素子アレイを含む超音波プローブのプローブ情報に基づいて、前記圧電素子で発生される超音波の音圧が示す指向特性の角度分布情報を算出する指向特性算出手段を備えることを特徴とする。

この第８の観点の発明では、指向特性算出手段により、圧電素子が有する指向特性の角度分布情報を求める。

また、第９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第８の観点に記載の超音波撮像装置において、前記スラント角度算出手段が、前記角度分布情報を用いて、前記圧電素子で発せられる超音波が有する前記深度方向の音圧に対する前記深度方向と所定角度をなす方向の音圧の比率が所定の許容比率以上となる最大振れ角度を求め、前記圧電素子のいずれもが、前記電子フォーカスを行う方向の超音波の射出角度を、前記最適化領域の一部あるいはすべてで前記最大振れ角度以下となるように前記スラント角度を算定することを特徴とする。

この第９の観点の発明では、スラント角度算出手段により、スラント角度を、圧電素子が射出する超音波の電子フォーカス方向の最適化領域で、概ね最大振れ角度以下とし、感度の高いものにする。

また、第１０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第９の観点に記載の超音波撮像装置において、前記入力部が、前記許容比率の情報を入力する許容比率入力手段を備えることを特徴とする。

この第１０の観点の発明では、オペレータによる許容比率の設定により、最大振れ角度を調整する。

また、第１１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第９または１０の観点に記載の超音波撮像装置において、前記スラント角度算出手段が、前記スラント角度が、所定の下限スラント角度以下である場合に、前記許容比率を小さな値にすることを特徴とする。

この第１１の観点の発明では、スペックルの除去が充分でない場合には、感度を低下させる。

また、第１２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第１１の観点に記載の超音波撮像装置において、前記入力部が、前記下限スラント角度の情報を入力する下限スラント角度入力手段を備えることを特徴とする。

この第１２の観点の発明では、オペレータによる下限スラント角度の設定により、スペックルの除去具合を調整する。

本発明によれば、コンパウンドスキャンを行う際の、オペレータの操作性を向上し、オペレータにとって負担の無い撮像を行うことができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる超音波撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。

まず、本実施の形態にかかる超音波撮像装置の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる超音波撮像装置の全体構成を示すブロック（ｂｌｏｃｋ）図である。この超音波撮像装置は、超音波プローブ（ｐｒｏｂｅ）１０１、画像取得部１０９、コンパウンド画像形成部１０３、画像メモリ部（ｍｅｍｏｒｙ）部１０４、画像表示制御部１０５、表示部１０６、入力部１０７および制御部１０８を含む。

超音波プローブ１０１は、超音波を送受信するための部分、つまり被検体１の撮像断面に超音波を繰り返し照射し、被検体１の内部から反射される超音波信号を、時系列的な音線として受信する。超音波プローブ１０１は、同時に超音波の照射方向を順次切り替えながら電子走査を行う。超音波プローブ１０１の内部には、アレイ（ａｒｒａｙ）状に圧電素子が配列された圧電素子アレイおよび電子走査を行う際に、駆動する圧電素子を順次切り換えるアナログマルチプレクサが存在する。

画像取得部１０９は、超音波プローブ１０１と同軸ケーブル（ｃａｂｌｅ）によって接続され、超音波プローブ１０１の圧電素子を駆動するための電気信号の発生および受信した超音波信号の初段増幅を行う送受信部および受信信号を処理し、断層画像情報であるＢモード（ｍｏｄｅ）画像情報あるいは血流情報であるＣＦＭモード等の画像情報を形成する処理部を含む。

また、画像取得部１０９は、コンパウンドスキャン（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｃａｎ）を行う場合には、被検体１の深度方向をなす第１の方向に超音波ビームの音線が向く第１の断層画像情報、第１の方向からスラント角度だけ斜めに向いた音線からなる第２の断層画像情報および第１の方向に対して第２の方向と対称方向をなす第３の方向の音線からなる第３の断層画像情報を、順次、繰り返し取得する。なお、送受信部およびＢモード処理部については、後に詳述する。

コンパウンド画像形成部１０３は、メモリおよび画像加算部を有し、第１の断層画像情報、第２の断層画像情報および第３の断層画像情報を重ねあわせ一枚のコンパウンド画像情報を形成する。

画像メモリ部１０４は、取得されるコンパウンド画像情報等の断層画像情報を蓄積するための画像メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）である。特に、画像メモリ部１０４は、時間的に変化する断層画像情報を、一枚の断層画像情報を構成するフレーム（ｆｒａｍｅ）を最小単位として、撮像が行われた取得の時間情報と共に保存する。

画像表示制御部１０５は、Ｂモード処理部で生成されたＢモード画像情報等の表示フレームレート（ｆｒａｍｅ
ｒａｔｅ）変換、カラー表示制御、並びに、Ｂモード画像情報の表示画像の形状や位置制御を行う。また、Ｂモード画像情報等の表示画像上での関心領域を示すＲＯＩ（ｒｅｇｉｏｎ
ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の表示も行う。

表示部１０６は、ＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）あるいはＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）等を用いて、画像表示制御部１０５から出力された画像情報を、オペレータに対して可視表示する。

入力部１０７は、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）およびポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）等からなり、オペレータにより、スキャン（ｓｃａｎ）を行う際の撮像条件情報が入力される。撮像条件情報は、撮像モードの選択情報、送信超音波の焦点深度情報および深度方向の撮像範囲深度等を含み、制御部１０８に入力される。

また、入力部１０７は、コンパウンド画像を形成する際の、第１の方向と、第２の方向および第３の方向とのなす角度であるスラント角度を自動設定する場合に用いられる、最適化条件の最適化条件入力部も有する。

制御部１０８は、入力部１０７から入力された撮像条件情報および予め記憶されたプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）やデータ（ｄａｔａ）に基づいて、上述した超音波撮像装置各部の動作を制御し、表示部１０６にコンパウンド画像等を表示する。例えば、制御部１０８は、入力された撮像条件情報およびコンパウンドスキャンの最適化条件に基づいて、コンパウンドスキャンを行う場合のスラント角度を決定し、画像取得部１０９を制御する遅延時間等の送受信パラメータ値を算出し、画像取得部１０９に送信する。

図２は、超音波プローブ１０１および画像取得部１０９の詳細な構成を示すブロック図である。超音波プローブ１０１は、圧電素子アレイ１０およびアナログマルチプレクサ（ａｎａｌｏｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）１１を含み、画像取得部１０９は、送受信部１０２およびＢモード処理部１１０を含む。

送受信部１０２は、超音波プローブ１０１と同軸ケーブル（ｃａｂｌｅ）によって接続されており、超音波プローブ１０１の圧電素子を駆動するための高電圧の電気信号を発生するパルサ（ｐｕｌｓｅｒ）および受信した反射超音波パルスの初段増幅を行う増幅器を有する。送受信部１０２は、電子フォーカス（ｆｏｃｕｓ）を行う為に、概ね同時駆動される複数のパルサおよび増幅器を有する。

アナログマルチプレクサ１１は、高耐電圧のアナログ電子スイッチ（ｓｗｉｔｃｈ）で、圧電素子アレイ１０の圧電素子と一対一に接続される入出力端子および送受信部１０２と一対一に接続される入出力端子を有する。例えば、圧電素子の数が２５６チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）からなる圧電素子アレイ１０および送受信回路の数が６４チャネルからなる送受信部１０２の場合には、アナログマルチプレクサ１１は、探触子アレイと接続される側に２５６チャネルの接続端子を有し、送受信回路と接続される側には６４チャネルの接続端子を有する。なお、圧電素子アレイ１０は、圧電素子がアレイ状に１次元配列されたものである。

図３は、アナログマルチプレクサ１１の動作および圧電素子アレイ１０で送受信される超音波パルスの動作を模式的に示す説明図である。図３は、圧電素子アレイ１０および５チャネルの送受信回路を有する送受信部１０２の場合の例である。アナログマルチプレクサ１１は、アレイ状に配列された圧電素子アレイ１０から、送受信を行う隣接した５チャネルの圧電素子を選択する。なお、送受信を行う圧電素子の選択情報、すなわち超音波が送受信される音線の位置情報は、制御部１０８からアナログマルチプレクサ１１に入力される。

図３の例では、選択された５つの圧電素子により、Ｂモード画像で一つの音線を形成する画像情報の送受信を行う。この送受信では、５つの圧電素子の内の中心に位置するチャネルで、送信の起動パルスあるいは受信の反射超音波パルスに最も大きな遅延時間が加えられる。送信超音波は、この遅延動作により、探触子アレイの表面から超音波が照射される音線方向の所定の深さにある焦点深度位置で同位相に重なり合い焦点を結ぶ。なお、焦点深度位置は、圧電素子アレイ１０の超音波を照射する側の表面位置を原点とし、超音波の照射方向に正の値を有する座標軸を用いて表現される。従って、焦点深度位置の値と、圧電素子アレイ１０の表面から焦点までの距離である焦点深度とは、同一の値を有し、以下では同等のものとして扱う。

図３には、音線１の実線および音線２、３の破線を用いて、超音波パルスの軌跡および焦点深度位置で焦点が結ばれる様子を模式的に示している。なお、受信超音波パルスは、選択された圧電素子相互で遅延加算される。遅延加算された照射方向の反射超音波パルスは、送信と同様に焦点深度位置に焦点を結ぶ、一本の音線上のＢモード画像情報を形成する。図３には、Ｂモード画像を構成する音線１，２，３，・・・の電子走査を行う場合の走査位置が図示されている。

アナログマルチプレクサ１１は、圧電素子が配列される配列方向に、選択された圧電素子の位置を、例えば一つずつ移動し電子走査を行う。この電子走査により、音線は、配列方向に一つの圧電素子の大きさだけ移動する。図３には、電子走査により配列方向に移動する音線位置が、破線により図示されている。なお、図３には、焦点深度位置が、電子走査により変化しない場合を模式的に示した。

図２に戻り、Ｂモード処理部１１０は、受信ビームフォーマ（ｂｅａｍ ｆｏｒｍｅｒ）２１、送信ビームフォーマ２２および焦点位置制御部２０を含む。送信ビームフォーマ２２は、送受信部１０２のパルサ（ｐｕｌｓｅｒ）を駆動するトリガ（ｔｒｉｇｇｅｒ）信号を形成する。このトリガ信号は、探触子から発せられる超音波が、音線上の焦点深度位置において同位相で重ね合わされ、焦点を結ぶようにされる。受信ビームフォーマ２１は、圧電素子で受信される反射超音波パルスを、音線の焦点深度位置に焦点を結ぶように遅延加算し、音線上の受信パルスを形成する。

また、焦点位置制御部２０は、遅延時間を調節することにより、超音波パルスを発生する圧電素子の深度方向に焦点を結ばせるだけではなく、超音波パルスを発生する圧電素子の深度方向から斜め方向に傾いた位置に焦点を結ばせることもできる。

図４は、コンパウンドスキャンを行う際に、取得される斜め方向に傾いた断層画像情報を示す説明図である。図４（Ａ）は、音線が圧電素子アレイ１０の正面方向をなす深度方向を向く第１の方向３１にある場合の第１の断層画像情報３４を示す図である。第１の断層画像情報３４は、矩形状の画像を形成する。図４（Ｂ）は、音線が圧電素子アレイ１０の深度方向と、正負のスラント角度αだけ傾いた第２の方向および第３の方向３２，３３を向く場合の第２および第３の断層画像情報４５、４６を示す図である。第２および第３の断層画像情報４４は、平行四辺形の画像を形成する。

図４（Ｃ）は、第１〜第３の断層画像情報３４〜３６を重ね合わしたコンパウンド画像情報３７を示す説明図である。ここで、３つの画像が重なり合う重畳領域３８では、第１〜第３の断層画像情報３４〜３６に含まれていたスペックルノイズ（ｓｐｅｃｋｌｅ ｎｏｉｓｅ）が軽減された画像となる。なお、この軽減効果は、スラント角度αが大きければ大きいほど大きなものとなる。

図５は、入力部１０７のパネル（ｐａｎｅｌ）の一例を示す図である。入力部１０７は、キーボード４０、ＴＧＣ（Ｔｉｍｅ Ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）４１およびニューペイシェントキー（Ｎｅｗ Ｐａｔｉｅｎｔ Ｋｅｙ）等を含む患者指定部４２、ポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）であるトラックボール（ｔｒａｃｋ ｂａｌｌ）、ＲＯＩ設定等を含む計測入力部４３、並びに、コンパウンドスキャンを行う場合にスラント角度を最適化する最適化条件を入力する最適化条件入力部４４を含む。

キーボード４０は、文字情報あるいは数値情報を入力する場合に用いられ、例えば被検体１の氏名、ＩＤＮｏ．（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．）等の入力に用いられる。ＴＧＣ４１は、深さ方向の受信超音波信号の利得を調整する。患者指定部４２は、新たな患者による撮像を行うごとに入力が行われる。この入力により、被検体１の氏名またはＩＤＮｏ．と関連付けて、検査情報を格納するメモリ領域が確保される。計測入力部４３は、ＲＯＩの設定、ＲＯＩ面積の計測およびＲＯＩ内画素値を用いた計測等を、トラックボール等を用いて行う。

最適化条件入力部４４は、最適化領域比率入力手段４５、許容比率入力手段４６および下限スラント角度入力手段４７を含む。最適化領域比率入力手段４５、許容比率入力手段４６および下限スラント角度入力手段４７は、各々ボタンが押される際に、ボリューム４８から最適化領域比率、許容比率および下限スラント角度が入力される。なお、最適化領域比率、許容比率および下限スラント角度については、後述する制御部１０８の動作のところで説明する。

図６は、制御部１０８の構成を示すブロック図である。制御部１０８は、コンパウンド画像取得制御部６１および送受信方向自動設定手段６２を含む。また、送受信方向自動設定手段６２は、スラント角度算出手段６３、最適化領域算出手段６４および指向特性算出手段６５を含む。ここでは、コンパウンド画像取得制御部６１についてのみ説明し、送受信方向自動設定手段６２については、後述する制御部１０８の動作のところで詳述する。

コンパウンド画像取得制御部６１は、画像取得部１０９にコンパウンドスキャンを行う場合の送受信パラメータ、例えば開口幅、焦点深度、撮像範囲深度、さらに第１〜第３の断層画像情報３４〜３６の取得シーケンス（ｓｅｑｕｅｎｃｅ）、スラント角度等の設定を行い，コンパウンドスキャンを制御する。

また、コンパウンド画像取得制御部６１は、コンパウンド画像形成部１０３にも制御信号を送信し、第１〜第３の断層画像情報３４〜３６の取得に応じて、順次断層画像情報の合成を行い、コンパウンド画像を形成させる。

つぎに、制御部１０８の動作について図７を用いて説明する。図７は、制御部１０８の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、入力部１０７の最適化条件入力部４４からスラント角度を最適化する際の最適化条件を入力する（ステップＳ７０１）。最適化条件としては、最適化領域比率入力手段４５により入力される最適化領域比率ＤＲ、許容比率入力手段４６により入力される指向特性の許容比率ＰＲ、下限スラント角度入力手段４７により入力される下限スラント角度β等がある。

図８は、これらの最適化条件を説明する説明図である。図８（Ａ）は、スラント角度が零の第１の断層画像情報３４を示す図である。第１の断層画像情報３４は、深度方向に撮像範囲深度ＤＰの長さの撮像範囲を有する。この撮像範囲深度ＤＰは、入力部１０７から入力される撮像条件情報である。

また、第１の断層画像情報３４には、最適化領域８１が設定される。最適化領域８１は、後に詳述するようにスラント角度を決定する際に用いられる指向特性の検索領域である。最適化領域８１の深度方向の幅である最適化領域深度幅ＯＷは、最適化領域比率ＤＲにより撮像範囲深度ＤＰから求められる。最適化領域比率ＤＲは、最適化領域深度幅ＯＷと撮像範囲深度ＤＰとの比率として定義されるので、

ＯＷ＝ＤＲ×ＤＰ
により最適化領域深度幅ＯＷが算出される。なお、最適化領域８１の深度方向の中心位置は、第１の断層画像情報３４が有する焦点深度の位置と一致される。最適化領域８１の最も浅い深度方向の位置は、上限深度９２と称し、最適化領域８１の最も深い深度方向の位置は、下限深度９３と称する。

図８（Ｂ）は、圧電素子アレイ１０の１つの圧電素子が有する音圧の指向特性を、深度方向を向く軸からの角度分布情報として示したものである。指向特性の角度分布情報は、深度方向にメインビーム８３を有し、その両脇に小さなサイドローブを有する。圧電素子８６の表面位置から、中心軸に沿ってメインビーム８３の表面まで伸びるベクトル８４は、その大きさが、中心軸に沿って射出される超音波の音圧に比例したものとなる。

また、圧電素子８６の表面位置から、中心軸に対して角度θだけ傾いた方向に沿ってメインビーム８３の表面まで伸びるベクトル８５は、その大きさが、角度θの方向に射出される超音波の音圧に比例したものとなる。

従って、圧電素子８６は、メインビーム８３の形状から、中心軸に沿って最大音圧の超音波が射出し、角度θが大きくなるにつれて音圧を徐々に低下させる。角度θが小さな内は、音圧の低下と比較して、角度θの拡がりが大きく、効率的に斜め方向に超音波が射出される。一方、圧電素子８６は、角度θが大きくなると、音圧の急激な低下が生じ、斜め方向に射出される超音波は、殆ど無くなる。ここで、角度θの方向でのベクトル８５の大きさを、中心軸方向のベクトル８４の大きさで除算した比率を、音圧を示す指標として用いる。なお、この比率は、デシベル（ｄＢ）値で示され、この指向特性の角度分布情報は、指向性関数Ｄ（θ）を用いて、圧電素子の幅および共振周波数等の値を代入して求めることができる。超音波プローブ１０１の圧電素子の幅および共振周波数は、超音波プローブ１０１が超音波撮像装置に接続された際に、指向特性算出手段６５に読み込まれる。

指向特性の許容比率ＰＲは、上述した比率の許容範囲を示すもので、中心軸方向のベクトル８４の大きさからの低下の許容限度をデシベルで示したものである。例えば、許容比率ＰＲは、−６ｄＢあるいは−１０ｄＢと言った値で示される。

下限スラント角度βは、許容されるスラント角度の下限値を示すものである。コンパウンド画像は、スラント角度が大きい程、スペックル除去の効果が大きく、スラント角度が小さい程、スペックル除去の効果が低減し、事実上画像を合成する意味がなくなる。下限スラント角度βは、実験的に決定されるところの、この画像合成を行う意味が無くなる角度である。また、オペレータは、スペックル除去の効果を大きくしたい場合には、大きい値の下限スラント角度βを、設定することもできる。

その後、オペレータは、焦点深度および撮像範囲深度ＤＰ等の撮像条件情報を、入力部１０７から入力し（ステップＳ７０２）、スラント角度最適化処理を行う（ステップＳ７０３）。

図９は、制御部１０８で行われる、スラント角度最適化処理の動作を示すフローチャートである。まず、最適化領域算出手段６４は、入力された焦点深度および撮像範囲深度ＤＰの値から、最適化領域を求める（ステップＳ８０１）。最適化領域は、図８（Ａ）に示した最適化領域８１の様なものであり、最適化深度領域幅ＯＷは、予め入力された最適化領域比率ＤＲを用いて、ＯＷ＝ＤＲ×ＤＰにより算出される。また、最適化領域が有する深度方向の中心位置は、入力部から設定された第１の断層画像情報３４が有する焦点深度と一致させられる。

その後、指向特性算出手段６５は、指向特性の角度分布情報を求める（ステップＳ８０２）。ここで、指向特性算出手段６５は、超音波プローブ１０１の装着と共に入力される超音波プローブ１０１の、圧電素子の構造、共振周波数と言ったプローブ情報を用いて、指向性関数Ｄ（θ）から計算する。

その後、スラント角度算出手段６３は、指向特性の許容比率から、圧電素子が射出する超音波の最大振れ角度を求める（ステップＳ８０３）。図１０は、最大振れ角度を示す説明図である。図１０には、圧電素子８６および圧電素子８６で発生させられる超音波が示す指向特性の角度分布情報であるメインビーム８３が図示されている。例えば、指向特性の許容比率が−６ｄＢである場合には、中心軸方向のベクトル８４の大きさに対して、−６ｄＢの大きさとなるベクトル９１の中心軸からの振れ角度を最大振れ角度θＭＡＸとする。この最大振れ角度θＭＡＸは、圧電素子８６が許容比率内の感度を有する超音波を射出できる最大の角度となる。

その後、スラント角度算出手段６３は、最大振れ角度θＭＡＸから、開口幅情報および最適化領域８１の情報に基づいてスラント角度αを求める（ステップＳ８０４）。図１１は、開口幅情報および最適化領域８１の情報に基づいて、第２の断層画像情報３５を取得する際の第２の方向３２をなすスラント角度を求める方法を示す説明図である。図１１は、単純化のために開口幅が６エレメントの圧電素子からなる場合を考えている。スラント角度算出手段６３は、超音波の振れ角度が最も大きくなる開口内の左端に位置する圧電素子Ａが最大振れ角度方向を向く場合の音線Ａを求め、音線Ａが圧電素子アレイ１０の表面から最適化領域８１の最も浅い上限深度９２の深さになる点をＰとする。

そして、スラント角度算出手段６３は、圧電素子Ｂ〜Ｆの音線Ｂ〜Ｆを、点Ｐを通る様に設定する。この際、音線Ｂ〜Ｆの平均方向が中心軸となす角度を、スラント角度とする。これにより、開口内にある圧電素子Ａ〜Ｆが射出する超音波の方向は、すべて中心軸方向に対して最大振れ角度以下となり音圧は許容比率以内に納まる。また、最適化領域８１に含まれるすべての点は、点Ｐよりも深い位置にあるので、音線の振れ角度は、最大振れ角度よりも小さいものとなる。

また、上述した例では、スラント角度算出手段６３は、音線Ａの深度位置が上限深度９２になる点Ｐを用いてスラント角度を求めたが、同様に音線Ａの深度位置が焦点深度９４あるいは最適化領域８１の最も深い下限深度９３になる点をＰとして、スラント角度を求めることもできる。

ここで、点Ｐが焦点深度９４の深さにある場合には、図１１中の点Ｐは、音線Ａに沿って右側に移動した状態となり、最適化領域８１の焦点深度より深いすべての位置で音線が最大振れ角度以下となり、焦点深度より浅い位置では、感度が低下したコンパウンド画像が取得される。一方、スラント角度は、大きくなり、スペックルの少ないコンパウンド画像となる。また、点Ｐが下限深度９３の深さにある場合には、図１１中の点Ｐは、さらに右側に移動した状態となり、最適化領域８１で確実に音線が最大振れ角度以上となるのは下限深度９３だけとなり、感度を軽視したコンパウンド画像が取得される。一方、スラント角度は、大きくなり、一層スペックルの少ないコンパウンド画像となる。

その後、スラント角度算出手段６３は、スラント角度が、下限スラント角度を超えているかどうかを判定する（ステップＳ８０５）。スラント角度算出手段６３は、スラント角度が、下限スラント角度を超えていない場合には（ステップＳ８０５否定）、指向特性の許容比率を低下させる（ステップＳ８０６）。例えば、スラント角度算出手段６３は、許容比率を１ｄＢ下げ、−７ｄＢとし、ステップＳ８０３に移行し、最大振れ角度の算出を再度行い、最大振れ角度を大きなものとし、ステップＳ８０４のスラント角度の算出を行う。

また、スラント角度算出手段６３は、スラント角度が、下限スラント角度を超えている場合には（ステップＳ８０５肯定）、スラント角度をコンパウンド画像取得制御部６１に設定し（ステップＳ８０６）、本処理を終了する。

その後、図７の主ルーチンに戻り、制御部１０８は、コンパウンド画像の撮像を行って（ステップＳ７０４）、本処理を終了する。

上述してきたように、本実施の形態では、送受信方向自動設定手段６２により、コンパウンドスキャンを行う場合のスラント角度を、自動で設定し、オペレータがコンパウンド画像の撮像を行う際の操作性を向上することができる。

また、本実施の形態では、事前に初期設定される指向特性の許容比率を高めに設定し、固定値を有する下限スラント角度に基づいて、許容比率を低くして最適値を求めたが、同様に下限スラント角度を高めに設定しておき、固定値を有する許容比率に基づいて、下限スラント角度を低くして最適値を求めることもできる。

超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。 実施の形態にかかる超音波プローブおよび画像取得部の構成を示すブロック図である。 実施の形態にかかる超音波プローブの電子走査を示す説明図である。 実施の形態にかかるコンパウンド画像の合成を示す説明図である。 実施の形態にかかる入力部の操作パネルを示す外観図である。 実施の形態にかかる制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態にかかるコンパウンドスキャンの動作を示すフローチャートである。 実施の形態にかかる最適化領域および指向特性の角度分布情報を示す説明図である。 実施の形態にかかるスラント角度最適化処理の動作を示すフローチャートである。 実施の形態にかかるスラント角度算出手段の動作を示すフローチャートである（その１）。 実施の形態にかかるスラント角度算出手段の動作を示すフローチャートである（その２）。

符号の説明

１、２，３ 音線
７ 被検体
１０ 圧電素子アレイ
１１ アナログマルチプレクサ
２０ 焦点位置制御部
２１ 受信ビームフォーマ
２２ 送信ビームフォーマ
４０ キーボード
３１ 第１の方向
３２ 第２の方向
３３ 第３の方向
３４〜３６ 第１〜第３の断層画像情報
３７ コンパウンド画像情報
３８ 重畳領域
４２ 患者指定部
４３ 計測入力部
４４ 最適化条件入力部
４５ 最適化領域比率入力手段
４６ 許容比率入力手段
４７ 下限スラント角度入力手段
４８ ボリューム
６１ コンパウンド画像取得制御部
６２ 送受信方向自動設定手段
６３ スラント角度算出手段
６４ 最適化領域算出手段
６５ 指向特性算出手段
８１ 最適化領域
８３ メインビーム
８４、８５、９１ ベクトル
８６ 圧電素子
９２ 上限深度
９３ 下限深度
９４ 焦点深度
１０１ 超音波プローブ
１０２ 送受信部
１０３ コンパウンド画像形成部
１０４ 画像メモリ部
１０５ 画像表示制御部
１０６ 表示部
１０７ 入力部
１０８ 制御部
１０９ 画像取得部
１１０ Ｂモード処理部

Claims (12)

1. 被検体の深度方向に当たる第１の方向への超音波の送受信により、第１の断層画像情報を取得し、さらに前記第１の方向に対して正負のスラント角度を有する第２の方向および第３の方向への超音波の送受信により、前記被検体の第２の断層画像情報および第３の断層画像情報を取得し、前記第１の断層画像情報、前記第２の断層画像情報および前記第３の断層画像情報を合成し、コンパウンド画像を形成する超音波撮像装置であって、
   前記超音波撮像装置は、さらに前記第１の方向の送受信を行う際の送受信条件である撮像条件情報を入力する入力部と、前記撮像条件情報に基づいて前記スラント角度を算出し、前記算出されたスラント角度を用いて前記第２の方向および前記第３の方向への超音波の送受信を行わせる制御部と、
   を備えることを特徴とする超音波撮像装置。
2. 被検体に対して送受信を行う送受信方向を、一次元的に配列された圧電素子アレイを構成する複数の圧電素子を遅延駆動する電子フォーカスにより制御し、前記送受信方向の断層画像情報を取得する画像取得部と、
   前記画像取得部に、前記被検体の深度方向に当たる第１の方向の送受信により、第１の断層画像情報を取得させ、さらに前記第１の方向に対して正負のスラント角度を有する第２の方向および第３の方向の送受信により、第２の断層画像情報および第３の断層画像情報を取得させるコンパウンド画像取得制御部と、
   前記第１の断層画像情報、前記第２の断層画像情報および前記第３の断層画像情報を合成し、コンパウンド画像を形成するコンパウンド画像形成部と、
   を備える超音波撮像装置であって、
   前記超音波撮像装置は、さらに前記第１の方向の送受信を行う際の送受信条件である撮像条件情報を入力する入力部と、前記撮像条件情報に基づいて、前記スラント角度を算出し、前記コンパウンド画像取得制御部に設定する送受信方向自動設定手段と、
   を備えることを特徴とする超音波撮像装置。
3. 前記撮像条件情報は、前記被検体の深度方向に設定される前記第１の方向における、前記電子フォーカスの焦点深度および前記被検体の深度方向に設定される前記断層画像情報の撮像範囲深度を含むことを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
4. 前記送受信方向自動設定手段は、前記焦点深度および前記撮像範囲深度の少なくとも１つを用いて、前記スラント角度を算出するスラント角度算出手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の超音波撮像装置。
5. 前記スラント角度算出手段は、前記焦点深度および前記撮像範囲深度の少なくとも１つを用いて、前記コンパウンド画像の深度方向に位置する最適化領域を求める最適化領域算出手段を備えることを特徴とする請求項４に記載の超音波撮像装置。
6. 前記最適化領域算出手段は、前記最適化領域の深度方向の中心位置を、前記焦点深度の位置とし、前記最適化領域の深度方向の幅を、前記撮像範囲深度に最適化領域比率を乗じて求めた最適化領域深度幅とすることを特徴とする請求項５に記載の超音波撮像装置。
7. 前記入力部は、前記最適化領域比率の情報を入力する最適化領域比率入力手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の超音波撮像装置。
8. 前記スラント角度算出手段は、前記圧電素子アレイを含む超音波プローブのプローブ情報に基づいて、前記圧電素子で発生される超音波の音圧が示す指向特性の角度分布情報を算出する指向特性算出手段を備えることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の超音波撮像装置。
9. 前記スラント角度算出手段は、前記角度分布情報を用いて、前記圧電素子で発せられる超音波が有する前記深度方向の音圧に対する前記深度方向と所定角度をなす方向の音圧の比率が所定の許容比率以上となる最大振れ角度を求め、前記圧電素子のいずれもが、前記電子フォーカスを行う方向の超音波の射出角度を、前記最適化領域の一部あるいはすべてで前記最大振れ角度以下となるように前記スラント角度を算定することを特徴とする請求項８に記載の超音波撮像装置。
10. 前記入力部は、前記許容比率の情報を入力する許容比率入力手段を備えることを特徴とする請求項９に記載の超音波撮像装置。
11. 前記スラント角度算出手段は、前記スラント角度が、所定の下限スラント角度以下である場合に、前記許容比率を小さな値にすることを特徴とする請求項９または１０に記載の超音波撮像装置。
12. 前記入力部は、前記下限スラント角度の情報を入力する下限スラント角度入力手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の超音波撮像装置。
    

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