JP2010017433A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波診断装置に使用される３次元超音波プロ−ブを用いた視野拡大処理において、拡大された３次元画像を得ることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】３次元超音波プロ−ブを揺動させながら長軸方向に移動させることにより同じ揺動角度ごとに隣り合うＢ画像デ−タを用いて移動推定、移動予測を実施することにより視野拡大画像を各揺動角度ごとに得ることができ、その得られた視野拡大された画像デ−タを用いて３次元表示処理をおこなうことにより、視野拡大された３次元画像を得ることができる。それにより１枚の画像に収まらないような大きな被検体でも１枚の画像に収めることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディジタル画像信号処理部を有し、視野拡大表示機能表示および３次元画像表示をおこなう超音波診断装置に関する。

従来、超音波診断装置の視野拡大機能に関しては、複合され、拡大された視野の超音波イメ−ジを発生させるための装置が知られている(下記の特許文献１参照)。

従来の視野拡大表示機能を備えた装置では、超音波ビ−ムにより走査を行うための超音波振動子がアレイ状に配置された超音波振動子体を、ビ−ム走査方向(超音波振動子体の長軸方向)に移動させ、得られた連続するＢ画像から超音波プロ−ブの移動ベクトル量を予測、推定し、その結果を用いて連続するＢ画像をつなぎあわせ、拡大された１つの２次元超音波画像を再構築し、視野拡大された画像を表示している。

また、一方、生体内の組織態様を３次元表示させる超音波診断装置において、超音波を送波し、そのエコ−を受波して超音波デ−タを取得するための超音波探触子として、超音波ビ−ムにより走査を行うための超音波振動子がアレイ状に配置された超音波振動子体を、ビ−ム走査方向と交差する方向に機械的に走査するように構成したもの(以下３次元超音波プロ−ブ)が知られている（下記の特許文献２、３参照）。このような超音波探触子では、超音波ビ−ム走査（以下、主断面走査と言う）と揺動走査とを同時に行うことによって、時々刻々移動する両走査面の交線に相当する生体内組織からのエコ−デ−タ、すなわち３次元空間のエコ−デ−タの取得が可能になる。取得された３次元エコ−デ−タは、仮想視点からの画像デ−タに変換するような３次元画像の構築処理が施されて、平面内にあたかも奥行きがあるかのような表示方法でもって表示させるか、あるいは任意断面を表示させることなどが行われる。
特開平８−２８０６８８号公報 特開平３−１８４５３２号公報 特開２００１−７０３０１号公報

しかしながら、上記従来の３次元表示機能を備えた装置においては、プロ−ブのサイズで表示画像のサイズが制限されるため、プロ−ブサイズ以上の被検体に対して１枚の画像に収まらないという問題があった。

一方、被検幅拡大表示機能を備えた装置においては、プロ−ブの長軸方向に移動させることによりプロ−ブの長軸長さ方向のサイズ以上の被検幅を表示することが可能であるが、それを３次元表示させることが出来ないという問題がある。

本発明では上記従来の問題を解決するもので、揺動角度ごとに視野拡大機能を用いて拡大され視野拡大した３次元画像を得ることができる優れた超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波診断装置は、超音波エコ−信号からＢ画像を得るための超音波制御部と、前記超音波処理部の出力に対して視野拡大処理を行う画像処理部と、前記画像処理部の出力を表示する表示部を有する超音波診断装置であって、前記超音波制御部は、超音波エコ−信号を受信する受信部と、受信した前記超音波エコ−信号を処理しＢ画像表示する超音波画像処理部と、超音波プロ−ブの揺動角度を入力し前記揺動角度ごとに送信タイミングを生成する揺動角度制御部と、前記揺動角度に同期して超音波を前記超音波プロ−ブから送信する送信部とを有し、前記画像処理部は、前記超音波制御部から出力された画像データを蓄積するメモリと、前記メモリから前記画像データを読み出し視野拡大処理する視野拡大処理部と、３次元表示処理を行う３次元表示処理部とを有する構成である。

この構成により、送信部、受信部、３次元超音波プロ−ブの揺動角度情報を得る揺動角度制御部、スキャンコンバ−タを含む画像処理部からなる超音波制御部、そして複数のフレ−ム画像を蓄積できるメモリ、３次元処理部、視野拡大処理部からなる画像処理部および表示部を有し、操作者が３次元超音波プロ−ブを用いて短軸方向に揺動させながらプロ−ブを長軸方向に移動させ、得られた二次元Ｂ画像を揺動角度ごとに視野拡大処理を行い、揺動角度ごとに視野拡大された２次元Ｂ画像を用いて３次元表示処理をおこなうことにより、視野拡大された３次元画像を得ることができる超音波診断装置であり、今までプロ−ブのサイズで制限されていた３次元画像の画像サイズを視野拡大機能を用いて視野拡大された二次元画像を用いることにより視野拡大された３次元画像を得ることができる。

また、本発明の超音波診断装置は、操作者が超音波プロ−ブを長軸方向に移動させながらえられたＢ画像に対して同じ揺動角度ごとの視野拡大した２次元画像を揺動角度ごとに別々に取り出すことことができる視野拡大処理部を有す。

この構成により、揺動角度ごとに視野拡大された２次元Ｂ画像を用いて３次元表示処理をおこなうこすることができ、プロ−ブサイズに対して対象物が大きい場合でも欠けることなく画像内におさめることができるという作用を有する。

さらに、本発明の超音波診断装置は、画像処理を行うためには操作者が３次元超音波プロ−ブを用いて短軸方向に陽動させながらプロ−ブを長軸方向に移動させ、得られた二次元Ｂ画像を任意の揺動角度ごとに抜き取りで視野拡大処理を行うことにより、その揺動角度ごとに２次元Ｂ画像、視野拡大機能により拡大された二次元画像を得、その得られた画像により３次元処理をリアルタイムで行い、視野拡大された画像、３次元画像をリアルタイムで表示することができる。

さらに、本発明の超音波診断装置は、操作者が超音波プロ−ブを長軸方向に移動させながらえられたＢ画像に対して揺動角度により３次元処理を行う範囲を指定する範囲指定手段を有する。

この構成により、視野拡大機能を実行したとき、移動推定でエラ−が発生したときでもそのエラ−した画像を３次元構築の対象デ−タからはずすことにより、信頼性の高い視野拡大された３次元処理でき、所望の画像が取れやすいという作用を有する。

本発明は、３次元超音波プロ−ブの短軸方向に揺動させながら長軸方向にプロ−ブを移動させることにより揺動角度ごとに隣り合う画像で移動推定、移動予測により視野拡大画像を各揺動角度ごとに得ることができ、その得られた視野拡大された画像を用いて３次元表示処理をおこなうことにより、視野拡大された３次元画像を得ることができ、それにより１枚の画像に収まらないような大きな被検体でも１枚の画像に収めることができるという効果を有する超音波診断装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態の超音波診断装置について、図面を用いて説明する。

本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置を図１に示す。

図１において、超音波制御部１は、プロ−ブ（図示せず）から揺動角度情報を得、その角度に応じて送信開始するタイミングを制御する揺動角度制御部１３と、揺動角度制御部１３の出力であるタイミング信号に基づき超音波の送信信号を発する送信部１１と、超音波の反射波を受け取る受信部１２と、受信部１２の出力を、スキャンコンバ−タ部等で画像処理を行いＢ画像を得る超音波画像処理部１４で構成している。

さらに、画像処理部２は、３次元表示処理部２１、メモリ２２および視野拡大処理部２３から構成され、超音波制御部１の超音波画像処理部１４から出力された画像デ−タをメモリ２２に蓄積するとともに、画像処理を行った後の画像も蓄積する。３次元表示処理部２１および視野拡大処理部２３は、メモリ２２を介して画像デ−タを受け取り、処理後にメモリに戻す。処理された画像は、表示部３に出力され画像として表示される。

以上のように構成された超音波診断装置について図２、図３、図４を用いてその動作を説明する。

図２において３次元超音波プロ−ブ（図示せず）は、超音波振動子体の短軸方向（図２の「揺動方向」）には３次元超音波プロ−ブの探触子部分が揺動することができ、そのときの角度である揺動角度は３次元超音波プロ−ブから本体揺動角度制御部１３に出力されているため、超音波診断装置は揺動角度に同期してＢ画像を得ることができる。

ここで操作者が３次元超音波プロ−ブを揺動させながら長軸方向（図２の「プローブ移動方向」）にプロ−ブを移動させると、短軸方向には一定速度で揺動していることから全体としては正弦波のような軌跡を取って移動していくことになる。Ｂ画像を得るには３次元超音波プロ−ブ内で超音波振動子体の長軸方向に超音波を走査してスキャンするため、図３に示すような位置関係にてＢ画像が１フレ−ムごとキャプチャされていく。

たとえば揺動角度の中心を＋０とし、図中上に移動する方向を＋、下に移動する方向を−とし、揺動角度a,b,c,d…で画像のキャプチャするものとすると、Ｂ画像のスキャンは、＋０,＋a,＋b,＋c,＋d,＋c,＋b,＋a,＋０,−a,−b,−c,−d,−c…という揺動角度ごとに画像デ−タをキャプチャする。揺動角度＋０でＢ画像のスキャンを開始し終了させ、揺動角度が＋aになるまで次のＢ画像のスキャンを停止する。そして揺動角度が＋aになったら揺動角度制御部１３は、送信部１１に信号を出力し、Ｂ画像のエコ−デ−タを受信部１２で受け取り、超音波画像処理部１４を経てメモリ２２にストアしスキャンを終了する。そして揺動角度が＋Ｂになる間でスキャンを停止する。そして、＋Ｂになったら次のＢ画像用の送信を開始し、あわせて受信部で画像デ−タをキャプチャする。

この動作を繰り返すことにより揺動角度が＋d、＋c、＋b、＋a,＋０,−a,−b,−c,−d,ごとにＢ画像デ−タをキャプチャすることができる。このようにとられたＢ画像デ−タは、たとえば図４に示すようにメモリにストアされる。１フレ−ム分のメモリに記載されている番号は、Ｂ画像をキャプチャした順番を示している。

このとき、揺動動作の１周期ごとにNo.１、No.２、No.３…とする。おなじ揺動角度、たとえば揺動角度＋aのＢ画像でメモリ上で隣り合う画像どおし、たとえばフレ−ム番号２と９のＢ画像デ−タを用いて視野拡大機能処理部にて超音波プロ−ブ移動量、方向を予測推定し、その結果からフレ−ム番号２とフレ−ム番号９の画像デ−タを用いた画像の合成が行われる。これをキャプチャしたＢ画像の枚数分繰り返すことにより視野拡大された画像を得ることができ、さらに各揺動角度ごとに隣り合うＢ画像に対して視野拡大機能を実行すると、揺動角度ごとに視野拡大画像を得ることができる。そしてその揺動角度ごとの視野拡大されたＢ画像を用いて３次元処理を実行することにより、視野拡大された３次元画像を得ることができる。生成された視野拡大された３次元画像はメモリ２１に蓄積されており、ここから表示部３により画像が表示される。

上記が本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置における動作である。
そしてこのとき、メモリ２２では、各揺動角度ごとの視野拡大された画像が処理されているため、各揺動角度ごとの視野拡大された画像を取り出すことが可能となる。

ここで、視野拡大処理と３次元表示処理において処理の負荷が重く、リアルタイムで処理できない場合には、揺動ごとに得られたすべてのＢ画像デ−タをキャプチャし、画像処理は、処理能力に応じて２:１、４:１というようにデ−タを間引きして処理することにより、リアルタイムでの表示が可能となる。リアルタイム表示するための処理としては揺動１周期ごとに揺動して得られた最新の画像とその前に蓄積された揺動角度ごとに行われた視野拡大された画像とで同じ揺動角度ごとに視野拡大処理を実施することと、揺動１周期に対して２回の３次元表示処理を実施することである。

通常、視野拡大処理部２３、３次元表示処理２１はＣＰＵにて演算処理等が実行される。またここでは視野拡大処理部２３と３次元表示処理２１を分離しているが、ひとつのＣＰＵで実現することも可能である。

また、３次元超音波プロ−ブを移動させて得られた画像を用いて視野拡大処理を行ったとき、エラ−発生要因である骨等の強反射体の影響を受けて画像合成の移動予測、移動推定の処理においてエラ−を発生する可能性がある。また長軸方向に移動させる際、移動スピ−ドが速すぎると、中心から最も離れたところにくる揺動角度のところがＢ画像のフレ−ム間の時間が大きいことから画像合成してもつながらない可能性がでてくる。そういったときに、不要もしくはエラ−が発生した視野拡大された画像を操作者が３次元表示処理対象から排除できるようなインタフェ−ス（範囲指定部：不図示）を用意しておくことにより、エラ−発生のない、もしくは少ない画像を用いて３次元処理をおこなうことで信頼性の高い画像を得ることができる。

また、３次元超音波プロ−ブを長軸方向に移動させるとき、角度検出センサにより非検体表面と超音波プロ−ブの角度を検出し、その情報を基にして画像に補正を加えることにより、さらにフレ−ム間の相関を改善した３次元超音波画像を得ることが可能となる。

以上のように、操作者が３次元用超音波プロ−ブを長軸方向に移動させながら得られたＢ画像に対して各揺動角度ごとにまとめたＢ画像を移動予測、推定処理を行うことにより、視野拡大したＢ画像を得、その得られた視野拡大されたＢ画像を用いて３次元表示処理を行うことにより、従来のプロ−ブより表示領域の広い３次元画像を得ることができる。

また、操作者が超音波プロ−ブを用いて短軸方向に揺動させながらプロ−ブを長軸方向に移動させ、得られた二次元Ｂ画像を揺動角度ごとに視野拡大処理を行うことにより、揺動角度ごとに視野拡大されたＢ画像を得ることができる視野拡大機能であり、胎児等対象物が動く場合でも一度に揺動角度ごとに複数枚の視野拡大された二次元画像を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる超音波診断装置は、３次元超音波プロ−ブの短軸方向に揺動させながら長軸方向にプロ−ブを移動させることにより揺動角度ごとに隣り合う画像で移動推定、移動予測により視野拡大画像を各揺動角度ごとに得ることができ、その得られた視野拡大された画像を用いて３次元表示処理をおこなうことにより、視野拡大された３次元画像を得ることができ、それにより１枚の画像に収まらないような大きな被検体でも１枚の画像に収めることができるというという効果を有し、ディジタル画像信号処理部を有し、視野拡大表示機能表示および３次元画像表示をおこなう等として有用である。

本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置のブロック図 本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置における３次元超音波プロ−ブ移動方向と揺動方向を示す図 本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置における３次元超音波プロ−ブ移動により得られるＢ画像の位置関係を示す図 本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置における３次元超音波プロ−ブ移動で得られたＢ画像のメモリ内の位置関係を示す図

符号の説明

１ 超音波制御部
２ 画像処理部
３ 表示部
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 揺動角度制御部
１４ 超音波画像処理部
２１ ３次元表示処理部
２２ メモリ
２３ 視野拡大処理部

Claims (4)

1. 超音波エコ−信号からＢ画像を得るための超音波制御部と、
   前記超音波処理部の出力に対して視野拡大処理を行う画像処理部と、
   前記画像処理部の出力を表示する表示部と、
   を有する超音波診断装置であって、
   前記超音波制御部は、超音波エコ−信号を受信する受信部と、
   受信した前記超音波エコ−信号を処理しＢ画像表示する超音波画像処理部と、
   超音波プロ−ブの揺動角度を入力し前記揺動角度ごとに送信タイミングを生成する揺動角度制御部と、
   前記揺動角度に同期して超音波を超音波プロ−ブから送信する送信部とを有し、
   前記画像処理部は、前記超音波制御部から出力された画像データを蓄積するメモリと、
   前記メモリから前記画像データを読み出し視野拡大処理する視野拡大処理部と、
   ３次元表示処理を行う３次元表示処理部とを有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 操作者が前記超音波プロ−ブを長軸方向に移動させながら得られたＢ画像に対して同じ揺動角度ごとの視野拡大した２次元画像を揺動角度ごとに別々に取り出すことができる視野拡大処理部を有することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 視野拡大処理と３次元表示処理を任意の揺動角度ごとに抜き取りで行うことにより、リアルタイムで２次元Ｂ画像、視野拡大画像および３次元視野拡大した画像が得られる請求項１または２記載の超音波診断装置。
4. 操作者が前記超音波プロ−ブを長軸方向に移動させながらえられたＢ画像に対して揺動角度により３次元処理を行う範囲を指定する範囲指定部を有する請求項１ないし３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

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