JP2014184073A - 被検体情報取得装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】超音波画像の更なる高画質化のための装置を提供する。
【解決手段】被検体に超音波を照射し、反射波を受信して、電気信号に変換する探触子００３と、前記探触子を被検体に対して往復走査させる走査手段と、超音波の照射を制御する超音波制御手段００７と、超音波画像を取得する信号処理手段００８と、複数の超音波画像を合成する合成手段００９と、を有し、走査手段は、往路と復路とで探触子による超音波照射領域が重複するように往復走査させ、超音波制御手段００７は、往路と復路とにおいて、超音波の照射方法を異ならせ、合成手段００９は、複数の超音波画像を合成することを特徴とする被検体情報取得装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、被検体情報取得装置に関する。
従来から、超音波診断装置が知られている。この診断装置は、Ｘ線照射を伴わないため、被ばくの恐れのない診断装置として注目されている。このような診断装置として、特許文献１には、探触子を被検体上で走査させ、３次元画像データを広範囲に取得し、重複画像データを混合する（合成（コンパウンド）する）事で高画質画像を実現させる走査型超音波被検体情報取得装置に関する内容が記載されている。
特開２０１１−４５６５９号公報
特許文献１に記載の技術では、１次元アレイ探触子、もしくは２次元アレイ探触子を用いて被検体上を走査させ、３次元画像データ群を広範囲に取得している。そして３次元画像データ群の重複領域（重複箇所）を合成する事で、つまり、同一箇所（座標）についての情報を、異なる探触子の位置で取得し、それを合成することで高画質化を実現している。
しかし、高画質化においては更なる改善が求められていた。
上記課題を解決する本発明は、被検体に超音波を照射し、該超音波の被検体での反射波（エコー）を受信して、該反射波を電気信号に変換する探触子と、
前記探触子を被検体に対して往復走査させる走査手段と、
前記探触子による前記被検体への超音波の照射を制御する超音波制御手段と、
前記電気信号に基づいて超音波画像を取得する信号処理手段と、
前記信号処理手段が取得した複数の超音波画像を合成する合成手段と、を有し、
前記走査手段は、前記往復走査における往路と復路とで前記探触子による超音波照射領域が重複するように、該探触子を該被検体に対して往復走査させ、
前記超音波制御手段は、前記往路と復路とにおいて、前記探触子が被検体に照射する超音波の照射方法を異ならせ、
前記合成手段は、前記異なる照射方法で照射された超音波に基づく電気信号に基づいて取得した複数の超音波画像を合成する
ことを特徴とする被検体情報取得装置である。
本発明によれば、高画質な画像を取得することが可能となる。
本発明の実施の形態に係る被検体情報取得装置の構成を示す図である。 本発明の信号処理手段の構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る探触子の走査方法を示した図である。 本発明の信号処理手段の別の構成を示す図である。 取得される画像のスキャンライン位置を示す図である。 本発明の反射超音波の受信タイミングを示す図である。 本発明の被検体情報取得装置の別の構成を示す図である。 本発明の被検体情報取得装置の別の構成を示す図である。 本発明の信号処理手段の別の構成を示す図である。 本発明の探触子が照射する超音波を走査方向に傾けた状態を示す図である。
本発明の被検体情報取得装置の一例として、被検体を２枚の保持部材にて保持し、探触子を該保持部材に沿って走査し被検体情報を取得する超音波画像装置システムについて図１を用いて説明する。
（装置の構成）
００１、００２は被検体０１１を保持する保持部材、００３は被検体に超音波を照射し、該超音波の被検体での反射波（エコー）を受信して、該反射波を電気信号に変換する超音波探触子である。超音波探触子００３は多数の圧電素子０２４から構成されており、各圧電素子０２４にて受信されたエコー信号を電気信号に変換する。この探触子００３は、キャリッジ００５上に固定される。００４は該キャリッジ００５を移動させる駆動機構である。００６は駆動機構００４を制御する駆動制御部であり、駆動機構００４と駆動制御部００６によって、キャリッジ００５は保持部材００１に添って撮像エリア上を任意の位置に移動できる。つまり、駆動機構００４と駆動制御部００６とで、探触子を被検体に対して往復走査させる走査手段を構成する。００７は探触子による被検体への超音波の照射を制御する超音波制御手段である送信制御部である。００８は探触子から出力された電気信号に基づいて超音波画像を取得する信号処理手段である信号処理部Ｕである。００９は信号処理手段が取得した複数の超音波画像を合成する合成手段である画像合成部である。０１０は合成された画像データを表示する画像表示部である。そして、走査手段を構成する駆動制御部００６は、往復走査における往路と復路とで探触子による超音波照射領域が重複するように、探触子を該被検体に対して往復走査させる。また、超音波制御手段である送信制御部００７は、往路と復路とにおいて、探触子が被検体に照射する超音波の照射方法を異ならせる。また、合成手段である画像合成部００９は、異なる照射方法で照射された超音波に基づく電気信号に基づいて取得した複数の超音波画像を合成する。これによって、探触子の走査速度を低下させることなく、また信号の処理を複雑化することなく、高画質な超音波画像を取得することが可能となる。つまり、往路と復路とで超音波照射領域を重複させるとともに、超音波の照射条件（送信条件）を異ならせることで、同一領域で複数の画像から最適な画像を選択、合成することが可能となり、探触子の走査速度を低下させることなく、また信号の処理を複雑化することなく、高画質な超音波画像を取得することが可能となる。
図２は信号処理部Ｕ００９の構成を示している。０２４は探触子を構成する圧電素子である。０１２は各圧電素子０２４で受信した電気信号の位相を揃える整相遅延部である。０１３は遅延された各信号を合計する加算部である。０１４は加算された信号にヒルベルト変換を施すヒルベルト変換部であり、０１５は包絡線検波する為の包絡線検波部である。０１６は包絡線検波後の信号にＬＯＧ圧縮を施すＬＯＧ圧縮部である。
（画像再構成について）
まず、超音波照射による被検体からのエコー信号を画像に再構成する（取得する）手順を、図１を用いて説明する。
送信処理部００７は、フォーカス位置に送信ビームを収束させる為に、送信開口を形成する各圧電素子０２４群を駆動させる遅延時間を決定する。その遅延時間を基に送信処理部００７から各圧電素子０２４に対し電気信号を送る。各圧電素子０２４にて電気信号は超音波信号に変換され保持部材００１を介して被検体０１１に照射される。
この保持部材００１は超音波を通過させる必要があるため、被検体０１１と保持部材００１の界面での超音波の反射を抑える材料が好ましい。具体的には、被検体０１１との音響インピーダンスの差が小さい材料が好ましい。例えば、ポリメチルペンテンなどの樹脂材料が挙げられる。厚みについては、超音波が保持部材００１を通過する際に、厚みが厚いほど減衰が大きくなるため、より薄いものが好ましいが、被検体を保持出来る程度は必要である。
被検体０１１に照射された超音波は被検体によって反射・散乱され、エコー信号として圧電素子０２４に戻ってくる。このうち受信開口を形成する複数の圧電素子０２４群において、エコー信号が電気信号に変換され受信信号として取得される。
受信信号は信号処理部Ｕ００８において画像に再構成される。
信号処理部Ｕ００８での処理の手順を、図２を用いて説明する。
整相遅延部０１２では深さ情報を元に受信信号の遅延時間を決定し、各受信信号に対して遅延処理を行う。この遅延時間は探触子００３の構造や被検体の音響特性のみならず、保持部材００１の厚みや音響特性なども考慮して決定する。
遅延処理された受信信号は加算部０１３にて合計される。その後、合成信号はヒルベルト変換部０１４と包絡線検波部０１５においてにてヒルベルト変換と包絡線検波がなされ、画像が再構成される。なお、ここで記載した信号処理部Ｕ００８での一連の処理は、一般的な超音波診断装置で使用される整相加算処理の手法を記載しているが、適応型信号処理などの再構成手法も有効である。再構成された画像データはＬＯＧ圧縮部０１６においてＬＯＧ圧縮され、１ラインの画像データが完成される。探触子００３のラテラル方向に画像データを作成するラインを移動させて一連の処理を行うことで、２次元の超音波画像が再構成される。以上の内容は信号処理部Ｕ００８における基本的な処理を説明しており、状況によって、フィルタ処理やゲイン調整も実施している。
信号処理部Ｕ００８で再構成された複数の画像データは、画像合成部００９において合成される。なお、信号処理部Ｕ００８で再構成された複数の画像データを一旦保存し、計測終了後時間が経過した後にＰＣ等の処理機器を用いて合成する事も可能である。
なお、この複数画像データの取得については後述する。また、それぞれの画像データの合成比率は任意に設定出来るが、各撮像条件により比率を決定する事で画質向上の度合いが変化する。
この一連の工程を探触子００３を走査させながら行うことで、被検体全域の３次元画像データが取得できる。
合成した画像は画像表示部０１０にて表示することで、本実施系の効果を確認する事が出来る。画像表示部０１０としては、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＦＥＤなどを利用することができる。表示方法については合成した画像データだけでなく、合成前の任意の画像データを１種類、若しくは複数種類を並べて表示することも可能である。
（探触子の駆動と撮像手法）
超音波照射エリアを順次移動させることで、撮像エリアを画像化する手順について図１と図３を用いて説明する。
探触子００３はキャリッジ００５に収められ、駆動機構００４に設置される。駆動機構００４によりキャリッジ００５は保持板００１上の任意の位置に移動する事が出来る。駆動機構００４は動力と軸からなっており、パルスモータとボールねじの組み合わせや、リニアモータなどが有効である。
撮像エリアを決定すると探触子００３が図３（Ａ）のように撮像エリアを万遍なく通過しながら画像データを取得する。まずＰｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２に向かって画像データを取得しながらキャリッジ００５が移動する。この方向を主走査方向と定義する。撮像エリアの端であるＰｏｓ．１−２までキャリッジ００５が移動したのち、Ｐｏｓ．１−３に水平移動し、Ｐｏｓ．１−４へと画像データを取得しながら移動する。この水平移動の方向を副走査方向と定義する。この時の水平移動量は、図３の（Ｂ）のように撮像エリア内の同じ領域を少なくとも２回は通過する程度に設定する事で、同座標の画像データを少なくとも２回取得出来る。例えば、図３（Ｂ）に記した注目位置では、往路（Ｐｏｓ．１−１→Ｐｏｓ．１−２）と復路（Ｐｏｓ．１−３→Ｐｏｓ．１−４）で２回通過し画像データが取得される。
撮像エリアを探触子００３が主走査方向に何度も往復するシステムの特徴上、探触子００３の往路と復路で同座標の画像データを取得すると効率が良い。しかし、必ずしもこの走査方法に限定されるものではない。
画像再構成は探触子００３の走査毎に、送信制御部００８の動作を変化させる。そして、それぞれ画像データを再構成した後に合成させることで高画質な画像を得る事が出来る。例えば、図３（Ｂ）での往路（Ｐｏｓ．１−１→Ｐｏｓ．１−２）と復路（Ｐｏｓ．１−３→Ｐｏｓ．１−４）で送信フォーカス位置を変化させた画像データを合成すると多段フォーカスの効果をもつ画像が得られる。また、中心周波数が異なる超音波を照射し、取得された画像データを合成する事で周波数コンパウンドの効果をもつ画像が得られる。また、ステアリング角度が異なるパターンで超音波を照射し、取得された画像データを合成する事で空間コンパウンドの効果をもつ画像が得られる。
この画像データの合成による効果は、画像データの種類が多い方が発揮する。その為、走査方法を図３（Ｂ）の時と比べて副走査方向への探触子００３の移動量を減らしたり、図３（Ｃ）のように、探触子００３が主走査方向に何度か往復した後に副走査方向に移動させる。この様に走査させることで同座標において重複される画像データの種類を増やす事も有効である。
また、送信制御部００７のみでなく、信号処理部Ｕ００８における受信のフィルタ特性やゲイン値などを変更する事で画像データ合成の効果をより発揮する事が出来る。例えば、中心周波数の異なる超音波を照射した場合、その中心周波数と対応したバンドパスフィルタを採用することで、周波数コンパウンドの効果をより発揮出来る。また、照射条件に対応したゲイン値に設定する事で、画像データ毎の出力値を合わせる事が出来、深さ方向にムラが少ない画像を合成出来る。
撮像条件の切替はキャリッジ００５の往復切替時に変更するのが効果的である。撮像条件を切替ながら探触子の走査と撮像を繰り返す必要が無くなる為、送信制御部００７の処理負担が軽減され、撮像時間の短縮にもつながる。ただし、送信制御部００７の処理規模と撮像時間に余裕がある場合は、一走査時で複数の送受信条件の切替を実施しても構わない。例えば、送信フォーカスが１０ｍｍ，２０ｍｍ，３０ｍｍ，４０ｍｍの位置のある超音波を照射した画像データを合成させる場合を図３（Ｂ）と（Ｃ）を用いて説明する。
前者の撮像手順は、図３（Ｃ）での往路（Ｐｏｓ．１−１→Ｐｏｓ．１−２）時に送信フォーカス１０ｍｍ、復路（Ｐｏｓ．１−２→Ｐｏｓ．１−１）時に 送信フォーカス２０ｍｍの撮像条件で画像データを取得する。Ｐｏｓ．１−４に水平移動した後に、往路（Ｐｏｓ．１−４→Ｐｏｓ．１−３）時に送信フォーカス３０ｍｍ、復路（Ｐｏｓ．１−３→Ｐｏｓ．１−４）時に送信フォーカス４０ｍｍの撮像条件で画像データを取得するものである。それに対し後者の撮像手順は、図３（Ｂ）での往路（Ｐｏｓ．１−１→Ｐｏｓ．１−２）時に送信フォーカス１０ｍｍと２０ｍｍの撮像条件、復路（Ｐｏｓ．１−３→Ｐｏｓ．１−４）時に送信フォーカス３０ｍｍと４０ｍｍの撮像条件で画像データを取得するものである。
両者とも４条件の画像データを取得する事が出来るが、後者の方は往復回数を少なくする事が出来る半面、前者の方が走査速度の向上と撮像条件の切替回数の低減が実現出来る。ただし、撮像条件の切替には、大きなテーブルの読み込みが必要な場合もある。その為、撮像条件の切替回数は少ない方が良い。
以上本発明は、被検体に沿って探触子を走査させる被検体情報取得装置において、複数の撮像条件の画像データを取得する場合に生じる、走査時間の長期化と処理の複雑化等の問題を解決する事が出来る。つまり、探触子を走査させる超音波画像装置において、高画質化を目指すと走査速度の低下と、条件の頻繁な切替えによる複雑化を招くことが懸念される。しかし本発明においては、これらの問題を引き起こすことなく、つまり、条件の切替えによる探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、高画質な画像を実現することが可能となる。
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳しく説明する。
本実施例の被検体情報取得装置のシステム概略図を図１に示す。
（装置の構成）
被検体情報取得装置は、保持部材００１、保持部材００２、超音波探触子００３、駆動機構００４、キャリッジ００５、駆動制御部００６、送信制御部００７、信号処理部Ｕ００８、画像合成部００９、画像表示部０１０を備える。
（装置の動作）
まず超音波画像装置部分について説明する。超音波探触子００３としては１２８ｃｈのリニアプローブを使用する。また、圧電素子０２４は中心周波数が６ＭＨｚであるＰＺＴを用いる。被検体を保持する保持部材００１には厚さ７ｍｍのポリメチルペンテンからなる樹脂の平板を、もう片方の保持部材００２は厚さ１０ｍｍのアクリル樹脂の平板を用意する。送信制御部００７により、目標フォーカス位置に送信ビームを形成する電気信号が各圧電素子０２４に送られる。各圧電素子０２４において超音波信号に変換され、被検体へと伝播される。伝播された超音波は被検体によって反射・散乱されてエコー信号として受信開口を形成する複数の圧電素子０２４に保持部材００１を介して受信される。なお、本実施例では６４個の圧電素子０２４群から受信開口を形成している為、スキャンライン上の画像データはこの６４個の受信信号から再構成される。ちなみに図５（Ａ）は、スキャンライン０２１と圧電素子０２４との位置関係を示している。この受信信号は画像処理部Ｕ００８に送られる。画像処理部Ｕ００８においてスキャンライン０２１上の画像データが再構成される。
次に走査スキャン方法について説明する。
超音波探触子００３はキャリッジ００５に収められ駆動機構００４に設置される。撮像エリアを設定すると駆動制御部００６は駆動機構部００４を構成するモータを駆動しキャリッジ００５を移動させる。本実施例ではモータにはパルスモータを使用する。キャリッジ００５は、パルスモータとボールねじを組み合わせた駆動機構部００４によって２軸方向に任意の位置に任意の速度で移動出来る。キャリッジ００５の通過経路は図３の（Ｂ）で示す通りに、探触子００３が同座標（同位置）の超音波画像を少なくとも２回取得するように往復走査している。
本実施例ではキャリッジ００５は副走査方向に１０ｍｍ移動（Ｐｏｓ．１−２→Ｐｏｓ．１−３）する。なお、画像データ取得時のリニアスキャン幅はおよそ２５ｍｍに設定し、少なくとも２回は撮像エリア内の同座標の画像データを取得するよう設定する。
実際のキャリッジ００５の移動と画像取得のタイミングについて説明する。まず、Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では、送信フォーカス深さが５ｍｍに来るように送信制御部００７を駆動させる。Ｐｏｓ．１−２に到着後、Ｐｏｓ．１−３へ１０ｍｍ移動する。Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路では送信フォーカス深さが１５ｍｍに来るように送信制御部を駆動させる。Ｐｏｓ．１−４に到着後、Ｐｏｓ．１−５へ１０ｍｍ移動し、再び送信フォーカス深さが５ｍｍと１５ｍｍの画像データを交互に取得する工程を繰り返し、撮像エリア全体を移動する。画像合成部００９深さに応じて画像データを合成することで、多段フォーカスの効果を持つ画像を実現出来る。なお、送信の条件の切替回数も抑えられることと、画像データが探触子走査毎にまとまって出力される為、全体の処理が簡単になる。
また、より深い領域の画像を取得する場合、送信フォーカス位置の条件を増やすことで深部まで高解像度画像が実現出来る。４０ｍｍ深さまでの画像領域を取得する場合、本実施例のキャリッジ００５の通過経路は図３（ｃ）のように探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも４回取得するように往復走査する。
本実施例ではキャリッジ００５は副走査方向に１０ｍｍ移動（Ｐｏｓ．１−１→Ｐｏｓ．１−４）する。なお、画像データ取得時のリニアスキャン幅はおよそ２５ｍｍに設定しており、少なくとも４回は撮像エリア内の同座標の画像データを取得するよう設定する。
実際のキャリッジ００５の移動と画像取得のタイミングについて説明する。まず、Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では、送信フォーカスが５ｍｍに来るように送信制御部００７を駆動させる。Ｐｏｓ．１−２に到着後、副走査方向には移動をせずに、Ｐｏｓ．１−１に向かう。この復路では、送信フォーカスが１５ｍｍに設定されるように送信制御部００７を駆動させる。Ｐｏｓ．１−１に到着後、Ｐｏｓ．１−４へ１０ｍｍ移動する。Ｐｏｓ．１−４からＰｏｓ．１−３への往路では送信フォーカスが２５ｍｍに来るように送信制御部を駆動させる。Ｐｏｓ．１−３に到着後、副走査方向には移動をせずに、Ｐｏｓ．１−４に向かう。この復路では、送信フォーカスが３５ｍｍに設定されるように送信制御部００７を駆動させる。
Ｐｏｓ．１−４に到着後、Ｐｏｓ．１−５へ１０ｍｍ移動し、再び送信フォーカスが５ｍｍ、１５ｍｍ、２５ｍｍ、３５ｍｍの画像データを交互に取得する工程を繰り返し、撮像エリア全体を移動する。
この一連の工程により、撮像領域全体をフォーカス４種類の画像データを取得でき、これを合成する事で４０ｍｍ深さまで４段の多段フォーカスの画像を実現出来る。
なお、一走査時に２段分の送信フォーカスの画像取得を実施する事も可能である。本実施例では図３（Ｂ）のような走査パターンにおいてＰｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への走査時は送信フォーカス５ｍｍと１５ｍｍの画像を２種類撮像し、Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への走査時は送信フォーカス２５ｍｍと３５ｍｍの画像を２種類撮像する。この様に撮像させる事でも４段フォーカスの画像を実現出来る。なお、１走査時に複数の画像を取得する場合、条件切替が増える為、処理やデータ出力が複雑化する為、同走査時においては撮像種類を減らすのが好ましい。
また、実施例ではデータ毎に受信条件を変更する。実施例では送信フォーカス１５ｍｍでの画像において中心周波数７ＭＨｚのバンドパスフィルタを採用し、４０ｍｍの画像においては中心周波数５ＭＨｚのバンドパスフィルタを採用する。また、ゲイン値も異なるものを採用する。これは画像データを合成した時に出力値のムラを生じさせない為である。
以上のシステムを実際に使用した。その結果、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、多段フォーカスを実現する超音波画像を取得する事が出来る。
装置の構成と基本的な装置の動作は実施例１と同じであり、異なる点は往復走査時における送信波形の中心周波数の違いである。本実施例のキャリッジ００５を図３（ｃ）のように探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも４回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への走査時においては中心周波数５ＭＨｚの送信波形を照射し、Ｐｏｓ．１−２からＰｏｓ．１−１への走査時においては中心周波数６ＭＨｚの送信波形を照射する。Ｐｏｓ．１−４に移動後、Ｐｏｓ．１−４からＰｏｓ．１−３への走査時においては中心周波数７ＭＨｚの送信波形を照射し、Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への走査時においては中心周波数８ＭＨｚの送信波形を照射する。以上の工程で作成された送信周波数の異なる４種類の画像データを画像合成部００９にて合成する。合成比率は任意に設定出来るが、実施例では、浅い部分では一律２５％で混合し、深さ３０ｍｍよりも深い個所では５ＭＨｚと６ＭＨｚの画像の比率を挙げている。なお、照射条件だけでなく、信号処理部Ｕ００８における処理内容も変えることで効果をより発揮する事が可能になる。実施例では、送信周波数に対応させて、中心周波数が５ＭＨｚ，６ＭＨｚ，７ＭＨｚ，８ＭＨｚのバンドパスフィルタを図４のフィルタ処理部０１７において用いる。
以上のシステムを実際に使用する。その結果、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、周波数コンパウンドの効果を有する超音波画像を取得する事が出来る。
装置の構成と基本的な装置の動作は実施例１と同じであり、異なる点は往復走査時における超音波照射のステアリング方向（ステアリング角度θ（図５（Ｂ）図示））の違いである。本実施例のキャリッジ００５を図３（ｃ）のように探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも４回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への走査時においてはステアリング角がθ＝−１０°になる送信パターンで照射し、Ｐｏｓ．１−２からＰｏｓ．１−１への走査時においてはステアリング角がθ＝１０°になる送信パターンで照射する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−４に水平移動後、Ｐｏｓ．１−４からＰｏｓ．１−３への走査時においてはステアリング角がθ＝０°になる送信パターンで照射し、Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への走査時においては超音波を照射しない。ステアリング角度θを実現する送信パターンは送信制御部００７において制御する。各工程で取得された受信信号は信号処理部Ｕ００８にて再構成され、画像合成部００９において任意の比率で合成する。なお、実施例では一律３３％で合成する。
なお、照射条件だけでなく、信号処理部Ｕ００８における処理を変えることで効果をより発揮する事が可能になる。実施例では、整相遅延部０１２において図５（Ｂ）のスキャンライン０２２上にフォーカスする遅延処理を施す。この遅延処理は画像データの歪みを生じさせる為、画像合成部００９において、ステアリング角度θに対応させたアフィン変換処理を施し、歪みを修正した後に画像データを合成する。
なお、ステアリング角度θによって撮像された領域は異なっている為、単純に合成すると重複されない個所が発生する場合がある。実施例では走査領域を広めに撮像し、表示領域が全ての条件で撮像されるように設定する。
また、ビームステアリング角度θは副走査方向のみでなく、主走査方向に傾けることも有効である。図１０に主走査方向に送信ビームを傾けた様子を示す。
本実施例のキャリッジ００５を図３（ｃ）のように探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも４回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への走査時においてはステアリング角がθ＝−１０°になる送信パターンで照射し、Ｐｏｓ．１−２からＰｏｓ．１−１への走査時においてはステアリング角がθ＝１０°になる送信パターンで照射する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−４に移動後、Ｐｏｓ．１−４からＰｏｓ．１−３への走査時においてはステアリング角がθ＝０°になる送信パターンで照射し、Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への走査時においては超音波を照射しない。
送信ビームのステアリングはキャリッジ００５に探触子００３を主走査方向に傾きを制御できる駆動システムを設置し、駆動制御部００６にて制御する事で実現する。実施例ではサーボモータを使用しているが、探触子の傾きを制御出来れば、他のアクチュエータを使用しても構わない。また、探触子００３に１．５Ｄプローブを使用し、送信制御部００７を制御する事で主走査方向にビームをステアリングする事も有効である。
主走査方向にビームを傾けた場合においても、取得した画像データの処理はラテラル方向に傾けた場合と同じである。
以上のシステムを実際に使用する。その結果、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、空間コンパウンドの効果を有する超音波画像を取得する事が出来る。
装置の構成と基本的な装置の動作は実施例１と同じであり、異なる点は往復走査時における送信アポダイゼーションを変化させることである。本実施例のキャリッジ００５の通過経路は図３の（Ｂ）で示す通りに、探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも２回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では、送信開口各素子に一律の重みで送信制御部００７を駆動させる。Ｐｏｓ．１−２に到着後、Ｐｏｓ．１−３へ１０ｍｍ移動する。Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路では、送信開口各素子にハミング重みを付けるように送信制御部００７を駆動させる。以上の工程で作成された送信アポダイゼーションが異なる２種類の画像データを画像合成部００９にて合成する。実施例での合成の手法は、両画像の同位置の出力値をそれぞれ比較し出力値が小さい方を採用する手法を選択する。この合成により解像度が高くサイドローブが抑えられた画像が実現する。なお、このアポダイゼーションの組み合わせは任意に設定出来る。また、照射条件のみでなく、信号処理部Ｕ００８内の加算機０１３において各素子毎に重みを付けることでアポダイゼーション効果をより強める事が出来る。本実施例では、送信条件に対応させ、Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では素子毎に重みをつけず、Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路では素子毎にハミング重みを付ける。
以上のシステムを実際に使用すると、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、サイドローブを抑えつつ解像度の高い超音波画像を取得する事が出来る。
装置の構成と基本的な装置の動作は実施例１と同じであり、異なる点は往復走査時における画像撮像ラインの位置を変化する点である。本実施例のキャリッジ００５の通過経路は図３の（Ｂ）で示す通りに、探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも２回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では、図５（Ａ）の示すような送信開口中央部にスキャンライン０２１を対応させ、Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路では、図５（Ｃ）で示すような送信開口中央部から半素子分ずらした位置にスキャンライン０２３を対応させる。このスキャンラインの変化は、送信制御部００７と整相遅延部０１２での遅延時間の調整で実施する。それぞれ再構成した画像データを画像合成部００９にて合成する。それぞれの画像データはスキャンライン０２１、０２３が、ラテラル方向で半ピッチ毎にずれている為、交互に並び変えることで、ラインピッチの細かい画像が実現出来る。なお、スキャンラインのずらし量は半ピッチに限定されるものではない。また、キャリッジ００５の通過経路を変更し、同座標の超音波画像の取得回数を増やし、スキャンラインのずらし量に変化を持たせることで、よりラインピッチの細かい画像を撮像する事ができる。
以上のシステムを実際に使用する。その結果、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、ラテラルピッチが細かい超音波画像を取得する事が出来る。
装置の構成と基本的な装置の動作は実施例１と同じであり、異なる点は往復走査時における撮像タイミングを変化させる点である。本実施例のキャリッジ００５の通過経路は図３の（Ｂ）で示す通りに、探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも２回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では、図６に示す通りキャリッジ走査方向に０．５０ｍｍ毎に撮像し、Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路では、往路で撮像した位置に対し０．２５ｍｍずれた位置で撮像する。それぞれ再構成した画像データを画像合成部００９にて合成する。再構成した画像データを主走査方向のラインを交互に選択する事で、主走査方向のピッチの細かい画像が実現出来る。なお、撮像タイミングの変化量は上記の数値に限定されるものではない。また、キャリッジ００５の通過経路を変更し、同座標の超音波画像の取得回数を増やし、撮像タイミングの変化量を複数持たせることで、よりピッチの細かい画像を撮像する事ができる。
以上のシステムを実際に使用する。その結果、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、主走査方向のピッチの細かい超音波画像を取得する事が出来る。
装置の構成と基本的な装置の動作は実施例１と同じであり、異なる点は、図７記載のドプラ機能を有する信号処理部Ｄ０１８を付属しており、これによってドプラ画像を得る点である。本実施例のキャリッジ００５の通過経路は図３の（Ｂ）で示す通りに、探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも２回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では、実施例１〜６の記載に示す画像データを撮像する。Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路では、信号処理部Ｄ０１８にて超音波ドプラ法を用いた血流画像を作成する。なお、超音波ドプラの手法について、本実施例ではカラードプラを採用するが、パワードプラなどの他のドプラの手法を使用しても構わない。往路で撮像した画像データと復路で撮像された血流データを画像合成部００９において合成し、画像表示部０１０にて重畳画像を表示する。
血流データは超音波照射方向と血管方向の角度によって精度が変化する。その為、照射角度によっては精度が悪い血流データが取得される場合がある。血流データの精度を向上させる為に、実施例では超音波探触子００３からの超音波照射方向を変化させ取得した血流データを２回以上取得し合成する事も実施する。
本実施例のキャリッジ００５を図３（ｃ）のように探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも４回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路時とＰｏｓ．１−２からＰｏｓ．１−１への復路時においては実施例１〜６の記載にある画像データを取得する。Ｐｏｓ．１−４からＰｏｓ．１−３への往路時とＰｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路時においては血流データを取得した。血流データ取得時の往路復路においては、図１０に示すように、超音波照射角度を主走査方向に対し１０°傾ける。この超音波照射角度を傾ける手法としては、実施例３のビームのステアリングの手法と同様で、キャリッジ００５に探触子００３の主走査方向に傾きを制御できる駆動システムを設置し、駆動制御部００６にて制御する事で実現する。なお、実施例３で記載の通り、探触子００３に１．５Ｄプローブを使用し、送信制御部００７を制御する事で主走査方向にビームをステアリングする事も有効である。
信号処理部Ｄ０１８では往路復路の画像情報を傾斜角度分の補正を加え、往路復路で位置関係が対応させる。取得した画像データと血流データを画像合成部００９にて合成し、画像表示部０１０にて重畳表示する。
今回は傾斜角度を１０°に設定するが、この角度は任意に設定できる。また、画像データと血流データを重畳するだけでなく、任意の画像位置を示すことで、その個所の血流値を表示するのも効果的である。
以上のシステムを実際に使用する。その結果、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、超音波画像とドプラ情報を取得し、重畳表示する事が出来る。
装置の構成と基本的な装置の動作は実施例１と同じであり、異なる点は、図８記載のエラストグラフィ機能を有する信号処理部Ｅ０１９を付属しており、これによってエラストグラフィック画像を得ている点である。本実施例のキャリッジ００５の通過経路は図３の（Ｂ）で示す通りに、探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも２回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では、実施例１〜６の記載に示す様な画像データを取得する。Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路では、探触子００３から連続波を照射するように送信制御部００７を駆動させる。その時発生する弾性波の伝搬速度を検出し、その情報を信号処理部Ｅ０１９にて処理する事で照射位置の被検体の硬度データを算出する。本実施例では ４ＭＨｚの連続波を照射し、信号処理部Ｅ０１９において照射位置毎の硬さ数値と硬さ情報を色に変換した硬度データを作成する。取得した画像データと硬度データは画像合成部００９にて合成され、画像表示部０１０にて重畳表示される。なお、重畳の切替は設定で切り替える事が出来、硬度データは必要な時に数値、および色情報で表示される。なお、本実施例では弾性波の伝達速度を計測することで硬度データを算出する手法を採用しているが、超音波の放射音圧によって生じる歪みを計測する事で硬さ情報を計測する手法を使用する事も有効である。
以上のシステムを実際に使用する。その結果、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、超音波画像と硬さ情報を取得し、重畳表示する事が出来る。
装置の構成と基本的な装置の動作は実施例１と同じであり、異なる点は、図９記載のＲＦデータメモリ０２０を有し、往復走査において個別に取得したＲＦ信号を一時保存し、合成処理が可能なシステムを有する点である。本実施例のキャリッジ００５の通過経路は図３の（Ｂ）で示す通りに、探触子００３が同座標の超音波画像を少なくとも２回取得するように往復走査する。Ｐｏｓ．１−１からＰｏｓ．１−２への往路では、正負に振動する超音波を照射する。探触子００３で取得されたエコー信号は加算部０１３で加算されたのち、ＲＦデータメモリ０２０に保存される。Ｐｏｓ．１−３からＰｏｓ．１−４への復路では、往路時の波形の位相を１８０°ずらした超音波を照射する。探触子００３で取得されたエコー信号は加算部０１３で加算されたのち、ＲＦデータメモリ０２０に保存されていた往路で取得したＲＦ信号と加算する。加算したＲＦ信号をフィルタ処理部０１７にて高調波に対応したバンドパスフィルタで処理した後に再構成し画像データを取得する。なお、ＲＦデータを加算せずに通常の画像データも作成できるので、画像合成部００９にて画像データと高調波画像データを合成し、画像表示部０１０にて重畳表示する事が出来るし、合成せずに単独で画像を出力する事もできる。本実施例では、位相反転法によるハーモニック画像を実現する為にＲＦデータメモリ０２０を使用しているが、この場合、基本波と高調波を受信できる感度特性を有する探触子００３が必要である。
以上のシステムを実際に使用する。その結果、条件の切替による探触子走査速度の低下や処理の複雑化を抑えつつ、高調波画像とＢモード画像を取得し、重畳表示する事が出来る。
００３ 超音波探触子
００４ 駆動機構
００５ キャリッジ
００６ 駆動制御部
００７ 送信制御部
００８ 信号処理部Ｕ
００９ 画像合成部
０１０ 画像表示部
０１１ 被検体
０２４ 圧電素子

Claims (8)

  1. 被検体に超音波を照射し、該超音波の被検体での反射波を受信して、該反射波を電気信号に変換する探触子と、
    前記探触子を被検体に対して往復走査させる走査手段と、
    前記探触子による前記被検体への超音波の照射を制御する超音波制御手段と、
    前記電気信号に基づいて超音波画像を取得する信号処理手段と、
    前記信号処理手段が取得した複数の超音波画像を合成する合成手段と、を有し、
    前記走査手段は、前記往復走査における往路と復路とで前記探触子による超音波照射領域が重複するように、該探触子を該被検体に対して往復走査させ、
    前記超音波制御手段は、前記往路と復路とにおいて、前記探触子が被検体に照射する超音波の照射方法を異ならせ、
    前記合成手段は、前記異なる照射方法で照射された超音波に基づく電気信号に基づいて取得した複数の超音波画像を合成する
    ことを特徴とする被検体情報取得装置。
  2. 前記信号処理手段は、前記探触子が前記往路と復路とで変換した電気信号を、それぞれ異なる方法で処理して前記超音波画像を取得することを特徴とする請求項１に記載の被検体情報取得装置。
  3. 前記超音波制御手段は、前記超音波のフォーカス位置が前記往路と復路とで異なるように、該探触子による前記被検体への超音波の照射を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
  4. 前記超音波のフォーカス位置が、フォーカス深さであることを特徴とする請求項３に記載の被検体情報取得装置。
  5. 前記超音波制御手段は、前記超音波の周波数が前記往路と復路とで異なるように、該探触子による前記被検体への超音波の照射を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
  6. 前記超音波制御手段は、前記超音波の照射方向（ステアリング方向）が前記往路と復路とで異なるように、該探触子による前記被検体への超音波の照射を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の被検体情報取得装置。
  7. 前記信号処理手段が取得する超音波画像は、ドプラ画像であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
  8. 前記信号処理手段が取得する超音波画像は、エラストグラフィック画像であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の被検体情報取得装置。
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