JP2022122036A - 超音波撮像装置、および、超音波撮像方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、実施の形態1の超音波撮像装置の構造について図1、図2を用いて説明する。図1は、超音波撮像装置の全体の構成を示す図である。図2(a-1)および(b-1)は、プローブの振動子を上面から見た配列と駆動される振動子(送信開口)を示す図であり、図2(a-2)、(b-2)および(c)は、プローブの振動子の側面の配列と駆動される振動子と送信ビームの形状を示す図である。
以下、実施の形態1の超音波撮像装置100が、被検体5を撮像する際の各部の動作について、図4および図6のフローと、送信ごとの送信開口を示す図5および図7を用いて説明する。
以下、ラインデータ合成/フレームデータ合成選択部112がラインデータ合成モードの選択を受け付けている場合について各部の動作の一例を説明する。
1回目の送信(t=1)において、送受信制御部111は、プローブ1の長軸方向の開口位置iに、短軸方向が小口径の第1送信開口4aを設定する。例えば、送受信制御部111は、プローブ1の短軸口径切り替えスイッチ14を切り替えることにより、短軸方向の中心のA列に位置する振動子3を選択するとともに、長軸方向の開口位置iから予め定めた数(例えばP個)の振動子3を選択することにより第1送信開口4aを設定する。もしくは、送受信制御部111は、送信部101に対して、短軸方向がA列で長軸方向の位置iから予め定めた数(例えばP個)の振動子3を第1送信開口4aとして指示することにより第1送信開口4aを設定する。
送信部101は、第1送信開口4a内の振動子3に送信信号を出力する。これにより第1送信開口4aから、第1送信ビーム10が被検体5に対して送信される。
第1送信ビーム10は、被検体5内で反射や散乱等された超音波のうちプローブ1に到達した超音波は、振動子3によって受信される。
受信部102は、長軸方向について所定の遅延量で遅延させて加算することにより受信ビームフォーミングし、所定の受信走査線について第1受信ビーム信号(RF(高周波)信号とも呼ぶ)20を生成する。受信部102は、生成した第1受信ビーム信号20を信号メモリ部103に格納する。
2回目の送信(t=2)において、送受信制御部111は、ステップ131と同じ長軸方向の位置iに、短軸方向が大口径の第2送信開口4bを設定する。例えば、送受信制御部111は、プローブ1の短軸口径切り替えスイッチ14を切り替えることにより、短軸方向のA列とB1列とB2列に位置する振動子3を選択するとともに、長軸方向の開口位置iから予め定めた数(例えばP個)の振動子3を選択することにより第2送信開口4bを設定する。もしくは、送受信制御部111は、送信部101に対して、短軸方向がA列とB1列とB2列で長軸方向の開口位置iから予め定めた数(例えばP個)の振動子3を第2送信開口4bとして指示することにより第2送信開口4bを設定する。
送信部101は、第2送信開口4b内の振動子3に送信信号を出力する。これにより、第2送信開口4bから、第2送信ビーム11が被検体5に対して送信される。第2送信ビーム11の短軸方向のビーム幅が最も狭くなる深度領域11aは、ステップ132の第2送信ビーム11のビーム幅が最も狭くなる深度領域10aよりも深くなる。
第1送信ビーム10は、被検体5内で反射や散乱等された超音波のうちプローブ1に到達した超音波は、振動子3によって受信される。
受信部102は、長軸方向について所定の遅延量で遅延させて加算することにより受信ビームフォーミングし、所定の受信走査線について第2受信ビーム信号(RF(高周波)信号とも呼ぶ)21を生成する。受信部102は、生成した第2受信ビーム信号21を信号メモリ部103に格納する。
信号合成部104は、信号メモリ103から第1受信ビーム信号20と第2受信ビーム信号21を読みだして、図3に示した重みで重み付けして加算し、合成受信ビーム信号122を生成する。これにより、短軸方向について、広い深度領域10a,11aで解像度の高い合成受信ビーム信号122を得ることができる。
送受信制御部111は、長軸方向の第1および第2送信開口4a,4bの位置をずらしながら、上記ステップ131~140を、1フレームの作成に必要な数の合成受信ビーム信号122が得られるまで、繰り返す。
ステップ141において、1フレームの作成に必要な数の合成受信ビーム信号122が得られたならば、画像形成部105は、合成受信ビーム信号122からフレームデータを生成し、表示処理部108に出力する。表示処理部108は、フレームデータを表示部109に表示させる。
つぎに、ラインデータ合成/フレームデータ合成選択部112が、操作者からフレームデータ合成モードの選択を受け付けている場合について各部の動作について、図6~図8を説明する。フレームデータ合成モードでは、短軸方向において小口径の第1送信開口4aで送信してフレームデータを生成した後、大口径の第2送信開口4bで送信してフレームデータを生成し、それらを重み付けして合成する。
フレームN(N=1)のフレームデータの撮像を以下のステップ231~238により生成する。
図4の受信ビーム合成モードのフローのステップ130~134と同様に、ステップ231~237において、送受信制御部111は、短軸方向において小口径の第1送信開口4aをプローブ1または送信部101に設定し(ステップ231)、送信部101は、第1送信ビーム10を送信させ(ステップ231,232)、受信部102は、被検体5からの反射波を受信し、長軸方向にビームフォーミングして第1受信ビーム信号20を生成する(ステップ234,235)。ただし、図4のラインデータ合成モードとは異なり、図6のフレームデータ合成モードは、図7のように長軸方向の開口位置をずらしながら(ステップ237)、連続して短軸方向に小口径の第1送信開口4aから送信を繰り返し、1フレームの生成に必要な数の第1受信ビーム20を取得する(ステップ236)。
画像合成部107は、フレームNと、画像メモリ部106に格納されているフレームN-1のフレームデータを深度方向に重み付けして合成する。初回のN=1のフレーム1の場合は、画像メモリ106には、フレームN-1のフレームデータは格納されていないので、そのままステップ240に進む。
送受信制御部111は、つぎのフレームN+1(フレーム2)の撮像を行うため、短軸方向において送信開口4の口径サイズを小口径と大口径とで切り替え、ステップ232に戻る(ステップ231)。フレーム2の場合、フレーム1で短軸方向小口径を設定していたので、短軸方向大口径の第2送信開口4bに切り替える(図7参照)。
設定された第2送信開口4bにより、上述したステップ232~238を繰り返す。すなわち、第2送信ビーム11を送信し、被検体5からの反射波を受信し、長軸方向にビームフォーミングして第2受信ビーム信号21を生成する処理を、長軸方向の開口位置をずらしながら連続して繰り返し、1フレームの生成に必要な数の第2受信ビーム21を取得する(ステップ232~237)。画像形成部105は、得られた受信ビーム21を用いてフレーム2のフレームデータ(画像)を生成し、画像メモリ部106に格納する(ステップ238)。
画像合成部107は、フレーム2と、画像メモリ部106に格納されているフレーム1のフレームデータとを深度方向に重み付けして合成する。重みは、図8に示すように、フレームデータの長軸方向については一様であり、深度方向については、図3のように分布している。すなわち、深度が浅い領域10aでは短軸方向に小口径の第1送信開口4aを設定して得たフレームデータNの重みが、短軸方向に大口径の第2送信開口4bを設定して得たフレームデータN+1の重みより大きくなるようにする。被検体5の深度が深い領域11aおよびそれ以上の深度では、第2送信開口4bを設定して得たフレームデータN+1の重みが、第1送信開口4aを設定して得たフレームデータNの重みより大きくなるように設定される。
実施の形態2の超音波撮像装置の撮像時の動作について図9および図10を用いて説明する。実施の形態2の超音波撮像装置の構成は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
フレームN(N=1)のフレームデータの撮像を以下のステップ331~340により生成する。
図4のラインデータ合成モードのフローのステップ130~134と同様に、ステップ331~335において、送受信制御部111は、1回目の送信t=1において、プローブ1の長軸方向の開口位置iに、短軸方向が小口径の第1送信開口4aを設定する(ステップ331、332)。送信部101は、第1送信開口4aから第1送信ビーム10を送信させ(ステップ333)、受信部102は、被検体5からの反射波を受信した受信信号を振動子3から受け取り、長軸方向にビームフォーミングして第1受信ビーム信号(i)20を生成し、信号メモリ103に格納する(ステップ334,335)。
信号合成部は、受信ビーム信号(i)と、信号メモリ部103に格納されている、隣の受信ビーム信号(i-1)を深度方向に重み付けして合成し、合成受信ビーム信号(i)を得て、信号メモリ103に格納する。初回のi=1の受信ビーム(i)の場合は、信号メモリ103には、受信ビーム(i-1)の受信ビーム信号はまだ格納されていないので、そのままステップ337に進む。
送受信制御部111は、1フレームの作成に必要な数の合成受信ビーム信号(i)が得られたかどうか判定し、得られていない場合には、ステップ338に進む。
2回目の送信t=2において、プローブ1の長軸方向の開口位置i+1に、1回目の送信とは短軸方向の口径サイズを切り替えた、短軸方向に大口径の第2送信開口4bを設定し、ステップ333に戻る。
ステップ333~335において、送信部101は、設定された短軸方向が大口径の第2送信開口4bから第2送信ビーム11を送信させ、受信部102は、受信信号を振動子3から受け取り、長軸方向にビームフォーミングして受信ビーム信号(i+1)21を生成し、信号メモリ103に格納する。
信号合成部は、受信ビーム信号(i+1)と、信号メモリ部103に格納されている、隣の受信ビーム信号(i)を深度方向に図3に示した重みにより重み付けして合成し、合成受信ビーム信号(i+1)を得て、信号メモリ103に格納する。
上記ステップ331~336を、1フレームの作成に必要な数の合成受信ビーム信号(i)が得られるまで、長軸方向の開口位置をずらしながら繰り返す。
1フレームの生成に必要な数の合成受信ビーム信号が得られたならば、画像形成部105は、フレームN(N=1)のフレームデータ(画像)を生成し、表示処理部108に出力する。表示処理部108は、フレームデータを表示部109に表示させる。
フレーム番号をインクリメントし、ステップ331に戻って上記処理を繰り返す。
実施の形態3の超音波撮像装置の撮像時の動作について図11および図12を用いて説明する。図11および図12から明らかなように、実施の形態3の超音波撮像装置の撮像時の動作は、実施の形態2の図9および図10と共通する動作が多いため、同様の処理には同じステップ番号を付し、異なる点のみ説明する。また、実施の形態3の超音波撮像装置の構成は、実施の形態1と同様である。
実施の形態4の超音波撮像装置の撮像時の動作について図13を用いて説明する。
実施の形態5の超音波撮像装置について図14、図15を用いて説明する。
実施の形態6の超音波撮像装置について、図16、図17を用いて説明する。
Claims (16)
- 送信部と、受信部と、画像形成部と、合成部とを有し、
前記送信部は、振動子が長軸方向と短軸方向にそれぞれ配列されたプローブに対して、前記短軸方向の口径サイズが所定の大きさの第1送信開口と、前記短軸方向の口径サイズが前記第1送信開口より大きい第2送信開口とを順に設定し、前記第1および第2送信開口内の前記振動子にそれぞれ送信信号を出力することにより、前記振動子から被検体に対して第1送信ビームと第2送信ビームをそれぞれ送信させ、
前記受信部は、前記第1および第2送信ビームの前記被検体からのそれぞれ反射波を前記プローブの前記振動子が受信して出力する受信信号を受け取って、前記長軸方向についてそれぞれビームフォーミングすることにより、第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号を生成し、
前記画像形成部は、前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号を用いて輝度変換された画像データを生成し、
前記合成部は、前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号を重み付けして合成する信号合成部、および、前記第1受信ビーム信号から前記画像形成部が生成した第1画像データおよび前記第2受信ビーム信号から前記画像形成部が生成した第2画像データを重み付けして合成する画像合成部のうち少なくとも一方を含むことを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記合成部の前記重み付けの重みは、前記被検体の深度が浅い第1領域では、前記第1受信ビーム信号および前記第2受信ビーム信号のうち一方の重みが他方の重みより大きく、前記深度が前記第1領域よりも深い第2領域のうち少なくとも一部の領域では、前記他方の重みが前記一方の重みよりも大きいことを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記合成部の前記重み付けの重みは、前記被検体の深度が浅い第1領域では、前記第1フレームデータおよび前記第2フレームデータうちの一方の重みが他方の重みより大きく、前記深度が前記第1領域よりも深い第2領域のうち少なくとも一部の領域では、前記他方の重みが前記一方の重みよりも大きいことを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記合成部の前記重み付けの重みは、前記被検体の深度が浅い第1領域では前記第1受信ビーム信号または前記第1フレームデータの重みが、前記第2受信ビーム信号または前記第2フレームデータの重みより大きく、前記深度が前記第1領域よりも深い第2領域のうち少なくとも一部の領域では、前記第2受信ビーム信号または前記第2フレームデータの重みが、前記第1受信ビーム信号または前記第2フレームデータの重みより大きいことを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、前記長軸方向において同じ位置に、前記第1送信開口と前記第2送信開口を設定して前記第1送信ビームと前記第2送信ビームをそれぞれ送信し、
前記受信部は、同じ位置の受信走査線について前記第1受信ビーム信号と第2受信ビーム信号を生成し、
前記信号合成部もしくは画像合成部は、同じ受信走査線の前記第1受信ビーム信号と第2受信ビームを重み付けして合成することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、前記第1送信開口を送信ごとにその位置を前記長軸方向に所定量ずつ移動させながら設定し、第1フレームデータを生成するのに必要な数の前記第1送信ビームの送信を行った後、前記第2送信開口を送信ごとにその位置を前記長軸方向に所定量ずつ移動させながら設定し、第2フレームデータを生成するのに必要な数の前記第2送信ビームの送信を行い、
前記受信部は、前記第1および第2送信開口の前記長軸方向の移動にともなって、受信走査線を前記長軸方向に移動させながら前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号をそれぞれ生成し、
前記画像形成部は、前記第1受信ビーム信号から前記第1フレームデータを生成し、前記第2受信ビーム信号から前記第2フレームデータを生成し、
前記信号合成部もしくは画像合成部は、前記第1フレームデータと前記第2フレームデータを重み付けして合成することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記プローブは、前記第1および第2送信開口の前記短軸方向の口径サイズを切り替えるためのスイッチを有し、
前記送信部は、前記スイッチを切り替えて前記第1および第2送信開口の前記短軸方向の口径サイズを設定する送信制御部を備えていることを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、送信ごとに前記第1送信開口と前記第2送信開口とを交互に、それらの位置を前記長軸方向に所定量ずつ移動させながら設定し、
前記受信部は、前記第1送信開口と前記第2送信開口の前記長軸方向の移動に伴って、前記第1および第2受信ビーム信号を形成する受信走査線の位置を前記長軸方向に移動させ、
前記合成部は、隣同士の前記受信走査線の前記第1受信ビーム信号と第2受信ビーム信号とを重み付けして合成することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、送信ごとに前記第1送信開口と前記第2送信開口とを交互に、それらの位置を前記長軸方向に所定量ずつ移動させながら設定して、第1フレームデータを生成するのに必要な数の前記第1送信ビームおよび第2送信ビームを送信した後、前記送信部は、前記第1フレームデータの際とは前記第1送信開口と前記第2送信開口の位置を入れ替えて、第2フレームデータを生成するのに必要な数の前記第1送信ビームおよび第2送信ビームを送信し、
前記受信部は、前記第1および第2送信開口の前記長軸方向の移動にともなって、受信走査線を前記長軸方向に移動させながら前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号をそれぞれ生成し、
前記画像形成部は、前記第1受信ビーム信号から前記第1フレームデータを生成し、前記第2受信ビーム信号から前記第2フレームデータを生成し、
前記合成部は、前記第1受信ビーム信号と第2受信ビームを重み付けして合成するか、または、前記第1フレームデータと第2フレームデータを重み付けして合成することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、前記第2送信開口から前記送信ビームを送信させる際に、前記第2送信開口の前記短軸方向の中央部の振動子には前記送信信号を出力せず、前記中央部の振動子からは前記第2送信ビームを送信させないことを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部の設定する前記送信開口は、前記短軸方向の口径サイズが、3種類以上あり、3種類以上の前記送信ビームを送信し、
前記受信部は、前記3種類以上の送信ビームにそれぞれ対応する3種類以上の前記受信ビームを生成し、
前記合成部は、前記重み付けの重みを、前記被検体の深度が深くなるほど、前記短軸方向の口径サイズが大きい前記送信開口を設定して得た前記受信ビームまたは前記フレームデータの重みが少なくとも一部の深度領域で大きくなるように設定することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、前記第1送信開口を送信ごとにその位置を前記長軸方向に所定量ずつ移動させながら設定し、1番目のフレームデータを生成するのに必要な数の前記第1送信ビームの送信を行った後、前記第2送信開口を送信ごとにその位置を前記長軸方向に所定量ずつ移動させながら設定し、2番目のフレームデータを生成するのに必要な数の前記第2送信ビームの送信を行う動作を繰り返しながら、フレーム番号が増えるたびに、前記第1送信ビームおよび第2送信ビームの前記深度方向に対する照射角度を、所定の複数種類の角度に順次切り替え、
前記画像形成部は、それぞれのフレーム番号のフレームデータを生成し、
前記信号合成部もしくは画像合成部は、前記照射角度の種類の数以上の前記フレームデータを、重み付けして合成することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項12に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、前記所定の複数種類の照射角度ごとに、予め定められた第1送信開口または第2送信開口を設定することを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項12に記載の超音波撮像装置であって、前記信号合成部は、前記照射角度の種類の数以上の前記フレームデータ合成する際に、前記照射角度の種類の数以上の前記フレームデータをそれぞれ構成する前記受信ビーム信号のうち、対応する長軸方向の位置の前記受信ビーム信号を重み付けして合成することを特徴とする超音波撮像装置。
- 請求項1に記載の超音波撮像装置であって、前記送信部は、送信ごとに前記第1送信開口と前記第2送信開口とを交互に、それらの位置を前記長軸方向に所定量ずつ移動させながら設定して、第1フレームデータを生成するのに必要な数の前記第1送信ビームおよび第2送信ビームを送信した後、前記送信部は、前記第1フレームデータの際とは前記第1送信開口と前記第2送信開口の位置を入れ替えて、第2フレームデータを生成するのに必要な数の前記第1送信ビームおよび第2送信ビームを送信する動作を繰り返しながら、フレーム番号が増えるたびに、前記第1送信ビームおよび第2送信ビームの前記深度方向に対する照射角度を、所定の複数種類の角度に順次切り替え、
前記受信部は、前記第1および第2送信開口の前記長軸方向の移動にともなって、受信走査線を前記長軸方向に移動させながら前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号をそれぞれ生成し、
前記信号合成部は、前記第1フレームデータを生成するための前記第1および第2送信ビームに基づいて前記受信部が生成した前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号と、前記第2フレームデータを生成するための前記第1および第2送信ビームに基づいて前記受信部が生成した前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号のうち、長軸方向の位置が同じもの同士を重み付けして合成し、
前記画像形成部は、前記信号合成部が合成後の受信ビーム信号を用いて、フレームデータを生成し、
前記画像合成部は、前記照射角度の種類の数以上の前記フレームデータを合成することを特徴とする超音波撮像装置。 - 振動子が長軸方向と短軸方向にそれぞれ配列されたプローブに対して、前記短軸方向の口径サイズが所定の大きさの第1送信開口と、前記短軸方向の口径サイズが前記第1送信開口より大きい第2送信開口とを順に設定し、前記第1および第2送信開口内の前記振動子にそれぞれ送信信号を出力して、前記振動子から被検体に対して第1送信ビームと第2送信ビームをそれぞれ送信させるステップと、
前記第1および第2送信ビームの前記被検体からのそれぞれ反射波を前記プローブの前記振動子が受信して出力する受信信号を受け取って、前記長軸方向についてそれぞれビームフォーミングすることにより、第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号を生成するステップと、
前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号を用いてフレームデータを生成するステップと、
前記第1受信ビーム信号および第2受信ビーム信号を重み付けして合成するか、または、前記第1受信ビーム信号から生成された第1フレームデータおよび前記第2受信ビーム信号から生成された第2フレームデータを重み付けして合成するステップとを有することを特徴とする超音波撮像方法。
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