JP2023184056A - 超音波診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を同時に得る。【解決手段】第1ビーム走査面FA及び第2ビーム走査面FBが交互に形成される。第1ビーム走査面FAの形成に際しては、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、ビーム偏向角度が負側へ連続的に増大するように、送受信制御が実行される。第2ビーム走査面FBの形成に際しては、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、ビーム偏向角度が正側へ連続的に増大するように、送受信制御が実行される。【選択図】図3
Description
本開示は超音波診断装置に関し、特に、空間コンパウンド技術に関する。
超音波診断装置は、被検体内に超音波を送信し被検体内からの反射波を受信することにより、超音波画像を形成及び表示する装置である。超音波画像には、ランダムな音響ノイズ(スペックルとも称される)が含まれる。そのようなノイズを低減するための技術として、空間コンパウンド法が知られている。
空間コンパウンド法では、例えば、-φ度のビーム偏向角度が維持されつつ第1ビーム走査が実行されて第1フレームデータ(以下「フレームデータ」を単に「フレーム」という。)が取得される。続いて、0度のビーム偏向角度が維持されつつ第2ビーム走査が実行されて第2フレームが取得される。続いて、+φ度のビーム偏向角度が維持されつつ第3ビーム走査が実行されて第3フレームが取得される。このシーケンスが循環的に実行される。これによりフレーム列が取得される。フレーム列は、時系列順に並ぶ、第1フレーム、第2フレーム、第3フレーム、第1フレーム、第2フレーム、第3フレーム、・・・からなる。各合成タイミングにおいて、時間軸上において連なる3つのフレームが合成され、これにより合成フレームが生成される。
合成フレームには、複数の部分が含まれる。すなわち、三重合部分、二重合部分、及び、非重合部分、が含まれる。一般に、それらの内で、三重合部分及び二重合部分が表示対象となる。空間コンパウンド法では、最大のビーム偏向角度差(上記の例では2φ)が大きいほど、コンパウンド効果を高められることが知られている。上記の二重合部分においては、ビーム偏向角度差が小さくなるので、空間コンパウンド効果を十分に得られない。
従来の空間コンパウンド法において、フレーム合成数(あるいはビーム偏向角度数)は奇数であり、例えば、3,5又は7である。空間コンパウンド法では、見かけ上、フレームレートの低下は生じないが、フレーム合成数が多くなると、時間的応答性が低下する。
特許文献1、2には、従来の空間コンパウンド法が開示されている。特許文献3には、1.25Dプローブが開示されている。いずれの特許文献にも、電子走査方向における一方端から他方端へのビーム走査に際してビーム偏向角度を連続的に変更することは開示されていない。
本開示の目的は、合成フレーム数が少なくても重合領域を拡大できる空間コンパウンド法を実現することにある。あるいは、本開示の目的は、良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を同時に得ることにある。
本開示に係る超音波診断装置は、電子走査方向に並ぶ複数の振動素子を有する振動素子アレイと、第1ビーム走査面及び第2ビーム走査面を含む複数のビーム走査面が順次形成されるように、前記振動素子アレイの動作を制御する制御部と、前記複数のビーム走査面の形成により得られた複数のフレームデータを合成する合成部と、を含み、前記第1ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第1ビームにより構成され、前記電子走査方向における一方端から他方端にかけて、前記複数の第1ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大しており、前記第2ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第2ビームにより構成され、前記他方端から前記一方端にかけて、前記複数の第2ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大している、ことを特徴とする。
本開示に係る超音波診断装置によれば、空間コンパウンド法の実施に際して、合成フレーム数が少なくても、重合領域を拡大できる。あるいは、本開示に係る超音波診断装置によれば、良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を同時に得られる。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
(1)実施形態の概要
実施形態に係る超音波診断装置は、振動素子アレイ、制御部、及び、合成部を有する。振動素子アレイは、電子走査方向に並ぶ複数の振動素子を有する。制御部は、第1ビーム走査面及び第2ビーム走査面を含む複数のビーム走査面が順次形成されるように、振動素子アレイの動作を制御する。合成部は、複数のビーム走査面の形成により得られた複数のフレームデータを合成する。第1ビーム走査面は、電子走査方向に並ぶ複数の第1ビームにより構成される。電子走査方向における一方端から他方端にかけて、複数の第1ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大している。他方端から一方端にかけて、複数の第2ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大している。
実施形態に係る超音波診断装置は、振動素子アレイ、制御部、及び、合成部を有する。振動素子アレイは、電子走査方向に並ぶ複数の振動素子を有する。制御部は、第1ビーム走査面及び第2ビーム走査面を含む複数のビーム走査面が順次形成されるように、振動素子アレイの動作を制御する。合成部は、複数のビーム走査面の形成により得られた複数のフレームデータを合成する。第1ビーム走査面は、電子走査方向に並ぶ複数の第1ビームにより構成される。電子走査方向における一方端から他方端にかけて、複数の第1ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大している。他方端から一方端にかけて、複数の第2ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大している。
第1ビーム走査面は、負の電子走査方向へ広がった深部を有する第1末広がり形状を有し、第2ビーム走査面は、正の電子走査方向へ広がった深部を有する第2末広がり形状を有する。よって、合成フレーム数が少なくても、第1ビーム走査面と第2ビーム走査面とが重なり合う領域(重合領域)を電子走査方向に拡大できる。それ故、良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を同時に得られる。
実施形態において、第1末広がり形状は台形状であり、それは負の電子走査方向に伸長した下辺を有する。第2末広がり形状も台形状であり、それは正の電子走査方向に伸長した下辺を有する。第1末広がり形状の下辺及び第2末広がり形状の下辺は、それぞれ、直線又は曲線(円弧)である。これと同様に、第1末広がり形状の上辺及び第1末広がり形状の上辺も、それぞれ、直線又は曲線(円弧)である。実空間内において、2つの下辺は一致しないが、2つの上辺は一致する。第1末広がり形状を左右反転させると、左右反転後の第1末広がり形状が第2末広がり形状に一致する。つまり、第1末広がり形状及び第2末広がり形状は、反転対称の関係を有する。
ビーム偏向角度の連続的な増大には、ビーム偏向角度の段階的な増大が含まれる。第1ビーム走査面においては、電子走査方向における一方端から他方端にかけて隣接ビーム間のビーム偏向角度差が徐々に増大している。第2ビーム走査面においては、電子走査方向における他方端から一方端にかけて隣接ビーム間のビーム偏向角度差が徐々に増大している。
制御部は、送信部及び受信部の動作を制御することにより、振動素子アレイの動作を間接的に制御する。上記の各ビームは、音線又は走査線である。より具体的には、上記の各ビームは、パラレル受信が実行されない場合には送受信ビームであり、パラレル受信が実行される場合には送信ビームである。パラレル受信が実行される場合において、ビーム偏向角度関数に従って放射状に広がる複数の受信ビームが同時に形成されてもよい。
実施形態において、制御部は、第1ビーム偏向角度関数に従って複数の第1ビームの偏向角度を設定し、且つ、第2ビーム偏向角度関数に従って複数の第2ビームの偏向角度を設定する。電子走査方向の位置を示す第1軸とビーム偏向角度を示す第2軸とで定義される座標系において、第1ビーム偏向角度関数が第1線で表現され、第2ビーム偏向角度関数が第2線で表現される。座標系において第1線及び第2線はそれぞれ直線又は曲線である。座標系において第1線及び第2線は平行である。
第1ビーム走査面において、一方端に対応する第1ビームの偏向角度は0度又は+ζ度であり、且つ、他方端に対応する第1ビームの偏向角度は-α度である(但し、|α│>0、又は、|α│>│ζ│>0)。第2ビーム走査面において、他方端に対応する第2ビームの偏向角度は0度又は-ζ度であり、且つ、一方端に対応する第2ビームの偏向角度は+α度である。
+ζ及び-ζは、それぞれ、マイナスオフセットとして機能する。+ζ及び-ζを加えることにより、重合領域を電子走査方向により拡大することが可能となる。そこまでの拡大を求めない場合には、+ζ及び-ζに代えて0を採用すればよい。
実施形態において、振動素子アレイは、電子走査方向である長軸方向に直交する短軸方向に並ぶ複数の振動素子列を有する。各振動素子列は、電子走査方向に並ぶ複数の振動素子により構成される。複数のビーム走査面は、第1ビーム走査面、第2ビーム走査面、第3ビーム走査面、及び、第4ビーム走査面を含む。第3ビーム走査面は、電子走査方向に並ぶ複数の第3ビームにより構成される。電子走査方向における一方端から他方端にかけて、複数の第3ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大している。第4ビーム走査面は、電子走査方向に並ぶ複数の第4ビームにより構成される。電子走査方向における他方端から一方端にかけて、複数の第4ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大している。第1ビーム走査面及び第2ビーム走査面を形成する場合には、振動素子アレイにおいて短軸方向に第1音響開口サイズが設定される。第3ビーム走査面及び第4ビーム走査面を形成する場合には、振動素子アレイにおいて短軸方向に第2音響開口サイズが設定される。第1音響開口サイズと第2音響開口サイズは互いに異なる。
上記構成は、ビーム偏向角度変化の組み合わせと短軸方向の開口サイズの切り替えとを併用するものである。上記構成の実施に際しては、例えば、1.25Dプローブ、1.5Dプローブ、1.75Dプローブ又は2Dプローブが使用される。ビーム走査面の形成順序は任意に定め得る。例えば、第1ビーム走査面、第2ビーム走査面、第3ビーム走査面及び第4ビーム走査の順序で一連のビーム走査面が形成されてもよいし、第1ビーム走査面、第3ビーム走査面、第2ビーム走査面及び第4ビーム走査の順序で一連のビーム走査面が形成されてもよい。
実施形態に係る超音波診断装置は、複数の第1ビームに対応する複数の第1受信信号及び複数の第2ビームに対応する複数の第2受信信号に対して作用するフィルタを含む。制御部は、複数の第1ビームの偏向角度及び複数の第2ビームの偏向角度に応じて、フィルタの特性を変化させる。ビーム偏向角度に応じて超音波伝搬距離が変化する。つまり、ビーム偏向角度に応じて受信信号の特性が変化する。そこで、上記構成は、受信信号の特性の変化に応じてフィルタの特性を変化させるものである。
実施形態において、複数のビーム走査面の個数は偶数である。その個数は例えば2又は4である。偶数個のビーム走査面からなるビーム走査面セットが循環的に形成される。実施形態においては、ビーム偏向角度を0度に固定して実施される走査(従来の中間的走査)は不要となる。
(2)実施形態の詳細
図1には、実施形態に係る超音波診断装置が示されている。この超音波診断装置は、医療機関等に設置され、被検者の超音波検査で使用される医用装置である。後述する各実施例に係る制御及び処理は、図1に示す構成を用いて実行される。
図1には、実施形態に係る超音波診断装置が示されている。この超音波診断装置は、医療機関等に設置され、被検者の超音波検査で使用される医用装置である。後述する各実施例に係る制御及び処理は、図1に示す構成を用いて実行される。
超音波プローブ10は、直線状に配列された複数の振動素子により構成される振動素子アレイを有する。振動素子アレイにより超音波ビーム12が形成される。超音波ビーム12の電子走査の繰り返しにより、ビーム走査面(二次元データ取込領域)が順次形成される。実施形態においては、空間コンパウンド法に従って、複数種類のビーム走査面が循環的に形成される。後に説明する幾つかの実施例においては、第1ビーム走査面16及び第2ビーム走査面18が交互に形成される。その場合、合成フレーム数は2である。
送信部22は、送信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。送信部22は、送信時において、複数の送信信号を振動素子アレイへ並列的に供給する。これにより超音波が生体内へ放射される。すなわち、送信ビームが形成される。
受信部20は、受信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。受信時において、生体内からの反射波が振動素子アレイにおいて受信されると、振動素子アレイから受信部20へ複数の受信信号が並列的に出力される。受信部20においては、複数の受信信号に対して整相加算を適用し、これにより受信ビームデータを生成する。
1回の電子走査により、1つの受信フレーム(受信フレームデータ)が形成される。1つの受信フレームは、電子走査方向に並ぶ複数の受信ビームデータにより構成される。各ビームデータは、深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。図示の構成例では、第1ビーム走査面に対応する第1受信フレーム及び第2ビーム走査面に対応する第2受信フレームが交互に得られる。
ビームデータ処理部24は、包絡線検波回路、フィルタ、対数圧縮回路、等を有する。フィルタは、例えば、バンドパスフィルタ(BPF)である。受信点の深さに応じてバンドパスフィルタの特性が動的に変更される。実施形態においては、更に、ビーム偏向角度に応じてバンドパスフィルタの特性が変更される。これについては後に詳述する。
画像形成部26は、複数の受信フレームから複数の表示フレームを生成する回路である。具体的には、画像形成部26は、座標変換機能、画素補間機能、フレームレート変更機能、等を有するデジタルスキャンコンバータ(DSC)により構成される。個々の表示フレームは、静止画像としての断層画像に相当する。超音波画像として、断層画像以外の画像が形成されてもよい。空間コンパウンド法の実施時には、形成された複数の表示フレームが合成部28へ送られる。
合成部28は、入力される表示フレーム列から、時間的に隣接する2つの表示フレームからなる表示フレームペアを順次取り出し、表示フレームペアごとにそれを合成し、合成フレームを生成する。合成部28から合成フレーム列が出力される。表示フレームペアの合成に際しては、例えば、矩形の重合部分が切り出され、且つ、2つの非重合部分(2つの端部)が破棄される。
なお、座標変換前のフレーム列の合成により合成フレーム列が生成されてもよい。包絡線検波前のRFフレーム列の合成により合成フレーム列が生成されてもよい。
表示処理部30は、グラフィック合成機能、カラー演算機能、等を有する。表示処理部30から表示器32へ合成フレーム列が送られる。表示器32において合成フレーム列が断層画像(動画像)として表示される。表示器32は、有機EL表示デバイス、LCD等により構成される。上記の合成部28及び表示処理部30は、それぞれ、プロセッサにより構成される。以下に説明する制御部34が合成部28及び表示処理部30として機能してもよい。
制御部34は、プログラムを実行するCPUにより構成される。制御部34は、図1に示されている各構成要素の動作を制御し、また、各種の情報処理を実行する。具体的には、制御部34は、送受信制御部38として機能する。また、制御部34は、空間コンパウンド制御部36として機能する。空間コンパウンド制御に際しては、送受信制御部38及び合成制御部40が機能する。空間コンパウンド制御の具体的内容については、後に説明する。制御部34に接続された操作パネル42は、複数のスイッチ、複数のつまみ、キーボード、トラックボール等を有する入力デバイスである。
図2には、第1実施例に係るビーム走査が示されている。横軸であるx軸は、電子走査方向の位置を示している。正の電子走査方向が+xで表現されており、負の電子走査方向が-xで表現されている。振動素子アレイ46は、x軸に沿って並ぶ複数の振動素子により構成される。x軸に直交するz軸は深さ軸である。振動素子アレイ46に対して送受信開口が設定され、送受信開口が電子走査される。
図2において、符号48は、振動素子アレイ46の中央を横切る中心線を示している。ビーム偏向角度がθで示されている。ビーム偏向角度θに関し、反時計回り方向が正側(+θ側)であり、時計回り方向が負側(-θ側)である。Rは電子走査方向の一方端を示し、Lは電子走査方向の他方端を示している。送受信開口50Rは、一方端Rに対応する開口である。送受信開口50Lは、他方端Lに対応する開口である。図示の例では、送受信開口50Rの中央位置が一方端Rの位置に一致しており、送受信開口50Lの中央位置が他方端Lの位置に一致している。なお、振動素子アレイ46を部分的に超えるように、又は、振動素子アレイ46の実際の端に跨って、送受信開口が設定されてもよい。その場合、送受信開口は実開口部分と仮想開口部分とにより構成される。
超音波ビームの電子走査の向きは、+x方向又は-x方向のいずれかである。すなわち、送受信開口が+x方向又は-x方向に電子走査される。超音波ビームは、例えば、送信ビーム及び受信ビームである。超音波ビームが送受総合ビームであると理解してもよい。パラレル受信が実施される場合、1回の送信に対して複数の受信ビームが同時に形成される。その場合において、後述するビーム偏向角度関数に従って複数の受信ビームの配列が定められてもよい。以下、超音波ビームを単にビームという。なお、z1は、画像化を行う最大深さ(深さ範囲)を示している。
第1実施例では、第1ビーム走査面16及び第2ビーム走査面18が交互に形成される。より詳しく説明すると、第1ビーム走査面16は、電子走査方向に並ぶ複数の第1ビームにより構成される。具体的には、一方端Rに対応する第1ビーム54Rから他方端Lに対応する第1ビーム54Lまでのn本のビームにより構成される。複数の第1ビームのビーム偏向角度θは、第1ビーム54Lから第1ビーム54Rにかけて、負側(-θ側)へ連続的に増大している。
第1実施例において、第1ビーム54Rのビーム偏向角度θは0度であり、第1ビーム54Lのビーム偏向角度は-αである。第1ビーム走査面16の深部に着目すると、第1ビーム54Rから第1ビーム54Lにかけて、ビーム間ピッチが連続的に増大している。
第2ビーム走査面18は、電子走査方向に並ぶ複数の第2ビームにより構成される。具体的には、他方端Lに対応する第2ビーム56Lから一方端Rに対応する第2ビーム56Rまでのn本のビームにより構成される。複数の第2ビームのビーム偏向角度θは、第2ビーム56Lから第2ビーム56Rにかけて正側(+θ側)へ連続的に増大している。
第1実施例において、第2ビーム56Lのビーム偏向角度θは0度であり、第2ビーム56Rのビーム偏向角度は+αである。第2ビーム走査面18の深部に着目すると、第2ビーム56Lから第2ビーム56Rにかけて、ビーム間ピッチが連続的に増大している。
第1ビーム走査面16の形成に際しては、-x方向へ引き伸ばされた非平行走査が実施される。第2ビーム走査面18の形成に際しては、+x方向へ引き伸ばされた非平行走査が実施される。
第1ビーム走査面16は第1末広がり形状を有する。第2ビーム走査面18は第2末広がり形状を有する。第1末広がり形状は直角を有する台形であり、その下辺のみが負の電子走査方向に伸長している。第2末広がり形状も直角を有する台形であり、その下辺のみが正の電子走査方向に伸長している。
符号44は、第1ビーム走査面16及び第2ビーム走査面18の間の重合領域を示している。重合領域44は矩形である。重合領域44が表示領域を構成する。重合領域44の負側(-x側)には、第1ビーム走査面16のみに属する三角形の端部領域16aが存在している。重合領域44の正側(+x側)には、第2ビーム走査面18のみに属する三角形の端部領域18aが存在している。2つの端部領域16a,18aは、画像化されない部分である。
第1実施例において、│α│は、例えば、10~20度の範囲内に設定される。それが、20~30度の範囲内に設定されてもよいし、5~10度の範囲内に設定されてもよい。なお、Z1は、ビーム偏向角度θが-αである場合における、深さz1に対応する超音波伝搬距離を示している。フィルタの特性の動的可変に当たっては、各ビーム上の受信点ごとに超音波伝搬距離が考慮される。その場合、往復伝搬距離が考慮されてもよい。
図3には、第1実施例に係る空間コンパウンド技術が示されている。Tは時間軸であり、T1,T2,T3,T4はそれぞれフレーム処理タイミングを示している。(A)はビーム走査面列を示し、(B)はフレーム列を示し、(C)は合成フレーム列を示している。
ビーム走査面列は、第1ビーム走査面FA、第2ビーム走査面FB、第1ビーム走査面FA、第2ビーム走査面FB、・・・により構成される。各第1ビーム走査面FAにおける最大のビーム偏向角度θは-αであり、各第2ビーム走査面FBにおける最大のビーム偏向角度θは+αである。ビーム走査面列の形成に伴ってフレーム列が生成される。フレーム列は、第1フレームGA、第2フレームGB、第1フレームGA、第2フレームGB、・・・により構成される。
フレーム列におけるフレームペアごとに合成処理が適用されて合成フレームHが生成される。各合成フレームHは、重合部分Ha、及び、非重合部分Hb,Hcからなる。非重合部分Hb,Hcは通常、破棄される。重合部分Haが画像化の対象となる。
図4には、第1実施例に係る、第1ビーム偏向角度関数58及び第2ビーム偏向角度関数60が示されている。横軸はx軸であり、縦軸はビーム偏向角度θを示している。第1ビーム走査面の形成に際しては、第1ビーム偏向角度関数58に従って、各第1ビームのビーム偏向角度が設定される。第1ビーム走査面の形成に際して、最小のビーム偏向角度θは0度であり、最大のビーム偏向角度θは-α度である。
第2ビーム走査面の形成に際しては、第2ビーム偏向角度関数60に従って、各第2ビームのビーム偏向角度が設定される。第2ビーム走査面の形成に際して、最小のビーム偏向角度θは0度であり、最大のビーム偏向角度θは+α度である。第1ビーム偏向角度関数58及び第2ビーム偏向角度関数60はそれぞれ直線であり、それらは平行である。それらの間隔はαである。
図5には、第1実施例に係るビーム偏向角度差関数62が示されている。横軸はx軸であり、縦軸はビーム偏向角度差Δθを示している。ビーム偏向角度差Δθは、x軸方向の位置によらずに、常に一定値αである。
図6には、ビームデータ処理部に含まれるBPFの動作が示されている。横軸は超音波伝搬距離を示しており、縦軸はカットオフ周波数を示している。BPFは、LPF及びHPFにより構成される。符号80は、LPFのカットオフ周波数特性を示しており、符号82は、HPFのカットオフ周波数特性を示している。2つのカットオフ周波数特性80,82の間83が通過帯域に相当する。カットオフ周波数特性80,82において、超音波伝搬距離の増大に従って、LPF及びHPFのカットオフ周波数が低域側へ引き下げられる。超音波伝搬距離は、受信点の深さの増大に伴って増大し、且つ、ビーム偏向角度の増大(│θ│の増大)に伴って増大する。
図7には、実施形態に係るBPFの制御が示されている。第1ビームの電子走査に際しては、ビーム偏向角度関数84に従ってビーム偏向角度が変更される。受信点深さが同じであっても、ビーム偏向角度の増大に伴って超音波伝搬距離が増大する。ある深さの受信点に着目すると、ビーム偏向角度の増大に伴って、関数88が示すように、LPF及びHPFのカットオフ周波数が引き下げられる。
第2ビームの電子走査に際しては、ビーム偏向角度関数86に従ってビーム偏向角度が変更される。受信点深さが同じであっても、ビーム偏向角度の増大に伴って超音波伝搬距離が増大する。ある深さの受信点に着目すると、ビーム偏向角度の増大に伴って、関数90が示すように、LPF及びHPFのカットオフ周波数が引き下げられる。なお、図7において、関数88及び関数90はいずれも模式的に表現されている。それらが曲線であってもよい。
図8には、第1比較例が示されている。(A)はビーム走査面列を示している。(B)はフレーム列を示している。(C)は合成フレーム列を示している。ビーム走査面列には、第1ビーム走査面FA、第2ビーム走査面FB及び第3ビーム走査面FCが含まれる。第1ビーム走査面FAは、複数の第1ビームにより構成され、それらのビーム偏向角度は一定(-φ度)である。第2ビーム走査面FBは、複数の第2ビームにより構成され、それらのビーム偏向角度は一定(0度)である。第3ビーム走査面FCは、複数の第3ビームにより構成され、それらのビーム偏向角度は一定(+φ度)である。時間軸上に連なる3つのフレームの合成により、合成フレームHが生成される。
合成フレームHは、三重合部分Ha、二重合部分Hb,Hc、及び、非重合部分Hd,Heからなる。ハッチングされた画像化領域HAは矩形の領域であり、それには、三重合部分Ha及び二重合部分Hb,Hcが含まれる。画像化領域HAにおいて、二重合部分Hb,Hcでは、三重合部分Haに比べて、ビーム偏向角度差が小さく(かつ重合数が少なく)、空間コンパウンド効果が低下してしまう。また、3つのフレームから合成フレームが生成されているため、場合によっては、時間的応答性が問題となる。
図9には、第2比較例が示されている。(A)はビーム走査面列を示している。(B)はフレーム列を示している。(C)は合成フレーム列を示している。ビーム走査面列には、第1ビーム走査面FA及び第2ビーム走査面FBが含まれる。各合成フレームには、重合部分Ha、及び、非重合部分Hb,Hcからなる。破線で表現された画像化領域HAは矩形の領域であり、それには、二重合部分Ha及び非重合部分Hb1,Hc1が含まれる。第2比較例によれば、第1比較例に比べて、良好な時間的応答性を得られるが、画像化領域HAそれ全体を重合領域とすることができない。
これに対し、上記の第1実施例によれば、2つのフレームによって合成フレームを生成でき、合成フレームにおける矩形の画像化領域それ全体を重合領域とすることが可能である。しかも画像化領域それ全体にわたって比較的に大きなビーム偏向角度差を確保し得るから、画像化領域それ全体にわたって良好な空間コンパウンド効果を得られる。
図10には、第1実施例の第1変形例が示されている。ビーム走査面列には、4つのビーム走査面FA1,FB1,FA2,FB2が含まれる。ビーム走査面FA1の形成に際しては、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、ビーム偏向角度が0から-α1まで負側に連続的に増大されている。ビーム走査面FB1の形成に際しては、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、ビーム偏向角度が0から+α1まで連続的に増大されている。ビーム走査面FA2の形成に際しては、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、ビーム偏向角度が0から-α2まで連続的に増大される。ビーム走査面FB2の形成に際しては、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、ビーム偏向角度が0から+α2まで連続的に増大される。ここで、│α1│<│α2│である。
フレーム列には、4つのビーム走査面FA1,FB1,FA2,FB2に対応した4つのフレームGA1,GB1,GA2,GB2が含まれる。合成フレームの生成に際しては、時間的に連なる4つのフレームが合成される。例えば、フレームGA1,GB1,GA2,GB2が合成される。なお、4つのビーム走査面FA1,FB1,FA2,FB2の形成順序は任意に定め得る。
上記の第1変形例によれば、表示領域の全体にわたって高い空間コンパウンド効果を得られるので画質をより向上し得る。時間応答性を優先させる場合には合成数を2とし、つまり図3に示したシーケンスを採用してもよい。一方、画質を優先させる場合には合成数を4とし、つまり図10に示したシーケンスを採用してもよい。
図11には、第1実施例の第2変形例が示されている。(A)はビーム走査面列を示している。(B)はフレーム列を示している。(C)は中間合成フレーム列を示している。(D)は合成フレーム列を示している。
中間合成フレーム列は、フレーム列に基づいて生成された複数の中間合成フレームGCにより構成される。各中間合成フレームGCは、フレーム列中のフレームペア(GA・GBペア又はGB・GAペア)ごとに、当該フレームペアに対して非線形処理を適用することにより生成される。例えば、ラグランジュ補間処理、スプライン補間処理等により中間合成フレームGCが生成されてもよい。ニューラルネットワークにより(機械学習済み画像生成モデル)により、中間合成フレームGCが生成されてもよい。
合成フレームHは、フレームペアを構成する2つのフレーム、及び、フレームペアから生成された中間合成フレーム、からなる3つのフレームの合成により生成される。例えば、フレームGA、フレームGB及び中間合成フレームGCの加算により、合成フレームHが生成される。第2変形例によれば、より高い空間コンパウンド効果を得られる。
次に、図12~図14を用いて、第2実施例について説明する。
図12において、(A)はビーム走査面列を示している。(B)はフレーム列を示している。(C)は合成フレーム列を示している。ビーム走査面列は、交互に形成される複数の第1ビーム走査面FA及び複数の第2ビーム走査面FBからなる。各第1ビーム走査面FAにおいて、電子走査方向の一方端に対応するビーム66Rの偏向角度は+ζであり、電子走査方向の他方端に対応するビーム66Lの偏向角度は-αである。電子走査方向における一方端から他方端にかけて、ビーム偏向角度が負側(-θ側)へ増大されている。
各第2ビーム走査面FBにおいて、電子走査方向の他方端に対応するビーム68Lの偏向角度は-ζであり、電子走査方向の一方端に対応するビーム68Rの偏向角度は+αである。電子走査方向における他方端から一方端にかけて、ビーム偏向角度が正側(+θ側)へ増大されている。各合成フレームHは、重合部分Ha及び非重合部分Hb,Hcにより構成される。重合部分Haは、左右対称の末広がり形状を有する。│α│>│ζ│>0の関係が成立している。なお、第2実施例におけるαは、第1実施例におけるα(図2参照)にζを加えた角度に相当する。
図13には、第2実施例に係る、第1ビーム偏向角度関数70及び第2ビーム偏向角度関数72が示されている。第1ビーム走査面の形成に際しては、第1ビーム偏向角度関数70に従って、各第1ビームのビーム偏向角度が設定される。第1ビーム走査面の形成に際して、一方端でのビーム偏向角度θは+ζであり、他方端でのビーム偏向角度θは-αである。
第2ビーム走査面の形成に際しては、第2ビーム偏向角度関数72に従って、各第2ビームのビーム偏向角度が設定される。第2ビーム走査面の形成に際して、他方端でのビーム偏向角度θは-ζであり、一方端でのビーム偏向角度θは+α度である。第1ビーム偏向角度関数70及び第2ビーム偏向角度関数72はそれぞれ直線であり、それらは平行である。それらの間隔は(α-ζ)である。
図14には、第2実施例に係るビーム偏向角度差関数74が示されている。ビーム偏向角度差は、x軸方向の位置によらずに、常に(α-ζ)である。
第2実施例によれば、第1実施例と同様に、良好な時間的応答性及び良好な空間コンパウンド効果を得られる。しかも、重合領域つまり画像化領域をより拡大できる。
図15には、第2実施例の変形例が示されている。第1ビーム走査面の形成に際しては、第1ビーム偏向角度関数76に従って、各第1ビームのビーム偏向角度が設定される。第1ビーム走査面の形成に際して、一方端でのビーム偏向角度θは+ζであり、他方端でのビーム偏向角度θは-αである。第1ビーム偏向角度関数76は曲線であり、具体的にはロジスティック曲線のような形状を有している。
第2ビーム走査面の形成に際しては、第2ビーム偏向角度関数78に従って、各第2ビームのビーム偏向角度が設定される。第2ビーム走査面の形成に際して、他方端でのビーム偏向角度θは-ζであり、一方端でのビーム偏向角度θは+αである。第2ビーム偏向角度関数78は曲線であり、具体的には、第1ビーム偏向角度関数76と同様、ロジスティック曲線のような形状を有している。第1実施例において、図4に示した2つのビーム偏向角度関数を曲線としてもよい。
次に、図16~図18を用いて、第3実施例について説明する。第3実施例においては、超音波プローブとして1.25Dプローブが用いられる。それに代えて、1.5Dプローブ、1.75Dプローブ又は2Dプローブが用いられてもよい。
図16には、1.25Dプローブに配置される振動素子アレイ92が示されている。x方向は電子走査方向である長軸方向であり、y方向が短軸方向である。振動素子アレイ92は、y方向に並ぶ3つの振動素子列94,96,98により構成される。中央の振動素子列94は、x方向に並ぶ複数の振動素子により構成される。これと同様に、y方向一方側の振動素子列96及びy方向他方側の振動素子列も、それぞれ、x方向に並ぶ複数の振動素子により構成される。見方を変えると、振動素子アレイ92は、x方向に並ぶ複数の振動素子セット100により構成される。各振動素子セット100は、y方向に並ぶ3つの振動素子により構成される。
信号線群102は、複数の振動素子セット100に接続される複数の信号線により構成される。スイッチ104A,104Bがオフ状態にある場合、振動素子列96だけに信号線群102が接続される。その場合、y方向において小さな開口サイズD1が設定される。例えば、送受信開口105Aが設定される。一方、スイッチ104A,104Bがオン状態にある場合、3つの振動素子列94,96,98に対して信号線群102が接続される。その場合、y方向において大きな開口サイズD2が設定される。例えば、送受信開口105Bが設定される。スイッチ104A,104Bの動作は制御部によって制御される。
図17には、第3実施例に係る空間コンパウンド技術が示されている。(A)は短軸方向の開口サイズの切り替えを示している。小さい開口サイズD1と大きな開口サイズD2とが交互に設定される。
(B)が示すビーム走査面列には、第1ビーム走査面FA1、第2ビーム走査面FA2、第3ビーム走査面FB1、及び、第4ビーム走査面FB2が含まれる。第1ビーム走査面FA1は、小さい開口サイズD1の下で形成された複数の第1ビームにより構成される。複数の第1ビームのビーム偏向角度は、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、0度から-α度まで、負側へ連続的に増大している。
第2ビーム走査面FA2は、大きな開口サイズD2の下で形成された複数の第2ビームにより構成される。複数の第2ビームのビーム偏向角度は、電子走査方向における一方端から他方端にかけて、0度から-α度まで、負側へ連続的に増大している。
第3ビーム走査面FA3は、小さい開口サイズD1の下で形成された複数の第3ビームにより構成される。複数の第3ビームのビーム偏向角度は、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、0度から+α度まで、正側へ連続的に増大している。
第4ビーム走査面FA4は、大きな開口サイズD2の下で形成された複数の第4ビームにより構成される。複数の第4ビームのビーム偏向角度は、電子走査方向における他方端から一方端にかけて、0度から+α度まで、正側へ連続的に増大している。
(C)に示すフレーム列には、第1ビーム走査面FA1から得られた第1フレームGA1、第2ビーム走査面FA2から得られた第1フレームGA2、第3ビーム走査面FB1から得られた第1フレームGB1、及び、第4ビーム走査面FB2から得られた第1フレームGB2が含まれる。(D)は、時間的に連なる4つのフレームに適用される重み付け合成を示している。
例えば、図18に示される重み付け関数106,108が用いられる。横軸は深さ(又は伝搬距離)を示しており、縦軸は重みを示している。重み付け関数106は、小さな開口サイズD1の設定時に適用されるものであり、重み付け関数108は、大きな開口サイズD2の設定時に適用されるものである。
それぞれのフレームに対して、それに対応する重み付け関数が適用された上で、重み付け後の4つのフレームが合成される。時間軸上において連なる4つのフレームごとに重み付け合成を行うことにより、(E)に示す合成フレーム列が生成される。
第4実施例によれば、浅いとこから深いところまでにわたって、良好な空間コンパウンド効果を得られる。すなわち、超音波画像の画質を高められる。第1ビーム走査面FA1、第2ビーム走査面FA2、第3ビーム走査面FB1、及び、第4ビーム走査面FB2の形成順序は任意に定め得る。
例えば、図19に示されるように、第1ビーム走査面FA1、第3ビーム走査面FB1、第2ビーム走査面FA2、及び、第4ビーム走査面FB2の順序で、複数のビーム走査面が循環的に形成されてもよい。
図20に示されるように、実施形態に係る空間コンパウンド技術がコンベックスプローブに対して適用されてもよい。図20において、コンベックスプローブ110は、円弧状に配列された複数の振動素子からなる振動素子アレイ112を有している。負の電子走査方向が-xで示されており、正の電子走査方向が+xで示されている。Rは、電子走査方向の一方端を示しており、Lは電子走査方向の他方端を示している。符号112は、一方端Rを中心として設定された送受信開口を示しており、符号114は、他方端Lを中心として設定された送受信開口を示している。zは深さ方向を示している。既に説明したように、振動素子アレイ46を部分的に超えるように、又は、振動素子アレイ46の実際の端に跨って、送受信開口が設定されてもよい。
第1ビーム走査面120及び第2ビーム走査面122が交互に形成される。第1ビーム走査面120は、複数の第1ビームにより構成される。複数の第1ビームは、一方端Rに対応する第1ビーム118Rから他方端Lに対応する第1ビーム118Lまでのn個の第1ビームにより構成される。第1ビーム118Rのビーム偏向角度θは0度であり、第1ビーム118Lのビーム偏向角度θは-αである。電子走査方向における一方端Rから他方端Lにかけて、ビーム偏向角度θが負側(-θ側)へ連続的に増大している。
第2ビーム走査面122は、複数の第2ビームにより構成される。複数の第2ビームは、他方端Lに対応する第2ビーム119Lから一方端Rに対応する第2ビーム119Rまでのn個の第2ビームにより構成される。第2ビーム119Lのビーム偏向角度θは0度であり、第2ビーム119Rのビーム偏向角度θは+αである。電子走査方向における他方端Lから一方端Rにかけて、ビーム偏向角度θが正側(+θ側)へ連続的に増大している。以上のように、コンベックスプローブにおいても実施形態に係る空間コンパウンド技術を適用し得る。
10 超音波プローブ、28 合成部、30 表示処理部、36 空間コンパウンド制御部、38 送受信制御部、40 合成制御部。
Claims (8)
- 電子走査方向に並ぶ複数の振動素子を有する振動素子アレイと、
第1ビーム走査面及び第2ビーム走査面を含む複数のビーム走査面が順次形成されるように、前記振動素子アレイの動作を制御する制御部と、
前記複数のビーム走査面の形成により得られた複数のフレームデータを合成する合成部と、
を含み、
前記第1ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第1ビームにより構成され、
前記電子走査方向における一方端から他方端にかけて、前記複数の第1ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大しており、
前記第2ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第2ビームにより構成され、
前記他方端から前記一方端にかけて、前記複数の第2ビームのビーム偏向角度が正側に連続的へ増大している、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1記載の超音波診断装置において、
前記制御部は、第1ビーム偏向角度関数に従って前記複数の第1ビームの偏向角度を設定し、且つ、第2ビーム偏向角度関数に従って前記複数の第2ビームの偏向角度を設定し、
前記電子走査方向の位置を示す第1軸とビーム偏向角度を示す第2軸とで定義される座標系において、前記第1ビーム偏向角度関数が第1線で表現され、前記第2ビーム偏向角度関数が第2線で表現され、
前記座標系において前記第1線及び前記第2線はそれぞれ直線又は曲線である、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項2記載の超音波診断装置において、
前記座標系において前記第1線及び前記第2線は平行である、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項3記載の超音波診断装置において、
前記座標系において前記第1線及び前記第2線はそれぞれ直線である、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1記載の超音波診断装置において、
前記第1ビーム走査面において、前記一方端に対応する第1ビームの偏向角度は0度又は+ζ度であり、且つ、前記他方端に対応する第1ビームの偏向角度は-α度であり(但し、|α│>0、又は、|α│>│ζ│>0)、
前記第2ビーム走査面において、前記他方端に対応する第2ビームの偏向角度は0度又は-ζ度であり、且つ、前記一方端に対応する第2ビームの偏向角度は+α度である、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1記載の超音波診断装置において、
前記振動素子アレイは、前記電子走査方向である長軸方向に直交する短軸方向に並ぶ複数の振動素子列を有し、
前記各振動素子列は、前記電子走査方向に並ぶ複数の振動素子により構成され、
前記複数のビーム走査面は、前記第1ビーム走査面、前記第2ビーム走査面、第3ビーム走査面、及び、第4ビーム走査面を含み、
前記第3ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第3ビームにより構成され、
前記一方端から前記他方端にかけて、前記複数の第3ビームのビーム偏向角度が負側へ連続的に増大しており、
前記第4ビーム走査面は、前記電子走査方向に並ぶ複数の第4ビームにより構成され、
前記他方端から前記一方端にかけて、前記複数の第4ビームのビーム偏向角度が正側へ連続的に増大しており、
前記第1ビーム走査面及び前記第2ビーム走査面を形成する場合には、前記振動素子アレイにおいて前記短軸方向に第1開口サイズが設定され、
前記第3ビーム走査面及び前記第4ビーム走査面を形成する場合には、前記振動素子アレイにおいて前記短軸方向に第2開口サイズが設定され、
前記第1開口サイズと前記第2開口サイズは互いに異なる、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1記載の超音波診断装置において、
前記複数の第1ビームに対応する複数の第1受信信号及び前記複数の第2ビームに対応する複数の第2受信信号に対して作用するフィルタを含み、
前記制御部は、前記複数の第1ビームの偏向角度及び前記複数の第2ビームの偏向角度に応じて、前記フィルタの特性を変化させる、
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項1記載の超音波診断装置において、
前記複数のビーム走査面の個数は偶数であり、
前記偶数個のビーム走査面からなるビーム走査面セットが循環的に形成される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
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