JP3043873B2 - 超音波開口面合成装置 - Google Patents

超音波開口面合成装置

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    • G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、互いに配列された多数
の振動子のそれぞれから被検体内に順次超音波パルスを
送信し、各送信毎に被検体内で反射した超音波を多数の
振動子のそれぞれで受信し、これらの受信により得られ
た受信信号に基づいて被検体内の情報を検出する超音波
開口面合成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】被検体、特に人体内に超音波を送信し、
被検体の組織で反射した超音波を受信して受信信号を
得、この受信信号に基づいて被検体内の情報を映像化し
て病気の診断等に供する超音波診断装置が従来より広く
用いられている。図１２は、超音波診断装置の概略構成
図である。
【０００３】図示しない送信回路から発せられた送信パ
ルス信号は、アンプ１０を経由しさらに送信フォーカス
手段１２を経由して超音波プローブ１に備えられた各振
動子２に印加される。これにより各振動子２から被検体
内に超音波パルスが発せられる。これら振動子２０から
発せられる超音波パルスは、送信フォーカス手段１２に
おいて各振動子２に印加される送信パルス信号の遅延量
が制御されているため、例えば送信ビーム１あるいは送
信ビーム２に示すように被検体内の所定の深さで焦点を
結ぶ超音波パルスビームを形成する。また送信フォーカ
ス手段１２における遅延パターンを変化させることによ
りこの超音波パルスビームが図１２に示す矢印方向に順
次移動し、これにより走査が行われる。被検体に送信さ
れた超音波パルスビームは被検体内の各組織で反射し、
その反射超音波が各振動子２で受信されて受信信号に変
換される。
【０００４】この受信信号は、受信フォーカス手段１４
において、被検体内の略同一点で略同時に反射された受
信信号がこの受信フォーカス手段１４から同時に出力さ
れるように、各振動子２で得られた受信信号毎にそれぞ
れ遅延され、加算器１６により互いに加算される。ここ
で、受信フォーカス手段１４においては、遅延パターン
を変化させることにより、被検体内の深い位置で反射し
た超音波ほど振動子２に遅れて到達することを利用して
受信のフォーカス点を順次変化させるいわゆるダイナミ
ックフォーカスや超音波パルスビームによる走査と同期
した受信側の走査が行われる。
【０００５】加算器１６から出力された受信信号は、対
数変換器１８により対数変換され、検波器２０により検
波される。その後ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ
Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）２２によりディスプレイ２６に表
示するための信号に変換されフレームメモリ２４に一旦
記憶される。このフレームメモリ２４から読出された信
号は、例えばＣＲＴディスプレイ装置等のディスプレイ
２６に送られ、被検体内の超音波による画像が表示され
診断に供される。
【０００６】上記超音波診断装置において良好な画質の
画像を得るためには、各走査線において送信フォーカス
を被検体内の深さ方向に何段にも設定して各送信フォー
カス毎に送信を行う必要があり、しかも一画面を得るた
めには走査線の本数も多数本必要であるため、単位時間
あたりに得られる画像の数（フレーム数）がかなり限ら
れてしまっていた。
【０００７】例えば送信の間隔を２０μｓｅｃ、振動子
２の数を１２８個、走査線の本数を１２８本、最大深度
を１５ｃｍとし、深さ方向に仮に２ｃｍおきに送信フォ
ーカスをかけると４フレーム／ｓｅｃのフレーム速度し
か得られないこととなる。このため実際の超音波診断装
置では画質を犠牲にしてフレーム速度をあげているのが
現状である。
【０００８】また、二次元マトリックス状に配置した振
動子を用いて被検体内の三次元的な情報を得ることが考
えられているが、この場合に、振動子の数を３２×３２
＝１０２４個とし、走査線本数を６４×６４＝４０９６
本とし、仮に深さ２ｃｍ毎に送信フォーカスをかけると
０．１４フレーム／ｓｅｃのフレーム速度しか得られず
実用に耐えない結果となる。
【０００９】これを解決する手法の１つとして超音波開
口面合成装置が考えられている。図１３は、従来考えら
れている超音波開口面合成装置の概略構成図、１４はそ
の動作説明図である。図１３において、図１２に示す超
音波診断装置の構成要素と対応する構成要素には、図１
２において付した番号と同一の番号を付して示す。
【００１０】図示しない送信回路から発せられた送信パ
ルス信号は、アンプ１０を経由し、スイッチ回路２８を
経由して振動子２に伝達される。したがって一時には多
数（ここではＭ個とする（図１４参照）の振動子２のう
ちの１つの振動子にのみ送信パルス信号が入力される。
ここでは図１３に示すように１番目（図の一番上）の振
動子２に送信パルス信号が入力されたものとする。この
送信パルス信号が入力された１番目の振動子２からは被
検体内に向けて超音波パルスが送信される。
【００１１】この被検体内に送信された超音波パルス
は、被検体内において各組織（図に代表として示す反射
源）で反射し、この反射超音波がＭ個の振動子２のそれ
ぞれで受信される。この受信により得られた受信信号は
Ｍ個の各Ａ／Ｄ変換器３０で深さ方向にＮ個サンプリン
グされてディジタルの受信信号に変換され（図１４参
照）、Ｍ個の各メモリ３２に入力されて一旦記憶され
る。各メモリ３２に記憶された受信信号は、各メモリ３
２から読出され、受信フォーカス手段３２により、図１
４に示すように、被検体内の所望とする領域内において
深さ方向にＲ画素、振動子２の並ぶ方向にＱ画素（走査
線本数がＱ本）形成されるように遅延加算され、これに
より１枚の受信フォーカス画像が形成され、加算器３６
を経由してメモリ３８に入力され記憶される。
【００１２】次にスイッチ回路２８が切換えられて今度
は図１３に示す上から２番目の振動子２から超音波パル
スが送信され、上記と同様にして受信フォーカス手段３
４から次の受信フォーカス画像が出力されるが、今度は
前回の送信における受信フォーカス画像が既にメモリ３
８に記憶されているため、加算器３６によりメモリ３８
に記憶されている受信フォーカス画像と受信フォーカス
手段３４から今回出力された受信フォーカス画像とが互
いに対応する各画素毎に加算され、メモリ３８にはそれ
まで記憶されていた受信フォーカス画像に代えて加算器
３６で加算された受信フォーカス画像が記憶される。
【００１３】図１４に示すように、Ｍ個の振動子２につ
いて超音波パルスの送信、受信、受信フォーカス画像の
形成、加算が順次行われ、最終的にＭ枚の受信フォーカ
ス画像が積算された表示用ＲＦデータが生成される。こ
の表示用ＲＦデータは、図２に示す超音波診断装置の場
合と同様に、対数変換器１８，検波器２０，ＤＳＣ２２
を経由してフレームメモリ２４に一旦記憶され、ディス
プレイ２６に表示用ＲＦデータに基づいて生成された被
検体内の断層像が表示される。
【００１４】上記のような超音波開口面合成装置を用い
ると、フレーム速度を飛躍的に向上させることができ
る。例えば前述した、送信の間隔を２４０μｓｅｃ．、
振動子の数Ｍ＝１２８（個）、走査線の本数を１２８
本、最大深度を１５ｃｍとすると、３２フレーム／ｓｅ
ｃのフレーム速度が得られ、前述した従来の超音波診断
装置の場合の４フレーム／ｓｅｃと比べ格段にフレーム
速度が向上する。また、振動子の数が３２×３２＝１０
２４（個）の二次元マトリックスアレイを用いて三次元
計測を行う場合は、フレーム速度は４フレーム／ｓｅｃ
となり、従来の超音波診断装置の場合の０．１４フレー
ム／ｓｅｃと比べそのフレーム速度の比率はさらに大き
くなる。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】しかし超音波開口面合
成装置においては各振動子２から超音波パルスが送信さ
れる時刻がそれぞれ異なっているため、鮮明な画像を得
ることができるのは静止した被検体に限られ、例えば人
体を被検体とする場合には人体を如何に固定しても各振
動子から順次超音波パルスを送信する間に呼吸や拍動に
より動いてしまい、その結果フォーカスが定まらず、こ
れまでのところ従来の超音波診断装置と比べ劣悪な画像
しか得ることができず、人体を被検体とする装置として
は実用化には至っていない。
【００１６】本発明は、上記事情に鑑み、超音波開口面
合成装置のもつ高いフレーム速度という利点を生かした
まま、被検体の動きがあっても鮮明な画質の画像を得る
ことのできる超音波開口面合成装置を提供することを第
１の目的とする。また超音波開口面合成装置は、全振動
子から順次超音波パルスを送信した後に表示データを演
算により合成する方式であるため、従来の超音波診断装
置で行われているドプラ解析手法を用いた組織の微小な
動きや血流速度の検出を行うことは困難である。
【００１７】本発明は、この点に鑑み、ドプラ解析手法
を用いることなく被検体内の動きを検出、表示すること
のできる超音波開口面合成装置を提供することを第２の
目的とする。さらに従来の超音波診断装置で通常行われ
ているドプラ解析手法では超音波ビームの進行方向に対
し直角方向に流れる血流を検出することは不可能であっ
た。
【００１８】本発明は、この点を解決し、ドプラ解析手
法を用いることなく、被検体内の流体の流れをその流れ
の方向に如何に拘らず検出、表示することのできる超音
波開口面合成装置を提供することを第３の目的とするも
のである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明の超音波開口面合
成装置は、互いに配列された多数の振動子のそれぞれか
ら被検体内に順次超音波パルスを送信し、各送信毎に被
検体内で反射した超音波を多数の振動子のそれぞれで受
信し、これらの受信により得られた受信信号に基づいて
被検体内の情報を検出する超音波開口面合成装置におい
て、 （ａ）各送信に対応する受信信号に基づいて、被検体内
の所望とする視野全域に亘る各受信フォーカス画像を得
る受信フォーカス手段 （ｂ）互いに異なる２回の送信に対応する２つの受信フ
ォーカス画像間の各画素毎の変位ベクトルを、多数の受
信フォーカス画像に亘って順次計測する変位計測手段 （ｃ）各画素毎の変位ベクトルを多数の受信フォーカス
画像に亘って互いに対応する各画素毎に積算することに
より所定の１つの受信フォーカス画像を基準とした他の
各受信フォーカス画像の各画素毎の積算変位ベクトルを
求める変位積算手段 の各構成要素を備えたことをその基本とするものであ
る。
【００２０】ここで、上記（ｂ）の変位計測手段におけ
る変位ベクトルの具体的な演算方法自体については、本
発明においては特に限定されるものではなく、例えば２
つの受信フォーカス画像間で相互相関演算を行うことに
より、各画素に対応する相互相関の最大値の座標から該
各画素に対応する変位ベクトルを求めてもよく、あるい
は２つの受信フォーカス画像間でオプティカルフロー演
算を行うことにより各画素に対応する変位ベクトルを求
めてもよい。
【００２１】上記各構成要素を備えた本発明の超音波開
口面合成装置のうち、上記第１の目的を達成するための
本発明の第１の超音波開口面合成装置は、上記（ａ），
（ｂ），（ｃ）の各構成要素に加え、さらに （ｄ）上記積算変位ベクトルに基づいて、所定の１つの
受信フォーカス画像を基準として他の各受信フォーカス
画像の各画素の変位を補正する変位補正手段 （ｅ）各画素の変位が補正された各受信フォーカス画像
を互いに積算することにより積算画像を得る画像積算手
段 （ｆ）上記積算画像を表示する積算画像表示手段 の各構成要素を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】また、本発明の超音波開口面合成装置のう
ち、上記第２の目的を達成するための本発明の第２の超
音波開口面合成装置は、上記（ａ），（ｂ），（ｃ）の
各構成要素に加え、さらに （ｇ）上記積算変位ベクトルに基づくデータを表示する
積算変位表示手段 を備えたことを特徴とするものである。
【００２３】ここで上記「積算変位ベクトルに基づくデ
ータ」とは、ベクトルの大きさ及びその方向の双方を含
む積算変位ベクトルそのもの、あるいは該積算変位ベク
トルの大きさ又は方向の一方のみであってもよいことを
意味している。また積算変位ベクトルに基づくデータを
表示するに際し画面全体に対応するデータの全てを表示
することは必ずしも必要ではなく、画面上のいくつかの
ポイントについてのみ表示してもよく、また唯一のポイ
ントの動きのみを表示してもよいものである。
【００２４】さらに、本発明の超音波開口面合成装置の
うち、上記第３の目的を達成するための本発明の第３の
超音波開口面合成装置は、上記（ａ），（ｂ），（ｃ）
の各構成要素に加え、さらに （ｈ）各画素の変位が補正された２つの受信フォーカス
画像間の互いに対応する各画素間の差分の振幅情報を、
多数の受信フォーカス画像に亘って順次抽出することに
より多数の差分振幅画像を得る差分振幅抽出手段 （ｉ）各画素の変位が補正された多数の差分振幅画像を
積算することにより差分振幅積算画像を得る差分振幅画
像積算手段 （ｊ）上記差分振幅積算画像を表示する差分振幅積算画
像表示手段 の各構成要素を備えたことを特徴とするものである。
【００２５】ここで、上記第３の超音波開口面合成装置
において各差分振幅画像を得るためには、各差分振幅画
像を求めるため演算の基礎となる各２つの受信フォーカ
ス画像の変位が互いに補正されてさえいればよく、全受
信フォーカス画像に亘って変位が補正されている必要は
ないが、差分振幅積算画像を得るためには積算される多
数の差分振幅積算画像に亘って変位が補正されている必
要がある。したがって上記第３の超音波開口面合成装置
においては上記変位ベクトルに基づいて各２つの受信フ
ォーカス画像の変位を補正して各差分振幅画像を得、そ
の後に上記積算変位ベクトルに基づいて多数の差分振幅
積算画像に亘って変位を補正して差分振幅積算画像を得
るように構成してもよく、あるいは上記積算変位ベクト
ルに基づいて多数の受信フォーカス画像の変位を補正し
て各差分振幅画像を求め、その後は特に変位を補正する
ことなく差分振幅積算画像を求めるように構成してもよ
い。
【００２６】また、本発明の超音波開口面合成装置は、
上記第１，第２，第３の超音波開口面合成装置のうちの
任意の２つもしくは３つ全部を組合わせたものであって
もよい。即ち、このような組合わせを行った本発明の第
４の超音波開口面合成装置は、上記（ａ），（ｂ），
（ｃ）の各構成要素を備えるとともに、 （ｋ）上記（ｄ）および（ｅ）の各構成要素を有する積
算画像演算手段 （ｌ）上記（ｈ）および（ｉ）の各構成要素を有する差
分振幅積算画像演算手段のうち少なくとも一方を備え、
さらに （ｍ）上記（ｅ）の画像積算手段で求められる積算画
像、上記（ｃ）の変位積算手段で求められる積算変位ベ
クトルに基づくデータ、および上記（ｉ）の差分振幅画
像積算手段で求められる差分振幅積算画像から選択され
る２つ又は３つ全部を重畳して表示する合成表示手段 を備えたことを特徴とするものである。
【００２７】
【作用】本発明の超音波開口面合成装置は、上記（ａ）
の受信フォーカス手段で各送信毎に各受信フォーカス画
像を得、上記（ｂ）の変位計測手段において、例えば相
互相関法やオプティカルフロー法等を用いて、２回の送
信に対応する２つの受信フォーカス画像間の各画素毎の
変位ベクトルを、多数の受信フォーカス画像に亘って順
次計測し、上記（ｃ）の変位積算手段で上記各画素毎の
変位ベクトルを多数の受信フォーカス画像に亘って積算
して積算変位ベクトルを求めるように構成したものであ
るため、各振動子から順次超音波パルスを送信する間
に、例えば呼吸や拍動等により被検体が動いた場合に各
画素毎の動きが積算変位ベクトルとして求められること
になる。
【００２８】そこで、本発明の超音波開口面合成装置
は、上記のようにして求めた積算変位ベクトルに基づい
て所定の１つの受信フォーカス画像を基準として他の各
受信フォーカス画像の各画素の変位を補正し（上記
（ｄ））、各画素の変位が補正された各受信フォーカス
画像を互いに積算することにより積算画像を得（上記
（ｅ））、この積算画像を表示する（上記（ｆ））もの
であるため、被検体の動きが補正され、静止した被検体
の場合と同様な鮮明な画質を有する画像が表示される。
【００２９】また各振動子から順次超音波パルスを送信
して各送信毎に多数の振動子で受信するという動作は従
来の超音波開口面合成装置と同じであり、したがって従
来と同様に高いフレーム速度が維持される。また、本発
明の第２の超音波開口面合成装置は、上記のように求め
た積算変位ベクトルに基づくデータを表示する（上記
（ｇ））ものであるため、ドプラ解析手法を用いること
なく被検体内の動き（微小変位）が検出、表示される。
【００３０】さらに、本発明の第３の超音波開口面合成
装置は、各画素の変位が補正された２つの受信フォーカ
ス画像間の互いに対応する各画素間の差分の振幅情報
を、多数の受信フォーカス画像に亘って順次抽出するこ
とにより多数の差分振幅画像を得る（上記（ｈ））もの
であり、これらの各差分振幅画像は、各画素の変位が補
正された２つの受信フォーカス画像の「差」の画像であ
るため、本来各画素の変位が確実に補正されていればこ
の「差」の画像には何も現われないことになるが、血流
等被検体内の流体から反射される超音波は微弱であるた
め、その変位は補正されず、むしろ変位補正の誤差とし
て上記差分振幅画像に残存することとなる。
【００３１】本発明の第３の超音波開口面合成装置は、
この変位補正の誤差を利用し、上記のようにして求めた
多数の差分振幅画像を積算して差分振幅積算画像を得
（上記（ｉ））、この差分振幅積算画像を表示する（上
記（ｊ））ものであるため、ドプラ解析手法を用いるこ
となく、被検体内の流体の流れがその流れの方向の如何
に拘らず検出、表示される。
【００３２】また、本発明の第４の超音波開口面合成装
置は、積算画像、積算変位ベクトルに基づくデータ、差
分振幅積算画像から選択される２つ又は３つ全部を重畳
して表示する（上記（ｍ））のものであるため、例えば
動きの補正された断層像上に、被検体の各部の動きや血
流を重ねて表示することができ、観察、診断に役立つ情
報を一層解りやすく表示することが可能となる。
【００３３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１は、本発明の第１および第２の超音波開口面合成装置
の一実施例を内包した超音波開口面合成装置の概略構成
図、図２はその動作説明図である。これらの図におい
て、図１３，図１４に示す従来の超音波開口面合成装置
の構成要素と対応する構成要素には、図１３，図１４に
おいて付した番号と同一の番号を付して示し、重複説明
は省略する。
【００３４】図１の一番上の振動子２から送信された超
音波パルスは図示しない被検体内で反射され、反射超音
波が多数の振動子２のそれぞれで受信され、Ａ／Ｄ変換
器３０でディジタルの受信信号に変換され、メモリ３２
に入力されて一旦記憶された後、受信フォーカス手段３
４に入力される。この受信フォーカス手段３４では、前
述した従来例（図１３，図１４参照）と同様に、所望と
する領域内において深さ方向にＲ画素、振動子２の並ぶ
方向にＱ画素（走査線本数がＱ本）形成されるように遅
延加算され、これにより１枚の受信フォーカス画像が形
成され、メモリ４０に入力されて一旦記憶される。
【００３５】このメモリ４０に一旦記憶された受信フォ
ーカス画像は、このメモリ４０から読出されてメモリ４
４に入力されて記憶されるとともに、変位補正回路４
２、加算器３６を経由してメモリ３８に入力されて記憶
される。次にスイッチ回路２８が切換えられて図１の上
から２番目の振動子２から超音波パルスが送信され、こ
の受信信号により受信フォーカス手段３４において次の
受信フォーカス画像が得られ、メモリ４０に記憶され
る。このようにして前回得られた受信フォーカス画像が
メモリ４４に入力され、今回得られた受信フォーカス画
像がメモリ４０に入力された段階で、本発明にいう変位
計測手段の一例である二次元相互相関演算回路４６にお
いて、これら２つの受信フォーカス画像間で二次元の相
互相関演算が行われ、これによりメモリ４４に記憶され
た前回の受信フォーカス画像に対するメモリ４０に記憶
された今回の受信フォーカス画像の各画素毎の変位ベク
トルが計測される。
【００３６】図３は、この相互相関演算を説明するため
に２枚の受信フォーカス画像を模式的に表わした図、図
４は、相互相関演算結果を模式的に表わした図、図５
は、相互相関の最大値の座標から求めた変位ベクトルを
模式的に表わした図である。図３、図５において、各升
目が各画素に対応する。メモリ４４には、図３（ｂ）に
示すような前回（ここでは一般的にｎ回目とする）得ら
れた受信フォーカス画像が記憶されている。ここでは代
表としてこのｎ回目に得られた受信フォーカス画像（図
３（ｂ））中の斜線を施した画素Ｐ0 の変位を求める場
合について説明する。メモリ４０には図３（ａ）に示す
ような今回（ここでは一般的にｎ＋１回目とする）得ら
れた受信フォーカス画像が記憶されており、このｎ＋１
回目の受信フォーカス画像においては、図３（ｂ）に斜
線を施した画素Ｐ0 に対応する被検体部分が図３（ａ）
に斜線を施した画素Ｐ1 に移動しているものとする。但
し、この段階では画素Ｐ0 に対応する被写体部分が画素
Ｐ1 に移動したことは不明である。
【００３７】ここでメモリ４４に記憶された受信フォー
カス画像については、画素Ｐ0 を囲む領域Ｄ0 を設定
し、メモリ４０に記憶された受信フォーカス画像につい
ては画素Ｐ0 に対応する画素Ｐ0 ’の近傍に領域Ｄ1 を
設定し、領域Ｄ0 は固定したまま領域Ｄ1 を順次画素Ｐ
0 ’の近傍で順次変更して両領域Ｄ0 ，Ｄ1 内の各画素
を表わす各画素データ間で二次元相互相関演算が行なわ
れる。
【００３８】この相互相関演算結果は、図４に示すよう
に、原点０からずれた所定点にピークを持つ関数とな
る。このピーク点が図３（ｂ）に示す画素Ｐ0 に対応す
る被写体部分の変位を示しており、図５に示すように、
図４の原点０に画素Ｐ0 を重ねたときのピーク点を示す
ベクトルが画素Ｐ0 の変位を表わすものとなる。図１に
示す二次元相互相関演算回路４６において、画素Ｐ0 を
順次変更しながらこのような演算が受信フォーカス画像
全面に亘って行なわれる。
【００３９】図１、図２に戻って説明を続行する。二次
元相互相関演算回路４６で求められた受信フォーカス画
像全面に亘る変位ベクトルは、加算器４８を経由してメ
モリ５０に入力されて記憶され、またこのメモリ５０に
記憶された変位ベクトルが変位補正回路４２に入力さ
れ、第１回目（ここでは前回）に得られた受信フォーカ
ス画像と一致するように、メモリ４０に記憶されている
今回得られた受信フォーカス画像の各画素毎の変位が補
正される。この変位補正の行なわれた受信フォーカス画
像は、加算器３６により、メモリ３８に記憶されていた
前回の受信フォーカス画像と互いに対応する各画素毎に
加算され、前回の受信フォーカス画像に代えてこの加算
された受信フォーカス画像がメモリ３８に記憶される。
またこの際にメモリ４０に記憶されていた今回の受信フ
ォーカス画像はメモリ４４に移され、また、メモリ５０
に記憶された変位ベクトルが描画プロセッサ５２に入力
される。
【００４０】次に、スイッチ回路２８がさらに一段切り
換えられ、今度は図１に示す上から３番目の振動子２か
ら超音波パルスが送信され、これにより得られた受信信
号に基づいて受信フォーカス画像が受信フォーカス手段
３４から出力されてメモリ４０に入力される。その後上
記と同様にして、二次元相互相関演算回路４６におい
て、メモリ４４に記憶された前回の受信フォーカス画像
とメモリ４０に入力された今回の受信フォーカス画像と
の相互相関演算が行なわれてこれら２つの受信フォーカ
ス画像間の各画素毎の変位ベクトルが求められるが、前
回と前々回の２つの受信フォーカス画像間の変位ベクト
ルがメモリ５０に既に記憶されているため、加算器４８
において、メモリ５０に記憶されていた変位ベクトルと
今回二次元相互相関演算回路４６で求められた変位ベク
トルが互いに対応する各画素毎にベクトル的に加算さ
れ、メモリ５０に、それまで記憶されていた変位ベクト
ルに代えて記憶される。即ち、メモリ５０には第１回目
の送信に対応して得られた受信フォーカス画像（ここで
はこれを基準画像と称する）からの変位を表わす積算変
位ベクトルが記憶される。
【００４１】このメモリ５０に記憶された積算変位ベク
トルは変位補正回路４２に入力され、メモリ４０に記憶
された今回得られた受信フォーカス画像が基準画像に合
うように変位補正される。この変位補正された受信フォ
ーカス画像は、加算器３６において、それまでメモリ３
８に記憶されていた第１回目の受信フォーカス画像と第
２回目の受信フォーカス画像とが加算された画像と各画
素毎に加算されてメモリ３８に記憶される。またメモリ
５０に記憶された積算変位ベクトルは描画プロセッサ５
２にも入力される。
【００４２】スイッチ回路２８を切り換え超音波パルス
を送信する振動子２を切換える毎に以上の動作が繰り返
され、Ｍ個の全ての振動子２から順次超音波パルスが送
信された後には、メモリ３８には、Ｍ枚の受信フォーカ
ス画像が互いに積算された積算画像が記憶されることに
なる。この積算画像は、従来例と同様に、対数変換器１
８、検波器２０、ＤＳＣ２２を経由してフレームメモリ
２４に入力される。一方、メモリ５０には第Ｍ回目の受
信フォーカス画像の、基準画像からの積算変位ベクトル
が記憶され、この第Ｍ回目の受信フォーカス画像に対応
する積算変位ベクトルが描画プロセッサ５２に入力され
るが、前述したように、第２回目，第３回目，…，第Ｍ
−１回目の受信フォーカス画像に対応する積算変位ベク
トルもその都度既に描画プロセッサ５２に入力されてい
る。この描画プロセッサ５２では順次入力されてきた各
受信フォーカス画像毎の積算変位ベクトルに基づいて、
この積算変位ベクトルを見易い形でディスプレイ２６に
表示するためのデータが生成され、このデータがフレー
ムメモリ５４に入力される。このようにして積算画像と
積算変位ベクトルを表わすデータがそれぞれフレームメ
モリ２４，５４に入力されると、これらのフレームメモ
リ２４，５４に入力された積算画像及び積算変位ベクト
ルを表わすデータがフレームメモリ２４，５４から読み
出されてディスプレイ２６に入力され、ディスプレイ２
６ではその表示画面上に積算画像と積算変位ベクトルを
表わすデータとが重畳された可視画像が表示される。
【００４３】図６は、この表示の態様を表わした模式図
である。ここでは人体の腹部の画像が想定されている。
図６（ａ）の画面１００には、血管１０１や横隔膜１０
２等の陰影に重畳して離散的に矢印が表示されており、
この矢印が各離散点の微小変位を表わしている。また図
６（ｂ）の画面１００’には、図６（ａ）と同様な血管
１０１や横隔膜１０２等の陰影に重畳して流線が表示さ
れており、この流線はこの流線上の各点の積算変位ベク
トルの方向を表わしている。また、ここには図示されて
いないが各点の積算変位ベクトルの大きさのみを各点の
輝度もしくは色の彩度、明度等で表示してもよい。
【００４４】尚、上記実施例は、積算画像と積算変位ベ
クトルに基づくデータとの双方を重畳して表示する本発
明の第４の超音波開口面合成装置の一例であるが、積算
画像もしくは積算変位ベクトルに基づくデータを表示す
る本発明の第１もしくは第２の超音波開口面合成装置と
して構成してもよいことはもちろんである。図７は、本
発明の第３の超音波開口面合成装置の一実施例の概略構
成図、図８はその動作説明図である。これらの図におい
て、図１、図２に示す超音波開口面合成装置およびその
動作説明図中の各構成要素と対応する構成要素には、図
１、図２において付した番号と同一の番号を付し、重複
説明は省略する。
【００４５】二次元相互相関演算回路４６において、メ
モリ４４に記憶された前回の受信フォーカス画像とメモ
リ４０に記憶された今回の受信フォーカス画像との間の
二次元相互相関演算が行なわれて各画素毎の変位ベクト
ルが求められる。この二次元相互相関演算回路４６で求
められた変位ベクトルは加算器４８によりそれまでメモ
リ５０に記憶されていた積算変位ベクトルとベクトル的
に加算され、メモリ５０に入力されて記憶される。この
ようにして、前述した実施例と同様に、このメモリ５０
には第１回目の受信フォーカス画像（基準画像）からの
変位が順次積算された積算変位ベクトルが記憶される。
【００４６】また、二次元相互相関演算回路４６で求め
られた変位ベクトルは、変位補正回路５６にも入力さ
れ、この変位補正回路５６では、メモリ４０に記憶され
た今回の受信フォーカス画像がメモリ４４に記憶された
前回の受信フォーカス画像と一致するように変位補正さ
れる。このように変位補正された今回の受信フォーカス
画像とメモリ４４に記憶されていた前回の受信フォーカ
ス画像が引算器５８に入力されて各画素毎に引き算さ
れ、さらに検波回路６０により振幅情報のみが抽出さ
れ、このようにして得られた差分振幅画像が変位補正回
路４２に入力される。この差分振幅画像は、互いに変位
補正された２つの受信フォーカス画像間の「差」の画像
であり、したがって被検体の各組織の変位は補正されて
消去されるが、血流等の変位は補正されず「変位補正の
誤差」として残存している。この差分振幅画像が入力さ
れた変位補正回路４２には、メモリ５０に記憶された積
算変位ベクトルも入力され、基準画像を基準として差分
振幅画像の変位が補正される。この変位補正の行われた
差分振幅画像は加算器６２で順次加算されてメモリ６４
に記憶される。このメモリ６４には最終的に差分振幅積
算画像が記憶されることになる。
【００４７】この差分振幅積算画像はＤＳＣ２２に入力
され画像表示用のデータに変換されてフレームメモリ２
４に一旦記憶される。その後、この差分振幅演算画像が
ディスプレイ２６に可視画像として表示される。この差
分振幅積算画像は上記のように互いに変位補正された差
分振幅画像を積算した画像であり、したがって血流等が
その流れの向きに拘らず浮き出た画像となる。
【００４８】ここで、この実施例では各差分振幅画像を
求めるべき２つの受信フォーカス画像間の変位補正を行
なって各差分振幅画像を求めた後に、再度各差分振幅画
像間の変位補正を行なうように、２つの変位補正回路５
６，４２を備えた例であるが、変位補正回路を１つだけ
備えて全ての受信フォーカス画像の変位補正を行なった
後に各差分振幅画像を求めるように構成してもよい。
【００４９】また、この実施例は差分振幅積算画像のみ
を求めてこれを表示する例であるが、図１に示した実施
例等と組み合わせて例えば被検体内の断層像を表わす積
算画像に重畳してこの差分振幅積算画像を表示してもよ
いことはもちろんである。図９は、本発明の第１および
第２の超音波開口面合成装置の他の実施例を内包した超
音波開口面合成装置の概略構成図、図１０はその動作説
明図である。この実施例は、図１，図２に示した実施例
を三次元計測用に拡張したものであり、したがって、こ
れら図９，図１０において、図１，図２に示した実施例
の各構成要素に対応した構成要素には、図１，図２に付
した番号と同一の番号を付して示し、重複説明は省略す
る。但し各構成要素の内部の詳細構成は、図１，図２に
示す実施例のそれと同一とは限らず、三次元計測用に構
成される。
【００５０】ここでは三次元計測を行なうために振動子
２が二次元的に多数配列されたプローブ１’が用いら
れ、受信フォーカス手段３４では、二次元的に配列され
た各振動子２で得られた受信信号に基づいて被検体内の
三次元的な受信フォーカス画像が演算される。したがっ
て図１に示す二次元相互相関演算回路４６に代えて三次
元相互相関演算回路４６’が備えられ、この三次元相互
相関演算回路４６’においてメモリ４４に記憶された前
回の受信フォーカス画像とメモリ４０に記憶された今回
の受信フォーカス画像との間で三次元相互相関演算が行
なわれ、これら２つの受信フォーカス画像間の各画素毎
の三次元的な変位ベクトルが求められる。以下は図１，
図２に示した実施例と同様にしてディスプレイ２６上に
積算画像、積算変位ベクトルを表わすデータ、又はこれ
らの双方が重畳された画像が表示される。
【００５１】尚、この表示に関し所定の二次元的な一断
面について表示してもよく、あるいは立体的な画像を斜
視図的に表示してもよく、本発明ではその表示の態様は
限定されるものではない。図１１は、本発明の超音波開
口面合成装置の他の実施例の概略構成図であり、図７に
示した実施例を三次元計測用に拡張したものである。こ
の図において、図７に示した実施例の各構成要素と対応
する構成要素には、内部の詳細構成の相違を超えて図７
において付した番号と同一の番号を付して示し、相違点
のみ説明する。
【００５２】この図１１に示す実施例においても、図９
に示す実施例と同様に振動子２が二次元的に多数配列さ
れたプローブ１’が用いられ、受信フォーカス手段３４
では、二次元的に配列された各振動子２で得られた受信
信号に基づいて被検体内の三次元的な受信フォーカス画
像が演算される。また、図９に示す実施例と同様に三次
元相互相関演算回路４６’を備えて２つのメモリ４０，
４４に記憶された２つの受信フォーカス画像内の各画素
毎の三次元的な変位ベクトルが求められる。その後の動
作は、図７に示した実施例と同様であり、ここでは説明
は省略する。
【００５３】尚この実施例においても、図９に示した実
施例の場合と同様に、ディスプレイ２６には所定の断層
面について表示してもよく、立体的な斜視像を表示して
もよく、その表示の態様は限定されるものではない。こ
のように、本発明は、二次元計測を行なう超音波開口面
合成装置に限られるものではなく、三次元計測を行なう
超音波開口面合成装置にも適用される。
【００５４】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の第
１の超音波開口面合成装置は、各送信毎に各受信フォー
カス画像を得、２回の送信に対応する２つの受信フォー
カス画像間の各画素の毎の変位ベクトルを多数の受信フ
ォーカス画像に亘って順次計測し、この各画素毎の変位
ベクトルを多数の受信フォーカス画像に亘って積算して
積算変位ベクトルを求め、この積算変位ベクトルに基づ
いて各受信フォーカス画像の変位を補正し、この変位の
補正された受信フォーカス画像を積算して積算画像を
得、この積算画像を表示するものであるため、従来と同
様に高いフレーム速度を維持することができ、しかも被
検体の動きが補正され、静止した被検体の場合と同様な
鮮明な画質を有する画像が表示される。
【００５５】また、本発明の第２の超音波開口面合成装
置は、上記のようにして求めた積算変位ベクトルに基づ
くデータを表示するものであるため、ドプラ解析手法を
用いることなく被検体内の微小変位が表示される。さら
に本発明の第３の超音波開口面合成装置は、積算画像を
得ることに代えて差分振幅積算画像を得てこれを表示す
るものであるため、ドプラ解析手法を用いることなく、
被検体内の流体の流れがその流れの方向の如何に拘らず
表示される。
【００５６】また、本発明の第４の超音波開口面合成装
置は、上記第１、第２、第３の超音波開口面合成装置の
うちの少なくとも２つを組合せて積算画像、積算変位ベ
クトルに基づくデータ、及び差分振幅積算画像から選択
される２つまたは３つ全部を重畳して表示するものであ
るため、観察、診断に役立つ情報を一層分かり易く表示
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１および第２の超音波開口面合成装
置の一実施例を内包した超音波開口面合成装置の概略構
成図である。
【図２】図１に示す超音波開口面合成装置の動作説明図
である。
【図３】相互相関演算を説明するために２枚の受信フォ
ーカス画像を模式的に表わした図である。
【図４】相互相関演算結果を模式的に表わした図であ
る。
【図５】相互相関の最大値の座標から求めた変位ベクト
ルを模式的に表わした図である。
【図６】表示の態様を表わした模式図である。
【図７】本発明の第３の超音波開口面合成装置の一実施
例の概略構成図である。
【図８】図７に示す超音波開口面合成装置の動作説明図
である。
【図９】本発明の第１および第２の超音波開口面合成装
置の他の実施例を内包した超音波開口面合成装置の概略
構成図である。
【図１０】図９に示す超音波開口面合成装置の動作説明
図である。
【図１１】本発明の第３の超音波開口面合成装置の他の
実施例の概略構成図である。
【図１２】超音波診断装置の概略構成図である。
【図１３】従来の超音波開口面合成装置の概略構成図で
ある。
【図１４】図１３に示す超音波開口面合成装置の動作説
明図である。
【符号の説明】
１、１’ 超音波プローブ ２ 振動子 ２４ メモリ ２６ ディスプレイ ３０ Ａ／Ｄ変換器 ３４ 受信フォーカス手段 ３６、４８、６２ 加算器 ３８、４０、４４、５０、６４ メモリ ４２、５６ 変位補正回路 ４６ 二次元相互相関演算回路 ４６’ 三次元相互相関演算回路 ５８ 引算器 ６０ 検波回路

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに配列された多数の振動子のそれぞ
    れから被検体内に順次超音波パルスを送信し、各送信毎
    に被検体内で反射した超音波を前記多数の振動子のそれ
    ぞれで受信し、これらの受信により得られた受信信号に
    基づいて被検体内の情報を検出する超音波開口面合成装
    置において、 前記各送信に対応する受信信号に基づいて、被検体内の
    所望とする視野全域に亘る各受信フォーカス画像を得る
    受信フォーカス手段と、 互いに異なる２回の送信に対応する２つの前記受信フォ
    ーカス画像間の各画素毎の変位ベクトルを、多数の受信
    フォーカス画像に亘って順次計測する変位計測手段と、 前記各画素毎の変位ベクトルを多数の受信フォーカス画
    像に亘って互いに対応する各画素毎に積算することによ
    り所定の１つの受信フォーカス画像を基準とした他の各
    受信フォーカス画像の各画素毎の積算変位ベクトルを求
    める変位積算手段と、 前記積算変位ベクトルに基づいて、前記所定の１つの受
    信フォーカス画像を基準として前記他の各受信フォーカ
    ス画像の各画素の変位を補正する変位補正手段と、 各画素の変位が補正された各受信フォーカス画像を互い
    に積算することにより積算画像を得る画像積算手段と、 前記積算画像を表示する積算画像表示手段とを備えたこ
    とを特徴とする超音波開口面合成装置。
  2. 【請求項２】 互いに配列された多数の振動子のそれぞ
    れから被検体内に順次超音波パルスを送信し、各送信毎
    に被検体内で反射した超音波を前記多数の振動子のそれ
    ぞれで受信し、これらの受信により得られた受信信号に
    基づいて被検体内の情報を検出する超音波開口面合成装
    置において、 前記各送信に対応する受信信号に基づいて、被検体内の
    所望とする視野全域に亘る各受信フォーカス画像を得る
    受信フォーカス手段と、 互いに異なる２回の送信に対応する２つの前記受信フォ
    ーカス画像間の各画素毎の変位ベクトルを、多数の受信
    フォーカス画像に亘って順次計測する変位計測手段と、 前記各画素毎の変位ベクトルを多数の受信フォーカス画
    像に亘って互いに対応する各画素毎に積算することによ
    り所定の１つの受信フォーカス画像を基準とした他の各
    受信フォーカス画像の各画素毎の積算変位ベクトルを求
    める変位積算手段と、 前記積算変位ベクトルに基づくデータを表示する積算変
    位表示手段とを備えたことを特徴とする超音波開口面合
    成装置。
  3. 【請求項３】 互いに配列された多数の振動子のそれぞ
    れから被検体内に順次超音波パルスを送信し、各送信毎
    に被検体内で反射した超音波を前記多数の振動子のそれ
    ぞれで受信し、これらの受信により得られた受信信号に
    基づいて被検体内の情報を検出する超音波開口面合成装
    置において、 前記各送信に対応する受信信号に基づいて、被検体内の
    所望とする視野全域に亘る各受信フォーカス画像を得る
    受信フォーカス手段と、 互いに異なる２回の送信に対応する２つの前記受信フォ
    ーカス画像間の各画素毎の変位ベクトルを、多数の受信
    フォーカス画像に亘って順次計測する変位計測手段と、 前記各画素毎の変位ベクトルを多数の受信フォーカス画
    像に亘って互いに対応する各画素毎に積算することによ
    り所定の１つの受信フォーカス画像を基準とした他の各
    受信フォーカス画像の各画素毎の積算変位ベクトルを求
    める変位積算手段と、 各画素の変位が補正された２つの前記受信フォーカス画
    像間の互いに対応する各画素間の差分の振幅情報を、多
    数の受信フォーカス画像に亘って順次抽出することによ
    り多数の差分振幅画像を得る差分振幅抽出手段と、 各画素の変位が補正された前記多数の差分振幅画像を積
    算することにより差分振幅積算画像を得る差分振幅画像
    積算手段と、 前記差分振幅積算画像を表示する差分振幅積算画像表示
    手段とを備えたことを特徴とする超音波開口面合成装
    置。
  4. 【請求項４】 前記変位計測手段が、２つの前記受信フ
    ォーカス画像間で相互相関演算を行うことにより、各画
    素に対応する相互相関の最大値の座標から該各画素に対
    応する前記変位ベクトルを求めるものであることを特徴
    とする超音波開口面合成装置。
  5. 【請求項５】 前記変位計測手段が、２つの前記受信フ
    ォーカス画像間でオプティカルフロー演算を行うことに
    より各画素に対応する前記変位ベクトルを求めるもので
    あることを特徴とする超音波開口面合成装置。
  6. 【請求項６】 互いに配列された多数の振動子のそれぞ
    れから被検体内に順次超音波パルスを送信し、各送信毎
    に被検体内で反射した超音波を前記多数の振動子のそれ
    ぞれで受信し、これらの受信により得られた受信信号に
    基づいて被検体内の情報を検出する超音波開口面合成装
    置において、 前記各送信に対応する受信信号に基づいて、被検体内の
    所望とする視野全域に亘る各受信フォーカス画像を得る
    受信フォーカス手段と、互いに異なる２回の送信に対応
    する２つの前記受信フォーカス画像間の各画素毎の変位
    ベクトルを、多数の受信フォーカス画像に亘って計測す
    る変位計測手段と、前記各画素毎の変位ベクトルを多数
    の受信フォーカス画像に亘って互いに対応する各画素毎
    に積算することにより所定の１つの受信フォーカス画像
    を基準とした他の各受信フォーカス画像の各画素毎の積
    算変位ベクトルを求める変位積算手段とを備えるととも
    に、 前記積算変位ベクトルに基づいて、前記所定の１つの受
    信フォーカス画像を基準として前記他の各受信フォーカ
    ス画像の各画素の変位を補正する変位補正手段と、各画
    素の変位が補正された各受信フォーカス画像を互いに積
    算することにより積算画像を得る画像積算手段とを有す
    る積算画像演算手段、及び各画素の変位が補正された２
    つの前記受信フォーカス画像間の互いに対応する各画素
    間の差分の振幅情報を多数の受信フォーカス画像に亘っ
    て順次抽出することにより多数の差分振幅画像を得る差
    分振幅抽出手段と、各画素の変位が補正された前記多数
    の差分振幅画像を積算することにより差分振幅積算画像
    を得る差分振幅画像積算手段とを有する差分振幅積算画
    像演算手段のうち少なくとも一方を備え、さらに前記積
    算画像、前記積算変位ベクトルに基づくデータ、および
    前記差分振幅積算画像から選択される２つ以上を重畳し
    て表示する合成表示手段を備えたことを特徴とする超音
    波開口面合成装置。
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