JP3329485B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、３次元データを収集し
て立体表示を行えるようにした超音波診断装置に関し、
特にアレイプローブを機械的に動かして３次元データを
収集する構成とした超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の超音波診断装置は、アレ
イプローブを機械的に動かす手法として、例えば特開昭
５５−１１６３４２号公報、特開昭５６−７５１４６号
公報、特開昭６１−１５４６５３号公報等にそれぞれ開
示されているようにいくつか提案されているが、これら
の手法は以下の点が共通している。
【０００３】ａ．アレイプローブでは通常の断層像デー
タを収集する場合と同様のスキャンを行う。
【０００４】ｂ．機械的にアレイプローブにより撮像断
面の移動若しくは回転を行う。
【０００５】ｃ．機械的なアレイプローブの動きは、ア
レイプローブの電子的な走査によるスキャンに比べて十
分に遅く行われる。
【０００６】また、従来においても、アレイプローブを
電子的に走査して断層像データを短時間で収集する方法
が提案されている。これは比較的に広がった送信ビーム
を出し、数系列ある受信整相加算回路により、同時に数
受信ビーム分のデータを収集しようとするものである。
【０００７】更にまた、複数の振動素子が複数列状に配
列された２次元分割構造のアレイプローブ（２次元アレ
イプローブ）を用いて、３次元データを収集しようとす
る方法も既に提案されている。これは直交する両方向に
同程度の分割を行い、その両方向に電子的な走査による
スキャンで３次元データを収集しようとするものであ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術において、アレイプレーブを機械的に動かす方法、同
時受信、２次元アレイプローブのそれぞれに次のような
不具合があった。
【０００９】Ａ．アレイプローブを機械的に動かす方法 データ収集時間が遅くなる。例えば振動素子が列状に配
列された方向（アレイ方向）に１２０本のラスタを出す
場合、１断面の収集に約１／３０秒を要する。よってア
レイ方向と直交する方向（スライス方向）にアレイプロ
ーブを移動させて１２０枚の断層像を得る場合、約４秒
を要する。これは心臓や血流等の動きのある対象の像を
撮ろうとする場合、時間がかかり過ぎ像を撮ることが不
可能である。
【００１０】Ｂ．同時受信 より高速なデータ収集を行うため広い範囲のデータを同
時に得ようとすると、中央部と周辺部の送信音圧を均一
にすることが難しくなり、ｓ／ｎが劣化してしまう。
【００１１】Ｃ．２次元アレイ 製造が非常に困難。例えば、アレイプローブによりアレ
イ・スライス両方向にスキャンする事を考えると両方向
に５０分割程度する必要がある。この場合、素子の数は
２５００個となり配線の引き出し等が非常に困難とな
る。しかし、後で述べるようにスライス方向のスキャン
を機械的に行い、スライス方向のアレイプローブによる
操作を微少角偏向及びフォーカスのみに限ると、スライ
ス方向の分割数は数分割で済むため、製造上の困難は極
端に減少し実現可能となる。
【００１２】本発明は、上記した事情に着目してなされ
たもので、その目的とするところは、アレイプローブを
機械的に動かすシステム構成において高速に３次元デー
タを収集することができる超音波診断装置を提供するこ
とにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、複数の振動子が２次元的に配列されてなる
超音波振動子アレイと、前記超音波振動子アレイのアレ
イ方向及びこれに直交する方向ともに比較的太い送信ビ
ームで送信を行い、同時受信処理により、アレイ方向及
びこれに直交する方向のそれぞれに複数の指向性を有す
る受信エコー信号群を生成するように構成された送受信
手段と、前記超音波振動子アレイを機械的に動かす駆動
手段と、３次元走査を行うように、前記送受信手段及び
前記駆動手段を同期して動作させる走査制御手段と、前
記送受信手段からの複数の受信エコー信号群に基づいて
３次元データの収集を行う３次元データ収集手段を具備
することを特徴とする超音波診断装置を提供する。
【００１４】
【作用】本発明による超音波診断装置の構成であれば、
超音波振動子アレイを機械的に動かしながら走査し、こ
の時に送受信手段で得られる複数の同時受信エコー信号
を３次元データとして収集収集する。これにより、従来
のアレイプローブを機械的に動かす方法、同時受信、２
次元アレイプローブの各手法のみでは不可能であった高
速の３次元データ収集が可能となる。
【００１５】
【実施例】図１は、本発明が適用された第１実施例の超
音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。
【００１６】この第１実施例の超音波診断装置は、複数
の振動素子が単列状に配列されてなる１次元分割構造の
アレイプローブ１と、アレイプローブ１から比較的広が
った送信ビームを出し、アレイプローブ１を介して複数
の受信ビームを同時受信する送受信器２と、アレイプロ
ーブ１をアレイ方向と直交する方向へ機械的に動かすた
めの可逆揺動モータ３及びプローブ移動制御器４の組合
せと、送受信器２及びプローブ移動制御器４を同期して
動作させる制御を行ってアレイプローブ１により２次方
向走査を行わせる走査制御器５と、この走査制御器５の
制御下で送受信器からの複数の同時受信エコー信号を並
列に取込む繰返しで３次元データの収集を行えるように
複数系統持たせた整相加算回路６1 〜６n と、表示処理
回路７と、モニタ８とを備えている。
【００１７】これら各部を備えた構成において、アレイ
プローブ１は、図２に示す関係で送信ビームに対し複数
の受信ビームを並列同時受信する電子的な扇状走査をア
レイ方向に行う一方、可逆揺動モータ３の駆動により機
械的な扇風走査をスライス方向に行うことで２次方向走
査を行うことになる。この２次方向走査を走査制御部５
の制御下で行うと、送受信器２で得られる複数の同時受
信エコー信号を各整相加算回路６1 〜６n に並列に取込
む繰返しで複数枚分の２次元データ（３次元データ）を
収集する。こうして収集される複数枚分の２次元画像デ
ータが次段の表示処理部７に加わると、表示処理回路７
において３次元画像の作成がなされ、モニタ８上に３次
元画像が表示される。
【００１８】このように並列同時受信により３次元デー
タの収集を行うことから、従来の各手法のみでは不可能
であった高速の３次元データ収集を行えることになる。
【００１９】図３は、本発明が適用された第２実施例の
超音波診断装置の機能構成を示すブロック図である。
【００２０】この第２実施例の超音波診断装置は、基本
的には上記第１実施例と同様の動作となるが、複数の振
動素子が複数列状に配列された２次元分割構造のアレイ
プローブ１１を使用しているため、送信及び受信ビーム
が図４に示す関係でスライス方向にも広がっており、そ
の分同時受信数が増えている。送信ビームは振動素子の
配列方向及びこれに直交する方向共に比較的太くなって
おり、その送信ビームの成す円錐又は多角錐内の各方向
に指向性を持つ受信エコー信号群が形成される。このよ
うなアレイプローブ１１による２次方向走査は、走査制
御器１５によって送受信器１２及びプローブ移動制御器
１４を同期して動作させ、アレイ方向の電子的な扇状走
査と、可逆揺動モータ１３の駆動によるスライス方向の
機械的な扇状走査とにより行われる。また、整相加算回
路１６は２次元画像データの収集用としており、この整
相加算回路１６で収集される２次元画像データにより表
示処理回路１７はモニタ１８上に２次元画像を表示する
ことになる。また、上記第１実施例では、並列に整相加
算回路を持つ事で同時受信を行えるようにしたが、本実
施例においては同時受信数が非常に多くなるので、整相
加算回路を並列にもつ代りに、一旦波形メモリ１９にア
レイプローブ１１の各振動素子の受信波形を記録し、後
で開口合成処理回路２０において開口合成処理を行うこ
とにより、整相加算された複数の２次元データをデータ
を得る。この複数の２次元データを一旦画像データメモ
リ２１に書込み後読み出して３次元グラフィック演算回
路２２へ加えることにより３次元画像データを求め、こ
の３次元画像データを基に表示処理回路１７によりモニ
タ１８上に３次元画像が表示される。
【００２１】前述の如く、第２実施例では、アレイ及び
スライスの両方向に広がった送信ビームを用いるため、
比較的容易に均一な音圧の送信ビームを作ることがで
き、これによりＳ／Ｎの良い受信エコーを得られる。よ
って第２実施例によれば第１実施例と比較して更に高速
にデータ収集することが可能となる。
【００２２】しかし、アレイ方向に電子的に走査してい
る間にもスライス方向に機械的な走査が行われているの
で、アレイプローブ１１の法線の角度が変化していくに
つれて、各送信ビームの中心位置は、例えば図５の実線
のようにずれることになる。この場合、点線で囲むずれ
のない所定の送信ビームの位置Ｂ1 〜Ｂnの中心からず
れることになり、このずれが生じると３次元画像が歪む
ことになる。特に、本実施例のように高速でデータ収集
する場合、プローブアレイ１１の機械的な移動も高速に
行われるため歪みも無視できない。そこで、本実施例で
は、２次元アレイを用いた場合の特徴を生かしてアレイ
プローブ１１をスライス方向に補正することを、走査制
御部１５の制御下でプローブ移動制御器１４による可逆
振動モータ１３の可逆駆動調整で行う。この補正を行う
ことにより図５の点線で囲むずれのない所定の送信ビー
ムの位置Ｂ1 〜Ｂnを確保することができる。但し、図
６（Ａ）に示すようにアレイプローブ１１の中心が機械
的移動において固定されていれば完全に補正することが
できるが、同図（Ｂ）に示すようにアレイプローブ１１
の中心も移動してしまう時には補正が不完全となり、音
場の深さが近距離であるか又は遠距離であるかに応じて
位置的な誤差が残るので留意することが望ましい。
【００２３】こうして微少角偏向を行うことにより、図
７に示すように血流計測時のアレイプローブ１１の機械
的な動きと微少角偏向後の送信ビームの位置（点線で囲
む位置）との関係が得られるようにするとよい。即ち、
血流計測時は、同一アレイ方向に数回の送信を行うがそ
の間もスライス方向にアレイプローブ１１が機械的な動
きにより移動しているので、その分も含めて偏向により
補正するとよいものである。このような補正は微少角の
偏向だけで行えるので振動素子群の分割数が少くても行
える。
【００２４】また、アレイプローブ１１は、２次元アレ
イでありスライス方向にも分割されているため、スライ
ス方向の口径及び受信焦点を各深さでダイナミックに変
えることができる。本実施例にあっては、開口合成処理
回路２０での開口合成処理においてそのダイナミック変
化の操作がなされる。実際には通常のリアルタイム断層
像を見ながら超音波検査を行い、必要に応じて操作者が
３次元データ収集をスイッチ等の手段により本実施例装
置に指示すると、本実施例装置は上記に述べた操作によ
り３次元データを波形メモリ１９に格納する。その後、
開口合成処理回路２０での開口合成処理により画像を計
算し、操作者の指示に対応した画像をモニタ１８上に表
示することになる。
【００２５】なお、前述した各実施例において、第２実
施例においてのみ開口合成処理を行うものとしたが、第
１実施例のシステム構成に開口合成処理機能を付加して
も本発明を逸脱しないことは勿論のことである。また、
第２実施例のシステム構成に複数の整相加算回路を並列
に持つことも本発明の範ちゅうにある。また、アレイプ
レーブでの電子的な走査及びアレイプローブで行わせる
機械的な走査を共に、前述した各実施例では扇状走査と
したが、実際には本発明の主旨を変えない範囲で異なる
形状となる走査にも適応できる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ア
レイプレーブを介して並列同時受信しながらこのアレイ
プローブをスライス方向に動かして３次元データを収集
するので、高速に３次元データの収集を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された第１実施例の超音波診断装
置の機能構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施例における２次方向走査の概
念を示す図である。
【図３】本発明が適用された第２実施例の超音波診断装
置の機能構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第２実施例における２次方向走査の概
念を示す図である。
【図５】本発明の第２実施例における微少角偏向による
断層面の補正の概念を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例における微少角偏向による
断層面の補正が効果的に行える条件を説明するために用
いた図である。
【図７】本発明の第２実施例に従って血流計測を行う場
合のアレイプローブの機械的な動きと送信ビームの位置
との好適な一例を示す図である。
【符号の説明】
１，１１ アレイプローブ ２，１２ 送受信器 ３，１３ 可逆揺動モータ ４，１４ プローブ移動制御器 ５，１５ 走査制御器 ６1 〜６n ，１６ 整相加算回路 ７，１７ 表示処理回路 ８，１８ モニタ １９ 波形メモリ ２０ 開口合成処理回路 ２１ 画像データメモリ ２２ ３次元グラフィック演算回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内堀 孝信 栃木県大田原市下石上1385番の１ 東芝 メディカルエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 手塚 智 栃木県大田原市下石上1385番の１ 株式 会社東芝 那須工場内 審査官 門田 宏 (56)参考文献 特開 平３−184532（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−155843（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−79943（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−22347（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−38693（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−246740（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−246143（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−64607（ＪＰ，Ｕ) 実開 平２−124553（ＪＰ，Ｕ) 特表 平４−507352（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の振動子が２次元的に配列されてな
    る超音波振動子アレイと、 前記超音波振動子アレイのアレイ方向及びこれに直交す
    る方向ともに比較的太い送信ビームで送信を行い、同時
    受信処理により、アレイ方向及びこれに直交する方向の
    それぞれに複数の指向性を有する受信エコー信号群を生
    成するように構成された送受信手段と、 前記超音波振動子アレイを機械的に動かす駆動手段と、 ３次元走査を行うように、前記送受信手段及び前記駆動
    手段を同期して動作させる走査制御手段と、 前記送受信手段からの複数の受信エコー信号群に基づい
    て３次元データの収集を行う３次元データ収集手段を具
    備することを特徴とする超音波診断装置。
  2. 【請求項２】 前記送受信手段は、前記超音波振動子ア
    レイのアレイ方向と直交する方向の機械的な動きに合わ
    せて、ビームの方向を微少角偏向する事で機械的な動き
    に起因する断層像間の間隔の不均一を補正することを特
    徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
  3. 【請求項３】 前記送受信手段は、前記超音波振動子ア
    レイのアレイ方向と直交する方向の機械的な動きに合わ
    せて、ビームの方向を微少角偏向する事で血流情報収集
    の際の機械的な動きに起因する誤差を減少させることを
    特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
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