JP3597911B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は超音波診断装置、特に立体的な超音波画像を実時間で簡易に形成できる超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、三次元的に臓器を画像表示できる超音波診断装置が提案されている。かかる超音波診断装置では、例えば電子走査型のアレイ振動子が電子走査方向と直交する方向に機械的に走査される。これにより三次元のデータ取り込み領域が形成され、その領域内で取り込まれたエコーデータが三次元エコーデータメモリにいったん記憶される。その三次元エコーデータメモリから読み出されたエコーデータがコンピュータ処理されて三次元画像が構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、三次元画像形成に当たって非常に多くの演算が必要とされ、回路構成が複雑になると共にリアルタイムで三次元画像を表示することが困難であった。超音波診断においては、リアルタイムで臓器を観察する要請が強いが、画像構成に多大の時間を要する場合には、その要請に応えることができない。その一方、従来の単なる断層画像などでは臓器の断面のみが二次元で表示されるため、立体感が得られないという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、簡易な構成で擬似的な立体画像（簡易立体画像）を実時間で形成できる超音波診断装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、互いに近接して並行に配置された第１振動子列及び第２振動子列を備え、各振動子列で形成される超音波ビームを電子走査することにより第１走査面及び第２走査面が並行に形成されるダブルプレーン探触子と、前記第１走査面の形成により構成される第１超音波画像を格納する第１メモリと、前記第２走査面の形成により構成される第２超音波画像を格納する第２メモリと、前記第１メモリから出力された第１超音波画像に対して輝度の重み付け又はカラーの重み付けを行う第１調整部と、前記第２メモリから出力された第２超音波画像に対して輝度の重み付け又はカラーの重み付けを行う第２調整部と、前記第１調整部から出力された前記第１超音波画像と前記第２調整部から出力された前記第２超音波画像を重ね合わせることによって、簡易的な立体画像を形成する立体画像形成部と、前記立体画像を表示する画像表示部と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明においては、前記第１調整部と前記第２調整部は、前記第１超音波画像に対する第２超音波画像の輝度の重み付け又はカラーの重み付けを変化させることにより奥行き感を表現する奥行き感表現部を構成することができる。
【０００７】
【作用】
上記構成によれば、第１振動子列と第２振動子列を交互に電子走査することにより、第１走査面と第２走査面とが交互に形成される。ここで、第１走査面と第２走査面は互いに近接して平行に形成される。よって、ある臓器の２つの断面に関するデータ（断層画像情報、ドプラ画像情報）が得られることになる。そして、第１走査面の第１超音波画像が第１メモリに格納され、また第２走査面の第２超音波画像が第２メモリに格納される。そして、２つのメモリから読み出された超音波画像が重ね合わされて合成され、立体画像が形成される。
【０００８】
すなわち、ある断面の画像と、その直後の断面の画像と、がいわゆる透視画像のように表現され、臓器が擬似立体画像として表現される。もちろん、従来のような奥行き方向に一定の厚さをもった三次元画像は構成できないが、単なる断面とは異なる奥行き感をもった簡易的立体画像が構成できるので、臓器の形態把握が容易になり、ひいては診断精度が向上する。特に、このような２枚の超音波画像の重ね合わせによれば、結果として本来の情報を強調して相対的にノイズレベルを低減できるので、画像の鮮明度を向上できる利点がある。
【０００９】
探触子において、第３の振動子列を設けて上記同様に３枚の超音波画像を重ね合わせることもでき、それは本発明の一部をなす。ただし、あまり多くの振動子列を設けると、探触子先端部の形状を肥大にし、生体表面に当接させつつ探触子を傾斜させる場合などに不自由さが生じる。このため、２つ程度の振動子列が機能的であると思われる。
【００１０】
本発明では、奥行き感表現部によって、前記第１超音波画像及び第２超音波画像に対して、輝度の重み付け又はカラーの重み付けが行われる。すなわち、第１超音波画像（第１断層画像）に対して第２超音波画像（第２断層画像）の輝度を低くすれば、それだけ奥行き感を表現できる。これと同様に、第１超音波画像（第１ドプラ画像）に対して第２超音波画像（第２ドプラ画像）の色相や彩度を変化させれば、それだけ奥行き感を表現できる。なお、色相を変化させる場合には心理学的な効果に基づいて手前の超音波画像を暖色系の色にし、奥側の超音波画像を寒色系の色にすることもできる。
【００１１】
第１及び第２超音波画像としては、断層画像やドプラ画像が挙げられるが、それらの両者をともに立体画像とし、それらを重ね合わせてもよい。画像合成に当たっては、第１超音波画像及び第２超音波画像の各画素を互い違いに格子状に配列して透視画のような立体画像を形成することができる。あるいは、第１超音波画像からある方向へ１画素又は数画素シフトさせつつ第２超音波画像を表示して立体画像を構成することもできる。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施例が示され、図１はその全体構成図である。
【００１４】
図１において、超音波の送受波を行うダブルプレーン探触子１０は、その名が示すように２つの振動子列すなわちＡ列及びＢ列を有する。
【００１５】
図２には、ダブルプレーン探触子１０における振動子配列が示されている。図示するように、振動子番号＃１〜＃ｎまでのｎ個の振動子で構成されるＡ列と、振動子番号＃ｎ＋１〜＃２ｎのｎ個の振動子で構成されるＢ列とを有する。図２に示されるように、Ａ列及びＢ列は両者近接して平行に配列されており、これによって後述するように互いに近接しかつ平行な走査面が２つ形成される。つまり、＃１〜＃２ｎまでの振動子を順次駆動すれば、２つの電子走査ラインＳ１及びＳ２が形成され、これによって２つの走査面が形成される。これは電子リニア走査の場合であるが、勿論電子セクタ走査の場合にもこのような振動子配列が適用される。
【００１６】
図１に戻って、送受信部１２は、上述したダブルプレーン探触子１０にて形成される超音波ビームの走査を制御するものであり、具体的にはダブルプレーン探触子１０に対して送信信号を供給すると共に電子フォーカスのための遅延量の設定を行っている。また、この送受信部１２は受信信号に対して増幅やノイズ除去などの処理を行う。
【００１７】
断層画像形成部１４は、Ａ／Ｄ変換器や検波器などを含み、従来同様にＢモード断層画像を形成するものである。勿論、図２に示したように、２つの電子走査Ｓ１及びＳ２を実行すれば、２つの走査面に対応する２つの超音波画像情報が得られるため、この断層画像形成部１４では２つの断層画像が形成される。そして、Ａ列により形成される断層画像はメモリ１６に格納され、Ｂ列により形成される断層画像はメモリ１８に格納される。
【００１８】
一方、ドプラ画像形成部２０は直交検波器や自己相関器などを含み、血流画像としてのドプラ画像を形成するものである。勿論、２つの走査面に対応して２つのドプラ画像が形成され、Ａ列により形成されるドプラ画像はメモリ２２に格納され、Ｂ列により形成されるドプラ画像はメモリ２４に格納される。これらのメモリ１６，１８，２２，２４はフレームメモリであり、１走査面に相当する画像情報が格納される。Ａ列による画像情報か、あるいはＢ列による画像情報かを識別するため、送受信部１２から振動子列識別信号１００が出力されている。この振動子列識別信号１００により、メモリ制御部２６は対応するメモリへの書込みを許容する。すなわち、このメモリ制御部２６は、各メモリの書込み及び読出しを制御するものである。
【００１９】
奥行き感表現部２８は、２つの輝度調整部３０及び３２と、２つのカラー調整部３４及び３６とで構成される。すなわち、２つの超音波画像を重ね合わせる際に、後方にある超音波画像の輝度やカラーを変化させることによって奥行き感を表現するための信号処理部である。本実施例では、輝度調整部３０に対して重み付け値としては１が設定され、輝度調整部３２に対しては重み付け値として０．７が設定されている。また、本実施例では、カラー調整部３４及び３６も基本的に輝度すなわち彩度を調整しており、カラー調整部３４における彩度の重み付け値としては１が設定され、カラー調整部３６の彩度重み付け値としては０．７が設定されている。従って、断層画像とドプラ画像のいずれにおいても手前側にある超音波画像は輝度が高く、一方、奥側になる超音波画像の輝度はそれよりも低くなる。
【００２０】
立体画像構成部３８は、このようにして得られた２つの断層画像及び２つのドプラ画像を合成して立体画像を形成するものである。すなわち、Ｂモード断層画像を重ね合わせて立体画像を構成する場合、輝度調整部３０から出力された断層画像に、輝度調整部３２から出力された断層画像を重ね合わせて、それを表示器４０へ出力する。一方、ドプラ画像としての立体画像を形成する場合には、カラー調整部３４から出力されたドプラ画像に、カラー調整部３６から出力されたドプラ画像を重ね合わせてそれを表示器４０へ出力する。勿論、これら４つの超音波画像を重ね合わせて表示することも可能である。その切替を行うため外部から画像切替信号１０２が入力されている。この画像切替信号１０２によって立体画像の各種の組合わせを選択でき、また立体画像ではなく、通常の断層画像あるいはドプラ画像の表示を選択することもできる。
【００２１】
図３には、ダブルプレーン探触子１０の断面図が示されている。図３において１０ＡはＡ列を構成する振動子を示し、１０ＢはＢ列を構成する振動子を示している。このようにＡ列及びＢ列は互いに近接して配置されており、その生体側には音響レンズ４２が配置されている。図３（Ａ）においては音響レンズがやや丸みを帯びた蒲鉾状に構成されており、従来同様の形状を有する音響レンズを用いることができる。図３（Ｂ）においては各振動子列に対応して２つの隆起を持った音響レンズ４２が用いられている。このような音響レンズを採用する場合、生体への密着状態を良好にするために、その音響レンズ４２の前方に生体と等価の音響インピーダンスを有する表面層などを設けるのが望ましい。なお、本実施例において振動子列の中心間の間隔ｄは例えば２０ｍｍである。
【００２２】
図４には、立体画像構成部３８における超音波画像の合成方法の一例が示されている。図４に示す例では、第１超音波画像の各画素（Ａ）と第２超音波画像の各画素（Ｂ）が互い違いに格子状に配列されており、これによっていわゆる透視画像のような立体画像を得ることができる。このような立体画像を形成する場合、メモリ制御部２６は、偶数番目と奇数番目とでメモリから読み出す画素情報の順番を異ならせればよい。このようにすれば、立体画像合成部３８において、特別な画像合成処理を行うことなくメモリの読出しという簡易な手法によって画像合成を実現できる。
【００２３】
図５には、他の画像合成方法が示されている。（Ａ）に示すように、走査面Ａの画像情報に対して走査面Ｂの画像情報を斜め上方などに１画素あるいは数画素シフトさせて重ね合わせることによって、臓器に立体感をもたせるものである。このような処理によれば、輪郭を一定方向に強調させることができ、奥行き感を得ることができる。勿論、断層画像に限らずこのような処理はドプラ画像にも適用できる。
【００２４】
次に、図１に基づいて本発明に係る超音波診断装置の動作について説明する。送受信部１２の制御の下、ダブルプレーン探触子１０において超音波ビームが形成されそれが電子走査されることによって２つの走査面が形成される。ここで、電子走査は、Ａ列の走査とＢ列の走査とが交互に行われ、すなわち走査面が交互に形成される。これにより得られた受信信号は送受信部１２を介して断層画像形成部１４及びドプラ画像形成部２０に送られる。そして、断層画像形成部１４により形成されたＡ列に対応する第１断層画像はメモリ１６に格納され、Ｂ列に対応する断層画像はメモリ１８に格納される。
【００２５】
一方、ドプラ画像形成部２０から出力されたＡ列に対応するドプラ画像はメモリ２２に格納され、Ｂ列に対応するドプラ画像はメモリ２４に格納される。このようなメモリへの画像情報の格納はメモリ制御部２６の制御によって行われ、具体的には、振動子列識別信号１００が示す列すなわちＡ列かＢ列かということに基づいてメモリの切替が行われる。このようなメモリへの書込みが終了した後、メモリ制御部２６は各メモリに対して読出し指令を与える。そして、奥行き感表現部２８において、メモリ１６からの第１断層画像に対しては重み付け値１が乗算されて、すなわちそのままの第１画像が立体画像合成部３０に送られ、メモリ１８から出力された第２断層画像は輝度調整部３２において重み付け値０．７が乗算され輝度が少し低くされた状態で立体画像合成部３８に送られる。また、メモリ２２から出力された第１ドプラ画像はカラー調整部３４において彩度重み付け値１が与えられ、すなわちそのままの第１ドプラ画像が立体画像合成部３８に送られ、メモリ２４から出力された第２ドプラ画像はカラー調整部３６において彩度重み付け値０．７が乗算されて彩度が落された画像として立体画像合成部３８に送られる。勿論、ドプラ画像に対しては彩度のほか、色相を変化させることができ、例えば前方のドプラ画像は暖色系に色付けし、奥側のドプラ画像は寒色系の色に色付けすることもできる。立体画像合成部３８は、画像切替信号１０２の指令に基づいて、図４に示した手法や図５に示した手法を適用して立体画像を構成する。いずれにしても２つの超音波画像を重ね合わせて簡易的な立体画像を構成する。そして、それが表示器４０に表示される。
【００２６】
本実施例の装置によれば、図１に示すように、ダブルプレーン探触子１０において超音波の送受信を行いながら実時間で画像処理を実現でき、これによって表示器４０においてリアルタイムで擬似立体画像を表示することができる。従って、診断上有益な情報を提供できる利点がある。また、２つの超音波画像を重ね合わせることにより、見掛け上、真のエコーデータが強調され、一方ノイズは弱められることになるので、鮮明な画像を形成できるという利点もある。
【００２７】
本実施例では、振動子列を２つ設けたが３つの振動子列を互いに平行に設けることもできる。この場合、３つの超音波画像が重ね合わされて表示されることになり、上述した効果をさらに引き出すことができる。しかしながら、あまり多くの振動子列を配置すると探触子の先端部を肥大化させることになり操作性が低下したりあるいは当接させながら探触子を傾けるといった作業が困難となるので本実施例では振動子列を２つ設けている。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、簡易な構成で擬似的な立体画像を実時間で形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】ダブルプレーン探触子における振動子の配列を示す説明図である。
【図３】ダブルプレーン探触子を側方から見た断面図である。
【図４】画像合成の一例を示す図である。
【図５】画像合成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ダブルプレーン探触子、１４ 断層画像形成部、２０ ドプラ画像形成部、２６ メモリ制御部、２８ 奥行き感表現部、３８ 立体画像合成部。

Claims (4)

1. 互いに近接して並行に配置された第１振動子列及び第２振動子列を備え、各振動子列で形成される超音波ビームを電子走査することにより第１走査面及び第２走査面が並行に形成されるダブルプレーン探触子と、
   前記第１走査面の形成により構成される第１超音波画像を格納する第１メモリと、
   前記第２走査面の形成により構成される第２超音波画像を格納する第２メモリと、
   前記第１メモリから出力された第１超音波画像に対して輝度の重み付け又はカラーの重み付けを行う第１調整部と、
   前記第２メモリから出力された第２超音波画像に対して輝度の重み付け又はカラーの重み付けを行う第２調整部と、
   前記第１調整部から出力された前記第１超音波画像と前記第２調整部から出力された前記第２超音波画像を重ね合わせることによって、簡易的な立体画像を形成する立体画像形成部と、
   前記立体画像を表示する画像表示部と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記第１調整部と前記第２調整部は、前記第１超音波画像に対する第２超音波画像の輝度の重み付け又はカラーの重み付けを変化させることにより奥行き感を表現する奥行き感表現部を構成することを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の装置において、
   前記第１超音波画像及び前記第２超音波画像は断層画像であることを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項２記載の装置において、
   前記第１超音波画像及び前記第２超音波画像はドプラ画像であることを特徴とする超音波診断装置。

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