JP3934541B2

JP3934541B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3934541B2
Application number: JP2002368891A
Authority: JP
Inventors: 隆也宇野; 章文大竹
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: JP2004195024A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特にフレームレートの調整に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断装置は、生体などの対象物に対し超音波の送受信を行い、受信された反射波に基づく超音波情報から、超音波画像を表示装置に表示する。例えば、対象物の断層画像を得るＢモードにおいては、超音波を一つの断面において走査し、超音波断層画像を表示する。表示装置のフレームレート（以下、表示フレームレートと記す）は、装置固有の値に固定されており、一方超音波の送受信または走査のフレームレート（以下、送受信フレームレートと記す）は、観察対象の深さ、走査の範囲（視野角）などにより決定される。例えば、表示装置のフレームレートは３０Ｈｚまたは６０Ｈｚが一般的であり、これに対し、超音波送受信のレートは、数Ｈｚから１００Ｈｚ程度の間となる。
【０００３】
このように、送受信フレームレートと表示フレームレートは独立できるものであるが、何の関連もなく双方のフレームレートを定めると、表示された超音波画像において、書き換わり部分が現れ、見づらい画像となる。すなわち、表示された断層画像中に、前回の送受信により得られた画像と、今回の画像との継ぎ目が現れ、観測に支障を来す場合があった。
【０００４】
この画像の継ぎ目が現れないようにするために、送受信フレームレートを表示フレームレートと同期させるか、整数分の１となるように制御する技術が知られている（特許文献１参照）。しかし、この制御においては、送受信に関して採り得るフレームレートより低いフレームレートとなり、画質が低下する場合がある。
【０００５】
例えば、ノイズ制御のためにフレーム間の演算を行う、すなわちフレーム相関を行う場合に、フレームレートが低いと、表示画像にノイズが長い時間残留するなどの問題がある。
【０００６】
また、送受信座標系から表示座標系に変換された表示情報を、ローパスフィルタを介して送受信フレームレートでフレームメモリに書き込み、このメモリから表示フレームレートで読み出す技術が知られている（特許文献２参照）。フレームメモリに書き込まれたデータは、これを読み出す時点において、複数の送受信フレームにまたがっており、フレームの継ぎ目がある。しかし、フレームメモリに書き込む以前にローパスフィルタを介することによってこの継ぎ目が目立たないようになっている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−３４２５８８公報（第２ページ第２欄）
【特許文献２】
特許第３２８０６２５号明細書（第３ページ第６欄など）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献１のように、低いフレームレートとした場合、動きが速い対象については、十分な観察を行うことができない。また、フレーム相関を行う場合に、フレームレートが低いと、表示画像にノイズが長い時間残留するなどの問題がある。
【０００９】
また、前記特許文献２においては、表示された画像において継ぎ目が目立たないようにされているものの、本質的には、１つの表示フレームは複数の送受信フレームをつないで形成されるている。したがって、表示された画像の部分によって、観察された時点が異なる場合が生じる。
【００１０】
本発明の利点は、表示画像に継ぎ目が生じないようにし、かつ表示フレームレートより高いフレームレートによる超音波の送受信を行うことにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断装置は、表示フレームレートに従った超音波の反射波情報の取得の合間にも、前記表示フレームレートとは別個の送受信フレームレートにより反射波情報を得、表示フレームレートおよび送受信フレームレートで取得した反射波情報のフレーム間で相関処理を行う。相関処理を行った反射波情報を表示フレームレートに従って表示情報に変換し、これを表示する。表示フレームレートに従って、反射波情報を表示情報に変換しているので、継ぎ目のない表示画像が提供される。また、表示フレームレートより高いレートで取得された反射波情報によりフレーム間相関処理を行っているので、ノイズが低減された画像を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の他の超音波診断装置は、超音波の走査範囲を限定する手段を有し、表示フレームレートに従って行う走査においては全走査範囲を対象として反射波情報を取得し、表示フレームレートより高い送受信フレームレートに従って行う走査においては限定された走査範囲を対象とする。そして、全走査範囲を対象として得られた反射波情報の、前記限定された走査範囲の情報と、限定された走査範囲を対象とした反射波情報とにおいて、情報を取得するごとに複数のフレーム間の相関処理を行う。限定された走査範囲を走査対象とするときには、フレームレートをより高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態の超音波診断装置の概略構成を示す図である。超音波探触子１０は、複数の超音波振動子からなる振動子アレイを含み、個々の超音波振動子は、送受信部１２からの信号によって駆動されて、生体などの観察対象に対し超音波を送信する。送信された超音波は対象内で反射し、前記振動子アレイを構成する超音波振動子は、この反射波を受信する。この受信信号は送受信部１２に送られ処理される。図示される超音波探触子１０はセクタ走査型のものであり、放射される超音波ビームは、図中に示すような扇形状の面内に走査される。
【００１４】
送受信部１２で処理された受信信号は、順次フレーム相関処理部１４に送られて、超音波ビームの走査が１回終了すると、走査断面全体の１フレームの超音波情報がここに保持される。この情報は、前回または前回までの走査時に得られた情報（後述するバッファ１６に格納されている情報）とフレーム相関処理され、バッファ１６に送られ、ここに格納される。このバッファ１６に格納された情報は、次の超音波走査時に取得された１フレームの超音波情報とのフレーム相関処理に利用される。
【００１５】
バッファ１６に格納される超音波情報は、超音波の送受信が１フレーム終了するごとに書き換えられる。また、この情報は、超音波ビームの走査方向θと深度ｒからなるｒ−θ座標系上の情報となっている。この情報は、表示装置の同期信号に合わせて、スキャンコンバータ１８に送られ、ここで表示装置の直交座標系（ｘ−ｙ座標系）に変換され、さらに表示装置２０に送られる。
【００１６】
図２は、図１に示す超音波診断装置の信号処理に関するタイムチャートである。最上段のグラフは、表示装置２０における表示同期信号を示し、この信号がＨｉとなったときに、表示画面の１フレームの描画が開始される。次段は、表示同期信号に同期して行われる超音波送受信により得られた１走査分の超音波情報である反射波データ（・・・＃Ｎ-1，＃Ｎ，＃Ｎ+1・・・）の取得タイミングを示している。その下に、この表示同期信号の間に行われる超音波送受信により得られるデータ（＃Ｎa ，＃Ｎb ，＃Ｎc など）が示されている。さらに、バッファ１６に格納されているデータ（＃Ｎoo，＃Ｎoa，＃Ｎob，＃Ｎo など）、表示されているデータ（・・・＃Ｎ-1d ，＃Ｎd ，＃Ｎ+1d ・・・）が示されている。
【００１７】
図２のタイムチャートを時間の流れに沿って説明する。表示同期信号に同期して、Ｎ番目の超音波の送受信が行われる。これにより得られた反射波データ＃Ｎと、前回の同期信号周期の最後にバッファ１６に格納されたバッファデータ＃Ｎ-1o とが相関処理され、中間データ＃Ｎooを得る。相関処理は、今回と前回のデータ＃Ｎ，＃Ｎ-1o の算術平均をとる。また、今回と前回の反射波データのそれぞれに重みづけを行って平均（加重平均）をとるようにしてもよい。一方、前回のバッファデータ＃Ｎ-1o は、スキャンコンバータ１８へ送られ、送受信座標系から表示座標系へ変換が行われ、表示装置２０に表示される。
【００１８】
反射波データ＃Ｎを取得した後、次の同期信号が出力されるまで、すなわち表示フレームレートの１周期の間、所定のフレームレートで、好ましくは可能な限り高いフレームレートで超音波の送受信を行う。この送受信で行われた反射波データ＃Ｎa と、中間データ＃Ｎooとを前周期と同様に相関処理して中間データ＃Ｎoaを得る。以降同様に、受信された反射波データ＃Ｎb ，＃Ｎc を順次得て、これらのデータを得るごとに、前回の相関処理で得られた中間データと相関処理を実行し、この同期信号周期の終わりにバッファデータ＃Ｎo を得る。
【００１９】
次の表示同期信号がＨｉになると、バッファデータ＃Ｎo が表示装置２０に表示される。一方、次の反射波データ＃Ｎ+1と、バッファデータ＃Ｎo が相関処理されて中間データ＃Ｎ+1ooが作成されて、以後前回の周期と同様にして、バッファデータ＃Ｎ+1o が得られる。
【００２０】
このように、反射波に基づくデータが、スキャンコンバータ１８により座標変換されて表示装置２０に送られるのは、表示周期に同期して行われる。したがって、一つの表示フレームが、複数の送受信フレームが継ぎ合わせて形成されることがない。また、超音波の送受信は、表示フレームレートより短い周期、すなわち高いフレームレートで繰り返される。高いフレームレートで取得される反射波データに対してフレーム相関処理を行っているので、ノイズが速やかに減衰する。
【００２１】
図３は、他の実施形態の超音波診断装置の概略構成を示す図である。図１の装置と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。本装置の特徴は、表示同期信号に同期して超音波送受信を行う際には、走査可能な全範囲について送受信を行い、これ以外の送受信においては、限定した範囲にのみで走査を行う点にある。
【００２２】
装置の操作者によって、観察したい領域（関心領域）２２が設定され、これを含む走査範囲Ｒが設定される。また、操作者が走査範囲Ｒを直接設定するようにしてもよく、また、あらかじめ設定されたいくつかの走査範囲Ｒを、操作者が選択することによって設定を行うようにしてもよい。走査範囲制御部２４は、限定された走査範囲Ｒに限定された走査、およびこれに関連する処理の制御を行う。送受信部２６は、超音波探触子１０の駆動を行うが、表示同期信号と同期したときには、全範囲を走査するように、またそれ以外においては、限定された走査範囲Ｒにのみ走査するように駆動制御を行うことが可能である。フレーム相関処理部２８は、表示同期信号に同期して得られた反射波データと、前回の表示周期内で表示するためのものとして得られたバッファデータとの間でフレーム相関処理を行う場合は、全走査範囲において処理を行う。また、それ以外の反射波データ、すなわち表示同期信号に同期した反射波データの合間のデータについては、限定された走査範囲に関してのみフレーム相関処理を実行する。バッファ３０は、フレーム相関処理部２８にて処理されたデータを格納するが、フレーム相関処理部２８が限定された走査範囲に関しての処理を行っている間、この範囲以外のデータは維持し、限定された走査範囲のデータのみ更新を行う。
【００２３】
図４は、図３に示す超音波診断装置の信号処理に関するタイムチャートである。最上段の表示同期信号を示すグラフ、および、この表示同期信号に同期した送受信にて得られる反射波データ（・・・＃Ｎ-1，＃Ｎ，＃Ｎ+1・・・）は、図２のタイムチャートのそれらと同様のものである。表示同期信号に同期した超音波の送受信の間に、限定された走査範囲Ｒに対し超音波ビームの走査を行い、超音波の送受信を行う。この部分的な送受信により得られる反射波情報（＃Ｎa ，＃Ｎb ，＃Ｎc など）が図４に示されている。さらに、バッファ３０に格納されている情報（＃Ｎoo，＃Ｎoa，＃Ｎob，＃Ｎo など）、表示されている情報（・・・＃Ｎ-1d ，＃Ｎd ，＃Ｎ+1d ・・・）が示されている。
【００２４】
図４のタイムチャートを時間の流れに沿って説明する。表示同期信号に同期して、Ｎ番目の超音波の送受信が行われる。これにより得られた反射波データ＃Ｎと、前回の同期信号周期のバッファデータ＃Ｎ-1o とが相関処理され、中間データ＃Ｎooを得る。この中間データ＃Ｎooは、走査可能な全範囲（以下全走査範囲と記す）の超音波情報である。相関処理は、今回と前回のデータ＃Ｎ，＃Ｎ-1o の算術平均をとる。また、今回と前回の反射波データのそれぞれに重みづけを行って平均（加重平均）をとるようにしてもよい。一方、前回のバッファデータ＃Ｎ-1o は、スキャンコンバータ１８へ送られ、送受信座標系から表示座標系へ変換が行われ、表示装置２０に表示される。
【００２５】
反射波データ＃Ｎを取得した後、次の同期信号が出力されるまで、すなわち表示フレームレートの１周期の間、走査範囲が限定された超音波送受信を、所定のフレームレートで行う。走査範囲が狭いため、１フレームあたりの時間を減少でき、走査範囲を限定しない場合に比してより高いフレームレートを達成することが可能である。この送受信で行われた反射波データ＃Ｎa と、中間データ＃Ｎooとを相関処理する。前述のように中間データ＃Ｎooは、全走査範囲に関するデータであり、一方反射波データ＃Ｎa は、限定された走査範囲に関するものである。これらのデータに対して相関処理をするために、バッファ３０は中間データ＃Ｎooの内、限定された走査範囲Ｒに関する反射波データのみフレーム相関処理部２８に送る。また、走査範囲Ｒ以外の反射波データは当該バッファ３０内に保持される。そして、中間データ＃Ｎooの一部と反射波データ＃Ｎa は、フレーム相関処理部２８にて処理され、中間データ＃Ｎoaが得られる。順次、部分的送受信により得られた反射波データ＃Ｎb ＃Ｎc ，＃Ｎd ，＃Ｎe を得て、これらのデーを取得するごとに、前回の相関処理で得られた中間データと相関処理を実行する。そして、この同期信号周期の終わりにバッファデータ＃Ｎo を得る。
【００２６】
次の表示同期信号がＨｉになると、バッファデータ＃Ｎo が表示装置２０に表示される。一方、次の反射波データ＃Ｎ+1と、バッファデータ＃Ｎo が相関処理されて中間データ＃Ｎ+1ooが作成されて、以後前回の周期と同様にして、バッファデータ＃Ｎ+1o が得られる。
【００２７】
このように、反射波に基づくデータが、スキャンコンバータ１８により座標変換されて表示装置２０に送られるのは、表示周期に同期して行われる。したがって、一つの表示フレームが、複数の送受信フレームが継ぎ合わせて形成されることがない。また、超音波の送受信は、表示フレームレートより短い周期、すなわち高いフレームレートで繰り返される。特に、操作者の関心領域を含むように走査範囲を限定することによって１フレームあたりの走査時間が短縮され、より高いフレームレートが実現できる。これにより、操作者が注目している領域に関するノイズが速やかに減衰する。
【００２８】
以上、得られる超音波断層面が扇形のセクタ型超音波探触子を用いた場合について説明したが、他の形態の探触子、例えばリニア型超音波探触子についても、同様の制御を実施することができる。リニア型の反射波情報は直交座標系であるが、表示装置の直交座標系とは、走査線の方向、向きなどが異なる。よって、直交座標系間ではあるが、反射波情報から表示情報に変換する必要がある。
【００２９】
以上説明した実施形態においては、フレーム相関処理を行った後に、スキャンコンバータで表示座標への変換を行ったが、表示座標系へ変換した後にフレーム相関処理を実行するようにすることもできる。その場合の概略構成が図５にブロック図として示されている。図５は、図１の装置に対応し、図１の各構成要素に対応する要素には、図１の符号に１００を加えた符号が付されている。送受信部１１２で受信された反射波は、スキャンコンバータ１１８にて表示用の直交座標に変換される。この変換は、送受信フレームレートに従って実行される。変換された後、図１の場合と同等のフレーム相関処理が、フレーム相関処理部１１４とバッファ１１６にて実行される。処理後の情報が、表示フレームレートに従って表示装置１２０にて表示される。図３の装置においても、同様に表示座標系へ変換した後にフレーム相関処理を実行するように構成することができる。
【００３０】
また、電子走査、機械走査のいずれの探触子についても適用することができる。
【００３１】
【発明の効果】
表示フレームレートに従って送受信を行って得た反射波情報に基づき表示装置の画像を形成することにより、画像にフレームの継ぎ目が入らない。一方、表示と同期した送受信の合間にも、超音波の送受信を行い、これにより得られた反射波情報に基づきフレーム間の相関処理を行うことによって、ノイズが速やかに低減される。
【００３２】
また、表示と同期した送受信の合間に行う超音波の送受信に関して、超音波ビームの走査範囲を限定することにより、フレームレートを高くなり、ノイズがより速やかに低減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の装置の処理に関するタイムチャートである。
【図３】他の実施形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】図３の装置の処理に関するタイムチャートである。
【図５】さらに他の実施形態の超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０超音波探触子、１２，２６送受信部、１４，２８フレーム相関処理部、１６，３０バッファ、１８スキャンコンバータ、２０表示装置、２２関心領域、２４走査範囲制御部。

Claims

超音波を送受信した対象物の超音波画像を得、これを表示する超音波診断装置において、
表示フレームレートに従って超音波を送受し、第１の反射波情報を取得する手段と、
前記表示フレームレートに従う超音波送受信の合間に、送受信フレームレートに従って超音波を送受信し、第２の反射波情報を取得する手段と、
前記第１の反射波情報と前記第２の反射波情報とを、これらの情報を取得するごとに複数の前記反射波情報間でフレーム相関処理を行う手段と、
表示フレームレートに従って、前記相関処理後の反射波情報に基づき超音波画像を表示する手段と、
を有する超音波診断装置。
超音波を送受信した対象物の超音波画像を得、これを表示する超音波診断装置において、
超音波の走査範囲を限定する手段と、
表示フレームレートに従って、全走査範囲に超音波を送受信し、反射波情報を取得する手段と、
前記表示フレームレートに従う超音波送受信の合間に、このフレームレートより高い送受信フレームレートに従って、前記限定された走査範囲に超音波を送受信し、反射波情報を取得する手段と、
前記全走査範囲の反射波情報のうち前記限定された走査範囲の情報と、前記限定された走査範囲の反射波情報とにおいて、情報を取得するごとに複数のフレーム間の相関処理を行う手段と、
表示フレームレートに従って、前記相関処理後の反射波情報に基づき超音波画像を表示する手段と、
を有する超音波診断装置。
請求項２に記載の超音波診断装置であって、前記限定された走査範囲に基づき、前記送受信フレームレートを変化させる手段を有する、超音波診断装置。