JP4087739B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

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１つの送信ビーム当たり複数の受信ビームが同時形成される超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波診断においては、超音波ビームが電子走査され、これにより走査面が形成される。超音波ビームは送信ビームと受信ビームとを合成した送受合成ビームに相当し、通常は、送信ビームの位置（送信ビーム中心線）と受信ビームの位置（受信ビーム中心線）は同一となる。この場合、超音波ビームの中心線は直線となり、超音波画像を形成する際には、スキャンコンバータは、超音波ビームに対応するデータ列を表示空間において直線的にマッピングする。ただし、送受波座標系と表示座標系の相違から、一般的に座標変換に際して補間処理がなされる。
【０００３】
近年、フレームレートあるいはボリュームレートを上げるために、１送信ビーム当たり複数の受信ビームを同時形成する多方向同時受信技術が活用されている。この場合、例えば、１つの送信ビームの両隣に２つの受信ビームが形成される。つまり、送信ビームの位置と各受信ビームの位置が不一致となる。送受合成ビームは、各深さにおける送信ビームプロファイルと受信ビームプロファイルに依存し、送信ビームと一方の受信ビームとの間、及び、送信ビームと他方の受信ビームとの間にそれぞれ送受合成ビームが形成される。
【０００４】
特許文献１には、多方向同時受信の際に等間隔で複数の補間ビームを形成する技術が開示されている。特許文献２には、送信時に、２つの送信ビームを同時形成し、受信時に、２つの送信ビームと同じ位置に２つの受信ビームを同時形成する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第６４４７４５２号明細書
【特許文献２】
米国特許第６２８２９６３号明細書
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記の場合に、送受合成ビームの中心が各受信ビームの中心に一致せずに送信ビーム寄りとなるにもかかわらず、超音波画像の形成時に単純にデータ列を直線的にマッピングすると、臓器のイメージが歪んでしまうという問題がある。
【０００７】
上記問題について検討する。送信ビームプロファイルは深さに応じて大きく変動するため、送受合成ビームの中心線もその影響を受けて、直線的とならず、非直線的となる。通常は、送信フォーカス点近傍で送受合成ビーム中心線が最も送信ビーム中心線側へ引き寄せられるように歪む（特許文献２の図９にもその現象が示されている）。このような歪み問題があるにもかかわらず、従来においては、各エコーデータを直線的にマッピングしているが、生体内組織の構造を正確に反映した画像を提供したい要請がある。
【０００８】
本発明の目的は、生体内組織の構造を忠実に表すことが可能な超音波診断装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、多方向同時受信の固有の問題を後処理によって解消できる超音波診断装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明は、送信ビームを形成する送信ビームフォーマーと、所定の送受信モードにおいて、前記送信ビームとは異なる位置に受信ビームを形成する受信ビームフォーマーと、前記送信ビーム及び前記受信ビームの形成によって得られたデータ列を表示空間へマッピングする画像構成手段と、を含み、前記表示空間において前記データ列が送受合成ビームの中心線に沿って非直線状にマッピングされることを特徴とし、特に、超音波画像の端辺を直線に整形する画像整形手段を含むことを特徴とする。ここで、超音波画像の端辺は、電子走査端としての走査面の端辺に相当するものである。
【００１１】
上記構成によれば、データ列を表示空間へマッピング（座標変換に相当）する場合に、そのデータ列が送受合成ビームの中心線に沿ってマッピングされるため、つまりその中心線の形状に忠実にマッピングされるため、画像構成段階で生じるイメージの歪みが解消又は軽減される。なお、各深さにおける送受合成ビームの中心は、音圧最大位置、音圧分布の重心位置、分布両端間の中央位置などとして定義することができる。
【００１２】
望ましくは、前記画像構成手段は、前記データ列を構成する各深さのデータの送受波座標を、各深さの送信ビームプロファイル及び各深さの受信ビームプロファイルに基づく各深さの送受合成ビーム中心座標として特定する送受波座標特定手段と、前記データ列を構成する各深さのデータについて、送受波座標から表示座標への座標変換を実行することにより、各深さのデータを前記表示空間にマッピングする座標変換手段と、を含む。
【００１３】
上記構成によれば、各深さ位置における送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイル、つまり送信ビーム特性及び受信ビーム特性を考慮することにより、各深さ位置における送受合成ビームの中心位置を高精度に認定あるいは推定し、これによって、各データに対して正しい送受波座標を付与することが可能となる。
【００１４】
望ましくは、前記送受波座標特定手段は、送信ディレイデータに基づいて前記各深さの送信ビームプロファイルを演算する送信ビームプロファイル演算手段と、受信ディレイデータに基づいて前記各深さの受信ビームプロファイルを求める受信ビームプロファイル演算手段と、前記各深さの送信ビームプロファイル及び前記各深さの受信ビームプロファイルに基づいて、前記各深さの送受合成ビーム中心座標を演算するビームプロファイル積演算手段と、を含む。
【００１５】
送信ディレイデータは送信開口を構成する複数の振動素子に与える送信遅延量に相当し、その送信ディレイデータは送信開口の他、ビームパターンや送信フォーカスなどを決定する。同様に、受信ディレイデータは受信開口を構成する複数の振動素子に与える受信遅延量に相当し、その受信ディレイデータは受信開口の他、受信ビームパターンや受信フォーカスなどを決定する。受信時には一般に受信ダイナミックフォーカスが適用されるので、受信ディレイデータは受信点の深さ方向へのスキャンに従って動的に変更される。上記構成において、各演算手段は、実際に計算を実行する演算器によって構成されてもよいが、テーブルを構成する記憶部によって構成されてもよい。
【００１６】
いずれにしても、送受信条件を基礎として実際の送受合成ビームの中心座標を特定すれば、各データに対して正確な送受波座標を与えることが可能となる。
【００１７】
ちなみに、ビームプロファイルの積を演算する場合、送信ビームプロファイル中心と受信ビームプロファイル中心との間に演算範囲を限定するのが望ましい。この構成によれば演算量を削減して効率的な探索を行え、つまり送受合成ビームプロファイル中心を迅速に求めることが可能となる。
【００１８】
望ましくは、前記送受波座標特定手段は、前記各深さの送信ビームプロファイルと前記各深さの受信ビームプロファイルとに基づく前記各深さの送受合成ビーム中心座標を格納した記憶部によって構成される。この構成によれば、送受信条件に基づき、記憶部へアドレス指定を行えば、送受波座標としての送受合成ビーム中心座標を迅速に特定できる。
【００１９】
望ましくは、前記所定の送受信モードは、１つの送信ビーム当たり複数の受信ビームを形成するモードである。もちろん、その条件で、複数の送信ビームが同時形成されてもよい。
【００２０】
望ましくは、前記画像構成手段は、前記データ列を構成する各深さのデータのマッピング時に補間処理によって補間データを生成する補間処理手段を含む。
【００２１】
望ましくは、前記画像構成手段は、超音波画像の端辺を直線に整形する画像整形手段を含む。望ましくは、前記画像整形手段は、切り落とし処理により前記超音波画像の端辺を直線に整形する。望ましくは、前記画像整形手段は、外挿処理により前記超音波画像の端辺を直線に整形する。
【００２２】
送受合成ビームの中心が湾曲し、その形状に従って各データ列が湾曲して描画される場合、適用な端辺処理を行わないと、超音波画像の外形が歪む可能性がある。そこで、画像整形手段によって超音波画像の外形を整形するのが望ましい。これにより、電子セクタ走査の場合には正しく扇状の画像を形成でき、電子リニア走査の場合には正しく矩形の画像を形成でき、これは他の走査方式が適用される場合においても同様である。
【００２３】
（２）本発明は、送信ビームを繰り返し形成する送信ビームフォーマーと、所定の送受信モードにおいて、前記送信ビームとは異なる位置に受信ビームを繰り返し形成する受信ビームフォーマーと、前記送信ビーム及び前記受信ビームの繰り返し形成によって得られたデータ群に対して座標変換を実行して超音波画像を構成するスキャンコンバータと、を含み、前記スキャンコンバータは、送受合成ビームの中心線の座標に基づいて、その送受合成ビームの中心線に生じる歪曲に忠実な座標変換を実行することを特徴とし、特に、超音波画像の端辺を直線に整形する画像整形手段を含むことを特徴とする。
【００２４】
望ましくは、前記送受合成ビームの中心線が送受信条件に基づいて特定される。
【００２５】
望ましくは、送信ディレイデータに基づいて各深さの送信ビームプロファイルを演算する手段と、受信ディレイデータに基づいて各深さの受信ビームプロファイルを演算する手段と、前記各深さの送信ビームプロファイル及び前記各深さの受信ビームプロファイルに基づいて前記送受合成ビームの中心線を演算する手段と、を含む。
【００２６】
望ましくは、前記スキャンコンバータは、送受波空間に対応したアドレス空間を有するフレームメモリと、前記フレームメモリからデータを読み出す際に座標変換及び補間処理を実行する手段と、を含む。
【００２７】
この構成によれば、いわゆる読み出し座標変換処理が実行される。この場合、一般に、表示座標がラスタースキャンに従って順番に生成され、各表示座標に対応する送受波座標が逐次的に生成され、それがフレームメモリの読み出しアドレスとして用いられる。一般に、表示座標の近傍に存在する複数の（例えば４つ又は８つの）送受波座標が指定され、これにより読み出された複数のデータ間で補間処理を適用して、当該表示座標に対応するデータ（補間データ）が生成される。
【００２８】
望ましくは、前記スキャンコンバータは、表示空間に対応したアドレス空間を有するフレームメモリと、前記フレームメモリへデータを書き込む際に座標変換及び補間処理を実行する手段と、を含む。
【００２９】
この構成によれば、いわゆる書き込み座標変換処理が実行される。この場合、各データが入力される都度、その送受波座標が表示座標へ変換され、その表示座標がフレームメモリの書き込みアドレスとして用いられる。一般には、ある表示座標へのデータの書き込み時には、その周囲近傍の複数の送受波座標が特定され、それらの送受波座標に対応した複数のデータを補間処理して補間データが生成され、その補間データがその表示座標へ書き込まれる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の説明上、まず以下に従来方式の問題について説明し、その後、従来方式との対比において本実施形態の方式について説明する。
【００３１】
図１には、送信ビームの位置と受信ビームの位置とが異なる場合における、ある深さ位置でのビームプロファイルが示されている。その横軸はビーム方位θであり、その縦軸はパワーを示している。
【００３２】
送信ビームプロファイル１２２は、この例では、送信ビームの中心１２０を中心として左右対称に広がった特性を有している。これに対して、その中心１２０から一定の距離だけ変位した位置に受信ビームの中心１２４が設定され、その中心１２４を中心として左右に広がる受信ビームプロファイル１２６が形成されている。このような送信ビームプロファイル１２２及び受信ビームプロファイル１２６が存在する場合、符号１３０で示されるような送受合成プロファイルが構築される。その送受合成プロファイル１３０の中心が符号１２８で示されている。以上の説明から明らかなように、送信ビームの中心１２０からシフトした位置に受信ビームの中心１２４を設定した場合には、送受合成ビームの中心１２８は送信ビームの中心１２０及び受信ビームの中心１２４のいずれにも一致せず、それらの間に形成される。もちろん、送受合成ビームの形態や位置は送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルの形態及び位置に依存するものである。
【００３３】
次に、図２を用いて、送受合成ビームの中心線の歪みの問題について説明する。
【００３４】
図２において、符合１０は複数の振動素子からなるアレイ振動子を示している。周知のように、複数の振動素子に対して所定の遅延関係をもって複数の送信信号を供給することにより送信ビームが形成され、一方、複数の振動素子からの複数の受信信号に対して所定の遅延関係をもって遅延処理を行い、その遅延後の複数の受信信号を加算することにより受信ビームが形成される。送信ビームの形成時においては、１回の送信当たり基本的には１つの送信フォーカス点が形成される。その一方において、受信ダイナミックフォーカスによれば、受信フォーカス点をアレイ振動子１０の近傍から連続的に深い方向へ移動させることができる。つまり、受信点の深さ方向へのスキャンに合わせて、受信フォーカス点を受信点と一致させて、その受信フォーカス点を深さ方向へスキャンすることができる。ちなみに、そのような受信ダイナミックフォーカスに伴って、通常は受信開口を連続的又は段階的に広げる開口可変制御が実行される。
【００３５】
図２において、符号１３２は送信ビームの中心線を示している。そして、その中心線１３２上には送信フォーカス点１３４が一定の深さに設定されている。送信ビームは一般に送信フォーカス点１３４の近傍において最も集束し、その前後において広がる形態を有する。送信ビームの中心線１３２に対してその両側には一対の受信ビームが形成されている。各受信ビームの中心線１３６，１３８は直線である。しかし、上述したように、送信ビームのビーム幅が各深さごとに変動するため、送受合成ビームの中心線は符号１４０及び１４２に示すような曲線を描く。つまり、符号１４１及び１４３に示すように、送信フォーカス点１３４の付近において、各送受合成ビームの中心線１４０，１４２は、送信ビームの中心線１３２側に引き込まれて、その部分が湾曲する（符号１４１，１４２参照）。
【００３６】
上記の現象を更に図３を用いて検討する。図３において（Ａ）には浅い深さ位置における各ビームプロファイルが示されており、（Ｂ）には送信フォーカス点近傍の中間の深さ位置における各ビームプロファイルが示されており、（Ｃ）には深い位置における各ビームプロファイルが示されている。
【００３７】
送信ビームのビームプロファイル１４４Ａ，１４４Ｂ，１４４Ｃは、深さ方向に依存して変動する。特に、（Ｂ）で示されるように、送信フォーカス点の近傍においてはかなり集束したプロファイルとなる。
【００３８】
符号１４６は送信ビームの中心を示しており、その中心１４６の両側に一対の受信ビームが形成される。その一対の受信ビームの中心が符号１５０，１５２で示されている。受信ビームは、符号１４８Ａ，１４８Ｂ，１４８Ｃで示されるように、基本的には深さ方向にわたって同じようなプロファイルを有している。そのプロファイルの中心は常に符号１５０，１５２で示される位置上に一致している。これは各受信ビームについての受信フォーカス点の移動軌跡が直線であることを意味している。
【００３９】
したがって、符号１５０Ａ，１５０Ｂ，１５０Ｃで示されるように、各深さの送受信合成ビームプロファイルにおける中心の方位方向の位置は深さ方向に依存して変動する。これは図２に示した通りの現象である。
【００４０】
上記の現象があるにもかかわらず、デジタルスキャンコンバータにおいて、受信ビームに相当するエコーデータ列を直線的にマッピングすると、例えば断層画像を形成した場合において、臓器イメージが歪んでしまう結果を招く。
【００４１】
上記説明は、超音波ビームが偏向されていない場合を前提としたが、超音波ビームが角度θで偏向される場合にも、同様の問題が生じる。これを図８を用いて説明する。
【００４２】
図８には、超音波ビームを偏向させた場合における従来の問題が示されている。基本的には図４を用いて説明した問題と同様の問題が発生している。具体的に説明すると、送信ビームの中心線１６０上に送信フォーカス点１６２が設定されている場合において、その送信ビームの両側に形成される一対の受信ビームの中心線１６４，１６６が直線であっても、各送受合成ビームの中心線１６８，１７０は図示のように歪んでしまう。なお、符号１６５，１６６は送信フォーカス点１６２の近傍における歪み量を示しており、右側よりも左側の方が歪み量が大きい。これはビームプロファイルがその中心に対して非対称であることに起因している。
【００４３】
図５には、１つの送信ビーム当たり２つの受信ビームを形成しながら、それらのビームを電子セクタ走査することによって構成される走査面が模式的に示されている。各送受信ごとに送信ビーム中心線３０４に対してその両側に一対の受信ビーム中心線が形成され、これによって送信ビーム中心線の両側に一対の送受合成ビームが形成されている。その場合に、図２及び図４に示したように、各送受合成ビーム中心線３０６は図示のように非直線的形状をなす。特に送信フォーカス点３０２付近において各受信ビーム中心線３０６の歪みが大きい。なお、θは方位方向を示し、ｒは深さ方向を示している。扇状の走査面３００の頂点は送受波原点である。
【００４４】
従来装置においては、上記のような送受合成ビーム中心線３０６の湾曲を格別考慮せず、受信ビームに対応するデータ列を表示空間に直線的にマッピングしていた。この場合、図６に概念的に示すように、扇状の断層画像３１０内に存在する臓器のイメージ列は各方位において歪んでしまう。特に、音線間に不連続な部分が現れて縞模様が発生する。なお、ここでは説明のため水平方向に伸長する長方形としてその臓器が描かれている。これは以下に説明する図７においても同様である。
【００４５】
そこで、本実施形態においては、送受合成ビーム中心線の実際の形状（つまり各深さにおける送受合成ビームプロファイルの中心座標）を求めておき、その送受合成ビーム中心線上にその形状に沿ってデータ列を忠実にマッピングすることによって、上記問題に対処している。つまり、図５に示したように、送受合成ビーム中心線の歪み通りに忠実にデータ配列を行って、座標変換時において臓器のイメージの歪みが発生してしまう問題を回避するものである。これは別の見方をすれば、各データについてより正確な送受波座標を付与することでもある。図７には、本実施形態による方式によって形成された断層画像３１５が模式的に示されているが、そこにおいて臓器のイメージ３１３には歪みが生じておらず、組織形状を忠実に反映した正確なイメージングが達成されている。
【００４６】
図８には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図８はその全体構成を示すブロック図である。
【００４７】
プローブ４１０は、生体表面に当接されあるいは体腔内に挿入される超音波探触子である。プローブ４１０は複数の振動素子からなるアレイ振動子を有している。上述したように、このアレイ振動子によって超音波ビーム（送信ビーム、受信ビーム）が形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。これによって二次元データ取り込み領域である走査面が形成される。もちろん、本発明は三次元データ取込領域が形成される場合にも応用することができる。
【００４８】
送信部４１２は、送信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、複数の振動素子に対して所定の遅延関係をもって複数の送信信号を供給することにより、送信ビームを形成するものである。送信部４１２は複数の送信回路を有し、各送信回路は波形生成器、Ｄ／Ａ変換器、リニアアンプなどによって構成される。受信部４１４は、受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、複数の振動素子から出力される複数の受信信号に対して、所定の遅延関係をもって整相加算処理を実行することにより、電子的に受信ビームを形成するものである。受信部４１４は複数の振動素子に対応する複数の受信回路を有している。各受信回路はアンプ、Ｄ／Ａ変換器、遅延回路などを有する。遅延処理後の複数の受信信号が加算器によって加算され、これによって上記の整相加算処理が達成される。整相加算後の受信信号は信号処理部４１８へ出力される。
【００４９】
信号処理部４１８は複数の動作モードに対応した信号処理モジュールを有している。たとえば、Ｂモードに対応するモジュールにおいては、検波回路、対数圧縮回路などの回路が設けられる。もちろん、二次元血流画像などを形成する場合においては直交検波回路、自己相関回路などが設けられる。さらに、他のモードに応じて必要な信号処理回路が設けられる。
【００５０】
ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）４２０には、各受信ビームごとにデータ列（エコーデータ列やドプラデータ列）が入力される。そのデータ列に対してＤＳＣ４２０は座標変換、補間処理などを実行する。すなわち、各データに対して送受波座標から表示座標への座標変換や補間データを生成する処理などが実行される。本実施形態においては、各データの送受波座標として、送受合成ビーム中心線上の座標が用いられており、すなわち送受合成ビーム中心線の形状に忠実な座標変換が達成されている。これについては後に詳述する。
【００５１】
ＤＳＣ４２０においては、上記のような座標変換の他、表示される超音波画像を構成するために必要な補間データも生成されている。例えば補間点近傍の４つあるいは８つといった複数のデータが参照され、それらのデータに対して所定の補間演算を行うことによって補間データが生成されている。ＤＳＣ４２０によって構成される超音波画像、例えばＢモードは、表示部４６４に表示される。
【００５２】
制御部４１６は動作プログラム及びＣＰＵなどによって構成され、装置内における各構成の動作制御を行っている。本実施形態においては、制御部４１６によって送信ディレイデータ及び受信ディレイデータの演算が行われており、それらのデータは送信部４１２及び受信部４１４へ供給され、これと共に、ＤＳＣ４２０に対しても供給されている。これは送受合成ビーム中心線を演算するためである。もちろん、制御部４１６内において、例えばソフトウエア処理などによって、送受合成ビーム中心線すなわち各データの実際の送受波座標を演算するようにしてもよい。
【００５３】
次に、図８に示すＤＳＣ４２０の構成について詳述する。ちなみに、座標変換方式には大別して書き込み座標変換及び読み出し座標変換があるが、図８にはその内で読み出し座標変換の方式が示されている。後に説明する図１４には書き込み座標変換の方式の一例が示されている。
【００５４】
図８において、フレームメモリ４５４上には入力される各データが送受波座標系にしたがって格納される。具体的には、ｒ及びθによって特定される書き込みアドレスに対応したメモリアドレスに各データが格納される。この場合、その書き込みアドレスは書き込みコントローラ４５２によって生成されている。
【００５５】
本実施形態において、書き込みコントローラ４５２は、上述した送受合成ビームの中心線の座標としてデータ列を構成する各深さのデータの送受波座標を特定している。すなわち送受合成ビーム中心線に歪みが生じていても、そのような歪みに忠実にデータのマッピングを行うことにより、その結果として断層画像を構成した場合における臓器のイメージの歪みといった問題を未然に回避するものである。
【００５６】
このような送受波座標の正確な特定を行うために、後に図９を用いて説明するように、書き込みコントローラ４５２は各深さにおける送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルを参照している。すなわち、図１などに示したように、送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルの合成あるいは積として送受合成ビームプロファイルが特定でき、更にその送受合成ビームプロファイル上においての最大音圧などとしてプロファイル中心を演算できるため、書き込みコントローラ４５２にはそのような演算に必要な情報が制御部４１６から供給されている。
【００５７】
したがって、この書き込みコントローラ４５２によって各データごとにそれに最も相応しい送受波座標が与えられ、具体的には、そのような送受波座標は書き込みアドレスとしてフレームメモリ４５４に対して与えられている。その結果、フレームメモリ４５４上には、実際の送受波空間における各サンプリング点の座標に対応したメモリアドレスに各データが格納されることになる。すなわち、この段階において従来装置においてみられたようなイメージの歪みといった問題を解消することが可能となる。
【００５８】
フレームメモリ４５４の後段には、補間処理部４５６が設けられている。この補間処理部４５６は図８に示す例において変換及び補間コントローラ４５８と、補間器４６２とによって構成されている。変換及び補間コントローラ４５８は、送受波座標から表示座標への座標変換を行うと共に、補間処理のために必要な複数のデータの読み出しを制御している。具体的には、例えばある表示座標についての画素値を決定する場合においては、その表示座標の近傍に相当する４つあるいは８つのデータがフレームメモリ４５４から読み出され、それらの複数のデータに対して例えば線形補間処理などを適用することによって補間データが求められ、その補間データが画素値として表示部４６４に出力される。
【００５９】
上記の補間処理にあたっては、通常は、ラスタースキャンにしたがって各表示座標が順次発生され、その順次発生される各表示座標ごとに補間処理が実行されることになる。そして、各補間処理においては、変換及び補間コントローラ４５８は、フレームメモリ４５４に対して、表示座標に対応する複数の送受波座標を読み出しアドレスとして供給している。もちろん、そのような複数の読み出しアドレスは補間処理において用いられる複数のデータに対応したものである。
【００６０】
なお、以上の説明から明らかなように、変換及び補間コントローラ４５８は、その内部においては、便宜上、表示座標から送受波座標への変換を行っているが、結果として、ＤＳＣ４２０に入力されるデータは送受波座標から表示座標へ変換されており、後に図４を用いて説明する書き込み変換の方式の場合と同様に、ＤＳＣ４２０は送受波座標から表示座標への座標変換をその本質的機能としているものである。
【００６１】
したがって、以上のような処理により、図７を用いて説明したように、各データがその正確な送受波座標に応じて正確に表示空間にマッピングされることになるので、臓器の歪み、画像内に生じる段差、縞模様といった問題を有効に解消あるいは軽減することが可能となる。
【００６２】
図９には、図８に示した書き込みコントローラ４５２の具体的な構成例が示されている。図９に示す例では、書き込みコントローラ４５２が送信ビームプロファイル計算部４２８、受信ビームプロファイル計算部４３０、及び、ビームプロファイル積演算部４３１を有している。送信ビームプロファイル計算部４２８は、制御部４１６から供給される送信ディレイデータに基づいて各深さ位置における送信ビームプロファイルを計算するモジュールである。
【００６３】
これと同様に、受信ビームプロファイル計算部４３０は、制御部４１６から供給される受信点の各深さ位置ごとの受信ディレイデータに基づいて各深さにおける受信ビームプロファイルを計算するモジュールである。そうして、ビームプロファイル積演算部４３１は、それらの送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルの積を演算することにより送受合成ビームプロファイルを求めている。具体的には、演算を迅速に行うためにそのようなビームプロファイルの積の演算は、送信ビームプロファイルの中心と受信ビームプロファイルの中心との間のみにおいて実行され、その間における最大の音圧点、つまりピーク点として送受合成ビームプロファイルの中心が特定されている。
【００６４】
１回の送信あたり送信ディレイデータは１つ（１セット）のみ供給されるのに対し、１回の受信時には受信ダイナミックフォーカスにしたがって各深さ位置ごとに受信ディレイデータが生成されるため、ビームプロファイル積演算部４３１は各深さ位置ごとにビームプロファイルの積の演算を実行している。これにより、ビームプロファイル積演算部４３１から各深さのデータごとに送受合成ビームプロファイルの中心として送受波座標が求められる。その送受波座標はｒアドレス及びθアドレスによって特定されるものである。この送受波座標は上述したように書き込みアドレスとしてフレームメモリ４５４へ出力される。
【００６５】
また図１０には図８に示した書き込みコントローラ４５２の他の実施形態が示されている。この実施形態においては、座標メモリ４３２内にあらかじめ計算された送受合成ビームの中心に相当する送受波座標が格納されている。すなわち、制御部４１６において送信ディレイデータ及び受信ディレイデータに基づいてメモリアドレスが生成され、そのメモリアドレスによって特定される送受波座標が座標メモリ４３２から読み出される。ちなみに、送受信条件が変更されたような場合、制御部４１６が新しく各受信点に対応した送受波座標を計算し、それらの演算結果を座標メモリ４３２へダウンロードしておくのが望ましい。そして、実際の送受信が開始された場合には、制御部４１６においてメモリアドレスを順次発生させ、これによって座標メモリ４３２から送受波座標を順次発生させるのが望ましい。
【００６６】
図１１には、各データを表示空間上にマッピングした結果が概念的に示されている。ここで、図１１に示す例は、電子セクタ走査を行った場合のものであり、符号４３４は送受合成ビームの中心線を示し、符号４３８は超音波の送受信によって得られた実データ（実画素）を示しており、符号４４０は複数の実データに対する補間処理によって生成された補間データ（補間画素）を示している。更に、符号４３６はそれ以外の背景データ（背景画素）を示している。この図１１に示されるように、送受合成ビームの中心線４３４は、上述した深さ方向におけるビームプロファイルの変動に伴って湾曲した形状を有しているが、そのような形状に沿って忠実に実データ４３８がマッピングされており、その結果、臓器のイメージの歪みといった問題を有効に解消することが可能となる。さらに、それらの複数の実データ間には補間データ４４０が生成されているため、超音波画像の見かけ上の分解能を向上することができる。
【００６７】
図８に示した変換及び補間コントローラ４５８は、本実施形態において整形処理部４６０を有している。この整形処理部４６０は、走査面の端辺において生じる歪みを矯正して直線的に加工するための処理部である。この場合、整形処理の方式としては切り落とし処理及び外挿処理をあげることができる。切り落とし処理は図１２に示されるように、画像４４４の端部に一対の中心線４３４Ａ及び４３４Ｂが存在している場合において、それらの間の内で半分の領域４４２について切り落としを行うことにより、結果として画像４４４の端辺４４４Ａを直線に加工するものである。ここで、符号４４０は補間画素を示しており、符号４３８は実画素を示している。
【００６８】
一方、図１３には外挿処理が示されている。この場合においては、一対の中心線の内で外側の中心線４３４Ｂについてその湾曲により生じる欠落領域に補間データ４４０を外挿処理によって補填し、これによって画像４４６の端辺４４４Ａを直線的に加工するものである。符号４５０はそのような補填された部分の拡大図を示しており、例えば実データあるいは補間データを外側にコピーすることにより外挿処理を達成することができる。この図１３に示す例では画素４４０Ａ，４４０Ｂ，４４０Ｃが共に同じ値とされている。
【００６９】
もちろん、上述した整形処理は一例であって、これ以外にも各種の処理を適用することが可能である。また、図１２及び図１３に示した例では電子リニア走査などに対応する矩形の画像が示されていたが、もちろん、電子セクタ走査などにみられるような扇状の画像に対しても同様の端辺の直線化処理を適用することができる。
【００７０】
図１４には、図８に示した電子ＤＳＣ４２０の他の実施形態が示されている。この図１４に示す例は書き込み変換方式の一態様である。
【００７１】
ラインメモリ４７０，４７２は直列接続されており、それらのラインメモリ４７０，４７２上には１つの受信ビームに相当するデータ列が格納される。すなわちこの２つのラインメモリ４７０，４７２によって隣接する２つの受信ビームに相当する分の２つのデータ列が格納される。
【００７２】
補間器４７８は、２つの送受合成ビーム間において必要な複数の補間データを生成する回路である。そのような補間処理を行わせるため、変換及び補間コントローラ４７４が設けられている。この変換及び補間コントローラ４７４は、２つの送受合成ビーム上における例えば４つのデータをその送受波座標によって指定し、そのように指定された例えば４つのデータ間を用いて必要な１又は複数の補間データを補間器４７８において生成させるものである。そして、その補間処理によって生成された補間データはフレームメモリ４８０上に格納されるが、その場合においては、変換及び補間コントローラ４７４によって特定された表示座標に対応するメモリアドレスに補間データが格納される。つまり、フレームメモリ４８０への各データの書き込み段階において表示座標に対応するアドレス指定を行うことにより座標変換が達成される。
【００７３】
したがって、フレームメモリ４８０上には、各表示座標ごとのデータが格納され、読み出しコントローラ４８２によってラスタースキャンにしたがって各表示座標が指定されると、それが読み出しアドレスとしてフレームメモリ４８０へ供給され、その読み出しアドレスで指定される各データが順番に読み出される。
【００７４】
変換及び補間コントローラ４７４には送受波座標から表示座標への変換を行うために、図９に示した構成と同様に制御部４１６から送信ディレイデータ及び受信ディレイデータが供給されている。そして、それらに基づいて送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルを計算し、それらの積を演算することにより各データについての送受波座標が特定されている。さらに、その送受波座標が求められると、極座標から極座標への変換テーブルを用いることにより、そのデータに対応する表示座標が求められている。もちろん、各データごとにその都度、座標演算を行うことなく、図１０に示したようにあらかじめ演算結果を格納したメモリを用いるようにしてもよい。
【００７５】
図１４に示す実施形態においても、変換及び補間コントローラ４７４が整形処理部４７６を有しており、この整形処理部４７６によって画像データの端辺についての直線化が図られている。その原理は図１２及び図１３に示したものと同様である。
【００７６】
図８及び図１４にはＤＳＣに関する２つの実施形態を示したが、本発明は送受合成ビームの中心線上に忠実に各データのマッピングを行える限りにおいて各種の構成をもって実現することが可能である。なお、送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルはある送受信条件が定められると画一的に決定できるため、そのようなプロファイルをあらかじめ演算して例えば装置内に存在する記憶部に格納しておいてもよいし、さらにビームプロファイルの積の演算結果としての送受波座標をあらかじめ計算しておいて装置内の記憶部に管理しておいてもよい。そして、受信ビームの方位及び受信点の深さをパラメータとしてそれに対応する送受波座標をテーブル参照によって求めるようにしてもよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、生体内組織の構造を忠実に表すことが可能な超音波画像を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルの関係を示す図である。
【図２】 送受合成ビームの中心線に生ずる歪みを説明するための図である。
【図３】 各深さ位置における送信ビームプロファイル及び受信ビームプロファイルの関係を説明するための図である。
【図４】 超音波ビームを偏光した状態における送受合成ビームの中心線に生じる歪みを説明するための図である。
【図５】 走査面上における送受合成ビームの中心線のパターンを示す図である。
【図６】 従来方式によるイメージの歪みを説明するための図である。
【図７】 本実施形態による方式によりイメージの歪みが解消された状態を示す説明図である。
【図８】 本実施形態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９】 書き込みコントローラの一例を説明するための図である。
【図１０】 書き込みコントローラの他の例を示す図である。
【図１１】 座標変換及び補間処理によって構成される超音波画像を説明するための模式図である。
【図１２】 整形処理の一例としての切り落とし処理を説明するための図である。
【図１３】 整形処理の一例としての外挿処理を説明するための図である。
【図１４】 ＤＳＣの他の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
４１０ プローブ、４１２ 送信部（送信ビームフォーマー）、４１４ 受信部（受信ビームフォーマー）、４２０ ＤＳＣ（デジタルスキャンコンバータ）、４５２ 書き込みコントローラ、４５４ フレームメモリ、４５６ 補間処理部、４５８ 変換及び補間コントローラ、４６４ 整形処理部、４６２ 補間器。

Claims (14)

1. 送信ビームを形成する送信ビームフォーマーと、
   所定の送受信モードにおいて、前記送信ビームとは異なる位置に受信ビームを形成する受信ビームフォーマーと、
   前記送信ビーム及び前記受信ビームの電子走査によって得られた各データ列を表示空間へマッピングして超音波画像を構成する画像構成手段と、
   を含み、
   前記表示空間において前記データ列が送受合成ビームの中心線に沿って非直線状にマッピングされ、
   前記画像構成手段は、前記超音波画像の端辺を直線に整形する画像整形手段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、
   前記画像構成手段は、
   前記データ列を構成する各深さのデータの送受波座標を、各深さの送信ビームプロファイル及び各深さの受信ビームプロファイルに基づく各深さの送受合成ビーム中心座標として特定する送受波座標特定手段と、
   前記データ列を構成する各深さのデータについて、送受波座標から表示座標への座標変換を実行することにより、各深さのデータを前記表示空間にマッピングする座標変換手段と、
   を含む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、
   前記送受波座標特定手段は、
   送信ディレイデータに基づいて前記各深さの送信ビームプロファイルを演算する送信ビームプロファイル演算手段と、
   受信ディレイデータに基づいて前記各深さの受信ビームプロファイルを求める受信ビームプロファイル演算手段と、
   前記各深さの送信ビームプロファイル及び前記各深さの受信ビームプロファイルに基づいて、前記各深さの送受合成ビーム中心座標を演算するビームプロファイル積演算手段と、
   を含む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、
   前記送受波座標特定手段は、前記各深さの送信ビームプロファイルと前記各深さの受信ビームプロファイルとに基づく前記各深さの送受合成ビーム中心座標を格納した記憶部によって構成されたことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１記載の装置において、
   前記所定の送受信モードは、１つの送信ビーム当たり複数の受信ビームを形成するモードであることを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１記載の装置において、
   前記画像構成手段は、前記データ列を構成する各深さのデータのマッピング時に補間処理によって補間データを生成する補間処理手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１記載の装置において、
   １つの送信ビーム当たり複数の受信ビームが同時形成される、ことを特徴とする超音波診断装置。
8. 請求項１記載の装置において、
   前記画像整形手段は、切り落とし処理により前記超音波画像の端辺を直線に整形することを特徴とする超音波診断装置。
9. 請求項１記載の装置において、
   前記画像整形手段は、外挿処理により前記超音波画像の端辺を直線に整形することを特徴とする超音波診断装置。
10. 送信ビームを繰り返し形成する送信ビームフォーマーと、
    所定の送受信モードにおいて、前記送信ビームとは異なる位置に受信ビームを繰り返し形成する受信ビームフォーマーと、
    前記送信ビーム及び前記受信ビームの電子走査によって得られたデータ群に対して座標変換を実行して超音波画像を構成するスキャンコンバータと、
    を含み、
    前記スキャンコンバータは、送受合成ビームの中心線に基づいて、その送受合成ビームの中心線に生じる歪曲に忠実な座標変換を実行し、
    更に、前記超音波画像の端辺を直線に整形する画像整形手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
11. 請求項１０記載の装置において、
    前記送受合成ビームの中心線が送受信条件に基づいて特定されることを特徴とする超音波診断装置。
12. 請求項１１記載の装置において、
    送信ディレイデータに基づいて各深さの送信ビームプロファイルを演算する手段と、
    受信ディレイデータに基づいて各深さの受信ビームプロファイルを演算する手段と、
    前記各深さの送信ビームプロファイル及び前記各深さの受信ビームプロファイルに基づいて前記送受合成ビームの中心線を演算する手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。
13. 請求項１０記載の装置において、
    前記スキャンコンバータは、
    送受波空間に対応したアドレス空間を有するフレームメモリと、
    前記フレームメモリからデータを読み出す際に座標変換及び補間処理を実行する手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。
14. 請求項１０記載の装置において、
    前記スキャンコンバータは、
    表示空間に対応したアドレス空間を有するフレームメモリと、
    前記フレームメモリへデータを書き込む際に座標変換及び補間処理を実行する手段と、
    を含むことを特徴とする超音波診断装置。

Images