JP4746363B2

JP4746363B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP4746363B2
Application number: JP2005193819A
Authority: JP
Inventors: 博福喜多; 恒秋山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-07-01
Filing date: 2005-07-01
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2025-07-01
Also published as: JP2007007252A

Description

本発明は、被検体の三次元画像とその断面の二次元画像を同時に表示する超音波診断装置に関するものである。

従来の超音波診断装置は、三次元領域内の各点のエコー情報に基づき、視線方向に沿ってボリュームレンダリング演算を実行することにより三次元画像を形成し、また三次元領域内の各点のエコー情報に基づき、三次元領域の三つの直交断面それぞれの超音波断層像を形成し、視線方向に対応する三次元画像と三つの直交断面の超音波断層像とを同時に表示して、三次元画像により組織の空間的把握ができるとともに、三つの直交断面の超音波断層像により組織内部の注目部位の状態を三方向から把握でき、組織の多面的な観察ができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３２５５１２号公報

しかしながら、従来の超音波診断装置においては、三次元領域のエコー情報から直交断面の超音波断層像（二次元画像）を形成しているので、直交断面の超音波断層像の範囲を広くしようとすると三次元領域のエコー情報を広範囲に取得しなければならず、長時間を要するという問題があった。

本発明は、従来の問題を解決するためになされたもので、三次元画像とその断面を含む広範囲の二次元画像を短い時間で表示することのできる超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明の超音波診断装置は、二次元に配列された二次元配列振動子と、送信超音波信号を発生するとともに前記二次元配列振動子が受信した信号から受信ビームを形成するビームフォーマと、前記ビームフォーマを制御する制御部とを備え、前記制御部は、三次元走査領域と、この三次元走査領域の断面を含み、この三次元走査領域より広範囲な領域の二次元走査領域とを走査し、前記三次元走査領域と前記二次元走査領域の相対位置関係を保持したまま、前記二次元走査領域を含む平面と前記二次元配列振動子の中心部に接する平面との交線を中心に回転させる構成を有している。

この構成により、三次元走査領域を広範囲にしなくても広範囲な二次元領域の情報を得ることができ、短時間で三次元画像とその断面を含む広範囲の二次元画像を得ることができ、二次元画像により組織内部の状態を広範囲に把握しながら、三次元画像により注目部位の組織を空間的に把握することができる。

ここで、前記制御部は、前記三次元走査領域の断面部分では、三次元走査の情報を二次元走査の情報としても使う構成とした。

この構成により、三次元走査領域と二次元走査領域が重なる部分で二重に走査情報を取得することがなく、短時間で三次元画像とその断面を含む広範囲の二次元画像を得ることができる。

また、前記制御部は、前記三次元走査領域での音響走査線間隔を前記二次元走査領域での音響走査線間隔より粗くする構成とした。

この構成により、三次元走査を短時間で終了させることができる。

また、前記制御部は、前記三次元走査領域の断面部分では、前記二次元走査領域と同じ音響走査線間隔とする構成とした。

この構成により、二次元画像の画質を保持しながら、三次元走査を短時間で終了させることができる。

本発明によれば、二次元走査領域の範囲を広くするに際し、三次元領域より広範囲な二次元走査領域を走査しているので、三次元走査の領域を広範囲にせずに広範囲な二次元領域の情報を得ることができ、短時間で三次元画像とその断面を含む広範囲の二次元画像を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置を示すブロック図である。

図１において、本実施の形態の超音波診断装置は、被検体に超音波信号を送受信する二次元配列振動子１１と、二次元配列振動子１１を支持するプローブハンドル１２と、送信超音波信号を発生するとともに二次元配列振動子１１が受信した信号から受信ビームを形成するビームフォーマ１３と、受信ビームから超音波画像を形成するための信号処理を行う信号処理部１４と、信号処理部１４が形成した超音波画像を表示する表示部１５と、ビームフォーマ１３や信号処理部１４などの装置各部を制御する制御部１６とを備えている。

二次元配列振動子１１は、図中Ａで示す三次元空間を三次元走査するとともに、図中Ｂで示す二次元平面を二次元走査する。

このような超音波診断装置の走査方法について説明する。図２は、本実施の形態の超音波診断装置の走査方法を説明するための図である。

図２（ａ）は、二次元配列振動子１１の中心部に接する平面に平行な投影面Ｃと音響走査線Ｄ１〜Ｄ５との関係を示す図である。図２（ｂ）は、投影面Ｃでの音響走査線の交差位置を示す図である。

図２（ａ），（ｂ）において、○印は投影面Ｃと音響走査線が交差する位置を示している。

図２（ａ）に示すように、制御部１６は、ビームフォーマ１３を制御して二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ１を発生し、投影面Ｃの二次元走査する二次元平面の端のＣ１の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図２（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＸ軸と平行な方向に、二次元走査する二次元平面に沿って矢印で示すように三次元走査する三次元空間に入る直前まで移動させ、図２（ｂ）のＧ１の○印の位置に交差させて二次元走査を行う。

次いで、制御部１６は、二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ２を発生し、投影面Ｃの三次元走査する三次元空間の角のＣ２の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図２（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＹ軸と平行な方向に、三次元走査する三次元空間の端まで矢印で示すように順次移動させる。

交差位置が三次元走査する三次元空間の端まで来たら、Ｃ２の位置からＸ軸に平行な方向に移動した位置に投影面Ｃとの交差位置を移動させ、投影面Ｃとの交差位置をＹ軸と平行な方向に、三次元走査する三次元空間の端まで矢印で示すように順次移動させる。

これを繰り返してＹ軸と平行な方向の走査をＸ軸と平行な方向に移動させ、図２（ｂ）のＧ２の○印の位置に交差させて三次元走査を行い、音響走査線Ｄ３を発生し、三次元走査する三次元空間のＣ２と対角位置のＣ３の位置において三次元走査を終了する。

なお、交差位置をＹ軸と平行な方向に順次移動させるときは、Ｃ１を通るＸ軸に平行な直線と交わる位置（二次元走査する二次元平面と交わる位置）に必ず交差位置を設けるようにする。

次いで、制御部１６は、二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ４を発生し、投影面Ｃの二次元走査する二次元平面上のＣ４の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図２（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＸ軸と平行な方向に、二次元走査する二次元平面に沿って矢印で示すように移動させ、図２（ｂ）のＧ３の○印の位置に交差させて二次元走査を行い、音響走査線Ｄ５を発生し、二次元走査する二次元平面の端のＣ５の位置において二次元走査を終了する。

ここで、図２（ｂ）の、投影面ＣのＣ１とＣ５を結ぶ直線上の交差位置のうち、三次元走査する三次元空間内の交差位置においては、二次元走査も兼ね、深部の情報まで取得し、二次元走査領域の情報として用いる。

以上のような走査により、図３に示すような、図中Ａで示す錘状の三次元空間を三次元走査するとともに、図中Ｂで示す扇形の二次元平面を二次元走査することができる。

図３（ａ）は、ＸＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図であり、図３（ｂ）は、ＹＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図である。

以上のような走査により得られた受信信号から、ビームフォーマ１３により受信ビームが形成され、形成された受信ビームから信号処理部１４により、図３（ａ）の扇形の二次元平面Ｂの断層面の画像と、図３（ａ），（ｂ）の錘状の三次元空間Ａの画像が表示部１５に表示される。

また、図４に示すように、三次元走査領域Ａを、二次元走査領域Ｂ内でＸＺ平面に平行に移動させれば、広範囲な二次元画像で組織内部の状態を確認しながら、注目する部位に三次元領域を設定することができ、二次元画像により組織内部の状態を広範囲に把握しながら、三次元画像により注目部位の組織を三次元で空間的に把握することができる。

なお、図４（ａ）は、ＸＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図であり、図４（ｂ）は、ＹＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図である。

また、図５に示すように、二次元走査領域Ｂを、二次元配列振動子１１の中心部に接する平面と二次元平面Ｂとの交線を中心に回転させ、二次元走査領域Ｂの回転に合わせて三次元走査領域Ａも回転させれば、二次元画像により組織内部の状態を広範囲に把握しながら、三次元画像により注目部位の組織を三次元で空間的に把握することができる。

なお、図５（ａ）は、ＸＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図であり、図５（ｂ）は、ＹＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図である。

このように本実施の形態においては、三次元走査の領域より広範囲な領域で二次元走査を行い、三次元走査の領域で二次元走査の領域と重複する部分では、二次元走査と同様に被験深度を深くしているので、三次元走査の領域を広範囲にしなくても広範囲な二次元領域の情報を得ることができ、短時間で三次元画像とその断面を含む広範囲の二次元画像を得ることができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置について説明する。なお、本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様に構成されているので、図１を流用して、特徴部分のみ説明する。

図６は、本実施の形態の超音波診断装置の走査方法を説明するための図である。

図６（ａ）は、二次元配列振動子１１の中心部に接する平面に平行な投影面Ｃと音響走査線Ｄ１１〜Ｄ１５との関係を示す図である。図６（ｂ）は、投影面Ｃでの音響走査線の交差位置を示す図である。

図６（ａ），（ｂ）において、○印は、投影面Ｃと音響走査線が交差する位置を示している。

図６（ａ）に示すように、制御部１６は、ビームフォーマ１３を制御して二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ１１を発生し、投影面Ｃの二次元走査する二次元平面の端のＣ１１の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図６（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＸ軸と平行な方向に、二次元走査する二次元平面に沿って矢印で示すように、三次元走査する三次元空間に入る直前まで間隔δ１で移動させ、図６（ｂ）のＧ１１の○印の位置に交差させて二次元走査を行う。

次いで、制御部１６は、二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ１２を発生し、投影面Ｃの三次元走査する三次元空間の角のＣ１２の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図６（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＹ軸と平行な方向に、三次元走査する三次元空間の端まで矢印で示すように間隔δ２で順次移動させる。ここで、δ２はδ１の略二倍程度の値とする。

交差位置が三次元走査する三次元空間の端まで来たら、Ｃ１２の位置からＸ軸に平行な方向に間隔δ２だけ移動した位置に投影面Ｃとの交差位置を移動させ、投影面Ｃとの交差位置をＹ軸と平行な方向に、三次元走査する三次元空間の端まで矢印で示すように間隔δ２で順次移動させる。

これを繰り返してＹ軸と平行な方向の走査をＸ軸と平行な方向に間隔δ２ずつ移動させ、図６（ｂ）のＧ１２の○印の位置に交差させて三次元走査を行い、音響走査線Ｄ１３を発生し、三次元走査する三次元空間のＣ１２と対角位置のＣ１３の位置において三次元走査を終了する。

なお、交差位置をＹ軸と平行な方向に順次移動させるときは、Ｃ１１を通るＸ軸に平行な直線と交わる位置（二次元走査する二次元平面と交わる位置）に必ず交差位置が来るようにδ１、δ２の値を設定する。

次いで、制御部１６は、二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ１４を発生し、投影面Ｃの二次元走査する二次元平面上のＣ１４の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図６（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＸ軸と平行な方向に、二次元走査する二次元平面に沿って矢印で示すように間隔δ１で移動させ、図６（ｂ）のＧ１３の○印の位置に交差させて二次元走査を行い、音響走査線Ｄ１５を発生し、二次元走査する二次元平面の端のＣ１５の位置において二次元走査を終了する。

ここで、図６（ｂ）の、投影面ＣのＣ１１とＣ１５を結ぶ直線上の交差位置のうち、三次元走査する三次元空間内の交差位置においては、二次元走査も兼ね、深部の情報まで取得し、二次元走査領域の情報として用いる。

このように本実施の形態においては、三次元走査領域での走査の間隔を粗くしているので、三次元走査を短時間で終了させることができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態の超音波診断装置について説明する。なお、本実施の形態は、上述の第１の実施の形態と略同様に構成されているので、図１を流用して、特徴部分のみ説明する。

図７は、本実施の形態の超音波診断装置の走査方法を説明するための図である。

図７（ａ）は、二次元配列振動子１１の中心部に接する平面に平行な投影面Ｃと音響走査線Ｄ２１〜Ｄ２５との関係を示す図である。図７（ｂ）は、投影面Ｃでの音響走査線の交差位置を示す図である。

図７（ａ），（ｂ）において、○印は、投影面Ｃと音響走査線が交差する位置を示している。

図７（ａ）に示すように、制御部１６は、ビームフォーマ１３を制御して二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ２１を発生し、投影面Ｃの二次元走査する二次元平面の端のＣ２１の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図７（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＸ軸と平行な方向に、二次元走査する二次元平面に沿って矢印で示すように、三次元走査する三次元空間に入る直前まで間隔δ１で移動させ、図７（ｂ）のＧ２１の○印の位置に交差させて二次元走査を行う。

次いで、制御部１６は、二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ２２を発生し、投影面Ｃの三次元走査する三次元空間の角のＣ２２の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図７（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＹ軸と平行な方向に、三次元走査する三次元空間の端まで矢印で示すように間隔δ２で順次移動させる。ここで、δ２はδ１の略二倍程度の値とする。

なお、交差位置をＹ軸と平行な方向に順次移動させるときは、Ｃ２１を通るＸ軸に平行な直線と交わる位置（二次元走査する二次元平面と交わる位置）に必ず交差位置が来るようにδ１、δ２の値を設定する。

交差位置が三次元走査する三次元空間の端まで来たら、Ｃ２１を通るＸ軸に平行な直線上の最後の（最新の、現時点で最も右の）交差位置からＸ軸に平行な方向に間隔δ１だけ移動した位置に投影面Ｃとの交差位置を移動させる。

さらに、Ｃ２２の位置からＸ軸に平行な方向に間隔δ２だけ移動した位置に投影面Ｃとの交差位置を移動させ、投影面Ｃとの交差位置をＹ軸と平行な方向に、三次元走査する三次元空間の端まで矢印で示すように間隔δ２で順次移動させる。

これを繰り返してＹ軸と平行な方向の走査をＸ軸と平行な方向に間隔δ２ずつ移動させ、かつＣ２１を通るＸ軸に平行な直線上に間隔δ１で交差させ、図７（ｂ）のＧ２２の○印の位置に交差させて三次元走査を行い、音響走査線Ｄ２３を発生し、三次元走査する三次元空間のＣ２２と対角位置のＣ２３の位置において三次元走査を終了する。

次いで、制御部１６は、二次元配列振動子１１から音響走査線Ｄ２４を発生し、投影面Ｃの二次元走査する二次元平面上のＣ２４の位置に交差させる。

そして、制御部１６は、音響走査線の方向を変えて、図７（ｂ）に示すように、投影面Ｃとの交差位置をＸ軸と平行な方向に、二次元走査する二次元平面に沿って矢印で示すように間隔δ１で移動させ、図７（ｂ）のＧ２３の○印の位置に交差させて二次元走査を行い、音響走査線Ｄ２５を発生し、二次元走査する二次元平面の端のＣ２５の位置において二次元走査を終了する。

ここで、図７（ｂ）の、投影面ＣのＣ２１とＣ２５を結ぶ直線上の交差位置のうち、三次元走査する三次元空間内の交差位置においては、二次元走査も兼ね、深部の情報まで取得し、二次元走査領域の情報として用いる。

このように本実施の形態においては、三次元走査領域での走査の間隔を粗くしながら、二次元走査領域での走査の間隔は等間隔としているので、二次元画像の画質を保持しながら、三次元走査を短時間で終了させることができる。

以上のように、本発明にかかる超音波診断装置は、短時間で三次元画像とその断面を含む広範囲の二次元画像を得ることができるという効果を有し、被検体の三次元画像とその断面の二次元画像を同時に表示する超音波診断装置等として有用である。

本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のブロック図（ａ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の投影面と音響走査線との関係を示す図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の投影面での音響走査線の交差位置を示す図（ａ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のＸＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置のＹＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図（ａ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の三次元走査領域をＸＺ平面に平行な方向に動かしたときのＸＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の三次元走査領域をＸＺ平面に平行な方向に動かしたときのＹＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図（ａ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の二次元走査領域を三次元走査領域とともに回転したときのＸＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図（ｂ）本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置の二次元走査領域を三次元走査領域とともに回転したときのＹＺ平面に垂直な方向から見た走査領域を示す図（ａ）本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の投影面と音響走査線との関係を示す図（ｂ）本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置の投影面での音響走査線の交差位置を示す図（ａ）本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置の投影面と音響走査線との関係を示す図（ｂ）本発明の第３の実施の形態における超音波診断装置の投影面での音響走査線の交差位置を示す図

符号の説明

１１二次元配列振動子
１２プローブハンドル
１３ビームフォーマ
１４信号処理部
１５表示部
１６制御部

Claims

二次元に配列された二次元配列振動子と、
送信超音波信号を発生するとともに前記二次元配列振動子が受信した信号から受信ビームを形成するビームフォーマと、
前記ビームフォーマを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、三次元走査領域と、この三次元走査領域の断面を含み、この三次元走査領域より広範囲な領域の二次元走査領域とを走査し、前記三次元走査領域と前記二次元走査領域の相対位置関係を保持したまま、前記二次元走査領域を含む平面と前記二次元配列振動子の中心部に接する平面との交線を中心に回転させる超音波診断装置。
前記制御部は、前記三次元走査領域の断面部分では、三次元走査の情報を二次元走査の情報としても使うことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
前記制御部は、前記三次元走査領域での音響走査線間隔を前記二次元走査領域での音響走査線間隔より粗くすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
前記制御部は、前記三次元走査領域の断面部分では、前記二次元走査領域と同じ音響走査線間隔とすることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。