JP4893488B2 - 超音波映像を形成する超音波システム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は超音波分野に関し、特に超音波映像を形成する超音波システム及び方法に関する。
超音波システムは多様に応用されている重要な診断システムの１つである。特に、超音波システムは対象体に対して無侵襲及び非破壊特性を有しているため、医療分野に広く用いられている。近年の高性能超音波システムは、対象体内部の２次元または３次元映像を生成するのに用いられる。
一般に、超音波システムのプローブは、広帯域の超音波信号を送信及び受信するためのトランスデューサを備える。トランスデューサが電気的に刺激されると、超音波信号が生成されて対象体に伝達される。対象体から反射されてトランスデューサに伝達される超音波エコー信号は電気的に変換される。変換された電気的信号を増幅及び信号処理して超音波映像データが生成される。
特に、一部の超音波システムは超音波信号を送信及び受信するために、曲面型プローブを用いている。曲面型プローブは超音波信号を放射状に送信するため、プローブの長さよりも広い領域の超音波映像が得られる。図１は、曲面型プローブの各トランスデューサに対するスキャンラインの幾何学的構造を示す。図１に示すように、各スキャンライン２１をトランスデューサ１２の後方方向に延長させると、全てのスキャンラインが通る点(以下、共通点という)３０が形成される。逆に、共通点３０の位置が決定されると、各スキャンライン２１がステアリングされる角度を決定できる。図２に示すように、共通点３０が移動すると、各スキャンライン２１がステアリングされる角度が変更され、変更されたステアリング角度に応じて新たなスキャンライン２２を構成することで、より広い視野角を有する超音波映像を得ることができる。
しかしながら、従来の超音波システムはより広い視野角を有するために、共通点の位置を変更する場合、スキャンラインの間隔が広くなってしまい、超音波映像の画質を低下させる恐れがあり、特に超音波映像の中央付近に位置する観測対象体に対する画質を低下させるという不具合がある。
本発明は、前記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、複数の仮想共通点に基づいてスキャンラインのステアリング角度を制御して複数のサブフレームを形成し、形成された複数のサブフレームを合成して超音波映像の画質とフレームレートを低下させることなく、視野角の広い超音波映像を形成する超音波システム及び方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明の超音波システムは、各サブフレームを獲得するために複数のスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する複数のトランスデューサと、各トランスデューサに対するスキャンラインの延長線が合う共通点を設定し、前記共通点に基づいて複数の仮想共通点を設定し、前記複数の仮想共通点に基づいて複数のトランスデューサグループ、ステアリング角度及び複数のスキャンライングループを設定する設定部と、前記複数のトランスデューサグループ、前記ステアリング角度及び前記複数のスキャンライングループに基づいてサブフレームが変更される度に変更されるサブフレームに該当するスキャンラインを選択し、選択されたスキャンラインのステアリング角度を制御する制御部と、複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成するプロセッサとを備える。
また、本発明の複数のスキャンラインに沿って超音波信号を送信及び受信する複数のトランスデューサを通じて形成された複数のサブフレームを用いて超音波映像を形成する方法は、ａ)複数のスキャンラインの延長線が合う共通点に基づいて複数の仮想共通点を設定する段階と、ｂ)前記複数の仮想共通点に基づいて複数のトランスデューサグループ、ステアリング角度及び複数のスキャンライングループを設定する段階と、ｃ)前記複数のトランスデューサグループ、前記ステアリング角度及び前記複数のスキャンライングループに基づいてサブフレームが変更される度に変更されるサブフレームに該当するスキャンラインを選択し、選択されたスキャンラインのステアリング角度を制御する段階と、ｄ）ステアリング角度が制御されたスキャンラインに沿って超音波信号を送受信して複数のサブフレームを形成する段階と、ｅ）前記複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成する段階とを備える。
本発明の望ましい実施形態に係る超音波システムは、複数のトランスデューサ、設定部、制御部及びプロセッサを備える。前記複数のトランスデューサは各サブフレームを獲得するために、複数のスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する。前記設定部は各トランスデューサに対するスキャンラインの延長線が合う共通点を設定し、前記共通点に基づいて複数の仮想共通点を設定し、前記複数の仮想共通点に基づいて複数のトランスデューサグループ、ステアリング角度及び複数のスキャンライングループを設定する。前記制御部は前記複数のトランスデューサグループ、前記ステアリング角度及び前記複数のスキャンライングループに基づいてサブフレームが変更される度に変更されるサブフレームに該当するスキャンラインを選択し、選択されたスキャンラインのステアリング角度を制御する。前記プロセッサは複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成する。
前述したような本発明によれば、複数の仮想共通点を設定できるため、各トランスデューサに対するスキャンラインのステアリング角度を容易に制御でき、且つ観測対象体に対する超音波映像の画質とフレームレートを低下させることなく、より広い視野角を有する超音波映像を提供できるという効果を奏する。
以下、図３〜図１１を参照して本発明の一実施形態について説明する。図３に示すように、本発明の一実施形態に係る超音波システム１００は、プローブ１１０、スキャンライン設定部１２０、ビームフォーマ１３０、プロセッサ１４０及びディスプレイ部１５０を備える。
プローブ１１０は複数のトランスデューサからなるトランスデューサアレイ１１２を備える。プローブ１１０はスキャンラインに沿って超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号を受信する。本発明の一実施形態において、プローブ１１０は曲面型プローブであってもよい。
スキャンライン設定部１２０は、ステアリング角度算出部１２１、スキャンライングループ設定部１２２及び制御部１２３を備える。ステアリング角度算出部１２１は、各トランスデューサに対する原スキャンラインの延長線が合う共通点に基づいて複数の仮想共通点を設定し、設定された仮想共通点の個数に応じて複数のトランスデューサを複数のグループに分割し、各トランスデューサグループに該当する仮想共通点を設定して各トランスデューサに対するスキャンラインの調整されたステアリング角度を算出する。
本発明の一実施形態において、ステアリング角度算出部１２１は、図４に示すように、各トランスデューサに対するスキャンライン２１の延長線が合う共通点３０の位置に基づいて、共通点３０をトランスデューサアレイ１１２側へ移動させた第１仮想共通点３０ａ、共通点３０をトランスデューサアレイ１１２の反対側へ移動させた第２仮想共通点３０ｂ、及び共通点３０をトランスデューサアレイ１１２に平行に移動させた第３仮想共通点３０ｃを設定し、設定された仮想共通点の個数に応じて複数のスキャンラインを３つのグループに分割する。即ち、ステアリング角度算出部１２１は、複数のトランスデューサＴ１〜Ｔｎから｛Ｔ１、Ｔ４、Ｔ７、Ｔ１０、…｝のトランスデューサを第１トランスデューサグループとして設定し、{Ｔ２、Ｔ５、Ｔ８、Ｔ１１、…｝のトランスデューサを第２トランスデューサグループとして設定し、｛Ｔ３、Ｔ６、Ｔ９、Ｔ１２、…｝のトランスデューサを第３トランスデューサグループとして設定する。ステアリング角度算出部１２１は、第１トランスデューサグループに該当する仮想共通点を第１仮想共通点３０ａとして設定し、第２トランスデューサグループに該当する仮想共通点を第２仮想共通点３０ｂとして設定し、第３トランスデューサグループに該当する仮想共通点を第３仮想共通点３０ｃとして設定して、各トランスデューサに対するスキャンラインのステアリング角度を該当する仮想共通点の位置に基づいて算出する。
本実施形態では、３つの仮想共通点に基づいて複数のトランスデューサを３つのグループに分割することを説明したが、これに限定されず、複数(Ｎ個)の仮想共通点を設定し、設定された仮想共通点の個数(Ｎ)に応じて、複数のトランスデューサＴ１〜Ｔｎから｛Ｔ１、ＴＮ＋１、Ｔ２Ｎ＋１、Ｔ３Ｎ＋１、…｝のトランスデューサを第１トランスデューサグループとして設定し、｛Ｔ２、ＴＮ＋２、Ｔ２Ｎ＋２、Ｔ３Ｎ＋２、…｝のトランスデューサを第２トランスデューサグループとして設定し、｛ＴＮ、Ｔ２Ｎ、Ｔ３Ｎ、Ｔ４Ｎ、…｝のトランスデューサを第Ｎトランスデューサグループとして設定することもできる。
また、本実施形態では、共通点を垂直及び水平方向へ移動させて複数の仮想共通点を設定すると説明したが、これに限定されず、共通点を多様な方向に移動させて複数の仮想共通点を設定することもできる。
スキャンライングループ設定部１２２は、複数のサブフレームを獲得するためのスキャンライングループを設定する。本発明の一実施形態によって、ステアリング角度算出部１２１により３つの仮想共通点３０ａ〜３０ｃが設定され、設定された３つの仮想共通点３０ａ〜３０ｃに基づいてトランスデューサグループが設定されると、スキャンライングループ設定部１２２は複数のスキャンラインＳ１〜Ｓｎから第１トランスデューサグループに該当する｛Ｓ１、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ１０、…｝のスキャンラインを第１サブフレームを獲得するための第１スキャンライングループとして設定し、第２トランスデューサグループに該当する｛Ｓ２、Ｓ５、Ｓ８、Ｓ１１、…｝のスキャンラインを第２サブフレームを獲得するための第２スキャンライングループとして設定し、第３トランスデューサグループに該当する｛Ｓ３、Ｓ６、Ｓ９、Ｓ１２、…｝のスキャンラインを第３サブフレームを獲得するための第３スキャンライングループとして設定する。本実施形態では、３つの仮想共通点に基づいて複数のスキャンラインを３つのスキャンライングループに分割することを説明したが、これに限定されず、設定された仮想共通点の個数(Ｎ個)に応じて複数のスキャンラインＳ１〜Ｓｎから第１トランスデューサグループに該当する{Ｓ１、ＳＮ＋１、Ｓ２Ｎ＋１、Ｓ３Ｎ＋１、…｝のスキャンラインを第１サブフレームを獲得するための第１スキャンライングループとして設定し、第２トランスデューサグループに該当する{Ｓ２、ＳＮ＋２、Ｓ２Ｎ＋２、Ｓ３Ｎ＋２、…｝のスキャンラインを第２サブフレームを獲得するための第２スキャンライングループとして設定し、第Ｎトランスデューサに該当する｛ＳＮ、Ｓ２Ｎ、Ｓ３Ｎ、Ｓ４Ｎ、…｝のスキャンラインを第Ｎスキャンライングループとして設定することもできる。
制御部１２３は複数のサブフレームを獲得するために、サブフレームが変更される度に変更されるサブフレームに該当するスキャンライングループのスキャンラインに沿って超音波信号が送受信されるように制御する。本発明の一実施形態において、制御部１２３は、図８に示すような第１サブフレーム３１０を獲得するために、図５に示すように、第１スキャンライングループの各スキャンラインＳ１、S４、Ｓ７、…、Ｓｎ−２に沿って超音波信号が送受信されるように制御し、図９に示すような第２サブフレーム３２０を獲得するために、図６に示すように、第２スキャンライングループの各スキャンラインＳ２、Ｓ５、Ｓ８、…、Ｓｎ−１に沿って超音波信号が送受信されるように制御し、図１０に示すような第３サブフレーム３３０を獲得するために、図７に示すように、第３スキャンライングループの各スキャンラインＳ３、Ｓ６、Ｓ９、…、Ｓｎに沿って超音波信号が送受信されるように制御する。一方、制御部１２３は、仮想共通点、ステアリング角度、トランスデューサグループ及びスキャンライングループ情報に基づいて複数のサブフレームが合成されて１つの超音波映像フレームが形成されるようにプロセッサ１４０を制御する。
ビームフォーマ１３０は、制御部１２３の制御に応じて各サブフレームを獲得するために、各スキャンライングループに該当するスキャンラインに沿って複数のトランスデューサを通じて送受信される超音波信号を遅延及び合算する。
プロセッサ１４０は、制御部１２３の制御に応じてビームフォーマ１３０からの複数のサブフレームを空間的に合成して１つのフレームを形成し、合成されたフレームに基づいて超音波映像信号を形成する。本発明の一実施形態において、プロセッサ１４０は、図８〜図１０に示すサブフレーム３１０〜３３０を空間的に合成して図１１に示すようなフレーム３４０を形成する。このとき、プロセッサ１４０は複数のサブフレーム３１０〜３３０の各ピクセルに対して平均(例えば、各ピクセルの平均強度)を求めるか、各サブフレームに互いに異なる重み係数を加えて合成することができる。一方、プロセッサ１４０は複数のサブフレームを空間合成する前に、多様な映像補間法を用いて各サブフレームに補間処理を施すこともできる。プロセッサ１４０は、各サブフレームを一時的に格納するための格納部を備えることもできる。
ディスプレイ部１５０は、プロセッサ１４０から超音波映像信号の入力を受けて超音波映像をディスプレイする。
本発明の好適な実施の形態について説明し、例示したが、本発明の特許請求の範囲の思想及び範疇を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得ることが分かるであろう。
その一例として、本実施形態ではプローブとして曲面型プローブを用いると説明したが、これに限定されず、無限大に位置する共通点を移動させて複数の仮想共通点を形成できる線状プローブを用いることもできる。
１００:超音波システム
１１０:プローブ
１２０:スキャンライン設定部
１３０:ビームフォーマ
１４０:プロセッサ
１５０:ディスプレイ部
１１０:プローブ
１２０:スキャンライン設定部
１３０:ビームフォーマ
１４０:プロセッサ
１５０:ディスプレイ部
Claims (8)
- 複数のサブフレームを用いて超音波映像を形成する超音波システムであって、
サブフレームを獲得するために複数のスキャンラインに沿って超音波信号を送受信する複数のトランスデューサと、
各トランスデューサに対するスキャンラインの延長線が合う共通点を設定し、前記共通点に基づいて複数の仮想共通点を設定し、前記複数の仮想共通点に基づいて複数のトランスデューサグループ、ステアリング角度及び複数のスキャンライングループを設定する設定部と、
前記複数のトランスデューサグループ、前記ステアリング角度及び前記複数のスキャンライングループに基づいてサブフレームが変更される度に変更されるサブフレームに該当するスキャンラインを選択し、選択されたスキャンラインのステアリング角度を制御する制御部と、
複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成するプロセッサと
を備える超音波システム。 - 前記設定部は、
仮想共通点の個数に応じて前記複数のトランスデューサをグループ化して前記複数のトランスデューサグループを設定する第１設定部と、
各トランスデューサグループに仮想共通点をマッチングさせて前記各トランスデューサに対するスキャンラインのステアリング角度を設定する第２設定部と、
各トランスデューサグループに該当するスキャンラインをグループ化して前記複数のスキャンライングループを設定する第３設定部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。 - 前記プロセッサは、前記複数のサブフレームの各ピクセルに対する平均強度を算出し、前記算出された平均強度に基づいて前記複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
- 前記プロセッサは、前記複数のサブフレームのそれぞれに互いに異なる重み係数を加え、前記互いに異なる重み係数が加えられた複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成する手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
- 複数のスキャンラインに沿って超音波信号を送信及び受信する複数のトランスデューサを通じて形成された複数のサブフレームを用いて超音波映像を形成する方法であって、
ａ)複数のスキャンラインの延長線が合う共通点に基づいて複数の仮想共通点を設定する段階と、
ｂ)前記複数の仮想共通点に基づいて複数のトランスデューサグループ、ステアリング角度及び複数のスキャンライングループを設定する段階と、
ｃ)前記複数のトランスデューサグループ、前記ステアリング角度及び前記複数のスキャンライングループに基づいてサブフレームが変更される度に変更されるサブフレームに該当するスキャンラインを選択し、選択されたスキャンラインのステアリング角度を制御する段階と、
ｄ）ステアリング角度が制御されたスキャンラインに沿って超音波信号を送受信して複数のサブフレームを形成する段階と、
ｅ）前記複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成する段階と
を備える超音波映像形成方法。 - 前記段階ｂ)は
ｂ１)仮想共通点の個数に応じて複数のトランスデューサをグループ化して前記複数のトランスデューサグループを設定する段階と、
ｂ２)各トランスデューサグループに仮想共通点をマッチングさせて各トランスデューサに対するスキャンラインのステアリング角度を算出する段階と、
b３)前記複数のトランスデューサグループのそれぞれに該当するスキャンライングループを設定する段階と
を備えることを特徴とする請求項５に記載の超音波映像形成方法。 - 前記段階ｅ）は前記複数のサブフレームの各ピクセルに対する平均強度を算出し、前記算出された平均強度に基づいて前記複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成する段階を備えることを特徴とする請求項５に記載の超音波映像形成方法。
- 前記段階ｅ）は前記複数のサブフレームのそれぞれに互いに異なる重み係数を加え、前記互いに異なる重み係数が加えられた複数のサブフレームを合成して超音波映像を形成する段階を備えることを特徴とする請求項５に記載の超音波映像形成方法。
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