JP4976943B2 - 超音波診断装置及び超音波画像生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、２次元アレイプローブを用いて３次元超音波画像を生成する超音波診断装置に関する。

近年、超音波振動子が２次元的に配列され、超音波振動子の配列される２方向それぞれについて遅延制御を行うことができる２次元アレイプローブが提案されている。そして、２次元アレイプローブを用いて３次元領域を走査し、３次元超音波画像（Ｖｏｌｕｍｅ画像）を描出することが行なわれてきている。このような２次元アレイプローブは、全方位的なフォーカシングや高速な三次元走査が実現でき、生体内の構造の把握が容易になっている。

このような３次元領域の走査を行う場合、操作者はユーザインタフェースなどを介して、第１方向（Ａｚｉｍｕｔｈ方向）及び第１方向に直交する方向である第２方向（Ｅｌｅｖａｔｉｏｎ方向）の幅又は角度として範囲を設定することで、関心領域（ＲＯＩ：Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の範囲を設定する。これにより超音波診断装置が走査すべき３次元領域が設定される。さらに、画像の鮮明さを調整するため、操作者は超音波ビームの走査線密度（Ｄｅｎｓｉｔｙ）を設定する。

この、関心領域の第１方向の幅又は角度、関心領域の第２方向の幅又は角度、及び超音波ビームの走査線密度によって、第１方向（例えば角度であれば方位方向）の１列に含まれる超音波ビームの本数、第２方向（例えば角度であれば仰角方向）の１列に含まれる超音波ビームの本数、及び被検体に送出される全ての超音波ビームの本数が決まる。そして、超音波診断装置は、方位方向又は仰角方向のどちらかに沿って、１平面（以下、「スライス面」という。）を一定間隔で配置し、スライス面内を超音波ビームで順次走査することで３次元領域の走査を行う。そして、超音波診断装置はスライス面内を走査してデータを収集し、その収集したデータに３次元再構成や補間処理などを行うことで３次元超音波診断画像を生成する。

従来、被検体内部の３次元領域を一通り超音波で走査する時間、つまり３次元走査に要する時間を短縮して、時間分解能、つまり１秒あたりの３次元領域の走査回数を向上させる超音波診断装置（例えば、特許文献１参照。）などが提案されている。

特開２００７−０３８０１６号公報

超音波診断装置では、３次元領域を１スライス面ずつ走査してデータを収集するため、あるスライス面におけるある超音波ビーム（超音波ビームＡとする。）でデータを収集してから次のスライス面においてスライス面と直交する方向で超音波ビームＡと隣り合う超音波ビーム（超音波ビームＢとする。）でデータを収集するまでに収集時間の時相差が発生する。この時相差は１つのスライス面での超音波ビームの本数が多いほど長くなる。そして、時相差が長い場合、超音波ビームＡと超音波ビームＢとの連続性が悪くなるため、３次元超音波画像のスライス面間の画像の連続性が悪くなり、段差が目立つなど画質が悪化する要因となる。特に心臓などの動きの早いものの３次元超音波画像を生成する場合には、この画質の悪化が顕著になる。

しかし、従来の超音波診断装置では、時間分解能の向上によって全体的な走査時間の短縮はおこなわれているが、データを取得する際のスライス面間の時相差を短くすることは行われておらず、より連続性の高い３次元超音波画像を生成することは困難である。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、関心領域における互いに直行する第１方向及び第２方向のうち各スライス面間の時相差が短くなる方向に沿ってスライス面を自動的に設定する超音波診断装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の超音波診断装置は、互いに直交する第１方向及び第２方向を有する２次元平面に振動子が配列された２次元アレイプローブと、関心領域となる前記第１方向の範囲及び前記第２方向の範囲を入力する入力手段と、前記入力を受けて、予め設定されている超音波ビームの走査線密度を基に、前記第１方向に並ぶ前記超音波ビームの本数及び前記第２方向に並ぶ前記超音波ビームの本数を求め、前記第１方向又は前記第２方向のうち前記超音波ビームの本数の少ない一方向を判定する判定手段と、前記振動子を介し信号を送受信して、前記一方向に直交する方向に順次位置を変えて、前記一方向に走査させていくことで前記関心領域の走査を行い超音波エコーに基づくデータを取得する送受信手段と、前記データを基に再構成及び補間処理を行い３次元超音波画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とするものである。

請求項４に記載の超音波画像生成方法は、互いに直交する第１方向及び第２方向を有する２次元平面に振動子が配列された２次元アレイプローブに対応して、関心領域となる前記第１方向の範囲及び前記第２方向の範囲を入力する入力段階と、前記入力を受けて、予め設定されている超音波ビームの走査線密度を基に、前記第１方向に並ぶ前記超音波ビームの本数及び前記第２方向に並ぶ前記超音波ビームの本数を求め、前記第１方向又は前記第２方向のうち並ぶ前記超音波ビームの本数の少ない一方向を判定する判定段階と、前記振動子を介し信号を送受信して、前記一方向に直交する方向に順次位置を変えて、前記一方向に走査させていくことで前記関心領域の走査を行い超音波エコーに基づくデータを取得する送受信段階と、前記データを基に再構成及び補間処理を行い３次元超音波画像を生成する画像生成段階とを有することを特徴とするものである。

請求項１に記載の超音波診断装置及び請求項４に記載の超音波画像生成方法によると、操作者が設定した関心領域に対応して走査させる方向を超音波ビームの並ぶ本数が少ない方向に自動的に設定することができる。これにより、スライス面間の時相差を少なくすることができ、スライス面と直交する方向に対する、より連続性の高い３次元超音波画像を生成することが可能となる。

〔第１の実施形態〕
以下、この発明の第１の実施形態に係る超音波診断装置について説明する。図１は本実施形態に係る超音波診断装置の機能を表すブロック図である。図２は２次元アレイプローブから照射される超音波ビームによる関心領域の走査の説明のための図である。

２次元アレイプローブ００１は、図２に示すように互いに直交する第１方向及び第２方向を有する２次元平面に振動子が配列されている。また、２次元アレイプローブ００１は、超音波ビームの送受信における素子毎の遅延時間を制御することで、振動子が並んだ２次元平面の中心からの超音波ビームを放射する角度を調整することによって関心領域を走査するプローブである。

操作者は入力手段０１２を使用し、図２に示すような関心領域２００を設定する。ここで、関心領域２００の設定の仕方としては、関心領域２００の角度を設定するものであり、具体的には、操作者は図２に示すように２次元アレイプローブ００１の振動子が並ぶ第１方向の角度θ及び第２方向の角度φを設定する。これにより、超音波ビームが並ぶ範囲が決定され関心領域２００が設定できる。以下では、角度θが角度φよりも大きい値に設定されたとして説明する。また、操作者は入力手段０１２を使用して予めシステム制御部００５の中に記憶されている超音波ビームの走査線密度の中から使用する走査線密度を指定する。

システム制御部００５は、ＣＰＵ及び記憶領域で構成されており、判定手段００３及び実行制御手段００４を有する。システム制御部００５は、入力手段０１２から入力された関心領域２００の角度、すなわち第１方向の角度θ及び第２方向の角度φを、実行制御手段００４及び判定手段００３へ出力する。また、システム制御部００５は記憶領域を有しており、予め設定された複数の段階に分けられた超音波ビームの走査線密度を記憶している。

判定手段００３は、システム制御部００５から操作者に指定された走査線密度を受け取る。ここで、本実施形態の場合走査線密度とは第１方向及び第２方向に対し１度当たり何本の超音波ビームが含まれるか（beam/度）であらわされている。さらに通常は第１方向及び第２走査方向に対して走査線密度を変えることは少ないので、以下では第１方向及び第２方向ともに同じ走査線密度とされた場合で説明する。

判定手段００３は、入力手段０１２で入力された、第１方向の角度θ、及び第２方向の角度φを受けて、予め記憶している密度で割ることで第１方向及び第２方向に並ぶ超音波ビームの本数を算出する。そして、判定手段００３は超音波ビームの並ぶ本数が少ない方向を判定する。ここでは、第１方向の角度θが第２方向の角度φよりも大きく、超音波ビームの走査線密度が同様のため、判定手段００３は、第２方向を超音波ビームの並ぶ本数が少ない方向と判定する。

判定手段００３は判定した結果を実行制御手段００４に出力する。

実行制御手段００４は、各手段における処理の手順を設定したり、どのような処理をするかの命令を設定したりする。

実行制御手段００４は、入力手段０１２から入力された第１方向の角度θ及び第２方向の角度φをシステム制御部００５から受け取る。さらに、実行制御手段００４は、判定手段００３から超音波ビームの並ぶ本数が少ない方向を受け取る。本実施形態では、実行制御手段００４は超音波ビームの並ぶ本数が少ない方向として第２方向を受け取る。

実行制御手段００４は、図２に示すスライス面２０１のように判定手段００３から受け取った超音波ビームの本数が少ない方向である第２方向に対して、送受信手段００２が２次元アレイプローブ００１を介して走査を行う手順を作成する。さらに、実行制御手段００４は、第１方向へのスライス面角度を順次変えながら第２方向への走査を、送受信手段００２に２次元アレイプローブ００１を介して行うことで、関心領域の走査を実行する手順を作成する。ここで、図２に示すスライス面２０１は、複数並べられているスライス面のうちの１例である。このように、１つのスライス面に含まれる超音波ビームの本数が少ないほうが、１つのスライス面を走査するのに掛かる時間は少なくてすむ。

実行制御手段００４は、作成した走査手順を送受信手段００２及び画像生成手段０２０に設定される。ここで、設定される走査手順とは、超音波ビームの番号に対応した走査順を表わすテーブルなどである。

送受信手段００２は、実行制御手段００４が作成した走査手順に従って、すなわち設定されたテーブルに基づき順次実行していくなどして、送信制御信号を発生し２次元アレイプローブ００１から被検体に超音波信号を送信させ、被検体から反射された超音波エコーに基づく信号を受信する。

送受信手段００２は、受信した超音波エコーに基づくデータを、画像生成手段０２０に出力する。

ここで、本実施形態では、実行制御手段００４において走査手順を生成し、実行制御手段００４により設定された走査手順を基に送受信手段００２が超音波ビームを送受信する方法で説明しているが、これは、送受信手段００２において、どの方向に超音波ビーム角度を変化させながら、どの方向に走査を行っていくかという走査の手順を生成してそれに基づき超音波ビームの走査を行う方法でもよい。

画像生成手段０２０は、画像処理手段０２１、信号処理手段０２２を有する。画像生成手段０２０は、送受信手段００２から超音波エコーに基づくデータを受け取り、さらに、実行制御手段００４から超音波ビームの走査手順の情報、すなわちどの方向の超音波ビーム角度を順次変化させて、どの方向に走査したかなどの情報を受け取る。画像処理手段０２１は受けたデータを基に３次元画像の再構成や補間処理を行う。信号処理手段０２２は画像処理手段０２１によって処理されたデータを基に座標変換などを行う。画像生成手段０２０は、画像処理を行い生成した画像を表示手段０１１に表示させる。

次に、図３を参照して本実施形態に係る超音波診断装置による３次元超音波画像の生成の動作の流れを説明する。ここで、図３は本実施形態に係る超音波診断装置による３次元超音波画像の生成のフローチャートの図である。

ステップＳ００１：操作者は入力手段０１２を使用して、第１方向の角度θ及び第２方向の角度φを入力し関心領域を設定する。

ステップＳ００２：判定手段００３は、第１方向の角度θ及び第２方向の角度φを受けて、予めシステム制御部００５に記憶されている超音波ビームの走査線密度の中から操作者により指示された走査線密度を基に、第１方向に並ぶ超音波ビームの本数及び第２方向に並ぶ超音波ビームの本数を算出し、どちらの方向に並ぶ超音波ビームが少ないかを判定する。第１方向に並ぶ超音波ビームの本数が少ない場合はＳ００３に、第２方向に並ぶ超音波ビームの本数が少ない場合はステップＳ００５に進む。

ステップＳ００３：実行制御手段００４は、第２方向に順次角度を変えながら、第１方向に走査させて、２次元アレイプローブ００１を介して超音波信号の送受信を行う手順を作成し、該走査手順を送受信手段００２及び画像生成手段０２０に設定する。

ステップＳ００４：送受信手段００２は、走査手順を受けて、第２方向に順次角度を変えながら、第１方向に走査して、２次元アレイプローブ００１を介して超音波信号の送受信を行う。送受信手段００２は取得した超音波エコーに基づくデータを画像生成手段０２０へ出力する。

ステップＳ００５：実行制御手段００４は、第１方向に順次角度を変えながら、第２方向に走査させて、２次元アレイプローブ００１を介して超音波信号の送受信を行う手順を作成し、該走査手順を送受信手段００２及び画像生成手段０２０に設定する。

ステップＳ００６：送受信手段００２は、走査手順を受けて、第１方向に順次角度を変えながら、第２方向に走査して、２次元アレイプローブ００１を介して超音波信号の送受信を行う。送受信手段００２は取得した超音波エコーに基づくデータを画像生成手段０２０へ出力する。

ステップＳ００７：画像生成手段０２０は、受けたデータ及び走査手順を基に画像処理及び信号処理を行って、３次元超音波画像を生成し、表示手段０１１に表示させる。

本実施形態に係る超音波診断装置は、以上のような動作を規定するプログラムで構成されている。

以上のように、本実施形態に係る超音波診断装置では、操作者が入力した関心領域の設定を基に、超音波ビームの並ぶ本数が少ない方向に走査を行う。これにより、１つのスライス面を走査するのに掛かる時間が短くなり、各スライス面の間の時相差が短くなる。したがって、各スライス面間の画像の連続性を向上させることができ、より画質の良い３次元超音波画像を生成することが可能となる。

〔第２の実施形態〕
第２の実施形態に係る超音波診断装置は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、２次元アレイプローブを用いた超音波ビームの走査方式が異なるものである。そこで、本実施形態に係る２次元アレイプローブを用いた超音波ビームの走査について説明する。

２次元アレイプローブ００１は、振動子平面のほぼ真下に超音波ビームを放射しその超音波ビームが放射される第１方向の幅及び第２方向の幅によって作られる２次元平面を関心領域として走査する走査方法を行う（以下、この走査方法をリニア走査方式という）。すなわち、第１の実施形態では取得する断層画像は振動子が並ぶ２次元平面の中心を頂点とする扇形だったが、本実施形態においては第１方向もしくは第２方向に１列に並ぶ振動子を一辺とするほぼ長方形の断層画像を取得することになる。

操作者は入力手段０１２を使用して、関心領域の幅である、第１方向の超音波ビームを放射する幅及び第２方向の超音波ビームを放射する幅を入力する。ここで関心領域の幅とは、リニア走査方式において各超音波ビームの走査する方向の長さ及び順次移動していく方向（走査する方向と直交する方向）の長さに当たる。これにより、超音波ビームを照射する２次元平面の領域を決定することができ、操作者は関心領域の設定を行なうことができる。

判定手段００３は、入力手段０１２からの第１方向の幅及び第２方向の幅を受けて、予めシステム制御部００５に記憶されている超音波ビームの走査線密度の中から操作者が選択した走査線密度を基に、第１方向及び第２方向に並ぶ超音波ビームの本数を求める。ここで、本実施形態における走査線密度とは、例えば単位長さ当たりの超音波ビームの本数である。したがって、第１方向の幅及び第２方向の幅を走査線密度（ｂｅａｍｓ／ｃｍ）を乗算することで、超音波ビームの本数が求められる。そして、判定手段００３は、第１方向又は第２方向のうち並ぶ超音波ビームの本数が少ない方を判定し、並ぶ超音波ビームの本数が少ない方の方向の情報を実行制御手段００４へ出力する。

実行制御手段００４は、入力手段０１２からの第１方向の幅及び第２方向の幅を受けて、判定手段００３が判定した超音波ビームの本数が少ない方向である第２方向に対して２次元アレイプローブ００１を介して走査を行わせる手順を設定する。さらに、実行制御手段００４は、第１方向へのスライス面角度を順次変えながら第２方向への走査を送受信手段００２に２次元アレイプローブ００１を介して行わせるために、関心領域の走査を行なわせる手順を作成する。ここで、本実施形態におけるスライス面はほぼ長方形となる。このようにスライス面が長方形の場合にもスライス面が扇型のときと同様に、含まれる超音波ビームの本数が少ないほうが１つのスライス面を走査するのに掛かる時間が短くてすむ。

実行制御手段００４は、作成した走査手順を送受信手段００２及び画像生成手段０２０に設定する。

送受信手段００２は、実行制御手段００４から受けた走査手順に従って、送信制御信号を発生し２次元アレイプローブ００１から被検体に超音波信号を送信させ、被検体から反射された超音波エコーに基づく信号を受信する。

送受信手段００２は、受信した超音波エコーに基づくデータ及び走査の手順を画像生成手段０２０に出力する。

画像処理手段０２１は、受け取ったデータ及び走査手順を基に３次元画像の再構成や補間処理を行う。

以上のように、本実施形態における超音波診断装置において、関心領域となる第１方向の幅及び第２方向の幅を基に、超音波ビームの並ぶ本数が少ない方向に走査を行う。これにより、この場合も１つのスライス面の走査に掛かる時間が短いほうが選択されるので、各スライス面間の時相差が短くなる。したがって、このような走査方法の超音波診断装置においても、スライス面間の連続性を向上させることができ、より画質の良い３次元超音波画像を形成することが可能となる。

本発明に係る超音波診断装置のブロック図 ２次元アレイプローブから照射される超音波ビームによる関心領域の走査の説明のための図 本実施形態に係る超音波診断装置における３次元超音波画像の生成のフローチャートの図

符号の説明

００１ ２次元アレイプローブ
００２ 送受信手段
００３ 判定手段
００４ 実行制御手段
００５ システム制御部
０１１ 表示手段
０１２ 入力手段
０２０ 画像生成手段
０２１ 画像処理手段
０２２ 信号処理手段

Claims (4)

1. 互いに直交する第１方向及び第２方向を有する２次元平面に振動子が配列された２次元アレイプローブと、
   関心領域となる前記第１方向の範囲及び前記第２方向の範囲を入力する入力手段と、
   前記入力を受けて、予め設定されている超音波ビームの走査線密度を基に、前記第１方向に並ぶ前記超音波ビームの本数及び前記第２方向に並ぶ前記超音波ビームの本数を求め、前記第１方向又は前記第２方向のうち前記超音波ビームの本数の少ない一方向を判定する判定制御手段と、
   前記振動子を介し信号を送受信して、前記一方向に直交する方向に順次位置を変えて、前記一方向に走査させていくことで前記関心領域の走査を行い超音波エコーに基づくデータを取得する送受信手段と、
   前記データを基に再構成及び補間処理を行い３次元超音波画像を生成する画像生成手段と
   を備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記第１方向の範囲及び前記第２方向の範囲は前記関心領域の角度であることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記第１方向の範囲及び前記第２方向の範囲は前記関心領域の幅であることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 互いに直交する第１方向及び第２方向を有する２次元平面に振動子が配列された２次元アレイプローブに対応して、関心領域となる前記第１方向の範囲及び前記第２方向の範囲を入力する入力段階と、
   前記入力を受けて、予め設定されている超音波ビームの走査線密度を基に、前記第１方向に並ぶ前記超音波ビームの本数及び前記第２方向に並ぶ前記超音波ビームの本数を求め、前記第１方向又は前記第２方向のうち並ぶ前記超音波ビームの本数の少ない一方向を判定する判定段階と、
   前記振動子を介し信号を送受信して、前記一方向に直交する方向に順次位置を変えて、前記一方向に走査させていくことで前記関心領域の走査を行い超音波エコーに基づくデータを取得する送受信段階と、
   前記データを基に再構成及び補間処理を行い３次元超音波画像を生成する画像生成段階と
   を有することを特徴とする超音波画像生成方法。

Images