JP5125306B2 - スキャンラインのステアリング角度を制御するための超音波システム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は超音波システムに関し、特に曲面型プローブの各変換素子に設定されるスキャンラインを制御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一つである。特に、超音波システムは、対象体に対して非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。近来の高性能の超音波システムは、対象体の内部形状（例えば、患者の内臓器官）の２次元または３次元映像を生成するのに用いられている。
一般に、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広帯域の変換素子を含むプローブを備える。変換素子が電気的に刺激されれば、超音波信号が生成されて人体に伝達される。人体に伝達された超音波信号は、人体の内部組織の境界で反射され、人体組織の境界から変換素子に伝達される超音波エコー信号は電気的信号に変換される。変換された電気的信号を増幅及び信号処理して組織の映像のための超音波映像データが生成される。
超音波システムはプローブ、特に曲面型プローブ（Ｃｕｒｖｅｄ Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｏｂｅ）の表面に垂直な方向に超音波信号を送信及び受信する。曲面型プローブは、超音波ビームを放射状に送信するため、プローブの長さより広い領域の映像を得ることができる。図１は、曲面型プローブの各変換素子に対するスキャンラインの幾何学的構造を示す例示図である。図示された通り、各スキャンライン２１を変換素子１２の後方向に延長させれば、変換素子１２の表面の曲率によって形成される、即ち、全てのスキャンラインが過ぎる点（以下、共通点という）３０が形成される。共通点３０が図２に示された通り移動すれば、各スキャンライン２１がステアリングされる角度が定められ、定められたステアリング角度によって新たなスキャンライン２２を構成することにより、さらに広い超音波映像を得ることができる。
しかし、従来の超音波システムは、共通点３０を移動させる時の幾何学的構造を考慮し、変換素子ごとに設定されるステアリング角度を算出しなければならないため、複雑な計算過程を通じてステアリング角度を算出し、曲面型プローブ内の変換素子の数が増加するほどステアリング角度の算出を高速に処理するための追加のハードウェアまたはソフトウェアを必要とする問題があった。
本発明は前述した問題を解決するためのものであり、事前設定されたスキャンラインのステアリング角度の関係によって決定された数列を用いて変換素子に設定されるスキャンラインのステアリング角度を容易に算出し、算出されたステアリング角度に基づいてスキャンラインを制御する超音波システム及び方法を提供することを目的とする。
前述した目的を達成するために、本発明の超音波システムは、電気的信号を超音波信号に変換してスキャンラインに沿って対象体へ送信し、前記対象体から反射された超音波信号を受信して電気的信号に変換するためのｎ個の変換素子を備えるプローブと、少なくとも二つのスキャンラインのステアリング角度の関係によって決定された数列を用いて各変換素子に設定されるスキャンラインのステアリング角度を算出するためのステアリング角度算出部と、前記ステアリング角度に基づいて前記各変換素子に設定されるスキャンラインのステアリングを制御するための制御部とを備える。
また、本発明によるスキャンラインに沿って超音波信号を送受信するｎ個の変換素子を有するプローブを備える超音波システムにおいて、前記スキャンラインを制御する方法は、ａ）少なくとも二つの事前設定されたステアリング角度の関係に基づいた数列を用いて各変換素子からスキャンラインのステアリング角度を算出する段階と、ｂ）前記算出されたステアリング角度に基づいて設定されたスキャンラインに沿って前記超音波信号が集束されるように前記超音波信号の送信を制御する段階とを備える。
本発明によれば、数列を用いて各変換素子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ことによって、各変換素子に対するスキャンラインのステアリング角度を高速に算出するための追加のハードウェアまたはソフトウェアを用いなくても、容易に各変換素子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ことができる。
以下、図３〜図５を参照して本発明の実施例を説明する。
図３は、本発明の実施例による超音波システムの構成を示すブロック図である。
図示された通り、本発明による超音波システム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。
図３は、本発明の実施例による超音波システムの構成を示すブロック図である。
図示された通り、本発明による超音波システム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、多数の変換素子１１２を備える。曲面型プローブ１１０は、スキャンラインに沿って超音波信号を対象体へ超音波信号を送信し、対象体から反射された超音波信号を受信する。
スキャンライン設定部１２０は、図示された通り、ステアリング角度算出部１２１及び制御部１２２を備える。
ステアリング角度算出部１２１は、曲面型プローブ１１０の変換素子１１２で両端の変換素子に設定されるスキャンラインのステアリング角度を設定し、設定されステアリング角度に基づいて各変換素子に対するスキャンラインのステアリング角度を数列を用いて算出する。この時、両端の変換素子に対するスキャンラインのステアリング角度はユーザにより、または事前設定されたステアリング角度により設定できる。
本発明の一実施例によって、図４を参照して各変換素子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手続を説明すれば、次の通りである。図４において、図面符号３０は全てのスキャンライン２１０が共通して通る共通点を示す。
(1)ステアリング角度算出部１２１は、ｎ個の変換素子で両端の変換素子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。より詳細には、１番目の変換素子に対するスキャンラインのステアリング角度θ１がユーザまたは超音波システム１００により設定されれば、ステアリング角度算出部１２１は、１番目の変換素子に対するステアリング角度θ１に基づいてｎ番目の変換素子に対するスキャンラインのステアリング角度θｎを設定する。例えば、ステアリング角度算出部１２１は、ステアリング角度θｎをθｎ＝−θ１に設定することができる。
(2)ステアリング角度算出部１２１は、等差数列を用いてｉ番目の変換素子に対するステアリング角度θｉを算出する。例えば、ステアリング角度θｉは次の通り算出できる。
ここで、θｄは公差を示す。
(3)ステアリング角度算出部１２１は、ステアリング角度（θｉ，θｎ）に基づいて公差θｄを算出する。即ち、ステアリング角度算出部１２１は、式１を通じて算出し、θｎ＝−θ１を適用することによって、式２のように公差を算出する。
(4)ステアリング角度算出部１２１は、式１及び式２を通じて各変換素子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。
本発明の他の実施例によって、図５を参照して各変換素子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手続を説明すれば、次の通りである。図５において、図面符号３０は全てのスキャンライン２１０が共通して通る共通点を示す。
(1)ステアリング角度算出部１２１は、ｎ個の変換素子で両端の変換素子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。より詳細には、１番目の変換素子に対するスキャンラインのステアリング角度θ１が設定されれば、ステアリング角度算出部１２１は、ステアリング角度θ１に基づいてｎ番目の変換素子に対するスキャンラインのステアリング角度θｎを設定する。例えば、ステアリング角度算出部１２１は、ステアリング角度θｎをθｎ＝−θ１に設定することができる。
(2)ステアリング角度算出部１２１は、等比数列を用いてｉ番目の変換素子に対するスキャンラインのステアリング角度θｉを設定する。例えば、ステアリング角度θｉは次の通り設定することができる。
ここで、θｒは公比を示す。
(4)ステアリング角度算出部１２１は、算出された公比θｒと式３を通じて各変換素子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。
制御部１２２は、ステアリング角度算出部１２１により算出されたステアリング角度に基づいてビームフォーマ１３０及びプロセッサ１４０の動作を制御する。より詳細には、制御部１２２は図４及び図５に示された通りステアリング角度にステアリングされたスキャンライン２２０に沿って超音波信号が送受信されるようにビームフォーマ１３０を制御する。また、制御部１２２は、ステアリング角度にステアリングされたスキャンライン情報に基づいてビームフォーマ１３０から出力される信号から超音波映像信号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１２２の制御の下に、プローブ１１０の変換素子１１２を通じてステアリング角度にステアリングされたスキャンラインに沿って超音波信号を対象体へ送信集束させ、対象体から反射されて変換素子へ受信される超音波信号に時間遅延を加えて超音波信号を受信集束させる。
プロセッサ１４０は、制御部１２２の制御の下に、スキャンライン情報に基づいてビームフォーマ１３０から出力される信号から対象体に対する超音波映像信号を形成する。
ディスプレイ部１５０は、プロセッサ１４０から超音波映像信号が入力され、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。
例えば、本実施例では、各変換素子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ために等差数列または等比数列を用いたが、他の実施例では、等差数列及び等比数列を同時に用いることもでき、多様な数列を用いることもできる。
また、本実施例では、プローブとして曲面型プローブを用いると説明したが、それだけに限定されず、線形プローブ（Ｌｉｎｅａｒ Ｐｒｂｏｅ）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
１２１：ステアリング角度算出部
１２２：制御部
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
１２１：ステアリング角度算出部
１２２：制御部
１３０：ビームフォーマ
１４０：プロセッサ
１５０：ディスプレイ部
Claims (10)
- 電気的信号を超音波信号に変換してスキャンラインに沿って対象体へ送信し、前記対象体から反射された超音波信号を受信して電気的信号に変換するためのｎ個の変換素子を備えるプローブと、
少なくとも二つのスキャンラインのステアリング（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）角度の関係によって決定された数列を用いて各変換素子に設定されるスキャンラインのステアリング角度を算出するためのステアリング角度算出部と、
前記ステアリング角度に基づいて前記各変換素子に設定されるスキャンラインのステアリングを制御するための制御部と
を備える超音波システム。 - 前記数列は、等差数列である請求項１に記載の超音波システム。
- 前記ステアリング角度算出部は、前記多数の変換素子で両端に位置する１番目及びｎ番目の変換素子でスキャンラインのステアリング角度を設定し、前記設定されたステアリング角度に基づいてステアリング角度の公差を算出し、前記公差を用いて各変換素子からスキャンラインのステアリング角度を算出する請求項２に記載の超音波システム。
- 前記数列は、等比数列である請求項１に記載の超音波システム。
- 前記ステアリング角度算出部は、前記多数の変換素子で両端に位置する１番目及びｎ番目の変換素子でスキャンラインのステアリング角度を設定し、前記設定されたステアリング角度に基づいてステアリング角度の公比を算出し、前記公比を用いて各変換素子からスキャンラインのステアリング角度を算出する請求項４に記載の超音波システム。
- スキャンラインに沿って超音波信号を送受信するｎ個の変換素子を有するプローブを備える超音波システムにおいて、前記スキャンラインを制御する方法であって、
ａ）少なくとも二つの事前設定されたステアリング角度の関係に基づいた数列を用いて各変換素子からスキャンラインのステアリング角度を算出する段階と、
ｂ）前記算出されたステアリング角度に基づいて設定されたスキャンラインに沿って前記超音波信号が集束されるように前記超音波信号の送信を制御する段階と
を備えるスキャンライン制御方法。 - 前記数列は、等差数列である請求項６に記載のスキャンライン制御方法。
- 前記段階ａ）は、
ａ１）前記多数の変換素子で両端に位置する１番目及びｎ番目の変換素子でスキャンラインのステアリング角度を設定する段階と、
ａ２）前記設定されたステアリング角度に基づいてステアリング角度の公差を算出する段階と、
ａ３）前記公差を用いて各変換素子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
を備える請求項７に記載のスキャンライン制御方法。 - 前記数列は、等比数列である請求項６に記載のスキャンライン制御方法。
- 前記段階ａ）は、
ａ４）前記多数の変換素子で両端に位置する１番目及びｎ番目の変換素子でスキャンラインのステアリング角度を設定する段階と、
ａ５）前記設定されたステアリング角度に基づいてステアリング角度の公比を算出する段階と、
ａ６）前記公比を用いて各変換素子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
を備える請求項９に記載のスキャンライン制御方法。
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