JP6513230B2 - 超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、および超音波観測装置の作動プログラム - Google Patents

超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、および超音波観測装置の作動プログラム Download PDF

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Description

本発明は、超音波を用いて観測対象の組織を観測する超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、および超音波観測装置の作動プログラムに関する。
観測対象である生体組織または材料の特性を観測するために、超音波を適用することがある。具体的には、観測対象に超音波を送信し、その観測対象によって反射された超音波エコーに対して所定の信号処理を施すことにより、観測対象の特性に関する情報を取得する。
超音波を適用した体内の生体組織などの診断には、挿入部の先端に超音波振動子が設けられた超音波内視鏡が用いられる。医師などの術者は、挿入部を体内に挿入後、手元の操作部を操作することにより、超音波振動子が超音波エコーを取得し、該超音波エコーに基づく情報(超音波画像)をもとに診断を行う。超音波診断システムでは、より詳細に診断したい場合や別視点の診断から総合的に結果の確度を上げたい場合などに、フローモード、エラストモード、造影剤モード等の各種動作モードで超音波画像を表示している。具体的には、基本となるBモード画像上に、関心領域を設定し、関心領域に対して、設定された動作モードに対応した演算等の処理を行うことによって得られた付加情報を2次元で示した動作モード画像を生成して、Bモード画像上に重畳し、モニタに表示している。
上述したモードのうち、フローモードは、ドプラシフトを解析して血液を検出し、血流の有無や血流の方向を色分けした二次元情報を重畳するモードである。フローモードでは、同一の深度方向に複数回スキャン走査を行って、深度ごとの振幅または強度の変化量に基づいて、血流情報を生成する。フローモードにおけるスキャン方法として、設定された走査領域を複数の部分領域に分割し、各部分領域において複数のスキャン方向(ライン)に対して順次スキャンを行うとともに、このスキャン順で複数回のスキャン走査を繰り返すことによって各スキャン方向の超音波エコーを取得する順次交互スキャンが知られている(例えば、特許文献1を参照)。特許文献1では、フロー画像の順次交互スキャンにおいて、走査対象の部分領域を変更する際にダミービームを送信して、スキャン走査の繰り返し時に生じる空間的に離れたスキャン方向間の受信条件の不連続性を抑制している。
特開2006−198075号公報
しかしながら、特許文献1が開示する順次交互スキャンでは、スキャン時に生じる残響エコーについては考慮されていなかった。このため、部分領域内で走査を行った際に、残響エコーによるノイズが二次元情報に含まれてしまい、重畳する画像が不明瞭な画像になってしまう場合があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、順次交互スキャン時の残響エコーによるノイズの影響を抑制することができる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、および超音波観測装置の作動プログラムを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る超音波観測装置は、複数の深度方向に対して順次超音波を送信するとともに、この順で超音波の送信を繰り返す順次交互スキャンによって取得される複数のスキャンデータに基づいてドプラ情報を生成する超音波観測装置であって、前記順次交互スキャンにおいて最初にスキャンする深度方向に前記超音波を送信することにより取得される第1スキャンデータと、前記最初にスキャンする深度方向と同一の深度方向に対して前記超音波を送信することにより取得される第2スキャンデータであって、2回目の前記超音波の送信により取得された第2スキャンデータとを比較演算する演算部と、前記演算部の演算結果に基づいて、前記順次交互スキャンにおける前記超音波の送信を繰り返す繰り返し周波数を制御する順次交互スキャン制御部と、を備えたことを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記演算部は、前記第1スキャンデータと、前記第2スキャンデータとを減算する減算部と、前記減算部の減算結果と、閾値とを比較して、前記第2スキャンデータにおける残響エコーの有無を判断する判断部と、前記判断部により前記第2スキャンデータに前記残響エコーが存在すると判断された場合に、前記繰り返し周波数の設定変更を行う繰り返し周波数設定部と、をさらに備えたことを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記繰り返し周波数設定部は、検出された前記残響エコーに基づき前記繰り返し周波数を設定するための加算時間を算出することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記繰り返し周波数設定部は、超音波送信の時間間隔が、設定されている超音波送信の時間間隔に前記加算時間を加算した時間以上となる時間を前記超音波送信の時間間隔とする前記繰り返し周波数を設定することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記判断部は、前記減算結果と閾値とを比較することによって残響エコーのピークを検出することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記ドプラ情報を生成する走査領域が複数の部分領域に分割されており、前記順次交互スキャン制御部は、前記部分領域ごとに前記順次交互スキャンを実行させる制御を行い、前記演算部は、設定された一つまたは複数の部分領域において、前記比較演算を行うことを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記繰り返し周波数設定部は、前記順次交互スキャンを行うスキャンライン数を変更することにより前記繰り返し周波数を設定することを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記順次交互スキャン制御部は、前記順次交互スキャンの前記繰り返し周波数をフレームごとに設定する制御を行うことを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置は、上記発明において、前記順次交互スキャン制御部は、前記順次交互スキャンを行う前に、前記順次交互スキャンにおいて最初にスキャンする深度方向に前記超音波を送信し、前記順次交互スキャンにおいて最後にスキャンする深度方向に前記超音波を送信した後、前記最初にスキャンする深度方向と同一の深度方向に対して前記超音波を送信する事前処理を行わせ、前記演算部は、前記事前処理により取得された前記第1スキャンデータと前記第2スキャンデータとを比較演算し、前記順次交互スキャン制御部は、前記事前処理に基づくスキャンデータによる前記演算部の演算結果に基づいて、前記順次交互スキャンにおける前記繰り返し周波数を制御することを特徴とする請求項1に記載の超音波観測装置。
本発明に係る超音波観測装置の作動方法は、複数の深度方向に対して順次超音波を送信するとともに、この順で超音波の送信を繰り返す順次交互スキャンによって取得される複数のスキャンデータに基づいてドプラ情報を生成する超音波観測装置の作動方法であって、演算部が、前記順次交互スキャンにおいて最初にスキャンする深度方向に前記超音波を送信することにより取得される第1スキャンデータと、前記最初にスキャンする深度方向と同一の深度方向に対して前記超音波を送信することにより取得される第2スキャンデータであって、2回目の前記超音波の送信により取得された第2スキャンデータとを比較演算する演算ステップと、順次交互スキャン制御部が、前記演算部の演算結果に基づいて、前記順次交互スキャンにおける前記超音波の送信を繰り返す繰り返し周波数を制御する順次交互スキャン制御ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明に係る超音波観測装置の作動プログラムは、複数の深度方向に対して順次超音波を送信するとともに、この順で超音波の送信を繰り返す順次交互スキャンによって取得される複数のスキャンデータに基づいてドプラ情報を生成する超音波観測装置に、前記順次交互スキャンにおいて最初にスキャンする深度方向に前記超音波を送信することにより取得される第1スキャンデータと、前記最初にスキャンする深度方向と同一の深度方向に対して前記超音波を送信することにより取得される第2スキャンデータであって、2回目の前記超音波の送信により取得された第2スキャンデータとを比較演算する演算手順と、前記演算手順の演算結果に基づいて、前記順次交互スキャンにおける前記超音波の送信を繰り返す繰り返し周波数を制御する順次交互スキャン制御手順と、を実行させることを特徴とする。
本発明によれば、順次交互スキャン時の残響エコーによるノイズの影響を抑制することができるという効果を奏する。
図1は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの構成を示すブロック図である。 図2は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置において設定される関心領域の一例を説明する図である。 図3は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うフロー用のRFデータ取得時の超音波送信タイミングの一例を説明する図である。 図4は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うフロー用のRFデータ取得時の受信エコーを説明する図である。 図5は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の制御による超音波送信処理を説明する図である。 図6は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うPRFの設定処理を説明するフローチャートである。 図7は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うPRFの設定変更を説明する図である。 図8は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うPRFの設定変更を説明する図である。 図9は、本発明の実施の形態の変形例1に係る超音波観測装置が行うフローモード時の処理を説明する図である。 図10は、本発明の実施の形態の変形例1に係る超音波観測装置が行うフローモード時の処理を説明する図である。 図11は、本発明の実施の形態の変形例2に係る超音波観測装置が行うフローモード時の処理を説明する図である。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、「実施の形態」という)を説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。さらに、図面の記載において、同一の部分には同一の符号を付している。
(実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置を備えた超音波診断システムの構成を示すブロック図である。同図に示す超音波診断システム1は、観測対象である被検体へ超音波を送信し、該被検体で反射された超音波を受信する超音波内視鏡2と、超音波内視鏡2が取得した超音波信号に基づいて超音波画像を生成する超音波観測装置3と、超音波観測装置3が生成した超音波画像を表示する表示装置4と、を備える。
超音波内視鏡2は、その先端部に、超音波観測装置3から受信した電気的なパルス信号を超音波パルス(音響パルス)に変換して被検体へ照射するとともに、被検体で反射された超音波エコーを電圧変化で表現する電気的なエコー信号(超音波信号)に変換して出力する超音波振動子21を有する。超音波振動子21は、ラジアル型の振動子により実現される。超音波内視鏡2は、超音波振動子21をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子21として複数の素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。
超音波内視鏡2は、通常は撮像光学系および撮像素子を有しており、被検体の消化管(食道、胃、十二指腸、大腸)、または呼吸器(気管、気管支)へ挿入され、消化管、呼吸器やその周囲臓器(膵臓、胆嚢、胆管、胆道、リンパ節、縦隔臓器、血管等)を撮像することが可能である。また、超音波内視鏡2は、撮像時に被検体へ照射する照明光を導くライトガイドを有する。このライトガイドは、先端部が超音波内視鏡2の被検体への挿入部の先端まで達している一方、基端部が照明光を発生する光源装置に接続されている。
超音波観測装置3は、送受信部31と、信号処理部32と、画像処理部33と、フレームメモリ34と、演算部35と、入力部36と、制御部37と、記憶部38と、を備える。
送受信部31は、超音波内視鏡2と電気的に接続され、所定の波形および送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる送信信号(パルス信号)を超音波振動子21へ送信するとともに、超音波振動子21から電気的な受信信号であるエコー信号を受信してデジタルの高周波(RF:Radio Frequency)信号のデータ(以下、RFデータという)を生成し、出力する。
送受信部31が送信するパルス信号の周波数帯域は、超音波振動子21におけるパルス信号の超音波パルスへの電気音響変換の線型応答周波数帯域をほぼカバーする広帯域にするとよい。
送受信部31は、制御部37が出力する各種制御信号を超音波内視鏡2に対して送信するとともに、超音波内視鏡2から識別用のIDを含む各種情報を受信して制御部37へ送信する機能も有する。
また、送受信部31は、エコー信号に応じたBモード画像、および血流の有無や血流の方向を色分けした二次元のドプラ情報であるフロー画像のいずれの画像を生成するかに応じて、制御部37の制御のもと、所定の送信タイミングに基づいて高電圧パルスからなる送信信号(パルス信号)を超音波振動子21へ送信する。具体的には、送受信部31は、例えば、フロー画像を生成する場合、フロー用の超音波送信タイミングであるパルスを送信する。送受信部31は、同一の方向に複数回超音波を送信し、反射した複数のエコー信号を受信することで、フロー用のエコー信号を取得する。送受信部31は、フロー用のエコー信号を受信すると、フロー用のRFデータを生成して、信号処理部32に出力する。
図2は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置において設定される関心領域の一例を説明する図である。図3は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うフロー用のRFデータ取得時の超音波送信タイミングの一例を説明する図である。本実施の形態においてフロー画像を取得する際は、順次交互スキャンによりエコー信号が取得される。順次交互スキャンでは、図2に示す走査領域100に対して設定されている関心領域R1を複数の領域に分割した複数の部分領域(部分領域R11〜R15、以下、ブロックともいう)ごとに、各部分領域において設定されている複数のスキャンラインについて複数回の走査が行われる。例えば、ある部分領域において、五つのスキャンライン(例えば第1スキャンライン、第2スキャンライン、・・・第5スキャンライン)が設定されている場合、第1スキャンラインから順に第5スキャンラインまで走査した後、再び第1スキャンラインに戻り、各スキャンラインについて複数のエコー信号を取得する。具体的には、図3に示すように、時間t21において1回目の第1スキャンライン(1)のスキャンが行われ、続けて時間t22において1回目の第2スキャンライン(2)のスキャンが行われ、時間t23において1回目の第3スキャンライン(3)のスキャンが行われ、時間t24において1回目の第4スキャンライン(4)のスキャンが行われ、時間t25において1回目の最後のスキャンラインである第5スキャンライン(5)のスキャンが行われる。その後、時間t26において2回目の第1スキャンラインのスキャンが行われ、順次2回目のスキャンが行われる。順次交互スキャンでは、設定された回数のスキャン走査を行うことによって、各スキャンラインにおいて複数のエコー信号を取得する。なお、順次交互スキャンにおけるスキャンタイミングは、少なくとも同一のスキャンラインにおけるスキャン間隔が一定となる。
関心領域R1は、例えば台形または扇形をなす領域が設定される。このほか、超音波振動子21の深さ方向(音線方向)に平行な線分と、該線分の端部同士を結び、かつ超音波振動子21の表面からの深さが同じ位置を結んでなる曲線とにより囲まれる扇形の領域を関心領域としてもよい。ここでいう「曲線」とは、超音波振動子21の走査方向に相当する。
信号処理部32は、送受信部31から受信したフロー用のRFデータをもとにデジタルのBモード用受信データおよびフロー用受信データを生成する。信号処理部32は、Bモード用受信データを生成するBモード用信号処理部321と、フロー用受信データを生成するフロー用信号処理部322と、を有する。
Bモード用信号処理部321は、RFデータに対してバンドパスフィルタ、包絡線検波、対数変換など公知の処理を施し、デジタルのBモード用受信データを生成する。対数変換では、RFデータを基準電圧で除した量の常用対数をとってデシベル値で表現する。Bモード用受信データは、超音波パルスの反射の強さを示す受信信号の振幅または強度が、超音波パルスの送受信方向(深度方向)に沿って並んだ複数のラインデータからなる。信号処理部32は、生成した1フレーム分のBモード用受信データを、画像処理部33へ出力する。
フロー用信号処理部322は、同様にして、上述した処理を施して、フロー用のRFデータに基づいて、複数のラインデータからなるフロー用受信データを生成する。フロー用信号処理部322は、同一方向のRFデータを用いて、超音波パルスの反射の強さを示す受信信号の振幅または強度の変化を所定の深さごとに算出し、該算出した変化量を有する音線(ラインデータ)を生成する。フロー用受信データは、超音波パルスの反射の強さを示す受信信号の振幅または強度の変化量が、超音波パルスの送受信方向(深度方向)に沿って並んだ複数のラインデータからなる。また、フロー用信号処理部322は、受信したフロー用のRFデータを検波した後、検波後のRFデータをフレームメモリ34に出力する。信号処理部32は、CPU(Central Processing Unit)や各種演算回路等を用いて実現される。
画像処理部33は、信号処理部32から受信したBモード用受信データおよびフロー用受信データに基づいてBモード画像データおよびフロー画像データをそれぞれ生成する。画像処理部33は、Bモード用受信データに基づいてBモード画像データを生成するBモード画像生成部331と、フロー用受信データに基づいてフロー画像データを生成するフロー画像生成部332と、フロー画像データをBモード画像データに重畳することによって画像合成を行う画像合成部333を有する。
Bモード画像生成部331は、信号処理部32から出力されたBモード用受信データに対して、スキャンコンバーター処理、ゲイン処理、コントラスト処理等の公知の技術を用いた信号処理を行うとともに、表示装置4における画像の表示レンジに応じて定まるデータステップ幅に応じたデータの間引き等を行うことによってBモード画像データを生成する。スキャンコンバーター処理では、Bモード用受信データのスキャン方向を、超音波のスキャン方向から表示装置4の表示方向に変換する。Bモード画像は、色空間としてRGB表色系を採用した場合の変数であるR(赤)、G(緑)、B(青)の値を一致させたグレースケール画像である。
また、フロー画像生成部332は、信号処理部32から受信したフロー用受信データに基づいてフロー画像データを生成する。具体的には、フロー画像生成部332は、設定されている関心領域における相対的な変化量に応じて各深さ位置に色情報を付与するとともに、欠損している位置の色情報を補間することにより、フロー画像データを生成する。色情報は、各位置における血流の有無や血流の方向を示すドプラ情報であり、ドプラ情報を生成する領域、例えば関心領域における変化量の割合で相対的に決まる色で表現される情報である。
Bモード画像生成部331およびフロー画像生成部332は、信号処理部32からのBモード用受信データおよびフロー用受信データに走査範囲を空間的に正しく表現できるよう並べ直す座標変換を施した後、Bモード用受信データ間、およびフロー用受信データ間の補間処理を施すことによって各々の受信データの空隙を埋め、Bモード画像データおよびフロー画像データを生成する。
画像合成部333は、座標情報に応じてフロー画像データを生成したBモード画像データに重畳することによって、表示用の画像データを生成する。
フレームメモリ34は、例えばリングバッファを用いて実現され、信号処理部32により検波された1ラインのフロー用のRFデータを時系列に沿って記憶する。フレームメモリ34は、複数のラインのフロー用のRFデータを時系列に沿って記憶するものであってもよい。この場合、フレームメモリ34は、容量が不足すると(所定のライン数のフロー用受信データを記憶すると)、最も古いフロー用のRFデータを最新のフロー用のRFデータで上書きすることで、最新のフロー用のRFデータを時系列順に所定ライン数記憶する。なお、フレームメモリ34は、Bモード用受信データや、Bモード画像データ、フロー画像データを記憶するものであってもよい。
演算部35は、各部分領域の走査時に発生する残響エコーの有無を検出し、残響エコーの有無に応じて超音波の送信に係る繰り返し周波数(Pulse Repetition Frequency:PRF)を設定する。本実施の形態において、PFRの設定は、スキャンラインの数の設定に相当する。演算部35は、減算部351と、判断部352と、PRF設定部353と、を有する。
減算部351は、部分領域において、フレームメモリ34を参照して、部分領域において最初にスキャンして得られたスキャンラインのRFデータと、2回目以降に走査した同一のスキャンラインのRFデータとを減算して、差分データを算出する。減算部351は、例えば、部分領域R11において1回目に走査した第1スキャンラインのRFデータと2回目に走査した第1スキャンデータのRFデータとの差分データ、具体的には、2回目の第1スキャンラインのRFデータから1回目の第1スキャンラインのRFデータを引いた差分を所定の時間間隔(深度間隔)で有する差分データを算出する。減算部351は、ドプラフィルタによるノイズキャンセラ後のRFデータを用いて差分データを算出することが好ましい。
判断部352は、減算部351により算出された差分と、記憶部38に記憶されている閾値とを比較して、2回目以降のスキャンデータにおいて、当該スキャンラインの前のスキャンライン走査時に送信された超音波による残響エコーが含まれているか否かを判断する。具体的に、2回目の第1スキャンラインのRFデータ取得時に、1回目の第5スキャンラインのRFデータ取得時に送信された超音波によるエコー信号を受信する場合があり、このエコー信号が残響エコーとなる。この残響エコーは、2回目の第1スキャンラインのRFデータとしては本来含まれないものであり、フロー画像を生成する際に、ノイズとなって現れる。
図4は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うフロー用のRFデータ取得時の受信エコーを説明する図である。部分領域において、1回目に送信された超音波により取得されるスキャンラインの受信エコー、例えば、図4の(a)に示す受信エコーは、これより前にスキャンが行われていない、具体的に、超音波振動子21は、異なるスキャンラインのスキャンが行われていないため、残響エコーは受信せず、血流に応じたエコーE1を受信する。一方、2回目以降に送信された超音波により取得されるスキャンラインの受信エコー、例えば、図4の(b)に示す2回目の受信エコーは、上述したエコーE1のほかに、これより前に送信された超音波、例えば、1回目の第5スキャンラインのRFデータ取得時に送信された超音波による残響エコーE10を受信する場合がある。この場合は、減算部351により算出された差分データが、この残響エコーに応じたピークを有する波形となる。判断部352は、上述した差分データと閾値とを比較して、このピークを検出することにより、残響エコーの有無を判断する。ここで用いられる閾値は、残響エコーとして検出され得るピーク値に基づき決定される値である。なお、隣り合うスキャンライン間でも残響エコーは生じるが、空間的に近いため、フロー画像においても連続的に表現される。一方で、第1スキャンラインと第5スキャンラインとのように、空間的に離れている場合は、フロー画像として不連続的に表現されるため、本実施の形態では、判断部352が、空間的に離れた場合に検出される残響エコーを検出するものとする。
PRF設定部353は、判断部352の判断結果に応じて、PRFの設定を行う。具体的に、PRF設定部353は、判断部352により残響エコーが含まれていると判定された場合に、PRFの設定変更を行う。PRF設定部353は、設定したPRFを制御部37に出力する。
入力部36は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパネル等のユーザインタフェースを用いて実現され、各種情報の入力を受け付ける。入力部36は、受け付けた情報を制御部37に出力する。
制御部37は、超音波診断システム1全体を制御する。制御部37は、演算および制御機能を有するCPUや各種演算回路等を用いて実現される。制御部37は、記憶部38が記憶、格納する情報を記憶部38から読み出し、超音波観測装置3の作動方法に関連した各種演算処理を実行することによって超音波観測装置3を統括して制御する。なお、制御部37を信号処理部32と共通のCPU等を用いて構成することも可能である。
制御部37は、フロー画像を取得する際に行う順次交互スキャンにおいて、PRF設定部353により設定されたPRFをもとに、部分領域におけるスキャンライン数の設定や、超音波の送信タイミングなどの設定情報を含む送信信号(パルス信号)を生成して、順次交互スキャンの制御を行う順次交互スキャン制御部371を有する。
記憶部38は、超音波診断システム1を動作させるための各種プログラム、および超音波診断システム1の動作に必要な各種パラメータ等を含むデータなどを記憶する。記憶部38は、順次交互スキャンの設定に関する情報である順次交互スキャン情報を記憶する順次交互スキャン情報記憶部381を有する。順次交互スキャン情報は、上述した判断部352が、残響エコーの有無を判断するための閾値(ピーク情報)や、PRF設定部353が設定するPRFに関する情報を記憶する。
また、記憶部38は、超音波診断システム1の作動方法を実行するための作動プログラムを含む各種プログラムを記憶する。作動プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、CD−ROM、DVD−ROM、フレキシブルディスク等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。なお、上述した各種プログラムは、通信ネットワークを介してダウンロードすることによって取得することも可能である。ここでいう通信ネットワークは、例えば既存の公衆回線網、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)などによって実現されるものであり、有線、無線を問わない。
以上の構成を有する記憶部38は、各種プログラム等が予めインストールされたROM(Read Only Memory)、および各処理の演算パラメータやデータ等を記憶するRAM(Random Access Memory)等を用いて実現される。
続いて、本実施の形態に係る超音波観測装置3が行うBモード画像データおよびフロー画像データの生成処理について、説明する。図5は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置の制御による超音波送信処理を説明する図である。なお、本実施の形態では、Bモード走査において、パルスの立ち下り、または立ち上がり時にライン走査を行うものとして説明する。
フロー観察では、Bモード走査のフレーム間に、フローモード走査を行ってフロー用のエコー信号を取得する。図5に示すフローモード走査では、各部分領域ごとに5回のフローモード用のライン走査を行うものとして説明する。なお、この連続したライン走査により得られ、組をなす複数の信号をパケットといい、上述した部分領域ごとにパケットが構成される。
具体的に、本実施の形態に係る超音波送信処理では、例えば、時間t10から時間t11の間で1フレーム分のBモード走査が終了し、時間t11からフローモード走査を開始する。時間t11から時間t12の間で一つの部分領域における超音波送信処理が行われる。例えば、時間t11から時間t12の間では、部分領域R11〜R15のうちの部分領域R11に対応する領域に対する超音波送信処理が行われる。各部分領域では、例えば、第1スキャンラインから第2スキャンライン、・・・第5スキャンラインまでのスキャンラインのライン走査を行って1パケット分の受信エコーを取得した後、再び第1スキャンラインから第2スキャンライン、・・・第5スキャンラインまでのスキャンラインのライン走査(パケット取得)を所定の回数だけ繰り返す。その後、他の部分領域において超音波送信処理を順次行う。時間t13において、最後の部分領域における最後のスキャンラインのライン走査が終了すると、1フレーム分のフローモード用の受信エコーを取得することができる。
フローモード走査の終了後、上述した処理を繰り返し、時間t13から時間t14の間で2フレーム目のBモード走査が開始され、Bモード走査終了後、時間t14から時間t15の間で2フレーム目のフローモード走査における最初の部分領域のライン走査が行われる。このようにして、1フレーム分のBモード走査と、1フレーム分のフローモード走査とを繰り返すことにより、それぞれの画像情報を生成するための受信エコーが取得される。
本実施の形態では、例えば部分領域における2回目の第1スキャンラインのRFデータを取得後、演算部35が、残響エコーの有無の判定処理を行い、残響エコーがあると判断した場合に、PRFの設定処理(演算ステップ)を行う。図6は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うPRFの設定処理を説明するフローチャートである。以下、制御部37の制御のもと、各部が動作するものとして説明する。まず、演算部35は、走査対象の部分領域において2回目のスキャンラインのRFデータ(以下、スキャンデータともいう)を取得したか否かを判断する。演算部35は、2回目のスキャンラインのスキャンデータを取得していないと判断した場合(ステップS101:No)、スキャンデータの確認を繰り返す。これに対し、演算部35は、2回目のスキャンラインのスキャンデータを取得したと判断した場合(ステップS101:Yes)、ステップS102に移行する。
ステップS102では、減算部351が、部分領域において1回目(最初)にスキャンした第1スキャンラインのRFデータと、2回目に走査した第1スキャンラインのRFデータとの減算処理を行って差分データを算出する。
差分算出後、判断部352が、減算部351により算出された差分と、記憶部38に記憶されている閾値とを比較して、2回目のスキャンデータにおいて残響エコーが含まれているか否かを判断する(ステップS103)。判断部352は、差分が閾値以下であり、2回目のスキャンデータに残響エコーが含まれていないと判断すると(ステップS103:Yes)、ステップS104に移行する。これに対し、判断部352は、差分が閾値より大きく、2回目のスキャンデータに残響エコーが含まれていると判断すると(ステップS103:No)、ステップS105に移行する。
判断部352による判断後、PRF設定部353が、判断結果に応じて次回以降の順次交互スキャンにおけるPRFの設定を行う。なお、PRF設定部353によりPRFが設定されると、順次交互スキャン制御部371により、設定後のPRFが適用された順次交互スキャンが実施される(順次交互スキャン制御ステップ)。
ステップS104では、PRF設定部353は、2回目のスキャンデータに残響エコーが含まれていないため、PRFを現状のまま維持する。これにより、フレームレートを維持しつつ、残響エコーの影響のないフロー用のエコー信号を受信することができる。
一方、ステップS105では、PRF設定部353は、2回目のスキャンデータに残響エコーが含まれているため、この残響エコーが含まれないようなPRFの設定を行う。PRF設定部353は、各スキャンラインのエコー信号の受信間隔を維持しつつ、3回目以降の第1スキャンラインのRFデータが残響エコーを含まないようなPRFに変更する。これにより、フレームレートが若干低下するものの、残響エコーの影響を排除したエコー信号の取得を行うことが可能である。
図7,8は、本発明の一実施の形態に係る超音波観測装置が行うPRFの設定変更を説明する図である。PRF設定部353は、例えば、図7の(a)および図7の(b)に示すように、同一スキャンラインのエコー信号の受信間隔である時間t31と時間t32との間隔や、時間t32と時間t33との間隔を維持しつつ、スキャンライン数を減少させて隣り合うスキャンライン間の超音波送信間隔を大きくすることによりPRFの設定変更を行う。
PRF変更前(図8の(a))は、1回目の最終スキャンラインのライン走査の超音波送信時間である時間t41に送信された超音波より生じた残響エコーE10が、エコーE2を取得するための2回目のスキャンラインの超音波送信開始時間である時間t42以降に存在している。これに対し、PRF変更後(図8の(b))は、1回目の最終スキャンラインのライン走査の超音波送信時間である時間t41に送信された超音波より生じた残響エコーE10が、2回目のスキャンラインの超音波送信時間である時間t43より前に存在するようになる。このように、PRF設定部353によるPRFの変更処理により、1回目より後の第1スキャンラインのRFデータ(受信エコー)が、残響エコーを含まないようにすることができる。
ここで、PRFの変更を行う場合、PRF設定部353は、図8に示すように、第1スキャンラインの2回目のライン走査の超音波送信開始時間である時間t42を基点として、残響エコーE10が消失するまでの時間、具体的には、PRF設定部353は、時間t42から時間t44までの時間t45をカウントし、最終のスキャンラインのライン走査の超音波送信開始時間である時間t41から時間t42までのカウント値である時間t46に時間t45を加算することによって一つのスキャンあたりの最短時間(t45+t46)を算出し、この最短時間をもとに、繰り返し周波数であるPRFを算出する。PRF変更後の超音波送信間隔は、この最短時間以上となっていればよく、例えば、図8の(b)では時間t41から時間t43までの間隔となっている。このように、PRF設定部353は、残響エコーの時間的な位置に応じてPRFの設定を行う。
また、残響エコーの検出およびPRFの変更は、各部分領域の順次交互スキャンを行う際、すなわちフレームごとにそれぞれ行うものであってもよいし、設定された一つまたは複数の部分領域の順次交互スキャンを行う際に行うものであってもよい。設定された一つまたは複数の部分領域の順次交互スキャンを行う際に残響エコーの検出およびPRFの変更を行う場合、残響エコーの検出およびPRFの変更を行わない部分領域については、前回設定されたPRFを維持して順次交互スキャンを行う。各部分領域の順次交互スキャンを行う際(フレームごと)に残響エコーの検出およびPRFの変更をその都度行えば、各部分領域に対して適切なPRFを設定することができる。これに対し、設定された一つまたは複数の部分領域の順次交互スキャンを行う際に残響エコーの検出およびPRFの変更を行えば、都度行う場合と比して演算量を低減させることができる。
その後、フロー用信号処理部322は、フローモード用のライン走査により得られたスキャンラインごとの複数の受信信号を用いて、走査領域における血液の変化量を含むフロー用受信信号データを生成する。この際、複数の受信信号から深度ごとの振幅または強度の変化量に基づいて、血流情報を生成する。なお、フローモード用のライン走査では、各ラインの全深度において振幅や強度を受信して、設定された関心領域(ROI)を走査領域としてこの範囲の血流情報を取得するものであってもよいし、画像全体を走査領域として血流情報を取得するものであってもよい。
フロー画像生成部332は、信号処理部32から受信したフロー用受信データに基づいてフロー画像データを生成する。画像合成部333は、Bモード画像生成部331が生成したBモード画像データ上に、フロー画像生成部332が生成したフロー画像データを重畳することによって、Bモード画像データ上に血流情報が重畳された合成画像データを生成する。
以上説明した本発明の一実施の形態によれば、1回目のスキャンラインのスキャンデータと、2回目以降のスキャンラインのスキャンデータであって、1回目のスキャンラインと同じスキャンラインのスキャンデータとを比較して残響エコーを検出し、残響エコーを検出した場合に、繰り返し周波数であるPRFを変更するようにしたので、フロー画像を生成した際の、空間的に離れたスキャンデータ間の残響エコーによる影響を抑制することができる。すなわち、本実施の形態によれば、順次交互スキャン時の残響エコーによるフロー画像におけるノイズの影響を抑制することが可能である。
(実施の形態の変形例1)
上述した実施の形態では、第1スキャンライン、第2スキャンライン、・・・第5スキャンラインのすべてのスキャンラインを走査後に、繰り返し行われる2回目のスキャンラインのスキャンデータを用いて残響エコーを検出するものとして説明したが、本変形例1では、順次交互スキャンを行う前に、検出用の走査を行うことによって、残響エコーの検出を行う。図9は、本発明の実施の形態の変形例1に係る超音波観測装置が行うフローモード時の処理を説明する図であって、判断部352が残響エコーを含まないと判断した場合の順次交互スキャンを説明する図である。
本変形例1では、順次交互スキャン制御部371が、まず、時間t51において部分領域の最初のスキャンラインのスキャンデータを取得した後、時間t52において最後のスキャンラインのスキャンデータを取得し、その後の時間t53において2回目の最初のスキャンラインのスキャンデータを取得し、上述したように、減算部351が、1回目に走査した第1スキャンラインのRFデータと2回目に走査した第1スキャンデータのRFデータとの差分データを算出する。その後、判断部352がこの差分データを用いて、残響エコーの検出を行う。
図9に示すように、残響エコーが存在しない場合は、PRFも変更されないため、順次交互スキャンにおいて、第1〜第5スキャンラインのスキャンデータが取得される。
図10は、本発明の実施の形態の変形例1に係る超音波観測装置が行うフローモード時の処理を説明する図であって、判断部352が残響エコーを含むと判断した場合の順次交互スキャンを説明する図である。図10に示すように、残響エコーが存在する場合は、PRFが変更され、上述したように、スキャンラインが減少する。このため、順次交互スキャンにおいて、第1〜第4スキャンラインのスキャンデータが取得される。この場合、n回目のスキャンデータの取得タイミングと、n+1回目のスキャンデータの取得タイミングとの時間間隔は、PRF変更前のn回目のスキャンデータの取得タイミングと、n+1回目のスキャンデータの取得タイミングとの時間間隔と同等である。
このように、順次交互スキャンを行う前に、残響エコーの検出処理を行ってPRFの変更を事前に行うようにすれば、特に残響エコーが検出された場合のフローモード走査に要する時間を、上述した実施の形態に係るフローモード走査に要する時間と比して短縮することができる。
(実施の形態の変形例2)
上述した実施の形態では、順次交互スキャンを開始後に、残響エコーを検出し、検出結果によってPRFを変更するものとして説明したが、本変形例2では、PRFが変更された場合にリセットを行って、PRF変更後、変更されたPRFを用いて新たに順次交互スキャンを行う。図11は、本発明の実施の形態の変形例2に係る超音波観測装置が行うフローモード時の処理を説明する図であって、判断部352が残響エコーを含むと判断した場合の順次交互スキャンを説明する図である。
本変形例2では、上述した実施の形態と同様に時間t61から順次交互スキャンを行い、時間t61において部分領域の最初のスキャンラインのスキャンデータを取得した後、順次スキャンデータを取得し、時間t62において最後のスキャンラインのスキャンデータを取得後、時間t63において2回目の最初のスキャンラインのスキャンデータを取得する。その後、減算部351が、1回目に走査した第1スキャンラインのRFデータと2回目に走査した第1スキャンラインのRFデータとの差分データを算出する。その後、判断部352がこの差分データを用いて、残響エコーの検出を行う。
残響エコーが存在する場合は、PRFが変更され、上述したように、スキャンラインが減少する。この場合、本変形例2では、時間t63において順次交互スキャンをリセットするとともに、時間t63から新たに第1〜第4スキャンラインのスキャンデータを取得する順次交互スキャンを開始する。
このように、順次交互スキャンを開始しても、残響エコーの検出処理を行ってPRFの変更が行われた場合に、リセットして新たなPRFで順次交互スキャンを行うようにしたので、上述した実施の形態に係るフローモード走査と比して一層確実に残響エコーの影響を抑制したフロー画像を得ることができる。
ここまで、本発明を実施するための形態を説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態によってのみ限定されるべきものではない。例えば、超音波観測装置において、各機能を有する回路同士をバスで接続することによって構成してもよいし、一部の機能が他の機能の回路構造に内蔵されるように構成してもよい。
また、本実施の形態では、超音波プローブとしてライトガイド等の光学系を有する超音波内視鏡2を用いて説明したが、超音波内視鏡2に限らず、撮像光学系および撮像素子を有しない超音波プローブであってもよい。さらに、超音波プローブとして、光学系のない細径の超音波ミニチュアプローブを適用してもよい。超音波ミニチュアプローブは、通常、胆道、胆管、膵管、気管、気管支、尿道、尿管へ挿入され、その周囲臓器(膵臓、肺、前立腺、膀胱、リンパ節等)を観察する際に用いられる。
また、超音波プローブとして、被検体の体表から超音波を照射する体外式超音波プローブを適用してもよい。体外式超音波プローブは、通常、腹部臓器(肝臓、胆嚢、膀胱)、乳房(特に乳腺)、甲状腺を観察する際に体表に直接接触させて用いられる。
また、超音波振動子は、リニア振動子でもラジアル振動子でもコンベックス振動子でも構わない。超音波振動子がリニア振動子である場合、その走査領域は矩形(長方形、正方形)をなし、超音波振動子がラジアル振動子やコンベックス振動子である場合、その走査領域は扇形や円環状をなす。また、超音波内視鏡は、超音波振動子をメカ的に走査させるものであってもよいし、超音波振動子として複数の素子をアレイ状に設け、送受信にかかわる素子を電子的に切り替えたり、各素子の送受信に遅延をかけたりすることで、電子的に走査させるものであってもよい。
このように、本発明は、請求の範囲に記載した技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な実施の形態を含みうるものである。
以上のように、本発明にかかる超音波観測装置、超音波観測装置の作動方法、および超音波観測装置の作動プログラムは、順次交互スキャン時の残響エコーによるノイズの影響を抑制するのに有用である。
1 超音波診断システム
2 超音波内視鏡
3 超音波観測装置
4 表示装置
21 超音波振動子
31 送受信部
32 信号処理部
33 画像処理部
34 フレームメモリ
35 演算部
36 入力部
37 制御部
38 記憶部
321 Bモード用信号処理部
322 フロー用信号処理部
331 Bモード画像生成部
332 フロー画像生成部
333 画像合成部
351 減算部
352 判断部
353 PRF設定部
371 順次交互スキャン制御部
381 順次交互スキャン情報記憶部

Claims (18)

  1. 複数の深度方向に対して順次超音波を送信するとともに、この順で超音波の送信を繰り返す順次交互スキャンによって取得される複数のスキャンデータに基づいてドプラ情報を生成する超音波観測装置であって、
    前記順次交互スキャンにおいて最初にスキャンする深度方向に前記超音波を送信することにより取得される第1スキャンデータと、前記最初にスキャンする深度方向と同一の深度方向に対して前記超音波を送信することにより取得される第2スキャンデータであって、2回目の前記超音波の送信により取得された第2スキャンデータとを比較演算する演算部と、
    前記演算部の演算結果に基づいて、前記順次交互スキャンにおける前記超音波の送信を繰り返す送信タイミングを制御する順次交互スキャン制御部と、
    を備えたことを特徴とする超音波観測装置。
  2. 前記演算部は、
    前記第1スキャンデータと、前記第2スキャンデータとを減算する減算部と、
    前記減算部の減算結果と、閾値とを比較して、前記第2スキャンデータにおける残響エコーの有無を判断する判断部と、
    前記判断部により前記第2スキャンデータに前記残響エコーが存在すると判断された場合に、前記送信タイミングとして繰り返し周波数の設定変更を行う繰り返し周波数設定部と、
    をさらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の超音波観測装置。
  3. 前記繰り返し周波数設定部は、検出された前記残響エコーに基づき前記繰り返し周波数を設定するための加算時間を算出する
    ことを特徴とする請求項2に記載の超音波観測装置。
  4. 前記繰り返し周波数設定部は、超音波送信の時間間隔が、設定されている超音波送信の時間間隔に前記加算時間を加算した時間以上となる時間を前記超音波送信の時間間隔とする前記繰り返し周波数を設定する
    ことを特徴とする請求項3に記載の超音波観測装置。
  5. 前記判断部は、前記減算結果と閾値とを比較することによって残響エコーのピークを検出する
    ことを特徴とする請求項2に記載の超音波観測装置。
  6. 前記ドプラ情報を生成する走査領域が複数の部分領域に分割されており、
    前記順次交互スキャン制御部は、前記部分領域ごとに前記順次交互スキャンを実行させる制御を行い、
    前記演算部は、設定された一つまたは複数の部分領域において、前記比較演算を行う
    ことを特徴とする請求項1に記載の超音波観測装置。
  7. 前記繰り返し周波数設定部は、前記順次交互スキャンを行うスキャンライン数を変更することにより前記繰り返し周波数を設定する
    ことを特徴とする請求項2に記載の超音波観測装置。
  8. 前記順次交互スキャン制御部は、前記順次交互スキャンの前記送信タイミングをフレームごとに設定する制御を行う
    ことを特徴とする請求項1に記載の超音波観測装置。
  9. 前記順次交互スキャン制御部は、前記順次交互スキャンを行う前に、前記順次交互スキャンにおいて最初にスキャンする深度方向に前記超音波を送信し、前記順次交互スキャンにおいて最後にスキャンする深度方向に前記超音波を送信した後、前記最初にスキャンする深度方向と同一の深度方向に対して前記超音波を送信する事前処理を行わせ、
    前記演算部は、前記事前処理により取得された前記第1スキャンデータと前記第2スキャンデータとを比較演算し、
    前記順次交互スキャン制御部は、前記事前処理に基づくスキャンデータによる前記演算部の演算結果に基づいて、前記順次交互スキャンにおける前記送信タイミングを制御する
    ことを特徴とする請求項1に記載の超音波観測装置。
  10. 前記送信タイミングは、繰り返し周波数である
    ことを特徴とする請求項8または9に記載の超音波観測装置。
  11. 複数の深度方向に対して順次超音波を送信するとともに、この順で超音波の送信を繰り返す順次交互スキャンによって取得される複数のスキャンデータに基づいてドプラ情報を生成する超音波観測装置の作動方法であって、
    演算部が、前記順次交互スキャンにおいて最初にスキャンする深度方向に前記超音波を送信することにより取得される第1スキャンデータと、前記最初にスキャンする深度方向と同一の深度方向に対して前記超音波を送信することにより取得される第2スキャンデータであって、2回目の前記超音波の送信により取得された第2スキャンデータとを比較演算する演算ステップと、
    順次交互スキャン制御部が、前記演算部の演算結果に基づいて、前記順次交互スキャンにおける前記超音波の送信を繰り返す送信タイミングを制御する順次交互スキャン制御ステップと、
    を含むことを特徴とする超音波観測装置の作動方法。
  12. 前記演算ステップにおいて、
    前記演算部が、
    前記第1スキャンデータと、前記第2スキャンデータとを減算し、
    減算結果と、閾値とを比較して、前記第2スキャンデータにおける残響エコーの有無を判断し、
    判断結果により前記第2スキャンデータに前記残響エコーが存在すると判断された場合に、前記送信タイミングとして繰り返し周波数の設定変更を行う、
    ことを特徴とする請求項11に記載の超音波観測装置の作動方法。
  13. 前記演算ステップにおいて、前記演算部が、検出された前記残響エコーに基づき前記繰り返し周波数を設定するための加算時間を算出する
    ことを特徴とする請求項12に記載の超音波観測装置の作動方法。
  14. 前記演算ステップにおいて、前記演算部が、超音波送信の時間間隔が、設定されている超音波送信の時間間隔に前記加算時間を加算した時間以上となる時間を前記超音波送信の時間間隔とする前記繰り返し周波数を設定する
    ことを特徴とする請求項13に記載の超音波観測装置の作動方法。
  15. 複数の深度方向に対して順次超音波を送信するとともに、この順で超音波の送信を繰り返す順次交互スキャンによって取得される複数のスキャンデータに基づいてドプラ情報を生成する超音波観測装置に、
    前記順次交互スキャンにおいて最初にスキャンする深度方向に前記超音波を送信することにより取得される第1スキャンデータと、前記最初にスキャンする深度方向と同一の深度方向に対して前記超音波を送信することにより取得される第2スキャンデータであって、2回目の前記超音波の送信により取得された第2スキャンデータとを比較演算する演算手順と、
    前記演算手順の演算結果に基づいて、前記順次交互スキャンにおける前記超音波の送信を繰り返す送信タイミングを制御する順次交互スキャン制御手順と、
    を実行させることを特徴とする超音波観測装置の作動プログラム。
  16. 前記演算手順において、
    前記第1スキャンデータと、前記第2スキャンデータとを減算し、
    減算結果と、閾値とを比較して、前記第2スキャンデータにおける残響エコーの有無を判断し、
    判断結果により前記第2スキャンデータに前記残響エコーが存在すると判断された場合に、前記送信タイミングとして繰り返し周波数の設定変更を行う、
    ことを特徴とする請求項15に記載の超音波観測装置の作動プログラム。
  17. 前記演算手順において、検出された前記残響エコーに基づき前記繰り返し周波数を設定するための加算時間を算出する
    ことを特徴とする請求項16に記載の超音波観測装置の作動プログラム。
  18. 前記演算手順において、超音波送信の時間間隔が、設定されている超音波送信の時間間隔に前記加算時間を加算した時間以上となる時間を前記超音波送信の時間間隔とする前記繰り返し周波数を設定する
    ことを特徴とする請求項17に記載の超音波観測装置の作動プログラム。
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