JP6925815B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

Ultrasonic diagnostic equipment Download PDF

Info

Publication number
JP6925815B2
JP6925815B2 JP2017021035A JP2017021035A JP6925815B2 JP 6925815 B2 JP6925815 B2 JP 6925815B2 JP 2017021035 A JP2017021035 A JP 2017021035A JP 2017021035 A JP2017021035 A JP 2017021035A JP 6925815 B2 JP6925815 B2 JP 6925815B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
transmission
ultrasonic
moving
aperture synthesis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017021035A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017159028A (en
Inventor
嶺 喜隆
喜隆 嶺
和俊 貞光
和俊 貞光
高橋 正美
正美 高橋
正敏 西野
正敏 西野
紀久 菊地
紀久 菊地
尚之 中沢
尚之 中沢
淳 中井
淳 中井
治郎 樋口
治郎 樋口
小林 豊
豊 小林
淙 姚
淙 姚
和男 手塚
和男 手塚
米山 直樹
直樹 米山
篤司 鷲見
篤司 鷲見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Medical Systems Corp
Original Assignee
Canon Medical Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Medical Systems Corp filed Critical Canon Medical Systems Corp
Priority to US15/450,886 priority Critical patent/US11103214B2/en
Publication of JP2017159028A publication Critical patent/JP2017159028A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6925815B2 publication Critical patent/JP6925815B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置に関する。 Embodiments of the present invention relate to an ultrasonic diagnostic apparatus.

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された振動素子から発生する超音波パルスや超音波連続波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生じる超音波反射を振動素子により電気信号に変換して、被検体内の情報を非侵襲的に収集するものである。超音波診断装置を用いた医療検査は、超音波プローブを体表に接触させる操作によって、各種の動画像データやリアルタイム画像データを容易に収集することができるため、臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。 The ultrasonic diagnostic device radiates ultrasonic pulses and continuous ultrasonic waves generated from the vibrating element built into the ultrasonic probe into the subject, and the ultrasonic reflection caused by the difference in acoustic impedance of the subject tissue is the vibrating element. The information in the subject is collected non-invasively by converting it into an electric signal. In medical examinations using an ultrasonic diagnostic device, various moving image data and real-time image data can be easily collected by contacting the ultrasonic probe with the body surface, which is useful for organ morphology diagnosis and functional diagnosis. Widely used.

また、3次元画像データを収集するために、1次元アレイを機械的に搖動させる4Dプローブや2次元アレイプローブを備えた3D超音波診断装置や、3次元画像データをほぼリアルタイムで時系列に収集する4D超音波診断装置も知られている。 In addition, in order to collect 3D image data, a 3D ultrasonic diagnostic device equipped with a 4D probe that mechanically shakes the 1D array and a 2D array probe, and 3D image data are collected in almost real time in time series. 4D ultrasonic diagnostic equipment is also known.

さらに、超音波プローブをロボットアームに保持させ、熟練した操作者による体表面の走査をプログラムしておくことにより、検査のスピードアップを図ることができるとする超音波診断装置等も提案されている。 Further, an ultrasonic diagnostic apparatus has been proposed in which an ultrasonic probe is held by a robot arm and a skilled operator is programmed to scan the body surface to speed up the examination. ..

1次元アレイプローブを機械的に搖動させて、或いは機械的に移動させて3次元画像を収集しようとした場合、1次元アレイのスライス方向の開口が小さいことに起因して、良好な画質の3次元画像を得ることが難しい。また、走査範囲が狭いことも実用を妨げる要因となっている。 When a 1D array probe is mechanically swung or mechanically moved to collect a 3D image, the image quality is good due to the small opening in the slice direction of the 1D array. It is difficult to obtain a dimensional image. In addition, the narrow scanning range is also a factor that hinders practical use.

また、2次元アレイプローブを用いて超音波ビームを2方向に電子走査することで3次元画像を得ることができるが、2次元アレイプローブはプローブ形状が正方形となるため、体表面にフィットしにくい。 Further, a three-dimensional image can be obtained by electronically scanning an ultrasonic beam in two directions using a two-dimensional array probe, but the two-dimensional array probe has a square probe shape, so that it is difficult to fit on the body surface. ..

また、肋骨の間からの撮像を考慮すると、スライス方向の開口を1次元アレイと同程度にする必要がある。この場合、スライス方向の開口が小さいことに起因して、1次元アレイと同様に、良好な画質の3次元画像を得ることが難しい。 Also, considering imaging from between the ribs, it is necessary to make the opening in the slice direction comparable to that of the one-dimensional array. In this case, it is difficult to obtain a three-dimensional image having good image quality as in the one-dimensional array due to the small opening in the slice direction.

特開2010−82333号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-82333

本発明が解決しようとする課題は、解像度が高く高画質の3次元画像を、広い走査範囲に亘って安定して取得することができる超音波診断装置を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of stably acquiring a three-dimensional image having high resolution and high image quality over a wide scanning range.

実施形態の超音波診断装置は、第1の方向と、前記第1の方向に直交する第2の方向に配列される複数の振動素子を具備し、前記第1の方向及び前記第2の方向に2次元スキャンが可能なプローブと、前記プローブを保持し前記プローブを前記第2の方向に機械的に移動させる移動デバイスと、前記第2の方向における前記プローブの複数の移動位置毎に、前記複数の振動素子で夫々受信される複数の反射信号を受信整相加算して第1の受信信号を生成する受信回路と、前記プローブの前記複数の移動位置毎に生成される前記第1の受信信号を、前記プローブの位置情報に基づいて移動開口合成して第2の受信信号を生成する移動開口合成部と、生成された前記第2の受信信号から画像データを生成する画像生成部と、を備える。 The ultrasonic diagnostic apparatus of the embodiment includes a plurality of vibrating elements arranged in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and the first direction and the second direction. A probe capable of two-dimensional scanning, a moving device that holds the probe and mechanically moves the probe in the second direction, and a plurality of moving positions of the probe in the second direction. A receiving circuit that generates a first received signal by receiving and phasing-adding a plurality of reflected signals received by a plurality of vibrating elements, and the first reception generated for each of the plurality of moving positions of the probe. A moving aperture synthesizer that generates a second received signal by synthesizing a signal based on the position information of the probe, and an image generator that generates image data from the generated second received signal. To be equipped.

本実施形態に係る超音波診断装置の概略の構成を示す図。The figure which shows the schematic structure of the ultrasonic diagnostic apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る超音波診断装置のより詳細な構成を示すブロック図。The block diagram which shows the more detailed structure of the ultrasonic diagnostic apparatus which concerns on this embodiment. (a)は、受信整相加算回路で形成されるアジマス方向のビームの概念を示す図、(b)は、固定焦点をもち、非ファンビーム形状を形成する超音波プローブのスライス方向のビーム形状を例示する図、(c)は、ファンビームが形成可能な超音波プローブのスライス方向のビーム形状を例示する図。(A) is a diagram showing the concept of a beam in the azimuth direction formed by the reception phase adjustment addition circuit, and (b) is a beam shape in the slice direction of an ultrasonic probe having a fixed focus and forming a non-fan beam shape. (C) is a diagram illustrating a beam shape in a slice direction of an ultrasonic probe capable of forming a fan beam. 開口合成処理の処理例を示すフローチャート。The flowchart which shows the processing example of the opening synthesis processing. ロボットアームによる超音波プローブの移動状況を模式的に示す図。The figure which shows typically the moving state of the ultrasonic probe by a robot arm. ロボットアームによる超音波プローブの移動状況を、超音波プローブのスライス方向のビーム形状(ファンビーム)と共に例示する図。The figure which illustrates the moving state of the ultrasonic probe by a robot arm together with the beam shape (fan beam) in the slice direction of an ultrasonic probe. 開口合成処理の概念を説明する図。The figure explaining the concept of aperture synthesis processing. 2DAプローブの振動素子の配列を例示する図。The figure which illustrates the arrangement of the vibrating elements of a 2DA probe. 2DAプローブの振動素子の配列と、2DAプローブの走査を説明する図。The figure explaining the arrangement of the vibrating elements of a 2DA probe and the scanning of a 2DA probe. 2DAプローブのスライス方向への機械的な移動を説明する第1の図。The first figure illustrating the mechanical movement of a 2DA probe in the slice direction. 2DAプローブのスライス方向への機械的な移動を説明する第2の図。FIG. 2 illustrates the mechanical movement of the 2DA probe in the slicing direction. 2DAプローブの機械的な移動とビーム形成の概念を説明する第1の図。FIG. 1 illustrates the concept of mechanical movement and beam formation of a 2DA probe. 2DAプローブの機械的な移動とビーム形成の概念を説明する第2の図。FIG. 2 illustrates the concept of mechanical movement and beam formation of a 2DA probe. スライス方向の機械的な移動による開口合成処理に関するブロック図。The block diagram about the aperture synthesis process by the mechanical movement in the slicing direction. 1DAプローブの機械的な移動とビーム形成の概念を説明する図。The figure explaining the concept of mechanical movement and beam formation of a 1DA probe. 2DAプローブのスキャン方向の開口合成の概念を説明する図。The figure explaining the concept of the aperture synthesis in the scanning direction of a 2DA probe. スキャン方向及びスライス方向の開口合成処理に関するブロック図。The block diagram regarding the aperture synthesis processing in the scan direction and the slice direction. 空間コンパウンド処理の処理例を示すフローチャート。The flowchart which shows the processing example of the spatial compound processing. スライス方向の機械的な移動による空間コンパウンド処理に関するブロック図。Block diagram of spatial compound processing by mechanical movement in the slice direction. スキャン方向及びスライス方向の空間コンパウンド処理に関するブロック図。The block diagram regarding the spatial compound processing in the scan direction and the slice direction. ロボットアームによる超音波プローブの移動状況を、体表面の変動と共に例示する図。The figure which illustrates the movement state of the ultrasonic probe by a robot arm together with the fluctuation of a body surface. 3次元空間コンパウンド処理の概念を説明する図。The figure explaining the concept of 3D space compound processing.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

(全般及び構成)
図1は、本実施形態に係る超音波診断装置1の概略の構成を示す図である。超音波診断装置1は、超音波診断装置本体200(以下、単に装置本体200と呼ぶ)、超音波プローブ120、ロボットアーム110、及びロボットアーム制御部140を少なくとも備える。ここで、ロボットアーム110は、超音波プローブ120を機械的に移動させる移動デバイスの一例である。
(General and composition)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment. The ultrasonic diagnostic apparatus 1 includes at least an ultrasonic diagnostic apparatus main body 200 (hereinafter, simply referred to as an apparatus main body 200), an ultrasonic probe 120, a robot arm 110, and a robot arm control unit 140. Here, the robot arm 110 is an example of a moving device that mechanically moves the ultrasonic probe 120.

ロボットアーム110は、例えばその先端部において超音波プローブ120を保持し、ロボットアーム制御部140からの制御信号にしたがって、超音波プローブ120を6自由度で移動させることができる。6自由度で移動させることができるとは、例えば、互いに直交するX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の並進3方向成分(X、Y、Z)と、X軸周り、Y軸周り、Z軸周りの回転3方向成分(θx、θy、θz)の6成分を任意の組み合わせで移動させることができるという意味である。換言すれば、ロボットアーム110は、超音波プローブ120を3次元空間内で任意の位置、任意の傾きで設置し、任意の軌跡、任意の速度で移動させることができる。 The robot arm 110 holds the ultrasonic probe 120 at its tip, for example, and can move the ultrasonic probe 120 with 6 degrees of freedom according to a control signal from the robot arm control unit 140. What can be moved with 6 degrees of freedom is, for example, translational three-direction components (X, Y, Z) in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction that are orthogonal to each other, and around the X-axis and around the Y-axis. This means that the six components of the three rotation direction components (θx, θy, θz) around the Z axis can be moved in any combination. In other words, the robot arm 110 can install the ultrasonic probe 120 at an arbitrary position and an arbitrary inclination in the three-dimensional space, and can move the ultrasonic probe 120 at an arbitrary trajectory and an arbitrary speed.

ロボットアーム110には、アームセンサ111が設けられており、アームセンサ111によって、ロボットアーム110の各部の動きを検出する。アームセンサ111として、ロボットアーム110には少なくとも位置センサが設けられ、この位置センサによって上記の6成分の位置を検出する。また、ロボットアーム110は位置センサに加えて、速度センサをアームセンサ111として設けてもよいし、さらに、位置センサと速度センサに加えて、加速度センサをアームセンサ111として設けてもよい。 The robot arm 110 is provided with an arm sensor 111, and the arm sensor 111 detects the movement of each part of the robot arm 110. As the arm sensor 111, the robot arm 110 is provided with at least a position sensor, and the position sensor detects the positions of the above six components. Further, the robot arm 110 may be provided with a speed sensor as an arm sensor 111 in addition to the position sensor, and may be further provided with an acceleration sensor as an arm sensor 111 in addition to the position sensor and the speed sensor.

また、ロボットアーム110は、アームセンサ111として、好ましくは圧力センサを備える。超音波プローブ120の生体接触圧力は、超音波プローブアダプタ(保持部)122を介してロボットアーム110に伝達し、ロボットアーム110に内蔵される圧力センサで検出される。 Further, the robot arm 110 preferably includes a pressure sensor as the arm sensor 111. The biological contact pressure of the ultrasonic probe 120 is transmitted to the robot arm 110 via the ultrasonic probe adapter (holding portion) 122, and is detected by a pressure sensor built in the robot arm 110.

上述したアームセンサ111に換えて、或いは、アームセンサ111に加えて、超音波プローブ120自体に、圧力センサ、位置センサ、速度センサ、加速度センサ等のプローブセンサ112を装着させるようにしてもよい。 Instead of the arm sensor 111 described above, or in addition to the arm sensor 111, the ultrasonic probe 120 itself may be equipped with a probe sensor 112 such as a pressure sensor, a position sensor, a speed sensor, and an acceleration sensor.

上記の位置センサ及び圧力センサの検出信号、或いはさらに速度センサや加速センサの検出信号を加えたこれらの検出信号は、ロボットアーム制御部140のよるフィードバック制御に用いられる。ロボットアーム110は、所定の軌跡情報に従ってロボットアーム制御部140で駆動される。軌跡情報は、超音波プローブ120の位置、傾き、移動経路、移動速度、生体接触圧力等を規定する情報である。ロボットアーム制御部140は、この軌跡情報と各アームセンサからの検出信号を用いて、超音波プローブ120が軌跡情報に従って動くように、ロボットアーム110をフィードバック制御する。 The detection signals of the position sensor and the pressure sensor, or the detection signals of the speed sensor and the acceleration sensor are added, and these detection signals are used for feedback control by the robot arm control unit 140. The robot arm 110 is driven by the robot arm control unit 140 according to predetermined locus information. The locus information is information that defines the position, inclination, movement path, movement speed, biological contact pressure, and the like of the ultrasonic probe 120. The robot arm control unit 140 uses this locus information and detection signals from each arm sensor to feedback-control the robot arm 110 so that the ultrasonic probe 120 moves according to the locus information.

上述したように、ロボットアーム110は、ボットアーム制御部140による制御の下、軌跡情報にしたがって、超音波プローブ120を被検体Pの体表面に沿って自動で移動させることができる。 As described above, the robot arm 110 can automatically move the ultrasonic probe 120 along the body surface of the subject P according to the locus information under the control of the bot arm control unit 140.

一方、これに換えて、超音波プローブ120がロボットアーム110に保持された状態で、操作者が超音波プローブ120を手動で移動させることもできる。この場合、ロボットアーム110は、ロボットアーム制御部140から切り離されて、操作者による超音波プローブ120の手動による操作にしたがって動くことになる。この場合においても、ロボットアーム110に取り付けられている位置センサや圧力センサ等のアームセンサ111は、動作し続けており、各アームセンサ111で検出した位置、速度、加速度や、生体接触圧力等の検出信号は、装置本体200に逐次送信される。 On the other hand, instead of this, the operator can manually move the ultrasonic probe 120 while the ultrasonic probe 120 is held by the robot arm 110. In this case, the robot arm 110 is separated from the robot arm control unit 140 and moves according to the manual operation of the ultrasonic probe 120 by the operator. Even in this case, the arm sensors 111 such as the position sensor and the pressure sensor attached to the robot arm 110 continue to operate, and the position, speed, acceleration, biological contact pressure, etc. detected by each arm sensor 111 are determined. The detection signal is sequentially transmitted to the apparatus main body 200.

図2は、上記の超音波診断装置1のより詳細な構成を示すブロック図であり、特に、装置本体200の細部構成を図示している。 FIG. 2 is a block diagram showing a more detailed configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus 1, and in particular, illustrates a detailed configuration of the apparatus main body 200.

上述したように、装置本体200には、超音波プローブ120、ロボットアーム110、アームセンサ111、アーム制御回路140(図1においては、ロボットアーム制御部140)が接続される。 As described above, the ultrasonic probe 120, the robot arm 110, the arm sensor 111, and the arm control circuit 140 (robot arm control unit 140 in FIG. 1) are connected to the apparatus main body 200.

装置本体200は、送信回路231、受信回路232、第1の処理回路210、記憶回路241、ディスプレイ250、入力デバイス260、及び第2の処理回路300を備えている。 The apparatus main body 200 includes a transmission circuit 231 and a reception circuit 232, a first processing circuit 210, a storage circuit 241, a display 250, an input device 260, and a second processing circuit 300.

送信回路231は、トリガ発生回路、遅延回路、パルサ回路等を有し、超音波プローブ120に駆動信号を供給する。トリガ発生回路は、所定のレート周波数でレートパルスを繰り返し発生する。遅延回路は、超音波プローブ120が有する振動素子毎に、レートパルスを所定の遅延量だけ遅延させる回路であり、送信ビームを集束させる、或いは所望の方向に指向させるための回路である。パルサ回路は、遅延させたレートパルスに基づいてパルス信号を生成し、超音波プローブ120の各振動素子に印加する。 The transmission circuit 231 includes a trigger generation circuit, a delay circuit, a pulsar circuit, and the like, and supplies a drive signal to the ultrasonic probe 120. The trigger generation circuit repeatedly generates rate pulses at a predetermined rate frequency. The delay circuit is a circuit that delays the rate pulse by a predetermined delay amount for each vibrating element of the ultrasonic probe 120, and is a circuit for focusing the transmitted beam or directing it in a desired direction. The pulser circuit generates a pulse signal based on the delayed rate pulse and applies it to each vibrating element of the ultrasonic probe 120.

超音波プローブ120は、被検体へ超音波信号を送信する一方、被検体内部からの超音波反射信号を受信する。超音波プローブ120は1次元アレイ型(1Dアレイ)でもよいし2次元アレイ型(2Dアレイ)でもよい。また、後述するように、1.25Dアレイ、1.5Dアレイ、或いは1.75Dアレイでもよい。受信した超音波信号は各振動素子で電気信号に変換され、受信回路232に供給される。 The ultrasonic probe 120 transmits an ultrasonic signal to the subject, while receiving an ultrasonic reflection signal from the inside of the subject. The ultrasonic probe 120 may be a one-dimensional array type (1D array) or a two-dimensional array type (2D array). Further, as described later, a 1.25D array, a 1.5D array, or a 1.75D array may be used. The received ultrasonic signal is converted into an electric signal by each vibrating element and supplied to the receiving circuit 232.

受信回路232は、増幅回路、A/D変換回路、受信整相加算回路234等を有する。超音波プローブ120の各振動素子から供給されるアナログ受信信号を増幅回路で増幅したのち、A/D変換回路でデジタル信号に変換する。その後、受信整相加算回路234において、振動素子毎に遅延量を与え、これらを加算することよって、所望のビーム方向に対応する受信信号が形成される。なお、受信回路232の受信整相加算回路234で形成されるビームは、超音波プローブ120内の振動素子の配列方向、即ち、アジマス方向のビームである。 The reception circuit 232 includes an amplifier circuit, an A / D conversion circuit, a reception phase adjustment addition circuit 234, and the like. The analog received signal supplied from each vibrating element of the ultrasonic probe 120 is amplified by the amplifier circuit and then converted into a digital signal by the A / D conversion circuit. After that, in the reception phase adjustment addition circuit 234, a delay amount is given to each vibrating element, and by adding these delays, a reception signal corresponding to a desired beam direction is formed. The beam formed by the reception phase adjustment addition circuit 234 of the reception circuit 232 is a beam in the arrangement direction of the vibrating elements in the ultrasonic probe 120, that is, in the azimuth direction.

図3(a)は、受信整相加算回路234で形成されるアジマス方向のビームBAZの概念を示す図である。超音波プローブ120内の振動素子の1つ1つは、アジマス方向に広いビーム幅をもつが、各振動素子からの受信信号を加算することによって、図3(a)に示すように、ビーム幅の小さなビームBAZが形成される。受信回路232の受信整相加算回路234から出力される受信信号は、アジマス方向において細いビーム幅に対応するものの、図3(b)、(c)に示すように、エレベーション方向、即ちスライス方向においては、超音波プローブ120の短手方向の大きさで定まる広いビーム幅のままである。 3 (a) is a diagram showing the concept of beam B AZ azimuthal formed by the reception phasing addition circuit 234. Each of the vibrating elements in the ultrasonic probe 120 has a wide beam width in the azimuth direction, and by adding the received signals from each vibrating element, the beam width is as shown in FIG. 3 (a). A small beam BAZ is formed. Although the received signal output from the reception phase adjustment addition circuit 234 of the reception circuit 232 corresponds to a narrow beam width in the azimuth direction, as shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c), the elevation direction, that is, the slice direction. In, the wide beam width, which is determined by the size of the ultrasonic probe 120 in the lateral direction, remains.

スライス方向のビーム形状としては、図3(b)に示すように、超音波プローブ120のレンズ(図示せず)によって所定の距離に焦点をもつビーム形状BEL1のタイプや、図3(c)に示すようにファンビームBEL2のタイプがある。図3(b)に示すビーム形状BEL1は1Dアレイプローブに対応する。また、図3(c)に示すようにファンビームBEL2は、2Dアレイプローブ、或いは1.25Dアレイプローブ、1.5Dアレイプローブ、1.75Dアレイプローブで実現することができる。 As the beam shape in the slice direction, as shown in FIG. 3 (b), a type of beam shape B EL1 having a focal point at a predetermined distance by a lens (not shown) of the ultrasonic probe 120 and FIG. 3 (c). There is a type of fan beam B EL2 as shown in. The beam shape B EL1 shown in FIG. 3B corresponds to a 1D array probe. Further, as shown in FIG. 3C, the fan beam B EL2 can be realized by a 2D array probe, a 1.25D array probe, a 1.5D array probe, or a 1.75D array probe.

ここで、1Dアレイプローブとは、短手方向の開口が一定であり、固定焦点のプローブである。2Dアレイプローブとは、エレベーション方向が、アジマス方向と同様の素子配列をもっており、両方向に電子走査や電子フォーカスが可能なプローブである。この中間として、1.25Dアレイプローブ、1.5Dアレイプローブ、1.75Dプローブがある。1.25Dアレイプローブは、短手方向の開口が可変であるが、固定焦点のプローブである。1.5Dアレイプローブは、短手方向の開口が可変であり、焦点距離も可変であるが、短手方向の超音波音場が中心軸に対称なプローブである。1.75Dアレイプローブは、短手方向の開口が可変、焦点距離も可変であり、短手方向の超音波音場も中心軸に対称という制約がないプローブであり、エレベーション方向へのビーム走査は可能である。ただし、エレベーション方向へのビーム走査の角度上限に制約がある。 Here, the 1D array probe is a probe having a constant opening in the lateral direction and a fixed focus. The 2D array probe is a probe that has an element arrangement in the elevation direction similar to that in the azimuth direction, and is capable of electron scanning and electron focusing in both directions. In the middle, there are a 1.25D array probe, a 1.5D array probe, and a 1.75D probe. The 1.25D array probe is a fixed focus probe with a variable opening in the lateral direction. The 1.5D array probe has a variable opening in the short direction and a variable focal length, but the ultrasonic sound field in the short direction is symmetrical with respect to the central axis. The 1.75D array probe is a probe that has a variable aperture in the short direction, a variable focal length, and the ultrasonic sound field in the short direction is not restricted to be symmetrical with respect to the central axis, and beam scanning in the elevation direction. Is possible. However, there is a limitation on the upper limit of the angle of beam scanning in the elevation direction.

図2に戻り、第1の処理回路210は、例えばプロセッサを具備し、プログラムが記憶回路241に保存された所定のプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。第1の処理回路210は、例えば、Bモード処理機能211、カラーモード処理機能212、ドップラモード処理機能213、走査制御機能214、画像解析機能215、3次元画像処理機能216等を実現する。 Returning to FIG. 2, the first processing circuit 210 includes, for example, a processor, and the program realizes various functions by executing a predetermined program stored in the storage circuit 241. The first processing circuit 210 realizes, for example, a B mode processing function 211, a color mode processing function 212, a Doppler mode processing function 213, a scanning control function 214, an image analysis function 215, a three-dimensional image processing function 216, and the like.

Bモード処理機能211は、受信信号に対して包絡線検波や対数変換処理等を施してBモード画像を生成する。カラーモード処理機能212は、受信信号に対してMTIフィルタ処理や自己相関処理を施してカラーモード画像を生成する。ドップラモード処理機能213は、受信信号に対してフーリエ変換処理等を施してスペクトラム画像を生成する。生成されたBモード画像、カラーモード画像、スペクトラム画像は、HDD(Hard Disk Drive)等で構成される記憶回路241に保存される。 The B-mode processing function 211 generates an B-mode image by performing envelope detection, logarithmic conversion processing, or the like on the received signal. The color mode processing function 212 performs MTI filter processing and autocorrelation processing on the received signal to generate a color mode image. The Doppler mode processing function 213 performs Fourier transform processing or the like on the received signal to generate a spectrum image. The generated B-mode image, color-mode image, and spectrum image are stored in a storage circuit 241 composed of an HDD (Hard Disk Drive) or the like.

なお、Bモード処理機能211、ドップラモード処理機能213、ドップラモード処理機能213の各機能を総称して、画像データ生成機能と呼ぶ。これらの各機能によって、Bモード画像、カラーモード画像、スペクトラム画像等の各種の画像データが生成されるからである。 The B mode processing function 211, the Doppler mode processing function 213, and the Doppler mode processing function 213 are collectively referred to as an image data generation function. This is because various image data such as a B-mode image, a color-mode image, and a spectrum image are generated by each of these functions.

また、後述する開口合成処理、送信整相加算処理、空間コンパウンド処理後のデータも、Bモード処理機能211、カラーモード処理機能212、ドップラモード処理機能213に供される。この場合、開口合成処理や、送信整相加算処理、或いは、空間コンパウンド処理が施されたBモード画像、カラーモード画像、スペクトラム画像が生成されることになる。
生成されたこれらの画像や、これらの画像に関連するデータは、ディスプレイ250に表示される。
Further, the data after the aperture synthesis processing, the transmission phase adjustment addition processing, and the spatial compound processing, which will be described later, are also provided to the B mode processing function 211, the color mode processing function 212, and the Doppler mode processing function 213. In this case, a B-mode image, a color-mode image, and a spectrum image that have undergone aperture synthesis processing, transmission phase adjustment addition processing, or spatial compound processing are generated.
These generated images and the data related to these images are displayed on the display 250.

走査御機能214は、超音波信号の送受信の方向や、超音波プローブ120の移動方向を制御し、被検体に対して超音波走査を行う。 The scanning function 214 controls the direction of transmission / reception of ultrasonic signals and the moving direction of the ultrasonic probe 120, and performs ultrasonic scanning on the subject.

画像解析機能215は、Bモード画像、カラーモード画像、スペクトラム画像等に対して、各種の画像解析を行い、解析結果をディスプレイ250に表示させる。3次元画像処理機能216は,位置情報付きで収集されたBモードビームデータ、カラーモードビームデータを3次元再構成して、MPR(Multi-Planar Reconstruction/ Reformation)法にて任意方向の断層像を生成したり,VR(Volume Rendering)法やMIP(Maximum Intensity Projection)法で3次元画像を生成したりする。ディスプレイ250は、例えば液晶パネル等を備える表示装置である。 The image analysis function 215 performs various image analyzes on the B mode image, the color mode image, the spectrum image, and the like, and displays the analysis result on the display 250. The three-dimensional image processing function 216 three-dimensionally reconstructs the B-mode beam data and the color-mode beam data collected with the position information, and creates a tomographic image in an arbitrary direction by the MPR (Multi-Planar Reconstruction / Reformation) method. It can be generated, or a three-dimensional image can be generated by the VR (Volume Rendering) method or the MIP (Maximum Intensity Projection) method. The display 250 is a display device including, for example, a liquid crystal panel.

入力デバイス260は、操作者の操作等によって各種のデータや情報を入力するためのデバイスである。入力デバイス260は、例えば、キーボード、マウス、トラックボール、ジョイスティック、タッチパネル等の操作デバイスや、音声入力デバイス等の各種の情報入力デバイスを含み得る。 The input device 260 is a device for inputting various data and information by an operation of an operator or the like. The input device 260 may include, for example, an operating device such as a keyboard, mouse, trackball, joystick, touch panel, and various information input devices such as a voice input device.

記憶回路241は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の半導体メモリの他、及び、HDD、光ディスク装置等の外部記憶装置を含む。 The storage circuit 241 includes a semiconductor memory such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and an external storage device such as an HDD and an optical disk device.

第2の処理回路300は、第1の処理回路210と同様に、例えばプロセッサを具備し、記憶回路241に保存された所定のプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。 Similar to the first processing circuit 210, the second processing circuit 300 includes, for example, a processor, and realizes various functions by executing a predetermined program stored in the storage circuit 241.

また、上記の第1の処理回路210、第2の処理回路300の他、アーム制御回路140もプロセッサを具備し、アーム制御回路140の内部、或いは記憶回路241に保存されたプログラムを実行することによって所定の機能を実現する。 Further, in addition to the first processing circuit 210 and the second processing circuit 300 described above, the arm control circuit 140 also includes a processor to execute a program stored inside the arm control circuit 140 or in the storage circuit 241. Achieve a predetermined function by.

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、CPU(Central Processing Unit)や、専用又は汎用のプロセッサを含む。また、プロセッサによるソフトウェア処理に換えて、ハードウェア処理によって各種の機能を実現することもできる。例えば、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等のハードウェアで、第1の処理回路210、第2の処理回路300、及びアーム制御回路140を構成することもできる。また、プロセッサによるソフトウェア処理と、ハードウェア処理を組み合わせてもよい。 The term "processor" used in the above description includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) and a dedicated or general-purpose processor. Further, instead of software processing by a processor, various functions can be realized by hardware processing. For example, application specific integrated circuits (ASICs), programmable logic devices (eg, Simple Programmable Logic Devices (SPLDs), Complex Programmable Logic Devices (CPLDs), and fields. A first processing circuit 210, a second processing circuit 300, and an arm control circuit 140 can also be configured by hardware such as a programmable gate array (FPGA). Further, software processing by the processor and hardware processing may be combined.

第2の処理回路300は、プローブ位置取得機能310、信号収集機能311、開口合成処理機能312、空間コンパウンド処理機能313等を実現する。 The second processing circuit 300 realizes a probe position acquisition function 310, a signal acquisition function 311, an aperture synthesis processing function 312, a spatial compound processing function 313, and the like.

(動作)
図4は、本実施形態にかかる超音波診断装置1の処理例を示すフローチャートである。以下、図4のフローチャートの流れに沿って、第2の処理回路300で実現する上記の各機能、及びアーム制御回路140で実現する機能を具体的に説明する。
(motion)
FIG. 4 is a flowchart showing a processing example of the ultrasonic diagnostic apparatus 1 according to the present embodiment. Hereinafter, the above-mentioned functions realized by the second processing circuit 300 and the functions realized by the arm control circuit 140 will be specifically described along with the flow chart of FIG.

ステップST100はアーム制御回路140で実現する機能に対応する。ステップST100で、アーム制御回路140は、超音波プローブ120を保持したロボットアーム110を、アレイの配列方向と直交する方向に移動させる。図5は、ロボットアーム110による超音波プローブ120の移動の様子を模式的に示す図である。図5に示すように、ロボットアーム110は、超音波プローブ120の長手方向(即ち、アレイの配列方向)と直交する方向に、軌跡情報に従って超音波プローブ120を移動させる。軌跡情報は、予め記憶回路241に保存されている。 Step ST100 corresponds to the function realized by the arm control circuit 140. In step ST100, the arm control circuit 140 moves the robot arm 110 holding the ultrasonic probe 120 in a direction orthogonal to the array direction. FIG. 5 is a diagram schematically showing a state of movement of the ultrasonic probe 120 by the robot arm 110. As shown in FIG. 5, the robot arm 110 moves the ultrasonic probe 120 in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the ultrasonic probe 120 (that is, the array direction) according to the trajectory information. The locus information is stored in the storage circuit 241 in advance.

ステップST102はプローブ位置取得機能310に対応する機能である。ステップST102で、プローブ位置取得機能310は、ロボットアーム110に取り付けられているアームセンサ111の出力信号、及び/又は、超音波プローブ120に取り付けられているプローブセンサ112の出力信号から、ロボットアーム110が保持している超音波プローブ120の位置情報を、超音波プローブ120の移動中に時々刻々取得する。取得する位置情報は、超音波プローブ120の移動方向の位置だけでなく、3次元としての位置情報であり、超音波プローブ120の向きや傾きに関する情報を含む。 Step ST102 is a function corresponding to the probe position acquisition function 310. In step ST102, the probe position acquisition function 310 uses the output signal of the arm sensor 111 attached to the robot arm 110 and / or the output signal of the probe sensor 112 attached to the ultrasonic probe 120 to the robot arm 110. The position information of the ultrasonic probe 120 held by the robot 120 is acquired every moment while the ultrasonic probe 120 is moving. The position information to be acquired is not only the position in the moving direction of the ultrasonic probe 120 but also the position information as three dimensions, and includes information on the direction and inclination of the ultrasonic probe 120.

ステップST103は信号収集機能311に対応する機能である。ステップST103で、信号収集機能311は、受信回路232から出力される受信信号を、超音波プローブ120の移動中に時々刻々収集する。ここで収集する受信信号は、超音波プローブ120の各振動素子のビーム形成前の受信信号か、アジマス方向にビーム形成された受信信号である。アジマス方向にビーム形成された受信信号の場合、アジマス方向においては高い解像度を有するものの、スライス方向(エレベーション方向)の解像度は、超音波プローブ120の短手方向の寸法に制約を受けているため、その解像度は低い。 Step ST103 is a function corresponding to the signal collection function 311. In step ST103, the signal collecting function 311 collects the received signal output from the receiving circuit 232 every moment during the movement of the ultrasonic probe 120. The received signal collected here is a received signal before beam formation of each vibrating element of the ultrasonic probe 120 or a received signal in which a beam is formed in the azimuth direction. In the case of a received signal beam formed in the azimuth direction, the resolution in the azimuth direction is high, but the resolution in the slice direction (elevation direction) is restricted by the dimensions of the ultrasonic probe 120 in the lateral direction. , Its resolution is low.

ステップST102とステップST103は、ロボットアーム110による超音波プローブ120の移動中に同時並行して行われる。収集した受信信号は、収集時における超音波プローブ120の位置情報と関連付けられて、例えば、記憶回路241のRAMに一時的に保存される。 Steps ST102 and ST103 are performed simultaneously and in parallel while the ultrasonic probe 120 is being moved by the robot arm 110. The collected received signal is associated with the position information of the ultrasonic probe 120 at the time of collection, and is temporarily stored in, for example, the RAM of the storage circuit 241.

図6は、ロボットアーム110による超音波プローブ120の移動の様子を、超音波プローブ120のスライス方向(エレベーション方向)のビーム形状(ファンビーム)と共に例示する図である。受信信号は、距離(被検体の深さ)方向の各サンプリング位置に対応する信号として構成されるが、この受信信号が超音波プローブ120の移動位置ごとに収集されて、記憶回路241に順次保存されていく。 FIG. 6 is a diagram illustrating the movement of the ultrasonic probe 120 by the robot arm 110 together with the beam shape (fan beam) in the slice direction (elevation direction) of the ultrasonic probe 120. The received signal is configured as a signal corresponding to each sampling position in the distance (depth of the subject) direction, and this received signal is collected for each moving position of the ultrasonic probe 120 and sequentially stored in the storage circuit 241. Will be done.

ステップST104は、開口合成処理機能312に対応するステップである。ステップST104で、開口合成処理機能312は、記憶回路241から、開口合成処理の対象となる所定数Nの受信信号と、それらに対応する超音波プローブ120の位置情報を読み出す。 Step ST104 is a step corresponding to the aperture synthesis processing function 312. In step ST104, the aperture synthesis processing function 312 reads out the received signals of a predetermined number N to be the target of the aperture synthesis processing and the position information of the ultrasonic probe 120 corresponding thereto from the storage circuit 241.

図7は、開口合成処理の概念を説明する図である。開口合成処理機能312は、間隔dごとに収集された夫々の受信信号に所定の遅延量を与えたのちに、各受信信号をコヒーレント加算する。これが開口合成処理である。コヒーレント加算とは、各受信信号の位相情報を保持した状態で加算する、即ち、各受信信号を複素信号(或いはIQ信号)として加算することである。この開口合成処理によって、スライス方向(エレベーション方向)にビーム幅の狭いビームを形成することができ、スライス方向(エレベーション方向)の解像度を高めることができる。なお、本実施形態の開口合成は、超音波プローブ120を移動させながらプローブの開口を合成する処理であるため、移動開口合成処理、或いは移動開口整相加算とも呼ぶ。 FIG. 7 is a diagram illustrating the concept of aperture synthesis processing. The aperture synthesis processing function 312 gives a predetermined delay amount to each received signal collected at each interval d, and then coherently adds each received signal. This is the aperture synthesis process. The coherent addition is to add while holding the phase information of each received signal, that is, to add each received signal as a complex signal (or IQ signal). By this aperture synthesis process, a beam having a narrow beam width can be formed in the slice direction (elevation direction), and the resolution in the slice direction (elevation direction) can be improved. Since the aperture synthesis of the present embodiment is a process of synthesizing the aperture of the probe while moving the ultrasonic probe 120, it is also called a moving aperture synthesis process or a moving aperture phase adjustment addition.

次に、超音波プローブ120として、2次元アレイプローブ(以下、2DAプローブと呼ぶ)を利用した場合を例に挙げて、本実施形態の開口合成処理について詳述する。 Next, the aperture synthesis process of the present embodiment will be described in detail by taking as an example a case where a two-dimensional array probe (hereinafter referred to as a 2DA probe) is used as the ultrasonic probe 120.

図8は、2DAプローブの振動素子の配列の模式図である。スキャン方向のみならず、スライス方向にも振動素子が分割され、振動素子が2次元に配列されている。各振動素子が装置本体200に電気的に接続され、超音波信号が送受信される。 FIG. 8 is a schematic diagram of the arrangement of the vibrating elements of the 2DA probe. The vibrating elements are divided not only in the scanning direction but also in the slicing direction, and the vibrating elements are arranged two-dimensionally. Each vibrating element is electrically connected to the apparatus main body 200, and an ultrasonic signal is transmitted and received.

図9は、2DAプローブの走査に関する模式図である。通常利用される1次元アレイプローブ(以下、1DAプローブと呼ぶ)と同様に、2DAプローブもリアルタイムの断層像を表示することができる。2DAプローブは、任意の方向の断層像を生成可能であるが、図9(a)に示すように、素子数が多い方向、言い換えれば、画質が最良の断面方向をスキャン方向とする。また、スキャン方向に直交する方向をスライス方向とする。 FIG. 9 is a schematic diagram relating to scanning of a 2DA probe. Similar to the commonly used one-dimensional array probe (hereinafter referred to as 1DA probe), the 2DA probe can display a tomographic image in real time. The 2DA probe can generate a tomographic image in any direction, but as shown in FIG. 9A, the scanning direction is the direction in which the number of elements is large, in other words, the cross-sectional direction in which the image quality is the best. Further, the direction orthogonal to the scanning direction is defined as the slicing direction.

スライス方向は、1DAプローブにおいて、音響レンズのよってビーム形成をする方向に相当する。2DAプローブは、総素子数の制約やプローブの形状の制約により、振動素子の配列に異方性があることが多い。 The slicing direction corresponds to the direction in which the beam is formed by the acoustic lens in the 1DA probe. The 2DA probe often has anisotropy in the arrangement of vibrating elements due to restrictions on the total number of elements and the shape of the probe.

図9(b)に示すように、基本的に、スキャン方向にリアルタイムの断層像が形成される。一方、スライス方向の振動素子もスライス方向のビーム形成に寄与する。2DAプローブでは、スライス方向のビーム形成を電子的に制御することにより、断層像をスライス方向に移動させることができる。2DAプローブを用いてボリュームデータを取得するときは、スキャン方向に形成される断層面をスライス方向に移動させる。 As shown in FIG. 9B, a real-time tomographic image is basically formed in the scanning direction. On the other hand, the vibrating element in the slice direction also contributes to the beam formation in the slice direction. With the 2DA probe, the tomographic image can be moved in the slice direction by electronically controlling the beam formation in the slice direction. When acquiring volume data using a 2DA probe, the tomographic plane formed in the scan direction is moved in the slice direction.

スライス方向の断層像は、電子的にだけでなく、機械的にも移動させることができる。図10は、本実施形態のロボットアーム110を用いて、2DAプローブを機械的な方法で移動させている状態を例示する図である。2DAプローブをスキャン方向に走査することによって、プローブ直下に断層像を形成する。そして、機械的な方法で2DAプローブを移動させることによって、断層像をスライス方向に移動させ、プローブ直下のボリュームデータを取得する。さらに、機械的な方法で2DAプローブを移動させながら、ボリュームデータを継続的に取得する。 The tomographic image in the slice direction can be moved not only electronically but also mechanically. FIG. 10 is a diagram illustrating a state in which the 2DA probe is moved by a mechanical method using the robot arm 110 of the present embodiment. By scanning the 2DA probe in the scanning direction, a tomographic image is formed directly under the probe. Then, by moving the 2DA probe by a mechanical method, the tomographic image is moved in the slice direction, and the volume data directly under the probe is acquired. Further, the volume data is continuously acquired while moving the 2DA probe by a mechanical method.

図11は、2DAプローブのスライス方向への機械的な移動を模式的に示す図である。2DAプローブの開口中心の直下に形成されるスキャン面に着目して、超音波ビームと空間内の観測点の関係を説明する。 FIG. 11 is a diagram schematically showing the mechanical movement of the 2DA probe in the slice direction. The relationship between the ultrasonic beam and the observation points in space will be described by focusing on the scan surface formed directly below the center of the opening of the 2DA probe.

図11(a)は、2DAプローブの振動素子面と、その直下のスキャン面との関係を説明する図である。生体内のある深さに、2DAプローブの振動素子面と平行な仮想面を設定し、超音波ビームが通過する観察点を設定する。2DAプローブの振動素子面の直下のスキャン面と仮想面との交線上で超音波ビームが通過する観察点をP1、P2、P3、P4、P5として、5本の超音波ビームの観察点を仮定する。 FIG. 11A is a diagram illustrating the relationship between the vibrating element surface of the 2DA probe and the scanning surface immediately below the vibrating element surface. A virtual surface parallel to the vibrating element surface of the 2DA probe is set at a certain depth in the living body, and an observation point through which the ultrasonic beam passes is set. Assuming 5 ultrasonic beam observation points, where the observation points through which the ultrasonic beam passes on the intersection of the scan surface directly below the vibrating element surface of the 2DA probe and the virtual surface are P1, P2, P3, P4, and P5. do.

図11(b)は、図11(a)の状態をスキャン方向に沿って見た(即ち、2DAプローブの移動方向と直交する方向から見た)ものである。この状態では、スキャン面が観察点P1を通過している。なお、スライス方向の2DAプローブの開口幅をDとしている。図11(c)は、2DAプローブが図11(b)の位置から機械的に距離Δdだけ移動した状態をスキャン方向に沿って見たものである。プローブの直下のスキャン面が、観察点Q1を通過する位置に移動している。図11(d)は、2DAプローブが図11(c)の位置からさらに機械的に距離Δdだけ移動して、スキャン面が、観察点R1を通過する位置に移動した状態をスキャン方向に沿って見たものである。 FIG. 11B is a view of the state of FIG. 11A along the scanning direction (that is, viewed from a direction orthogonal to the moving direction of the 2DA probe). In this state, the scanning surface has passed the observation point P1. The opening width of the 2DA probe in the slice direction is D. FIG. 11 (c) shows a state in which the 2DA probe is mechanically moved by a distance Δd from the position of FIG. 11 (b) along the scanning direction. The scanning surface directly below the probe has moved to a position where it passes through the observation point Q1. FIG. 11 (d) shows a state in which the 2DA probe is further mechanically moved by a distance Δd from the position of FIG. 11 (c) and the scan surface is moved to a position where it passes through the observation point R1 along the scan direction. I saw it.

なお、図11(a)では、観察点Q1を含むスキャン面と仮想面の交線上にある観察点を、Q1〜Q5として図示している。同様に、観察点R1を含むスキャン面と仮想面の交線上にある観察点を、R1〜R5として図示している。2DAプローブを機械的に移動させることにより、プローブ直下のスキャン面の観察位置は移動する。 In FIG. 11A, the observation points on the intersection of the scan surface including the observation point Q1 and the virtual surface are shown as Q1 to Q5. Similarly, the observation points on the intersection of the scan surface including the observation point R1 and the virtual surface are shown as R1 to R5. By mechanically moving the 2DA probe, the observation position of the scanning surface directly under the probe is moved.

図12は、ロボットアーム110を用いて2DAプローブを機械的に移動させて、開口合成する処理を説明する第1の図である。 FIG. 12 is a first diagram illustrating a process of mechanically moving a 2DA probe using a robot arm 110 to perform aperture synthesis.

図12(a)−(c)に示す2DAプローブの各位置は、図11(b)−(d)に示す2DAプローブの各位置に夫々対応している。つまり、図12(a)−(c)において、図11(b)−(d)と同様に、プローブ直下のスキャン面は、P1からQ1へ、そして、Q1からR1へと移動している。 Each position of the 2DA probe shown in FIGS. 12 (a)-(c) corresponds to each position of the 2DA probe shown in FIGS. 11 (b)-(d). That is, in FIGS. 12 (a)-(c), the scan surface directly under the probe moves from P1 to Q1 and from Q1 to R1 as in FIGS. 11 (b)-(d).

一方、開口合成処理を行う場合には、図12(a)−(c)中に矢印で示すように、図12(a)−(c)の各位置において、共通の観察点を通過するビームを形成する。例えば、図12(a)の位置において、観察点P1を通過するビームを形成してデータを収集する。そして、図12(b)の位置においても、2DAプローブを電子的にスライス方向に走査して、観察点P1を通過するビームも形成して、データを収集する。同様に、図12(c)の位置においても、2DAプローブを電子的にスライス方向に走査して、観察点P1を通過するビームも形成して、データを収集する。 On the other hand, when performing aperture synthesis processing, as shown by arrows in FIGS. 12 (a)-(c), a beam passing through a common observation point at each position in FIGS. 12 (a)-(c). To form. For example, at the position shown in FIG. 12A, a beam passing through the observation point P1 is formed and data is collected. Then, even at the position shown in FIG. 12B, the 2DA probe is electronically scanned in the slice direction to form a beam passing through the observation point P1 to collect data. Similarly, at the position shown in FIG. 12 (c), the 2DA probe is electronically scanned in the slice direction to form a beam passing through the observation point P1 to collect data.

図13は、ロボットアーム110を用いて2DAプローブを機械的に移動させて、開口合成する処理を説明する第2の図である。図13(a)−(c)は、図12(a)−(c)に夫々対応する図であり、図13(a)−(c)の各位置において、観察点P1からのエコー信号が収集されることを示している。 FIG. 13 is a second diagram illustrating a process of mechanically moving a 2DA probe using a robot arm 110 to perform aperture synthesis. 13 (a)-(c) are diagrams corresponding to FIGS. 12 (a)-(c), respectively, and the echo signal from the observation point P1 is generated at each position of FIGS. 13 (a)-(c). Indicates that it will be collected.

図13(a)−(c)の各位置において、観察点P1からのエコー信号を収集した後、図13(d)に示すとおり、図13(a)−(c)にて収集された観察点P1からのエコー信号により開口合成を行うことができる。すなわち、図13(a)−(c)の各位置で得られた観測点P1からのエコー信号に、所定の遅延を設定してコヒーレントに加算することにより開口合成を実施する。この開口合成により、スライス方向の開口幅が、Dから、D+2*Δdに増大した効果が得られ、スライス方向の空間分解能が向上する。 After collecting the echo signal from the observation point P1 at each position in FIGS. 13 (a)-(c), the observation collected in FIGS. 13 (a)-(c) as shown in FIG. 13 (d). Aperture synthesis can be performed by the echo signal from the point P1. That is, aperture synthesis is performed by coherently adding a predetermined delay to the echo signal from the observation point P1 obtained at each position in FIGS. 13 (a) to 13 (c). By this aperture synthesis, the effect of increasing the aperture width in the slice direction from D to D + 2 * Δd can be obtained, and the spatial resolution in the slice direction is improved.

上記の開口合成は、図2に示した開口合成処理機能312によって行われる。図14は、開口合成処理機能312に関わる、より詳細な機能を示すブロック図である。
今、図13(a)、(b)、(c)に示す2DAプローブの位置を、夫々A位置、B位置、C位置とする。まず、2DAプローブがA位置にあるとき、2DAプローブの各受信チャネルの信号は、受信回路232の受信整相加算回路234において、各チャネルに所望の遅延を加えて加算される。この結果、2DAプローブがA位置にあるときの、観察点P1に対応したエコー信号が得られる。
The above aperture synthesis is performed by the aperture synthesis processing function 312 shown in FIG. FIG. 14 is a block diagram showing a more detailed function related to the aperture synthesis processing function 312.
Now, the positions of the 2DA probes shown in FIGS. 13 (a), 13 (b), and (c) are defined as the A position, the B position, and the C position, respectively. First, when the 2DA probe is in the A position, the signals of each reception channel of the 2DA probe are added to each channel by adding a desired delay in the reception phase adjustment addition circuit 234 of the reception circuit 232. As a result, an echo signal corresponding to the observation point P1 when the 2DA probe is in the A position is obtained.

次に、プローブがロボットアームなど機械的な方法で移動する。移動手段がロボットアームの場合は、アーム制御回路140、又はアームセンサ111から、2Dプローブの部より位置情報を取得し、プローブ位置取得機能310にて遅延量を決定する。各移動時に観察点P1に対応するエコー信号は、受信信号収集機能311aによって記憶回路241に記録さる。 Next, the probe moves by a mechanical method such as a robot arm. When the moving means is a robot arm, the position information is acquired from the 2D probe section from the arm control circuit 140 or the arm sensor 111, and the delay amount is determined by the probe position acquisition function 310. The echo signal corresponding to the observation point P1 at each movement is recorded in the storage circuit 241 by the received signal collecting function 311a.

スライス方向開口合成処理機能312aのスライス遅延補正機能320は、決定された遅延量をエコー信号の移動位置に対応させて加えて補正する。その後、加算機能(1)321によってコヒーレントに加算することにより、スライス方向の開口合成を実現する。スライス遅延補正機能320と加算機能(1)321とによって、スライス方向開口合成処理機能(即ち、移動開口整相加算機能)312aを構成する。 The slice delay correction function 320 of the slice direction aperture synthesis processing function 312a corrects by adding the determined delay amount corresponding to the moving position of the echo signal. After that, by adding coherently by the addition function (1) 321, aperture synthesis in the slice direction is realized. The slice delay correction function 320 and the addition function (1) 321 constitute a slice direction aperture synthesis processing function (that is, a moving aperture phase adjustment addition function) 312a.

機械的な移動手段として、ロボットアームを例示したが、機械的なプローブの揺動制御機構を内蔵したメカニカル4Dプローブで、実現しても良い。プローブの位置情報は、メカニカル4Dプローブのモータの駆動回路等より取得することができる。 Although the robot arm has been exemplified as the mechanical moving means, it may be realized by a mechanical 4D probe having a built-in mechanical probe swing control mechanism. The position information of the probe can be acquired from the drive circuit of the motor of the mechanical 4D probe or the like.

図15は、1次元アレイプローブ(以下、1DAプローブと呼ぶ)を用いて開口合成を行う処理の概念を示す図である。1DAプローブは、スライス方向でビームを偏向させることができない。その一方、音響レンズにより直下方向に固定的な指向性がある。図15では、音響レンズの作るビーム形状をハッチングで模式的に示している。スライス方向の開口中心より音響レンズの焦点で定まるビームが形成される。 FIG. 15 is a diagram showing the concept of a process of performing aperture synthesis using a one-dimensional array probe (hereinafter referred to as a 1DA probe). The 1DA probe cannot deflect the beam in the slice direction. On the other hand, the acoustic lens has a fixed directivity in the direct downward direction. In FIG. 15, the beam shape formed by the acoustic lens is schematically shown by hatching. A beam determined by the focal point of the acoustic lens is formed from the center of the aperture in the slice direction.

図15(a)−(c)に示したように、1DAプローブの移動により、観察点P1を通過するビーム位置は変化する。図15(a)−(c)で得られた各エコー信号に、観測点P1に対する遅延を設定してコヒーレントに加算することにより開口合成の効果を得ることができる。スライス方向の開口幅が、Dから(D+2*Δd)に増大した効果が得られる。 As shown in FIGS. 15 (a)-(c), the position of the beam passing through the observation point P1 changes due to the movement of the 1DA probe. The effect of aperture synthesis can be obtained by setting a delay with respect to the observation point P1 and coherently adding each echo signal obtained in FIGS. 15 (a) to 15 (c). The effect of increasing the opening width in the slice direction from D to (D + 2 * Δd) can be obtained.

図13の2DAプローブの場合と図15の1DAプローブとの差異は、観察点P1の開口合成前に実現されているビーム幅にある。2DAプローブでは、観察点P1に指向したビームを形成できる。細いビーム幅の状態で、開口をずらして加算することにより開口合成が行われる。一方、1DAプローブでは、図15の模式図のとおり、太いビーム幅の状態で開口合成が行われる。 The difference between the 2DA probe of FIG. 13 and the 1DA probe of FIG. 15 lies in the beam width realized before the aperture synthesis of the observation point P1. With the 2DA probe, a beam directed to the observation point P1 can be formed. Aperture synthesis is performed by shifting the apertures and adding them in the state of a narrow beam width. On the other hand, in the 1DA probe, aperture synthesis is performed in a state of a thick beam width as shown in the schematic diagram of FIG.

1DAプローブを用いた開口合成の処理の流れ及び機能ブロックは、図14と共通である。但し、信号収集機能(1)で収集されるエコー信号は互いに異なる。2DAプローブで収集されるエコー信号は、2DAプローブの各移動位置において、P1、Q1、R1の各々が分離されたエコー信号が収集される。これに対して、1DAプローブでは、P1、Q1、R1が分離されず、合成された共通のエコー信号となる。この共通のエコー信号に対して、スライス遅延補正機能により、P1、Q1、R1の夫々に対応する遅延量が補正されて、開口合成が実施される。
なお、図13及び図15に示す開口合成は、プローブを移動させて行う開口合成であるため、移動開口合成と呼ぶ場合がある。
The flow and functional block of the processing of aperture synthesis using the 1DA probe are the same as those in FIG. However, the echo signals collected by the signal collection function (1) are different from each other. As for the echo signal collected by the 2DA probe, the echo signal in which each of P1, Q1 and R1 is separated is collected at each moving position of the 2DA probe. On the other hand, in the 1DA probe, P1, Q1 and R1 are not separated and become a synthesized common echo signal. With respect to this common echo signal, the slice delay correction function corrects the delay amount corresponding to each of P1, Q1, and R1, and aperture synthesis is performed.
Since the aperture synthesis shown in FIGS. 13 and 15 is an aperture synthesis performed by moving the probe, it may be referred to as a moving aperture synthesis.

図16は、2DAプローブの開口合成の変形例として、スキャン方向に送信整相加算して、送信開口合成処理を行う動作の概念を説明する図である。前述した移動開口合成は、2DAプローブをスライス方向に移動させながら、スライス方向に開口合成処理を行うのに対して、以下に説明する送信開口合成は、2DAプローブを同じくスライス方向に移動させつつも、スキャン方向(即ち、2DAプローブの移動方向に直交する方向)に開口合成する処理であることに留意されたい。図16(a)は図11(a)と同じ図である。図16(b)の上部には、2DAプローブのスキャン方向の振動素子の配列を模式的に示している。ここでは、簡単のために振動素子は、素子EL1〜素子EL7の7素子としている。 FIG. 16 is a diagram illustrating a concept of an operation of performing transmission aperture synthesis processing by performing transmission phase adjustment addition in the scanning direction as a modification of aperture synthesis of a 2DA probe. In the above-mentioned moving aperture synthesis, the aperture synthesis process is performed in the slice direction while moving the 2DA probe in the slice direction, whereas in the transmission aperture synthesis described below, the 2DA probe is also moved in the slice direction. Note that this is a process of aperture synthesis in the scanning direction (that is, the direction orthogonal to the moving direction of the 2DA probe). 16 (a) is the same as FIG. 11 (a). The upper part of FIG. 16B schematically shows the arrangement of the vibrating elements in the scanning direction of the 2DA probe. Here, for the sake of simplicity, the vibrating elements are 7 elements of element EL1 to element EL7.

またここでは、送信開口として、送信開口AP1〜送信開口AP3の3種類を想定する。送信開口AP1は、素子EL1〜素子EL3の3つの振動素子から構成される第1の送信用振動素子群に対応する。また、送信開口AP2は、素子EL2〜素子EL4の3つの振動素子から構成される第2の送信用振動素子群に対応し、同様に、送信開口AP3は、素子EL3〜素子EL5の3つの振動素子から構成される第3の送信用振動素子群に対応する。一方、受信開口は、素子EL1〜素子EL6の6つの振動素子から構成される受信用振動素子群に対応するものとしている。 Further, here, it is assumed that there are three types of transmission openings, transmission opening AP1 and transmission opening AP3. The transmission opening AP1 corresponds to a first group of vibrating elements for transmission, which is composed of three vibrating elements of elements EL1 to EL3. Further, the transmission opening AP2 corresponds to a second transmission vibration element group composed of three vibration elements of the element EL2 to the element EL4, and similarly, the transmission opening AP3 corresponds to the three vibrations of the elements EL3 to the element EL5. It corresponds to a third group of vibration elements for transmission composed of elements. On the other hand, the reception opening corresponds to a group of receiving vibration elements composed of six vibration elements of elements EL1 to EL6.

送信開口AP1では、素子EL1〜素子EL3の3つの振動素子によって形成される仮想的な点音源、即ち送信焦点F1、に向かって超音波ビームが送信される。言い換えると、送信開口AP1による送信では、所定の焦点位置に送信焦点F1が形成されるように、送信開口AP1を構成する素子EL1〜素子EL3の夫々の送信遅延量を設定している。今、観察点をP3とする。送信開口AP1より送信された超音波ビームは、送信焦点F1を通過し、ビームが広がりながら観察点P3も通過する。観察点P3で反射或いは散乱された超音波信号は、素子EL1〜素子EL6からなる6つの振動素子で受信される。6つの振動素子で受信された夫々の超音波信号に対して受信整相加算を行うことにより、送信開口AP1からの送信に対応する、観察点P3からのエコー信号が生成される。 At the transmission aperture AP1, an ultrasonic beam is transmitted toward a virtual point sound source formed by the three vibrating elements of the elements EL1 to EL3, that is, the transmission focus F1. In other words, in the transmission by the transmission aperture AP1, the transmission delay amount of each of the elements EL1 to EL3 constituting the transmission aperture AP1 is set so that the transmission focal point F1 is formed at a predetermined focal position. Now, let the observation point be P3. The ultrasonic beam transmitted from the transmission aperture AP1 passes through the transmission focal point F1 and also passes through the observation point P3 while the beam spreads. The ultrasonic signal reflected or scattered at the observation point P3 is received by six vibrating elements including the element EL1 to the element EL6. By performing the reception phase adjustment addition on each ultrasonic signal received by the six vibrating elements, an echo signal from the observation point P3 corresponding to the transmission from the transmission opening AP1 is generated.

ここで、受信整相加算とは、ある観測点のエコー信号を生成するために、この観測点から複数の受信素子までの夫々の伝搬距離の差異に起因する相対的な遅延時間が略同一となるように各受信信号の遅延時間を補正した上で、各受信信号を加算することである。上記の例では、観測点P3から素子EL1〜素子EL6までの夫々の伝搬距離の差異に起因する相対的な遅延時間が同一となるように素子EL1〜素子EL6の受信信号の遅延時間を補正した上で、各受信信号をコヒーレント加算することである。 Here, the reception phase adjustment addition means that the relative delay time due to the difference in propagation distance from this observation point to a plurality of receiving elements is substantially the same in order to generate an echo signal of a certain observation point. After correcting the delay time of each received signal so as to be, each received signal is added. In the above example, the delay time of the received signal of the elements EL1 to the element EL6 is corrected so that the relative delay times due to the difference in the propagation distances from the observation point P3 to the elements EL1 to the element EL6 are the same. Above, each received signal is coherently added.

同様に、送信開口AP2では、素子EL2〜素子EL4の3つの振動素子によって形成される仮想的な点音源、即ち送信焦点F2、に向かって超音波ビームが送信される。送信焦点F2を通過後、ビームが広がりながら観察点P3も通過する。その後、観察点P3で反射或いは散乱された超音波信号は、素子EL1〜素子EL6からなる6つの振動素子で受信される。6つの振動素子で受信された夫々の超音波信号に対して、上記と同様の受信整相加算を行うことにより、送信開口AP2からの送信に対応する、観察点P3からのエコー信号が生成される。 Similarly, in the transmission aperture AP2, an ultrasonic beam is transmitted toward a virtual point sound source formed by the three vibrating elements of the element EL2 and the element EL4, that is, the transmission focus F2. After passing through the transmission focal point F2, the beam also passes through the observation point P3 while spreading. After that, the ultrasonic signal reflected or scattered at the observation point P3 is received by six vibrating elements including the element EL1 to the element EL6. By performing the same reception phase adjustment addition as above for each ultrasonic signal received by the six vibrating elements, an echo signal from the observation point P3 corresponding to the transmission from the transmission opening AP2 is generated. NS.

また同様に、送信開口AP3では、素子EL3〜素子EL5の3つの振動素子によって形成される仮想的な点音源、即ち送信焦点F3、に向かって超音波ビームが送信される。送信焦点F3を通過後、ビームが広がりながら観察点P3も通過する。観察点P3で反射或いは散乱された超音波信号は、素子EL1〜素子EL6からなる6つの振動素子で受信される。6つの振動素子で受信された夫々の超音波信号に対して、上記と同様の受信整相加算を行うことにより、送信開口AP3からの送信に対応する、観察点P3からのエコー信号が生成される。 Similarly, in the transmission aperture AP3, an ultrasonic beam is transmitted toward a virtual point sound source formed by the three vibrating elements of the element EL3 to the element EL5, that is, the transmission focus F3. After passing through the transmission focal point F3, the beam also passes through the observation point P3 while spreading. The ultrasonic signal reflected or scattered at the observation point P3 is received by six vibrating elements including the element EL1 to the element EL6. By performing the same reception phase adjustment addition as above for each ultrasonic signal received by the six vibrating elements, an echo signal from the observation point P3 corresponding to the transmission from the transmission opening AP3 is generated. NS.

送信開口AP1〜AP3を順次切り替えることによって、各送信焦点(即ち、各点音源)がF1〜F3へと更新される。そして、送信開口AP1〜AP3の夫々に対応した観測点P3からの3つのエコー信号が得られる。
これら3つのエコー信号は、受信側のパス長の差異(即ち、観測点P3から素子EL1〜素子EL6までの距離の差異)に関しては受信整相加算によって補正されているものの、送信側のパス長は、送信開口AP1〜AP3で夫々異なっている。つまり、各送信焦点F1〜F3から、観測点P3までの伝搬距離がそれぞれ異なっている。
By sequentially switching the transmission openings AP1 to AP3, each transmission focus (that is, each point sound source) is updated to F1 to F3. Then, three echo signals from the observation point P3 corresponding to each of the transmission openings AP1 to AP3 are obtained.
Although these three echo signals are corrected by the reception phase adjustment addition for the difference in the path length on the receiving side (that is, the difference in the distance from the observation point P3 to the element EL1 to the element EL6), the path length on the transmitting side is corrected. Is different for each of the transmission openings AP1 to AP3. That is, the propagation distances from the transmission focal points F1 to F3 to the observation point P3 are different.

そこで、更新された各点音源と観察点P3との距離に応じた遅延時間を求め、送信開口AP1〜AP3の送信に対応する夫々の観測点P3からの3つのエコー信号を、この遅延時間が同一となるように補正した上でコヒーレント加算する処理を行っている。この処理を送信整相加算と呼んでいる。また、この送信整相加算により開口合成の効果が得られるため、この処理を送信開口合成とも呼んでいる。 Therefore, the delay time according to the distance between the updated sound source at each point and the observation point P3 is obtained, and the three echo signals from the observation points P3 corresponding to the transmission of the transmission openings AP1 to AP3 are obtained with this delay time. After correcting so that they are the same, the process of coherent addition is performed. This process is called transmission phase adjustment addition. Further, since the effect of aperture synthesis can be obtained by this transmission phase adjustment addition, this process is also called transmission aperture synthesis.

言い換えると、送信整相加算或いは送信開口合成とは、1つの送信開口を、例えばスキャン方向に、互いにオーバラップする複数の部分送信開口に分割し、複数の部分送信開口からの夫々の送信に対応する複数の受信信号を取得し、複数の部分送信開口で夫々形成される複数の送信焦点位置と、所定の観測点までの遅延時間が略同一となるように前記複数の受信信号の遅延時間を補正した上で、前記複数の受信信号を加算することにより、所定の観測点のエコー信号を生成する処理、のことである。 In other words, transmission phase adjustment addition or transmission aperture synthesis divides one transmission aperture into a plurality of partial transmission apertures that overlap each other, for example, in the scanning direction, and corresponds to each transmission from the plurality of partial transmission apertures. A plurality of received signals are acquired, and the delay times of the plurality of received signals are set so that the delay times to a predetermined observation point are substantially the same as the plurality of transmission focal positions formed by the plurality of partial transmission apertures. This is a process of generating an echo signal at a predetermined observation point by adding the plurality of received signals after correction.

上記の送信開口合成を行わない場合、送信焦点は、図16(b)に示すF1等の位置のように、設定された深さに固定される。焦点F1の手前と遠位では、図16(b)に示すように、送信の超音波ビームは広がっている。これに対して、上述した送信開口合成を行うことにより、焦点以外の観察点P3においても、超音波ビームを細くすることができる。 When the above transmission aperture synthesis is not performed, the transmission focus is fixed at a set depth as in the position of F1 or the like shown in FIG. 16 (b). Before and distal to the focal point F1, the transmitted ultrasonic beam is widespread, as shown in FIG. 16 (b). On the other hand, by performing the transmission aperture synthesis described above, the ultrasonic beam can be thinned even at the observation point P3 other than the focal point.

本実施形態ではスキャン方向に送信開口合成を行っている。スキャン方向の送信開口合成を行うことにより、スキャン方向において、被検体の浅部から深部まで、超音波ビームのビーム幅を細くかつ均一にすることができ、スキャン方向の解像度を高めることができる。さらに、送信開口合成、即ち送信整相加算により、複数の送信開口に夫々対応する複数の受信信号が加算されるため、信号対雑音比が向上し、感度も向上する。 In this embodiment, transmission aperture synthesis is performed in the scanning direction. By performing the transmission aperture synthesis in the scanning direction, the beam width of the ultrasonic beam can be made thin and uniform from the shallow part to the deep part of the subject in the scanning direction, and the resolution in the scanning direction can be improved. Further, since a plurality of received signals corresponding to the plurality of transmission apertures are added by the transmission aperture synthesis, that is, the transmission phase adjustment addition, the signal-to-noise ratio is improved and the sensitivity is also improved.

さらに、本実施形態では、上述のスキャン方向の送信開口合成と、図13及び図15に示したスライス方向の移動開口合成とを併用している。この結果、スキャン方向のビーム幅だけでなく、スライス方向のビーム幅も細くすることができ、スキャン方向、スライス方向共に解像度の高い画像が得られる。 Further, in the present embodiment, the transmission aperture synthesis in the scan direction described above and the moving aperture synthesis in the slice direction shown in FIGS. 13 and 15 are used in combination. As a result, not only the beam width in the scanning direction but also the beam width in the slicing direction can be narrowed, and an image having high resolution in both the scanning direction and the slicing direction can be obtained.

図17は、上記のスキャン方向の送信開口合成と、スライス方向の開口合成とを併用する処理のブロック図である。2DAプローブの各受信チャネルの信号は受信回路232の受信整相加算回路234にて、各チャネルに所定の遅延が与えられて整相加算(即ち、受信整相加算)され、観察点P3に対応したエコー信号となる。まず、送信開口AP1の観察点P3に対応したエコー信号が、信号収集機能(2)311bによって、記憶回路241に記憶される。同様に、送信開口AP2および送信開口AP3の観察点P3に対応するエコー信号が生成され、同じく記憶回路241に記憶される。送信開口AP1、送信開口AP2および送信開口AP3に各々対応したエコー信号について、観察点P3の位置からのエコー信号が整相加算(即ち、送信整相加算)される。送信整相加算は、スキャン方向送信開口合成処理機能(送信整相加算機能)312bの送信遅延補正機能323により、記憶された各エコー信号に所定の遅延が与えられ、さらに、加算機能(2)324で加算されることによって行われる。この結果、スキャン方向の送信開口合成が行われた観察点P3のエコー信号が生成される。 FIG. 17 is a block diagram of a process in which the transmission aperture synthesis in the scan direction and the aperture synthesis in the slice direction are used in combination. The signal of each reception channel of the 2DA probe is subjected to a predetermined delay in the reception phase adjustment addition circuit 234 of the reception circuit 232 to perform phase adjustment addition (that is, reception phase adjustment addition), and corresponds to the observation point P3. It becomes an echo signal. First, the echo signal corresponding to the observation point P3 of the transmission opening AP1 is stored in the storage circuit 241 by the signal acquisition function (2) 311b. Similarly, an echo signal corresponding to the observation point P3 of the transmission opening AP2 and the transmission opening AP3 is generated and stored in the storage circuit 241 as well. For the echo signals corresponding to the transmission aperture AP1, the transmission aperture AP2, and the transmission aperture AP3, the echo signals from the position of the observation point P3 are phasing-added (that is, the transmitting phasing-addition). In the transmission phase adjustment addition, a predetermined delay is given to each stored echo signal by the transmission delay correction function 323 of the scan direction transmission aperture synthesis processing function (transmission phase adjustment addition function) 312b, and further, the addition function (2) It is done by adding at 324. As a result, an echo signal at the observation point P3 in which the transmission aperture synthesis in the scanning direction is performed is generated.

スキャン方向の送信開口合成が行われた観察点P3のエコー信号に対して、スライス方向開口合成処理機能(即ち、移動開口整相加算機能)312aにより、スライス方向の開口合成が行われる。プローブがロボットアームなど機械的な方法で移動する。移動手段がロボットアームの場合は、アーム制御回路140又はアームセンサ111からプローブの位置情報を取得し、プローブ位置取得機能310により、各プローブ位置に応じた遅延量が決定される。一方、観察点P3に対応するエコー信号は、プローブの移動位置ごとに、信号収集機能(1)311aによって記憶回路241に記録される。その後、記憶された各エコー信号に対して、決定された遅延が与えられ、加算機能(1)321にて各移動位置のエコー信号がコヒーレントに加算されて、スライス方向の開口合成が実現される。 With respect to the echo signal of the observation point P3 in which the transmission aperture synthesis in the scan direction is performed, the aperture synthesis in the slice direction is performed by the slice direction aperture synthesis processing function (that is, the moving aperture phase adjustment addition function) 312a. The probe moves by a mechanical method such as a robot arm. When the moving means is a robot arm, the position information of the probe is acquired from the arm control circuit 140 or the arm sensor 111, and the probe position acquisition function 310 determines the delay amount according to each probe position. On the other hand, the echo signal corresponding to the observation point P3 is recorded in the storage circuit 241 by the signal collecting function (1) 311a for each moving position of the probe. After that, a determined delay is given to each stored echo signal, and the echo signal at each moving position is coherently added by the addition function (1) 321 to realize aperture synthesis in the slice direction. ..

スライス方向の開口合成には、図13に示すようにスライス方向にビームを偏向させて、観察点P3での開口合成を実施する方法と、図15にようにスライス方向にビームを偏向させることなく、観察点P3でのスライス方向の開口合成を行う方法がある。 Aperture synthesis in the slice direction includes a method of deflecting the beam in the slice direction as shown in FIG. 13 and performing aperture synthesis at the observation point P3, and a method of performing aperture synthesis in the slice direction without deflecting the beam in the slice direction as shown in FIG. , There is a method of performing aperture synthesis in the slice direction at the observation point P3.

上記の実施例について、種々の変形が可能である。図16に示したスキャン方向の送信開口合成は、2DAプローブにおいては、スライス方向に適用することが可能である。すなわち、プローブの移動前に、スライス方向に図16に示した送信開口合成を行い、さらに、プローブの移動後に、図13に示したスライス方向の移動開口合成を行う。 Various modifications are possible with respect to the above examples. The transmission aperture synthesis in the scan direction shown in FIG. 16 can be applied in the slice direction in the 2DA probe. That is, before the probe is moved, the transmission aperture synthesis shown in FIG. 16 is performed in the slice direction, and further, after the probe is moved, the moving aperture synthesis in the slice direction shown in FIG. 13 is performed.

あるいは、1DAプローブ及び2DAプローブにおいて、図16に示したスキャン方向の開口合成のみを行い、図13に示したプローブ移動を伴うスライス方向の開口合成は行わないことも選択肢となる。 Alternatively, for the 1DA probe and the 2DA probe, it is also an option to perform only the aperture synthesis in the scan direction shown in FIG. 16 and not perform the aperture synthesis in the slice direction accompanied by the probe movement shown in FIG.

また、1DAプローブにおいては、図15に示したプローブ移動を伴うスライス方向の開口合成に、図16に示したスキャン方向の開口合成を組み合わせることも可能である。 Further, in the 1DA probe, it is also possible to combine the aperture synthesis in the slice direction accompanied by the probe movement shown in FIG. 15 with the aperture synthesis in the scan direction shown in FIG.

また、スキャン方向の開口合成と、スライス方向の開口合成との間で、超音波の送受信条件を変えて行うことが可能である。また例えば、送受信の周波数、開口幅、焦点などの送受信条件の組み合わせを変えることも可能である。 Further, it is possible to change the ultrasonic wave transmission / reception conditions between the aperture synthesis in the scan direction and the aperture synthesis in the slice direction. Further, for example, it is possible to change the combination of transmission / reception conditions such as transmission / reception frequency, aperture width, and focus.

上記の開口合成処理が成立するためには、超音波の体内波長よりも十分に小さい精度で超音波プローブ120を精度良く移動させる必要がある。操作者が手動で超音波プローブ120を単に手にもって移動させても、このような精度を確保することはほぼ不可能であり、超音波プローブ120をロボットアーム110に保持して移動させることによってはじめて実現できる。 In order for the above-mentioned aperture synthesis process to be established, it is necessary to move the ultrasonic probe 120 with an accuracy sufficiently smaller than the internal wavelength of the ultrasonic wave. It is almost impossible to ensure such accuracy even if the operator manually moves the ultrasonic probe 120 by hand, and by holding and moving the ultrasonic probe 120 on the robot arm 110, the ultrasonic probe 120 is moved. It can be realized for the first time.

ここまでは、超音波プローブ120を機械的に移動させて開口合成する処理について説明してきたが、実施形態の超音波診断装置1は、超音波プローブ120を機械的に移動させて空間コンパウンド処理を行うこともできる。以下、本実施形態の空間コンパウンド処理について説明する。なお、本実施形態の空間コンパウンド処理は、超音波プローブ120の開口を機械的に移動させながら行うため、移動開口コンパウンド処理とも呼ぶ。 Up to this point, the process of mechanically moving the ultrasonic probe 120 to perform aperture synthesis has been described, but the ultrasonic diagnostic apparatus 1 of the embodiment mechanically moves the ultrasonic probe 120 to perform spatial compound processing. You can also do it. Hereinafter, the spatial compound processing of the present embodiment will be described. Since the spatial compound treatment of the present embodiment is performed while mechanically moving the opening of the ultrasonic probe 120, it is also called a moving aperture compound treatment.

図18は、本実施形態の空間コンパウンド処理の処理例を示すフローチャートである。ステップST100からステップST103までの処理は、上述した開口合成処理と同じであるため、説明を省略する。ステップST105において空間コンパウンド処理を実施する。 FIG. 18 is a flowchart showing a processing example of the spatial compound processing of the present embodiment. Since the processes from step ST100 to step ST103 are the same as the aperture synthesis process described above, the description thereof will be omitted. Spatial compound processing is performed in step ST105.

ステップST105は、図2における空間コンパウンド処理機能313に対応するステップである。空間コンパウンド処理とは、同じ位置対して異なる方向から送受信して得られる複数の受信信号を、インコヒーレント加算する処理である。インコヒーレント加算とは、受信信号の位相情報を取り除いて加算する処理であり、例えば、複素信号として得られた各受信信号を振幅信号に変換してから加算する処理である。空間コンパウンド処理により、実質部の均一性が増加し、病変部の辺縁エコーのつながりが向上する、といった効果が得られる。 Step ST105 is a step corresponding to the spatial compound processing function 313 in FIG. The spatial compound process is a process of incoherently adding a plurality of received signals obtained by transmitting and receiving from different directions to the same position. The incoherent addition is a process of removing the phase information of the received signal and adding it. For example, it is a process of converting each received signal obtained as a complex signal into an amplitude signal and then adding the signal. The spatial compound treatment has the effect of increasing the uniformity of the parenchyma and improving the connection of marginal echoes of the lesion.

開口合成処理のない従来の1次元アレイプローブを用いた空間コンパウンド処理は、2次元空間、即ちアジマス面内での空間コンパウンド処理であった。これに対して、本実施形態では、次元数が増えて3次元空間での空間コンパウンド処理が可能となるため、空間コンパウンドの効果をより一層高めることが可能となる。 The spatial compounding process using the conventional one-dimensional array probe without the aperture synthesis process is a two-dimensional space, that is, a spatial compounding process in the azimuth plane. On the other hand, in the present embodiment, since the number of dimensions increases and the spatial compound processing in the three-dimensional space becomes possible, the effect of the spatial compound can be further enhanced.

図19は、空間コンパウンド機能に関する機能ブロックである。実施形態の超音波診断装置1は、空間コンパウンド処理を行うために、移動開口コンパウンド機能としてのスライス方向空間コンパウンド機能313aを有する。移動開口コンパウンド機能は、スライス遅延補正機能320と、加算機能(3)313bとを有する。 FIG. 19 is a functional block related to the spatial compound function. The ultrasonic diagnostic apparatus 1 of the embodiment has a slice direction spatial compound function 313a as a moving aperture compound function in order to perform the spatial compound processing. The moving aperture compound function has a slice delay correction function 320 and an addition function (3) 313b.

開口合成処理と同様に、空間コンパウンド処理においても、2DAプローブを機械的に移動させ、観測点P1に対応するエコー信号を、2DAプローブの移動位置ごとに収集する。その後、収集したエコー信号に、プローブ位置に応じた遅延量を与える。したがって、図19における受信整相加算回路234、信号収集機能(1)311a、プローブ位置取得機能310、及びスライス遅延補正機能320は、図14に示すものと実質的に同じである。空間コンパウンド処理と開口合成処理との差異は加算機能にある。 Similar to the aperture synthesis process, in the spatial compound process, the 2DA probe is mechanically moved, and the echo signal corresponding to the observation point P1 is collected for each movement position of the 2DA probe. After that, the collected echo signal is given a delay amount according to the probe position. Therefore, the reception phase adjustment addition circuit 234, the signal acquisition function (1) 311a, the probe position acquisition function 310, and the slice delay correction function 320 in FIG. 19 are substantially the same as those shown in FIG. The difference between the spatial compound processing and the aperture synthesis processing lies in the addition function.

開口合成処理では、図14の加算機能(1)321において、プローブ位置ごとに得られる複数のエコー信号をコヒーレント加算することによって開口合成を行っているのに対して、空間コンパウンド処理では、図19の加算機能(3)330において、プローブ位置ごとに得られる複数のエコー信号をインコヒーレント加算することによって空間コンパウンド処理を実現している。 In the aperture synthesis process, in the addition function (1) 321 of FIG. 14, aperture synthesis is performed by coherently adding a plurality of echo signals obtained for each probe position, whereas in the spatial compound process, FIG. 19 Addition function (3) In 330, spatial compound processing is realized by incoherently adding a plurality of echo signals obtained for each probe position.

図20は、空間コンパウンド処理を、スライス方向だけでなく、スキャン方向に対しても行う処理の機能ブロック図である。図20に示す空間コンパウンド処理機能は、図17に示す開口合成処理に対応するものである。 FIG. 20 is a functional block diagram of a process in which the spatial compound process is performed not only in the slice direction but also in the scan direction. The spatial compound processing function shown in FIG. 20 corresponds to the aperture synthesis processing shown in FIG.

図20では、図19に示す構成に加えて、信号収集機能(2)311、及びスキャン方向送信コンパウンド処理機能313bを有する。スキャン方向送信コンパウンド処理機能313bは、さらに、送信遅延補正機能323、及び加算機能(4)331を有する。
ここで、信号収集機能(2)311、及び、送信遅延補正機能323は、図17に示すものと同じである。
In FIG. 20, in addition to the configuration shown in FIG. 19, it has a signal acquisition function (2) 311 and a scan direction transmission compound processing function 313b. The scan direction transmission compound processing function 313b further has a transmission delay correction function 323 and an addition function (4) 331.
Here, the signal acquisition function (2) 311 and the transmission delay correction function 323 are the same as those shown in FIG.

一方、開口合成処理を行う図17の加算機能(2)324では、複数の信号をコヒーレント加算しているのに対して、空間コンパウンドを行う図20の加算機能(4)331では、複数の信号をインコヒーレント加算している点で相違している。加算機能(3)330によるインコヒーレント加算と、加算機能(4)331によるインコヒーレント加算により、スライス方向とスキャン方向において、空間コンパウンド処理が可能となる。 On the other hand, the addition function (2) 324 of FIG. 17 that performs aperture synthesis processing coherently adds a plurality of signals, whereas the addition function (4) 331 of FIG. 20 that performs spatial compound adds a plurality of signals. Is different in that it is incoherently added. The incoherent addition by the addition function (3) 330 and the incoherent addition by the addition function (4) 331 enable spatial compound processing in the slice direction and the scan direction.

上記の空間コンパウンドの実施例について、種々の変形が可能である。例えば、空間コンパウンド処理と開口合成処理を組み合わせることが可能である。また、スキャン方向の空間コンパウンド処理は、図20に示したスキャン方向送信コンパウンド処理機能313による方式に限定されない。例えば、スキャン方向においては、同一観察点に電子スキャンにより複数回異なる方向で走査することが可能であり、それらのエコー信号を空間コンパウンド処理することが可能である。 Various modifications are possible with respect to the above spatial compound embodiments. For example, it is possible to combine spatial compound processing and aperture synthesis processing. Further, the spatial compound processing in the scanning direction is not limited to the method by the scanning direction transmission compound processing function 313 shown in FIG. For example, in the scanning direction, it is possible to scan the same observation point a plurality of times in different directions by electronic scanning, and it is possible to perform spatial compound processing on those echo signals.

また、空間コンパウンドを行う際に、超音波の送受信条件を変えて行うことが可能である。例えば、送受信の周波数、開口幅、焦点など所望の条件を組み合わせることが可能である。また、コンパウンド処理は空間方向に限定されない。周波数を利用したコンパウンド処理を組み合わせることが可能である。 Further, when performing the spatial compound, it is possible to change the transmission / reception conditions of ultrasonic waves. For example, it is possible to combine desired conditions such as transmission / reception frequency, aperture width, and focus. Further, the compound processing is not limited to the spatial direction. It is possible to combine compound processing using frequency.

ところで、ロボットアーム110で超音波プローブ120を移動させる場合でも、超音波プローブ120を被検体の体表面に接触させた状態で移動させる必要がある。このため、ロボットアーム110を移動させるための軌跡情報に所定の生体接触圧力を含ませることができる。そして、ロボットアーム110の圧力センサの検出値がこの生体接触圧力と一致するようにロボットアーム110を駆動することにより、超音波プローブ120を、所定の生体接触圧力で体表面に接触した状態で移動させることができる。 By the way, even when the ultrasonic probe 120 is moved by the robot arm 110, it is necessary to move the ultrasonic probe 120 in contact with the body surface of the subject. Therefore, a predetermined biological contact pressure can be included in the locus information for moving the robot arm 110. Then, by driving the robot arm 110 so that the detected value of the pressure sensor of the robot arm 110 matches the biological contact pressure, the ultrasonic probe 120 is moved in a state of being in contact with the body surface at a predetermined biological contact pressure. Can be made to.

この場合、被検体の体表面は平面ではないので、超音波プローブ120は、その移動中に、体表面に垂直な方向に変動する。図21は、体表面に垂直な方向に変動を模式的に示したものである。また、超音波プローブ120が同じ位置にあったとしても、被検体の体表面は、呼吸、拍動、体位移動等の体動によっても変動するため、これに応じて超音波プローブ120の位置は変動する。 In this case, since the body surface of the subject is not flat, the ultrasonic probe 120 fluctuates in a direction perpendicular to the body surface during its movement. FIG. 21 schematically shows the fluctuation in the direction perpendicular to the body surface. Further, even if the ultrasonic probe 120 is at the same position, the body surface of the subject changes due to body movements such as respiration, pulsation, and posture movement, so that the position of the ultrasonic probe 120 is changed accordingly. fluctuate.

しかしながら、前述したように、ロボットアーム110にはアームセンサ111が装着されており、このアームセンサ111によって、超音波プローブ120の3次元の位置情報を取得できる。つまり、被検体の体表面に垂直な方向の変動も検出することができる。そこで、開口合成処理機能312は、検出した変動量を用いてコヒーレント加算前の各遅延量を補正し、体表面の変動を打ち消すことができる。また、コンパウンド処理機能313は、検出した変動量を用いてインコヒーレント加算前の各遅延量を補正し、体表面の変動を打ち消すことができる。 However, as described above, the robot arm 110 is equipped with an arm sensor 111, and the arm sensor 111 can acquire three-dimensional position information of the ultrasonic probe 120. That is, it is possible to detect fluctuations in the direction perpendicular to the body surface of the subject. Therefore, the aperture synthesis processing function 312 can use the detected fluctuation amount to correct each delay amount before the coherent addition and cancel the fluctuation on the body surface. Further, the compound processing function 313 can correct each delay amount before the incoherent addition by using the detected fluctuation amount, and can cancel the fluctuation of the body surface.

上述したように、スライス方向の開口長がアジマス方向(スキャン方向)よりも小さく、スライス方向の分解能がアジマス方向よりも小さい超音波プローブ120であっても、超音波プローブ120をロボットアーム110に保持してスライス方向に移動させ、移動中に収集した受信信号に対して開口合成処理を行うことにより、アジマス方向及びスライス方向が共に解像度の高い3次元画像を取得することができる。また、超音波プローブ120はロボットアーム110で移動され、かつ、体表面の変動を補正によって打ち消すことができるため、広い走査範囲に亘って、安定した3次元画像を取得することができる。 As described above, the ultrasonic probe 120 is held by the robot arm 110 even if the aperture length in the slice direction is smaller than that in the azimuth direction (scan direction) and the resolution in the slice direction is smaller than that in the azimuth direction. By moving in the slice direction and performing aperture synthesis processing on the received signal collected during the movement, it is possible to acquire a three-dimensional image having high resolution in both the azimuth direction and the slice direction. Further, since the ultrasonic probe 120 is moved by the robot arm 110 and the fluctuation of the body surface can be canceled by correction, a stable three-dimensional image can be acquired over a wide scanning range.

図22は、3次元空間での空間コンパウンドの概念を示す図である。ロボットアームによるプローブの移動は任意の方向に可能であり、同一領域を異なる方向より複数回走査し、位置情報を利用して、同一部位の複数の信号にコンパウンド処理をすることが可能である。 FIG. 22 is a diagram showing the concept of a spatial compound in a three-dimensional space. The probe can be moved in any direction by the robot arm, the same region can be scanned a plurality of times from different directions, and the position information can be used to compound a plurality of signals in the same region.

例えば,図22に示す対象領域Pについて、図に示すとおり、スライス方向に図面上で左方から右方にプローブをロボットアームで移動させ、超音波受信信号を取得する。次に、プローブを90度回転させて、紙面手前から紙面奥行き方向にプローブをロボットアームで移動させ、超音波受信信号を取得する。対象領域Pに対して、1回目の走査と2回目の走査でプローブの向きが異なっている。図9に示したとおり、2Dアレイプローブで、素子の配置に異方性があり、プローブが作るビームの点広がり関数に異方性がある。ここで、点広がり関数とプローブのビーム幅とは互いに相関をもつ量である。 For example, with respect to the target area P shown in FIG. 22, as shown in the figure, the probe is moved from left to right on the drawing in the slice direction by the robot arm to acquire the ultrasonic reception signal. Next, the probe is rotated 90 degrees, and the probe is moved by the robot arm from the front side of the paper surface in the depth direction of the paper surface to acquire an ultrasonic reception signal. The orientation of the probe is different between the first scan and the second scan with respect to the target area P. As shown in FIG. 9, in the 2D array probe, the arrangement of the elements is anisotropic, and the point spread function of the beam formed by the probe is anisotropic. Here, the point spread function and the beam width of the probe are quantities that correlate with each other.

1Dアレイでは、スキャン面は電子フォーカスによって点広がり関数(即ち、ビーム幅)を小さくすることができるが、スライス方向は、図15に示したとおり、音響レンズによる固定フォーカスであり、プローブが作るビームの点広がり関数に大きな異方性がある。異方性は、ビームのスキャン方向とスライス方向のみならず、深さ方向にも存在する。対象領域について、プローブの向きやビームの入射角度が異なるデータをインコヒーレント加算することで、より大きな空間コンパウド効果を期待することができる。 In a 1D array, the scan surface can have its point spread function (ie, beamwidth) reduced by electronic focus, but the slice direction is fixed focus by the acoustic lens, as shown in FIG. 15, and the beam created by the probe. There is a large anisotropy in the point spread function of. Anisotropy exists not only in the scanning and slicing directions of the beam, but also in the depth direction. A larger spatial compound effect can be expected by incoherently adding data with different probe directions and beam incident angles for the target area.

本実施形態では、ロボットアームにより、プローブの位置、各ビームの位置情報が正確に記録されていることより、対象領域あるいは対象空間に対して、複数回の超音波走査データにより、空間コンパウド処理が可能である。より良い画質を得るために、空間コンパウンド処理におけるビームのインコヒーレント加算において、夫々のビームの点拡がり関数と、表示する断面の方向との関係を考慮することができる。例えば、インコヒーレント加算において、表示する断面方向における点拡がり関数の小さいビームを、より大きく重み付けして加算する、重み付け加算を採用することができる。 In the present embodiment, since the position of the probe and the position information of each beam are accurately recorded by the robot arm, the spatial compound processing can be performed on the target area or the target space by the ultrasonic scanning data a plurality of times. It is possible. In order to obtain better image quality, the relationship between the point spread function of each beam and the direction of the cross section to be displayed can be considered in the incoherent addition of the beam in the spatial compound processing. For example, in incoherent addition, weighted addition can be adopted in which a beam having a small point spread function in the displayed cross-sectional direction is weighted and added with a larger weight.

また、位置情報の付いた超音波ビームデータより、図2の3次元画像処理機能216により、MPR画像や3次元画像を生成することができる。指定されたMPR断面の方向やボリューム像の投影断面方向に比較的点広がり関数の小さい空間分解能が高いビームの重み付けを大きくして、インコヒーレント加算を行うことができる。あるいは、対象領域の対象物の構造の方向(例えば、血管の走行方向)を検出して、対象物の延在方向に比較的点広がり関数の小さい空間分解能が高いビームの重み付けを大きくして、インコヒーレント加算を行うことができる。 Further, from the ultrasonic beam data with position information, an MPR image or a three-dimensional image can be generated by the three-dimensional image processing function 216 of FIG. Incoherent addition can be performed by increasing the weighting of the beam having a relatively small point spread function and high spatial resolution in the direction of the designated MPR cross section or the projected cross section direction of the volume image. Alternatively, the direction of the structure of the object in the target area (for example, the traveling direction of the blood vessel) is detected, and the weight of the beam having a relatively small point spread function and high spatial resolution is increased in the extending direction of the object. Incoherent addition can be performed.

また、体表寄りの平行断面を描出する場合において、構造の走行方向に応じて、加算するビーム間の重み付けを変更することもできる。例えば、血管構造が有る場合、血管の短軸方向に点拡がり関数の小さいビームにより大きく重み付けして、重み付け加算する。これによって、血管壁の短軸方向のぼけが緩和される。 Further, when drawing a parallel cross section near the body surface, the weighting between the beams to be added can be changed according to the traveling direction of the structure. For example, when there is a blood vessel structure, a beam having a small point spread function in the short axis direction of the blood vessel is heavily weighted and weighted and added. As a result, the blurring of the blood vessel wall in the minor axis direction is alleviated.

さらに、空間コンパウンド処理を行う場合において、インコヒーレント加算の対象となる同一部位の夫々の信号に対して、各種の演算を行った後にインコヒーレント加算することもできる。例えば、夫々の信号の強度に基づいて重み付けした後にインコヒーレント加算してもよい。また、同一部位に対して得られる複数の信号の中から、最大値及び最大値に近い複数の信号を選択してインコヒーレント加算してもよい。或いは、同一部位に対して得られる複数の信号の中から、SNRの高い複数の信号を選択してインコヒーレント加算してもよい。 Further, in the case of performing the spatial compound processing, it is also possible to perform incoherent addition after performing various calculations on each signal of the same portion to be incoherent addition. For example, incoherent addition may be performed after weighting based on the strength of each signal. Further, a plurality of signals having a maximum value and a plurality of signals close to the maximum value may be selected from a plurality of signals obtained for the same portion and incoherently added. Alternatively, a plurality of signals having a high SNR may be selected from a plurality of signals obtained for the same site and incoherently added.

また、異なる送信周波数で送信した複数の受信信号をインコヒーレント加算してもよい。送信周波数が高いと、ビーム幅が細くなって解像度が高くなるものの、被検体の深部での減衰が大きくなる。逆に、送信周波数が低いと、ビーム幅が太くなって解像度が低下するものの、被検体の深部での減衰は小さい。そこで、高い周波数、中程度の周波数、低い周波数で送信して得られた各受信信号をインコヒーレント加算することにより、均一な品質の画像を生成することができる。 Further, a plurality of received signals transmitted at different transmission frequencies may be incoherently added. When the transmission frequency is high, the beam width becomes narrow and the resolution becomes high, but the attenuation in the deep part of the subject becomes large. On the contrary, when the transmission frequency is low, the beam width becomes wide and the resolution decreases, but the attenuation in the deep part of the subject is small. Therefore, an image of uniform quality can be generated by incoherently adding each received signal obtained by transmitting at a high frequency, a medium frequency, and a low frequency.

以上説明してきたように、少なくとも1つの実施形態の超音波診断装置1によれば、解像度が高く高画質の3次元画像を、広い走査範囲に亘って安定して取得することができる。 As described above, according to the ultrasonic diagnostic apparatus 1 of at least one embodiment, it is possible to stably acquire a three-dimensional image having high resolution and high image quality over a wide scanning range.

なお、実施形態の超音波プローブ、送信回路、受信整相加算回路、及び、ロボットアームは、夫々、特許請求の範囲の送信部、受信回路、及び、移動デバイスの一例である。また、実施形態の移動開口整相加算機能、及びスライス方向開口合成処理機能は、特許請求の範囲の移動開口合成の一例である。また、実施形態の送信整相加算機能、及びスキャン方向送信開口合成処理機能は、特許請求の範囲の送信整相加算部の一例である。また、実施形態の移動開口コンパウンド機能、及びスライス方向空間コンパウンド処理機能は、特許請求の範囲の移動開口コンパウンド処理部の一例である。超音波プローブをスライス方向に移動し、受信信号を逐次コンパウンド処理する例を例示したが、ロボットアームによるプローブの移動は、任意の方向に可能であり、同一領域を異なる方向より複数回走査し、位置情報を利用して、同一部位の複数の信号にコンパウンド処理をすることが可能である。また、実施形態の画像データ生成機能は、特許請求の範囲の画像生成部の一例であり、実施形態のプローブ位置取得機能は、特許請求の範囲の位置取得部の一例である。 The ultrasonic probe, transmission circuit, reception phase adjustment addition circuit, and robot arm of the embodiment are examples of a transmission unit, a reception circuit, and a mobile device, which are within the scope of claims, respectively. Further, the moving aperture phase adjustment addition function and the slice direction aperture synthesis processing function of the embodiment are examples of the moving aperture synthesis within the scope of claims. Further, the transmission phase adjustment addition function and the scan direction transmission aperture synthesis processing function of the embodiment are examples of the transmission phase adjustment addition unit within the scope of claims. Further, the moving opening compound function and the slicing direction space compound processing function of the embodiment are examples of the moving opening compound processing unit within the scope of the claims. An example of moving the ultrasonic probe in the slice direction and sequentially compounding the received signal has been illustrated, but the probe can be moved in any direction by the robot arm, and the same area is scanned multiple times from different directions. It is possible to perform compound processing on a plurality of signals at the same site by using the position information. Further, the image data generation function of the embodiment is an example of the image generation unit in the claims, and the probe position acquisition function of the embodiment is an example of the position acquisition unit in the claims.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1…超音波診断装置
110…ロボットアーム
111…アームセンサ
112…プローブセンサ
120…超音波プローブ
140…ロボットアーム制御部、ロボットアーム制御回路(制御部)
150…磁気送信機
160…触覚付入力デバイス
210…第1の処理回路
300…第2の処理回路
310…プローブ位置取得機能
311…信号収集機能
312…開口合成処理機能
313…空間コンパウンド処理機能
1 ... Ultrasonic diagnostic device 110 ... Robot arm 111 ... Arm sensor 112 ... Probe sensor 120 ... Ultrasonic probe 140 ... Robot arm control unit, robot arm control circuit (control unit)
150 ... Magnetic transmitter 160 ... Tactile input device 210 ... First processing circuit 300 ... Second processing circuit 310 ... Probe position acquisition function 311 ... Signal acquisition function 312 ... Aperture synthesis processing function 313 ... Spatial compound processing function

Claims (6)

第1の方向と、前記第1の方向に直交する第2の方向に配列される複数の振動素子を具備し、前記第1の方向及び前記第2の方向に2次元スキャンが可能なプローブと、
前記プローブを保持し前記プローブを前記第2の方向に機械的に移動させる移動デバイスと、
前記第2の方向における前記プローブの複数の移動位置毎に、前記複数の振動素子で夫々受信される複数の反射信号を受信整相加算して第1の受信信号を生成する受信回路と、
前記プローブの前記複数の移動位置毎に生成される前記第1の受信信号を、前記プローブの位置情報に基づいて移動開口合成して第2の受信信号を生成する移動開口合成部と、
生成された前記第2の受信信号から画像データを生成する画像生成部と、
を備え
前記受信整相加算は、被検体内の3次元空間の観測点から前記複数の振動素子までの遅延が略同一となるように当該遅延を補正した後前記複数の反射信号をコヒーレント加算して前記第1の受信信号を生成する処理であり、
前記移動開口合成は、前記プローブの移動に伴って変化する前記観測点からの遅延が、前記プローブの夫々の位置において略同一となるように当該遅延を補正した後、前記第1の受信信号をコヒーレント加算して前記第2の受信信号を生成する処理であり、
前記移動開口合成の処理においては、前記プローブの各移動位置において、超音波ビームが前記観測点を指向するように、前記第2の方向に電子走査する、
超音波診断装置。
A probe comprising a plurality of vibrating elements arranged in a first direction and a second direction orthogonal to the first direction, and capable of two-dimensional scanning in the first direction and the second direction. ,
A moving device that holds the probe and mechanically moves the probe in the second direction.
A receiving circuit that generates a first received signal by receiving and phasing-adding a plurality of reflected signals received by the plurality of vibrating elements at each of a plurality of moving positions of the probe in the second direction.
A moving aperture synthesizer that generates a second received signal by synthesizing the first received signal generated for each of the plurality of moving positions of the probe by moving aperture synthesis based on the position information of the probe.
An image generation unit that generates image data from the generated second received signal, and an image generation unit.
Equipped with a,
In the reception phase adjustment addition, the delays are corrected so that the delays from the observation point in the three-dimensional space in the subject to the plurality of vibrating elements are substantially the same, and then the plurality of reflected signals are coherently added. This is the process of generating the first received signal.
The moving aperture synthesis corrects the delay so that the delay from the observation point, which changes with the movement of the probe, is substantially the same at each position of the probe, and then performs the first received signal. It is a process of generating the second received signal by coherent addition.
In the moving aperture synthesis process, at each moving position of the probe, electrons are scanned in the second direction so that the ultrasonic beam points at the observation point.
Ultrasonic wave diagnostic apparatus.
前記第2の方向の前記振動素子の配列数は、前記第1の方向の前記振動素子の配列数よりも少ない、
請求項1に記載の超音波診断装置。
The number of arrangements of the vibrating elements in the second direction is smaller than the number of arrangements of the vibrating elements in the first direction.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
前記プローブの送信開口を複数の部分送信開口に分割し、前記複数の部分送信開口に夫々対応する複数の仮想的な点音源を形成するように、前記複数の部分送信開口の夫々から超音波信号を送信する送信部と、
送信整相加算部と、をさらに備え、
前記第1の受信信号は前記複数の部分送信開口に夫々対応する複数の受信信号であり、
前記送信整相加算部は、前記複数の仮想的な点音源から前記観測点までの遅延が略同一となるように当該遅延を補正した後、複数の前記第1の受信信号をコヒーレント加算する送信開口合成を行って複数の受信信号を生成し、
前記移動開口合成部は、送信開口合成された前記複数の受信信号から、前記第2の受信信号を生成する、
請求項1に記載の超音波診断装置。
Ultrasonic signals from each of the plurality of partial transmission openings so as to divide the transmission aperture of the probe into a plurality of partial transmission openings and form a plurality of virtual point sound sources corresponding to the plurality of partial transmission openings. And the transmitter to send
Further equipped with a transmission phase adjustment addition unit,
The first received signal is a plurality of received signals corresponding to the plurality of partial transmission openings, respectively.
The transmission phase-adjusting addition unit corrects the delay so that the delays from the plurality of virtual point sound sources to the observation point are substantially the same, and then coherently adds the plurality of the first received signals. Aperture synthesis is performed to generate multiple received signals,
The moving aperture synthesizer generates the second received signal from the plurality of received signals synthesized by the transmission aperture.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
前記送信部は、前記第1の方向において、前記送信開口を前記複数の部分送信開口に分割し、
前記送信整相加算部は、前記第1の方向において前記送信開口合成を行う、
請求項3に記載の超音波診断装置。
The transmitting unit divides the transmitting opening into the plurality of partial transmitting openings in the first direction.
The transmission phase adjustment addition unit performs the transmission aperture synthesis in the first direction.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.
前記送信部は、前記第2の方向において、前記送信開口を前記複数の部分送信開口に分割し、
前記送信整相加算部は、前記第2の方向において前記送信開口合成を行う、
請求項3に記載の超音波診断装置。
In the second direction, the transmission unit divides the transmission opening into the plurality of partial transmission openings.
The transmission phase adjustment addition unit performs the transmission aperture synthesis in the second direction.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 3.
前記移動デバイスはロボットアームを備えて構成され、
前記ロボットアームによる前記プローブの移動経路上において、前記プローブの位置、速度、及び前記プローブの生体接触圧力の少なくとも一つの情報を取得する位置取得部、を更に備え、
前記移動開口合成部は、取得した前記少なくとも1つの情報に基づいて、前記第1の受信信号を移動開口合成する、
請求項1に記載の超音波診断装置。
The mobile device is configured with a robot arm.
Further, a position acquisition unit for acquiring at least one information on the position, velocity, and biological contact pressure of the probe on the movement path of the probe by the robot arm is provided.
The moving aperture synthesizer synthesizes the first received signal based on the acquired at least one information.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
JP2017021035A 2016-03-07 2017-02-08 Ultrasonic diagnostic equipment Active JP6925815B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/450,886 US11103214B2 (en) 2016-03-07 2017-03-06 Ultrasonic diagnostic apparatus using synthetic and moving aperture synthesis

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016043829 2016-03-07
JP2016043829 2016-03-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017159028A JP2017159028A (en) 2017-09-14
JP6925815B2 true JP6925815B2 (en) 2021-08-25

Family

ID=59853719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017021035A Active JP6925815B2 (en) 2016-03-07 2017-02-08 Ultrasonic diagnostic equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6925815B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7387249B2 (en) * 2018-01-10 2023-11-28 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 Ultrasound diagnostic equipment, medical image processing equipment, and medical image processing programs
JP6997681B2 (en) * 2018-06-15 2022-01-18 富士フイルムヘルスケア株式会社 Ultrasound imager
WO2021090390A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-14 株式会社Fuji Positional deviation amount measuring device for ultrasonic probe

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10179579A (en) * 1996-12-20 1998-07-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Utrasonograph
JP5393256B2 (en) * 2009-05-25 2014-01-22 キヤノン株式会社 Ultrasonic device
JP5606025B2 (en) * 2009-08-28 2014-10-15 株式会社東芝 Ultrasonic diagnostic apparatus, ultrasonic image processing apparatus, and ultrasonic image processing program
JP5721462B2 (en) * 2011-02-09 2015-05-20 キヤノン株式会社 Subject information acquisition device
JP6288998B2 (en) * 2013-09-17 2018-03-07 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic imaging program
US10349917B2 (en) * 2014-06-11 2019-07-16 The Johns Hopkins University Synthetic aperture ultrasound system
JP5906281B2 (en) * 2014-06-17 2016-04-20 日立アロカメディカル株式会社 Ultrasonic diagnostic equipment

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017159028A (en) 2017-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8038618B2 (en) Ultrasound-imaging systems and methods for a user-guided three-dimensional volume-scan sequence
JP5373308B2 (en) Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method
JP5357684B2 (en) Ultrasonic imaging apparatus and ultrasonic imaging method
JP3892594B2 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
JP4582827B2 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
JP6288996B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic imaging program
KR20160041516A (en) Beamforming apparatus and ultrasound diagnostic apparatus having the same
US11103214B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus using synthetic and moving aperture synthesis
US20150196280A1 (en) Ultrasound diagnostic apparatus, ultrasound image generating method, and recording medium
JP2008307087A (en) Ultrasonogaph
JP2009279306A (en) Ultrasonic diagnosing apparatus
JP2007513672A (en) Stereoscopic ultrasound imaging system using a two-dimensional array transducer
KR20150094518A (en) Ultrasonic diagnosis apparatus, image processing apparatus, and image processing method
JP6925815B2 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
US20170209122A1 (en) Beamforming apparatus, ultrasonic probe having the same, ultrasonic diagnostic apparatus, and controlling method thereof
JP5475971B2 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
JP2010088486A (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
US8905933B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus
JP7167045B2 (en) Location devices and systems for positioning acoustic sensors
JP4996141B2 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
JP4543025B2 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
JP5823184B2 (en) Ultrasonic diagnostic apparatus, medical image processing apparatus, and medical image processing program
JP4599208B2 (en) Ultrasonic diagnostic equipment
JP2013244159A (en) Ultrasonic diagnostic equipment and method for estimating sound velocity
JP2010005138A (en) Ultrasonic diagnostic apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191226

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201030

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20201110

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210706

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210804

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6925815

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150