JP7211150B2 - 超音波診断装置、超音波画像生成方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置、超音波画像生成方法及びプログラムに関し、特に、広域視野画像が得られる台形スキャンに有用な技術に関する。

従来、医用画像診断装置の一つとして、超音波を被検体に向けて送信し、その反射波を受信して受信信号に所定の信号処理を行うことにより、被検体内部の形状、性状又は動態を超音波画像として可視化する超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、超音波プローブを体表に当てる又は体内に挿入するという簡単な操作で超音波画像を取得することができるので、安全であり、被検体にかかる負担も小さい。

電子スキャン方式の超音波診断装置では、例えば、複数の振動子をアレイ状に配置した超音波プローブ（いわゆるアレイプローブ）を用いて、各振動子の駆動タイミングを電子的に変化させることにより、超音波のビーム方向及び超音波面の形状を制御できるフェーズドアレイ技術が利用される。電子スキャン方式では、連続する複数の振動子からなる振動子群を、振動子の配列方向に順次シフトして駆動することにより、振動子の配列方向（以下、「スキャン方向」と称する）に沿って診断対象をスキャンすることができる。

また、電子スキャン方式の一例として、超音波のビーム方向を変化させることにより、診断領域を拡大できる台形スキャンが実用化されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許文献１には、図１Ａ、図１Ｂに示すように、振動子２３１の背面側（振動子面Ｓとは反対側）に仮想原点ＶＯを設定し、超音波の音響線ＡＬが１つの仮想原点ＶＯを通るように振動子２３１を駆動し、台形状に拡がる領域をスキャンする方法が開示されている（以下、「仮想原点法」と称する）。また、特許文献２には、図２Ａ、図２Ｂに示すように、仮想原点法を利用した台形スキャンにおいて、隣り合う超音波の音響線ＡＬ間の角度Δθ（以下、「音響線間角度Δθ」と称する）が等しくなるようにスキャン制御する技術が開示されている。

特公平１－３７１４６号公報 特許第３１３５９４２号公報

ところで、超音波診断においては、スキャン領域の中央が関心領域ＲＯＩとなる（図１Ａ、図２Ａ参照）。しかしながら、特許文献１、２に開示の仮想原点法のように、音響線ＡＬが仮想原点ＶＯを通るようにスキャン条件を設定すると、関心領域ＲＯＩの音響線間角度Δθが広くなる（音響線密度が低くなる）ため、関心領域ＲＯＩの画質が低くなってしまう。

本発明の目的は、広域視野を確保できるとともに、画像中央の画質を向上できる超音波診断装置、超音波画像生成方法及びプログラムを提供することである。

本発明に係る超音波診断装置は、
複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部と、
前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する送信部と、を備え、
隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度、前記超音波プローブのスキャン方向中央における振動子面の法線と前記音響線とが交差する点を仮想原点と定義したとき、
前記スキャン制御部は、スキャン方向において、前記超音波プローブの端部側の前記音響線の前記仮想原点が、中央側の前記音響線の前記仮想原点よりも前記振動子に近く、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する。

本発明に係る超音波画像生成方法は、
超音波診断装置が、複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
前記超音波診断装置の制御手段が、前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第１工程と、
前記制御手段が、前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する第２工程と、を備え、
隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度、前記超音波プローブのスキャン方向中央における振動子面の法線と前記超音波の音響線とが交差する点を仮想原点と定義したとき、
前記第１工程では、前記制御手段は、スキャン方向において、前記超音波プローブの端部側の前記音響線の前記仮想原点が、中央側の前記音響線の前記仮想原点よりも前記振動子に近く、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する。

本発明に係るプログラムは、
複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置のコンピュータに所定の処理を実行させるプログラムであって、
前記所定の処理は、
前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第１処理と、
前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する第２処理と、を含み、
隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度、前記超音波プローブのスキャン方向中央における振動子面の法線と前記超音波の音響線とが交差する点を仮想原点と定義したとき、
前記第１処理は、スキャン方向において、前記超音波プローブの端部側の前記音響線の前記仮想原点が、中央側の前記音響線の前記仮想原点よりも前記振動子に近く、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する。

本発明によれば、広域視野を確保できるとともに、画像中央の画質を向上することができる。

図１Ａ、図１Ｂは、従来の台形スキャンにおける音響線の一例を示す図である。 図２Ａ、図２Ｂは、従来の台形スキャンにおける音響線の他の一例を示す図である。 図３は、実施の形態に係る超音波診断装置の外観を示す図である。 図４は、超音波プローブの構成を示す図である。 図５は、超音波診断装置の制御系の主要部を示すブロック図である。 図６Ａ、図６Ｂは、超音波診断装置で台形スキャンを行う場合に形成される音響線の一例を示す図である。 図７Ａ、図７Ｂは、超音波診断装置で台形スキャンを行う場合に形成される音響線の他の一例を示す図である。 図８は、音響線を規定するパラメーターを説明するための図である。 図９は、台形スキャン処理の一例を示すフローチャートである。 図１０は、台形スキャン処理における音響線角度の算出（図９のステップＳ３）で用いられる関数の一例を示す図である。 図１１は、台形スキャン処理における音響線角度の算出（図９のステップＳ３）で用いられる関数の一例を示す図である。 図１２Ａ、図１２Ｂは、コンベックスプローブを適用した場合に形成される音響線の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施の形態に係る超音波診断装置Ａの外観を示す図である。図４は、超音波プローブ２の構成を示す図である。図５は、超音波診断装置Ａの制御系の主要部を示すブロック図である。

図３に示すように、超音波診断装置Ａは、超音波診断装置本体１及び超音波プローブ２を備える。超音波診断装置本体１と超音波プローブ２は、ケーブル３を介して接続される。なお、超音波プローブ２は、超音波診断装置本体１と無線通信を介して接続されてもよい。

超音波診断装置Ａは、被検体内の形状、性状又は動態を超音波画像として可視化し、画像診断するために用いられる。超音波診断装置Ａは、表示モードとして、Ｂモード画像のみを表示させるＢモードを有する。なお、超音波診断装置Ａは、Ｂモード画像上にカラードプラ法によって得られるＣＦＭ（Color Flow Mapping）画像を重畳して表示させるＣＦＭモードを有していてもよい。

また、超音波診断装置Ａは、接続される超音波プローブ２の種類に応じて、スキャン条件を設定可能となっている。超音波診断装置Ａは、例えば、超音波プローブ２としてリニアプローブを用いる場合には、矩形状の画像が得られる通常のリニアスキャンと、リニアスキャンに比較して診断領域を拡大できる台形スキャンとを、切り替えて実行できるようになっている。リニアプローブを使用して台形スキャンを行うことにより、リニアスキャンの場合に比較して診断領域を拡大することができる。

超音波プローブ２は、被検体に対して超音波を送信するとともに、被検体で反射された超音波エコーを受信し、受信信号に変換して超音波診断装置本体１に送信する。超音波プローブ２は、電子スキャン方式に対応可能なプローブであり、例えば、リニアプローブ、コンベックスプローブ又はセクタプローブを適用することができる。本実施の形態では、超音波プローブ２としてリニアプローブを適用した場合について説明する。

図４に示すように、超音波プローブ２は、超音波放射側から順に、音響レンズ２１、音響整合層２２、振動子アレイ２３、バッキング材２４を有する。なお、音響レンズ２１の表面（超音波放射面）には、保護層が配置されてもよい。

音響レンズ２１は、超音波をスライス方向に収束させるレンズであり、例えば、スライス方向における中央部が盛り上がったかまぼこ形状を有する。
音響整合層２２は、超音波を効率よく被検体内に進入させるための中間的物質であり、振動子２３１と被写体の音響インピーダンスを整合させる。

振動子アレイ２３は、スキャン方向に配置された複数の短冊状の振動子２３１により構成される。振動子アレイ２３は、振動子２３１が単列で配置された１Ｄアレイであってもよいし、振動子２３１が多列で配置された２Ｄアレイであってもよい。
バッキング材２４は、振動子アレイ２３で発生する不要振動を減衰する。

超音波プローブ２によれば、スライス方向に収束する超音波のビームプロファイルが得られる。また、駆動する振動子２３１をスキャン方向に順次切り替えることにより、超音波をスキャン方向に収束させることができる（いわゆる電子フォーカス）。

超音波診断装置本体１は、超音波プローブ２からの受信信号を用いて、被検体の内部状態を超音波画像として可視化する。図５に示すように、超音波診断装置本体１は、送信部１１、受信部１２、Ｂモード信号処理部１４、表示処理部１５、表示部１６、操作入力部１７、及び制御部４０等を備える。

送信部１１、受信部１２、Ｂモード信号処理部１４及び表示処理部１５は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）等の、各処理に応じた少なくとも一つの専用ハードウェア（電子回路）で構成される。

制御部４０は、演算／制御装置としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、主記憶装置としてのＲＡＭ（Random Access Memory）４２及びＲＯＭ（Read Only Memory）４３等を有する。ＲＯＭ４３には、基本プログラムや基本的な設定データが記憶される。ＣＰＵ４１は、ＲＯＭ４３から処理内容に応じたプログラムを読み出してＲＡＭ４２に展開し、展開したプログラムを実行することにより、超音波診断装置本体１の各機能ブロック（送信部１１、受信部１２、Ｂモード信号処理部１４、表示処理部１５及び表示部１６）の動作を集中制御する。

本実施の形態では、機能ブロックを構成する各ハードウェアと制御部４０とが協働することにより、各機能ブロックの機能が実現される。なお、制御部４０がプログラムを実行することにより、各機能ブロックの一部又は全部の機能が実現されるようにしてもよいし、それぞれの機能ブロックが、プログラムを実行可能な構成を有していてもよい。

また、本実施の形態では、制御部４０は、超音波プローブ２により所定のスキャン動作が行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部として機能する。スキャン条件は、例えば、送受信する超音波の音響線角度θを含む。音響線角度θは、音響線ＡＬと振動子面Ｓの法線ＮＶとのなす角である。音響線ＡＬは、各ビームの中心線であり、法線ＮＶは、以下で説明するビーム発点Ｌを通る線とする。
音響線角度θは、ビーム発点Ｌごとに設定される。ビーム発点Ｌとは、超音波の音響線ＡＬと振動子面Ｓとが交差する点である。ビーム発点Ｌの位置ＰＬ（以下、ビーム発点位置ＰＬ）と称する）は、例えば、振動子アレイ２３のスキャン方向中央を基準として、符号（±）付きの距離で表される。リニアスキャンの場合、ビーム発点Ｌに関わらず、音響線角度θは０°である。一方、台形スキャンの場合は、音響線ＡＬが法線ＮＶから偏向するように、音響線角度θが設定される。

ここで、超音波プローブ２のスキャン方向中央における振動子面Ｓの法線ＮＶと音響線ＡＬとが交差する点を仮想原点ＶＯと定義すると、仮想原点ＶＯの位置ＰＯ（以下、「仮想原点位置ＰＯ」と称する）、ビーム発点位置ＰＬ及び音響線角度θとの間には、下式（１）の関係が成り立つ。仮想原点位置ＰＯは、振動子面Ｓと法線ＮＶとの交点Ｏを基準とした距離で表される。
θ＝ａｒｃｔａｎ（ＰＬ／ＰＯ） ・・・（１）
つまり、スキャン条件として、音響線角度θに代えて、仮想原点位置ＰＯを用いることもできる。

送信部１１は、制御部４０の指示に従って、送信信号（駆動信号）を生成して、超音波プローブ２に出力する。具体的には、送信部１１は、制御部４０によって設定されたスキャン条件に基づいて、超音波プローブ２の駆動を制御する。図示を省略するが、送信部１１は、例えば、クロック発生回路、パルス発生回路、パルス幅設定部及び遅延回路を有する。

クロック発生回路は、パルス信号の送信タイミングや送信周波数を決定するクロック信号を発生させる。パルス発生回路は、所定の周期で予め設定された電圧振幅のバイポーラー型の矩形波パルスを発生させる。パルス幅設定部は、パルス発生回路から出力される矩形波パルスのパルス幅を設定する。パルス発生回路で生成された矩形波パルスは、パルス幅設定部への入力前又は入力後に、超音波プローブ２の個々の振動子２３１ごとに異なる配線経路に分離される。遅延回路は、生成された矩形波パルスを、振動子２３１ごとの駆動タイミングに応じて遅延させ、超音波プローブ２に出力する。
振動子２３１の駆動タイミングを制御することで、１回のスキャンで送信される複数の超音波の音響線角度θを異ならせることができ、これにより、台形スキャンが実現される。

受信部１２は、制御部４０の指示に従って、超音波プローブ２からの受信信号を受信し、Ｂモード信号処理部１４へ出力する。図示を省略するが、受信部１２は、例えば、増幅器、Ａ／Ｄ変換回路、整相加算回路を有する。

増幅器は、超音波プローブ２の各振動子２３１により受信された超音波に応じた受信信号を予め設定された所定の増幅率でそれぞれ増幅する。Ａ／Ｄ変換回路は、増幅された受信信号を所定のサンプリング周波数でデジタルデータに変換する。整相加算回路は、Ａ／Ｄ変換された受信信号に対して、振動子２３１に対応した配線経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算（整相加算）する。

Ｂモード信号処理部１４は、制御部４０の指示に従って、受信部１２からのＢモード画像用の受信データに、包絡線検波処理、対数圧縮処理等を施して、ダイナミックレンジやゲインの調整を行って輝度変換することで、Ｂモード画像データを生成する。

表示処理部１５は、制御部４０の指示に従って、Ｂモード信号処理部１４において生成された画像データを、表示部１６に対応する表示信号に変換して出力し、表示部１６にＢモード画像を表示させる。なお、表示処理部１５は、超音波プローブ２の種類に応じた座標変換及び画素補間を行うＤＳＣ（Digital Scan Converter）を含む。

表示部１６は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等で構成される。表示部１６は、制御部４０の指示に従って、表示処理部１５からの表示信号に基づいて画像を表示する。

操作入力部１７は、例えば、診断に関する情報の入力を受け付ける。操作入力部１７は、例えば、複数の入力スイッチを有する操作パネル、キーボード、及びマウス等を有する。利用者は、操作入力部１７を介して、関心領域、診断部位、超音波プローブ２の種類、及びスキャンモード（リニア／台形）などを設定することができる。
なお、表示部１６及び／又は操作入力部１７には、超音波診断装置本体１と通信可能に接続された外部装置（例えば、タブレット端末）を適用することもできる。

図６Ａ、図６Ｂは、超音波診断装置Ａで台形スキャンを行う場合に形成される音響線ＡＬの一例を示す図である。図７Ａ、図７Ｂは、超音波診断装置Ａで台形スキャンを行う場合に形成される音響線ＡＬの他の一例を示す図である。図８は、音響線ＡＬを規定するパラメーターを説明するための図である。

音響線ＡＬは、前述したように、一回の超音波の送受信で駆動される振動子群においてスキャン方向中央の２個の振動子２３１の境界を通る。図６Ａ、図７Ａでは、振動子アレイ２３の構造を簡略化して、１７回の超音波の送受信により、一回の台形スキャンが行われる場合について示している。つまり、１回の台形スキャンにおいて、１７本の音響線ＡＬが形成される場合について示している。
また、図６Ｂ、図７Ｂでは、図６Ａ、図７Ａに示す音響線ＡＬを形成した場合の音響線間角度Δθを実線で、図１Ａに示す音響線ＡＬを形成した場合の音響線間角度Δθを破線で示している。

以下において、図６Ａ、図７Ａの左からＮ番目（Ｎ＝１～１７）の音響線ＡＬを「音響線ＡＬ（Ｎ）」、音響線ＡＬ（Ｎ）の音響線角度θ、ビーム発点Ｌ、仮想原点ＶＯ、ビーム発点位置ＰＬ、仮想原点位置ＰＯを、それぞれ「音響線角度θ（Ｎ）」、「ビーム発点Ｌ（Ｎ）」、「仮想原点ＶＯ（Ｎ）」、「ビーム発点位置ＰＬ（Ｎ）」、仮想原点位置Ｐ０（Ｎ）と表す。また、隣り合う音響線ＡＬ（Ｎ）と音響線ＡＬ（Ｎ＋１）の間の音響線間角度Δθを「音響線間角度Δθ（Ｎ）」と表す。

図６Ｂ、図７Ｂに示すように、本実施の形態では、スキャン方向において、超音波プローブ２の中央側の音響線間角度Δθ（例えば、音響線間角度Δθ（８）、Δθ（９））が、端部側の音響線間角度Δθ（例えば、音響線間角度Δθ（１）、Δθ（１６））よりも狭くなっている。つまり、スキャン方向において、超音波プローブ２の中央側の音響線間角度Δθが、端部側の音響線間角度Δθよりも狭くなるように、スキャン条件が設定されている。スキャン方向端部の音響線ＡＬほど仮想原点ＶＯが振動子面Ｓに近くなるように、スキャン条件が設定されていると言うこともできる。
これにより、超音波プローブ２のスキャン方向中央側ほど音響線間角度Δθが小さく、音響線密度が高くなる。したがって、超音波プローブ２の中央側ほど音響線間角度Δθが大きい従来の仮想原点法（図１Ａ、図１Ｂ参照）に比較して、診断対象である関心領域ＲＯＩの中央の画質が向上する。

また、音響線ＡＬは、振動子面Ｓの中心を通る法線ＮＶを対称軸として左右対称に形成されており、音響線間角度Δθは、超音波プローブ２のスキャン方向中央側からスキャン方向端部側に向けて単調増加し、超音波プローブ２のスキャン方向中央側ほど狭く、スキャン方向端部側ほど広くなっている。これにより、安定した画質の超音波画像を得ることができる。

図６Ａ、図６Ｂに示す音響線ＡＬの超音波を用いた台形スキャンでは、スキャン方向中央の音響線間角度Δθの変化が急峻となっている。この場合、画像中央の画質は向上するが、端部に向かうにつれて画質が急激に劣化することとなり、視認性が損なわれる虞がある。これに対して、図７Ａ、図７Ｂに示す音響線ＡＬでは、音響線間角度Δθの変化は、５番目の音響線ＡＬ（５）～１３番目の音響線ＡＬ（１３）にわたる範囲では緩やかであり、音響線ＡＬ（５，１３）から端部にわたる範囲では急峻となっている。このように、超音波プローブ２のスキャン方向中央側ほど小さく、スキャン方向端部側ほど大きくすることにより、急激な画質変化を抑制し、安定した画質の超音波画像を得ることができる。特に、関心領域ＲＯＩを形成する音響線ＡＬについて、音響線間角度Δθがほぼ同等に設定されるのが好ましい。

図９は、台形スキャン処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、超音波診断装置Ａにおいて、台形スキャンモードが選択されることに伴い、ＣＰＵ４１がＲＯＭ４３に格納されている所定のプログラムを実行することにより実現される。例えば、操作入力部１７を介してユーザーが台形スキャンモードを選択した場合に、台形スキャン処理が開始される。

図９のステップＳ１において、制御部４０は、超音波診断装置本体１に接続されている超音波プローブ２に関するプローブ情報を取得する。プローブ情報は、超音波プローブ２の種類、振動子アレイ２３の構成（例えば、振動子数、振動子サイズ）等を含む。プローブ情報は、例えば、予めＲＯＭ４３に格納されており、使用される超音波プローブ２に応じて適宜読み出される。また、ＲＯＭ４３に格納されているプローブ情報は、操作入力部１７におけるユーザーの入力操作によって更新されてもよい。

ステップＳ２において、制御部４０は、最大音響線角度θｍａｘを取得する。最大音響線角度θｍａｘは、図８に示すように、最外側の音響線ＡＬの音響線角度θ（図８では、音響線ＡＬ（１７）の音響線角度θ（１７））である。最大音響線角度θｍａｘは、例えば、操作入力部１７におけるユーザーの入力操作によって提供される。

ステップＳ３において、制御部４０は、ステップＳ１及びＳ２で取得したプローブ情報及び最大音響線角度θｍａｘに基づいて、各音響線ＡＬの音響線角度θを算出する。音響線角度θの算出には、音響線間角度Δθがスキャン方向中方側で狭くなるような関数が適用される。この関数の具体例については、後述する。

ステップＳ４において、制御部４０は、ステップＳ３で算出された音響線角度θをスキャン条件として送信部１１及び受信部１２に送信し、台形スキャンを実行させる。送信部１１では、スキャン条件に基づいて遅延制御が行われ、超音波プローブ２による台形スキャンが実行される。

図１０、図１１は、台形スキャン処理における音響線角度θの算出（図９のステップＳ３）で用いられる関数の一例を示す図である。
図１０、図１１に示す関数は、実質的に同じ特性を示す関数である。図１０は、音響線角度θをビーム発点位置ＰＬの関数として表しており、図１１は、仮想原点位置ＰＯをビーム発点位置ＰＬの関数として表している。具体的には、図１０に示す関数は下式（２）で表され、図１１に示す関数は下式（３）で表される。
θ＝ｓｇｎ（Ｌ）×β×｜ＰＬ｜^α ・・・（２）
ＰＯ＝Ｌ／ｔａｎ｛ｓｇｎ（Ｌ）×β×｜ＰＬ｜^α｝ ・・（３）
ｓｇｎ（Ｌ）：ビーム発点の符号
α、β：偏向角変動係数
ここで、偏向角変動係数α、βは、音響線間角度Δθを制御するための特性値であり、αを定数とし、プラス側の最外側のビーム発点位置ＰＬｍａｘ（＝ＰＬ（１７））、及びこれに対応する音響線角度θｍａｘ（＝θ（１７）））を規定すると、βが求まる関係を有している。

数式（２）、又は数式（１）と数式（３）に従って音響線角度θを求めると、音響線間角度Δθは、超音波プローブ２のスキャン方向中央で最小値をとる。つまり、音響線角度θ又は仮想原点位置ＰＯを表す関数には、超音波プローブ２のスキャン方向中央において、音響線間角度Δθが最小値をとるような関数が適用される。特に、図６Ｂ、図７Ｂに示すように、超音波プローブ２のスキャン方向中央において、音響線間角度Δθが極小値を取ることが好ましい。

図１０、図１１に示すような関数を用いて音響線角度θを算出することにより、適宜スキャン条件を設定することができるので、使用する超音波プローブ２の種類に応じて柔軟に対応することができる。
なお、これらの関数は、表示処理部１５にて表示用の画像を生成するために実施する座標変換において、代数的解法が存在するような関数であることが、表示精度や実現容易性の観点で望ましい。

このように、実施の形態に係る超音波診断装置Ａは、複数の振動子２３１がアレイ状に配置された超音波プローブ２を駆動して被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を超音波プローブ２から受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブ２により台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する制御部４０（スキャン制御部）と、スキャン条件に基づいて超音波プローブの駆動を制御する送信部１１と、を備える。隣り合う音響線ＡＬがなす角度を音響線間角度Δθと定義したとき、制御部４０は、スキャン方向において、超音波プローブ２の中央側の音響線間角度Δθが、端部側の音響線間角度Δθよりも狭くなるように、スキャン条件を設定する。

言い替えると、超音波診断装置Ａは、複数の振動子２３１がアレイ状に配置された超音波プローブ２を駆動して被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を超音波プローブ２から受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブ２により台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する制御部４０（スキャン制御部）と、スキャン条件に基づいて超音波プローブの駆動を制御する送信部１１と、を備える。超音波プローブ２のスキャン方向中央における振動子面Ｓの法線ＮＶと超音波の音響線ＡＬとが交差する点を仮想原点ＶＯと定義したとき、制御部４０は、超音波プローブ２の端部側の音響線ＡＬの仮想原点ＶＯが、中央側の音響線ＡＬの仮想原点ＶＯよりも振動子２３１に近くなるように、スキャン条件を設定する。

また、本実施の形態に係る超音波診断方法は、複数の振動子２３１がアレイ状に配置された超音波プローブ２を駆動して被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を超音波プローブ２から受信して、超音波画像を生成する超音波診断方法であって、超音波プローブ２により台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第１工程（図９のステップＳ１～Ｓ３）と、スキャン条件に基づいて超音波プローブの駆動を制御する第２工程（図９のステップＳ４）と、を含む。隣り合う音響線ＡＬがなす角度を音響線間角度Δθと定義したとき、第１工程は、超音波プローブ２のスキャン方向中央側の音響線間角度Δθが、スキャン方向端部側の音響線間角度Δθよりも狭くなるように、スキャン条件を設定する。

また、本実施の形態に係るプログラムは、複数の振動子２３１がアレイ状に配置された超音波プローブ２を駆動して被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を超音波プローブ２から受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置Ａのコンピュータに所定の処理を実行させるプログラムであって、所定の処理は、超音波プローブ２により台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第１処理（図９のステップＳ１～Ｓ３）と、スキャン条件に基づいて超音波プローブの駆動を制御する第２処理（図９のステップＳ４）と、を含む。隣り合う音響線ＡＬがなす角度を音響線間角度Δθと定義したとき、第１処理は、超音波プローブ２のスキャン方向中央側の音響線間角度Δθが、スキャン方向端部側の音響線間角度Δθよりも狭くなるように、スキャン条件を設定する。
このプログラムは、例えば、当該プログラムが格納されたコンピューター読取可能な可搬型記憶媒体（光ディスク、光磁気ディスク、及びメモリカードを含む）を介して提供される。また例えば、このプログラムは、当該プログラムを保有するサーバーから、ネットワークを介してダウンロードにより提供することもできる。

実施の形態に係る超音波診断装置Ａ、超音波診断方法及びプログラムによれば、台形スキャンにより広域視野を確保できるとともに、超音波プローブ２のスキャン方向中央側において音響線密度が高くなるので、画像中央の画質を向上することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

例えば、実施の形態では、音響線ＡＬが、振動子面Ｓの中心を通る法線ＮＶを対称軸として左右対称に形成されているが、音響線ＡＬは左右対称でなくてもよい。
また例えば、実施の形態では、関数を用いた演算によりスキャン条件である音響線角度θを算出する場合について説明したが、超音波プローブ２の種類等に応じて予め設定した音響線角度θのデータを制御部４０が保有するようにしてもよい。また、スキャン条件として、仮想原点位置ＰＯを用いてもよい。

さらに、超音波診断装置Ａは、それぞれの音響線ＡＬを一定角度偏向した超音波を送受信することにより得られる複数のフレームを空間的に合成して超音波画像を生成する画像処理部を備えていてもよい（いわゆる空間コンパウンド）。これにより、超音波画像の均一性を向上することができる。

また、実施の形態では、超音波プローブ２としてリニアプローブを適用した場合について説明したが、コンベックスプローブを適用してもよい。図１２Ａ、図１２Ｂに、コンベックスプローブを適用した場合の音響線ＡＬの一例を示す。図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、この場合も、台形スキャンにより広域視野を確保できるとともに、超音波プローブ２のスキャン方向中央側において音響線密度が高くなるので、画像中央の画質を向上することができる。

また、図６Ｂ、図７Ｂでは、音響線間角度Δθが連続的に滑らかに変化しているが、音響線間角度Δθの変化を示す形状はこれに限定されない。例えば、音響線間角度Δθは、振動子面Ｓのスキャン方向中央で連続する複数の音響線間角度Δθが同じ値となるように、段階的に変化してもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ａ 超音波診断装置
１ 超音波診断装置本体
２ 超音波プローブ
１１ 送信部
１２ 受信部
１４ Ｂモード信号処理部
１５ 表示処理部
１６ 表示部
１７ 操作入力部
４０ 制御部
ＡＬ 音響線
θ 音響線角度
Δθ 音響線間角度
ＶＯ 仮想原点
ＰＯ 仮想原点位置
Ｌ ビーム発点
ＰＬ ビーム発点位置

Claims (11)

1. 複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部と、
   前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する送信部と、を備え、
   隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度、前記超音波プローブのスキャン方向中央における振動子面の法線と前記音響線とが交差する点を仮想原点と定義したとき、
   前記スキャン制御部は、スキャン方向において、前記超音波プローブの端部側の前記音響線の前記仮想原点が、中央側の前記音響線の前記仮想原点よりも前記振動子に近く、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する、
   超音波診断装置。
2. 前記音響線は、前記法線を対称軸として左右対称に形成されている、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記法線と前記超音波の音響線とがなす角を音響線角度、前記振動子面と前記音響線とが交差する点をビーム発点と定義したとき、
   前記音響線角度は、前記音響線間角度が前記超音波プローブのスキャン方向中央で最小値となるように設定された、前記ビーム発点の位置の関数で表される、
   請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記振動子面と前記音響線とが交差する点をビーム発点と定義したとき、
   前記仮想原点の位置は、前記音響線間角度が前記超音波プローブのスキャン方向中央で最小値となるように設定された、前記ビーム発点の位置の関数で表される、
   請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
5. 前記最小値は、極小値である、
   請求項３又は４に記載の超音波診断装置。
6. 前記音響線間角度は、前記超音波プローブのスキャン方向中央側ほど狭く、スキャン方向端部側ほど広い、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
7. 前記音響線間角度は、前記超音波プローブのスキャン方向中央側からスキャン方向端部側に向けて単調増加する、
   請求項６に記載の超音波診断装置。
8. 前記音響線間角度の変化は、前記超音波プローブのスキャン方向中央側ほど小さく、スキャン方向端部側ほど大きい、
   請求項６又は７に記載の超音波診断装置。
9. それぞれの前記音響線を一定角度偏向した超音波を送受信することにより得られる複数のフレームを空間的に合成して前記超音波画像を生成する画像処理部を備える、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
10. 超音波診断装置が、複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波画像生成方法であって、
    前記超音波診断装置の制御手段が、前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第１工程と、
    前記制御手段が、前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する第２工程と、を備え、
    隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度、前記超音波プローブのスキャン方向中央における振動子面の法線と前記超音波の音響線とが交差する点を仮想原点と定義したとき、
    前記第１工程では、前記制御手段は、スキャン方向において、前記超音波プローブの端部側の前記音響線の前記仮想原点が、中央側の前記音響線の前記仮想原点よりも前記振動子に近く、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する、
    超音波画像生成方法。
11. 複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置のコンピュータに所定の処理を実行させるプログラムであって、
    前記所定の処理は、
    前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第１処理と、
    前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する第２処理と、を含み、
    隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度、前記超音波プローブのスキャン方向中央における振動子面の法線と前記超音波の音響線とが交差する点を仮想原点と定義したとき、
    前記第１処理は、スキャン方向において、前記超音波プローブの端部側の前記音響線の前記仮想原点が、中央側の前記音響線の前記仮想原点よりも前記振動子に近く、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する、
    プログラム。

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