JP7324578B2

JP7324578B2 - 超音波診断装置及びパルス繰り返し周波数制御プログラム

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Publication number: JP7324578B2
Application number: JP2018227400A
Authority: JP
Inventors: 千尋柴田; 明弘掛江; 財光西原
Original assignee: Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2017-12-12
Filing date: 2018-12-04
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2038-12-04
Also published as: JP2019103801A

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置及びパルス繰り返し周波数制御プログラムに関する。

医用分野では、超音波プローブの複数の振動子（圧電振動子）を用いて発生させた超音波を利用して、被検体内部を画像化する超音波診断装置が使用されている。超音波診断装置は、超音波診断装置に接続された超音波プローブから被検体内に超音波を送信させ、反射波に基づくエコー信号を生成し、画像処理によって所望の超音波画像を得る。

従来の超音波診断装置では、臓器等の構造を把握するために、エコー信号に基づいてＢモード処理した超音波画像であるＢモード画像が利用されている。Ｂモード画像は、所謂白黒画像であり、輝度値の差異によって構造物の違いを表現する画像である。Ｂモード画像では、組織の違いにより音波の反射具合が異なることを利用しているため、大きく組織性状の異なる部分に関しては明瞭に境界等を描出できる。

ここで、超音波診断装置で使用されるスキャン領域や、スキャン領域の深さによって決まるパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）は、スキャン前に予め決まっているので、スキャン対象の種類に応じてＰＲＦをスキャンの度に変更したり、個人差によるスキャン対象の変化に応じてＰＲＦをスキャンの度に変更したりすることはできない。したがって、無理にＰＲＦを変更しようとすると、診断に必要な深さの領域をスキャン領域から除外してしまい、又は、診断に不要な深さの領域をスキャン領域に含めてしまうことが有り得る。

特開２０１６－１９００３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、スキャン対象に応じた適切なＰＲＦを設定することである。

実施形態に係る超音波診断装置は、特定部と、設定部と、スキャン制御部とを有する。特定部は、スキャン対象に応じて超音波のスキャン領域を特定する。設定部は、スキャン領域に対応するように、各ラスタについてパルス繰り返し周波数を設定する。スキャン制御部は、パルス繰り返し周波数に従ってスキャンを実行するように制御する。

図１は、実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図。図２は、実施形態に係る超音波診断装置の機能を示すブロック図。図３は、実施形態に係る超音波診断装置の動作をフローチャートとして示す図。図４は、実施形態に係る超音波診断装置において、スキャン対象に応じた第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図。図５は、実施形態に係る超音波診断装置において、スキャン対象が心臓部である場合の第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図。図６は、実施形態に係る超音波診断装置において、スキャン対象が腹部である場合の第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図。図７は、実施形態に係る超音波診断装置において、スキャン対象が腹部である場合のカラードプラ画像の一例を示す図。図８は、実施形態に係る超音波診断装置において、スキャン対象が胎児である場合の第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図。図９は、実施形態に係る超音波診断装置において、胎児を第２のＰＲＦでスキャンした場合に生成される３次元画像の例を示す図。図１０は、実施形態に係る超音波診断装置において、第２のスキャン領域内の複数のラスタで実行される複数の超音波送受信の順序を示す図。

以下、図面を参照しながら、超音波診断装置及びパルス繰り返し周波数制御プログラムの実施形態について詳細に説明する。

１．実施形態に係る超音波診断装置
図１は、実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１は、実施形態に係る超音波診断装置１０を示す。また、図１は、超音波プローブ２０、入力部（例えば、入力インターフェース）３０、及び表示部（例えば、ディスプレイ）４０を示す。なお、超音波診断装置１０に、超音波プローブ２０、入力インターフェース３０、及びディスプレイ４０の少なくとも１個を加えた装置を超音波診断装置と称する場合もある。以下の説明では、超音波診断装置１０の外部に、超音波プローブ２０、入力インターフェース３０、及びディスプレイ４０の全てが備えられる場合について説明する。

超音波診断装置１０は、送受信部（例えば、送受信回路）１１、Ｂモード処理部（例えば、Ｂモード処理回路）１２、ドプラ処理部（例えば、ドプラ処理回路）１３、画像生成部（例えば、画像生成回路）１４、画像記憶部（例えば、画像メモリ）１５、表示制御部（例えば、表示制御回路）１６、ネットワーク接続部（例えば、ネットワーク接続回路）１７、処理部（例えば、処理回路）１８、及び記憶部（例えば、記憶回路）１９を備える。回路１１～１４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ:Application Specific Integrated Circuit）等によって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路１１～１４の機能の全部又は一部は、処理回路１８がプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。

送受信回路１１は、送信回路及び受信回路（図示省略）を有する。送受信回路１１は、処理回路１８による制御の下、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。なお、送受信回路１１が超音波診断装置１０に設けられる場合について説明するが、送受信回路１１は、超音波プローブ２０に設けられてもよいし、超音波診断装置１０及び超音波プローブ２０の両方に設けられてもよい。

送信回路は、パルス発生回路、送信遅延回路、及びパルサ回路等を有し、超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。送信遅延回路は、超音波プローブ２０の超音波振動子から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルス発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動パルスを印加する。送信遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面から送信される超音波ビームの送信方向を任意に調整する。

受信回路は、アンプ回路、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器、及び加算器等を有し、超音波振動子が受信したエコー信号を受け、このエコー信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。アンプ回路は、エコー信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行う。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正されたエコー信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータに受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、Ａ／Ｄ変換器によって処理されたエコー信号の加算処理を行ってエコーデータを生成する。加算器の加算処理により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

Ｂモード処理回路１２は、処理回路１８による制御の下、受信回路からエコーデータを受信し、対数増幅、及び包絡線検波処理等を行って、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、Ｂモードデータと呼ばれる。

ドプラ処理回路１３は、処理回路１８による制御の下、受信回路からのエコーデータから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織を抽出し、平均速度、分散、パワー等の移動態情報を多点について抽出したデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、ドプラデータと呼ばれる。

画像生成回路１４は、処理回路１８による制御の下、超音波プローブ２０が受信したエコー信号に基づいて、所定の輝度レンジで表現された超音波画像を画像データとして生成する。例えば、画像生成回路１４は、超音波画像として、Ｂモード処理回路１２によって生成された２次元のＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像を生成する。また、画像生成回路１４は、超音波画像として、ドプラ処理回路１３によって生成された２次元のドプラデータから移動態情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。

画像メモリ１５は、１フレーム当たり２軸方向に複数のメモリセルを備え、それを複数フレーム分備えたメモリである２次元メモリを含む。画像メモリ１５としての２次元メモリは、処理回路１８の制御による制御の下、画像生成回路１４によって生成された１フレーム、又は、複数フレームに係る超音波画像を２次元画像データとして記憶する。

画像生成回路１４は、処理回路１８による制御の下、画像メモリ１５としての２次元メモリに配列された超音波画像に対し、必要に応じて補間処理を行う３次元再構成を行うことで、画像メモリ１５としての３次元メモリ内に超音波画像をボリュームデータとして生成する。補間処理方法としては、公知の技術が用いられる。

画像メモリ１５は、３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向）に複数のメモリセルを備えたメモリである３次元メモリを含む場合もある。画像メモリ１５としての３次元メモリは、処理回路１８の制御による制御の下、画像生成回路１４によって生成された超音波画像をボリュームデータとして記憶する。

表示制御回路１６は、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）及びＶＲＡＭ（Video RAM）等を含む。表示制御回路１６は、処理回路１８の制御による制御の下、処理回路１８から表示出力要求のあった超音波画像（例えば、ライブ画像）をディスプレイ４０に表示させる。

ネットワーク接続回路１７は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワーク接続回路１７は、この各種プロトコルに従って、超音波診断装置１０と、外部の医用画像管理装置５０及び医用画像処理装置６０等の他の機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続等を適用することができる。ここで、電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹のＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワーク及び衛星通信ネットワーク等を含む。

また、ネットワーク接続回路１７は、非接触無線通信用の種々のプロトコルを実装してもよい。この場合、超音波診断装置１０は、例えば超音波プローブ２０と、ネットワークを介さず直接にデータ送受信することができる。

処理回路１８は、専用又は汎用のＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ（micro processor unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）の他、ＡＳＩＣ、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：simple programmable logic device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：complex programmable logic device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）等が挙げられる。

また、処理回路１８は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、記憶回路１９は回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一の記憶回路１９が複数の回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。

記憶回路１９は、ＲＡＭ（random access memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。記憶回路１９は、ＵＳＢ（universal serial bus）メモリ及びＤＶＤ（digital video disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。記憶回路１９は、処理回路１８において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（operating system）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ４０への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース３０によって行うことができるＧＵＩ（graphical user interface）を含めることもできる。

超音波プローブ２０は、前面部に複数個の微小な振動子（圧電素子）を備え、スキャン対象を含む領域、例えば管腔体を含む領域に対して超音波の送受波を行う。各振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また、受信時には反射波を電気信号（受信信号）に変換する機能を有する。超音波プローブ２０は小型、軽量に構成されており、ケーブル（又は無線通信）を介して超音波診断装置１０に接続される。

超音波プローブ２０は、スキャン方式の違いにより、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等の種類に分けられる。また、超音波プローブ２０は、アレイ配列次元の違いにより、アジマス方向に１次元（１Ｄ）的に複数個の振動子が配列された１Ｄアレイプローブと、アジマス方向かつエレベーション方向に２次元（２Ｄ）的に複数個の振動子が配列された２Ｄアレイプローブとの種類に分けられる。なお、１Ｄアレイプローブは、エレベーション方向に少数の振動子が配列されたプローブを含む。

ここで、３Ｄスキャン、つまり、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ２０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備えた２Ｄアレイプローブが利用される。又は、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ２０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備え、エレベーション方向に機械的に揺動する機構を備えた１Ｄプローブが利用される。後者のプローブは、メカ４Ｄプローブとも呼ばれる。

入力インターフェース３０は、操作者によって操作が可能な入力デバイスからの信号を入力する回路と、入力デバイスとを含む。入力デバイスは、トラックボール、スイッチ、マウス、キーボード、走査面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力回路、及び音声入力回路等によって実現される。操作者により入力デバイスが操作されると、入力インターフェース３０はその操作に応じた入力信号を生成して処理回路１８に出力する。

ディスプレイ４０は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等の一般的な表示出力装置により構成される。ディスプレイ４０は、処理回路１８の制御に従って各種情報を表示する。

また、図１は、超音波診断装置１０の外部機器である医用画像管理装置５０及び医用画像処理装置６０を示す。医用画像管理装置５０は、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）サーバであり、ネットワークＮを介してデータ送受信可能に超音波診断装置１０等の機器に接続される。医用画像管理装置５０は、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像等の医用画像をＤＩＣＯＭファイルとして管理する。

医用画像処理装置６０は、ネットワークＮを介してデータ送受信可能に超音波診断装置１０や医用画像管理装置５０等の機器に接続される。医用画像処理装置６０としては、例えば、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像に対して各種画像処理を施すワークステーションや、タブレット端末等の携帯型情報処理端末等が挙げられる。なお、医用画像処理装置６０はオフラインの装置であって、超音波診断装置１０によって生成された超音波画像を可搬型の記憶媒体を介して読み出し可能な装置であってもよい。

続いて、超音波診断装置１０の機能について説明する。

図２は、超音波診断装置１０の機能を示すブロック図である。

処理回路１８は、記憶回路１９に記憶された、又は、処理回路１８内に直接組み込まれたプログラムを読み出して実行することで、スキャン制御部（例えば、スキャン制御機能）２１、特定部（例えば、スキャン領域特定機能）２２、設定部（例えば、ＰＲＦ設定機能）２３を実現する。以下、機能２１～２３がソフトウェア的に機能する場合を例に挙げて説明するが、機能２１～２３の全部又は一部は、超音波診断装置１０にＡＳＩＣ等の回路等として設けられるものであってもよい。

スキャン制御機能２１は、予め設定された第１のＰＲＦ、又は、後述のＰＲＦ設定機能２３によって設定された第２のＰＲＦに従ってスキャンを実行するように制御する機能である。スキャン制御機能２１は、Ｂモード、カラーモード、ドプラモード、３Ｄモード、及び、４Ｄモードのうち少なくとも１つについて、ＰＲＦを制御することができる。

スキャン領域特定機能２２は、スキャン対象に応じて超音波のスキャン領域を特定する機能である。例えば、スキャン領域特定機能２２は、スキャン制御機能２１によるスキャンの実行により生成された超音波画像データに基づいて、スキャン領域を特定する。

ＰＲＦ設定機能２３は、スキャン領域特定機能２２によって特定されたスキャン領域に対応するように、複数のラスタの各ラスタについてＰＲＦを設定する機能である。

なお、機能２１～２３の機能の詳細については、図３～図９を用いて後述する。

続いて、超音波診断装置１０の動作について説明する。

図３は、超音波診断装置１０の動作をフローチャートとして示す図である。図３において、「ＳＴ」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。図４は、超音波診断装置１０において、スキャン対象に応じた第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図である。図４は、セクタ型のスキャン方式を備えた１Ｄアレイプローブによって生成されるＢモード画像を例示するものである。

スキャン制御機能２１は、入力インターフェース３０を介した操作者からのスキャン開始指示に従って、送受信回路１１等を統括的に制御して患者のスキャン対象を含む第１のスキャン領域に対して第１のＰＲＦで第１のスキャンを実行し、スキャン対象を含む超音波画像、例えばＢモード画像を生成する（ステップＳＴ１）。ステップＳＴ１では、スキャン制御機能２１は、第１のスキャン領域の深さに基づいて第１のＰＲＦ（即ち、各ラスタの深さ）を設定し、第１のスキャン領域の拡がりに基づいて第１のスキャン角（即ち、ラスタ数）を設定する。

ステップＳＴ１によって第１のスキャンが実行された場合、スキャン制御機能２１は、Ｂモード画像をライブ画像として生成及び表示する（ステップＳＴ２）。また、ステップＳＴ１によって生成されたＢモード画像は、画像メモリ１５に記憶される。

図４（Ａ）は、超音波診断装置１０における第１のスキャン領域を示す図である。

図４（Ａ）は、スキャン対象Ｐと、第１のスキャン領域Ｑ１とを示す。また、図４（Ａ）は、スキャン対象Ｐを含み、第１のＰＲＦを示す深さ（depth）の複数のラスタＲ１と、スキャン角θ１とを示す。なお、図４（Ａ）において、複数のラスタＲ１として１１本のラスタを便宜的に示すが、その場合に限定されるものではない。

スキャン角θ１の範囲内における複数のラスタＲ１において超音波ビームが送受信されることにより、第１のスキャン領域Ｑ１に係るＢモード画像が得られる。

図３の説明に戻って、スキャン制御機能２１は、超音波送受信の一時停止が要求されたか否か、即ち、ステップＳＴ２によって表示された表示画像のフリーズが指示されたか否かを判断する（ステップＳＴ３）。例えば、スキャン制御機能２１は、入力インターフェース３０を介した操作者から表示画像のフリーズ指示を受け付けた場合に、表示画像のフリーズが指示されたと判断する。ステップＳＴ３の判断にてＮＯ、即ち、表示画像のフリーズが要求されていないと判断された場合、スキャン制御機能２１は、次のフレームについて、患者のスキャン対象を含む第１のスキャン領域に対して第１のＰＲＦで第１のスキャンを実行し、スキャン対象を含む超音波画像を生成する（ステップＳＴ１）。

ステップＳＴ３の判断にてＹＥＳ、即ち、表示画像のフリーズが要求されたと判断された場合、スキャン領域特定機能２２は、超音波送受信の一時停止させ、ステップＳＴ２によって表示された表示画像、つまり、最新のＢモード画像に基づいて、後述する第２のスキャン領域の最深線を特定する（ステップＳＴ４）。

図４（Ｂ）は、超音波診断装置１０における最深線を示す図である。

図４（Ｂ）は、スキャン対象Ｐと、スキャン対象Ｐに基づいて特定される第２のスキャン領域の最深線Ｓとを示す。第１に、最深線Ｓは、複数のラスタＲ１の各ラスタ上の複数の輝度値に基づいて、自動的に設定される。例えば、複数のラスタＲ１の各ラスタ上の最深部から最浅部に向かって輝度値が最初に閾値以上となる位置がスキャン対象Ｐの輪郭点として求められる。複数のラスタＲ１にそれぞれ対応する複数の輪郭点を繋ぐ線がスキャン対象Ｐの輪郭線として設定される。そして、輪郭線が最深線Ｓとして特定されるか、又は、輪郭線に対して、一定の余裕（マージン）をもつように最深線Ｓが特定される。その場合、輪郭線から各ラスタの最深部の方向に一定値の分だけ離れた最深線Ｓが特定される。

又は、複数のラスタＲ１の各ラスタ上の複数の輝度値のうち最大輝度値が求められ、最大輝度値の位置がスキャン対象Ｐの輪郭点として求められる。そして、複数のラスタＲ１にそれぞれ対応する複数の輪郭点を繋ぐ線がスキャン対象Ｐの輪郭線として設定される。

第２に、第２のスキャン領域の最深線Ｓは、入力インターフェース３０を介した操作者による操作により手動的に設定される。

図３の説明に戻って、スキャン領域特定機能２２は、ステップＳＴ４によって特定された第２のスキャン領域の最深線に基づいて、第２のスキャン領域を特定する（ステップＳＴ５）。例えば、スキャン領域特定機能２２は、ステップＳＴ４によって特定された第２のスキャン領域の最深線を含むように第２のスキャン領域を特定する。ＰＲＦ設定機能２３は、ステップＳＴ５によって特定された第２のスキャン領域の深さに基づいて、ラスタ毎に設定された複数のＰＲＦからなる第２のＰＲＦを設定すると共に、ステップＳＴ５によって特定された第２のスキャン領域の拡がりに基づいて第２のスキャン角を設定する（ステップＳＴ６）。

図４（Ｃ）は、超音波診断装置１０における第２のスキャン領域を示す図である。

図４（Ｃ）は、スキャン対象Ｐと、第２のスキャン領域の最深線Ｓ（図４（Ｂ）に図示）を含む第２のスキャン領域Ｑ２とを示す。また、図４（Ｃ）は、スキャン対象Ｐを含み、第２のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ２と、スキャン角θ２とを示す。

スキャン角θ２の範囲内における複数のラスタＲ２において超音波ビームが送受信されることにより、第２のスキャン領域Ｑ２に係るＢモード画像が得られる。

図４（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２は、図４（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１と比較して、深度が浅い。ラスタ毎に異なる第２のスキャン領域Ｑ２の深度に相応するＰＲＦが、ラスタ毎に設定されることで、第２のＰＲＦが設定される。したがって、図４（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２において超音波を送受信する第２のスキャンでは、ラスタ毎に設定された複数のＰＲＦからなる第２のＰＲＦの採用によりフレームレートが向上する。図４（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２は、図４（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１と比較して、スキャン角が狭い。したがって、図４（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２において超音波を送受信する第２のスキャンでは、フレームレートが向上する。

図３の説明に戻って、スキャン制御機能２１は、入力インターフェース３０からのフリーズ解除の指示に従って、送受信回路１１等を統括的に制御して患者のスキャン対象を含む第２のスキャン領域に対して第２のＰＲＦで第２のスキャンを実行し、スキャン対象を含む超音波画像を生成する（ステップＳＴ７）。

ステップＳＴ７によってスキャンが実行された場合、スキャン制御機能２１は、Ｂモード画像をライブ画像として生成及び表示する（ステップＳＴ８）。スキャン制御機能２１は、入力インターフェース３０を介した操作者からのスキャン終了指示に従って、第２のスキャンを終了するか否かを判断する（ステップＳＴ９）。ステップＳＴ９の判断にてＮＯ、即ち、第２のスキャンを終了しないと判断される場合、スキャン制御機能２１は、次のフレームについて、患者のスキャン対象を含む第２のスキャン領域に対して第２のＰＲＦで第２のスキャンを実行し、スキャン対象を含む超音波画像を生成する（ステップＳＴ７）。

ステップＳＴ９の判断にてＹＥＳ、即ち、第２のスキャンを終了すると判断される場合、第２のスキャンが終了される。

なお、図３のステップＳＴ４～ＳＴ６において、スキャン領域特定機能２２は、ステップＳＴ３のフリーズ後に第２のスキャン領域を特定するものとして説明したがその場合に限定されるものではない。例えば、スキャン領域特定機能２２は、フリーズを行うことなく、Ｂモード画像が生成される度に第２のスキャン領域を特定し、Ｂモード画像が生成される度に第２のＰＲＦ及び第２のスキャン角を設定してもよい。その場合、スキャン制御機能２１は、時間の経過に伴って変化する第２のスキャン領域に従って第２のスキャンを実行する（ステップＳＴ７）。

超音波診断装置１０によれば、スキャン対象の種類に応じてＰＲＦを変更することができ、また、同一種類のスキャン対象でも個人差に応じてＰＲＦを変更することができる。即ち、超音波診断装置１０によれば、スキャン対象に応じた適切な第２のＰＲＦを設定することができる。それにより、２次元スキャンにおいて、スキャン領域Ｑ２外であって診断に寄与しない深い位置のエコー信号を待つことなく次のラスタの超音波送信に移行することができるので、ライブ画像のフレームレートを向上させることができる。

続いて、スキャン対象Ｐの種類に応じた第２のＰＲＦの設定方法について図５～図９を用いて説明する。

図５は、超音波診断装置１０において、スキャン対象が心臓部である場合の第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図である。図５は、セクタ型のスキャン方式を備えた１Ｄアレイプローブによって生成されるＢモード画像を例示するものである。図５（Ａ）は、超音波診断装置１０において、心臓部を含むスキャン領域を示す図である。

図５（Ａ）は、スキャン対象Ｐとしての心臓部Ｐｍと、第１のスキャン領域Ｑ１とを示す。また、図５（Ａ）は、心臓部Ｐｍを含み、第１のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ１と、スキャン角θ１とを示す。なお、図５（Ａ）において、複数のラスタＲ１として１１本のラスタを便宜的に示すが、その場合に限定されるものではない。

図５（Ｂ）は、超音波診断装置１０において、心臓部Ｐｍに基づく第２のスキャン領域の最深線を示す図である。

図５（Ｂ）は、スキャン対象Ｐとしての心臓部Ｐｍと、心臓部Ｐｍに基づいて特定される第２のスキャン領域の最深線Ｓｍとを示す。最深線Ｓｍは、最深線Ｓ（図４（Ｂ）に図示）の一例である。前述したように、最深線Ｓｍは、複数のラスタＲ１の各ラスタ上の複数の輝度値に基づいて、自動的に設定される。又は、前述したように、最深線Ｓｍは、入力インターフェース３０を介した操作者による操作により手動的に設定される。

図５（Ｃ）は、超音波診断装置１０において、心臓部Ｐｍに基づく第２のスキャン領域を示す図である。

図５（Ｃ）は、心臓部Ｐｍと、第２のスキャン領域の最深線Ｓｍ（図５（Ｂ）に図示）を含む第２のスキャン領域Ｑ２とを示す。また、図５（Ｃ）は、心臓部Ｐｍを含み、第２のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ２と、スキャン角θ２とを示す。

図５（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２は、図５（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１と比較して、深度が浅い。ラスタ毎に異なる第２のスキャン領域Ｑ２の深度に相応するＰＲＦが、ラスタ毎に設定されることで、第２のＰＲＦが設定される。したがって、図５（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２において超音波を送受信する第２のスキャンでは、ラスタ毎に設定された複数のＰＲＦからなる第２のＰＲＦの採用によりフレームレートが向上する。また、図５（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２は、図５（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１と比較して、スキャン角が狭い。したがって、図５（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２において超音波を送受信する第２のスキャンでは、フレームレートが向上する。

図６は、超音波診断装置１０において、スキャン対象が腹部である場合の第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図である。図６は、コンベックス型のスキャン方式を備えた１ＤアレイプローブによってＢモード画像を例示するものである。図６（Ａ）は、超音波診断装置１０において、腹部を含むスキャン領域を示す図である。

図６（Ａ）は、スキャン対象Ｐとしての腹部Ｐｎと、第１のスキャン領域Ｑ１とを示す。また、図６（Ａ）は、腹部Ｐｎを含み、第１のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ１と、スキャン角θ１とを示す。なお、図６（Ａ）において、複数のラスタＲ１として９本のラスタを便宜的に示すが、その場合に限定されるものではない。

図６（Ｂ）は、超音波診断装置１０において、腹部Ｐｎに基づく第２のスキャン領域の最深線を示す図である。

図６（Ｂ）は、スキャン対象Ｐとしての腹部Ｐｎと、腹部Ｐｎに基づいて特定される第２のスキャン領域の最深線Ｓｎとを示す。最深線Ｓｎは、最深線Ｓ（図４（Ｂ）に図示）の一例である。前述したように、最深線Ｓｎは、複数のラスタＲ１の各ラスタ上の複数の輝度値に基づいて、自動的に設定される。又は、前述したように、最深線Ｓｎは、入力インターフェース３０を介した操作者による操作により手動的に設定される。

図６（Ｃ）は、超音波診断装置１０において、腹部Ｐｎに基づく第２のスキャン領域を示す図である。

図６（Ｃ）は、腹部Ｐｎと、第２のスキャン領域の最深線Ｓｎ（図６（Ｂ）に図示）を含む第２のスキャン領域Ｑ２とを示す。また、図６（Ｃ）は、腹部Ｐｎを含み、第２のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ２と、スキャン角θ２とを示す。

図６（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２は、図６（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１と比較して、深度が浅い。ラスタ毎に異なる第２のスキャン領域Ｑ２の深度に相応するＰＲＦが、ラスタ毎に設定されることで、第２のＰＲＦが設定される。したがって、図６（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２において超音波を送受信する第２のスキャンでは、ラスタ毎に設定された複数のＰＲＦからなる第２のＰＲＦの採用によりフレームレートが向上する。また、図６（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２は、図６（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１と比較して、スキャン角が同一である（θ１＝θ２）。

なお、実施形態をＢモードに適用する場合について説明したが、その場合に限定されるものではない。実施形態をカラードプラモードに応用することもできる。

図７は、超音波診断装置１０において、スキャン対象が腹部である場合の第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図である。図７は、コンベックス型のスキャン方式を備えた１Ｄアレイプローブによって生成されるカラードプラ画像を例示するものである。図７（Ａ）は、超音波診断装置１０において、腹部を含むスキャン領域を示す図である。

図７（Ａ）は、スキャン対象Ｐとしての腹部Ｐｎと、第１のスキャン領域Ｑ１とを示す。また、図７（Ａ）は、腹部Ｐｎを含み、第１のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ１と、スキャン角θ１とを示す。なお、図７（Ａ）において、複数のラスタＲ１として９本のラスタを便宜的に示すが、その場合に限定されるものではない。

スキャン角θ１の範囲内における複数のラスタＲ１において超音波ビームが送受信されることにより、第１のスキャン領域Ｑ１に係るＢモード画像が得られる。また、Ｂモード画像の一部領域であるカラー表示領域Ｃにカラードプラモードによって得られる画像が重畳される。

図７（Ｂ）は、超音波診断装置１０において、腹部Ｐｎに基づく第２のスキャン領域を示す図である。

図７（Ｂ）は、腹部Ｐｎと、第２のスキャン領域の最深線Ｓｎ（図６（Ｂ）に図示）を含む第２のスキャン領域Ｑ２とを示す。また、図７（Ｂ）は、腹部Ｐｎを含み、第２のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ２と、スキャン角θ２とを示す。

ここで、カラー表示領域Ｃは、腹部の最深線Ｓｎ（横隔膜）より深い部分を含む。しかし、カラー表示領域Ｃ内であっても、最深線Ｓｎより深い部分は、カラードプラモードのスキャン領域に含めないようにする。なお、カラー表示領域Ｃ内であって最深線Ｓｎより深い部分については、図７（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１に係る第１のスキャンで生成された過去の画像が重畳されてもよい。

なお、実施形態を２次元スキャンに適用する場合について説明したが、その場合に限定されるものではない。実施形態を２Ｄプローブアレイ又はメカ４Ｄプローブを用いた３次元スキャン（又は４次元スキャン）、即ち、ボリュームスキャンに適用することもできる。

図８は、超音波診断装置１０において、スキャン対象が胎児である場合の第２のＰＲＦの設定方法を説明するための図である。図４～図７は、スキャン対象より深部をスキャン領域から除外しつつ、スキャン対象の全体をスキャンする場合の第２のスキャン領域を示す。一方で、図８は、スキャン対象より深部をスキャン領域から除外しつつ、スキャン対象の浅部のみをスキャンする場合のスキャン領域を示す。

図８は、コンベックス型のスキャン方式を備えた２Ｄアレイプローブ（又は、メカ４Ｄプローブ）によって生成される、ある断面のＢモード画像を例示するものである。図８（Ａ）は、超音波診断装置１０において、胎児を含むスキャン領域を示す図である。

図８（Ａ）は、ある断面におけるスキャン対象Ｐとしての胎児Ｐｏと、第１のスキャン領域Ｑ１とを示す。また、図８（Ａ）は、胎児Ｐｏを含み、第１のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ１と、スキャン角θ１とを示す。なお、図８（Ａ）において、複数のラスタＲ１として９本のラスタを便宜的に示すが、その場合に限定されるものではない。

図８（Ｂ）は、超音波診断装置１０において、胎児Ｐｏに基づく第２のスキャン領域の最深線を示す図である。

図８（Ｂ）は、スキャン対象Ｐとしての胎児Ｐｏと、胎児Ｐｏに基づいて特定される第２のスキャン領域の最深線Ｓｏとを示す。最深線Ｓｏは、最深線Ｓ（図４（Ｂ）に図示）の一例である。第１に、最深線Ｓｏは、複数のラスタＲ１の各ラスタ上の複数の輝度値に基づいて、自動的に設定される。例えば、複数のラスタＲ１の各ラスタ上の最浅部から最深部に向かって輝度値が最初に閾値以上となる位置が胎児Ｐｏの輪郭点として求められる。複数のラスタＲ１にそれぞれ対応する複数の輪郭点を繋ぐ線が胎児Ｐｏの輪郭線として設定される。そして、輪郭線に対して、一定の余裕をもつように最深線Ｓｏが特定される。その場合、輪郭線から各ラスタの最深部の方向に一定値の分だけ離れた最深線Ｓｏが特定される。

又は、複数のラスタＲ１の各ラスタ上の複数の輝度値のうち最大輝度値が求められ、最大輝度値の位置が胎児Ｐｏの輪郭点として求められる。そして、複数のラスタＲ１にそれぞれ対応する複数の輪郭点を繋ぐ線が胎児Ｐｏの輪郭線として設定される。又は、胎児Ｐｏに対応する過去の画像に基づくパターンマッチングにより胎児Ｐｏの輪郭線が設定されてもよい。

第２に、第２のスキャン領域の最深線Ｓｏは、入力インターフェース３０を介した操作者による操作により手動的に設定される。

図８（Ｃ）は、超音波診断装置１０において、胎児Ｐｏに基づく第２のスキャン領域を示す図である。

図８（Ｃ）は、胎児Ｐｏと、第２のスキャン領域の最深線Ｓｏ（図８（Ｂ）に図示）を含む第２のスキャン領域Ｑ２とを示す。また、図８（Ｃ）は、胎児Ｐｏを含み、第２のＰＲＦを示す深さの複数のラスタＲ２と、スキャン角θ２とを示す。

ボリュームスキャンでは、図８に示す断面における第２のスキャン領域Ｑ２の設定が、エレベーション方向に複数の断面についてそれぞれ行われる。

図８（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２は、図８（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１と比較して、深度が浅い。ラスタ毎に異なる第２のスキャン領域Ｑ２の深度に相応するＰＲＦが、ラスタ毎に設定されることで、第２のＰＲＦが設定される。したがって、図８（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２において超音波を送受信する第２のスキャンでは、ラスタ毎に設定された複数のＰＲＦからなる第２のＰＲＦの採用によりボリュームレートが向上する。また、図８（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２は、図８（Ａ）に示す第１のスキャン領域Ｑ１と比較して、スキャン角が狭い。したがって、図８（Ｃ）に示す第２のスキャン領域Ｑ２において超音波を送受信する第２のスキャンでは、ボリュームレートが向上する。

図９は、超音波診断装置１０において、胎児Ｐｏを第２のＰＲＦでスキャンした場合に生成される３次元画像の例を示す図である。

図９は、第２のスキャン領域Ｑ２（図８（Ｃ）に図示）によりボリュームスキャンされた場合に生成される複数のＢモード画像に対してサーフェスレンダリング処理して得られた３次元画像を示す。このように、胎児の顔の表情を操作者に提示することができる。

図５～図９を用いて説明したように、超音波診断装置１０によれば、スキャン対象の種類に応じてＰＲＦを変更することができ、また、同一種類のスキャン対象でも個人差に応じてＰＲＦを変更することができる。即ち、超音波診断装置１０によれば、スキャン対象に応じた適切な第２のＰＲＦを設定することができる。それにより、３次元スキャンにおいて、スキャン領域Ｑ２外であって診断に寄与しない深い位置のエコー信号を待つことなく次のラスタ及び次の断面の超音波送信に移行することができるので、ライブ画像のボリュームレートを向上させることができる。

２．第２のスキャン領域の最深線の特定方法
図３のステップＳＴ４において、スキャン領域特定機能２２は、各ラスタ上の最深部から最浅部に向かって輝度値が最初に閾値以上となる位置（図４～図７に図示）、又は、各ラスタ上の最浅部から最深部に向かって輝度値が最初に閾値以上となる位置（図８に図示）に基づいて、第２のスキャン領域の最深線を特定する場合について説明した。しかし、最深線の特定方法はそれらの場合に限定されるものではない。

例えば、スキャン領域特定機能２２は、アトラス画像（例えば、典型的なＢモード画像）とステップＳＴ２によって生成及び表示されたＢモード画像とのパターンマッチングを用いて、第２のスキャン領域の最深線を特定してもよいし、入力インターフェース３０を介した操作者による操作により第２のスキャン領域の最深線を手動的に特定してもよい。また、スキャン領域特定機能２２は、上述した輝度値処理やパターマッチングにより特定された最深線を、入力インターフェース３０を介した操作者による操作により手動的に修正することで、第２のスキャン領域の最深線を特定してもよい。

３．第２のスキャン領域内のスキャン方法
前述したように、スキャン制御機能２１は、第２のスキャン領域内の複数のラスタに第２のＰＲＦを採用して超音波送受信を実行する。ここで、第２のスキャン領域内の複数のラスタに対応する複数の超音波送受信の実行順序について説明する。

図１０は、第２のスキャン領域内の複数のラスタで実行される複数の超音波送受信の順序を示す図である。

図１０（Ａ）は、第２のスキャン領域Ｑ２内の複数のラスタＲ２、例えば、１２個のラスタＬ１～Ｌ１２を示す。ラスタの数は説明の便宜上１２個とするが、その数に限定されるものではない。また、図１０（Ｂ）は、１２個のラスタＬ１～Ｌ１２で実行される１２個の超音波送受信の実行順序を表として示す。

図１０（Ｂ）の順序１は、図１０（Ａ）に示す１２個のラスタＬ１～Ｌ１２で、端のラスタＬ１から順番に端のラスタＬ１２まで１２個の超音波送受信を行う場合の実行順序を示す。

第２のスキャン領域Ｑ２において第２のＰＲＦを採用すると、特にＴＨＩ（tissue harmonic imaging）やカラーモードの場合や、図８に示すスキャン対象の浅部のみをスキャンする場合、図１０（Ｂ）の順序１では、残留多重を生じる可能性がある。つまり、順序１では、あるラスタでの超音波の送信で第２のスキャン領域Ｑ２外の深部からの反射波を、隣りのラスタでの反射波の受信の際に受信してしまうという問題がある。

そこで、スキャン制御機能２１は、図１０（Ｂ）の順序２，３に示すように、第２のスキャン領域Ｑ２内の１２個のラスタＬ１～Ｌ１２について、一定間隔離れたラスタに対して順に１２個の超音波送受信を実行することが好適である。なお、スキャン制御機能２１は、第２のＰＲＦを構成する複数のＰＲＦが大きく変わらない場合には、順序１を採用することもできる。

具体的には、スキャン制御機能２１は、第２のスキャン領域Ｑ２内の１２個のラスタＬ１～Ｌ１２をｕ（ｕ：２以上の整数）個のブロックに分割し、ｕ個のブロックに対して順に、かつ、各ブロック内の複数のラスタに対して順に超音波送受信を実行する。なお、図１０（Ｂ）の順序２は、ｕ＝２の場合を示し、図１０（Ｂ）の順序３は、ｕ＝４の場合を示す。

順序２の場合、スキャン制御機能２１は、１２個のラスタＬ１～Ｌ１２を、６個のラスタＬ１～Ｌ６からなる第１のブロックと、６個のラスタＬ７～Ｌ１２からなる第２のブロックとに分割する。スキャン制御機能２１は、第１のブロック及び第２のブロックに対して交互に、かつ、各ブロック内の６個のラスタに対して順に超音波送受信を実行する。その場合、スキャン制御機能２１は、ラスタＬ１，Ｌ７，Ｌ２，Ｌ８，…，Ｌ１２の順に、第２のＰＲＦを採用しながら単位スキャン当たり１２個の超音波送受信を実行する。

順序３の場合、スキャン制御機能２１は、１２個のラスタＬ１～Ｌ１２を、３個のラスタＬ１～Ｌ３からなる第１のブロックと、３個のラスタＬ４～Ｌ６からなる第２のブロックと、３個のラスタＬ７～Ｌ９からなる第３のブロックと、３個のラスタＬ１０～Ｌ１２からなる第４のブロックとに分割する。スキャン制御機能２１は、第１のブロック～第４のブロックに対して順に、かつ、各ブロック内の３個のラスタに対して順に超音波送受信を実行する。その場合、スキャン制御機能２１は、ラスタＬ１，Ｌ４，Ｌ７，Ｌ１０，Ｌ２，Ｌ５，…，Ｌ１２の順に、第２のＰＲＦを採用しながら単位スキャン当たり１２個の超音波送受信を実行する。

なお、スキャン制御機能２１は、スキャン制御部の一例である。スキャン領域特定機能２２は、特定部の一例である。ＰＲＦ設定機能２３は、設定部の一例である。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、スキャン対象に応じた適切なＰＲＦを設定することができる。

なお、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０超音波診断装置
１８処理回路
２１スキャン制御機能
２２スキャン領域特定機能
２３ＰＲＦ設定機能

Claims

超音波画像に基づいて、スキャン対象の浅部側の浅部輪郭線を特定する特定部と、
前記浅部輪郭線に基づいて、複数のラスタの各ラスタについてパルス繰り返し周波数を設定する設定部と、
前記パルス繰り返し周波数に従ってスキャンを実行するように制御するスキャン制御部と、
を有する超音波診断装置。
前記特定部は、
前記各ラスタ上の最浅部から最深部に向かって輝度値が最初に閾値以上となる位置をスキャン対象の輪郭点として求め、
複数のラスタにそれぞれ対応する複数の前記輪郭点を繋ぐ線を前記浅部輪郭線として設定する、
請求項１に記載の超音波診断装置。
前記特定部は、前記浅部輪郭線より一定値だけ深い位置を含むようにスキャン領域を特定する、
請求項２に記載の超音波診断装置。
前記スキャン制御部は、前記スキャン領域内の複数のラスタを複数のブロックに分割し、前記複数のブロックに対して順に、かつ、各ブロック内の複数のラスタに対して順に超音波の送受信を実行する、
請求項３に記載の超音波診断装置。
前記スキャン制御部は、前記スキャン領域内の複数のラスタを２個のブロックに分割し、前記２個のブロックに対して交互に、かつ、各ブロック内の複数のラスタに対して順に超音波の送受信を実行する、
請求項４に記載の超音波診断装置。
前記スキャン制御部は、
前記スキャン領域の深さに基づいて、前記スキャン領域に対応するように前記各ラスタについてパルス繰り返し周波数を設定し、
前記スキャン領域の拡がりに基づいてスキャン角を設定する、
請求項３乃至５のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置。
前記設定部は、Ｂモード、カラーモード、ドプラモード、３Ｄモード、及び、４Ｄモードのうち少なくとも１つについて、前記パルス繰り返し周波数を設定する、
請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の超音波診断装置。
コンピュータに、
超音波画像に基づいて、スキャン対象の浅部側の浅部輪郭線を特定する機能と、
前記浅部輪郭線に基づいて、複数のラスタの各ラスタについてパルス繰り返し周波数を設定する機能と、
前記パルス繰り返し周波数に従ってスキャンを実行するように制御する機能と、
を実現させるパルス繰り返し周波数制御プログラム。