JPH02124148A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は超音波診断装置、特に生体を走査して得た情
報から特定部位の断面像あるいは三次元像を表示するこ
とができる超音波診断装置に関し、特に、位置、方向の
異なる複数の断層像信号を合成してより正確な二次元及
び三次元画像を得ることのできる超音波診断装置に関す
る。

〔従来の技術〕

生体内部を観察するため、生体表面から超音波を照射し
、その反射波を検出して生体の断層像を得たり、あるい
は三次元的な意味で走査断面に直交する断面の像を得る
超音波診断装置は広く知られている。この種の装置では
、例えばプローブな生体に対１〜てＸ方向に：走査し、
得られたＸ−Ｚ断面の断層像信号を画像メモリに格納１
〜、ついでプローブをＸ方向に所定の微小距離移動Ｌ２
て先と同様にＸ方向に走査して断層像信号を得る。これ
を順次繰返して得られた複数の二次元断層像信号を三次
元座標上の信号に変換すれば全体として三次元の像を示
す信号となるから、これから任意の断面で切断したとき
の断層像を表示づるものが知られている（−例と１−て
特開昭５６−７０７５７号公報参照）。

〔発明がＭ決１〜ようとする課題〕 この種の装置においては、プロ・・−ブは被検体の特定
の部位（以下注目点とい５）Ｋついて１回のみ走査され
るから、注目点の画像信号は１つのみである。一方、超
音波はその性質上、骨のような硬い組織に対しては強く
反射するとともＫ、その周囲を回折して透過するから、
二次元、あるいは三次元画像が得られるにしても、注目
点近傍にこのような超音波を反射する組織があるときは
必らずしも完全な画像を得ることかできなかった。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記課題を解決するため、被検体に対１〜で
複数の異なった位置、方向から走査１〜て複数の二次元
断層像信号を得、これを三次元座標上の画像信号に変換
し、三次元座標上で同一位置を占める複数の画像信号を
合成して１つの画像信号を得るようにしたものであって
、被検体中に超音波パルスビ・−ムを送受波するプロー
ブと、座標基準点に対するグローブの位置、方向を検出
する位置、方向検出部を備え、被検体に対するグローブ
の位置、方向を自在に設定できるグローブ支持部と、三
次元座標に対応する複数の画素記憶領域をもつ三次元画
像メモリと、プローブを励起して得られた所望のプロ・
−ブ位置、方向における被検体の二次元断層像信号をプ
ローブの位置、方向を示す信号と対応づけて三次元座標
上の画像信号に変換する画像信号変換部と、前記画像信
号変換部から出力された三次元座標値をもつ画像信号と
、前記二次元画像メモ’Ｊ　Ｋ格納さ゛れているこれに
対応する三次元座標値をもつ画像信号とを演算処理して
、前記三次元画像メモリの該当座標部分に再格納する画
像信号演算処理部とを備え、被検体の任意の位置、方向
について複数回走査１〜て得た複数の二次元断層像信号
に基いて三次元画像信号を得るもので、また、二次元断
層像信号としては二次元ドプラ断層像信号を用いること
ができる。

〔作　　用〕

被検体に対１〜で、位置、方向を変えつつ複数回走査し
て被検体の同一部位について複数の二次元断層像信号を
得、同一の三次元座標値をもつ信号を加算平均等の演算
処理を加える。これにより被検体の組織の状態に起因し
て特定の方向からのみの走査によっては超音波の反射、
回折が生じて正確な画像が得られない場合であっても正
確な画像信号を得ることができる。

入力される二次元断層像信号として二次元ドプラ断層像
信号を用いるときは、正確な脈管像信号を得ることがで
きる。

〔実　施　例〕

以下、この発明の実施例について説明する。

この発明では被検体の特定部位（注目点）Ｋ対１．５て
複数の異なった位置、方向から走査して二次元断層像信
号を得て、これを三次元座標上の画像信号に変換する。

そこで、まずプローブ振動子面が三次元座標原点に対し
てＹ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向Ｗ対してそれぞれｄｘ、　ｄｙ
、　ｄｚの距離にあり、且つＹ軸に対してφ、Ｙ＃＋に
対してθ、Ｚ軸に対してψだけ傾いている場合、プロー
ブ走査面上に検出された注目点Ｔの座標について説明す
る。

今、第１図（ａ）　Ｋ示すようＫ、プローブの振動子面
（以下単にプローブという）を座標原点に置き、プロー
ブの基準走査面をＸＹ平面、基準走査方向をＸ軸方向に
設定すると、点Ｔの座標は下記の式％式％ 但し、ｒはプローブから注目点Ｔまでの距離。

ξは基準走査方向に対する注目点、Ｔの偏位角。

次に、第１図（ｂ）に示すよう眞プローブをＹ軸の回り
に角度φだけ回転（基準走査面がＹ軸の回りに角度φ回
転）すると、点Ｔの座標は下記の式で表わされる。

Ｘ　　＝　　ｒｃｏｓξ Ｙ　　＝　　ｒｓｉｎξ’　　ｃｏｓφＺ　　＝　　ｒ
ｓｉｎξ１ｌＳｉｎφ 第１図（ｃ）に示すようにプローブをＹ軸の回りに角度
θだけ回転（基準走査面がＹ軸の回りに角度θ回転）す
ると、点Ｔの座標は下記の式で表わされる。

Ｘ　　＝　　ｒ　ｃｏｓ　ｅ　０ｃｏｓθＹ　　＝　　
ｒｓｉｎξ ｚ　　＝　　ｒｃｏｓξ°ｓｉｎθ 第１図（ｄ）に示すようにプローブをＺ軸の回りに角度
ψだけ回転（基準走査面がＺ軸の回りに角度ψ回転）し
たとすると、点Ｔの座標は下記の式で表わされる。

Ｘ　　＝　　ｒｃｏｓ（ξ＋ψ） Ｙ＝’ｒｓｉｎ（ξ＋ψ） Ｚ＝０ したがって、プローブがＹ軸の回りに角度φ、Ｙ軸の回
りにθ、Ｚ軸の回りにψだけ回転すると、点Ｔの座標は
下記の式で表わされる。

次に、プローブが座標原点に対して、Ｙ軸、Ｙ軸、Ｚ軸
方向にそれぞれｄｘ、　ｄｙ、　ｄｚの距離に移動した
場合は、点Ｔの座標は上記座標値Ｘｔ　＋　Ｙｉ＋　Ｚ
ｉに移動量ｄｘ＋　ｄｙ＋　ｄｚを加え、下記の式で表
わされる。

したがって、被検体に対して所望の位置、方向にプロー
ブを設定して二次元断層像信号を得たときは、被検体の
注目点Ｔの画像信号（点Ｔにおける反射強度）Ｂについ
て、被検体を包囲する三次、′ 元座標上の位置を前記式（１）及び（２）から求めるこ
とができるのであり、これによって被検体の三次元画像
を形成することができる。

次に、被検体の注目点Ｔの近傍を、プローブの位置、方
向を変えながら複数回走査する点について説明する。

第２図は上記走査を説明する図であって、被検体Ｍ上の
点ＡＫプローブを当て、注目点Ｔを含む走査面Ａ′によ
り第１回の走査をおこない、ついで点Ｂにプローブを当
て、注目点Ｔを含む走査面Ｂ′により第２回の走査をお
こない、さらに点Ｃにグローブを当て、注目点Ｔを含む
走査面Ｃ′により第３回の走査をおこなうものとする。

以上の走査により、点Ｔについて位置、方向の異なる３
個の画像信号が得られる。

超音波ビームの巾が十分に細く理想的な場合は３個の画
像信号は同一の値となるが、実際上はビーム巾が存在し
、また断層面の位置、傾きが異なるために被検体の反射
状態も変化するので３個の画像信号は同一の値を示すこ
とはない。特に、被検体の特定の点Ｔの付近に骨のよう
な強力な反射源が存在する場合は、超音波ビームの回折
が生じて画像が歪むため、断層面の位置、傾きが異なる
と得られる画像信号も異なってくる。

このようにして得られた被検体の同一部位の複数画像信
号を加算平均すれば、走査方向の相違による画像の欠陥
部分を補うことができ、また、不用な反射信号を抑制す
ることもでき、より完全な画像信号を得ることができる
。

第３図は本発明に使用できる公知のセクタ走査型プロー
ブの構成を示す。プローブ１１は略円筒形をなし、その
端部に音響窓１２が設けられている。

１３は整合層、１４は圧電セラミック、１５はバッキン
グ材で、圧電セラミック１４、整合層１３及びバッキン
グ材１５とを接着して振動子を構成する。１６は封入液
、１７は角度検出器、１８は走査機構であり、振動子は
走査機構１８により所定角度範囲にわたって走査駆動さ
れ、超音波パルスの送受波時の走査角ξが角度検出器１
７により検出される。

プローブとしては上記のほか電子走査型のものもあり、
いづれも使用可能である。

プローブ１１は第４図に示すように、少くとも６自由度
をもつ多関節アームの先端（Ｆ′、数句げられ、被検体
の任意の位置で、プローブの振動子面を任意の方向に向
けて設定することができるよう構成されている。

検査台２０あるいはベツドに固定され、被検体を包囲す
る三次元座標の基準点どなる。また、関節２１と刀の間
を腕２２が、関節おと５の間を腕２４が、関節５と２７
の間を腕２６が、関節ガと２９の間を腕あが、関節２９
ど３１の間を腕３０が結合し、関節３１にはプローブ支
持部３２が取付けられている。各関節には回動角度を検
出するエンコーダ（図示せ゛ず）が取利けもれており、
検出された各関節の回動角度は後述する位置方向検出器
に入力されろ。位置方向検出器は各関節に設けられたエ
ンコ・−ダにより検出された回動角度と既知の６腕の長
さとから三次元座標原点に対するグローブの位置を示す
座標値（ｄｘ、　ｄｙ、　ｄｚ）とプローブの方向を示
す角（φ、θ。

ψ）を演算出力する。

第５図はこの発明の超音波診断装買の第１の実施例の構
成を示すブロック図である。１１けグローブ、４２はプ
ローブを被検体に設定したとき、被検体を包囲する三次
元座標原点に対するグローブの位置、方向を検出する位
置方向検出器、４３は走査制御部であり、同期制御部力
から出力される同期制御信号の制御の下洗、送波器４４
す駆動してプローブを励振し、超音波パルスを被検体に
送出し、またプローブで検出された反射波を受波器で受
信する。４６はＡ、／Ｄ変換器で、同期制御部５０の制
御の下洗受波器４５で受信した画像アナログ信号をデジ
タル信号に変換する。４７は画像信号変換部で、同期制
御部５０の制御の下にＡ／Ｄ変換された画像信号と位置
方向検出器４２で検出されたプロ・−ブの位置方向信号
を入力とし、グローブ１１で検出された二次元の断層画
像信号（で対してプロ・−ブの位置方向信号を与えて被
検体を包囲する三次元座標上での位置を決定１〜、三次
元の画像信号に変換する。４８は三次元画像メモリであ
り、三次元座標で表わされる画像信号の各画素に対応し
たメモリ領域を有する。４９は演算処理部であって、同
期制御部５０の制御の下に三次元画像メモリから指定さ
れた三次元座標値に対応するメモリ領域の画像信号を読
出１〜、これを画像信号変換部から出力される対応する
三次元座標値の画像信号との加算平均値を演算し、再び
三次元画像メモリの対応するメモリ領域に格納する。５
１は表示制御部であり、同期制御部５０の制御の下に作
動し、外部から入力される表示画像の種類（二次元断層
、三次元画像等の区別）と部位指定信号を受けて三次元
画像メモリから所要の部分の画像信号を読出し、画像編
集の上表示装置５２に出力するものである。

次に装置の動作について説明する。

まず、プローブ１１を被検体の第１の位置、方向に設定
して走査する。得られた二次元断層画像信号は受波器４
５、Ａ／Ｄ変換器・１６で処理され、画像信号変換部４
７に入力される。この信刊には反射強度を示す信号Ｂ、
のほか走査偏位角ξ、及びエコー時間、即ち深さｒを示
す信号が含まれている。一方、位置方向検出器４２から
は被検体を包囲する三次元座標の原点に対するプロ・−
ブの位置（ｄｘ、　ｄｙ＋　ｄｚ）とＸ、Ｙ、Ｚ軸に対
する傾き角（φ、θ、ψ）の信号が出力され、画像信号
変換部４７に入力される。

画像信号変換部・１７はこれらの入力信号を先に説明し
た式（１）、（２１に基づいて演算し、反射強度を示す
信号Ｂ１が三次元座標上で占める位置、即ち座標値を演
算し、三次元画像信号に変換する。これらの処理は二次
元の断層画像を構成する画素のすべてについて実行され
るから、三次元座標空間内に被検体を走査して得た第１
の断層画像が画素の集合によって形成されることＷなる
。演算処理部４９では先に得られた三次元画像信号と三
次元画像メモリ４８に格納されてい・る画像信号との加
算平均値を演算するが、第１回の走査では三次元画像メ
モリ４８の内容はＯであるから、第１回の走査で得らね
た画像信号がそれぞれの座標に対応するメモリ領域Ｖこ
格納されることになる。

第２回目以降の走査ではプローブの位置、方向のいづれ
か、あるいはその両方を前回の走査時よりも少しづつ変
えて走査する。得られた二次元画像信号は第１回の走査
の場合と同様に処理されて三次元画像信号に変換される
。演算処理部４９では三次元画像メモリ４８に格納され
ている画像信号との加算平均値を演算し、再びそれぞれ
の座標に対応するメモリ領域に格納する。

第２図を参照すると明らかなように、三次元画像メモリ
に格納された画像信号は、三次元座標空間内でそれぞれ
位置、方向の異なる複数の断層像を表わしているが、注
目点Ｔについてみると、複数の画像信号の加算平均値と
なる。

以上の説明では理解を容易にするため注目点を１つとし
たが、被検体に対してプローブの位置、方向を少しづつ
動かしながら多数回の走査をおこなうと、被検体上の多
数の注目点に対してそれぞれ多数の画像信号が得られる
から、最終的に三次元画像メモリには被検体の組織の状
態によって生じる超音波の反射、回折の影響のない質の
高（・三次元画像信号が格納されることになる。

第６図はこの発明の超音波診断装置の第２の実施例の構
成を示すブロック図で、被検体の脈管像を二次元、ある
いは三次元像として表示する装置で、二次元断層信号と
してドプラ断層像信号を使用する。

第５図に示した第１実施例の回路ブロック図との相違点
は、ドプラ断層像信号を得るため、受波器４５とＡ／Ｄ
変換器４６との間に遅延回路５３と相関検波回路５４を
設けた点であり、これてより連続して受波した断層像信
号の位相差を検出して血流等によって動きのある脈管像
信号のみを取出すことができる。得られた脈管像信号を
、第５図に示したと同様に以降の回路によって処理して
三次元の画像信号に変換することで脈管像の三次元画像
を得ることができる。

なお、表示装置に脈管像の三次元画像を表示するとき、
検出した位相差、即ち血流速度に比例して着色表示する
ようにすると共に、組織の三次元画像を同時に表示する
と、組織の三次元画像の中に着色された脈管像が浮かび
上り、解剖学的な理解を容易にさせることができる。

被検体に対してプローブの位置、方向を変えながら走査
するばば、プローブを手動で扱う方法とＸ、Ｙ％Ｚ軸方
向に設けたガイドレール上を移動する走査機構あるいは
ロボット等を用いる方法などが考えられるが、本発明は
、これらの手動走査にも、機械的走査にも適用し得るも
のであり、特に後者の場合には位置、方向検出器から構
成される装置の偏位量の角度の変位量を利用し、これら
の値が所定値、例えば５　ｍｍ、ある（・は１°変化す
る毎に自動的に断層像を撮影するようにすれば効率よく
多数の断層像を撮影することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば被検体に対して
複数の異なった位置、方向から走査して得た二次元断層
像信号から三次元座標空間内の被検体の同一部位に関す
る複数の画像信号を合成して１の画像信号を創成し、三
次元画像メモリに格納するから、被検体の組織の状態に
より特定の位を得ることができる。また、二次元断層像
信号に代えて、二次元ドプラ断層像信号を入力して先と
同様の処理を加えることにより、三次元の脈管像信号を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は被検体に対してプローブの位置、方向を変えて
走査する場合の被検体の特定部位の座標を説明する図、
第２図は被検体に対する走査の説明図、第３図はプロー
ブの構成を示す斜視図、第４図はグローブを支持する多
関節アームの斜視図。 第５図は本発明の超音波診断装置の第１実施例の回路ブ
ロック図、第６図は同じく第２実施例の回路ブロック図
である。 １１ニブ　ロ　−　プ、　４２：位置方向検出器、４７
：画像信号変換部、　４９：演算処理部、４８二三次元
画像メモリ。 第 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検体中に超音波パルスビームを送受波するプロ
   ーブと、座標基準点に対するプローブの位置、方向を検
   出する位置、方向検出部を備え、被検体に対するプロー
   ブの位置、方向を自在に設定できるプローブ支持部と、
   三次元座標に対応する複数の画素記憶領域をもつ三次元
   画像メモリと、プローブを励起して得られた所望のプロ
   ーブ位置、方向における被検体の二次元断層像信号をプ
   ローブの位置、方向を示す信号と対応づけて三次元座標
   上の画像信号に変換する画像信号変換部と、前記画像信
   号変換部から出力された三次元座標値をもつ画像信号と
   、前記三次元画像メモリに格納されているこれに対応す
   る三次元座標値をもつ画像信号とを演算処理して三次元
   画像メモリの該当座標部分に再格納する画像信号演算処
   理部とを備え、被検体の任意の位置、方向について複数
   回走査して得た複数の二次元断層像信号に基づいて三次
   元画像信号を得ることを特徴とする超音波診断装置。
2. （２）請求項第１項の超音波診断装置において、二次元
   断層像信号が二次元ドプラ断層像信号であることを特徴
   とする超音波診断装置。