JPH08173420A - 超音波画像処理装置 - Google Patents

超音波画像処理装置

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JPH08173420A
JPH08173420A JP6320615A JP32061594A JPH08173420A JP H08173420 A JPH08173420 A JP H08173420A JP 6320615 A JP6320615 A JP 6320615A JP 32061594 A JP32061594 A JP 32061594A JP H08173420 A JPH08173420 A JP H08173420A
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JP
Japan
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signal
ultrasonic
unit
circuit
image
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JP6320615A
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English (en)
Inventor
Tomonao Kawashima
知直 川島
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Publication of JPH08173420A publication Critical patent/JPH08173420A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 周波数特性の異なる複数の超音波画像を同一
の画像上で滑らかな画像として合成表示することのでき
る超音波画像処理装置を提供すること。 【構成】 超音波プローブ2の先端側にはそれぞれ異な
る周波数で超音波を送受する3つの圧電素子6a,6
b,6cが回転体2dに取り付けられて収納され、それ
ぞれ送信回路8a,8b,8c及び受信回路9a,9
b,9cと接続され、各受信回路9a,9b,9cで受
信された信号は切換回路12及び増幅回路13を介して
映像処理回路14に入力される。この映像処理回路14
では、3つの圧電素子6a,6b,6cで得た画像を距
離に応じて重み付けにより1枚の画像に合成する処理を
行い、滑らかに連続する1枚の画像を生成し、CRTモ
ニタ4に出力して表示する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は周波数の異なる複数の超
音波を被検体に照射し、そのエコーを合成して得た超音
波画像から診断を行う超音波画像処理装置に関する。
【0002】
【従来技術】一般に、医療用超音波画像処理の分野で
は、体内深部の観察には、生体内での減衰が小さい低周
波超音波を、生体の組織構造の詳細な観察には高い分解
能が得られる高周波超音波を使いわけて用いることが有
効である。
【0003】また、胃癌等体腔内管腔状臓器の腫瘍で
は、表面組織の構造で癌の進行の度合を診断することが
多く、表面組織に近い圧電素子の近傍で高分解能の得ら
れる高周波超音波による画像データを表示する方法は表
面組織をより詳細に観察できるという点で合理的であ
る。そしてこの複数の超音波の合成表示に関しては医療
用ではないが、特開平1−35308号公報が従来例と
して知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例では高周波
超音波と低周波超音波による画像を表示する領域の境界
がはっきり決まっている。そのため周波数の違いによる
超音波の減衰特性の違い、及びアンプの増幅率の違いな
どから合成される超音波画像の輝度が境界で不連続的に
変化し、画像に切れた感じを与え、1枚の画像としては
不自然な感じを与えるものであった。
【0005】本発明は上述して点に鑑みてなされたもの
で、本発明の目的は周波数特性の異なる複数の超音波画
像を同一の画像上で滑らかな画像として合成表示するこ
とのできる超音波画像処理装置を提供することにある。
【0006】本発明の他の目的は低周波超音波による体
腔内深部の特徴を表示する画像と高周波超音波による表
面組織を詳細に表示する画像とを同一の画像上で滑らか
な画像として合成表示することのできる超音波画像処理
装置を提供することにある。さらに本発明の他の目的は
周波数特性の異なる複数の超音波送受信器が超音波を送
受信する方向の補正を行ない超音波画像の角度が途中で
ずれた感じを与えないで同一の画像上で滑らかな画像と
して合成表示することのできる超音波画像処理装置を提
供することにある。
【0007】
【問題点を解決する手段及び作用】互いに異なる周波数
特性を有する複数の超音波送受信手段と、前記複数の超
音波送受信手段を駆動する制御手段と、前記複数の超音
波送受信手段から出力される受信信号を、画面内におけ
る前記超音波送受信手段に対応した位置からの距離を応
じた重みづけを行い、一画面に合成して表示する表示手
段と、を具備することにより、制御手段は被検体の所望
の超音波画像を構築するために必要なデータを得ること
ができるよう、複数の超音波送受信手段を駆動する。
【0008】複数の超音波送受信手段は、被検体に超音
波を送信し、更に反射して返ってくる超音波エコーを受
信信号に音響=電気変換した後、表示手段に送信する。
表示手段は、各々の超音波送受信手段からの受信信号に
画面内における超音波送受信手段に対応した位置からの
距離に応じた重みづけを行い、画面に合成して表示す
る。
【0009】前記複数の超音波送受信手段は、プローブ
の先端に設けられた回転体の周囲に並べられ、互いに異
なる周波数特性で駆動される複数の圧電素子を具備し
た。そして、制御手段はプローブ先端の回転体を回転さ
せる。複数の超音波送受信手段はプローブの先端にて、
互いに異なる周波数の超音波を回転しながら送受信す
る。
【0010】前記表示手段は、前記制御手段が前記複数
の超音波送受信手段を停止させるために発生する制御信
号の入力に連動して前記複数の受信信号のうち、いずれ
か1つを選択した表示と、、前記複数の超音波送受信手
段から出力される受信信号を、画面内における前記超音
波送受信手段に対応した位置からの距離に応じた重みづ
けを行い一画面に合成した表示と、を切り換える切り換
え手段を具備した。
【0011】そして、複数の超音波送受信手段はそれぞ
れ受信信号を出力する。表示手段は複数の受信信号のう
ちいずれか1つを選択した表示と、複数の受信信号を画
面内における超音波送受信手段に対応した位置からの距
離に応じた重みづけを行い1画面に合成した表示のどち
らか一方の表示を行っている。このとき制御手段は制御
信号を出力する。表示手段に具備された切り換え手段は
この制御信号が入力すると2つの表示方法の一方から一
方へ切り換える。また超音波送受信手段は制御信号の入
力により超音波の送受信を停止する。
【0012】前記表示手段は前記複数の超音波送受信手
段から出力される該受信信号より該プローブの外筒のエ
コーを検出し、該外筒のエコーにより該受信信号から生
成される複数の超音波画像の位置の補正を行う位置補正
手段を具備した。そして、複数の超音波送受信手段は、
それぞれ受信信号を出力する。また、表示手段に具備さ
れた、位置補正手段は複数の受信信号からプローブの外
筒のエコーを検出する。その後、位置補正手段は更に、
この外筒のエコーによりこの受信信号から生成される複
数の超音波画像の位置の補正を行う。
【0013】前記表示手段は、前記複数の超音波送受信
手段から出力される該受信信号より該プローブ先端に設
けられた超音波の強反射体からの強エコーを検出し該強
エコーにより該受信信号から生成される複数の超音波画
像の位置の補正を行う位置補正手段を具備した。そし
て、複数の超音波送受信手段は、それぞれ受信信号を出
力する。表示手段に具備された、位置補正手段は、複数
の受信信号から強反射体の強エコーを検出する。その
後、位置補正手段は、更にこの強エコーによりこの受信
信号から生成される複数の超音波画像の位置の補正を行
う。
【0014】前記表示手段は、前記複数の超音波送受信
手段から出力される該受信信号から生成される複数の超
音波画像の各々の慣性主軸を求め、該慣性主軸を一致さ
せることにより、該複数の超音波画像の位置の補正を行
う位置補正手段を具備した。そして、複数の超音波送受
信手段は、それぞれ受信信号を出力する。表示手段に具
備された位置補正手段は、複数の受信信号から生成され
る複数の超音波画像の各々の慣性主軸を求める。その
後、位置補正手段は、この慣性主軸を一致させることに
よりこの複数の超音波画像の位置の補正を行う。
【0015】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を具体
的に説明する。図1ないし図6は本発明の第1実施例に
係り、図1は本発明の第1実施例の超音波観測装置の全
体構成を示すブロック図、図2は超音波プローブの先端
側に設けた圧電素子の配置例を示す説明図、図3は制御
回路の構成を示すブロック図、図4は映像処理回路の構
成を示すブロック図、図5は映像処理回路において行う
重みづけ加算の重みの比率を示す説明図、図6はCRT
モニタ上で表示される超音波画像の表示例を示す図であ
る。
【0016】図1に示すように本発明の超音波画像処理
装置としての第1実施例の超音波観測装置1は超音波を
送受する超音波プローブ2と、この超音波プローブ2に
内蔵された複数の超音波送受素子(或いは音響電気変換
素子)に送信用の信号を印加すると共に、受信した信号
に対する信号処理を行う信号処理装置3と、この信号処
理装置3から出力される映像信号を表示するCRTモニ
タ4とから構成される。
【0017】この実施例では超音波プローブ2には、3
つの圧電素子6a,6b,6cを設けている。圧電素子
6a,6b,6cはそれぞれ駆動に適した周波数が異な
るような形状、材質で構成される。例えば、圧電素子6
aは2.5MHz、圧電素子6bは5.0MHz、圧電
素子6cは7.5MHzで駆動されるのに適している。
【0018】圧電素子6a,6b,6cは図2に示すよ
うに超音波プローブ2の先端部内に設けられている。つ
まり、超音波プローブ2のプローブ外筒2aの先端部に
は超音波を伝達する或いは超音波に対して透明な部材で
形成された音響窓2bが設けられている。この音響窓2
bの内側に超音波プローブ2の軸方向に直交する軸2c
を中心にして図示の矢印のように回転する回転体2dが
設けられている。この回転体2dの周囲に等間隔で(つ
まり120°間隔)で音響ー電気変換機能を有する圧電
素子6a,6b,6cが配置されている。回転体2dは
図1に示す回転駆動部7からの駆動信号により回転す
る。超音波プローブ2の先端部内の回転体2dの周囲に
は超音波を伝達する液体が収納されている。
【0019】図1のブロック図に示すように圧電素子6
aは送信回路8a及び受信回路9aが接続され、圧電素
子6bは送信回路8b及び受信回路9bが接続され、圧
電素子6cは送信回路8c及び受信回路9cが接続され
ている。
【0020】送信回路8i(i=a,b,c)は、圧電
素子6iにパルス的に送信信号を印加して超音波を送出
させる。この送信信号の出力タイミングは制御回路11
からの送信タイミング信号の供給に同期して行う。
【0021】また、受信回路9iは圧電素子6iで受信
され電気信号に変換された受信信号に対して狭帯域で選
択的に増幅する等の信号処理を行う。受信回路9iの出
力信号は切換回路12を介して、いずれか1つが選択さ
れ、さらに増幅回路13を介して映像処理回路14に入
力される。この映像処理回路14内には後述するように
3つの圧電素子6a,6b,6cで受信した信号に対し
て重み付け処理して1枚の画像を生成する重み付け処理
部14aを有する。
【0022】制御回路11からの切換信号は切換回路1
2と映像処理回路14に供給されている。一方、回転駆
動部7へは制御回路11より制御信号が供給され、制御
回路11には回転駆動部7より回転角信号が供給され
る。
【0023】この回転角信号は回転角1度につき1パル
スの形で制御回路11内のカウント部21(図3参照)
に入力される。映像処理回路14で重み付けの画像処理
された画像に対応する映像信号はCRTモニタ4に出力
され、CRTモニタ4の表示面に画像が表示される。
【0024】図3に制御回路11のブロック図を示す。
制御回路11の内部には、カウント部21が設けられて
いる。このカウント部21には回転駆動部7から回転角
信号が入力する。回転角信号はカウント部21で計数さ
れる。このカウント部21の出力は、切換信号発生部2
2に入力し、切換信号を発生する。切換信号発生部22
は切換回路12、映像処理回路14、送信タイミング信
号切換部23に切換信号を出力する。送信タイミング信
号切換部23は切換信号の内容により送信タイミング信
号発生部24からの送信タイミング信号を送信回路8
a,8b,8cのいずれか1つを選択して出力する。
【0025】また、制御回路11には駆動制御部25が
設けられており図示しないスイッチからの信号が駆動制
御部25に入力することにより、回転駆動部7に制御信
号を送信する。回転駆動部7はこの制御信号により回転
体2dの回転の開始、もしくは停止を行う。
【0026】図4は映像処理回路14の構成をブロック
図で示す。映像処理回路14は重み付け処理手段を有
し、重み付け処理した画像を生成し、CRTモニタ4に
出力する。つまり、映像処理回路14の内部にはA/D
変換部30が設けられ、増幅回路13を経由した受信信
号が入力される。A/D変換部30の出力はラインバッ
ファ31に入力される。一方、ラインバッファ31に
は、制御回路11からの送信タイミング信号がORゲー
ト32を介して入力される。
【0027】ラインバッファ31の出力は乗算部33に
入力される。一方2.5MHz、5.0MHz、7.5
MHzの重み記憶部34a、34b,34cにあらかじ
め蓄えられたデータは制御回路11から重み切換部35
へ入力される切換信号の内容によりいずれか1つが選択
的に切換られて乗算部33に入力される。重み記憶部3
4a、34b,34cには図5に示すような重みデータ
α1(t),α2(t),α3(t)がそれぞれ格納されている。
【0028】乗算部33の出力は出力切換部36に入力
される。出力切換部36にも制御回路11からの切換信
号が入力される。制御回路11から出力切換部36に入
力される切換信号の内容により出力切換部36の出力は
2.5MHz、5.0MHz、7.5MHzデータ記憶
部37a,37b,37cのうちいずれか1つに選択的
に切換えられて入力する。
【0029】ここで重み切換部35と出力切換部36
は、受信回路9a,9b,9cから切換回路12への入
力に対し、切換信号で2.5MHzを指示する内容であ
ったときは、重み切換部35は入力を2.5MHz重み
記憶部34aに、出力切換部36は出力を2.5MHz
データ記憶部37aに、5.0MHzであれば、重み切
換部35は入力を5.0MHz重み記憶部34bに、出
力切換部36は出力を5.0MHzデータ記憶部37b
に、7.5MHzであれば、重み切換部35は入力を
7.5MHz重み記憶部34cに、出力切換部36は出
力を7.5MHzデータ記憶部37cに連動して切換え
るよう構成されている。出力切換部36からの重み付け
された各データはそれぞれデータ記憶部37a,37
b,37cに出力され、それぞれ一時的に記憶される。
【0030】2.5MHz、5.0MHz、7.5MH
zデータ記憶部37a,37b,37cの出力は加算部
38に出力され、重み付けされた画像データが加算され
る。加算部38の出力はデジタルスキャンコンバータ部
(以下、DSC部と略記)39に出力される。そしてこ
のDSC部39の出力は映像処理回路14の出力信号、
つまり映像信号としてCRTモニタ15へ出力される。
【0031】図5に示す重みデータα1(t),α2(t),α
3(t)は図6に示す領域R1〜R5に対応して設定されて
いる。また、図6中Oで示されている点は、圧電素子に
対応する位置である。
【0032】つまり、図5、図6に付記したR1〜R5
の番号は以下のような領域である。R1は7.5MHz
の超音波による画像が表示される領域。R2は7.5M
Hzと5.0MHzの超音波による画像が合成されて表
示される領域。R3は5.0MHzの超音波による画像
が表示される領域。R4は5.0MHzと2.5MHz
の超音波による画像が合成されて表示される領域。R5
は2.5MHzの超音波による画像が表示される領域で
ある。
【0033】一般に生体に対して周波数の低い超音波を
使用した場合には減衰は小さく、従って遠くの領域まで
超音波エコー信号を検出できる。一方、周波数が高くな
る程、減衰が大きくなるので、近くの領域までしか信号
を検出できないが、周波数が高い程分解能は向上する。
【0034】従って、この実施例では使用する超音波の
周波数に応じてその重み付けが大きい領域をそれぞれ異
なるように設定している。より具体的には超音波の周波
数に応じて、距離が異なる領域毎に重み付けを変えて合
成するようにしている。つまり、最も近距離の領域R1
では最も周波数が高い圧電素子6cを用いた場合の受信
信号に対する重みが大きく、最も遠い遠距離の領域R5
では最も周波数が低い圧電素子6aを用いた場合の受信
信号に対する重みが大きく、これらの中間の領域R3で
は中間の周波数の圧電素子6bを用いた場合の受信信号
に対する重みが大きくなるように設定している。
【0035】また、2つの領域R1とR3の境界領域R
2では、距離が大きくなるにつれ、最も周波数が高い圧
電素子6cを用いた場合の受信信号に対する重みが大き
い状態から中間の周波数の圧電素子6bを用いた場合の
受信信号に対する重みが次第に大きくなるように単調に
かつ連続的に変化する重み付け特性にしている。
【0036】さらに2つの領域R3とR5の境界領域R
4では、距離が大きくなるにつれ、中間の周波数の圧電
素子6bを用いた場合の受信信号に対する重みが大きい
状態から最も周波数の低い圧電素子6bを用いた場合の
受信信号に対する重みが次第に大きくなるように単調に
かつ連続的に変化する重み付け特性にしている。
【0037】このような重み付け処理を行うことによ
り、それぞれ異なる周波数特性の複数の超音波画像を境
界領域でも不連続にならないで、滑らかに連続する1枚
の画像を生成する手段を設けていることがこの実施例の
特徴である。
【0038】次に、この第1実施例の動作を説明する。
図3において制御回路11の制御信号により回転駆動部
7が回転体2dを回転させる。回転駆動部7は回転体2
dの回転角を制御回路11内のカウント部21へパルス
の形で回転角信号として送信する。カウント部21はこ
の回転角信号をカウントし、カウント値を切換信号発生
部22に送信する。このとき、カウント部21はカウン
ト値が所定の値、例えば120になったとき、自らリセ
ットをかける。切換信号発生部22はカウント部21か
ら送信されるカウント値が120になったとき、切換信
号の内容を変更する。
【0039】送信タイミング信号切換部23は切換信号
の内容に送信タイミング信号発生部24から入力される
送信タイミング信号の出力先を送信回路8a,8b,8
cのいずれかに切換える。このとき、切換回路12が入
力信号として受信回路9aを選択したとき、送信タイミ
ング信号切換部23は出力先を送信回路8aに、切換回
路12が受信回路9bを選択したとき送信タイミング信
号切換部23は出力先を送信回路8bに、切換回路12
が入力に受信回路9cを選択したとき、送信タイミング
信号切換部23は出力先を送信回路8cを選択する。
【0040】送信回路8a,8b,8cは送信タイミン
グ信号が入力すると、それぞれ圧電素子6a,6b,6
cを駆動する。圧電素子6a,6b,6cはそれぞれ
2.5MHz、5.0MHz、7.5MHzの超音波を
送信する。このようにして2.5MHz、5.0MH
z、7.5MHzの超音波が回転体2dが120°ずつ
回転する度に、切換えられて送信される。
【0041】この超音波は図2に示した音響窓2cを通
って被検体に放射され、それで反射されたものが再び音
響窓2cを通って圧電素子6a,6b,6cに入射さ
れ、受信回路9a,9b,9cで受信される。このた
め、送信回路8a,8b,8cと受信回路9a,9b,
9cはともにそれぞれ2.5MHz、5.0MHz、
7.5MHzの周波数帯域特性をもっていればよく広帯
域である必要はない。
【0042】受信回路9a,9b,9cは被検体の組織
性状情報に応じた受信信号を切換回路12へ出力する。
切換回路12は制御回路11からの切換信号に応じて、
送信回路8a,8b,8cの動作と同期して制御され
る。すなわち、切換回路12は音響窓2cの内側に位置
している圧電素子に接続されている受信回路9a,9
b,9cの出力信号のみを増幅回路13を介して映像処
理回路14へ供給する。
【0043】図4において、映像処理回路14内のA/
D変換部30は、増幅回路13からの受信信号をA/D
変換して、ラインバッファ31へ出力する。ラインバッ
ファ31はA/D変換部30から送られてくるデジタル
データを蓄える一方で、それまで保持していたデータを
乗算部33へ出力する。
【0044】この動作はORゲート32を経由した送信
タイミング信号により繰り返される。そのため、図1に
示した圧電素子6a,6b,6cのうちのいずれかが超
音波を送信する度にその受信信号がA/D変換され、乗
算部33へ送られる。
【0045】2.5MHz、5.0MHz、7.5MH
z重み記憶部34a,34b,34cには時刻tに対応
したアドレスにそれぞれ図5に示すような重みデータα
1(t),α2(t),α3(t)が格納されている。なお図5中の
重みが変化する時刻t1〜t4は図示しないツマミで任意
設定可能とする。重み切換部35は、制御回路11から
の切換信号の内容により切換回路12が選択した周波数
に対応して入力信号を切換える。そのため、例えば受信
信号として圧電素子6aからの信号が入力されていると
きは、重み切換部35は、2.5MHz重み記憶部34
aに記憶されたデジタルデータを乗算部33に出力す
る。
【0046】乗算部33では、ラインバッファ31から
のA/D変換された受信信号を重み切換部35からの重
みデータα1(t)を乗算し、出力切換部36に出力する。
つまり、受信信号と重みデータα1(t)を乗算することに
より受信信号は重み付けされることになる。出力切換部
36はやはり制御回路11からの切換信号の内容によ
り、切換回路12が選択した周波数に対応して出力先を
2.5MHz、5.0MHz、7.5MHzデータ記憶
部37a,37b,37cのいずれかに切換える。
【0047】例えば、受信信号として映像処理回路14
に圧電素子6aからの信号が入力されているときは、
2.5MHz重み記憶部34aに蓄えられた重みデータ
α1(t)とA/D変換された受信信号は乗算部33で乗算
され、2.5MHzデータ記憶部37aへ順次格納され
ていく。そして制御回路11からの切換信号が順次切換
わることにより、2.5MHz、5.0MHz、7.5
MHzデータ記憶部37a,37b,37cのそれぞれ
に超音波画像1画面分のデータが順次記憶されていく。
【0048】加算部38は、切換信号が2.5MHz、
5.0MHz、7.5MHzと切換わり、再び2.5M
Hzを指定するよう切換わったとき、各データ記憶部3
7a,37b,37cから記憶されたデータを読み出
し、各アドレス毎に加算してDSC部39へ出力する。
【0049】DSC部39は加算後の信号をCRTモニ
タ4上で表示可能な形に加工をした後、映像信号とし
て、CRTモニタ4に供給する。CRTモニタ4では図
6に示すような超音波画像が表示される。
【0050】以上説明したように第1実施例によれば周
波数特性の異なる圧電素子6a,6b,6cからの受信
信号を映像処理回路14において、距離に応じて重み付
け加算し合成するよう構成したため同一の画像上で減衰
の小さな低周波超音波により体内深部を観察し、高い分
解能を得ることができる高周波超音波により、特に表面
組織を詳細に観察することができ、かつ全体が切れ目な
く滑らかな画像を表示することができる。
【0051】さらに述べると、従来例では周波数特性の
異なる複数の超音波送受信器に対応した超音波画像が途
中で切れてしまい、不自然な画像となってしまうが、こ
の実施例では境界領域で滑らかに連続した画像となるよ
うに重み付けにより合成して1枚(一画面)の画像を生
成しているので、境界領域でも途切れることなく、滑ら
かに連続する画像となる。従って、境界領域でも診断に
資する画像を提供できる。
【0052】また、互いに異なる周波数で3つの圧電素
子を時系列的に駆動し、それぞれの受信信号を別々の送
受信回路で処理することにより、各送受信回路の周波数
帯域を広くすることなく簡単な回路で処理できる。
【0053】なお、上記第1実施例に関し、以下の変形
例のようにしても良い。超音波プローブ2の断面積が大
きい場合は、圧電素子6a,6b,6cを横に並べて配
置し、各圧電素子6a,6b,6cを電気的に切換えて
もよい。また圧電素子の数、間隔、各素子の駆動周波数
は上述の例と異なっていてもよい。
【0054】さらに、異なる周波数の圧電素子を時系列
的ではなく同時に駆動してもよい。また、重みの曲線
は、図5に示したものに限定されるものでなく、指数関
数的、もしくは2次曲線的に変化させても良く、各周波
数の生体での減衰特性を補正するような曲線と合成させ
ても良い。
【0055】また、t1,t2,t3,t4は回転駆動部か
らの回転角信号に同期させて変化させても良い。この際
には、図6に示した各周波数の超音波で表示させる領域
は示した通り同心円状ではなくその他任意の形状に変更
することが可能である。このように構成、動作させる
と、例えば表面に沿った組織の層状構造内のある特定の
層、或いは腫瘍等の病変部やその周囲等、特に関心のあ
る部分を高周波超音波により詳細に観察することが可能
である。
【0056】(第2実施例)図7ないし図13は本発明
の第2実施例に係り、図7は第2実施例の全体構成を示
すブロック図、図8は図7に示された圧電素子の配置例
を示す図、図9は制御回路の構成を示すブロック図、図
10は映像処理回路の構成を示すブロック図、図11は
制御回路のタイミングチャート、図12は演算部の演算
を説明する図、図13は演算部の処理内容を示すフロー
チャートである。
【0057】図7に示すように第2実施例の超音波観測
装置41は超音波を送受する超音波プローブ42と、こ
の超音波プローブ42に内蔵された複数の超音波変換素
子に送信用の信号を印加すると共に、受信した信号に対
する信号処理を行う信号処理装置43と、信号処理装置
43から出力される映像信号を表示するCRTモニタ4
とから構成される。
【0058】図8に示すようにこの実施例における超音
波プローブ42には2つの圧電素子46a,46bが収
納されている。圧電素子46aは例えば7.5MHz、
圧電素子46bは12MHzで駆動されるのに適してい
る。
【0059】圧電素子46a、46bは図8に示すよう
に超音波プローブ42を形成する外筒42bの先端側の
内部に、互いの背面、つまり超音波放射面の反対側の面
を背中合わせで重ねるようにして収納されている。
【0060】重ねて一体化した圧電素子46a、46b
からはフレキシブルシャフト44が超音波プローブ42
の軸方向に沿って(モータ等の)回転体を備えた回転駆
動部47まで延在されている。この実施例では回転駆動
部47は例えば超音波プローブ42の後端側の太径にさ
れた部分(図示略)に収納されている。このフレキシブ
ルシャフト44は回転駆動部47の回転体により図8の
図示矢印のように回転する。また外筒42b内壁には金
属箔等からできた細い帯或いはライン形状で超音波を強
く反射する強反射体50が取り付けられている。
【0061】図7に示すように圧電素子46aは送信回
路8a、受信回路9aが接続され、圧電素子46bに送
信回路8b、受信回路9bが接続される。また停止スイ
ッチ45は、制御回路11に停止信号を供給する。
【0062】図7におけるその他の構成は送信タイミン
グ信号の映像処理回路14への入力以外は図1と基本的
に同じであり、簡単化のため同じ符号で示している。図
9は制御回路11の構成をブロック図で示す。制御回路
11の内部にカウント部21が設けられている。カウン
ト部21には回転駆動部47から回転角信号が入力す
る。またカウント部21のリセット端子Rには停止スイ
ッチ45からの停止信号が入力する。カウント部21の
出力はORゲート52に入力する。
【0063】停止スイッチ45からの停止信号はインバ
ータ51を経てORゲート52にも入力し、また切換信
号として、切換回路11、映像処理回路14、送信タイ
ミング信号切換部23にも入力される。ORゲート52
の出力はインバータ53に入力される。インバータ53
の出力はJKフリップフロップ54のクロック入力端子
に入力される。JKフリップフロップ54の非反転出力
は回転駆動部47へ制御信号として入力される。回転駆
動部47はこの制御信号によりフレキシブルシャフト4
4の回転の開始、もしくは停止を行う。
【0064】図10は映像処理回路14の構成をブロッ
ク図で示す。映像処理回路14の内部は以下のように構
成される。増幅回路13からの信号は映像処理回路14
内のA/D変換部61を経て、入力切換部62へ供給さ
れる。入力切換部62には制御回路11から切換信号が
供給される。7.5MHz,12MHzデータ記憶部6
3a、63bは入力切換部62を経て入力される信号を
記憶する。
【0065】演算部64は7.5MHz,12MHzデ
ータ記憶部63a、63bで記憶した内容を参照できる
よう接続されている。演算部64は演算結果を座標変換
部65に出力する。7.5MHzデータ記憶部63aは
乗算部66へ出力し、12MHzデータ記憶部63bは
座標変換部66を経て、乗算部67へ出力する。乗算部
66へはこの他に制御回路11からの制御信号が供給さ
れる。
【0066】乗算部66、67は乗算結果を加算部68
へ出力する。加算部68は加算結果をDSC部69へ出
力する。DSC部69は映像信号をCRTモニタ15へ
供給する。
【0067】次に第2実施例の動作を説明する。図9に
おいて、制御回路11の制御信号により回転駆動部47
がフレキシブルシャフト44を回転させる。回転駆動部
47はフレキシブルシャフト44の回転角を制御回路1
1内のカウント部21へパルスの形で回転角信号として
送信する。このときカウント部21は、カウント値が3
60になったときには、自らリセットをかけ、図11の
ように1クロックをORゲート52へ供給する。従って
カウント部21はフレキシブルシャフト44が1回転す
る度にORゲート52へ1クロックずつ送信する。
【0068】停止スイッチ45から出力信号が入力され
ないとき、停止信号はLになるため、インバータ51の
出力はHである。従ってORゲート52の出力は常にH
となりJKフリップフロップ54へはクロックが入力し
ない。従ってJKフリップフロップ54の出力する制御
信号は切換らない。回転駆動部47は、制御信号がLの
とき、フレキシブルシャフト44を回転させるものとす
れば停止スイッチ45からの出力信号が入力されないと
きは回転させ続けることになる。
【0069】一方、送信タイミング信号切換部23は切
換信号としてLの信号が供給されており、このとき送信
タイミング信号切換部23は送信タイミング信号発生部
24からの送信タイミング信号の出力先を送信回路8a
に選択する。
【0070】図7において、圧電素子46aは回転しな
がら7.5MHzの超音波を送信するように駆動され
る。この超音波のエコーは圧電素子46aで音響−電気
変換され、受信回路9aで受信される。受信回路9aは
切換回路12へ受信信号を供給する。切換回路12は制
御回路11からの切換信号により、制御回路11が送信
回路8aへ送信タイミング信号を出力しているときは入
力信号として受信回路9aの信号を選択し、増幅回路1
3へ受信回路9aからの受信信号を供給する。
【0071】図10において増幅回路13は受信回路9
aからの受信信号を増幅して映像処理回路14内に設け
られたA/D変換部61へ供給する。A/D変換部61
はこの受信信号をA/D変換して例えば8ビット階調の
デジタルデータとして入力切換部62へ供給する。
【0072】入力切換部62は制御回路11からの切換
信号により制御回路11が送信回路8aへ送信タイミン
グ信号を出力しているときは出力信号を7.5MHzデ
ータ記憶部63aに出力するように、A/D変換部61
を経た出力信号を7.5MHzデータ記憶部63aへ供
給する。7.5MHzデータ記憶部63aは圧電素子4
6aが1回転する度に受信信号を乗算部66へ送信し、
順次記憶内容を更新する。乗算部66は、制御回路11
からの制御信号により制御回路11による送信回路8a
への送信タイミング信号を出力しているときは7.5M
Hzデータ記憶部63aが記憶していたデータへ「1」
を乗算する。
【0073】すなわち、7.5MHzデータ記憶部63
aのデータをそのまま加算部68へ供給する。乗算部6
7はこのとき、加算部68にデータを出力しないので加
算部68は7.5MHzデータ記憶部63aのデータに
0を加算し、DSC部69に供給する。DSC部69は
7.5MHzデータ記憶部63aのデータをCRTモニ
タ4に表示可能な映像信号に加工して供給する。
【0074】CRTモニタ4は、この映像信号を表示す
る。こうして7.5MHzの超音波エコーはそのまま映
像信号に変換されて表示される。
【0075】次に、使用者が図11で示した時刻taに
停止スイッチ45を押すと、図10において、停止スイ
ッチ45はインバータ51、カウント部21のリセット
端子に停止信号としてHを出力する。カウント部21の
カウント値は0にリセットされる。またインバータ5
1,ORゲート52,インバータ53の出力はそれぞれ
反転する。
【0076】一方、送信タイミング信号切換部23は送
信タイミング信号発生部24からの送信タイミング信号
の出力先を、送信回路8aから送信回路8bへ切換え
る。これにより、駆動する圧電素子46aから圧電素子
46bへ切換えられる。また切換回路12は入力信号と
して受信回路9bに選択し、入力切換部62は出力先と
して12MHzデータ記憶部63bを選択する。
【0077】さらに図8に示したフレキシブルシャフト
44が1回転した、時刻tb になるとカウント部21の
カウント値が360になるので、カウント部21はOR
ゲート52に1パルス出力を行う。このとき、インバー
タ53がJKフリップフロップ54に出力する信号が立
下がるので、JKフリップフロップ54の出力は反転
し、制御信号はHになる。回転駆動部47はこのためフ
レキシブルシャフト44の回転を停止させる。
【0078】図10において7.5MHzの超音波エコ
ーと同様の経路で12MHzの超音波エコーからA/D
変換したデータが1スキャン分のみ12MHzデータ記
憶部63bに蓄えられる。このとき7.5MHzデータ
記憶部63aの記憶内容は7.5MHzの超音波のもの
が残っている。
【0079】図12(a)は7.5MHzデータ記憶部
63aに蓄えられた7.5MHzの超音波画像データ、
図12(b)は12MHzデータ記憶部63bに蓄えら
れた12MHzの超音波画像データを示す。双方のデー
タにはプローブ外筒42bの第1エコーS1,S2と強反
射体50のエコーP1,P2が含まれる。
【0080】図13に演算部64の処理フローを示す。
ステップSp1で演算部64は円状のS1、S2は強い反
射であるため適当なしきい値処理を施しこれを検出す
る。ステップSp2でS1,S2の中心O1,O2の座標
(x1,y1),(x2,y2)を算出する。このときO
1,O2は圧電素子46a、46bに対応する位置とな
る。
【0081】ステップSp3でP1,P2はやはり強い反
射であるため、S1,S2と同様適当なしきい値処理を施
しこれを検出する。ステップSp4で半直線O1P1とO
2P2の3次方向からの角度θ1,θ2を算出する。ステッ
プSp5で線分O1P1とO2P2のそれぞれの距離r1,
r2を算出する。ステップSp6で、中心O1,O2のず
れ(x1−x2,y1−y2)角度θ1,θ2のずれθ1−θ2
中心からの距離の歪みの比r1/r2を算出する。ステッ
プSp7でステップSp6の算出値を座標変換部65へ
出力し、処理を終了する。
【0082】座標変換部65はこのデータをもとに12
MHzデータ記憶部63bに座標変換を施し、乗算部6
7へ出力する。乗算部66,67はこれらのデータに対
し第1実施例と同様にO1,O2より遠方では7.5MH
zの超音波データが、O1,O2に近傍では12MHzの
超音波データが重くなるような重み付け処理がされるよ
うに乗算し、それぞれ加算部68に出力する。加算部6
8は2つの出力を加算し、DSC部69に出力する。
【0083】こうして、使用者が停止スイッチ45を押
した後、制御回路11からの制御信号は連動して圧電素
子1回転分の高周波超音波によるデータが低周波超音波
によるデータと位置補正を行いながら合成される。
【0084】以上説明したように第2実施例によれば動
画時は低周波超音波単独による画像を観察し、使用者が
停止スイッチを押した時は、合成画像で生体を詳細に観
察できるよう構成したため、例えば圧電素子が1回転す
る度に、または超音波を1回送信する度に、駆動する圧
電素子を切り換えて、合成した画像に比べ、動画時には
フレームレートを落とすことなく、ちらつきの少ない見
やすい動画を表示できる。
【0085】一般に医療用画像処理装置においては、動
画で病変部を探し、静止画を観察することで診断をつけ
ることが多く、詳細な医療はむしろ静止画に求められる
ため、この実施例は、見やすい動画を表示できるという
点で有効である。
【0086】また、この第2実施例によれば超音波プロ
ーブ42の外筒のエコー、つまりプローブ先端に設けら
れた強反射体50からのエコーにより位置を補正してい
るため、第1実施例よりもさらに滑らかな画像を表示す
ることができる。また、静止画時のみ位置の補正を行わ
せているため、上述の位置補正は、リアルタイムで行わ
せる必要がなく、低速の素子で回路を構成することもで
き、安価で実現できる。なお、高価になるが、高速の素
子を用いて1走査周期内にリアルタイムで補間を行うよ
うにしても良い。
【0087】また、外筒のエコーの半径で位置補正を行
っているため、圧電素子、受信回路のオフセット値がバ
ラついて異なっていても位置補正が可能である。単に複
数の圧電素子で得た複数の画像を組み合わせて表示する
と、境界領域で途切れるのみならず、画像がずれてしま
うこともあるが、この実施例ではずれを解消する位置補
正も行うようにしているので、診断に適した画像を提供
できる。その他の効果は第1実施例と同じである。なお
本実施例においてθ1,θ2の角度を画像の3次方向と半
直線O1P1,O2P2とのなす角と定義したがこれは3次
方向としなくとも良い。
【0088】(第3実施例)次に本発明の第3実施例を
説明する。この実施例は第2実施例と図7〜図11が共
通であり、但し、図10の映像処理回路14内の演算部
の処理内容が第2実施例とは異なり、演算部は図14に
示すフローチャートの処理内容を行う。図15は演算部
の演算を説明する図である。
【0089】次に、図14と図15を用いて本実施例の
構成と作用を説明する。図10に図示された演算部64
は、図14に示すように動作する。ステップSp11に
おいて、第2実施例と同様な方法で図8に図示されたプ
ローブ外筒42bによる円状の第1エコーS1とS2を検
出する。
【0090】ステップSp12においてS1とS2の中心
O1、O2の座標(x1,y1)、(x2,y2)の座標を算
出する。ステップSp13において、S1とS2の半径r
1、r2を算出する。ステップSp14において、中心O
1、O2のずれ(x1−x2,y1−y2)、中心からの距離
の歪みの比r1/r2を算出する。
【0091】ステップSp15において、O1、O2から
半径R/r1、R/r2以内の画素データより座標(x,
y)の画素の輝度値I(x,y)の重みとする慣性主軸
L1(1)、L1(2)、L2(1)、L2(2)を求め、図15中に矢
印として示したように、慣性主軸L1(1)、L2(1)の正の
方向をそれぞれ2方向のうち任意に定義する。半径R/
r1、R/r2以内としたのは、距離の歪みによる影響を
排除するためである。このときRは図示しない設定手段
で任意に可変とする。
【0092】次に両画像のずれ角をL1(1)、L2(1)の正
の方向と画像の3時方向なす角θ1、θ2の差θ1−θ2と
して求めたいが、L1(1)と、L1(2)、L2(1)とL2(2)の
軸の区別、及び正と負の方向の区別ができない。L1(1)
の正の方向に対するL2(1)の正の方向は4通り考えら
れ、真のずれ角δθも4通りの組み合わせが考えられ
る。そのためステップSp16以下の通り動作させる。
【0093】ステップSp16において、演算部64内
の図示しないレジスタiに1を代入する。ステップSp
17において、θ1、θ2を算出する。
【0094】ステップSp18において、θ1−θ2を算
出し、ずれ角(δθ)iとして演算部64内のメモリに
格納する。このとき、添字のiはレジスタiの値とし、
メモリ内のiに対応したアドレスに格納するものとす
る。
【0095】ステップSp19において、中心O1、O
2のずれ(x1−x2,y1−y2)、中心からの距離の歪
みの比r1/r2、ずれ角(δθ)iを用い、第2実施例
の座標変換部65による座標変換と同じ座標変換を行っ
たとき、(p1,q1)となるような座標(p2,q2)を
算出する。ここで、(p1,q1)はあらかじめ演算部6
5に値が格納されているものとする。
【0096】ステップSp20において、7.5MHz
画像の座標(p1,q1)の画素の輝度値I(p1,q1)
と12MHz画像の座標(p2,q2)の画素の輝度値I
(p2,q2)の差I(p1,q1)−I(p2,q2)を求
め、(δI)iとして演算部64内のメモリに格納す
る。このとき、添字iはレジスタiの値とし、(δI)i
の格納はメモリ内のiに対応したアドレス(δθ)iと
区別して行うものとする。
【0097】ステップSp21において、レジスタiの
値が4か否か確かめ、i=4であればステップSp22
へ、i≠4であればステップSp25へ処理を分岐す
る。ステップSp22において、(δI)1、(δI)
2、(δI)3、(δI)4の最小値min(δI)i[1≦
i≦4]を算出する。
【0098】ステップSp23において、min(δI)i
の格納されているメモリアドレスから、min(δI)iの
iの値を算出後、この値をレジスタjに代入する。ステ
ップSp24において、(δθ)jを真のずれ角とし、
中心O1、O2のずれ(x1−x2,y1−y2)、角度のず
れ(δθ)j、中心からの距離の歪みの比r1/r2を座標
変換部66へ出力し、処理を終了する。
【0099】ステップSp25において、L2(1)の正の
方向をそれまで定義されていた方向の3時方向へ定義し
直す。ステップSp26において、レジスタiの値に1
を加えた値をレジスタiに格納してステップSp17へ
ジャンプする。
【0100】この他の動作は第2実施例と同様である。
以上に説明したように、第3実施例によれば複数の超音
波画像の各々の慣性主軸を求め、超音波画像の特に角度
の補正を行わせるようにしたため、第2実施例に述べた
強反射体50は設けなくとも良い。
【0101】この他の効果は第2実施例と同様である。
なお、本実施例においては、(δθ)jの算出時に真の
ずれ角の判定をある座標(p1,q1)、(p2,q2)の
画素の輝度値を比較することで行ったが、これは、この
画像の周囲の輝度平均値でも良く、比較方法はこの例に
限らない。
【0102】[付記] (2)前記複数の超音波送受信手段は、プローブの先端
に設けられた回転体の周囲に並べられ、互いに異なる周
波数特性で駆動される複数の圧電素子を具備し、該回転
体は、前記制御手段により回転される請求項1記載の超
音波画像処理装置。 (3)前記表示手段は、前記制御手段が前記複数の超音
波送受信手段を停止させるために発生する制御信号の入
力に連動して、前記複数の受信信号のうち、いずれか1
つを選択した表示と、前記複数の超音波送受信手段から
出力される受信信号を、画面内における前記超音波送受
信手段に対応した位置からの距離に応じた重みづけを行
い一画面に合成した表示と、を切り換える切り換え手段
を具備した請求項1又は付記2記載の超音波画像処理装
置。 (4)前記表示手段は、前記複数の超音波送受信手段か
ら出力される該受信信号より該プローブの外筒のエコー
を検出し、該外筒のエコーにより該受信信号から生成さ
れる複数の超音波画像の位置の補正を行う位置補正手段
を具備した付記2又は3記載の超音波画像処理装置。
【0103】(5)前記表示手段は、前記複数の超音波
送受信手段から出力される該受信信号より、該プローブ
先端に設けられた超音波の強反射体からの強エコーを検
出し、該強エコーにより該受信信号から生成される複数
の超音波画像の位置の補正を行う位置補正手段を具備し
た付記2から4記載の超音波画像処理装置。
【0104】(6)前記表示手段は、前記複数の超音波
送受信手段から出力される該受信信号から生成される複
数の超音波画像の各々の慣性主軸を求め、該慣性主軸を
一致させることにより、該複数の超音波画像の位置の補
正を行う位置補正手段を具備する請求項1又は付記2か
ら付記4記載の超音波画像処理装置。
【0105】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、互い
に異なる周波数特性を有する複数の超音波送受信手段
と、前記複数の超音波送受信手段を駆動する制御手段
と、前記複数の超音波送受信手段から出力される受信信
号に画面内における前記超音波送受信手段に対応した位
置からの距離に応じた重みづけを行い一画面に合成して
表示する表示手段とを設けているので、特性の異なる超
音波の受信信号に重み付け加算処理を施して1つの画像
に合成でき、各々の表示領域の境界に画面が切れた感じ
やずれた感じを与えることなく診断に資することのでき
る超音波画像を提供することが可能になる。
【0106】また、周波数特性の異なる複数の超音波送
受信手段として低周波のものと高周波のものとを用いる
と、減衰の小さな低周波超音波により体内深部を観察
し、高い分解能を得ることができる高周波超音波により
特に表面組織を詳細に観察するようにもことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の超音波観測装置の全体構
成を示すブロック図。
【図2】超音波プローブの先端側の圧電素子の配置例を
示す説明図。
【図3】制御回路の構成を示すブロック図。
【図4】映像処理回路の構成を示すブロック図。
【図5】映像処理回路において行う重みづけ加算の重み
の比率を示す説明図。
【図6】CRTモニタ上で表示される超音波画像の表示
例を示す図。
【図7】本発明の第2実施例の全体構成を示すブロック
図。
【図8】図7に示された圧電素子の配置例を示す図。
【図9】制御回路の構成を示すブロック図。
【図10】映像処理回路の構成を示すブロック図。
【図11】制御回路のタイミングチャート。
【図12】演算部の演算を説明する図。
【図13】演算部の処理内容を示すフローチャート。
【図14】本発明の第3実施例における演算部の処理内
容を示すフローチャート。
【図15】演算部の演算を説明する図。
【符号の説明】
1…超音波観測装置 2…超音波プローブ 3…信号処理装置 4…CRTモニタ 6a,6b,6c…圧電素子 7…回転駆動部 8a,8b,8c…送信回路 9a,9b,9c…受信回路 11…制御回路 12…切換回路 13…増幅回路 14…映像処理回路 21…カウント部 22…切換信号発生部 23…送信タイミング信号切換部 24…送信タイミング信号発生部 25…駆動制御部 30…A/D変換部 31…ラインバッファ 32…ORゲート 33…乗算部 34a,34b,34c…重み記憶部 35…重み切換部 36…出力部 37a,37b,37c…データ記憶部 38…加算部 39…DSC部 代理人 弁理士 伊藤 進
【手続補正書】
【提出日】平成7年2月7日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0072
【補正方法】変更
【補正内容】
【0072】入力切換部62は制御回路11からの切換
信号により制御回路11が送信回路8aへ送信タイミン
グ信号を出力しているときは出力信号を7.5MHzデ
ータ記憶部63aに出力するように、A/D変換部61
を経た出力信号を7.5MHzデータ記憶部63aへ供
給する。7.5MHzデータ記憶部63aは圧電素子4
6aが1回転する度に受信信号を乗算部66へ送信し、
順次記憶内容を更新する。乗算部66は、制御回路11
からの制御信号により制御回路11送信回路8aへ
の送信タイミング信号を出力しているときは7.5MH
zデータ記憶部63aが記憶していたデータへ「1」を
乗算する。
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図5
【補正方法】変更
【補正内容】
【図5】
【手続補正3】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図15
【補正方法】変更
【補正内容】
【図15】

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに異なる周波数特性を有する超音波
    送受信手段と、 前記複数の超音波送受信手段を駆動する制御手段と、 前記複数の超音波送受信手段から出力される受信信号に
    画面内における前記超音波送受信手段に対応した位置か
    らの距離に応じた重みづけを行い一画面に合成して表示
    する表示手段と、を具備したことを特徴とする超音波画
    像処理装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20040427