JPH09327458A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JPH09327458A JP8152518A JP15251896A JPH09327458A JP H09327458 A JPH09327458 A JP H09327458A JP 8152518 A JP8152518 A JP 8152518A JP 15251896 A JP15251896 A JP 15251896A JP H09327458 A JPH09327458 A JP H09327458A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の超音波診断装置では心臓などの運動す
る臓器を三次元画像で表示すると画像処理の間に臓器が
動いてしまい、歪みのない三次元画像を構成できないと
いう問題があった。 【解決手段】 心電信号に同期して走査面の位置が可変
設定される。各走査面位置においてＭ個の走査面が形成
される。１つの走査面当たり１つの画素値列が得られ、
それぞれマルチフレームメモリの各プレートに格納され
る。Ｎ心拍分の取込みを行うことにより、マルチフレー
ムメモリには１心拍内における各時相の三次元超音波画
像が格納される。各プレートを順次表示することにより
三次元動画像を表示できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置、特
に超音波ビームを三次元走査して三次元超音波画像を形
成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】三次元超音波画像を形成する場合、例え
ば、超音波ビームを電子走査して形成される走査面を機
械的に順次移動走査して立体的なエコーデータ取り込み
空間が形成される。これにより得られた各エコーデータ
はいったん三次元エコーデータメモリに格納され、各エ
コーデータに基づき三次元画像処理を行って三次元超音
波画像が形成される。このように、三次元超音波画像に
当たっては、多数の走査面を形成しなければならないた
め、通常、１枚の三次元超音波画像を形成するためには
数秒程度かかってしまう。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従って、心臓などの拍
動する臓器を三次元超音波画像で表示すると、エコーデ
ータの取り込み開始から取り込み終了までの間に臓器が
動いてしまい、三次元画像を構成できないという問題が
あった。また、同様の理由から運動している臓器の三次
元動画像を表示することも極めて困難であった。なお、
臓器の疾病診断精度を向上させるために、三次元動画像
で当該臓器を表示することが切望されている。
【０００４】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、運動する臓器の三次元画像を
動画像として表示できる超音波診断装置を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、超音波ビームを第１方向に走査して走査
面を形成する機能とその走査面を第２方向に走査する機
能とを備えた超音波探触子と、観察すべき臓器の１運動
周期内において走査面位置を固定しつつＭ個の走査面を
形成すると共に、運動周期に同期させてその走査面位置
を第２方向にＮ段階可変させる走査制御手段と、各走査
面ごとにその走査面に対応する画素値列を生成する画像
処理手段と、Ｎ個の画素列からなる超音波画像をＭフレ
ーム分格納する記憶手段と、前記記憶手段からＭ枚の超
音波画像を臓器運動の時系列順で読み出して表示する表
示制御手段と、を含むことを特徴とする。
【０００６】上記構成によれば、臓器運動の第１周期に
おいて同じ走査面位置でＭ個の走査面が形成され、次の
第２周期では走査面位置が１段階シフトされてその位置
でＭ個の走査面が形成され、これが第Ｎ周期まで繰り返
される。この時、各走査面のエコーデータを処理して得
られる画素値列は記憶手段に記憶される。よって、第Ｎ
周期まで取り込みが行われると、記憶手段には、互いに
時相が異なる三次元画像（立体的透視画像、積算画像、
透視画像など）がＭ枚分格納されることになる。よっ
て、これらの三次元画像を順次表示すれば、運動する臓
器の三次元画像を動画像として表示可能である。これに
より、擬似的にリアルタイム三次元動画像を表示可能で
ある。
【０００７】本発明の好適な態様では、前記画像処理手
段は、超音波ビームに沿ってエコーデータの処理を行っ
て各超音波ビームに対応する画素の画素値を演算するこ
とにより、前記走査面に対応する画素値列を生成する。
このように超音波ビームに沿ってエコーデータの処理を
行えば、エコーデータの時系列に沿って画像処理を行え
るので、画像処理時間を大幅に削減できる。なお、三次
元画像処理手法としては、ボリュームリンダリング法、
積算法、投影法などの各種の手法を適用できる。
【０００８】本発明の好適な態様では、前記超音波探触
子は、前記第１方向に複数の振動素子が整列した電子走
査されるアレイ振動子と、前記アレイ振動子を前記第２
方向へ機械走査する走査機構と、を含む。すなわち、電
子走査と機械走査の組み合わせにより超音波ビームを三
次元走査するものである。この場合、電子走査は走査面
形成のために行われ、機械走査は走査面の移動のために
行われる。
【０００９】本発明の好適な態様では、前記走査機構
は、走査面を平行移動又は回転移動させるものである。
すなわち、本発明は走査面を平行移動させて立方体状の
三次元エコーデータ取り込み空間を形成する場合や走査
面を回転移動させて円錐又は円柱状のエコーデータ取り
込み空間を形成する場合の両者に適用できる。ここで、
走査面の回転には揺動なども含まれる。
【００１０】本発明の好適な態様では、前記走査制御手
段は、臓器運動を表す生体信号に同期させて走査制御を
行うことを特徴とする。ここで、生体信号は例えば心電
信号、呼吸信号、脈波信号などであり、いずれにしても
観察する臓器の運動周期を表す信号である。この生体信
号は走査面の位置可変用の信号のほか、記憶手段への書
き込み制御の同期信号などとして利用される。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づいて説明する。
【００１２】図１には、本発明に関連する三次元超音波
画像の形成原理が示されている。図１（Ａ）には超音波
ビーム１００を例えば扇状に走査して形成される走査面
Ｓｉが示されている。この走査面Ｓｉはその中心を通る
軸を回転軸として回転される。すなわち走査面Ｓｉは回
転角Ｒｉにおける走査面である。このような走査面の回
転により、底面が球面状をなす円錐形状の三次元エコー
データ取込み空間が形成される。本発明に係る超音波診
断装置においては、画像処理時間を削減するために超音
波ビーム１００に沿ってエコーデータの処理が行われ
る。すなわち、例えばボリュームレンダリング法や積算
法などの手法を利用してエコーデータがその時系列に沿
って処理され、画素の画素値Ｄｊが求められる。したが
って、１つの走査面ごとに図１（Ｂ）に示すような画素
値列Ｌｉが得られる。上述のように、画素値列Ｌｉを構
成する各画素値Ｄｊは走査角θｊの超音波ビームに対応
するデータである。
【００１３】よって、走査面を回転させると、各回転位
置で画像処理により画素値列Ｌｉが順次得られることに
なり、それらの画素値列Ｌｉはフレームメモリ１０２に
格納される。これが図１（Ｃ）に示されている。１回の
回転走査当たり走査面がＮ個形成される場合、フレーム
メモリ１０２上にはＮ個の画素値Ｌｉが格納される。
【００１４】そして、デジタルスキャンコンバータ（Ｄ
ＳＣ）１０４は図１（Ｄ）に示すように、各画素値列Ｌ
ｉに対して極座標から直交座標への変換を行う。すなわ
ち、各画素値列ＬｉがＸ−Ｙ座標面上に描かれ、これに
より形成された三次元超音波画像が表示器に表示され
る。
【００１５】以上の原理によれば、超音波ビームに沿っ
て時系列順でエコーデータが画像処理されるため、生体
内で静止している臓器であればほぼ問題なくその臓器の
三次元画像を表示できる。しかしながら、例えば心臓な
どの運動する臓器に対して図１に示す画像処理を適用す
ると、複数の走査面を形成している間に、その臓器が動
いてしまい歪んだ三次元画像となってしまう。
【００１６】この問題を解決するための三次元動画像の
形成原理が図２に示されている。
【００１７】図２における（Ａ）には走査面の位置が示
され、（Ｂ）には生体信号としての心電信号が示され、
（Ｃ）には１心拍中でＭ個形成される走査面が示され
て、（Ｄ）には三次元超音波画像をＭフレーム分格納可
能なマルチフレームメモリの状態が示されている。
【００１８】まず、心電信号を基準とした第１心拍にお
いては走査面の位置がＲ１とされ、その走査面の位置を
固定しつつ１心拍中でＭ回の電子走査が行われ、すなわ
ちＭ枚の走査面が形成される。マルチフレームメモリ
は、Ｐ１〜ＰＭまでのＭ枚のプレートで構成されてお
り、各走査面を画像処理して得られた画素値列（図１参
照）は各走査面に対応するプレートに書込まれる。この
場合、各プレートにおいては、第１心拍における走査面
の位置Ｒ１に対応するアドレスに各画素値列が格納され
る。次に、第２心拍においては走査面の位置が１ステッ
プシフトされてＲ２とされ、その走査面の位置を固定し
た状態で第２心拍中で上記同様にＭ枚の走査面が形成さ
れる。この走査面の形成により得られる各画素値列は、
各走査面に対応するプレートに書込まれる。この場合、
各プレートにおいては、第２心拍における走査面Ｓｉの
位置Ｒ２に対応するアドレスに各画素値列が格納され
る。
【００１９】以上のような心電信号に同期した処理を第
Ｎ心拍まで行うと、マルチフレームメモリ内には臓器の
１運動周期中における互いに時相の異なるＭ枚の三次元
超音波画像が格納されることになる。すなわち、各プレ
ートは、ある時相の三次元超音波画像に相当している。
したがって、プレートＰ１からＰＭまでの各プレートの
画像データを順次画像表示すれば、運動する臓器の三次
元動画像を表示することが可能となる。そして、それを
繰返し行えばすなわちループ再生を行えばあたかもリア
ルタイム画像処理が成されているような三次元動画像を
表示できる。
【００２０】１枚の走査面は１回の電子走査により形成
され、その電子走査は臓器の運動と比較して極めて高速
であるため、１電子走査当たりの画像の歪は問題となら
ない。また、Ｎ周期中のある周期において、臓器が他の
周期とは異なる運動をした場合には動画像の全体にわた
って画像に歪が生じてしまうため、その場合には再度デ
ータの取込みを行えばよい。そのような歪を解消する画
像処理を付加してもよい。
【００２１】なお、図２に示す三次元動画像の形成原理
は、例えば矩形の走査面がその走査面と平行移動して立
方体状の三次元データ取込み空間が形成される場合、あ
るいは他の形状の三次元エコーデータ取込み空間が形成
される場合など各種の方式に適用できる。
【００２２】次に、図３を用いて本発明に係る超音波診
断装置の好適な実施形態について説明する。図３は超音
波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２３】超音波探触子１０は三次元エコーデータ取
込み用超音波探触子であり、大別してアレイ振動子１２
と駆動機構１４とで構成される。アレイ振動子１２は直
線配列された複数の振動素子で構成され、そのアレイ振
動子１２に対して電子走査を行えば超音波ビーム１００
が扇状に走査されて走査面１０２が形成される。
【００２４】駆動機構１４は例えばモータなどを基本と
する機構からなるものであり、アレイ振動子１２を回転
駆動するものである。
【００２５】モータ制御部１８は駆動機構１４の制御を
行うものであり、心電計（ＥＣＧ）１６から出力された
心電信号１０４に同期させて走査面１０２の位置可変を
制御している。心電計１６から出力された心電信号１０
４は送受信制御部２０に出力されており、送受信制御部
２０はその心電信号１０４に同期して送受信制御を行っ
ている。送受信制御部２０からアレイ振動子１２に送信
信号が供給されると超音波ビーム１００が形成され、送
受信制御部２０の制御によってその超音波ビーム１００
が電子走査される。これにより得られた受信信号は送受
信制御部２０において増幅、検波などの処理がなされた
後、画像演算部２２に出力される。
【００２６】本実施形態において、画像演算部２２は超
音波ビームに沿って各エコーデータの処理を行うもので
あり、すなわち時系列順でエコーデータの処理を行って
各超音波ビームごとに画素値を演算している。これは図
１（Ａ）及び（Ｂ）に示したとおりである。
【００２７】マルチフレームメモリ２４は図２に示した
ように仮想的な複数のプレートＰ１〜ＰＭで構成される
ものであり、上述したように各プレートは各時相におけ
る三次元超音波画像を格納するメモリに相当する。書込
み制御部２６は、モータ制御部１８から出力される同期
信号にしたがって、画像演算部２２から出力される画素
値データの書込み制御を行っている。これについては図
２（Ｄ）に示したとおりである。
【００２８】ループ再生制御部２８は、各プレートの画
像データを時系列順で順次読み出してＤＳＣ３０に出力
する回路である。このループ再生制御部２８はプレート
Ｐ１〜ＰＭまでのプレートセットを繰返し読み出してい
る。
【００２９】ＤＳＣ３０は図１（Ｄ）に示したような機
能を有し、すなわち座標変換機能などを有する。ＤＳＣ
３０から出力された超音波画像は表示器３２に表示され
る。この場合、ループ再生制御部２８の制御により、１
心拍内の各時相の三次元超音波画像がその時系列順で順
次表示され、あたかもリアルタイムで観察しているよう
な臓器の三次元動画像を表示できる。
【００３０】図３に示す超音波診断装置は、例えば食道
などに体腔内用超音波探触子を挿入して心臓の三次元超
音波画像を形成する装置として利用できる。もちろん、
そのような体腔内における超音波診断のほか、体表上か
ら例えば心臓の三次元超音波画像を表示する超音波診断
装置にも適用できる。
【００３１】なお、本実施形態では、心電信号のＲ波に
同期して各種の制御を行っているが、他の波に同期させ
て制御を行ってもよい。あるいは心電信号以外の生体信
号に基づいて制御を行ってもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、運動す
る臓器の三次元画像を動画像として表示でき、疾病診断
精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に関連する三次元画像の形成原理を示
す説明図である。
【図２】 本発明に係る三次元動画像の形成原理を示す
説明図である。
【図３】 本発明に係る超音波診断装置の全体構成を示
すブロック図である。
【符号の説明】
１０ 超音波探触子、１６ 心電計、１８ モータ制御
部 ２０ 送受信制御部、２２ 画像演算部、２４ マ
ルチフレームメモリ、２６ 書込み制御部 ２８ ルー
プ再生制御部、３０ ＤＳＣ、３２ 表示器。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波ビームを第１方向に走査して走査
    面を形成する機能とその走査面を第２方向に走査する機
    能とを備えた超音波探触子と、 観察すべき臓器の１運動周期内において走査面位置を固
    定しつつＭ個の走査面を形成すると共に、運動周期に同
    期させてその走査面位置を第２方向にＮ段階可変させる
    走査制御手段と、 各走査面ごとにその走査面に対応する画素値列を生成す
    る画像処理手段と、 Ｎ個の画素列からなる超音波画像をＭフレーム分格納す
    る記憶手段と、 前記記憶手段からＭ枚の超音波画像を臓器運動の時系列
    順で読み出して表示する表示制御手段と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記画像処理手段は、超音波ビームに沿ってエコーデー
    タの処理を行って各超音波ビームに対応する画素の画素
    値を演算することにより、前記走査面に対応する画素値
    列を生成することを特徴とする超音波診断装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、 前記超音波探触子は、 前記第１方向に複数の振動素子が整列した電子走査され
    るアレイ振動子と、 前記アレイ振動子を前記第２方向へ機械走査する走査機
    構と、 を含むことを特徴とする超音波診断装置。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の装置において、 前記走査機構は、走査面を平行移動又は回転移動させる
    ものであることを特徴とする超音波診断装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の装置において、 前記走査制御手段は、臓器運動を表す生体信号に同期さ
    せて走査制御を行うことを特徴とする超音波診断装置。
JP15251896A 1996-06-13 1996-06-13 超音波診断装置 Expired - Fee Related JP3537594B2 (ja)

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