JPH1170110A - 交差アレイを用いた超音波三次元映像化方法及び装置 - Google Patents
交差アレイを用いた超音波三次元映像化方法及び装置Info
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- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 二つの線形位相アレイからなる交差アレイを
用いて実時間に超音波三次元映像を得る方法及び装置を
提供する。 【解決手段】 送信部２０は所望の三次元領域をスキャ
ンするに必要な送信ビーム平面が高度方向に沿って形成
されるよう第１線形アレイ１１を通して超音波を送信す
る。受信は送信部により形成されたそれぞれの送信ビー
ム平面から得られた超音波エコーを第２線形アレイ１２
を用いて受信し、受信された超音波エコーをディジタル
形態に変換させ出力する。ビームフォーミング部４０は
受信部３０から出力されるディジタル超音波信号を記憶
し、所望の三次元領域をスキャンするに必要な全ての受
信ビーム平面とそれぞれの送信ビーム平面が個別に垂直
交差することにより形成されるスキャンラインから三次
元映像に関わる超音波信号を得るため、記憶された超音
波信号についてビームフォーミングを行う。
用いて実時間に超音波三次元映像を得る方法及び装置を
提供する。 【解決手段】 送信部２０は所望の三次元領域をスキャ
ンするに必要な送信ビーム平面が高度方向に沿って形成
されるよう第１線形アレイ１１を通して超音波を送信す
る。受信は送信部により形成されたそれぞれの送信ビー
ム平面から得られた超音波エコーを第２線形アレイ１２
を用いて受信し、受信された超音波エコーをディジタル
形態に変換させ出力する。ビームフォーミング部４０は
受信部３０から出力されるディジタル超音波信号を記憶
し、所望の三次元領域をスキャンするに必要な全ての受
信ビーム平面とそれぞれの送信ビーム平面が個別に垂直
交差することにより形成されるスキャンラインから三次
元映像に関わる超音波信号を得るため、記憶された超音
波信号についてビームフォーミングを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波三次元映像化
方法及び装置に係り、特に二つの線形位相アレイからな
る交差アレイを用いて実時間に超音波三次元映像を得る
方法及び装置に関する。
方法及び装置に係り、特に二つの線形位相アレイからな
る交差アレイを用いて実時間に超音波三次元映像を得る
方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の医療用超音波映像を得るために使
われる超音波スキャナは、通常２５６個までの交換素子
を有する線形または膨らんだアレイ変換子を使用して映
像化平面で超音波ビームを電子的に偏向し集束する。こ
のアレイ変換素子を構成する変換素子は一般に一方向、
例えば方位角(azimuth) 方向へのみ線形的に配列され
る。したがって、かかる線形アレイは方位角方向へのみ
集束でき、一つの固定された高度角方向（通常、０度）
で一断面の映像のみ提供する。
われる超音波スキャナは、通常２５６個までの交換素子
を有する線形または膨らんだアレイ変換子を使用して映
像化平面で超音波ビームを電子的に偏向し集束する。こ
のアレイ変換素子を構成する変換素子は一般に一方向、
例えば方位角(azimuth) 方向へのみ線形的に配列され
る。したがって、かかる線形アレイは方位角方向へのみ
集束でき、一つの固定された高度角方向（通常、０度）
で一断面の映像のみ提供する。
【０００３】この線形アレイを用いて三次元映像を得る
ため、高度（高さ、深さ）方向へはモータを用いた機械
的スキャンが、方位角方向へは電気的スキャンがそれぞ
れ行われる。その結果、三次元映像を構成する断面映像
が、関心ある三次元スキャン領域内で必要なほどの相異
なる高度方向から得られる。しかし、高度方向へのビー
ム幅、すなわち映像面の厚さは機械的なレンズにより固
定されるので、関心ある領域に対する三次元映像を得る
ためのスキャン時間が極めて長い短所を有している。
ため、高度（高さ、深さ）方向へはモータを用いた機械
的スキャンが、方位角方向へは電気的スキャンがそれぞ
れ行われる。その結果、三次元映像を構成する断面映像
が、関心ある三次元スキャン領域内で必要なほどの相異
なる高度方向から得られる。しかし、高度方向へのビー
ム幅、すなわち映像面の厚さは機械的なレンズにより固
定されるので、関心ある領域に対する三次元映像を得る
ためのスキャン時間が極めて長い短所を有している。
【０００４】この線形アレイに比べて、変換素子が両方
向に配列された二次元アレイは、任意の方向に対する電
気的なスキャンが可能なので、方位角方向及び高度方向
の両方における動的集束を可能にする。したがって、二
次元アレイは線形アレイより一層改善された映像を提供
でき、かつ効率的な三次元映像化が可能になる。
向に配列された二次元アレイは、任意の方向に対する電
気的なスキャンが可能なので、方位角方向及び高度方向
の両方における動的集束を可能にする。したがって、二
次元アレイは線形アレイより一層改善された映像を提供
でき、かつ効率的な三次元映像化が可能になる。
【０００５】しかし、一般に二次元アレイは線形アレイ
により極めて多く（通常１０００個以上４０９６個以下
の）変換素子から構成されるので、これを用いた超音波
三次元映像化装置の複雑度、サイズ及び値段が非現実的
に高い。また、二次元アレイを用いて関心ある三次元ス
キャン領域をスキャンするにかかる映像スキャン時間
は、線形アレイを用いた二次元映像スキャン時間より極
めて長い。例えば、関心ある三次元スキャン領域内で６
４個の相異なる高度方向に応ずる断面映像が必要な場
合、二次元アレイは線形アレイに比べて６４倍の映像ス
キャン時間を必要とする。したがって、二次元アレイを
用いた三次元映像化はその応用が極めて制限される。
により極めて多く（通常１０００個以上４０９６個以下
の）変換素子から構成されるので、これを用いた超音波
三次元映像化装置の複雑度、サイズ及び値段が非現実的
に高い。また、二次元アレイを用いて関心ある三次元ス
キャン領域をスキャンするにかかる映像スキャン時間
は、線形アレイを用いた二次元映像スキャン時間より極
めて長い。例えば、関心ある三次元スキャン領域内で６
４個の相異なる高度方向に応ずる断面映像が必要な場
合、二次元アレイは線形アレイに比べて６４倍の映像ス
キャン時間を必要とする。したがって、二次元アレイを
用いた三次元映像化はその応用が極めて制限される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前述した問題
点を解決するために案出されたもので、その目的は既存
の二つの線形アレイよりなる交差アレイを用いて、既存
の二次元映像を得る速度と等速度で実時間に三次元映像
化を行うための新たな三次元映像化方法を提供すること
である。本発明の他の目的は二つの線形位相アレイから
なる交差アレイを用いて、実時間に三次元映像化を行え
る装置を提供することである。
点を解決するために案出されたもので、その目的は既存
の二つの線形アレイよりなる交差アレイを用いて、既存
の二次元映像を得る速度と等速度で実時間に三次元映像
化を行うための新たな三次元映像化方法を提供すること
である。本発明の他の目的は二つの線形位相アレイから
なる交差アレイを用いて、実時間に三次元映像化を行え
る装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
本発明は、超音波エコーを用いて三次元映像を生成する
超音波三次元映像化方法であって、（ａ）所定サイズを
有する正方形の変換素子が予め設定された所定の素子間
間隔で線形的に配置される第１線形アレイ及び第２線形
アレイを互いに垂直に交差し、その中心変換素子を共有
するよう配列して交差アレイを形成する段階と、（ｂ）
所望の三次元領域をスキャンするに必要な全ての送信ビ
ーム平面を形成するため、第１線形アレイを用いて超音
波を送信する段階と、（ｃ）段階（ｂ）で送信された超
音波が前記三次元領域内で反射されて戻ってくる超音波
エコーを第２線形アレイを用いて受信する段階と、
（ｄ）前記三次元領域をスキャンするに必要な全ての受
信ビーム平面が段階（ａ）で形成されたそれぞれの送信
ビーム平面と個別に垂直交差することにより形成される
スキャンラインから三次元映像に関わる超音波信号を得
るために、段階（ｃ）で受信された超音波エコーについ
て並列ビームフォーミングを行う段階と、（ｅ）前記段
階（ｄ）で得られた超音波信号を信号処理して三次元映
像情報を得る段階を含むことに特徴を有する。
本発明は、超音波エコーを用いて三次元映像を生成する
超音波三次元映像化方法であって、（ａ）所定サイズを
有する正方形の変換素子が予め設定された所定の素子間
間隔で線形的に配置される第１線形アレイ及び第２線形
アレイを互いに垂直に交差し、その中心変換素子を共有
するよう配列して交差アレイを形成する段階と、（ｂ）
所望の三次元領域をスキャンするに必要な全ての送信ビ
ーム平面を形成するため、第１線形アレイを用いて超音
波を送信する段階と、（ｃ）段階（ｂ）で送信された超
音波が前記三次元領域内で反射されて戻ってくる超音波
エコーを第２線形アレイを用いて受信する段階と、
（ｄ）前記三次元領域をスキャンするに必要な全ての受
信ビーム平面が段階（ａ）で形成されたそれぞれの送信
ビーム平面と個別に垂直交差することにより形成される
スキャンラインから三次元映像に関わる超音波信号を得
るために、段階（ｃ）で受信された超音波エコーについ
て並列ビームフォーミングを行う段階と、（ｅ）前記段
階（ｄ）で得られた超音波信号を信号処理して三次元映
像情報を得る段階を含むことに特徴を有する。
【０００８】本発明の他の目的を達成するために、超音
波エコーを用いて三次元映像を生成する超音波三次元映
像化装置は、所定サイズを有する正方形の変換素子が所
定の素子間間隔で線形的に配置される第１線形アレイ及
び第２線形アレイを互いに垂直に交差し、その中心変換
素子を共有するよう配列した交差アレイと、所望の三次
元領域をスキャンするに必要な送信ビーム平面が高度方
向に沿って形成されるよう第１線形アレイを通して超音
波を送信する送信部と、送信部により形成されたそれぞ
れの送信ビーム平面から得られた超音波エコーを第２線
形アレイを用いて受信し、受信された超音波エコーをデ
ィジタル形態に変換させ出力する受信部と、前記受信部
から出力されるディジタル超音波信号を記憶し、前記三
次元領域をスキャンするに必要な全ての受信ビーム平面
とそれぞれの送信ビーム平面が個別に垂直交差すること
により形成されるスキャンラインから三次元映像に関わ
る超音波信号を得るため、記憶された超音波信号につい
てビームフォーミングを行うビームフォーミング部と、
前記ビームフォーミング部によりビームフォーミングさ
れた超音波信号を信号処理して、三次元映像情報を発生
する映像信号処理部を含むことに特徴を有する。
波エコーを用いて三次元映像を生成する超音波三次元映
像化装置は、所定サイズを有する正方形の変換素子が所
定の素子間間隔で線形的に配置される第１線形アレイ及
び第２線形アレイを互いに垂直に交差し、その中心変換
素子を共有するよう配列した交差アレイと、所望の三次
元領域をスキャンするに必要な送信ビーム平面が高度方
向に沿って形成されるよう第１線形アレイを通して超音
波を送信する送信部と、送信部により形成されたそれぞ
れの送信ビーム平面から得られた超音波エコーを第２線
形アレイを用いて受信し、受信された超音波エコーをデ
ィジタル形態に変換させ出力する受信部と、前記受信部
から出力されるディジタル超音波信号を記憶し、前記三
次元領域をスキャンするに必要な全ての受信ビーム平面
とそれぞれの送信ビーム平面が個別に垂直交差すること
により形成されるスキャンラインから三次元映像に関わ
る超音波信号を得るため、記憶された超音波信号につい
てビームフォーミングを行うビームフォーミング部と、
前記ビームフォーミング部によりビームフォーミングさ
れた超音波信号を信号処理して、三次元映像情報を発生
する映像信号処理部を含むことに特徴を有する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の望ましい一実施例を詳述する。本発明は、従来の二
次元アレイに比べて著しく少数の変換素子からなり、通
常の二次元映像スキャン時間内に三次元スキャンを可能
にする超音波変換子アレイの構造とこれを用いた新たな
三次元映像化方法及び装置を提供する。
明の望ましい一実施例を詳述する。本発明は、従来の二
次元アレイに比べて著しく少数の変換素子からなり、通
常の二次元映像スキャン時間内に三次元スキャンを可能
にする超音波変換子アレイの構造とこれを用いた新たな
三次元映像化方法及び装置を提供する。
【００１０】図２を参照すれば、本発明の一実施例によ
る交差アレイを用いた超音波三次元映像化装置は、二つ
の線形位相アレイが互いに垂直に交差する形態を有する
交差アレイ１０を備える。交差アレイ１０を構成する送
信線形アレイ１１及び受信線形アレイ１２のそれぞれは
素子間間隔がλ／２（λは超音波波長）であり一辺の長
さがλ／２よりやや短い四角形であるＬ個の変換素子か
ら構成される。二つの線形アレイ１１、１２はＸ−Ｙ座
標軸の原点に位置した一つの変換素子をそれぞれの中心
変換素子として共有する。送信線形アレイ１１は超音波
送信のために使われるもので、図２においてX 軸上に配
置される。受信線形アレイ１２は超音波エコーの受信に
ために使用されるもので、図２においてＹ軸上に配置さ
れる。各線形アレイ１１、１２を構成する変換素子の個
数は望ましくは６４または１２８個である。図２におい
てＸ軸とＹ軸上に示された四角形はこの送信線形アレイ
１１及び受信線形アレイ１２を構成する変換素子であ
る。
る交差アレイを用いた超音波三次元映像化装置は、二つ
の線形位相アレイが互いに垂直に交差する形態を有する
交差アレイ１０を備える。交差アレイ１０を構成する送
信線形アレイ１１及び受信線形アレイ１２のそれぞれは
素子間間隔がλ／２（λは超音波波長）であり一辺の長
さがλ／２よりやや短い四角形であるＬ個の変換素子か
ら構成される。二つの線形アレイ１１、１２はＸ−Ｙ座
標軸の原点に位置した一つの変換素子をそれぞれの中心
変換素子として共有する。送信線形アレイ１１は超音波
送信のために使われるもので、図２においてX 軸上に配
置される。受信線形アレイ１２は超音波エコーの受信に
ために使用されるもので、図２においてＹ軸上に配置さ
れる。各線形アレイ１１、１２を構成する変換素子の個
数は望ましくは６４または１２８個である。図２におい
てＸ軸とＹ軸上に示された四角形はこの送信線形アレイ
１１及び受信線形アレイ１２を構成する変換素子であ
る。
【００１１】送信部２０は、送信線形アレイ１１に超音
波を発生させるための電気信号を供給する。送信線形ア
レイ１１により任意の焦点に集束される形態で送信され
る超音波は、例えば人体内部を進みながら反射され、交
差アレイ１０に戻ってくる超音波エコーが受信形態アレ
イ１２の変換素子により電気的な信号に変換される。受
信部３０は受信線形アレイ１２から出力される電気信号
を受信し、受信したアナログ電気信号について超音波映
像化装置で通常的に行われる多様な信号処理過程を行っ
てから、ディジタル超音波信号に変換させる。並列ビー
ムフォーミング部（並列ビーム成形部）４０は受信部３
０から供給されるディジタル超音波信号に対して並列ビ
ームフォーミングを行う。映像信号処理部５０は並列ビ
ームフォーミング部４０により発生された全てのスキャ
ンライン信号を受信し、ディスプレイ６０で映像化（デ
ィスプレイ）しようとする多様な形態の映像信号を発生
するため、受信された信号について多様な映像及び画像
処理を行う。制御部７０は所望の形態の三次元映像を得
るために前述した全てのブロックの動作を制御する。
波を発生させるための電気信号を供給する。送信線形ア
レイ１１により任意の焦点に集束される形態で送信され
る超音波は、例えば人体内部を進みながら反射され、交
差アレイ１０に戻ってくる超音波エコーが受信形態アレ
イ１２の変換素子により電気的な信号に変換される。受
信部３０は受信線形アレイ１２から出力される電気信号
を受信し、受信したアナログ電気信号について超音波映
像化装置で通常的に行われる多様な信号処理過程を行っ
てから、ディジタル超音波信号に変換させる。並列ビー
ムフォーミング部（並列ビーム成形部）４０は受信部３
０から供給されるディジタル超音波信号に対して並列ビ
ームフォーミングを行う。映像信号処理部５０は並列ビ
ームフォーミング部４０により発生された全てのスキャ
ンライン信号を受信し、ディスプレイ６０で映像化（デ
ィスプレイ）しようとする多様な形態の映像信号を発生
するため、受信された信号について多様な映像及び画像
処理を行う。制御部７０は所望の形態の三次元映像を得
るために前述した全てのブロックの動作を制御する。
【００１２】制御部７０により動作制御される送信部２
０が送信線形アレイ１１に電気信号を供給すれば、送信
線形アレイ１１の各変換素子は超音波を発生する。この
際、送信部２０が高度角φ＝φｍの方向に超音波を偏向
し、方位角θ＝０°、放射状距離γ＝Ｒに集束されるよ
う、各変換素子に電気信号が印加される時間を調節すれ
ば、図２において高度角φ＝φｍを有する扇形の送信ビ
ーム平面が形成される。この送信ビーム平面の有する方
位角方向への幅は送信線形アレイ１１を構成する変換素
子のサイズにより決定される。送信時は動的集束が不可
能なので、前述した送信ビーム平面の有する高度方向へ
のビーム幅はγ＝Ｒにおいて最小となり、Ｒから遠ざか
るほど大きくなる。従って、送信ビーム平面のうち制限
された領域のみ三次元映像化に意味ある領域となる。各
高度角について既存の二次元映像化装置においてしばし
ば用いられるマルチゾーン集束技法またはライン集束技
法を用いれば、一層広い領域または関心ある全ての領域
で意味のある送信ビーム平面を形成しうる。この場合、
送信部２０は使われる技法に適宜に変形される。
０が送信線形アレイ１１に電気信号を供給すれば、送信
線形アレイ１１の各変換素子は超音波を発生する。この
際、送信部２０が高度角φ＝φｍの方向に超音波を偏向
し、方位角θ＝０°、放射状距離γ＝Ｒに集束されるよ
う、各変換素子に電気信号が印加される時間を調節すれ
ば、図２において高度角φ＝φｍを有する扇形の送信ビ
ーム平面が形成される。この送信ビーム平面の有する方
位角方向への幅は送信線形アレイ１１を構成する変換素
子のサイズにより決定される。送信時は動的集束が不可
能なので、前述した送信ビーム平面の有する高度方向へ
のビーム幅はγ＝Ｒにおいて最小となり、Ｒから遠ざか
るほど大きくなる。従って、送信ビーム平面のうち制限
された領域のみ三次元映像化に意味ある領域となる。各
高度角について既存の二次元映像化装置においてしばし
ば用いられるマルチゾーン集束技法またはライン集束技
法を用いれば、一層広い領域または関心ある全ての領域
で意味のある送信ビーム平面を形成しうる。この場合、
送信部２０は使われる技法に適宜に変形される。
【００１３】送信された超音波信号が人体の内部を進み
ながら反射され戻ってくる超音波エコーは受信線形アレ
イ１２の変換素子により電気信号に変換される。各受信
変換素子により変換された超音波信号は受信部３０によ
り前置増幅、時間利得補償、フィルタリングなどが行わ
れ、また受信部３０の内部に位置したＡ／Ｄ変換器（図
示せず）によりディジタル形態の超音波信号に変換され
る。
ながら反射され戻ってくる超音波エコーは受信線形アレ
イ１２の変換素子により電気信号に変換される。各受信
変換素子により変換された超音波信号は受信部３０によ
り前置増幅、時間利得補償、フィルタリングなどが行わ
れ、また受信部３０の内部に位置したＡ／Ｄ変換器（図
示せず）によりディジタル形態の超音波信号に変換され
る。
【００１４】並列ビームフォーミング部４０は受信部３
０から出力されたディジタル超音波信号を受信し、受信
された超音波信号について受信ビームフォーミングを行
う。さらに詳しくは、並列ビームフォーミング部４０は
図２においてφ＝０°及びθ＝θｎと表示される平面上
の全ての点について動的集束を行い、その結果、図２に
おいてＸ軸に並行したことと示された受信ビーム平面が
形成される。この受信ビーム平面は高度角φ＝φｍを有
する送信ビーム平面と垂直に交差する。送信と受信の両
方に鑑みた最終的な超音波ビームのパターンは送信ビー
ムパターンと受信ビームパターンとの積となる。したが
って、高度角φ＝φｍを有する送信ビーム平面と方位角
θ＝θｎを有する受信ビーム平面が交差する交差線と定
義される１スキャンラインが得られる。また、並列ビー
ムフォーミング部４０はサイドローブレベル（side-lob
e level ）レベルを減らすために並列ビームフォーミン
グ時にアポディゼーション（apodization ）を行う。
０から出力されたディジタル超音波信号を受信し、受信
された超音波信号について受信ビームフォーミングを行
う。さらに詳しくは、並列ビームフォーミング部４０は
図２においてφ＝０°及びθ＝θｎと表示される平面上
の全ての点について動的集束を行い、その結果、図２に
おいてＸ軸に並行したことと示された受信ビーム平面が
形成される。この受信ビーム平面は高度角φ＝φｍを有
する送信ビーム平面と垂直に交差する。送信と受信の両
方に鑑みた最終的な超音波ビームのパターンは送信ビー
ムパターンと受信ビームパターンとの積となる。したが
って、高度角φ＝φｍを有する送信ビーム平面と方位角
θ＝θｎを有する受信ビーム平面が交差する交差線と定
義される１スキャンラインが得られる。また、並列ビー
ムフォーミング部４０はサイドローブレベル（side-lob
e level ）レベルを減らすために並列ビームフォーミン
グ時にアポディゼーション（apodization ）を行う。
【００１５】並列ビームフォーミング部４０が受信ビー
ムフォーミング過程において三次元映像を構成するに必
要な全ての方位角方向、すなわちｎ＝１、２・・・、Ｎ
の全ての方位角θ＝θｎについて同時に動的集束を行え
ば、高度角φ＝φｍと定義される送信ビーム平面から全
てのスキャンラインが得られる。以上のように得られた
スキャンライン上のビーム幅は次のように決定される。
1 ）高度方向のビーム幅は送信ビーム平面のビーム幅と
同一である。２）方位角方向のビーム幅または解像度は
受信ビーム平面のそれと同一である。すなわち、方位角
方向のビームパターンは受信線形アレイ１２のみの一方
的なビームパターンである。したがって、図２の装置が
有する高度方向の解像度は送信部２０を適宜に制御する
ことにより機械的なレンズを使用する既存の二次元映像
化装置の有する高度方向の解像度より全体的に優れるよ
う調節されうる。
ムフォーミング過程において三次元映像を構成するに必
要な全ての方位角方向、すなわちｎ＝１、２・・・、Ｎ
の全ての方位角θ＝θｎについて同時に動的集束を行え
ば、高度角φ＝φｍと定義される送信ビーム平面から全
てのスキャンラインが得られる。以上のように得られた
スキャンライン上のビーム幅は次のように決定される。
1 ）高度方向のビーム幅は送信ビーム平面のビーム幅と
同一である。２）方位角方向のビーム幅または解像度は
受信ビーム平面のそれと同一である。すなわち、方位角
方向のビームパターンは受信線形アレイ１２のみの一方
的なビームパターンである。したがって、図２の装置が
有する高度方向の解像度は送信部２０を適宜に制御する
ことにより機械的なレンズを使用する既存の二次元映像
化装置の有する高度方向の解像度より全体的に優れるよ
う調節されうる。
【００１６】以上のように説明した通り、交差アレイ１
０を構成する線形アレイ１１、１２を送信と受信時にそ
れぞれ使用し、受信時に並列ビームフォーミングするこ
とにより、一回の送信に一断面の映像のためのスキャン
を行える。すなわち、図２の装置は既存の二次元映像化
装置が１スキャンラインを得る時間に三次元映像の一断
面をスキャンしうる。したがって、以上の送受信過程を
Ｍ回繰り返すにおいて、送信時毎にθ＝０゜であり相異
なる高度角φ＝φｍ、ｍ＝１、２、・・・、Ｍについて
超音波を集束し、受信時はφ＝０゜であり全ての方位角
θｎ（ｎ＝１、２、・・・、ｎ）のための並列ビームフ
ォーミングを行えば、三次元スキャンを終えることがで
きる。すなわちＭ回の送信でまたは既存の二次元映像を
得る時間内に三次元スキャンが行える。
０を構成する線形アレイ１１、１２を送信と受信時にそ
れぞれ使用し、受信時に並列ビームフォーミングするこ
とにより、一回の送信に一断面の映像のためのスキャン
を行える。すなわち、図２の装置は既存の二次元映像化
装置が１スキャンラインを得る時間に三次元映像の一断
面をスキャンしうる。したがって、以上の送受信過程を
Ｍ回繰り返すにおいて、送信時毎にθ＝０゜であり相異
なる高度角φ＝φｍ、ｍ＝１、２、・・・、Ｍについて
超音波を集束し、受信時はφ＝０゜であり全ての方位角
θｎ（ｎ＝１、２、・・・、ｎ）のための並列ビームフ
ォーミングを行えば、三次元スキャンを終えることがで
きる。すなわちＭ回の送信でまたは既存の二次元映像を
得る時間内に三次元スキャンが行える。
【００１７】映像信号処理部５０は並列ビームフォーミ
ング部４０で得た全てのスキャンラインの上で集束され
た信号について優れた画質の映像を得るための各種の信
号処理を行い、このように形成された三次元映像データ
からディスプレイ６０でディスプレイする全ての形態の
二次元映像及び三次元映像を発生させるための映像処理
及び画像信号処理を行う。制御部７０は以上の全ての動
作及び過程、送信パルスの発生及び送信ビームフォーミ
ング、受信部制御、並列ビームフォーミング制御、送信
及び受信ビームフォーミングの繰り返し制御、映像及び
信号処理制御などを行う。
ング部４０で得た全てのスキャンラインの上で集束され
た信号について優れた画質の映像を得るための各種の信
号処理を行い、このように形成された三次元映像データ
からディスプレイ６０でディスプレイする全ての形態の
二次元映像及び三次元映像を発生させるための映像処理
及び画像信号処理を行う。制御部７０は以上の全ての動
作及び過程、送信パルスの発生及び送信ビームフォーミ
ング、受信部制御、並列ビームフォーミング制御、送信
及び受信ビームフォーミングの繰り返し制御、映像及び
信号処理制御などを行う。
【００１８】図２に示した三次元映像化装置において、
送信及び受信アレイの両方またはそれぞれの変換素子の
個数、このための送信部２０及び受信部３０の複雑度は
既存の二次元映像化装置のそれと類似である。しかし、
一断面を構成する全てのスキャンラインを同時に並列集
束するための並列ビームフォーミング部４０の複雑度は
回路のサイズ及び値段の側面で既存の二次元映像化装置
のビーム成形部に比べて数十倍までなりうる。したがっ
て、本発明は、図３に示したような一般の二次元映像化
装置の構造に、本発明の交差アレイおよび三次元映像化
方法を適用したので、より経済的であり、現実的な三次
元映像化装置を提供する。
送信及び受信アレイの両方またはそれぞれの変換素子の
個数、このための送信部２０及び受信部３０の複雑度は
既存の二次元映像化装置のそれと類似である。しかし、
一断面を構成する全てのスキャンラインを同時に並列集
束するための並列ビームフォーミング部４０の複雑度は
回路のサイズ及び値段の側面で既存の二次元映像化装置
のビーム成形部に比べて数十倍までなりうる。したがっ
て、本発明は、図３に示したような一般の二次元映像化
装置の構造に、本発明の交差アレイおよび三次元映像化
方法を適用したので、より経済的であり、現実的な三次
元映像化装置を提供する。
【００１９】図３に示した三次元映像化装置は既存の二
次元映像化装置に交差アレイ、データ記憶部１８０及び
三次元映像信号処理部１９０を加えることにより構成さ
れる。この三次元映像化装置の制御は、制御部１７０に
よって統括的に実行される。
次元映像化装置に交差アレイ、データ記憶部１８０及び
三次元映像信号処理部１９０を加えることにより構成さ
れる。この三次元映像化装置の制御は、制御部１７０に
よって統括的に実行される。
【００２０】データ記憶部１８０は多量の半導体メモリ
チップや高速大容量のハードディスクで構成でき、三次
元映像信号処理部１９０は高速のＤＳＰチップと特殊な
計算やルチーンのための大容量、高速のＡＳＩＣより構
成される。図３において、送信部１２０、受信部１３
０、受信ビームフォーミング部（受信ビーム成形部）１
４０及び二次元映像信号処理部１５０は一般の二次元映
像化装置におけるそれと同一である。６４または１２８
個の変換素子から構成された送信線形アレイ１１１及び
受信線形アレイ１１２はそれぞれ受信部１２０及び受信
部１３０に連結される。
チップや高速大容量のハードディスクで構成でき、三次
元映像信号処理部１９０は高速のＤＳＰチップと特殊な
計算やルチーンのための大容量、高速のＡＳＩＣより構
成される。図３において、送信部１２０、受信部１３
０、受信ビームフォーミング部（受信ビーム成形部）１
４０及び二次元映像信号処理部１５０は一般の二次元映
像化装置におけるそれと同一である。６４または１２８
個の変換素子から構成された送信線形アレイ１１１及び
受信線形アレイ１１２はそれぞれ受信部１２０及び受信
部１３０に連結される。
【００２１】受信部１３０の出力は受信ビームフォーミ
ング部１４０及びデ−タ記憶部１８０に同時に入力され
る。図３の装置が平常時、すなわち二次元映像モ−ドで
動作する場合、送信線形アレイ１１１は固定した高度角
φ＝０°についてのみビ−ム集束するために使い、受信
アレイ１１２は送信時毎に同一の固定した高度角φ＝０
°についてのみ受信された信号を集束するために使用す
る。すなわち、一回の送受信毎に既存の二次元映像化装
置のように一つのスキャンラインのみ得る。二次元映像
を得るために、送信部１２０は送信毎に高度角０度で送
信ビ−ム平面を形成するよう送信線形アレイ１１１を動
作させ、受信線形アレイ１１２で受信された超音波エコ
−信号は受信部１３０により処理されてから、受信ビー
ム成形部１４０により一方位角に応ずる一つのスキャン
ライン上に集束される。この集束された信号は二次元映
像信号処理部１５０により処理され、ディスプレイ１６
０でディスプレイされる。この過程を繰り返すことによ
り一断面の映像化が行えるが、これは既存の二次元映像
化過程と同様である。この二次元映像モ−ドでは既存の
二次元映像化装置で使用されている一般の線形アレイを
使用することもできる。
ング部１４０及びデ−タ記憶部１８０に同時に入力され
る。図３の装置が平常時、すなわち二次元映像モ−ドで
動作する場合、送信線形アレイ１１１は固定した高度角
φ＝０°についてのみビ−ム集束するために使い、受信
アレイ１１２は送信時毎に同一の固定した高度角φ＝０
°についてのみ受信された信号を集束するために使用す
る。すなわち、一回の送受信毎に既存の二次元映像化装
置のように一つのスキャンラインのみ得る。二次元映像
を得るために、送信部１２０は送信毎に高度角０度で送
信ビ−ム平面を形成するよう送信線形アレイ１１１を動
作させ、受信線形アレイ１１２で受信された超音波エコ
−信号は受信部１３０により処理されてから、受信ビー
ム成形部１４０により一方位角に応ずる一つのスキャン
ライン上に集束される。この集束された信号は二次元映
像信号処理部１５０により処理され、ディスプレイ１６
０でディスプレイされる。この過程を繰り返すことによ
り一断面の映像化が行えるが、これは既存の二次元映像
化過程と同様である。この二次元映像モ−ドでは既存の
二次元映像化装置で使用されている一般の線形アレイを
使用することもできる。
【００２２】図３の装置を用いた三次元映像モ−ドは次
のような順序で行われる。 １）以上述べたような二次元映像モ−ドを用いてスキャ
ンしようとする三次元領域を決定する。 ２）決定された三次元領域の中心に交差アレイ１００を
配置する。 ３）段階２）が完了されれば三次元映像モードを設定す
るために特別なボタン（図示せず）を押すことにより、
図２の装置に関連して説明した三次元スキャンのための
送受信過程を行う。 ４）段階３）において、送信毎に全ての受信線形アレイ
の変換素子に応ずる受信部１３０の出力をデ−タ記憶部
１８０で記憶する。 ５）以上の段階が終了されれば、すなわち所望の三次元
領域を構成する全ての送信ビ−ム平面を形成し、この平
面から反射され受信線形アレイの変換素子で受信された
全ての受信信号を記憶すれば、送受信過程が停止され
る。 三次元映像信号処理部１９０はデ−タ記憶部１８０に記
憶されたデ−タを読み出して三次元スキャン領域内の全
てのスキャンラインに対するビ−ム集束を行い、求めら
れる三次元映像処理を行ってディスプレイされる二次元
または三次元画像情報をディスプレイ１６０に供給す
る。
のような順序で行われる。 １）以上述べたような二次元映像モ−ドを用いてスキャ
ンしようとする三次元領域を決定する。 ２）決定された三次元領域の中心に交差アレイ１００を
配置する。 ３）段階２）が完了されれば三次元映像モードを設定す
るために特別なボタン（図示せず）を押すことにより、
図２の装置に関連して説明した三次元スキャンのための
送受信過程を行う。 ４）段階３）において、送信毎に全ての受信線形アレイ
の変換素子に応ずる受信部１３０の出力をデ−タ記憶部
１８０で記憶する。 ５）以上の段階が終了されれば、すなわち所望の三次元
領域を構成する全ての送信ビ−ム平面を形成し、この平
面から反射され受信線形アレイの変換素子で受信された
全ての受信信号を記憶すれば、送受信過程が停止され
る。 三次元映像信号処理部１９０はデ−タ記憶部１８０に記
憶されたデ−タを読み出して三次元スキャン領域内の全
てのスキャンラインに対するビ−ム集束を行い、求めら
れる三次元映像処理を行ってディスプレイされる二次元
または三次元画像情報をディスプレイ１６０に供給す
る。
【００２３】以上のように、図３の装置を用いた三次元
映像化方法は、図２の装置が実時間に三次元映像を得る
ことに比べて、三次元映像化のためのスキャン（送信及
び受信）を実時間に行い受信ビ−ム集束、三次元映像処
理及び復元を非実時間に行う。全ての三次元映像化過程
が図２の装置のように実時間に可能であっても、臨床情
報を得るための三次元映像の検索は通常非実時間に行わ
れるので、図３の装置に関連して説明した前述した方式
も妥当性を有している。したがって、図２の装置で使用
されたもののような巨大な並列ビ−ムフォ−マが要らな
くなる。
映像化方法は、図２の装置が実時間に三次元映像を得る
ことに比べて、三次元映像化のためのスキャン（送信及
び受信）を実時間に行い受信ビ−ム集束、三次元映像処
理及び復元を非実時間に行う。全ての三次元映像化過程
が図２の装置のように実時間に可能であっても、臨床情
報を得るための三次元映像の検索は通常非実時間に行わ
れるので、図３の装置に関連して説明した前述した方式
も妥当性を有している。したがって、図２の装置で使用
されたもののような巨大な並列ビ−ムフォ−マが要らな
くなる。
【００２４】前述した図３の三次元映像信号処理部１９
０は外部に接続されたコンピュ−タに置き換えられる。
この際、デ−タ記憶部１８０は高速の外部のコンピュ−
タインタフェ−スを有する。このように外部のコンピュ
−タを用いる場合、デ−タ記憶部１８０は図３の三次元
映像化装置の内部ではなく、外部コンピュ−タ内に置く
ことができる。いずれの場合も図３の三次元映像化装置
は、図２の映像化装置に比べて極めて簡単に構成し得
る。
０は外部に接続されたコンピュ−タに置き換えられる。
この際、デ−タ記憶部１８０は高速の外部のコンピュ−
タインタフェ−スを有する。このように外部のコンピュ
−タを用いる場合、デ−タ記憶部１８０は図３の三次元
映像化装置の内部ではなく、外部コンピュ−タ内に置く
ことができる。いずれの場合も図３の三次元映像化装置
は、図２の映像化装置に比べて極めて簡単に構成し得
る。
【００２５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
の二次元アレイに比べて著しく少数の変換素子からな
り、通常の二次元映像スキャン時間内に三次元スキャン
を可能にする超音波変換子アレイによって超音波三次元
像を得ることができる三次元映像化方法および三次元映
像化装置を提供する。データ記憶部を備えた本発明の三
次元映像化装置は、デ−タ記憶部のメモリ容量が十分な
場合、実時間四次元スキャンも可能である。すなわち時
間による三次元映像情報を実時間に得てから非実時間に
受信ビ−ム集束及び映像処理を施して三次元映像の時間
による変化を検査しうる。
の二次元アレイに比べて著しく少数の変換素子からな
り、通常の二次元映像スキャン時間内に三次元スキャン
を可能にする超音波変換子アレイによって超音波三次元
像を得ることができる三次元映像化方法および三次元映
像化装置を提供する。データ記憶部を備えた本発明の三
次元映像化装置は、デ−タ記憶部のメモリ容量が十分な
場合、実時間四次元スキャンも可能である。すなわち時
間による三次元映像情報を実時間に得てから非実時間に
受信ビ−ム集束及び映像処理を施して三次元映像の時間
による変化を検査しうる。
【図１】本発明による三次元映像化方法及び装置を説明
するために使用された座標系を示す図である。
するために使用された座標系を示す図である。
【図２】本発明の望ましい一実施例による交差アレイを
用いた超音波映像化装置を示したブロック図である。
用いた超音波映像化装置を示したブロック図である。
【図３】本発明の他の一実施例による三次元映像化装置
を示したブロック図であって、本発明による三次元映像
化方法を既存の二次元映像化装置を用いて具現した三次
元映像化装置を示したブロック図である。
を示したブロック図であって、本発明による三次元映像
化方法を既存の二次元映像化装置を用いて具現した三次
元映像化装置を示したブロック図である。
１０ 交差アレイ １１ 送信線形アレイ １２ 受信線形アレイ ２０ 送信部 ３０ 受信部 ４０ 並列ビ−ムフォーミング部 ５０ 映像信号処理部 ６０ ディスプレイ ７０ 制御部 １００ 交差アレイ １１１ 送信線形アレイ １１２ 受信線形アレイ １２０ 送信部 １３０ 受信部 １４０ 受信ビームフォーミング部（受信ビーム成形
部） １５０ 二次元映像信号処理部 １６０ ディスプレイ １７０ 制御部 １８０ デ−タ記憶部 １９０ 三次元映像信号処理部
部） １５０ 二次元映像信号処理部 １６０ ディスプレイ １７０ 制御部 １８０ デ−タ記憶部 １９０ 三次元映像信号処理部
Claims (22)
- 【請求項１】 超音波エコーを用いて三次元映像を生成
する超音波三次元映像化方法において、 （ａ）所定サイズを有する正方形の変換素子が所定の素
子間間隔で線形的に配置される第１線形アレイ及び第２
線形アレイを互いに垂直に交差し、その中心変換素子を
共有するよう配列して交差アレイを形成する段階と、 （ｂ）所望の三次元領域をスキャンするに必要な全ての
送信ビーム平面を形成するため、第１線形アレイを用い
て超音波を送信する段階と、 （ｃ）段階（ｂ）で送信された超音波が前記三次元領域
内で反射されて戻ってくる超音波エコーを第２線形アレ
イを用いて受信する段階と、 （ｄ）前記三次元領域をスキャンするに必要な全ての受
信ビーム平面が段階（ａ）で形成されたそれぞれの送信
ビーム平面と個別に垂直交差することにより形成される
スキャンラインから三次元映像に関わる超音波信号を得
るために、段階（ｃ）で受信された超音波エコーについ
て並列ビームフォーミングを行う段階と、 （ｅ）前記段階（ｄ）で得られた超音波信号を信号処理
して三次元映像情報を得る段階を含むことを特徴とする
交差アレイを用いた超音波三次元映像化方法。 - 【請求項２】 前記素子間間隔は使用する超音波波長の
約１／２であり、各変換素子の辺の長さは素子間間隔よ
りやや短いことを特徴とする請求項１に記載の超音波三
次元映像化方法。 - 【請求項３】 前記それぞれの送信ビーム平面は第２線
形アレイの有する受信面の長手方向について垂直の第１
法線面からの高度を有する高度方向に沿って形成され、
前記それぞれの受信ビーム平面は第１法線アレイの有す
る送信面の長手方向について垂直の第２法線面からの方
位角を有する方位角方向に沿って形成されることを特徴
とする請求項１に記載の超音波三次元映像化方法。 - 【請求項４】 前記第１線形アレイを用いた超音波送信
は固定した一つの方位角方向について行われ、前記第２
線形アレイを用いた超音波受信は固定した一つの高度方
向について行われることを特徴とする請求項３に記載の
超音波三次元映像化方法。 - 【請求項５】 第１線形アレイにより超音波送信が行わ
れる方向は前記第１法線面と同一な方位角を有し、第２
線形アレイにより超音波受信が行われる方向は前記第２
法線面と同一な高度を有することを特徴とする請求項４
に記載の超音波三次元映像化方法。 - 【請求項６】 前記段階（ｃ）は、 （ｃ１）前記第２線形アレイの変換素子により受信され
た超音波信号について前置増幅、時間利得補償及びフィ
ルタリングを行う段階と、 （ｃ２）段階（ｃ１）の出力をディジタル信号に変換す
る段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の超音波
三次元映像化方法。 - 【請求項７】 前記段階（ｄ）は、 （ｄ１）段階（ｃ２）のディジタル超音波信号を記憶す
る段階と、 （ｄ２）段階（ｄ１）で記憶されたディジタル超音波信
号について動的集束となるよう並列ビームフォーミング
を行う段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の超
音波三次元映像化方法。 - 【請求項８】 前記段階（ｄ）は、所望の三次元領域内
の一つの高度方向について三次元映像を構成する一つの
映像平面を得ることを特徴とする請求項１に記載の超音
波三次元映像化方法。 - 【請求項９】 超音波エコーを用いて三次元映像を生成
する超音波三次元映像化装置において、 所定サイズを有する正方形の変換素子が所定の素子間間
隔で線形的に配置される第１線形アレイ及び第２線形ア
レイを互いに垂直に交差し、その中心変換素子を共有す
るよう配列した交差アレイと、 所望の三次元領域をスキャンするに必要な送信ビーム平
面が高度方向に沿って形成されるよう第１線形アレイを
通して超音波を送信する送信部と、 送信部により形成されたそれぞれの送信ビーム平面から
得られた超音波エコーを第２線形アレイを用いて受信
し、受信された超音波エコーをディジタル形態に変換さ
せ出力する受信部と、 前記受信部から出力されるディジタル超音波信号を記憶
し、前記三次元領域をスキャンするに必要な全ての受信
ビーム平面とそれぞれの送信ビーム平面が個別に垂直交
差することにより形成されるスキャンラインから三次元
映像に関わる超音波信号を得るため、記憶された超音波
信号についてビームフォーミングを行うビームフォーミ
ング部と、 前記ビームフォーミング部によりビームフォーミングさ
れた超音波信号を信号処理して、三次元映像情報を発生
する映像信号処理部を含むことを特徴とする超音波三次
元映像化装置。 - 【請求項１０】 前記素子間間隔は使用する超音波波長
の１／２であり、各変換素子の辺の長さは素子間間隔よ
りやや短いことを特徴とする請求項９に記載の超音波三
次元映像化装置。 - 【請求項１１】 前記それぞれの送信ビーム平面は第２
線形アレイの有する受信面の長手方向について垂直の第
１法線面からの高度を有する高度方向に沿って形成さ
れ、前記それぞれの受信ビーム平面は第１線形アレイの
有する送信面の長手方向について垂直の第２法線面から
の方位角を有する方位角方向に沿って形成されることを
特徴とする請求項９に記載の超音波三次元映像化装置。 - 【請求項１２】 前記送信部は前記第１線形アレイを用
いて固定された一つの方位角方向について超音波送信を
行い、前記受信部は第２線形アレイを用いて固定された
一つの高度方向について超音波受信を行うことを特徴と
する請求項１１に記載の超音波三次元映像化装置。 - 【請求項１３】 第１線形アレイにより超音波送信が行
われる方向は前記第１法線面と同一な方位角を有し、第
２線形アレイにより超音波受信が行われる方向は前記第
２法線面と同一な高度を有することを特徴とする請求項
１２に記載の超音波三次元映像化装置。 - 【請求項１４】 前記受信部は第２線形アレイの変換素
子により受信された超音波信号を前置増幅、時間利得補
償及びフィルタリングを行ってからディジタル信号に変
換させることを特徴とする請求項９に記載の超音波三次
元映像化装置。 - 【請求項１５】 前記ビームフォーミング部は記憶され
た超音波信号について並列ビームフォーミングを行い、
前記三次元領域内の一つの高度方向について三次元映像
を構成する一つの映像平面に応ずる超音波信号を得るこ
とを特徴とする請求項１４に記載の超音波三次元映像化
装置。 - 【請求項１６】 前記ビームフォーミング部は受信部か
ら出力するディジタル超音波信号を実時間に受信及び記
憶する記憶媒体を含むことを特徴とする請求項１５に記
載の超音波三次元映像化装置。 - 【請求項１７】 前記ビームフォーミング部及び前記映
像信号処理部は実時間に信号処理を行うことを特徴とす
る請求項９に記載の超音波三次元映像化装置。 - 【請求項１８】 前記ビームフォーミング部は既存の超
音波二次元映像化のためのビームフォーミングを行う単
一チャンネルビームフォーマと、１フレームの三次元映
像に関わる超音波信号を記憶する容量を有する記憶媒体
を含み、 前記映像信号処理部は前記単一チャンネルビームフォー
マから出力する超音波信号を信号処理して二次元映像情
報を発生する二次元映像処理装置と、 前記記憶媒体に記憶された超音波信号を信号処理して三
次元映像情報を発生する三次元映像処理装置を含むこと
を特徴とする請求項９に記載の超音波三次元映像化装
置。 - 【請求項１９】 所望の三次元領域を決定するための超
音波映像情報を得るために前記二次元映像処理を用い、
前記三次元映域が決定されれば、前記記憶媒体及び前記
三次元映像処理装置を用いて三次元映像情報を得ること
を特徴とする請求項１８に記載の超音波三次元映像化装
置。 - 【請求項２０】 前記記憶媒体及び前記三次元映像処理
装置を用いて三次元映像情報を得ることは非実時間的に
行われることを特徴とする請求項１９に記載の超音波三
次元映像化装置。 - 【請求項２１】 前記記憶媒体及び前記三次元映像処理
装置はパソコンで具現することを特徴とする請求項２０
に記載の超音波三次元映像化装置。 - 【請求項２２】 前記ビームフォーミング部は一定時間
の間の超音波信号を記憶し、記憶された超音波信号を用
いて時間による三次元映像の変化を供する四次元映像処
理を行うことを特徴とする請求項９に記載の超音波三次
元映像化装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019960043565A KR100274653B1 (ko) | 1996-10-01 | 1996-10-01 | 교차 어레이를 이용한 초음파 3차원영상화 방법 및 장치 |
| KR96-43565 | 1996-10-01 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1170110A true JPH1170110A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=19476011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9268929A Pending JPH1170110A (ja) | 1996-10-01 | 1997-10-01 | 交差アレイを用いた超音波三次元映像化方法及び装置 |
Country Status (5)
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