WO2003075768A1

WO2003075768A1 - Ultrasonographe

Info

Publication number: WO2003075768A1
Application number: PCT/JP2003/002858
Authority: WO
Inventors: Ryuichi Shinomura; Hiroshi Kanda; Satoshi Tamano
Original assignee: Hitachi Medical Corporation
Priority date: 2002-03-12
Filing date: 2003-03-11
Publication date: 2003-09-18
Also published as: JP2003260055A; EP1484019A1; EP1484019A4; US20050124880A1; JP4201311B2; US7474778B2; CN1642485A; CN100388907C

Description

技術分野

本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波を送受波する複数の振動子素子を面状に 2次元配列してなる 2次元配列探触子を用いた 3次元走査に適用して有効な技術に関する。明田

背景技術

近年、超音波診断装置の性能向上及び超音波診断技術の進展に伴い、様々な診断領域に超音波診断装置が使用されることとなり、超音波を用いた診断に対しても 3次元的な画像表示が要望されている。通常、 3次元的な画像表示を可能とするためには、被検体に対し所定間隔毎に複数枚の断層像を収集し、この得られた複数枚の断層像から抽出された撮像対象（観察対象）となる臓器等の輪郭をつなぎ合わせる等の方法によって 3次元画像を再構成する必要があつた。しかしながら、振動子素子を平面状に 2次元配列した 2次元探触子を用いた超音波診断装置を用いて、 2次元配列の超音波探触子を用い同心円状に多重リングで口径を形成すると、超音波ビームの形成方向は探触子面の法線方向に限定されてしまうので、前述した超音波ビームの合成を利用して 3次元画像を生成することはできなかった。

また、スパースアレー技術を用いた超音波診断装置は、口径を走查せずに超音波ビームをセクタ走査する構成となっており、超音波ビームを交差させた超音波計測を行うことができないので、前述した超音波ビームの合成を利用した断層像の生成法を適用することはできなかった。

特開平 9一 234199号公報では、複数の振動子を走查方向およびレンズ方向に並設して成る超音波を送受波するための超音波プローブを具備した超音波診断装置において、前記複数の振動子から駆動する振動子を選択する選択手段と、この選択手段により選択された振動子を走査方向およびレンズ方向に所定の遅延データに基づき駆動することによりある深度に走査方向およびレンズ方向にフォーカスを持つ送信ビームを発生させる超音波送信手段と、被検体に関する情報を入力するための入力手段と、この入力手段より入力した被検体に関する情報に応じて前記超音波送信手段を制御する制御手段とを具備する超音波診断装置が開示されているが、 2次元配列探触子を用いたコンパウンドスキャンは開示されていない。

本発明の目的は、 2次元配列の超音波振動子を切り換えたコンパゥンドスキャンにより、高解像の断層像を収集することが可能な技術を提供することにある。また、装置規模を増大させることなく、 2次元配列の超音波振動子を切り換えて診断画像の画質を向上させることが可能な技術を提供することにある。発明の開示

上記課題を解決するため、本発明の目的は、 2次元配列の超音波探触子を用いて高解像の断層像を収集することが可能な技術を提供することにある。本発明の他の目的は、装置規模を増大させることなく、 2次元配列の超音波探触子を用いて診断画像の画質を向上させることが可能な技術を提供することにある。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態 1の超音波診断装置の構成を説明するための図である。図 2は、本発明の実施の形態 1の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。図 3は、実施の形態 1の各振動子素子で受波される超音波と焦点 Fとの位置関係を説明するための図である。図 4は、実施の形態 1における異なるビーム方向の超音波ビームの走査で得られた超音波断層像を説明するための図である。図 5は、本発明の実施の形態 2の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。図 6は、本発明の実施の形態 3の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。図 7は、本発明の実施の形態 3の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。発明を実施するための最良の形態以下、本発明について、発明の実施の形態（実施例）とともに図面を参照して詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

(実施の形態 1)

図 1 は、本発明による超音波診断装置の実施の形態を示す全体構成である。この超音波診断装置は、 2次元配列振動子により超音波ビームを形成し走査して被検体内部の診断部位の超音波画像をリアルタイムで得るもので、超音波振動子 4と、素子選択データ部 11と、送波部 2と、受波整相部 7と、送受分離回路 3と、信号処理部 8と、画像処理部 9と、モニタ 10と、制御部 1とを備えて成る。

探触子は、被検体内に超音波を送受信するもので、 2次元配列の複数の振動子 4， 4， …を備えている。これらの振動子 4， 4, …は、平面視で X方向に l〜m 個、 Y方向に l〜n個のように 2次元配列とされている。

なお、振動子 4， 4， …には、整相回路の任意の整相チャンネルに結合する接続スィッチ群 5が接続されている。さらに、この接続スィッチ群 5には、そのスィツチ動作を制御するスィツチ制御部 6が接続されている。

素子選択データ部 11は、超音波送受信の口径を形成するための素子達択データを記憶しておくものであり、超音波走查情報も含めた振動子配列に基づく素子選択データも記憶されている。そして、これから読み出されたデータが上記スィツチ制御部 6に送られ、該スィツチ制御部 6の制御により超音波送受信の口径を形成すべく接続スィッチ群 5のスィッチのオン、オフが設定されるようになっている。

送波部 2は、探触子の超音波送受信の口径を形成する振動子 4に所望の焦点に収束十るような遅延を与えて超音波打ち出しの送波信号を供給するものである。また、受波整相部 7は、振動子 4で受信した反射エコー信号について所望のフォーカス処理をし整相加算して受信ビームを形成するものである。そして、送受分離回路 3は、超音波の送信と受信とで上記送波部 2と受波整相部 7とを振動子 4に接続するのを区別して切り換えるものである。

信号処理部 8は、上記受波整相部 7からの受信信号を入力して検波、圧縮、エッジ強調などの処理をして 1走査線のデータを得るものである。また、画像処理部 9は、信号処理部 8からのデータを入力してモニタ 10に表示するために走査変換及ぴ補間等を行うものである。さらに、モニタ 10は、上記画像処理部 9からのデータを入力して超音波画像として表示するものである。そして、制御部 1は、上記各構成要素の動作を制御するものである。

図 2は本発明の実施の形態 1の超音波診断装置の概略構成を説明するための図である。特に、図 2の（a) は同心円状の多重リングを口径として断層像を収集する場合の構成を説明するための図であり、図 2の（b) は振動子素子を短冊状に束ねて断層像を収集する場合の構成を説明するための図である。ただし、図 2において、 7は整相回路、 8は加算器、 9は画像処理部、 10はモニタ、 15 は振動子素子、 16は振動子素子のリング状束ねによる口径、 17はスィッチァレ一、 14は振動子素子の短冊状束ねによる口径を示す。また、実施の形態 1の超音波診断装置では、 Y軸方向への一次元走査の場合について説明する。

図 2の（a)， (b) に示すように、実施の形態 1の超音波診断装置は、振動子素子 15が 2次元配列される超音波探触子と、この超音波探触子側に配置され超音波の送受波に係わる振動子素子を選択するスィッチアレー Γ7と、超音波探触子からの受波信号に受波整相のための遅延を与える受波整相部 7 と、受波整相後の受波信号を加算し超音波ビームを形成する信号処理部 8 と、多重リング状振動子によって得られた超音波ビームと短冊状振動子によって得られた超音波ビームとの交点の情報から断層像を生成する画像処理部 9 と、生成された断層像を表示するモニタ 10とを備える。実施の形態 1では、スィッチアレー 17は超音波探触子側に配設される構成の場合について説明するが、装置本体側に配設する構成としてもよいことはいうまでもない。ただし、スィッチアレー 17を超音波探触子側に配設することによって、超音波探触子と装置本体とを接続する信号線数を減らすことができる。なお、図 2においては、送波系の構成は省略されている。

実施の形態 1の超音波診断装置は、スィツチアレー 17を制御して、 2次元に配列された振動子素子 4の内からリング状に振動子を選択することによって、超音波の送受波を行うリング状の口径を形成すると共に、このリング状束ねで形成される口径 16を矢印で示す Y軸方向に走査させる制御手段を有する構成となっている。また、この制御手段はスィッチアレー 17を制御して、 2次元に配列される振動子素子 4 の内から短冊状に振動子を選択することによって、操触子面の法線方向とは異なつた斜め方向の超音波ビームを形成するための口径 14 を形成する。ただし、制御手段は何れめ口径を^成する場合であっても、口径の形状及びビーム方向に対応した受波整相部 7を制御する。

図 2において、実施の形態 1の超音波探触子は、図示しない被検体内に超音波を送受波する複数の振動子素子 4を 2次元方向に配列してなり、この振動子素子 4で超音波信号を収集するものである。この振動子素子 4は、当該振動子素子 4の 2次元配列の一方向である長軸方向（図 2の（a) 中の Y軸方向）と、この長軸方向に直交する他の方向である短軸方向（図 2の（a) 中の X軸方向）とのそれぞれについて平面状に並ぶ配列とされている。

この振動子素子 4の並ぴは、例えば、 Y軸方向に 28個の振動子素子 4が配列されており、各振動子素子 4の送受波面が超音波の送波方向に対して平面とされている。なお、振動子素子 4の Y軸方向の配列は平面型に限定されることはなく、例えば、各振動子素子 4の配列面が、超音波の送波方向に対して凸形となる円弧状の軌跡を描くように位置決めされた配列でもよい。

また、短軸方向（図 2の. (a) 中の X軸方向）における複数の振動子素子 4 は、例えば、 14個の振動子素子 4が配列されており、各振動子素子 4の送受波面が超音波の送波方向に対して平面配列とされている。なお、 X軸方向についても上記 Y軸方向と同様に、送波方向に凸型の円弧状をなすよ.うに振動子素子 4を配列しても良い。

スィッチアレー 17は、受波整相部 7のチャンネル数 XY軸方向（超音波ビームの走查方向）の振動子素子数 XX軸方向の振動子素子数、すなわち 8 X 28 X 14 =3136個の素子選択スィッチからなる。特に、実施の形態 1では、図 2の（a)， (b) に示すように、 X軸方向の 1行分毎に 8 X28 = 224個の素子選択スィッチがマトリックス状に配置され、各素子選択スィッチの切り換えにより、受波整相部 7の任意のチャンネルを 1行分の振動子素子 4の内の何れにも接続できる構成となっている。従って、このスィッチアレー Γ7を構成する素子選択スイツチの切り換えにより、多重リング状例えばフレネルリングからなる口径 16、及ぴ短冊状の口径 14を探触子面上の矢印で示す X， Y方向に連続的に走査移動させて超音波ビームを送受波し、 3次元データを取り込むことができる。ただし、実際の超音波診断装置では、口径を構成する振動子素子数は数十個〜数百個が必要となる。

受波整相部 7は、同心円状に形成されたリングの数または短冊状の素子配列数の何れかの多い方の数に対応した複数の整相回路、例えば 8チャンネルの整相回路を有している。ただし、各整相回路は従来の整相回路と同じ構成で良い。また、実施の形態 1では、フレネルリングによる口径 16と短冊状の口径 14とにより、順次超音波ビームを形成する構成となっているので、整相回路群は図示しない制御手段からの口径指示信号に応じて、口径に応じた整相データを図示しないテーブルから読み出して設定する。

信号処理部 8は、受波整相部 7を構成する 8チャンネルの受波整相手段から出力される受波整相後の受波信号を加算し、超音波ビームを形成する周知の加算器である。

画像処理部 9は、フレネルリングによる口径 16から超音波を送受波し探触子面の法線方向に一致する超音波ビームで生成される第 1 の超音波像と、短冊状の口径 14から超音波を送受波し探触子の法線方向に対して斜め方向の超音波ビームで生成される第 2 の超音波像とを、一時的に記憶する記憶手段を有する構成となっている。また、画像処理部 9 は、異なるビーム方向の超音波ビームの走査で得られた超音波断層像に基づいて、超音波ビームが交差する位置の断層像情報から断層像を生成する、すなわち超音波ビームが交差する位置からの整相された受波信号の情報を使用した周知のコンパゥンドスキャンと称される画像形成法によって、 1つの超音波断層像又は Z及ぴ 3次元像を生成する図示しない画像演算手段を有する。さらには、画像処理部 9は、得られた 3次元像を表示用の 2次元像（3次元的超音波像）に変換十るための周知のポリユームレンダンリング処理ゃサーフェイスレンダリング処理等を行う変換手段を備える構成となっている。なお、コンパゥンドスキャンの詳細については、

「 Robert R. Entrekin, "Real-Time spatial compound imaging-Technical performance in vascular applications", Acoustical Imaging, Vol25, 2000」に記載される。

次に、図 2の（a) , (b) に基づいて、実施の形態 1のフレネルリングによる口径 16と、短冊状の口径 14とによる超音波断層像の収集動作について説明する。ただし、以下の説明では、フレネルリングによる口径 16は 3つのリング形状に振動子素子 4を束ねて形成し、短冊状の口径 14は X軸方向に配列される 1 列の振動子素子 4の短冊を 8列束ねて形成した場合について説明するが、リング数及ぴ短冊の束ね数はこれに限定されない。

図 2の（a) に示すように、制御手段がスィッチアレー 17を切り換えて 2次元配列された振動子素子 4を同心円の 3つのリング形状に束ねることにより、フレネルリングによる口径 16が形成される。このとき、制御手段は、受波整相部 Ίに対して、この 3つのリングの中心位置から延びる法線方向に焦点を形成するように、受波整相部 7の各チヤンネルに整相データを設定する。すなわち、同一のリングを形成する振動子素子 4から焦点位置に至るまでの距離がほぼ同じ距離となるように振動子素子 4を選択すると共に、この選択された振動子素子群に接続される整相回路へ所定の整相データを供給する。

ここで、口径 16から超音波の送受波を行うことにより、加算部から出力される信号は、等方的などの方向にも均一な超音波ビームすなわち口径 16の中心位置から法線方向に延びる超音波ビームとなる。このときの各振動子素子 4で受波される超音波と焦点 Fとの位置関係を示したのが図 3である。この図 3から明らかなように、口径 16による焦点位置はフレネルリングの法線方向となる。次に、制御手段が超音波の 1送受波毎にスィツチアレー 17の各素子選択スィツチを切り換え制御し、フレネルリングの口径 16を維持した状態で、図 2の（a) に示す矢印方向に口径 16を移動させることによって、超音波ビーム方向を法線方向に維持した状態でリ二ァ走查することができる。

フレネルリングによる口径 16での走査が終了すると、次に、図 2の（b) に示すように、制御手段はスィッチアレー 17を切り換えて振動子素子 4を Y軸方向に複数列の配列を有した振動子素子列からなる短冊状の口径 14を形成する。このとき、制御手段は、受波整相部 7に対して、 8列の振動子素子列で形成される口径 14からの超音波ビームが、この口径 14の中心位置における法線方向と一致しない斜め方向の超音波ビームとなるように、各振動子素子列で受信した信号に付与する整相データを調整する。

ここで、口径 14から超音波の送受波を行うことにより、加算部から出力される信号は、口径 16の超音波ビームに対して所定の角度を有する超音波ビームと 'なる。つまり、口径 16と口径 14との中心位置が同じ場合の焦点 F， F，の位置は、図 3 に示すように異なる位置に配置されることとなる。ただし、フレネルリングによる口径 16からの超音波ビームと異なり、短冊状の口径 14からの超音波ビームは振動子素子列毎の整相データを調整することにより、口径 14の振動子素子の配列面に対する超音波ビームの傾斜角度 0を任意に設定できる。このとき、制御手段が超音波の送受波サイクルに同期してスィッチアレー Γ7 の各素子選択スィッチを切り換え制御し、短冊状の口径 14を維持した状態で、図 2の（b) に示す矢印方向に口径 14を移動させることによって、超音波ビーム方向を斜め方向に維持した状態でのリニァ走査、すなわちオブリーク走査ができる。ただし、実施の形態 1では、後述するように、短冊状の口径 14で異なる 2方向の傾斜された超音波ビームでの走査を行う構成となっている。従って、制御手段は図 3に示す焦点 F' での走査が終了すると、次に、他の傾斜（例えば、図 4に示す（一 Θ ) ) での走査を行う。ただし、この他の傾斜での走查は必須ではなく、一の傾斜でのオブリーク走査のみでもよい。し力しながら、ニ以上の異なる傾斜で走査することにより、得られる断層像の画質を向上させることができる。

フレネルリングによる口径 16と短冊状の口径 14とによる超音波走査で同一部位の断層像データが得られると、制御手段の制御により、図 4に示すように画像処理部 9が異なるビーム方向の超音波ビームの走査で得られた超音波断層像から超音波ビームが交差する位置における断層像情報より、 1つの超音波断層像を演算する。次に、画像処理部 9は得られた超音波断層像をモニタ 10に出力し、このモニタ 10の表示面に断層像を表示させる。

このように、実施の形態 1 の超音波診断装置では、探触子面の法線方向での超音波ビームによる走查はフレネルリングによる口径 16で行い、探触子面の法線方向と異なる傾斜方向での超音波ビームによる走査は短冊状の口径 14で行い、それぞれの口径で得られた超音波データから超音波断層像を演算する構成となつているので、装置規模を増大させることなくすなわち振動子素子 4 の数よりも少ないチヤンネル数の受波整相部 7を構成しつつ、 2次元配列の超音波探触子を用いた場合であっても高解像の超音波断層像を得ることができる。従って、装置規模を大きくすることなくすなわち振動子素子 4 の数よりも少ないチヤンネル数の受波整相部 7 によって、超音波診断装置の画質を向上させることがでさる。

なお、実施の形態 1 の超音波診断装置では、同数の振動子素子数で囲まれる領域すなわち X軸方向が 14個及び Y軸方向が 8個の振動子素子 4で囲まれる領域に、それぞれフレネルリングの口径 16と短冊状の口径 14とを形成する構成としたが、先にも述べたように、実際の装置構成においては、これに限定されることはなく、他の振動子素子数の領域で口径 16と口径 14を形成してもよいことはいうまでもない。さらには、口径 16と口径 14とを異なる個数の振動子素子 4の領域で形成してもよいことはいうまでもない。

また、実施の形態 1の超音波診断装置では、口径 16による超音波走査と口径 14による超音波走査とを順次行い、この収集された断層像から高画質の断層像を生成する構成としたが、例えば、実施の形態 1の超音波診断装置本体や探触子部分に、口径 16あるいは口径 14の何れか一方の口径による超音波走査で得られる断層像を表示させるモードと、口径 16及び口径 14での超音波走査を行うことで得られるそれぞれの断層像からコンパゥンドスキャン画像形成法により合成された断層像を生成し表示させるモードとを設ける。このような構成とすることにより、口径 16あるいは口径 14の何れか一方の口径による超音波走査のモードで得られる断層像に基づいて関心部位を探索し、関心部位の高画質断層像が必要な領域は口径 16と口径 14とにより超音波走査し、得られた断層像から合成された断層像を生成し表示させるモードに切り換えることによって、画質よりもリアルタイム処理（表示）が要求される関心部位の探索と、高画質表示が要求される確定診断用の画像表示とでそれぞれの用途に適した超音波計測ができるので、診断効率及び診断能を向上させることができる。なお、実施の形態 1におい、短冊状振動子の一つの列振動子の信号には全て同一の整相データを与えることとしたが、これによると列方向のフォーカシングが行われないので、画質が良くないことが懸念される。従って、列の長さが長い場合には、例えば 14個の振動子を端から 2個、 3個、 4個、 3個、 2個のように、 5つの群に分け、それぞれの群振動子へ列方向のフォーカシングを行う整相回路を設けても良い。

(実施の形態 2)

図 5は本発明の実施の形態 2の超音波診断装置の概略構成を説明するための図であり、特に、図 5の（a) は同心円状の多重リングを口径として断層像を収集する場合の構成を説明するための図であり、図 5の（b) は振動子素子を短冊状に束ねて断層像を収集する場合の構成を説明するための図である。ただし、実施の形態 2の超音波診断装置は、実施の形態 1の 2次元配列探触子よりも多くの振動子素子 4を配列し、 Y軸方向と共に X軸方向にも口径 16， 14を走查させて複数枚の超音波断層像を収集すると共に、この複数枚の超音波断層像から 3次元超音波像を生成する構成が異なるのみで、他の構成は実施の形態 1 と同様となる。従って、以下の説明では、口径 16， 14を探触子面に沿って 2次元に走查することによって得られる 3次元超音波像について詳細に説明する。図 5の（a) , (b) に示すように、実施の形態 2の 2次元配列探触子では、実施の形態 1の 2次元配列探触子よりも X軸方向の振動子素子数を多くした構成となっている。すなわち、実施の形態 2の 2次元配列探触子では、 27 X 28 = 756個の振動子素子 4により構成される。ただし、フレネルリングによる口径 16と短冊状の口径 14とは実施の形態 1·と同様に、それぞれ 14 X 8=112個の振動子素子 4で囲まれる領域を形成する。

実施の形態 2の超音波診断装置では、図 5の（a) に示すように、 14X8個の振動子素子領域にフレネルリングによる口径 16を形成する場合には、探触子面の一部領域に口径 16が形成されることとなる。従って、口径 16は図 5の（a) 中に示す矢印方向 (Y軸方向）への走査の他に、 X軸方向への走査も可能となる。従って、口径 16の X軸方向の位置を固定しておき、この状態で口径 16を Y軸方向に移動させて断層像を収集した後に、口径 16を X軸方向に所定数の振動子素子分だけ移動させた後に、 X軸方向への走査は行わずに Y軸方向に移動させて断層像を収集するという断層像の収集（撮像）動作を、口径 16が X軸方向の —端側から他端側に至るまで繰り返すことによって、 X軸方向への移動間隔が振動子素子 4の X軸方向分となる Y軸方向の断層像を複数枚、 2次元配列探触子を移動させることなく収集することができる。ただし、フレネルリングによる口径 16により形成される超音波ビームは探触子面の法線方向となるので、前述する実施の形態 1と同様に、口径 16の走査によって得られる断層像は探触子面に対して垂直な超音波ビームによって収集されたものとなる。また、口径 16 の X軸方向及び Y軸方向への走査は、制御手段が超音波の送受波サイクルに同期してスィッチアレー 17を構成する各素子選択スィッチの切り換えを制御し、口径 16を維持した状態で、 X軸方向及び Y軸方向へ走査させるものである。，一方、図 5の（b) に示すように、 14X 8個の振動子素子 4による短冊状の口径 14を形成する場合にも、探触子面の一部領域に口径 14が形成されることとなる。従って、口径 16と同様に、口径 14も図 5の（b) 中に示す矢印方向（Y 軸方向）への走査の他に、 X軸方向への走査が可能となる。従って、口径 14の X軸方向の位置を固定しておき、この状態で口径 14を Y軸方向に移動させて断層像を収集した後に、口径 14を X軸方向に所定数の振動子素子の分だけ移動させた後に、 X軸方向への走査は行わずに Y軸方向に移動させて断層像を収集するという断層像の収集動作を、口径 14が X軸方向の一端側から他端側に至るまで繰り返すことによって、 X軸方向への移動間隔が振動子素子 4の X軸方向分となる Y軸方向の断層像を複数枚、 2次元配列探触子を移動させることなく収集することができる。ただし、前述する実施の形態 1 と同様に、実施の形態 2 においても口径 14による超音波ビームの方向は、探触子面の法線方向とは異なる方向とする。また、口径 14の超音波ビーム方向は、口径 14の走査方向すなわち Y軸方向と一致する方向に傾斜させる。このように、口径 14からの超音波ビームを傾斜させることによって、口径 16で収集した断層面と同じ断層面の超音波像を傾斜した超音波ビームで収集する。また、口径 14の X軸方向及び Y 軸方向への走査は、制御手段が超音波の送受波サイクルに同期してスィッチァレー Γ7を構成する各素子選択スィッチの切り換えを制御し、口径 14を維持した状態で、 X.軸方向及び Y軸方向へ走査させるものであり、さらには、超音波ビームの傾斜角や傾斜方向を変えて、再度、同じ断層面の超音波像を収集する構成としてもよい。

次に、口径 16と口径 14で収集された超音波像は、画像処理部 9により実施の形態 1と同様に、口径 16による法線方向の超音波ビームと、口径 14による傾斜された超音波ビームとからコンパゥンドスキヤン画像形成法によりその交点の受信信号が演算され、 Υ軸方向に平行な断層像が生成される。このとき、実施の形態 2では、 X軸方向に口径 16， 14を移動する毎にこの口径 16， 14を Υ軸方向に走査する構成となっているので、探触子面の法線方向と Υ軸方向との 2次元の断層像が X軸方向に複数枚生成される。

ここで、例えば、実施の形態 2 の超音波診断装置が有する図示しない操作パネルを検者が操作して 3次元像表示を指定したならば、画像処理部 9は、まず複数枚の断層像から 3次元像を生成する。次に、画像処理部 9は 3次元像からボリュームレンダリング等の周知の画像処理により、 3次元像を表示用の 2次元像（3次元的超音波像）に変換し、この表示用の 3次元的超音波像をモニタ 10 に表示させる。

以上説明したように、実施の形態 2の超音波診断装置では、まず、口径 16による探触子面の法線方向の超音波ビームと、この口径 16からの超音波ビームに対してビーム方向が傾斜する口径 14による超音波ビームとが同一の断層面に走查されて断層像情報を収集する構成となっている。次に、実施の形態 2では、異なるビーム方向の超音波ビームで収集された断層像情報から画像処理部 9が超音波ビームの交差位置の断層像情報を生成するコンパゥンドスキャン画像形成法と称される方式により一の断層像を生成する。ごこで、検者による図示しない操作卓の釦の操作で断層像すなわち 2次元像の表示が指定されている場合には、画像処理部 9はコンパゥンドスキャンにより生成された断層像を順次モユタ 10に出力し、表示画面上に表示させる。

一方、検者による図示しない操作卓の釦の操作で 3次元像の表示が指定されている場合には、画像処理部 9はコンパゥンドスキャンにより生成された複数枚の断層像から 3次元像を再構成する。次に、画像処理部 9は再構成された 3 次元像から周知のボリュームレンダンリングにより表示用の 3次元像（3次元的 2次元像）を生成し、この生成した 3次元的 2次元像をモニタ 10に出力して、表示画面上に表示させる。

この場合、探触子面の法線方向での超音波ビームによる走查は全ての振動子素子 4内の一部の振動子素子 4を用いたフレネルリングによる口径 16で行い、探触子面の法線方向と異なる傾斜方向での超音波ビームによる走査は短冊状の口径 14で行い、それぞれの口径で得られた超音波データから超音波断層像を演算する構成となっているので、装置規模を増大させることなくすなわち振動子素子 4の数よりも少ないチヤンネル数の遅延回路で受波整相部 7を構成しつつ、 2次元配列の超音波探触子を用いた高解像の超音波断層像を得ることができる。従って、装置規模を大きくすることなくすなわち振動子素子 4の数よりも少ないチャンネル数の遅延回路で受波整相部 7 を構成しつつ、超音波診断装置の画質を向上させることができる。

なお、実施の形態 2の超音波診断装置では、口径 16と口径 14との走査:^向を Y軸方向とする構成としたが、これに限定されることはなく、探触子面内の何れの方向に走査させる構成としてもよいことはいうまでもない。ただし、この場合には、短冊状の口径 14は少ない素子選択スィツチ及びチャンネル数とする必要があるので、このために短冊状に束ねる振動子素子の束ね方向も超音波ビームの走査方向に応じて設定する必要がある。例えば、 X軸と Y軸との 45度方向に口径 14を走査させる場合には、走查方向に直交する短冊を複数本束ねることによって、 X軸と Y軸との 45度方向に走査可能となる。

また、実施の形態 2の超音波診断装置では、口径 16による超音波走査と口径 14による超音波走査とを順次行い、この収集された断層像から高画質の断層像あるいは 3次元像を生成する構成としたが、例えば、実施の形態 2の超音波診断装置本体や探触子部分に、口径 16あるいは口径 14の何れか一方の口径による超音波走査で得られる断層像を表示させるあるいは 3次元像を生成するモードと、口径 16及ぴ口径 14での超音波走査で得られるそれぞれの断層像からコンパウンドスキャンにより合成された断層像を生成するあるいはこの生成された断層像から 3次元像を生成し表示させるモードとを設ける。このような構成とすることにより、口径 16あるいは口径 14の何れか一方の口径による超音波走査のモードで得られる断層像あるいは 3次元像に基づいて関心部位に探索し、関心部位の高画質断層像が必要な場合に、合成された断層像あるいは 3次元像を生成し表示させるモードに切り換えることによって、関心部位の速やかな探索と関心部位の高画質の観察（確定診断）とが可能となる。その結果、診断効率を向上させることが可能となる。

さらには、実施の形態 2の超音波診断装置では、図 5 (c) に示すように Y軸方向に超音波ビームを傾けることに加え、振動子素子 4の内から Y軸方向に短冊状に振動子を選択して口径 14' とし、 X軸方向に傾けることもできるように構成される。

X軸方向に傾ける超音波ビームと他の超音波ビームとコンパウンドスキャンを行う際も上記と同様に、異なるビーム方向の超音波ビームの走査で得られた超音波断層像に基づいて、超音波ビームが交差する位置の断層像情報から断層像を生成するよう振動子素子 4で囲まれる領域を制御する。

よって、 ·探触子面内の何れの方向に走查させ生成させることができ、超音波ビームを X軸方向にも振ることで、さらに広い領域の超音波診断を行うことができる。また、口径 14の一つの振動子列の列方向へのフォーカシングを、前述の実施の形態 1と同様に行うことが可能である。

(実施の形態 3)

図 6及び図 7は本発明の実施の形態 3の超音波診断装置の概略構成を説明するための図であり、特に、図 6 はスパースアレー 16' を口径として断層像を収集する構成を説明するための図であり、図 7 は短冊状に束ねた振動子素子を口径として断層像を収集する構成を説明するための図である。ただし、実施の形態 3では、振動子素子 4が 64 X 64=4096個の 2次元配列探触子の場合について説明するが、振動子素子数は 4096個に限定されるものではない。また、従来のスパースアレーでは、複数の素子選択スィツチをアレイ状に配置したアレースィッチ 17は不要であるが、実施の形態 3では、アレースィッチ 17を介して振動子素子 4と受波整相部 7とを接続する構成となっている。このような構成とすることによって、実施の形態 3では、素子選択スィツチの切り換えにより、スパースアレー 16，による超音波の送受波と、振動子素子 4を短冊状に束ねた超音波の送受波とを同一の 2次元配列探触子で行う構成となっている。すなわち図示しない被検体に探触子を当接したままの状態で、スパースアレーによる超音波計測と短冊状の口径 14" による超音波計測とを切り換えて行うことが可能な構成となっている。

実施の形態 3の超音波診断装置では、図 6に示すように、 64 X 64=4096個の振動子素子 4の内で、 128個の振動子素子を超音波の送受波に使用するいわゆるスパースアレーを形成する構成となっている。ただし、スパースアレー 16，による超音波計測でば、送波に用いる振動子素子と、受波に用いる振動子素子とを固定して送受波を行う。従って、実施の形態 3ではスパースアレーによる超音波計測時には、図示しない制御手段はアレースィツチ Γ7を構成する素子選択スィツチの内で、予め設定された素子選択スィツチをオンさせることによつて、送波に用いる振動子素子と、受波に用いる振動子素子とを固定する。このような構成によって、スパースアレーによる超音波計測を可能としている。このスパースアレーによる超音波ビームの走査は、各振動子へ所定の整相データを与え、配列面の一点を頂点とした円錐形の内部を 3次元走査するものである。一方、図 7に示すように、短冊状に振動子素子 4を束ねた超音波計測では、まず、 64 X 64の振動子素子 4を X軸方向に複数列の例えば 64列に短冊状に束ねる。これによつて、 64 X 64=4096個の全ての振動子素子 4を使用した短冊状の口径 14" を形成する。このとき、口径 14" を形成する各振動子素子に供給する送波信号及ぴ各振動子素子から出力される受波信号に与える遅延データ又は整相データを調整することによって、口径 14" の超音波ビームの中心位置を口径 14" の中心からずれた位置（スパースアレー 16' の走査中心と異なる位置）に形成する。次に、この口径 14" の中心位置からずれた位置を基準として、セクタ走査により図示しない被検体の断層像を収集する。すなわち、口径 14" からの超音波の送受波で形成される超音波ビームと探触子面との交差位置が、口径 14"の中心位置から Y軸方向に所定量ずれた位置としたセクタ走查によって被検体の断層像を収集する。ただし、超音波ビームの形成は、各振動子素子から出力される受波信号に受波整相部 7でそれぞれに遅延を与え、信号処理部 8 により遅延後の受波信号を加算することによつて形成される。

また、スパースアレーでは受波整相部 7のチャンネル数が通常の 4倍程度である。よって、実施の形態 3では、口径 14" を形成する際に、アレースィッチ Γ7の接続を切り換え、短冊の長手方向（X軸方向）をさらに分割して受波整相部 7に接続する構成とすることによって、スパースアレーよりも分解能及ぴ S /Nを向上した断層像を収集することが可能となる。

次に、画像処理部 9が口径 16' で収集された断層像と口径 14"で収集された断層像との超音波ビームの交点位置での情報を演算し、この演算された交点位置の画像データから断層像及び/又は 3次元像を生成する。ここで、図示しない操作卓から断層像の表示が指定されている場合には、画像処理部 9 は生成断層像を表示用のデータに変換してモニタ 10に出力して、表示面上に表示させる。一方、 3次元像の表示が指示されている場合には、画像処理部 9は 3次元像から表示用の 2次元像（3次元的超音波像）を生成し、この 3次元的超音波像をモニタ 10の入力形式のデータに変換した後に出力して、モニタ 10の表示面に 3次元的超音波像を表示させる。

以上説明したように、実施の形態 3の超音波診断装置では、 2次元配列探触子の探触子面の全体を口径とするスパースアレーによる口径 16，と短冊状の口径 14" とによる超音波ビームのセクタ走査で所望の断層面の走查する際に、短冊状の口径 14"の超音波ビームの中心位置を口径 16，の中心位置から所定量ずらした位置に設定しセクタ走査で走査することによって、装置規模を増大させることなくすなわち振動子素子 4の数よりも少ないチャンネル数の遅延回路で受波整相部 7を構成しつつ、口径 16' による超音波ビームと口径 14" による超音波ビームとが交差するようにした、所望の断面の超音波像を収集することが可能となるので、コンパゥンドスキャンによってそれぞれの断層像よりも画質の向上した断層像を生成することが可能となる。従って、コンパウンド走査によつて複数枚の断層像を収集し 3次元像を構成した場合であっても、画質の向上した 3次元像を生成でき、この 3次元像から生成した表示用の超音波像である 3 次元的超音波像の画質も向上できる。

なお、実施の形態 1， 2の超音波診断装置では、口径 16' の形状は、同心円状に素子束ねしたフレネルリングとしたが、これに限定されることはなく、素子選択スィッチの切り換えにより、例えば楕円、矩形状、その他の任意形状にしてもよいことはいうまでもない。この場合、その口径 16' からは任意形状に収束した超音波ビームが送受波されることとなる。ただし、口径 16' の形状をフレネルリングとする場合が最も少ないチャンネル数で整相回路を構成できると共に、 SZNの良好な超音波画像を取得できることはいうまでもなレ、。

また、実施の形態 1〜3では、 3次元像の超音波像を生成する場合について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、フレネルリングによる口径 16で収集した断層像から 3次元像を再構成し、得られた 3次元像をモニタ 10 に表示させて、このモニタ 10に表示される断層像に基づいて指定された断面位置の断層像を得る際に、口径 16と口径 14とによる断層像から生成された断層像を表示させる構成としてもよいことはいうまでもない。このような構成とすることによって、比較的に時間を要する口径 16と口径 14との断層像の計測を、一般的に確定診断を行う場合に必要となる断層像の収集に対してのみ行うことが可能となるので、確定診断に必要となる断層像の収集に要する時間を低減させることが可能となる。その結果として、被検体にかかる負担を低減できると共に、診断効率を向上できる。

実施の形態 1〜3では、 2つの超音波像を用いたコンパゥンドスキャンしか開示していないが、 3つ以上の超音波像を合成するコンパゥンドスキャンであってもよい。また、 3次元表示は、スキャンしたボリュームのデータを用いて、ポリユームレンダンリングで表示させる場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、視点位置を決め、この視点位置から見た 2次元像を視線に沿った音響強度に応じて光の透過するが如く、透過度をポクセル毎に決定して表示させる方式でもよい。

また、操作卓に配置した画像の切り替え釦の操作に応じて、収集した複数の断層像を順次表示させるようにしてもよいことはいうまでもない。すなわち、実施の形態 2， 3では、画像表示用の 3次元的 2次元像をポリユームレンダンリングで生成することとしたが、 3次元像から表示用の 3次元的 2次元像を生成する方式はポリユームレンダリングに限定されるものではなく他の方式でもよく、さらには、表示形式は 2次元像に限定されることはなく、周知の 3次元像の表示形式でもよい。

また、フレーム単位で走査方法を変更したが、ラスタ毎に変更してラスタ毎にコンパウンドデータを作成して走査しても良い。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

Claims

9

求の被検体に超音波を送受波する複数の振動子素子を 2次元配列してなる超音波探触子と、送受波に用いる前記振動子素子を選択する振動子素子選択手段と、選択された前記振動子素子から受信された受波信号に遅延時間を与え、信号処理する信号処理部と、前記信号処理部の出力信号に基づいて画像を生成する画像処理部と、前記画像を表示させる画像表示部とを備えた超音波診断装置において、

前記画像処理部は、前記振動子素子選択手段より選択された第 1の振動子配列で、走査して得られる第 1の超音波像と、前記振動子素子選択手段より前記第 1の振動子配列のビーム方向と異なる方向に照射するように選択された第 2の振動子配列で、走査して得られる第 2の超音波像とを記憶する記憶手段と、前記第 1の超音波像と前記第 2の超音波像を合成する画像演算手段とを備えることを特徴とする超音波診断装置。

2. 前記第 2の振動子配列で形成されるビームは、前記第 1の振動子配列で形成されるビームと交差するように照射されることを特徴とする請求項 1

3. 前記画像演算手段は、前記第 1の超音波像及び前記第 2の超音波像の超音波ビームが交差する位置の断層像情報から該合成画像を生成することを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。

4. 前記第 1の超音波像は、前記第 1の振動子配列で形成した口径を前記超音波探触子面上で移動させて得られること、前記第 2の超音波像は、前記第 2の振動子配列で形成した口径を前記超音波探触子面上で移動させて得られることとを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。前記第 2の超音波像は、前記第 1の超音波像と同一部位の超音波像を収集することを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。

6. 前記画像処理部は、複数枚の前記超音波像から 3次元像を再構成することを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。

7. 前記第 1の超音波像は、前記第 1の振動子配列の口径を前記超音波探触子上で 2次元方向に移動して得られること、前記第 2の超音波像は、前記第 2の振動子配列の口径を前記第 1の受波信号の移動経路に対応させ、移動して得られることとを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。

8. 前記第 1の振動子配列或は前記第 2の振動子配列は、超音波ビームの中心位置をずれた位置に形成するスパースアレーであることを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。 9. 前記第 1の振動子配列のビーム方向は、被検体の体表面に対し、法線方向であることを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。

10. 前記第 1の振動子配列はリング状の口径であり、前記第 2の振動子配列は短冊状の口径であることを特徴とする請求項 9記載の超音波診断装置。

11. 前記リング状の口径を形成する前記振動子素子は、焦点位置に至るまでの距離が同じ距離となるように前記振動子素子を選択されることを特徴とする請求項 10記載の超音波診断装置。 12. 前記第 2の振動子配列では、前記振動子素子列毎の整相データを調整することにより、超音波ビームの傾斜角度を任意に設定することを特徴とする請求項 10記載の超音波診断装置。

13. 前記第 1の振動子配列、或は前記第 2の振動子配列では、前記振動子素子列毎の整相データを調整することにより、超音波ビームの傾斜角度を任意に設定することを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。

14. 前記振動子素子の配列面は、超音波の送波方向に対して凸形となることを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。

15. 前記第 1の振動子配列、或は前記第 2の振動子配列は、複数の振動子の群に分割され、該群振動子にそれぞれ整相回路を備えることを特徴とする請求項 1記載の超音波診断装置。

16. 超音波を送受波する振動子素子を 2次元配列してなる超音波探触子を用いた超音波撮像方法において、

第 1の振動子配列で前記振動子素子を選択し、第 1の超音波像を走査して得るステップと、

前記第 1の振動子配列のビーム方向に交差する方向に超音波ビームを形成させる第 2の振動子配列で前記振動子素子を選択し、第 2の超音波像を走査して得るステップと、

前記第 1の超音波像及び前記第 2の超音波像とを記憶する，前記第 1の超音波像と前記第 2の超音波像を合成 - 該合成画像を表示させるステップと、

からなることを特徴とする超音波撮像方法。