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技術 超音波診断装置

出願人 日立アロカメディカル株式会社
発明者 竹内秀樹
出願日 2010年2月5日 (11年10ヶ月経過) 出願番号 2010-024152
公開日 2011年8月25日 (10年4ヶ月経過) 公開番号 2011-160865
状態 拒絶査定
技術分野 超音波診断装置
主要キーワード 電子的走査 走査領域間 パルス繰り返し周期 各走査領域 角度検出用 積算法 開始トリガ 機械的走査
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年8月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (6)

課題

電子的走査機械的走査を組み合わせて得られる三次元画像における画像の不連続性を低減する。

解決手段

左側走査領域L内でL1−1〜L1−9の9本の送信ビーム次々に形成され、続いて、右側走査領域R内でR1−1〜R1−9の9本の送信ビームが次々に形成される。その際に、左側走査領域L内のL1−1から右側走査領域R内のR1−9まで、一定のパルス繰り返し周期で送信ビームが次々に形成される。こうして、左側走査領域Lと右側走査領域Rからなる走査面の全域に亘って、L1−1からR1−9まで送信ビームが走査されてフレーム1が形成される。走査面の全域に亘って一様な走査が実現されるため、左側走査領域Lと右側走査領域Rの境界における画像の不連続性を低減することができる。

概要

背景

超音波診断装置では、例えば三次元超音波画像の形成などにおいて、フレームレートの向上が要求される。フレームレートを向上させるために、1回の送信で複数の送信ビームを形成する多方向同時送信と呼ばれる技術が知られている(特許文献1参照)。

多方向同時送信では、例えば1つのフレーム右側領域左側領域に分割し、右側領域と左側領域の両方向に同時に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成する。そして、右側領域と左側領域から得られる受信信号に基づいて、1つのフレームの超音波画像が形成される。

このように、多方向同時送信では、1つのフレームが複数の領域に分割されるため、1つのフレームの超音波画像を形成した場合に、複数の領域間における画像の不連続性が懸念される。

概要

電子的走査機械的走査を組み合わせて得られる三次元画像における画像の不連続性を低減する。左側走査領域L内でL1−1〜L1−9の9本の送信ビームが次々に形成され、続いて、右側走査領域R内でR1−1〜R1−9の9本の送信ビームが次々に形成される。その際に、左側走査領域L内のL1−1から右側走査領域R内のR1−9まで、一定のパルス繰り返し周期で送信ビームが次々に形成される。こうして、左側走査領域Lと右側走査領域Rからなる走査面の全域に亘って、L1−1からR1−9まで送信ビームが走査されてフレーム1が形成される。走査面の全域に亘って一様な走査が実現されるため、左側走査領域Lと右側走査領域Rの境界における画像の不連続性を低減することができる。

目的

本発明は、その研究開発過程において成されたものであり、その目的は、電子的走査と機械的走査を組み合わせて得られる三次元画像における画像の不連続性を低減することにある

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

音波送受する複数の振動素子と、複数の振動素子を電子的に制御することにより超音波ビーム走査して走査面を形成する走査部と、複数の振動素子を機械的に駆動することにより走査面を移動させる駆動部と、複数の振動素子から得られる信号を処理することにより超音波ビームに沿った受信信号を得る受信処理部と、受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する画像形成部と、を有し、前記走査部は、複数の走査領域に分割される走査面内において、複数の走査領域に亘って一連制御パターンで超音波ビームを次々に形成し、当該一連の制御パターンを繰り返すことにより、複数の走査領域に対応した複数の超音波ビームを並列的に走査する、ことを特徴とする超音波診断装置

請求項2

請求項1に記載の超音波診断装置において、前記走査部は、複数の走査領域に亘って一定の繰り返し周期で超音波ビームを次々に形成する、ことを特徴とする超音波診断装置。

請求項3

請求項2に記載の超音波診断装置において、前記走査部は、左側走査領域右側走査領域の2つの走査領域に分割される走査面内において、左側走査領域内の走査開始位置から右側走査領域内の走査終了位置まで一定の繰り返し周期で超音波の送信ビームを次々に形成する、ことを特徴とする超音波診断装置。

請求項4

請求項3に記載の超音波診断装置において、前記走査部は、第N時相(Nは自然数)の右側走査領域において送信ビームを次々に形成しつつ第N+1時相の左側走査領域において送信ビームを次々に形成することにより、左側走査領域と右側走査領域に対応した2本の送信ビームを並列的に走査する、ことを特徴とする超音波診断装置。

請求項5

請求項4に記載の超音波診断装置において、前記走査部は、前記駆動部による機械的な駆動に応じて次々に決定される走査開始タイミングに従って次々に各時相の走査を開始する、ことを特徴とする超音波診断装置。

技術分野

0001

本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波送受信処理に関する。

背景技術

0002

超音波診断装置では、例えば三次元超音波画像の形成などにおいて、フレームレートの向上が要求される。フレームレートを向上させるために、1回の送信で複数の送信ビームを形成する多方向同時送信と呼ばれる技術が知られている(特許文献1参照)。

0003

多方向同時送信では、例えば1つのフレーム右側領域左側領域に分割し、右側領域と左側領域の両方向に同時に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成する。そして、右側領域と左側領域から得られる受信信号に基づいて、1つのフレームの超音波画像が形成される。

0004

このように、多方向同時送信では、1つのフレームが複数の領域に分割されるため、1つのフレームの超音波画像を形成した場合に、複数の領域間における画像の不連続性が懸念される。

先行技術

0005

特開2008−155059号公報

発明が解決しようとする課題

0006

上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、多方向同時送信における画像の不連続性を低減する技術について研究開発を重ねてきた。特に、振動子電子的な制御による多方向同時送信と振動子の機械的な駆動とを組み合わせた三次元画像における画像の不連続性に注目した。

0007

本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、電子的走査機械的走査を組み合わせて得られる三次元画像における画像の不連続性を低減することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受する複数の振動素子と、複数の振動素子を電子的に制御することにより超音波ビーム走査して走査面を形成する走査部と、複数の振動素子を機械的に駆動することにより走査面を移動させる駆動部と、複数の振動素子から得られる信号を処理することにより超音波ビームに沿った受信信号を得る受信処理部と、受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する画像形成部と、を有し、前記走査部は、複数の走査領域に分割される走査面内において、複数の走査領域に亘って一連制御パターンで超音波ビームを次々に形成し、当該一連の制御パターンを繰り返すことにより、複数の走査領域に対応した複数の超音波ビームを並列的に走査する、ことを特徴とする。

0009

上記構成によれば、複数の走査領域に亘って一連の制御パターンで超音波ビームが次々に形成されるため、例えば、各走査領域ごとに個別の制御パターンで超音波ビームを形成する場合に比べて、複数の走査領域間における超音波ビームの一様性が高まり走査面内における画像の不連続性を低減することができる。

0010

望ましい具体例において、前記走査部は、複数の走査領域に亘って一定の繰り返し周期で超音波ビームを次々に形成する、ことを特徴とする。

0011

望ましい具体例において、前記走査部は、左側走査領域右側走査領域の2つの走査領域に分割される走査面内において、左側走査領域内の走査開始位置から右側走査領域内の走査終了位置まで一定の繰り返し周期で超音波の送信ビームを次々に形成する、ことを特徴とする。

0012

望ましい具体例において、前記走査部は、第N時相(Nは自然数)の右側走査領域において送信ビームを次々に形成しつつ第N+1時相の左側走査領域において送信ビームを次々に形成することにより、左側走査領域と右側走査領域に対応した2本の送信ビームを並列的に走査する、ことを特徴とする。

0013

望ましい具体例において、前記走査部は、前記駆動部による機械的な駆動に応じて次々に決定される走査開始タイミングに従って次々に各時相の走査を開始する、ことを特徴とする。

発明の効果

0014

本発明により、電子的走査と機械的走査を組み合わせて得られる三次元画像における画像の不連続性が低減される。

図面の簡単な説明

0015

本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。
図1の超音波診断装置による超音波ビームの走査を示す図である。
図1の超音波診断装置における走査制御を説明するための図である。
電子走査開始のトリガを説明するための図である。
走査制御に関する比較例を説明するための図である。

実施例

0016

以下に本発明の好適な実施形態を説明する。

0017

図1は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。振動素子列10は、複数の振動素子を1次元的に並べたアレイ振動子である。振動素子列10は、例えば、コンベックスアレイ型の配列であることが好適であるものの、リニアアレイ型の配列であってもよい。

0018

送信ビームフォーマ(送信BF)20は、振動素子列10に含まれる複数の振動素子を電子的に制御することにより、送信ビームを形成して送信ビームを走査する。つまり、走査面内において複数の送信ビームが次々に形成される。

0019

駆動部30は、振動素子列10を機械的に駆動することにより、電子的な制御で形成される走査面を移動させる。駆動部30は、例えば、モータ等の駆動系からギアベルト等の伝達系を介して得られる駆動力を利用して振動素子列10を揺動する。

0020

送信ビームフォーマ20による電子的な走査と駆動部30による機械的な走査は、走査制御部40により制御される。走査制御部40は、電子的な走査を行わせつつ機械的な走査を行わせることにより、三次元空間内において送信ビームを走査させる。

0021

受信ビームフォーマ(受信BF)50は、振動素子列10に含まれる複数の振動素子から得られる信号を処理することにより、各送信ビームに対応した受信ビームを形成して受信ビームに沿った受信信号を得る。送信ビームが三次元空間内において走査されるため、三次元空間内において立体的に受信信号が収集される。

0022

画像形成部60は、三次元空間内において立体的に収集された受信信号に基づいて、三次元超音波画像の画像データを形成する。三次元超音波画像の形成には、ボリュームレンダリング法積算法投影法などの公知の手法を適用することが可能である。そして、画像形成部60において形成された画像データに対応した三次元超音波画像が表示部70に表示される。

0023

次に、本実施形態における超音波ビームの走査について説明する。なお、図1に示した構成(部分)については、以下の説明においても図1の符号を利用する。

0024

図2は、図1の超音波診断装置による超音波ビームの走査を示す図である。図2に示すフレーム1からフレーム5までの各フレームは、送信ビームフォーマ20の電子的な制御により形成される走査面である。

0025

各フレーム(走査面)は、複数の走査領域に分割される。例えば、図2に示すように、各フレームが、左側走査領域Lと右側走査領域Rの2つの走査領域に分割される。そして左側走査領域L内において送信ビームL1が形成され、右側走査領域R内において送信ビームR1が形成される。さらに、図2に示す電子走査方向に沿って、送信ビームL1と送信ビームR1が並列的に走査され、多方向同時送信が実現される。

0026

なお、各フレームを3つ以上の走査領域に分割して、3つ以上の送信ビームにより多方向同時送信が実現されてもよい。

0027

図2に示す走査では、送信ビームL1と送信ビームR1の各々に対応した受信ビームが受信ビームフォーマ50において形成される。受信ビームフォーマ50は、各送信ビームごとに複数の受信ビームを形成してもよい。例えば、送信ビームL1に対応した4本の受信ビームが形成され、送信ビームR1に対応した4本の受信ビームが形成されてもよい。

0028

図2に示す機械走査方向は、駆動部30による振動素子列10の駆動方向であり、この機械走査方向に沿って振動素子列10が移動されつつ、各位置において、電子的な走査によりフレームが形成される。例えば、図2に示すようにフレーム1,フレーム2,フレーム3,・・・の順に複数のフレームが次々に形成される。

0029

こうして、電子的走査と機械的走査により、三次元空間内において送信ビームと受信ビームが走査され、受信信号が立体的に収集される。電子的走査と機械的走査は、走査制御部40による制御に基づいて行われる。

0030

図3は、図1の超音波診断装置における走査制御を説明するための図である。図1の超音波診断装置では、複数の走査領域に分割される走査面内において、複数の走査領域に亘って一連の制御パターンで超音波ビームが次々に形成される。つまり、左側走査領域L内の走査開始位置から右側走査領域R内の走査終了位置まで、一定の繰り返し周期で超音波の送信ビームが次々に形成される。

0031

図3において、傾斜した実線の直線上に示される複数の丸印は、送信ビームが形成されるタイミングと位置を示している。例えば、L1−1,L1−2,L1−3,・・・の順に電子走査方向に沿ってビームの位置を移動させつつ送信ビームが次々に形成される。

0032

L1−1からR1−9は、フレーム1に関する複数の送信ビームに対応している。つまり、左側走査領域L内でL1−1〜L1−9の9本の送信ビームが次々に形成され、続いて、右側走査領域R内でR1−1〜R1−9の9本の送信ビームが次々に形成される。その際に、左側走査領域L内のL1−1から右側走査領域R内のR1−9まで、一定の繰り返し周期で送信ビームが次々に形成される。つまり、L1−1からR1−9までの18本の送信ビームが一定のパルス繰り返し周期(PRT)で次々に形成される。また各送信ビームに対応した受信ビームも順次形成される。

0033

こうして、左側走査領域Lと右側走査領域Rからなる走査面の全域に亘って、L1−1からR1−9まで送信ビームが走査されてフレーム1が形成される。なお、各走査領域内で形成される送信ビームの本数は9本に限定されない。

0034

L2−1からR2−9は、フレーム1に続くフレーム2に関する複数の送信ビームに対応している。フレーム2は、フレーム1の位置から機械走査方向に沿ってずれた位置に形成される。フレーム1の場合と同様に、フレーム2の場合においても、左側走査領域L内のL2−1から右側走査領域R内のR2−9まで、18本の送信ビームが一定のパルス繰り返し周期(PRT)で次々に形成される。

0035

但し、フレーム2に関する走査は、フレーム1に関する走査の終了を待たずに開始される。例えば、R1−3の送信ビームとL2−1の送信ビームがほぼ同じタイミングで形成される。つまり、フレーム1の右側走査領域Rにおいて送信ビームが次々に形成されている途中から、フレーム2の左側走査領域Lにおいて送信ビームが次々に形成され始める。このように、左側走査領域Lと右側走査領域Rに対応した2本の送信ビームが並列的に走査される。

0036

さらに、フレーム2に続いて、フレーム3,フレーム4,フレーム5などが、機械走査方向に沿ってずれた位置に次々に形成される。フレーム3以降の各フレームにおいても、左側走査領域L内の走査開始位置から右側走査領域R内の走査終了位置まで、一定のパルス繰り返し周期で送信ビームが次々に形成される。また、各フレームの左側走査領域Lにおける送信ビームと、そのフレームよりも1時相前のフレームに関する右側走査領域Rにおける送信ビームが並列的に走査される。

0037

なお、奇数フレームにおける送信信号周波数偶数フレームにおける送信信号の周波数とを互いに異ならせることにより、並列的に走査される超音波ビーム同士の干渉を低減させてもよい。

0038

各フレームに関する走査は、駆動部30による機械的な駆動に応じて次々に決定されるトリガ1,2,3,・・・に応じて開始される。各トリガは、振動素子列10が機械的に揺動される際の一定角度ごとに出力されるパルスである。

0039

図4は、電子走査開始のトリガを説明するための図であり、図4には、電子走査開始タイミングの決定に係るいくつかのパルス列が図示されている。各パルス列の横軸は、機械的に揺動される振動素子列10の角度に対応している。

0040

図4(A)に示すエンコーダ出力は、角度検出用ロータリーエンコーダ出力パルスである。角度検出用ロータリーエンコーダは、振動素子列10の角度を検出するエンコーダであり、所定角度ごとに、例えば0.5度ごとに次々にパルスを出力する。ちなみに、エンコーダ出力は、角度的に等間隔のパルス列であるが、振動素子列10の機械的な揺動のスピードが変動する場合には、このパルス列の時間的な間隔は変動する。

0041

図4(B)に示す電子走査開始トリガは、図4(A)のエンコーダ出力に基づいて得られるパルス列である。電子走査開始トリガは、エンコーダ出力のパルス間隔を2倍にしたパルス列であり、奇数フレームに対応したパルス列と偶数フレームに対応したパルス列が得られる。奇数フレームと偶数フレームに対応した2つのパルス列は、共にエンコーダ出力のパルス発生タイミングに同期しているものの、互いにパルス発生タイミングがずれている。

0042

電子走査開始トリガは、例えば、駆動部30から得られるエンコーダ出力に基づいて、走査制御部40において形成され、この電子走査開始トリガに基づいて送信ビームフォーマ20が制御される。つまり、奇数フレームに対応したパルス列から得られるトリガ1,トリガ3,トリガ5等と、偶数フレームに対応したパルス列から得られるトリガ2,トリガ4,トリガ6等に基づいて、図3を利用して説明した走査制御が行われる。

0043

図5は、走査制御に関する比較例を説明するための図であり、図5には、本発明に係る実施形態における走査制御(図3)に対する比較例が図示されている。

0044

図5においても、傾斜した実線の直線上に示される複数の丸印は、送信ビームが形成されるタイミングと位置を示している。例えば、L1−1,L1−2,L1−3,・・・の順に電子走査方向に沿ってビームの位置を移動させつつ送信ビームが次々に形成される。

0045

但し、図5に示す比較例においては、左側走査領域Lと右側走査領域Rにおいて、同時に走査が開始される。例えば、トリガ1に応じて、左側走査領域L内でL1−1〜L1−9の9本の送信ビームが次々に形成され、それと並行して、右側走査領域R内でR1−1〜R1−9の9本の送信ビームが次々に形成される。同様に、トリガ2等に応じて、左側走査領域Lと右側走査領域Rにおいて同時に走査が開始される。

0046

そして、図5に示す比較例においては、例えば、L1−1〜L1−9の9本の送信ビームと、R1−1〜R1−9の9本の送信ビームから、一つのフレームが形成される。ところが、左側走査領域Lと右側走査領域Rの境界において、L1−9の送信ビームとR1−1の送信ビームが、互いに、時間的にも位置的にも大きくずれているため、これらの送信ビームに基づいて一つのフレームに対応した画像を形成すると、左側走査領域Lと右側走査領域Rの境界において、画像が不連続となる可能性がある。

0047

また、例えば、L1−1〜L1−9の9本の送信ビームとR2−1〜R2−9の9本の送信ビームを組み合わせて一つのフレームを形成した場合にも、L1−9の送信ビームとR2−1の送信ビームとの間の時間間隔の変動が懸念される。

0048

例えば、トリガ1に応じた開始タイミングから一定のパルス繰り返し周期(PRT)でL1−1からL1−9までの送信ビームが形成され、そして、トリガ2に応じた開始タイミングでR2−1の送信ビームが形成される。ところが、トリガ1とトリガ2は、図4を利用して説明したように、エンコーダ出力に基づいて形成されており、角度的には常に等間隔であるものの、時間的な間隔は変動する可能性がある。つまり、L1−9の送信ビームとR2−1の送信ビームとの間の時間間隔が、パルス繰り返し周期(PRT)よりも大きくなる場合や小さくなる場合があり、左側走査領域Lと右側走査領域Rの境界において画像が不連続となる可能性がある。

0049

これに対し、図3を利用して説明した本発明に係る実施形態の走査制御では、例えば、左側走査領域Lと右側走査領域Rからなる走査面の全域に亘って、L1−1からR1−9まで一定のパルス繰り返し周期(PRT)で送信ビームが走査され、L1−9の送信ビームとR1−1の送信ビームとの間に特異性がなく、走査面の全域に亘って一様な走査が実現される。そのため、左側走査領域Lと右側走査領域Rの境界における画像の不連続性を低減することができる。望ましくは、画像の不連続性が完全に除去される。

0050

なお、本実施形態においても、例えばトリガ1とトリガ2の時間的な間隔が変動する可能性はあるものの、各トリガ後に実行される走査は常に一定のパルス繰り返し周期で実行されるため、走査面の全域に亘る一様な走査は維持されている。

0051

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した本発明の好適な実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態包含する。

0052

10振動素子列、20送信ビームフォーマ、30 駆動部、40走査制御部、50受信ビームフォーマ、60画像形成部、70 表示部。

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