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技術 超音波診断装置、超音波診断方法及びプログラム

出願人 コニカミノルタ株式会社
発明者 酒井智仁川端章裕
出願日 2019年2月21日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2019-029803
公開日 2020年8月31日 (2ヶ月経過) 公開番号 2020-130736
状態 未査定
技術分野 超音波診断装置
主要キーワード 仮想原点 Bモード 角度偏向 音響線 電子スキャン 矩形波パルス 表示精度 パルス幅設定
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重要な関連分野

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図面 (13)

課題

広域視野を確保できるとともに、画像中央画質を向上できる超音波診断装置超音波診断方法及びプログラムを提供する。

解決手段

超音波診断装置は、複数の振動子アレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部と、スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する送信部と、を備える。スキャン制御部は、スキャン方向において、超音波プローブの中央側の音響線間角度が、端部側の音響線間角度よりも狭くなるように、スキャン条件を設定する。

概要

背景

従来、医用画像診断装置の一つとして、超音波を被検体に向けて送信し、その反射波を受信して受信信号に所定の信号処理を行うことにより、被検体内部の形状、性状又は動態超音波画像として可視化する超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、超音波プローブ体表に当てる又は体内に挿入するという簡単な操作で超音波画像を取得することができるので、安全であり、被検体にかかる負担も小さい。

電子スキャン方式の超音波診断装置では、例えば、複数の振動子アレイ状に配置した超音波プローブ(いわゆるアレイプローブ)を用いて、各振動子駆動タイミング電子的に変化させることにより、超音波のビーム方向及び超音波面の形状を制御できるフェーズドアレイ技術が利用される。電子スキャン方式では、連続する複数の振動子からなる振動子群を、振動子の配列方向に順次シフトして駆動することにより、振動子の配列方向(以下、「スキャン方向」と称する)に沿って診断対象をスキャンすることができる。

また、電子スキャン方式の一例として、超音波のビーム方向を変化させることにより、診断領域を拡大できる台形スキャンが実用化されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特許文献1には、図1A、図1Bに示すように、振動子231の背面側(振動子面Sとは反対側)に仮想原点VOを設定し、超音波の音響線ALが1つの仮想原点VOを通るように振動子231を駆動し、台形状に拡がる領域をスキャンする方法が開示されている(以下、「仮想原点法」と称する)。また、特許文献2には、図2A、図2Bに示すように、仮想原点法を利用した台形スキャンにおいて、隣り合う超音波の音響線AL間の角度Δθ(以下、「音響線間角度Δθ」と称する)が等しくなるようにスキャン制御する技術が開示されている。

概要

広域視野を確保できるとともに、画像中央画質を向上できる超音波診断装置、超音波診断方法及びプログラムを提供する。超音波診断装置は、複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部と、スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する送信部と、を備える。スキャン制御部は、スキャン方向において、超音波プローブの中央側の音響線間角度が、端部側の音響線間角度よりも狭くなるように、スキャン条件を設定する。

目的

本発明の目的は、広域視野を確保できるとともに、画像中央の画質を向上できる超音波診断装置、超音波診断方法及びプログラムを提供する

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

複数の振動子アレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部と、前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する送信部と、を備え、隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度と定義したとき、前記スキャン制御部は、スキャン方向において、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する、超音波診断装置。

請求項2

前記音響線は、前記超音波プローブの振動子面の中心を通る法線対称軸として左右対称に形成されている、請求項1に記載の超音波診断装置。

請求項3

前記超音波プローブの振動子面の法線と前記超音波の音響線とがなす角を音響線角度、前記振動子面と前記音響線とが交差する点をビーム発点と定義したとき、前記音響線角度は、前記音響線間角度が前記超音波プローブのスキャン方向中央で最小値となるように設定された、前記ビーム発点位置の関数で表される、請求項1又は2に記載の超音波診断装置。

請求項4

前記超音波プローブの振動子面と前記音響線とが交差する点をビーム発点と定義したとき、前記振動子面のスキャン方向中央における法線と前記音響線とが交差する仮想原点の位置は、前記音響線間角度が前記超音波プローブのスキャン方向中央で最小値となるように設定された、前記ビーム発点位置の関数で表される、請求項1又は2に記載の超音波診断装置。

請求項5

前記最小値は、極小値である、請求項3又は4に記載の超音波診断装置。

請求項6

前記音響線間角度は、前記超音波プローブのスキャン方向中央側ほど狭く、スキャン方向端部側ほど広い、請求項1から5のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

請求項7

前記音響線間角度は、前記超音波プローブのスキャン方向中央側からスキャン方向端部側に向けて単調増加する、請求項6に記載の超音波診断装置。

請求項8

前記音響線間角度の変化は、前記超音波プローブのスキャン方向中央側ほど小さく、スキャン方向端部側ほど大きい、請求項6又は7に記載の超音波診断装置。

請求項9

それぞれの前記音響線を一定角度偏向した超音波を送受信することにより得られる複数のフレームを空間的に合成して前記超音波画像を生成する画像処理部を備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

請求項10

複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部と、前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する送信部と、を備え、前記超音波プローブのスキャン方向中央における振動子面の法線と前記超音波の音響線とが交差する点を仮想原点と定義したとき、前記スキャン制御部は、前記超音波プローブの端部側の前記音響線の前記仮想原点が、中央側の前記音響線の前記仮想原点よりも前記振動子に近くなるように、前記スキャン条件を設定する、超音波診断装置。

請求項11

複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断方法であって、前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第1工程と、前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する第2工程と、を備え、隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度と定義したとき、前記第1工程は、前記超音波プローブのスキャン方向中央側の前記音響線間角度が、スキャン方向端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する、超音波診断方法。

請求項12

複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置のコンピュータに所定の処理を実行させるプログラムであって、前記所定の処理は、前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第1処理と、前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する第2処理と、を含み、隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度と定義したとき、前記第1処理は、スキャン方向において、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する、プログラム。

技術分野

0001

本発明は、超音波診断装置超音波診断方法及びプログラムに関し、特に、広域視野画像が得られる台形スキャンに有用な技術に関する。

背景技術

0002

従来、医用画像診断装置の一つとして、超音波を被検体に向けて送信し、その反射波を受信して受信信号に所定の信号処理を行うことにより、被検体内部の形状、性状又は動態超音波画像として可視化する超音波診断装置が知られている。超音波診断装置は、超音波プローブ体表に当てる又は体内に挿入するという簡単な操作で超音波画像を取得することができるので、安全であり、被検体にかかる負担も小さい。

0003

電子スキャン方式の超音波診断装置では、例えば、複数の振動子アレイ状に配置した超音波プローブ(いわゆるアレイプローブ)を用いて、各振動子駆動タイミング電子的に変化させることにより、超音波のビーム方向及び超音波面の形状を制御できるフェーズドアレイ技術が利用される。電子スキャン方式では、連続する複数の振動子からなる振動子群を、振動子の配列方向に順次シフトして駆動することにより、振動子の配列方向(以下、「スキャン方向」と称する)に沿って診断対象をスキャンすることができる。

0004

また、電子スキャン方式の一例として、超音波のビーム方向を変化させることにより、診断領域を拡大できる台形スキャンが実用化されている(例えば、特許文献1、2参照)。
特許文献1には、図1A、図1Bに示すように、振動子231の背面側(振動子面Sとは反対側)に仮想原点VOを設定し、超音波の音響線ALが1つの仮想原点VOを通るように振動子231を駆動し、台形状に拡がる領域をスキャンする方法が開示されている(以下、「仮想原点法」と称する)。また、特許文献2には、図2A、図2Bに示すように、仮想原点法を利用した台形スキャンにおいて、隣り合う超音波の音響線AL間の角度Δθ(以下、「音響線間角度Δθ」と称する)が等しくなるようにスキャン制御する技術が開示されている。

先行技術

0005

特公平1−37146号公報
特許第3135942号公報

発明が解決しようとする課題

0006

ところで、超音波診断においては、スキャン領域の中央が関心領域ROIとなる(図1A、図2A参照)。しかしながら、特許文献1、2に開示の仮想原点法のように、音響線ALが仮想原点VOを通るようにスキャン条件を設定すると、関心領域ROIの音響線間角度Δθが広くなる(音響線密度が低くなる)ため、関心領域ROIの画質が低くなってしまう。

0007

本発明の目的は、広域視野を確保できるとともに、画像中央の画質を向上できる超音波診断装置、超音波診断方法及びプログラムを提供することである。

課題を解決するための手段

0008

本発明に係る超音波診断装置は、
複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部と、
前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する送信部と、を備え、
隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度と定義したとき、
前記スキャン制御部は、スキャン方向において、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する。

0009

本発明に係る超音波診断装置は、
複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部と、
前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する送信部と、を備え、
前記超音波プローブのスキャン方向中央における振動子面の法線と前記超音波の音響線とが交差する点を仮想原点と定義したとき、
前記スキャン制御部は、前記超音波プローブの端部側の前記音響線の前記仮想原点が、中央側の前記音響線の前記仮想原点よりも前記振動子に近くなるように、前記スキャン条件を設定する。

0010

本発明に係る超音波診断方法は、
複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断方法であって、
前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第1工程と、
前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する第2工程と、
を備え、
隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度と定義したとき、
前記第1工程は、前記超音波プローブのスキャン方向中央側の前記音響線間角度が、スキャン方向端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する。

0011

本発明に係るプログラムは、
複数の振動子がアレイ状に配置された超音波プローブを駆動して被検体に向けて超音波を送信させ、前記被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を前記超音波プローブから受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置のコンピュータに所定の処理を実行させるプログラムであって、
前記所定の処理は、
前記超音波プローブにより台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第1処理と、
前記スキャン条件に基づいて前記超音波プローブの駆動を制御する第2処理と、を含み、
隣り合う音響線がなす角度を音響線間角度と定義したとき、
前記第1処理は、スキャン方向において、前記超音波プローブの中央側の前記音響線間角度が、端部側の前記音響線間角度よりも狭くなるように、前記スキャン条件を設定する。

発明の効果

0012

本発明によれば、広域視野を確保できるとともに、画像中央の画質を向上することができる。

図面の簡単な説明

0013

図1A、図1Bは、従来の台形スキャンにおける音響線の一例を示す図である。
図2A、図2Bは、従来の台形スキャンにおける音響線の他の一例を示す図である。
図3は、実施の形態に係る超音波診断装置の外観を示す図である。
図4は、超音波プローブの構成を示す図である。
図5は、超音波診断装置の制御系の主要部を示すブロック図である。
図6A、図6Bは、超音波診断装置で台形スキャンを行う場合に形成される音響線の一例を示す図である。
図7A、図7Bは、超音波診断装置で台形スキャンを行う場合に形成される音響線の他の一例を示す図である。
図8は、音響線を規定するパラメーターを説明するための図である。
図9は、台形スキャン処理の一例を示すフローチャートである。
図10は、台形スキャン処理における音響線角度の算出(図9のステップS3)で用いられる関数の一例を示す図である。
図11は、台形スキャン処理における音響線角度の算出(図9のステップS3)で用いられる関数の一例を示す図である。
図12A、図12Bは、コンベックスプローブを適用した場合に形成される音響線の一例を示す図である。

実施例

0014

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。

0015

図3は、本発明の一実施の形態に係る超音波診断装置Aの外観を示す図である。図4は、超音波プローブ2の構成を示す図である。図5は、超音波診断装置Aの制御系の主要部を示すブロック図である。

0016

図3に示すように、超音波診断装置Aは、超音波診断装置本体1及び超音波プローブ2を備える。超音波診断装置本体1と超音波プローブ2は、ケーブル3を介して接続される。なお、超音波プローブ2は、超音波診断装置本体1と無線通信を介して接続されてもよい。

0017

超音波診断装置Aは、被検体内の形状、性状又は動態を超音波画像として可視化し、画像診断するために用いられる。超音波診断装置Aは、表示モードとして、Bモード画像のみを表示させるBモードを有する。なお、超音波診断装置Aは、Bモード画像上にカラードプラ法によって得られるCFM(Color Flow Mapping)画像を重畳して表示させるCFMモードを有していてもよい。

0018

また、超音波診断装置Aは、接続される超音波プローブ2の種類に応じて、スキャン条件を設定可能となっている。超音波診断装置Aは、例えば、超音波プローブ2としてリニアプローブを用いる場合には、矩形状の画像が得られる通常のリニアスキャンと、リニアスキャンに比較して診断領域を拡大できる台形スキャンとを、切り替えて実行できるようになっている。リニアプローブを使用して台形スキャンを行うことにより、リニアスキャンの場合に比較して診断領域を拡大することができる。

0019

超音波プローブ2は、被検体に対して超音波を送信するとともに、被検体で反射された超音波エコーを受信し、受信信号に変換して超音波診断装置本体1に送信する。超音波プローブ2は、電子スキャン方式に対応可能なプローブであり、例えば、リニアプローブ、コンベックスプローブ又はセクタプローブを適用することができる。本実施の形態では、超音波プローブ2としてリニアプローブを適用した場合について説明する。

0020

図4に示すように、超音波プローブ2は、超音波放射側から順に、音響レンズ21、音響整合層22、振動子アレイ23、バッキング材24を有する。なお、音響レンズ21の表面(超音波放射面)には、保護層が配置されてもよい。

0021

音響レンズ21は、超音波をスライス方向収束させるレンズであり、例えば、スライス方向における中央部が盛り上がったかまぼこ形状を有する。
音響整合層22は、超音波を効率よく被検体内に進入させるための中間的物質であり、振動子231と被写体の音響インピーダンス整合させる。

0022

振動子アレイ23は、スキャン方向に配置された複数の短冊状の振動子231により構成される。振動子アレイ23は、振動子231が単列で配置された1Dアレイであってもよいし、振動子231が多列で配置された2Dアレイであってもよい。
バッキング材24は、振動子アレイ23で発生する不要振動減衰する。

0023

超音波プローブ2によれば、スライス方向に収束する超音波のビームプロファイルが得られる。また、駆動する振動子231をスキャン方向に順次切り替えることにより、超音波をスキャン方向に収束させることができる(いわゆる電子フォーカス)。

0024

超音波診断装置本体1は、超音波プローブ2からの受信信号を用いて、被検体の内部状態を超音波画像として可視化する。図5に示すように、超音波診断装置本体1は、送信部11、受信部12、Bモード信号処理部14、表示処理部15、表示部16、操作入力部17、及び制御部40等を備える。

0025

送信部11、受信部12、Bモード信号処理部14及び表示処理部15は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)、ASIC(Application Specific IntegratedCircuit)、PLD(Programmable Logic Device)等の、各処理に応じた少なくとも一つの専用ハードウェア電子回路)で構成される。

0026

制御部40は、演算制御装置としてのCPU(Central Processing Unit)41、主記憶装置としてのRAM(Random Access Memory)42及びROM(Read Only Memory)43等を有する。ROM43には、基本プログラムや基本的な設定データが記憶される。CPU41は、ROM43から処理内容に応じたプログラムを読み出してRAM42に展開し、展開したプログラムを実行することにより、超音波診断装置本体1の各機能ブロック(送信部11、受信部12、Bモード信号処理部14、表示処理部15及び表示部16)の動作を集中制御する。

0027

本実施の形態では、機能ブロックを構成する各ハードウェアと制御部40とが協働することにより、各機能ブロックの機能が実現される。なお、制御部40がプログラムを実行することにより、各機能ブロックの一部又は全部の機能が実現されるようにしてもよいし、それぞれの機能ブロックが、プログラムを実行可能な構成を有していてもよい。

0028

また、本実施の形態では、制御部40は、超音波プローブ2により所定のスキャン動作が行われるようにスキャン条件を設定するスキャン制御部として機能する。スキャン条件は、例えば、送受信する超音波の音響線角度θを含む。音響線角度θは、音響線ALと振動子面Sの法線NVとのなす角である。音響線ALは、各ビーム中心線であり、法線NVは、以下で説明するビーム発点Lを通る線とする。
音響線角度θは、ビーム発点Lごとに設定される。ビーム発点Lとは、超音波の音響線ALと振動子面Sとが交差する点である。ビーム発点Lの位置PL(以下、ビーム発点位置PL)と称する)は、例えば、振動子アレイ23のスキャン方向中央を基準として、符号(±)付きの距離で表される。リニアスキャンの場合、ビーム発点Lに関わらず、音響線角度θは0°である。一方、台形スキャンの場合は、音響線ALが法線NVから偏向するように、音響線角度θが設定される。

0029

ここで、超音波プローブ2のスキャン方向中央における振動子面Sの法線NVと音響線ALとが交差する点を仮想原点VOと定義すると、仮想原点VOの位置PO(以下、「仮想原点位置PO」と称する)、ビーム発点位置PL及び音響線角度θとの間には、下式(1)の関係が成り立つ。仮想原点位置POは、振動子面Sと法線NVとの交点Oを基準とした距離で表される。
θ=arctan(PL/PO) ・・・(1)
つまり、スキャン条件として、音響線角度θに代えて、仮想原点位置POを用いることもできる。

0030

送信部11は、制御部40の指示に従って、送信信号駆動信号)を生成して、超音波プローブ2に出力する。具体的には、送信部11は、制御部40によって設定されたスキャン条件に基づいて、超音波プローブ2の駆動を制御する。図示を省略するが、送信部11は、例えば、クロック発生回路パルス発生回路パルス幅設定部及び遅延回路を有する。

0031

クロック発生回路は、パルス信号送信タイミング送信周波数を決定するクロック信号を発生させる。パルス発生回路は、所定の周期で予め設定された電圧振幅バイポーラー型の矩形波パルスを発生させる。パルス幅設定部は、パルス発生回路から出力される矩形波パルスのパルス幅を設定する。パルス発生回路で生成された矩形波パルスは、パルス幅設定部への入力前又は入力後に、超音波プローブ2の個々の振動子231ごとに異なる配線経路に分離される。遅延回路は、生成された矩形波パルスを、振動子231ごとの駆動タイミングに応じて遅延させ、超音波プローブ2に出力する。
振動子231の駆動タイミングを制御することで、1回のスキャンで送信される複数の超音波の音響線角度θを異ならせることができ、これにより、台形スキャンが実現される。

0032

受信部12は、制御部40の指示に従って、超音波プローブ2からの受信信号を受信し、Bモード信号処理部14へ出力する。図示を省略するが、受信部12は、例えば、増幅器、A/D変換回路整相加算回路を有する。

0033

増幅器は、超音波プローブ2の各振動子231により受信された超音波に応じた受信信号を予め設定された所定の増幅率でそれぞれ増幅する。A/D変換回路は、増幅された受信信号を所定のサンプリング周波数デジタルデータに変換する。整相加算回路は、A/D変換された受信信号に対して、振動子231に対応した配線経路毎に遅延時間を与えて時相を整え、これらを加算整相加算)する。

0034

Bモード信号処理部14は、制御部40の指示に従って、受信部12からのBモード画像用の受信データに、包絡線検波処理、対数圧縮処理等を施して、ダイナミックレンジゲインの調整を行って輝度変換することで、Bモード画像データを生成する。

0035

表示処理部15は、制御部40の指示に従って、Bモード信号処理部14において生成された画像データを、表示部16に対応する表示信号に変換して出力し、表示部16にBモード画像を表示させる。なお、表示処理部15は、超音波プローブ2の種類に応じた座標変換及び画素補間を行うDSC(Digital Scan Converter)を含む。

0036

表示部16は、例えば、液晶ディスプレイ有機ELディスプレイCRTディスプレイ等で構成される。表示部16は、制御部40の指示に従って、表示処理部15からの表示信号に基づいて画像を表示する。

0037

操作入力部17は、例えば、診断に関する情報の入力を受け付ける。操作入力部17は、例えば、複数の入力スイッチを有する操作パネルキーボード、及びマウス等を有する。利用者は、操作入力部17を介して、関心領域、診断部位、超音波プローブ2の種類、及びスキャンモード(リニア/台形)などを設定することができる。
なお、表示部16及び/又は操作入力部17には、超音波診断装置本体1と通信可能に接続された外部装置(例えば、タブレット端末)を適用することもできる。

0038

図6A、図6Bは、超音波診断装置Aで台形スキャンを行う場合に形成される音響線ALの一例を示す図である。図7A、図7Bは、超音波診断装置Aで台形スキャンを行う場合に形成される音響線ALの他の一例を示す図である。図8は、音響線ALを規定するパラメーターを説明するための図である。

0039

音響線ALは、前述したように、一回の超音波の送受信で駆動される振動子群においてスキャン方向中央の2個の振動子231の境界を通る。図6A、図7Aでは、振動子アレイ23の構造を簡略化して、17回の超音波の送受信により、一回の台形スキャンが行われる場合について示している。つまり、1回の台形スキャンにおいて、17本の音響線ALが形成される場合について示している。
また、図6B、図7Bでは、図6A、図7Aに示す音響線ALを形成した場合の音響線間角度Δθを実線で、図1Aに示す音響線ALを形成した場合の音響線間角度Δθを破線で示している。

0040

以下において、図6A、図7Aの左からN番目(N=1〜17)の音響線ALを「音響線AL(N)」、音響線AL(N)の音響線角度θ、ビーム発点L、仮想原点VO、ビーム発点位置PL、仮想原点位置POを、それぞれ「音響線角度θ(N)」、「ビーム発点L(N)」、「仮想原点VO(N)」、「ビーム発点位置PL(N)」、仮想原点位置P0(N)と表す。また、隣り合う音響線AL(N)と音響線AL(N+1)の間の音響線間角度Δθを「音響線間角度Δθ(N)」と表す。

0041

図6B、図7Bに示すように、本実施の形態では、スキャン方向において、超音波プローブ2の中央側の音響線間角度Δθ(例えば、音響線間角度Δθ(8)、Δθ(9))が、端部側の音響線間角度Δθ(例えば、音響線間角度Δθ(1)、Δθ(16))よりも狭くなっている。つまり、スキャン方向において、超音波プローブ2の中央側の音響線間角度Δθが、端部側の音響線間角度Δθよりも狭くなるように、スキャン条件が設定されている。スキャン方向端部の音響線ALほど仮想原点VOが振動子面Sに近くなるように、スキャン条件が設定されていると言うこともできる。
これにより、超音波プローブ2のスキャン方向中央側ほど音響線間角度Δθが小さく、音響線密度が高くなる。したがって、超音波プローブ2の中央側ほど音響線間角度Δθが大きい従来の仮想原点法(図1A、図1B参照)に比較して、診断対象である関心領域ROIの中央の画質が向上する。

0042

また、音響線ALは、振動子面Sの中心を通る法線NVを対称軸として左右対称に形成されており、音響線間角度Δθは、超音波プローブ2のスキャン方向中央側からスキャン方向端部側に向けて単調増加し、超音波プローブ2のスキャン方向中央側ほど狭く、スキャン方向端部側ほど広くなっている。これにより、安定した画質の超音波画像を得ることができる。

0043

図6A、図6Bに示す音響線ALの超音波を用いた台形スキャンでは、スキャン方向中央の音響線間角度Δθの変化が急峻となっている。この場合、画像中央の画質は向上するが、端部に向かうにつれて画質が急激に劣化することとなり、視認性が損なわれる虞がある。これに対して、図7A、図7Bに示す音響線ALでは、音響線間角度Δθの変化は、5番目の音響線AL(5)〜13番目の音響線AL(13)にわたる範囲では緩やかであり、音響線AL(5,13)から端部にわたる範囲では急峻となっている。このように、超音波プローブ2のスキャン方向中央側ほど小さく、スキャン方向端部側ほど大きくすることにより、急激な画質変化を抑制し、安定した画質の超音波画像を得ることができる。特に、関心領域ROIを形成する音響線ALについて、音響線間角度Δθがほぼ同等に設定されるのが好ましい。

0044

図9は、台形スキャン処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、例えば、超音波診断装置Aにおいて、台形スキャンモードが選択されることに伴い、CPU41がROM43に格納されている所定のプログラムを実行することにより実現される。例えば、操作入力部17を介してユーザーが台形スキャンモードを選択した場合に、台形スキャン処理が開始される。

0045

図9のステップS1において、制御部40は、超音波診断装置本体1に接続されている超音波プローブ2に関するプローブ情報を取得する。プローブ情報は、超音波プローブ2の種類、振動子アレイ23の構成(例えば、振動子数、振動子サイズ)等を含む。プローブ情報は、例えば、予めROM43に格納されており、使用される超音波プローブ2に応じて適宜読み出される。また、ROM43に格納されているプローブ情報は、操作入力部17におけるユーザーの入力操作によって更新されてもよい。

0046

ステップS2において、制御部40は、最大音響線角度θmaxを取得する。最大音響線角度θmaxは、図8に示すように、最外側の音響線ALの音響線角度θ(図8では、音響線AL(17)の音響線角度θ(17))である。最大音響線角度θmaxは、例えば、操作入力部17におけるユーザーの入力操作によって提供される。

0047

ステップS3において、制御部40は、ステップS1及びS2で取得したプローブ情報及び最大音響線角度θmaxに基づいて、各音響線ALの音響線角度θを算出する。音響線角度θの算出には、音響線間角度Δθがスキャン方向中方側で狭くなるような関数が適用される。この関数の具体例については、後述する。

0048

ステップS4において、制御部40は、ステップS3で算出された音響線角度θをスキャン条件として送信部11及び受信部12に送信し、台形スキャンを実行させる。送信部11では、スキャン条件に基づいて遅延制御が行われ、超音波プローブ2による台形スキャンが実行される。

0049

図10図11は、台形スキャン処理における音響線角度θの算出(図9のステップS3)で用いられる関数の一例を示す図である。
図10図11に示す関数は、実質的に同じ特性を示す関数である。図10は、音響線角度θをビーム発点位置PLの関数として表しており、図11は、仮想原点位置POをビーム発点位置PLの関数として表している。具体的には、図10に示す関数は下式(2)で表され、図11に示す関数は下式(3)で表される。
θ=sgn(L)×β×|PL|α ・・・(2)
PO=L/tan{sgn(L)×β×|PL|α} ・・(3)
sgn(L):ビーム発点の符号
α、β:偏向角変動係数
ここで、偏向角変動係数α、βは、音響線間角度Δθを制御するための特性値であり、αを定数とし、プラス側の最外側のビーム発点位置PLmax(=PL(17))、及びこれに対応する音響線角度θmax(=θ(17)))を規定すると、βが求まる関係を有している。

0050

数式(2)、又は数式(1)と数式(3)に従って音響線角度θを求めると、音響線間角度Δθは、超音波プローブ2のスキャン方向中央で最小値をとる。つまり、音響線角度θ又は仮想原点位置POを表す関数には、超音波プローブ2のスキャン方向中央において、音響線間角度Δθが最小値をとるような関数が適用される。特に、図6B、図7Bに示すように、超音波プローブ2のスキャン方向中央において、音響線間角度Δθが極小値を取ることが好ましい。

0051

図10図11に示すような関数を用いて音響線角度θを算出することにより、適宜スキャン条件を設定することができるので、使用する超音波プローブ2の種類に応じて柔軟に対応することができる。
なお、これらの関数は、表示処理部15にて表示用の画像を生成するために実施する座標変換において、代数的解法が存在するような関数であることが、表示精度や実現容易性の観点で望ましい。

0052

このように、実施の形態に係る超音波診断装置Aは、複数の振動子231がアレイ状に配置された超音波プローブ2を駆動して被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を超音波プローブ2から受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブ2により台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する制御部40(スキャン制御部)と、スキャン条件に基づいて超音波プローブの駆動を制御する送信部11と、を備える。隣り合う音響線ALがなす角度を音響線間角度Δθと定義したとき、制御部40は、スキャン方向において、超音波プローブ2の中央側の音響線間角度Δθが、端部側の音響線間角度Δθよりも狭くなるように、スキャン条件を設定する。

0053

言い替えると、超音波診断装置Aは、複数の振動子231がアレイ状に配置された超音波プローブ2を駆動して被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を超音波プローブ2から受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置であって、超音波プローブ2により台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する制御部40(スキャン制御部)と、スキャン条件に基づいて超音波プローブの駆動を制御する送信部11と、を備える。超音波プローブ2のスキャン方向中央における振動子面Sの法線NVと超音波の音響線ALとが交差する点を仮想原点VOと定義したとき、制御部40は、超音波プローブ2の端部側の音響線ALの仮想原点VOが、中央側の音響線ALの仮想原点VOよりも振動子231に近くなるように、スキャン条件を設定する。

0054

また、本実施の形態に係る超音波診断方法は、複数の振動子231がアレイ状に配置された超音波プローブ2を駆動して被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を超音波プローブ2から受信して、超音波画像を生成する超音波診断方法であって、超音波プローブ2により台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第1工程(図9のステップS1〜S3)と、スキャン条件に基づいて超音波プローブの駆動を制御する第2工程(図9のステップS4)と、を含む。隣り合う音響線ALがなす角度を音響線間角度Δθと定義したとき、第1工程は、超音波プローブ2のスキャン方向中央側の音響線間角度Δθが、スキャン方向端部側の音響線間角度Δθよりも狭くなるように、スキャン条件を設定する。

0055

また、本実施の形態に係るプログラムは、複数の振動子231がアレイ状に配置された超音波プローブ2を駆動して被検体に向けて超音波を送信するとともに、被検体内で反射された反射波に基づく受信信号を超音波プローブ2から受信して、超音波画像を生成する超音波診断装置Aのコンピュータに所定の処理を実行させるプログラムであって、所定の処理は、超音波プローブ2により台形スキャンが行われるようにスキャン条件を設定する第1処理(図9のステップS1〜S3)と、スキャン条件に基づいて超音波プローブの駆動を制御する第2処理(図9のステップS4)と、を含む。隣り合う音響線ALがなす角度を音響線間角度Δθと定義したとき、第1処理は、超音波プローブ2のスキャン方向中央側の音響線間角度Δθが、スキャン方向端部側の音響線間角度Δθよりも狭くなるように、スキャン条件を設定する。
このプログラムは、例えば、当該プログラムが格納されたコンピューター読取可能な可搬型記憶媒体光ディスク光磁気ディスク、及びメモリカードを含む)を介して提供される。また例えば、このプログラムは、当該プログラムを保有するサーバーから、ネットワークを介してダウンロードにより提供することもできる。

0056

実施の形態に係る超音波診断装置A、超音波診断方法及びプログラムによれば、台形スキャンにより広域視野を確保できるとともに、超音波プローブ2のスキャン方向中央側において音響線密度が高くなるので、画像中央の画質を向上することができる。

0057

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は上記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で変更可能である。

0058

例えば、実施の形態では、音響線ALが、振動子面Sの中心を通る法線NVを対称軸として左右対称に形成されているが、音響線ALは左右対称でなくてもよい。
また例えば、実施の形態では、関数を用いた演算によりスキャン条件である音響線角度θを算出する場合について説明したが、超音波プローブ2の種類等に応じて予め設定した音響線角度θのデータを制御部40が保有するようにしてもよい。また、スキャン条件として、仮想原点位置POを用いてもよい。

0059

さらに、超音波診断装置Aは、それぞれの音響線ALを一定角度偏向した超音波を送受信することにより得られる複数のフレームを空間的に合成して超音波画像を生成する画像処理部を備えていてもよい(いわゆる空間コンパウンド)。これにより、超音波画像の均一性を向上することができる。

0060

また、実施の形態では、超音波プローブ2としてリニアプローブを適用した場合について説明したが、コンベックスプローブを適用してもよい。図12A、図12Bに、コンベックスプローブを適用した場合の音響線ALの一例を示す。図12A、図12Bに示すように、この場合も、台形スキャンにより広域視野を確保できるとともに、超音波プローブ2のスキャン方向中央側において音響線密度が高くなるので、画像中央の画質を向上することができる。

0061

また、図6B、図7Bでは、音響線間角度Δθが連続的に滑らかに変化しているが、音響線間角度Δθの変化を示す形状はこれに限定されない。例えば、音響線間角度Δθは、振動子面Sのスキャン方向中央で連続する複数の音響線間角度Δθが同じ値となるように、段階的に変化してもよい。

0062

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

0063

A超音波診断装置
1超音波診断装置本体
2超音波プローブ
11 送信部
12 受信部
14Bモード信号処理部
15表示処理部
16 表示部
17操作入力部
40 制御部
AL音響線
θ 音響線角度
Δθ 音響線間角度
VO仮想原点
PO 仮想原点位置
Lビーム発点
PLビーム発点位置

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