JP3764854B2

JP3764854B2 - Ultrasonic diagnostic equipment

Info

Publication number: JP3764854B2
Application number: JP2001171505A
Authority: JP
Inventors: 剛望月; 優子山下
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-06
Filing date: 2001-06-06
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2021-06-06
Also published as: JP2002360566A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に三次元空間内に複数の走査面を形成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元空間を超音波ビームで走査し、エコーデータを収集する超音波診断装置には、アレイ振動子を機械的に移動させる構成が用いられている。この構成では、アレイ振動子の電子走査により走査面が形成される。そして、アレイ振動子を機械的に移動させて電子走査を繰り返すことにより、三次元空間内に複数の走査面が形成され、超音波ビームの送受信による三次元データが取得される。
【０００３】
図４は、三次元データ収集のための従来の超音波診断装置におけるアレイ振動子の機械的な移動の速度変化を示すグラフである。同図において、縦軸が速度であり、横軸が時間である。同図では、アレイ振動子の移動開始から停止までの１回分のストロークを示している。移動開始時及び停止時におけるアレイ振動子の機械駆動系の負荷を軽減するために、移動開始時には加速期間［ｔ_A，ｔ_B］、また停止時には減速期間［ｔ_C，ｔ_D］が設けられ、アレイ振動子を徐々に加減速する。加速期間と減速期間との間（期間［ｔ_B，ｔ_C］）、アレイ振動子は等速移動される。
【０００４】
従来は、この等速移動期間に、一定時間間隔で電子走査を繰り返して複数の走査面を形成していた。図５は、等速移動期間に形成される複数の走査面の配置を示す模式的な平面図である。同図において縦方向（Ｘ方向）がアレイ振動子の配列方向、横方向（Ｚ方向）がアレイ振動子の機械的な移動方向である。電子走査は例えばアレイ振動子の駆動アドレスを＆１，＆２，…，＆Ｎと変えて、超音波ビームの位置をアレイ振動子の一方端から他方端へ順に移動させることにより実現される。
【０００５】
電子走査は、Ｚ方向にアレイ振動子を機械的に移動させながら行われるため、走査面４はアレイ振動子の配列方向に平行とはならず、斜めとなる。この斜めに形成される走査面４上で得られたエコーデータが、アレイ振動子に平行な断面での超音波画像とされる。つまり、この超音波画像は実際の対象物の像とはずれており、この意味で歪みを有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来の超音波診断装置は、アレイ振動子の加減速が行われる期間には電子走査を行わずに、等速移動される期間にのみ電子走査を行うことによって、三次元空間内に一様に走査面を配置する。これにより、アレイ振動子の移動方向に関し一様な解像度を得ることができる。一方、従来の装置は加減速期間では一様な解像度の三次元データを得ることができず、加減速期間がエコーデータ取得のロス時間となるという問題があった。そのため、アレイ振動子を往復移動させて三次元データを反復して取得する場合には、加減速期間の分、往復に要する時間が長くなり、データサンプリングレートが低くなるという問題があった。例えば、得られた三次元エコーデータを用いて、動きの速い心臓の弁をリアルタイムで観察する場合には、アレイ振動子を高速、例えば１秒間に２５回程度揺動させることが要求されるが、従来の装置では、このような要求に十分に応えることが難しかった。また、三次元データの取得に際して、アレイ振動子の移動可能範囲を有効に利用できないという問題があった。
【０００７】
これに対し、加減速期間を短くすると、例えばアレイ振動子に急制動が加わるポイントにて、アレイ振動子の動きにリンギングが生じ、機械駆動系の負担が大きくなる。図６は、加減速期間を短縮した場合のアレイ振動子の機械的な移動の速度変化を模式的に示すグラフであり、加速期間から等速移動期間へ移行するタイミング、及びアレイ振動子が停止するタイミングにてそれぞれリンギング６が生じる様子が示されている。
【０００８】
一方、加減速期間と等速移動期間とを合わせたアレイ振動子の全移動期間にて一定の時間間隔で電子走査を行う構成では、等速移動期間を短くしてアレイ振動子の揺動周期の短縮を図ることが可能となる。しかし、この場合には、アレイ振動子の移動速度に応じて走査面の間隔に疎密が生じる。具体的には、アレイ振動子の移動可能範囲の端部ほど走査面が密に形成され、一方、移動可能範囲の中央部において走査面が相対的に疎に形成される。すなわち、得られた三次元データを用いて対象物を三次元的に観察しようとした場合、アレイ振動子の移動方向に関して端部では解像度が高く、一般に観察の関心の高い中央部では相対的に解像度が低くなる。
【０００９】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、観察対象の三次元空間を高レートで走査することを可能とすると共に、アレイ振動子の移動方向に関する解像度の一様性を確保し、リアルタイムの観察に好適な三次元画像が得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波ビームの電子走査が可能なアレイ振動子を移動する移動手段を有し、当該アレイ振動子の移動中に前記電子走査を繰り返して、三次元空間内に複数の走査面を形成する超音波診断装置において、アレイ振動子の移動量を検出する移動量検出手段と、検出された前記移動量に基づいて、電子走査による各走査面上の所定の基準点が前記アレイ振動子の移動方向に関して等間隔となるように前記電子走査の開始タイミングを制御するタイミング制御手段とを有し、前記移動手段は、所定の速度変化関数に従った速度で前記アレイ振動子を移動し、前記所定の速度変化関数は、アレイ振動子を移動させる機械駆動系の負荷を軽減するためにアレイ振動子の移動方向の加速度が小さくなるような滑らかな速度変化関数であり、前記タイミング制御手段は、前記速度変化関数と前記各走査面での前記基準点までの前記電子走査の所要時間とに基づいて、前記各走査面の前記開始タイミングにおける前記アレイ振動子の予定位置を決定する、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、電子走査が行われるときに、アレイ振動子は等速移動をしている必要はない。本発明では、アレイ振動子の移動量を検出し、その移動量を用いて電子走査の間隔を制御することによって、アレイ振動子の移動方向に関する走査面の間隔の一様化、すなわち当該方向に関する解像度の一様化が図られる。ここで、アレイ振動子の速度が変化する場合には、一般に、隣接する２つの走査面間の間隔は、電子走査方向（超音波ビームの移動方向）の位置に応じて変化し、一定とはならない。本発明では、走査面上に所定の基準点を定め、各走査面の基準点がアレイ振動子の移動方向に関して等間隔に配置されるように、アレイ振動子の移動量に基づいて電子走査の開始タイミングが定められる。本発明によれば、滑らかな関数に従って速度が変化するようにアレイ振動子を移動させ、リンギングを生じることなく、アレイ振動子の移動開始から停止までの周期を短縮し、かつアレイ振動子の移動方向に関する解像度の一様性を向上することができる。
【００１２】
他の本発明に係る超音波診断装置は、アレイ振動子が往復移動されるものであって、前記アレイ振動子の移動量を検出する移動量検出手段と、前記往復移動の往路と復路とで電子走査の向きを反対にして各走査面を形成する電子走査手段と、検出された前記移動量に基づいて、前記各走査面上の所定の基準点が前記アレイ振動子の移動方向に関して等間隔となり、かつ、前記往路の前記各走査面の前記基準点と前記復路の前記各走査面の前記基準点とが同じ位置となるように、前記電子走査の開始タイミングを制御するタイミング制御手段とを有する。
【００１３】
本発明においても、アレイ振動子の往復移動の周期が短縮され、かつその移動方向に関する解像度の一様性が向上する。本発明では、さらに往路の走査面の配置及び復路の走査面の配置の同等化が図られる。つまり、往路の各走査面の基準点と復路の各走査面の基準点とが合致され、往路の走査面と復路の走査面とは基準点で互いに交差する。さて、アレイ振動子を移動させながら電子走査を行うと、往路の走査面と復路の走査面とは、アレイ振動子の速度に応じた角度でそれぞれアレイ振動子の配列方向に対して傾く。本発明では、電子走査の向きを往路と復路とで反対にすることによって、往路及び復路の両走査面が同じ向きに傾き、両走査面の基準点以外の部分での間隔を小さくすることができる。このようにして往路と復路との互いに対応する２つの走査面が同じ位置又は概ね同じ位置に配置され、往路と復路とでのエコーデータの採取ポイントの相違による三次元画像のちらつきが抑制される。
【００１４】
別の本発明に係る超音波診断装置は、アレイ振動子が往復移動される上記装置において、さらにアレイ振動子の移動手段が、前記アレイ振動子の前記往路における速度変化関数ｆ(ｘ)（ｘは前記アレイ振動子の移動方向に沿った座標を表す変数である）と前記復路における速度変化関数ｇ(ｘ)との間に次の関係式、
ｇ(ｘ)＝−ｆ(ｘ)
が成り立つように前記アレイ振動子の往復移動を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、復路でのアレイ振動子の運動は、往路でのアレイ振動子の運動を逆転させたものとされる。すなわち、往復移動の移動範囲の各点において、アレイ振動子の往路での速度と復路での速度とは大きさが等しく、向きが逆とされる。この場合には、往路の走査面と復路の走査面とのそれぞれの基準点を一致させると、両走査面が基準点以外の部分においても一致する。つまり、往路と復路とで共通の走査面上でのエコーデータが取得される。
【００１６】
また別の本発明に係る超音波診断装置は、アレイ振動子の移動手段が、所定の速度変化関数に従った速度で前記アレイ振動子を移動し、前記タイミング制御手段は、前記速度変化関数と前記各走査面での前記基準点までの前記電子走査の所要時間とに基づいて、前記各走査面の前記開始タイミングにおける前記アレイ振動子の予定位置を決定する。
【００１７】
本発明によれば、アレイ振動子の移動方向に関する各基準点の位置は、それらが等間隔になるように定められる。また、超音波ビームが電子走査の開始位置から基準点まで移動する時間は電子走査の速度から得られる。この基準点到達までの走査時間にアレイ振動子が移動する距離が、アレイ振動子の所定の速度変化関数に基づいて得られる。この移動距離をアレイ振動子の移動方向に関する基準点の位置から減算した位置が、各走査面の電子走査の開始タイミングにおけるアレイ振動子の予定位置となる。タイミング制御手段は、アレイ振動子の移動量がこの開始タイミング時の予定位置に対応するものとなったときに、電子走査を開始する。このように電子走査の開始タイミングが、移動量検出手段により得られるアレイ振動子の移動量に基づいて制御される。
【００１８】
本発明の好適な態様は、前記タイミング制御手段が、前記所定の速度変化関数に対応してあらかじめ決定された前記予定位置を記憶する記憶手段と、前記移動量検出手段の出力に基づく前記振動子アレイの現在位置と前記記憶手段が記憶する前記予定位置との一致に基づいて、前記開始タイミングを検知するタイミング検知手段とを有する超音波診断装置である。各走査面の電子走査の開始タイミングでのアレイ振動子の予定位置は、所定の速度変化関数に対しては固定であるので、逐一計算する必要はない。本態様では、開始タイミングに対応する予定位置をあらかじめ計算して記憶手段に格納し、これを読み出して電子走査の制御を行う。
【００１９】
また本発明の他の好適な態様は、前記基準点が、前記各走査面での前記電子走査の中心であることを特徴とする超音波診断装置である。往路の走査面と復路の走査面とが基準点でのみ交差する場合には、基準点を走査面での電子走査の中心にすることによって、走査面の一方端側での往路の走査面と復路の走査面との間隔と他方端側での間隔との均等化が図られる。これにより、往路の走査面及び復路の走査面の走査面内での平均間隔が低減され、往路と復路とでほぼ同等位置に配置された走査面でのエコーデータが取得される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態である超音波診断装置の概略のブロック図である。本装置は、三次元スキャナ２０、送受信回路２２、画像処理部２４、ＤＳＣ（Digital Scan Converter）２６、表示部２８、システム制御部３０、電子走査制御部３２、機械走査制御部３４、電子走査開始位置指示部３６を含んで構成される。
【００２２】
三次元スキャナ２０は、リニアアレイ型の超音波振動子（アレイ振動子）及びこれを移動させるモータを有している。三次元スキャナ２０はアレイ振動子を電子走査（リニア走査、セクタ走査）することによって、走査面上でのエコーデータを取得する。ここで、電子走査による超音波ビームの移動方向をＸ方向、超音波ビームが形成される深さ方向をＹ方向とする。モータによってアレイ振動子を移動させることによって、ＸＹ面に直交するＺ方向の機械走査が行われる。このように三次元スキャナ２０は、機械走査を行いつつ電子走査を繰り返すことによって、三次元空間のエコーデータを取り込む。本装置では、モータの回転量を検出するエンコーダが設けられ、その出力に基づいてアレイ振動子のＺ方向の移動量を検出することができる。
【００２３】
送受信回路２２は、三次元スキャナ２０のアレイ振動子に対して送信パルス信号を供給する。また、送受信回路２２は、アレイ振動子の各チャネルごとの受信信号を整相加算する処理、受信信号の増幅、及びＡ／Ｄ変換などを行う。
【００２４】
画像処理部２４は、送受信回路２２から入力された受信信号に基づいて、各超音波ビームに対応する画素の輝度値を決定し、三次元画像データを生成して、ＤＳＣ２６へ出力する。ＤＳＣ２６に格納された三次元画像データは、システム制御部３０の制御の下に読み出されて表示部２８へ出力され、表示部２８は三次元超音波画像を表示する。
【００２５】
電子走査制御部３２は、送受信回路２２における送信動作及び受信動作を制御して、電子走査を制御する。具体的には、電子走査制御部３２は、送受信回路２２からアレイ振動子への送信パルス信号をどの振動子に対してどのタイミングで供給するかを制御することによって、超音波の送信ビームの形成を制御する。また、電子走査制御部３２は、送受信回路２２での受信整相加算処理におけるチャネル間の遅延量を制御し、受信ビームを形成する。このように、電子走査制御部３２は、超音波ビームのＸ方向の移動を制御する。
【００２６】
機械走査制御部３４は、モータ駆動部５０、モータ駆動速度波形記憶部５２、アレイ振動子位置検出部５４を含んで構成される。モータ駆動部５０は、三次元スキャナ２０内のモータを駆動する。モータ駆動速度波形記憶部５２には、機械走査の開始から終了までの間のモータの駆動速度の時間変化波形があらかじめ格納されている。モータ駆動部５０は、モータ駆動速度波形記憶部５２に記憶されたモータ駆動速度波形に基づいて、モータの駆動速度を制御する。アレイ振動子位置検出部５４は、三次元スキャナ２０に設けられたエンコーダの出力に基づいてアレイ振動子の機械走査方向の位置を検出する。例えば、モータ駆動部５０は、アレイ振動子位置検出部５４が出力するアレイ振動子の位置情報を利用して、予定されたモータ駆動速度波形に従うようにモータの実際の駆動速度をフィードバック制御することができる。
【００２７】
電子走査開始位置指示部３６は、アレイ振動子の機械走査に伴って三次元空間に順次形成される複数の走査面の間隔の一様化が図られるように、電子走査を開始すべきアレイ振動子のＺ座標を各走査面ごとに定め、そのＺ座標を電子走査制御部３２に提供する。電子走査開始位置指示部３６は、例えばモータ駆動速度波形記憶部５２に記憶されたモータ駆動速度波形を利用して、当該Ｚ座標を計算する構成とすることができる。またモータ駆動速度波形はあらかじめ定められるものであるので、電子走査を開始すべきアレイ振動子のＺ座標もあらかじめ計算しておくことができる。よって、電子走査開始位置指示部３６を、あらかじめ計算された当該Ｚ座標を記憶したメモリを用いて、走査面ごとに順次、当該Ｚ座標を読み出して電子走査制御部３２へ出力する構成とすることもできる。
【００２８】
システム制御部３０は、本装置がシステムとして機能するように、各部、特に機械走査制御部３４、電子走査開始位置指示部３６、ＤＳＣ２６の動作を制御する。
【００２９】
次に本装置の機械走査及び電子走査について説明する。図２は、モータ駆動速度波形記憶部５２に記憶されるモータ駆動速度波形ｖ(ｔ)の一例を示すグラフである。同図において、縦軸が速度、また横軸が時間に対応する。本装置ではアレイ振動子はＺ方向に周期２τ_Mで往復移動され、モータ駆動速度波形ｖ(ｔ)は往路、復路それぞれの移動開始（ｔ＝０）から停止時間（ｔ＝τ_M）までのアレイ振動子の速度の絶対値の変化を定めたものである。モータ等のＺ方向の機械駆動系の負荷を軽減するために、ｖ(ｔ)には、Ｚ方向の移動範囲の各点での加速度が小さくなるような滑らかな関数が採用される。図２に例示するｖ(ｔ)は、次式で表されるカーブ６０で速さが変化する関数である。
【００３０】
【数１】
ｖ(ｔ)＝Ａ〔１−cos(２πｔ／τ_M)〕 ………（１）
図３は、本装置の機械走査により形成される複数の走査面の配置を示す模式的な平面図である。同図において縦方向がアレイ振動子の配列方向（Ｘ方向）、横方向がアレイ振動子の機械的な移動方向（Ｚ方向）である。電子走査は例えばアレイ振動子の駆動アドレスを＆１，＆２，…，＆Ｎと変えて、超音波ビームの位置をアレイ振動子の一方端から他方端へ順に移動させることにより実現される。
【００３１】
本装置では、Ｘ方向の所定座標（すなわち電子走査方向の所定のアドレス）を基準点とし、この基準点での各走査面の間隔が一定値λとなるように、電子走査の開始タイミングが制御される。これにより、走査面は、機械走査方向の幅λの小区間ΔＺごとに一つ配置され、走査面の機械走査方向の配置の一様性が向上する。
【００３２】
電子走査は、往路、復路のそれぞれにて行われるが、ここではまず、往路を例に取り、機械走査の一方向での電子走査の制御を説明する。例えば、基準点を電子走査の中心アドレス‘＆Ｃ’に設定する。上述のように基準点はＺ方向において一定間隔であるので、例えば、１番目の走査面の基準点Ｐ₁のＺ座標Ｚ_C1を用いて、ｋ番目の走査面Ｓ_kの基準点Ｐ_kのＺ座標Ｚ_Ckは、次式のように与えられる。
【００３３】
【数２】
Ｚ_Ck＝Ｚ_C1＋（ｋ−１）λ ………（２）
ちなみに図３の例は、走査面が中心アドレス‘＆Ｃ’にて小区間ΔＺの中心を通るように設定したものである。
【００３４】
往路の機械走査の開始から各Ｚ_Ckに到達するまでの時間Ｔ_Ckは、ｔ＝０〜Ｔ_Ckでのｖ(ｔ)の積分値がＺ_Ckとなることから定まる。各走査面の電子走査開始から停止までの走査時間は一定値τ_Eであり、電子走査の開始時刻Ｔ_Skは次式で与えられる。
【００３５】
【数３】
Ｔ_Sk＝Ｔ_Ck−τ_E／２ ………（３）
電子走査の開始時刻Ｔ_Skから基準点到達時刻Ｔ_Ckまでのアレイ振動子のＺ方向の移動距離ξ_kは、ｔ＝Ｔ_Sk〜Ｔ_Ckでのｖ(ｔ)の積分値から求まる。ｋ番目の電子走査を開始すべきＺ方向の位置Ｚ_Skは次式で与えられる。
【００３６】
【数４】
Ｚ_Sk＝Ｚ_Ck−ξ_k ………（４）
ちなみに、本装置では電子走査は、一般にアレイ振動子の速度が変化する期間に行われるので、ξ_kは各走査面ごとに異なり得る。つまり、電子走査の開始位置Ｚ_Skは基準点の位置Ｚ_Ckとは異なり、等間隔になるとは限らない。
【００３７】
電子走査開始位置指示部３６は、上述のような各走査面の電子走査開始位置Ｚ_Skを求める演算を行い、得られたＺ_Skを電子走査制御部３２へ出力する。
【００３８】
一方、実際のアレイ振動子の位置はアレイ振動子位置検出部５４により検知され、電子走査制御部３２に与えられる。電子走査制御部３２は、アレイ振動子の実際のＺ座標がＺ_Skに一致するか否かを監視し、一致を検知すると、送受信回路２２を制御して電子走査を開始させる。
【００３９】
復路においても基本的に上述の動作が行われ、走査面の基準点が等間隔となるように、電子走査の開始タイミングがアレイ振動子のＺ座標に基づいて制御される。本装置では、さらに、往路の走査面と復路の走査面とが重なるように機械走査及び電子走査が制御される。この制御は次の３つの条件を満たすことによって実現される。第１の条件は、往路の基準点Ｚ_Ck（ｋ＝１，２，…，ｍ）の配置と復路の基準点Ｚ'_Ck（ｋ＝１，２，…，ｍ）の配置とが共通であるというものであり、次式で表される。
【００４０】
【数５】
Ｚ'_Ck＝Ｚ_C(m-k+1) （ｋ＝１，２，…，ｍ） ………（５）
第２の条件は、電子走査の向きを往路と復路とで反対にすることである。例えば、往路にて電子走査をアドレス‘＆１’から‘＆Ｎ’への向き（図３において矢印７０）に行った場合には、復路では‘＆Ｎ’から‘＆１’への向き（図３において矢印７２）に電子走査を行う。
【００４１】
第３の条件は、機械走査されるＺ軸方向の各点での速さ（すなわち速度の絶対値）が往路と復路とで等しいというものである。これは、往路と復路とで移動方向が反対であることを考慮して、往路の速度ｖ(Ｚ)と復路の速度ｖ'(Ｚ)との間の次の関係式で表される。
【００４２】
【数６】
ｖ'(Ｚ)＝−ｖ(Ｚ) ………（６）
例えば、（１）式で示されるような、機械走査の前半と後半との速度変化が対称である共通の速度波形に基づいて、往路及び復路の機械走査が行われる場合には、上記第３の条件が成立する。
【００４３】
これら３つの条件により、Ｘ−Ｚ平面上での復路の電子走査の軌跡は、往路にて形成された電子走査の軌跡を逆向きになぞって形成され、往路と復路との各走査面は互いに一致する。つまり、復路の機械走査開始から数えてｋ番目の走査面は往路の（ｍ−ｋ＋１）番目の走査面Ｓ_m-k+1に一致する。
【００４４】
復路のｋ番目の走査面の基準点のＺ座標Ｚ'_Ckは、（２）式及び（５）式から、
【数７】
Ｚ'_Ck＝Ｚ_C1＋（ｍ−ｋ）λ ………（７）
であり、この基準点を通るように、復路におけるｋ番目の走査面の電子走査の開始位置Ｚ'_Skが往路と同様にして電子走査開始位置指示部３６により計算される。
【００４５】
電子走査制御部３２は、復路において、電子走査開始位置指示部３６から得られるＺ'_Skと機械走査制御部３４から得られるアレイ振動子の実際のＺ方向の位置との比較を行い、電子走査の開始タイミングを制御する。また電子走査制御部３２は、復路においては、電子走査の向きが往路と逆になるように送受信回路２２を制御する。
【００４６】
例えば、電子走査制御部３２及び電子走査開始位置指示部３６の往路と復路との処理の切り替えは、機械走査制御部３４から往路と復路との切り替わりを通知されることによって行われるように構成することができる。また、電子走査制御部３２、電子走査開始位置指示部３６に往路、復路の走査面の順番を数えるカウンタを設け、往路の最後の走査面（ｍ番目の走査面）についての処理に引き続いて復路の処理を開始し、復路の最後の走査面についての処理に引き続いて往路の処理を開始するように構成することもできる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の超音波診断装置によれば、アレイ振動子の機械走査の速度が変化する期間においても走査面の基準点の間隔が一様となるように走査面を形成することができる。これにより、アレイ振動子の加減速期間にも走査面を形成することができるので、電子走査が実行される期間とは別に加減速期間を設ける必要がなく、アレイ振動子の機械走査の周期を短縮することができ、観察対象の三次元空間を高レートで走査することが可能となる効果が得られる。しかも、アレイ振動子の移動方向に関する解像度の一様性が確保され、リアルタイムの観察に好適な三次元画像が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である超音波診断装置の概略のブロック図である。
【図２】モータ駆動速度波形ｖ(ｔ)の一例を示すグラフである。
【図３】本装置の機械走査により形成される複数の走査面の配置を示す模式的な平面図である。
【図４】三次元データ収集のための従来の超音波診断装置におけるアレイ振動子の機械的な移動の速度変化を示すグラフである。
【図５】従来の装置の等速移動期間に形成される複数の走査面の配置を示す模式的な平面図である。
【図６】加減速期間を短縮した場合のアレイ振動子の機械的な移動の速度変化を模式的に示すグラフである。
【符号の説明】
２０三次元スキャナ、２２送受信回路、２４画像処理部、２６ＤＳＣ、２８表示部、３０システム制御部、３２電子走査制御部、３４機械走査制御部、３６電子走査開始位置指示部、５０モータ駆動部、５２モータ駆動速度波形記憶部、５４アレイ振動子位置検出部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that forms a plurality of scanning planes in a three-dimensional space.
[0002]
[Prior art]
An ultrasonic diagnostic apparatus that scans a three-dimensional space with an ultrasonic beam and collects echo data uses a configuration in which an array transducer is mechanically moved. In this configuration, the scanning surface is formed by electronic scanning of the array transducer. Then, by moving the array transducer mechanically and repeating electronic scanning, a plurality of scanning planes are formed in the three-dimensional space, and three-dimensional data is acquired by transmitting and receiving ultrasonic beams.
[0003]
FIG. 4 is a graph showing changes in the speed of mechanical movement of the array transducer in the conventional ultrasonic diagnostic apparatus for collecting three-dimensional data. In the figure, the vertical axis is speed and the horizontal axis is time. In the figure, one stroke from the start of movement of the array transducer to its stop is shown. In order to reduce the load on the mechanical drive system of the array transducer at the start and stop of movement, an acceleration period [t _A , t _B ] is provided at the start of movement, and a deceleration period [t _C , t _D ] is provided at the stop. The array transducer is gradually accelerated and decelerated. During the acceleration period and the deceleration period (period [t _B , t _C ]), the array transducer is moved at a constant speed.
[0004]
Conventionally, during this constant speed movement period, a plurality of scanning surfaces are formed by repeating electronic scanning at regular time intervals. FIG. 5 is a schematic plan view showing the arrangement of a plurality of scanning planes formed during the constant speed movement period. In the figure, the vertical direction (X direction) is the array transducer array direction, and the horizontal direction (Z direction) is the mechanical movement direction of the array transducer. For example, the electronic scanning is realized by changing the drive address of the array transducer to & 1, & 2,... & N and moving the position of the ultrasonic beam sequentially from one end to the other end of the array transducer.
[0005]
Since the electronic scanning is performed while mechanically moving the array transducer in the Z direction, the scanning plane 4 is not parallel to the array direction of the array transducer but is inclined. The echo data obtained on the obliquely formed scanning plane 4 is an ultrasonic image in a cross section parallel to the array transducer. That is, this ultrasonic image is not the actual image of the object, and in this sense, it has distortion.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The above-described conventional ultrasonic diagnostic apparatus does not perform electronic scanning during the period during which acceleration / deceleration of the array transducer is performed, but performs electronic scanning only during a period during which the array transducer is moved at a constant speed, thereby making it possible to achieve a certain level within a three-dimensional space. Similarly, the scanning plane is arranged. Thereby, a uniform resolution can be obtained with respect to the moving direction of the array transducer. On the other hand, the conventional apparatus cannot obtain three-dimensional data with uniform resolution during the acceleration / deceleration period, and there is a problem that the acceleration / deceleration period becomes a loss time of echo data acquisition. Therefore, when the array transducer is reciprocated and three-dimensional data is repeatedly acquired, there is a problem that the time required for the reciprocation becomes longer and the data sampling rate is lowered for the acceleration / deceleration period. For example, when observing a fast moving heart valve in real time using the obtained three-dimensional echo data, it is required to swing the array transducer at a high speed, for example, about 25 times per second. However, it has been difficult for conventional devices to sufficiently meet such requirements. In addition, there is a problem that the movable range of the array transducer cannot be used effectively when acquiring three-dimensional data.
[0007]
On the other hand, if the acceleration / deceleration period is shortened, for example, ringing occurs in the movement of the array transducer at a point where sudden braking is applied to the array transducer, increasing the load on the mechanical drive system. FIG. 6 is a graph schematically showing a change in the speed of mechanical movement of the array transducer when the acceleration / deceleration period is shortened. The timing at which the acceleration shifts from the acceleration period to the constant speed movement period, and the array transducer stops. A state in which ringing 6 occurs at each timing is shown.
[0008]
On the other hand, in a configuration in which electronic scanning is performed at regular time intervals during the entire movement period of the array transducer including the acceleration / deceleration period and the constant velocity movement period, the constant velocity movement period is shortened and the oscillation cycle of the array transducer Can be shortened. However, in this case, the spacing between the scanning planes varies depending on the moving speed of the array transducer. Specifically, the scanning surface is formed denser toward the end of the movable range of the array transducer, while the scanning surface is relatively sparsely formed at the center of the movable range. That is, when an object is to be observed three-dimensionally using the obtained three-dimensional data, the resolution is high at the end with respect to the moving direction of the array transducer, and is generally relatively high in the central portion where observation is highly interested. The resolution is lowered.
[0009]
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and enables the three-dimensional space to be observed to be scanned at a high rate and ensures the uniformity of the resolution in the moving direction of the array transducer. An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of obtaining a three-dimensional image suitable for real-time observation.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention has a moving means for moving an array transducer capable of electronic scanning of an ultrasonic beam, and repeats the electronic scanning while the array transducer is moving, thereby moving the array transducer in a three-dimensional space. In the ultrasonic diagnostic apparatus for forming a plurality of scanning planes, a movement amount detecting means for detecting the movement amount of the array transducer , and a predetermined reference on each scanning plane by electronic scanning based on the detected movement amount the points have a timing control means for controlling the start timing of the electronic scanning at equal intervals with respect to the moving direction of the array transducer, said moving means, said array at a rate in accordance with a predetermined speed change function The predetermined velocity change function moves the transducer, and the predetermined velocity change function is a smooth velocity variation that reduces the acceleration in the moving direction of the array transducer in order to reduce the load on the mechanical drive system that moves the array transducer. And the timing control means includes the array transducer at the start timing of each scanning plane based on the speed change function and the time required for the electronic scanning to the reference point on each scanning plane. The planned position is determined.
[0011]
According to the present invention, the array transducer does not have to move at a constant speed when electronic scanning is performed. In the present invention, the amount of movement of the array transducer is detected, and the interval of electronic scanning is controlled using the amount of movement, so that the spacing of the scanning plane in the direction of movement of the array transducer is made uniform, i.e., related to the direction. Uniform resolution is achieved. Here, when the speed of the array transducer changes, generally, the interval between two adjacent scanning planes changes according to the position in the electronic scanning direction (movement direction of the ultrasonic beam), and is constant. Don't be. In the present invention, a predetermined reference point is defined on the scanning plane, and the electronic scanning is performed based on the movement amount of the array transducer so that the reference points of each scanning plane are arranged at equal intervals in the movement direction of the array transducer. The start timing is determined. According to the present invention, the array transducer is moved so that the speed changes according to a smooth function, the cycle from the start to stop of the array transducer is shortened without ringing, and the array transducer is moved. The uniformity of the resolution with respect to the direction can be improved.
[0012]
In another ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, an array transducer is reciprocated, and includes a movement amount detecting means for detecting a movement amount of the array transducer, and a forward path and a return path of the reciprocating movement. Electronic scanning means for forming each scanning surface with the direction of electronic scanning being reversed, and a predetermined reference point on each scanning surface is equally spaced with respect to the moving direction of the array transducer based on the detected movement amount And a timing control means for controlling the start timing of the electronic scanning so that the reference point of each scanning plane of the forward path and the reference point of each scanning plane of the return path are at the same position. Have.
[0013]
Also in the present invention, the cycle of the reciprocating movement of the array transducer is shortened, and the uniformity of the resolution in the moving direction is improved. In the present invention, the arrangement of the forward scanning plane and the arrangement of the backward scanning plane can be made equivalent. That is, the reference point of each scanning plane in the forward path and the reference point of each scanning plane in the backward path are matched, and the scanning plane in the forward path and the scanning plane in the backward path cross each other at the reference point. When electronic scanning is performed while moving the array transducer, the forward scanning plane and the backward scanning plane are inclined with respect to the array direction of the array transducer at an angle corresponding to the speed of the array transducer. In the present invention, the scanning directions of the forward path and the backward path are reversed in the same direction by reversing the direction of electronic scanning between the forward path and the backward path, and the distance between the portions other than the reference point on both scanning planes can be reduced. it can. In this way, the two scanning planes corresponding to each other in the forward path and the backward path are arranged at the same position or approximately the same position, and flickering of the three-dimensional image due to the difference in the sampling points of the echo data in the forward path and the backward path is suppressed. .
[0014]
Another ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention is the above apparatus in which the array transducer is reciprocated, and the moving means of the array transducer further includes a velocity change function f (x) (x in the forward path of the array transducer. Is a variable representing coordinates along the moving direction of the array transducer) and the speed change function g (x) in the return path,
g (x) = − f (x)
The array transducer is reciprocated so that the following holds.
[0015]
According to the present invention, the motion of the array transducer in the return path is obtained by reversing the motion of the array transducer in the forward path. That is, at each point in the reciprocating movement range, the speed of the forward path and the speed of the return path of the array transducer are equal in magnitude and reverse in direction. In this case, if the reference points of the forward scanning plane and the backward scanning plane are matched, both scanning planes also match at portions other than the reference point. That is, echo data on a common scanning plane is acquired for the forward path and the backward path.
[0016]
In another ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, the moving means of the array vibrator moves the array vibrator at a speed according to a predetermined speed change function, and the timing control means includes the speed change function and Based on the time required for the electronic scanning to the reference point on each scanning plane, a predetermined position of the array transducer at the start timing of each scanning plane is determined.
[0017]
According to the present invention, the positions of the reference points in the moving direction of the array transducer are determined so that they are equally spaced. Further, the time for the ultrasonic beam to move from the electronic scanning start position to the reference point is obtained from the electronic scanning speed. The distance that the array transducer moves during the scanning time until reaching the reference point is obtained based on a predetermined speed change function of the array transducer. The position obtained by subtracting this movement distance from the position of the reference point in the moving direction of the array transducer is the planned position of the array transducer at the start timing of electronic scanning on each scanning plane. The timing control means starts electronic scanning when the amount of movement of the array transducers corresponds to the planned position at the start timing. Thus, the start timing of electronic scanning is controlled based on the movement amount of the array transducer obtained by the movement amount detection means.
[0018]
In a preferred aspect of the present invention, the timing control unit stores the predetermined position determined in advance corresponding to the predetermined speed change function, and the vibrator based on the output of the movement amount detection unit The ultrasonic diagnostic apparatus includes a timing detection unit that detects the start timing based on a match between a current position of the array and the scheduled position stored in the storage unit. Since the predetermined position of the array transducer at the start timing of electronic scanning on each scanning plane is fixed with respect to a predetermined speed change function, it is not necessary to calculate each time. In this aspect, the planned position corresponding to the start timing is calculated in advance and stored in the storage means, and this is read out to control electronic scanning.
[0019]
According to another preferred aspect of the present invention, the ultrasonic diagnostic apparatus is characterized in that the reference point is a center of the electronic scanning on each scanning plane. When the forward scanning plane and the backward scanning plane intersect only at the reference point, the forward scanning plane on one end side of the scanning plane is set to the center of electronic scanning on the scanning plane. It is possible to equalize the distance between the scanning path on the return path and the distance on the other end side. As a result, the average interval in the scanning plane between the forward scanning plane and the backward scanning plane is reduced, and echo data on the scanning planes arranged at substantially the same positions in the forward path and the backward path are acquired.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. The apparatus includes a three-dimensional scanner 20, a transmission / reception circuit 22, an image processing unit 24, a DSC (Digital Scan Converter) 26, a display unit 28, a system control unit 30, an electronic scanning control unit 32, a mechanical scanning control unit 34, and an electronic scanning start. A position instruction unit 36 is included.
[0022]
The three-dimensional scanner 20 has a linear array type ultrasonic transducer (array transducer) and a motor that moves the transducer. The three-dimensional scanner 20 acquires echo data on the scanning plane by electronic scanning (linear scanning, sector scanning) of the array transducer. Here, the moving direction of the ultrasonic beam by electronic scanning is defined as the X direction, and the depth direction in which the ultrasonic beam is formed is defined as the Y direction. By moving the array transducer by the motor, mechanical scanning in the Z direction orthogonal to the XY plane is performed. As described above, the three-dimensional scanner 20 captures echo data in a three-dimensional space by repeating electronic scanning while performing mechanical scanning. In this apparatus, an encoder for detecting the rotation amount of the motor is provided, and the amount of movement of the array transducer in the Z direction can be detected based on the output.
[0023]
The transmission / reception circuit 22 supplies a transmission pulse signal to the array transducer of the three-dimensional scanner 20. Further, the transmission / reception circuit 22 performs processing for phasing and adding the reception signals for each channel of the array transducer, amplification of the reception signals, A / D conversion, and the like.
[0024]
The image processing unit 24 determines the luminance value of the pixel corresponding to each ultrasonic beam based on the reception signal input from the transmission / reception circuit 22, generates three-dimensional image data, and outputs it to the DSC 26. The 3D image data stored in the DSC 26 is read out and output to the display unit 28 under the control of the system control unit 30, and the display unit 28 displays a 3D ultrasonic image.
[0025]
The electronic scanning control unit 32 controls the electronic scanning by controlling the transmission operation and the reception operation in the transmission / reception circuit 22. Specifically, the electronic scanning control unit 32 controls the timing of supplying the transmission pulse signal from the transmission / reception circuit 22 to the array transducer to which transducer, thereby forming an ultrasonic transmission beam. To control. In addition, the electronic scanning control unit 32 controls the delay amount between channels in the reception phasing addition processing in the transmission / reception circuit 22 to form a reception beam. In this way, the electronic scanning control unit 32 controls the movement of the ultrasonic beam in the X direction.
[0026]
The mechanical scanning control unit 34 includes a motor drive unit 50, a motor drive speed waveform storage unit 52, and an array transducer position detection unit 54. The motor driving unit 50 drives a motor in the three-dimensional scanner 20. The motor drive speed waveform storage unit 52 stores in advance a time change waveform of the motor drive speed from the start to the end of mechanical scanning. The motor drive unit 50 controls the motor drive speed based on the motor drive speed waveform stored in the motor drive speed waveform storage unit 52. The array transducer position detector 54 detects the position of the array transducer in the mechanical scanning direction based on the output of the encoder provided in the three-dimensional scanner 20. For example, the motor drive unit 50 uses the position information of the array transducer output from the array transducer position detection unit 54 to feedback control the actual drive speed of the motor so as to follow the planned motor drive speed waveform. Can do.
[0027]
The electronic scanning start position indicating unit 36 is configured to start the array vibration to start the electronic scanning so that the intervals between the plurality of scanning surfaces sequentially formed in the three-dimensional space can be made uniform along with the mechanical scanning of the array transducer. The Z coordinate of the child is determined for each scanning plane, and the Z coordinate is provided to the electronic scanning control unit 32. The electronic scanning start position instructing unit 36 can be configured to calculate the Z coordinate using, for example, a motor driving speed waveform stored in the motor driving speed waveform storage unit 52. Since the motor drive speed waveform is determined in advance, the Z coordinate of the array transducer on which electronic scanning should be started can be calculated in advance. Therefore, the electronic scanning start position instructing unit 36 is configured to sequentially read out the Z coordinate for each scanning plane and output it to the electronic scanning control unit 32 using a memory storing the Z coordinate calculated in advance. You can also.
[0028]
The system control unit 30 controls the operation of each unit, particularly the mechanical scanning control unit 34, the electronic scanning start position instruction unit 36, and the DSC 26 so that the apparatus functions as a system.
[0029]
Next, mechanical scanning and electronic scanning of this apparatus will be described. FIG. 2 is a graph showing an example of the motor drive speed waveform v (t) stored in the motor drive speed waveform storage unit 52. In the figure, the vertical axis corresponds to speed, and the horizontal axis corresponds to time. In this apparatus, the array transducer is reciprocated in the Z direction with a period of 2τ _M , and the motor drive speed waveform v (t) is from the start of movement (t = 0) to the stop time (t = τ _M ) on each of the forward and return paths. It defines the change in the absolute value of the speed of the array transducer. In order to reduce the load on the mechanical drive system in the Z direction such as a motor, a smooth function is adopted for v (t) so that the acceleration at each point in the movement range in the Z direction becomes small. V (t) illustrated in FIG. 2 is a function whose speed changes with a curve 60 represented by the following equation.
[0030]
[Expression 1]
v (t) = A [1-cos (2πt / τ _M )] (1)
FIG. 3 is a schematic plan view showing an arrangement of a plurality of scanning planes formed by mechanical scanning of the apparatus. In the figure, the vertical direction is the array transducer array direction (X direction), and the horizontal direction is the mechanical movement direction (Z direction) of the array transducer. For example, the electronic scanning is realized by changing the drive address of the array transducer to & 1, & 2,... & N and moving the position of the ultrasonic beam sequentially from one end to the other end of the array transducer.
[0031]
In this apparatus, a predetermined coordinate in the X direction (that is, a predetermined address in the electronic scanning direction) is used as a reference point, and the start timing of electronic scanning is controlled so that the interval between each scanning surface at this reference point becomes a constant value λ. Is done. Thereby, one scanning plane is arranged for each small section ΔZ of the width λ in the mechanical scanning direction, and the uniformity of the arrangement of the scanning plane in the mechanical scanning direction is improved.
[0032]
Electronic scanning is performed in each of the forward path and the backward path. Here, first, the control of electronic scanning in one direction of mechanical scanning will be described by taking the forward path as an example. For example, the reference point is set to the electronic scanning center address “& C”. As described above, since the reference points are regularly spaced in the Z direction, for example, the Z coordinate Z _C1 of the reference point P ₁ of the _first scanning plane is used to set the reference point P _k of the _kth scanning plane _Sk . The Z coordinate Z _Ck is given by the following equation.
[0033]
[Expression 2]
Z _Ck = Z _C1 + (k−1) λ (2)
Incidentally, the example of FIG. 3 is set so that the scanning plane passes through the center of the small section ΔZ at the center address “& C”.
[0034]
Time T _Ck from the start of the outward mechanical scanning until reaching each Z _Ck is determined from the integral value of v (t) at t = 0 to T _Ck is Z _Ck. The scanning time from the start to the end of electronic scanning on each scanning surface is a constant value τ _E , and the electronic scanning start time T _Sk is given by the following equation.
[0035]
[Equation 3]
T _Sk = T _Ck −τ _E / 2 (3)
The movement distance ξ _k of the array transducer in the Z direction from the electronic scanning start time T _Sk to the reference point arrival time T _Ck is obtained from the integral value of v (t) at t = T _{Sk to} T _Ck . A position Z _{Sk in the} Z direction at which the kth electronic scanning is to be started is given by the following equation.
[0036]
[Expression 4]
Z _Sk = Z _Ck −ξ _k (4)
Incidentally, in this apparatus, since electronic scanning is generally performed during a period in which the speed of the array transducer changes, ξ _k may be different for each scanning plane. That is, unlike the reference point position Z _Ck , the electronic scanning start position Z _Sk is not always equidistant.
[0037]
The electronic scanning start position instructing unit 36 performs an operation for obtaining the electronic scanning start position Z _Sk of each scanning surface as described above, and outputs the obtained Z _Sk to the electronic scanning control unit 32.
[0038]
On the other hand, the actual position of the array transducer is detected by the array transducer position detection unit 54 and supplied to the electronic scanning control unit 32. The electronic scanning control unit 32 monitors whether or not the actual Z coordinate of the array transducer coincides with Z _Sk . When the coincidence is detected, the electronic scanning control unit 32 controls the transmission / reception circuit 22 to start electronic scanning.
[0039]
In the return path, the above-described operation is basically performed, and the start timing of the electronic scanning is controlled based on the Z coordinate of the array transducer so that the reference points on the scanning surface are equally spaced. In this apparatus, the mechanical scanning and the electronic scanning are further controlled so that the forward scanning surface and the backward scanning surface overlap each other. This control is realized by satisfying the following three conditions. The first condition is that the arrangement of the reference point Z _Ck (k = 1, 2,..., _M ) on the forward _path and the arrangement of the reference point Z ′ _Ck (k = 1, 2,..., _M ) on the return _path are common. This is expressed by the following formula.
[0040]
[Equation 5]
Z ′ _Ck = Z _{C (m−k + 1)} (k = 1, 2,..., M) (5)
The second condition is to reverse the direction of electronic scanning between the forward path and the return path. For example, when electronic scanning is performed in the direction from the address “& 1” to “& N” (arrow 70 in FIG. 3) in the forward path, the direction from “& N” to “& 1” (arrow in FIG. 3) 72) Electronic scanning is performed.
[0041]
The third condition is that the speed (that is, the absolute value of the speed) at each point in the Z-axis direction that is mechanically scanned is equal between the forward path and the backward path. This is expressed by the following relational expression between the speed v (Z) of the forward path and the speed v ′ (Z) of the backward path in consideration that the moving directions are opposite between the forward path and the backward path.
[0042]
[Formula 6]
v ′ (Z) = − v (Z) (6)
For example, when the forward and backward mechanical scans are performed based on a common velocity waveform in which the speed change between the first half and the second half of the mechanical scan is symmetric as expressed by the equation (1), the third This condition is satisfied.
[0043]
Under these three conditions, the electronic scanning trajectory of the return path on the XZ plane is formed by tracing the electronic scanning trajectory formed in the forward path in the reverse direction, and the scanning planes of the forward path and the return path are mutually connected. Match. In other words, the kth scanning plane counted from the start of the mechanical scanning on the return path coincides with the (m−k + 1) th scanning plane S _{m−k + 1} on the forward path.
[0044]
The Z coordinate Z ′ _Ck of the reference point of the k-th scanning plane in the return _path is obtained from the equations (2) and (5):
[Expression 7]
Z ′ _Ck = Z _C1 + (m−k) λ (7)
The electronic scanning start position indicating unit 36 calculates the electronic scanning start position Z ′ _Sk of the k-th scanning plane in the return path so as to pass through the reference point.
[0045]
The electronic scanning control unit 32 compares the Z ′ _Sk obtained from the electronic scanning start position instruction unit 36 with the actual Z-direction position of the array transducer obtained from the mechanical scanning control unit 34 in the return path, and performs electronic scanning. To control the start timing. Further, the electronic scanning control unit 32 controls the transmission / reception circuit 22 so that the direction of electronic scanning is opposite to that of the forward path in the return path.
[0046]
For example, the electronic scanning control unit 32 and the electronic scanning start position instructing unit 36 are configured to switch the processing between the forward path and the backward path when the mechanical scanning control unit 34 notifies the switching between the forward path and the backward path. be able to. In addition, the electronic scanning control unit 32 and the electronic scanning start position instruction unit 36 are provided with a counter for counting the order of the scanning paths of the forward path and the backward path, and the return path is continued following the process for the last scanning plane (m-th scanning plane). It is also possible to configure so that the process of the forward path is started and the process of the forward path is started following the process for the last scanning plane of the backward path.
[0047]
【The invention's effect】
According to the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention, it is possible to form the scanning plane so that the interval between the reference points on the scanning plane is uniform even during the period in which the mechanical scanning speed of the array transducer changes. As a result, since the scanning plane can be formed even during the acceleration / deceleration period of the array transducer, it is not necessary to provide an acceleration / deceleration period separately from the period during which electronic scanning is performed, and the mechanical scanning cycle of the array transducer can be reduced. It is possible to shorten the three-dimensional space to be observed and to scan at a high rate. In addition, the uniformity of the resolution in the moving direction of the array transducer is ensured, and there is an effect that a three-dimensional image suitable for real-time observation can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an example of a motor driving speed waveform v (t).
FIG. 3 is a schematic plan view showing an arrangement of a plurality of scanning surfaces formed by mechanical scanning of the apparatus.
FIG. 4 is a graph showing a change in speed of mechanical movement of an array transducer in a conventional ultrasonic diagnostic apparatus for collecting three-dimensional data.
FIG. 5 is a schematic plan view showing an arrangement of a plurality of scanning planes formed during a constant speed movement period of a conventional apparatus.
FIG. 6 is a graph schematically showing changes in the speed of mechanical movement of the array transducer when the acceleration / deceleration period is shortened.
[Explanation of symbols]
20 three-dimensional scanner, 22 transmission / reception circuit, 24 image processing unit, 26 DSC, 28 display unit, 30 system control unit, 32 electronic scanning control unit, 34 mechanical scanning control unit, 36 electronic scanning start position instruction unit, 50 motor drive unit , 52 Motor drive speed waveform storage unit, 54 Array transducer position detection unit.

Claims

Ultrasound having moving means for moving an array transducer capable of electronic scanning with an ultrasonic beam, and forming a plurality of scanning planes in a three-dimensional space by repeating the electronic scanning while the array transducer is moving In the diagnostic device,
A movement amount detecting means for detecting a movement amount of the array transducer;
Timing control means for controlling the start timing of the electronic scanning based on the detected amount of movement so that predetermined reference points on each scanning plane are equally spaced with respect to the moving direction of the array transducer;
Have
The moving means moves the array transducer at a speed according to a predetermined speed change function,
The predetermined speed change function is a smooth speed change function such that the acceleration in the moving direction of the array transducer is reduced in order to reduce the load on the mechanical drive system that moves the array transducer.
The timing control means determines a planned position of the array transducer at the start timing of each scanning plane based on the speed change function and the time required for the electronic scanning to the reference point on each scanning plane. A means of determining ,
The timing control means obtains a time T _ck from the start of the mechanical scanning to the arrival of the coordinate Z _ck of the reference point of the kth scanning plane using the speed change function, and stops from the start of the electronic scanning of each scanning plane. Based on the fact that the scanning time up to the constant value τ _E is the time T _ck , the electronic scanning start time T _sk on the k-th scanning plane is obtained, and the speed change function is used as a reference from the start time T _sk. The movement distance ξ _k of the array transducer until the point arrival time T _ck is obtained, and the position Z _sk _{where the} kth electronic scanning is to be started is _obtained from the coordinate Z _ck and the movement distance ξ _k as the planned position .
An ultrasonic diagnostic apparatus.

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The moving means is a velocity change function f in the forward path of the array transducer. ( x ) (X is a variable representing coordinates along the moving direction of the array transducer) and the speed change function g in the return path ( x ) The following relational expression between
g ( x ) = -F ( x )
Reciprocating the array transducer so that
An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by the above.

The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The timing control means includes
Storage means for storing the predetermined position determined in advance corresponding to the predetermined speed change function;
Timing detection means for detecting the start timing based on a match between a current position of the transducer array based on an output of the movement amount detection means and the scheduled position stored in the storage means;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:

The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The reference point is the center of the electronic scan on each scanning plane;
An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by the above.