JP4530694B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、２次元的にエコー信号を送受信するアレイ振動子をモータ駆動により３次元的に揺動させ、３次元画像を生成する超音波診断装置に関する。

従来の超音波診断装置は、図５に示すように３次元プローブ５００内の不図示のアレイ振動子のエコーの送受信を制御する送受信制御部５０１、アレイ振動子の３次元方向の揺動をモータ駆動で制御し、アレイ振動子の位置や角度（以下、位置角度とも言う）を検出する不図示の検出部によって検出されたアレイ振動子の位置角度を３次元演算部５０７に通知する揺動制御部５０４、アレイ振動子を介して送受信制御部５０１が受信した２次元エコー信号を２次元画像に変換する画像処理部５０２とＤＳＣ（Digital Scan Converter）部５０３、画像を表示する表示部５０８、ＤＳＣ後の２次元画像及び対応する位置角度の情報を格納するメモリ５０５、メモリ５０５から２次元画像を読み出し、３次元画像を構築する３次元演算部５０７、システム全体を制御するシステム制御部５０６で構成されており、３次元演算部５０７は、メモリ５０５に格納されている２次元画像とそれに対応する位置角度の情報とに基づいて３次元画像を構築する。このような超音波診断装置が下記の特許文献１に開示されている。
特開２００２−３６０５６６号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に開示されている超音波診断装置においては、アレイ振動子を２次元方向に電子走査して２次元エコーを送受信させながら、３次元方向に揺動させていることから、取り込んだ２次元エコーは付加されたアレイ振動子の位置に一様でなく、電子走査の開始部と終了部とで位置の差が生じているために、位置の差を考慮せずに構築された３次元画像はやや歪んでいるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、歪みの少ない３次元画像を構築することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、２次元的にエコー信号を送受信するアレイ振動子をモータ駆動により前記２次元の平面内の所定の軸を中心として３次元空間内で揺動し、前記アレイ振動子を介して得られた２次元エコー信号を変換した２次元画像と、前記２次元画像に変換された前記２次元エコー信号が前記アレイ振動子に受信された際の前記アレイ振動子の位置とに基づいて３次元画像を生成する超音波診断装置において、第１の所定の基準に基づいて、前記３次元空間内で前記アレイ振動子の揺動の停止と揺動角度範囲内の所定の位置への揺動とを制御するステップ揺動手段と、前記３次元画像の生成を開始する際の前記ステップ揺動手段による最初の前記揺動と同時に、前記アレイ振動子に対して２次元的に前記エコー信号の送受信をするよう指示する指示信号を送信し、前記ステップ揺動手段によって制御された前記揺動の停止中に、前記指示信号に基づいて２次元的に前記エコー信号の送受信を開始した前記アレイ振動子を介して少なくとも前記２次元画像の１画面分を生成するために必要な容量の前記２次元エコー信号を受信する送受信手段と、前記送受信手段によって受信された前記２次元エコー信号に基づいてＤＳＣ変換して生成された前記２次元画像のうち、１回分の揺動処理が終了したと判断した場合、同じ位置角度の情報を有する２次元画像を読み出し、第２の所定の基準である、前記読み出した２次元画像のうち時間的に２番目に受信した２次元エコー信号に基づく２次元画像を選択し、時間的に１番目及び３番目以降である１枚目及び３枚目以降の２次元画像を無効とし、また、同じ位置角度の情報を有するものがない２次元画像も無効とする前記第２の所定の基準に基づいて前記２次元画像を選択する選択手段と、前記ステップ揺動手段によって制御された前記揺動の停止中に、前記アレイ振動子の位置を検出する検出手段と、前記選択手段によって選択された前記２次元画像、及び前記検出手段によって検出された前記アレイ振動子の位置に基づいて前記３次元画像を生成する３次元画像生成手段とを、備えることを特徴とする超音波診断装置が提供される。この構成により、揺動と停止の同期制御が不要で、歪みの少ない３次元画像を構築することができる。

本発明の超音波診断装置は、上記構成を有し、歪みの少ない３次元画像を構築することができる。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置について図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。図２は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置における動作フローを示す図である。

まず、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置について図１を用いて説明する。図１に示すように、本発明の超音波診断装置は、３次元プローブ１００、送受信制御部１０１、画像処理部１０２、ＤＳＣ部１０３、ステップ揺動制御部１０４、メモリ１０５、システム制御部１０６、３次元演算部１０７、表示部１０８から構成されている。３次元プローブ１００は不図示のアレイ振動子を含み、またアレイ振動子の位置や角度（以下、位置角度とも言う）を検出する位置角度検出部１０９を有している。送受信制御部１０１は、システム制御部１０６の指示に基づいて、ステップ揺動制御部１０４によってアレイ振動子の揺動が停止されている間に、３次元プローブ１００のアレイ振動子に対してアレイ振動子を２次元的に電子走査させてエコーを送受信させる指示信号を送信し、送信された指示信号に基づいて２次元的にエコーの送受信を開始したアレイ振動子を介して２次元エコー信号を受信する。また、送受信制御部１０１は、ステップ揺動制御部１０４が２次元エコー信号に位置角度検出部１０９により検出された位置角度を付加したものを画像処理部１０２へ送信する。

画像処理部１０２及びＤＳＣ部１０３は、送受信制御部１０１から受信した位置角度が付加された２次元エコー信号に基づいて２次元画像を生成し、生成された２次元画像を対応する位置角度の情報と関連付けてメモリ１０５に格納する。ステップ揺動制御部１０４は、システム制御部１０６からの指定の間隔によってアレイ振動子の揺動の停止及び揺動を制御し、２次元エコー信号を送受信する２次元平面内の所定の軸を中心として３次元空間内でアレイ振動子を駆動する。例えば、ステップ揺動制御部１０４は、アレイ振動子の停止時間をｔ秒とし、揺動時間を１回の片道揺動で１０枚分の２次元エコー信号を取得するとしたとき、１回の片道揺動の時間を１０等分したうちの１つ分の時間として、アレイ振動子を３次元方向に駆動する。停止時間ｔ秒や１回の片道揺動の時間を１０等分したうちの１つ分の時間が指定の間隔に相当する。また、上述した揺動時間は、１回の片道揺動で１０枚分の２次元エコー信号を取得するとしたとき、１回の片道揺動の位置角度を１０等分したうちの１つ分の位置角度としてもよい。この場合には、１０等分したうちの１つ分の位置角度の間、アレイ振動子を揺動させるということである。なお、「指定の間隔」が上述した所定の基準及び第１の所定の基準に相当する。

システム制御部１０６は、上述したように送受信制御部１０１などの各要素を全体として制御する。３次元演算部１０７は、メモリ１０５に格納された２次元画像及び対応する位置角度を読み出し、３次元演算を行い、３次元画像を生成する。表示部１０８は、３次元表示モードでない場合には、２次元画像を表示し、３次元表示モードの場合には、３次元演算部１０７によって生成された３次元画像を表示する。ここで、送受信制御部１０１、画像処理部１０２、ＤＳＣ部１０３、ステップ揺動制御部１０４、システム制御部１０６、３次元演算部１０７、位置角度検出部１０９は、例えばＣＰＵに相当し、メモリ１０５は、例えばＨＤＤ、ＲＯＭ、ＲＡＭに相当する。また、表示部１０８は、例えばディスプレイに相当する。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置における動作フローについて図２を用いて説明する。図２に示すように、ステップ揺動制御部１０４は、３次元プローブ１００のアレイ振動子をシステム制御部１０６によって指定された最初の２次元エコーの送受信位置角度までモータで揺動し、停止させた後、同期制御により送受信制御部１０１に通知する（ステップＳ２０１）。送受信制御部１０１は、アレイ振動子に対して２次元的にエコーの送受信をするよう指示し、アレイ振動子を介して少なくとも２次元画像の１画面分の２次元エコー信号を受信し、受信した２次元エコー信号を画像処理部１０２へ送信する（ステップＳ２０２）。

このとき、位置角度検出部１０９によって検出されたアレイ振動子の位置角度も２次元エコー信号に関連付けられて送信される。画像処理部１０２及びＤＳＣ部１０３は、受信した２次元エコー信号に基づいて画像処理し、２次元画像及び対応する位置角度の情報をメモリ１０５に格納する（ステップＳ２０３）。ここで、画像表示モードが２次元モードの場合には、メモリ１０５に格納された２次元画像が表示部１０８に表示される。一方、画像表示モードが３次元モードの場合には、さらに後述するステップを行うことにより表示部１０８に表示される。

システム制御部１０６は１回分の揺動処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ２０４）。ここで、１回分の揺動処理とは、例えば往路もしくは復路の片側の揺動処理を言う。システム制御部１０６が１回分の揺動処理が終了したと判断した場合、３次元演算部１０７は、メモリ１０５に格納された２次元画像及び対応する位置角度を読み出し、３次元演算を行い、３次元画像を生成する（ステップＳ２０５）。表示部１０８は、３次元演算部１０７によって生成された３次元画像を表示する（ステップＳ２０６）。システム制御部１０６が１回分の揺動処理が終了していないと判断した場合、ステップ揺動制御部１０４は、システム制御部１０６からの指定の間隔で３次元プローブ１００のアレイ振動子を次の２次元エコーの送受信位置角度までモータで揺動し、停止させた後、同期制御により送受信制御部１０１に通知する（ステップＳ２０７）。以下同様に、往路もしくは復路の片側の揺動処理が終了するまで、ステップ揺動を繰り返す。

このように２次元エコーの送受信ごとに揺動を停止し、揺動と同期して２次元エコーの送受信を行い、電子走査の開始部と終了部で位置角度の差を発生させないことにより、歪みが少なく、往路、復路で同じ３次元画像を生成することができる。なお、以上の説明では、１回分の揺動処理が終了してから３次元画像を生成しているが、揺動中でも３次元画像の生成に必要な枚数の２次元画像がメモリ１０５に格納されたら、３次元画像を生成するようにしても同様に実施可能である。

＜第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置について図３及び図４を用いて説明する。図３は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。図４は、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置における動作フローを示す図である。まず、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の構成について図３を用いて説明する。図３に示すように、超音波診断装置は、不図示のアレイ振動子及び位置角度検出部３１０を含む３次元プローブ３００、送受信制御部３０１、画像処理部３０２、ＤＳＣ部３０３、ステップ揺動制御部３０４、メモリ３０５、システム制御部３０６、３次元演算部３０７、表示部３０８、選択部３０９から構成されている。選択部３０９は、例えばＣＰＵに相当する。他の構成要素に関しては、第１の実施の形態と同様であるため省略する。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置における動作フローについて図４を用いて説明する。図４に示すように、システム制御部３０６は、ステップ揺動制御部３０４に３次元プローブ３００のアレイ振動子の揺動開始の指示をし、同時に送受信制御部３０１に３次元プローブ３００のアレイ振動子による２次元エコーの送受信開始の指示をする（ステップＳ４０１）。システム制御部３０６の指示に基づいて、ステップ揺動制御部３０４は、最初の２次元エコーの送受信位置角度へのモータによる３次元プローブ３００のアレイ振動子の揺動を開始させ、送受信制御部３０１は、アレイ振動子に対して２次元エコーの送受信の指示信号を送信し、２次元エコーの送受信を開始させる（ステップＳ４０２）。

送受信制御部３０１は、ステップ揺動制御部３０４によって揺動が停止させられている間に、アレイ振動子を介して少なくとも２次元画像の１画面分を生成するために必要な容量の２次元エコー信号を受信し、画像処理部３０２へ送信する（ステップＳ４０３）。画像処理部３０２及びＤＳＣ部３０３は、受信した２次元エコー信号に基づいて画像処理を行い、２次元画像及び対応する位置角度の情報をメモリ３０５に格納する（ステップＳ４０４）。ここで、位置角度の情報は、第１の実施の形態と同様、位置角度検出部３１０によって検出される。システム制御部３０６は、１回分の揺動処理が終了したか否かを判断する（ステップＳ４０５）。

システム制御部３０６が１回分の揺動処理が終了したと判断した場合、選択部３０９は、メモリ３０５に格納された同じ位置角度の情報を有する２次元画像を読み出し、読み出した２次元画像のうち時間的に２番目に受信した、すなわち２枚目の２次元エコー信号に基づく２次元画像を選択し、時間的に１番目及び３番目である１枚目及び３枚目以降の２次元画像を無効とする。また、同じ位置角度の情報を有するものがない２次元画像も無効とする（ステップＳ４０６）。ここで、ステップＳ４０６における２次元画像の選択の基準が上述した第２の所定の基準に相当する。３次元演算部３０７は、選択部３０９によって選択された２次元画像に基づいて３次元演算を行い、３次元画像を生成する（ステップＳ４０７）。表示部３０８は、３次元演算部３０７によって生成された３次元画像を表示する（ステップＳ４０８）。一方、システム制御部３０６が１回分の揺動処理が終了していないと判断した場合、ステップ揺動制御部３０４は、システム制御部３０６からの指定の間隔で３次元プローブ３００のアレイ振動子を次の２次元エコーの送受信位置角度までモータで揺動し、停止させる（ステップＳ４０９）。以下同様に、往路もしくは復路の片側の揺動処理が終了するまで、ステップ揺動を繰り返す。

なお、以上の説明では、同じ位置角度の情報を有する画像、すなわちアレイ振動子の揺動停止中の２次元画像については２枚目を有効とした。なぜならば、揺動とアレイ振動子による２次元エコーの送受信が非同期であるため、１枚目の２次元画像は途中から開始されている場合が多く、最後の２次元画像は途中で終わっている場合が多いからである。よって１枚目の２次元画像及び最後の２次元画像を除く２次元画像のうち、いずれか１枚を有効にしても同様に実施可能である。また、以上の説明では、１回分の揺動処理が終了してから３次元画像を生成したが、揺動中でも３次元画像の生成に必要な枚数の２次元画像が格納されたら、３次元画像を生成しても同様に実施可能である。

本発明に係る超音波診断装置は、歪みの少ない３次元画像を構築することができるので、２次元的にエコーを送受信するアレイ振動子をモータ駆動により３次元的に揺動させ、３次元画像を生成する超音波診断装置などに有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す図 本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置における動作フローを示す図 本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示す図 本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置における動作フローを示す図 従来の超音波診断装置の構成を示す図

符号の説明

１００、３００、５００ ３次元プローブ（検出手段）
１０１、３０１、５０１ 送受信制御部（送受信手段）
１０２、３０２、５０２ 画像処理部
１０３、３０３、５０３ ＤＳＣ部
１０４、３０４ ステップ揺動制御部（ステップ揺動手段）
１０５、３０５、５０５ メモリ
１０６、３０６、５０６ システム制御部
１０７、３０７、５０７ ３次元演算部（３次元画像生成手段）
１０８、３０８、５０８ 表示部
１０９、３１０ 位置角度検出部（検出手段）
３０９ 選択部（選択手段）
５０４ 揺動制御部

Claims (1)

1. ２次元的にエコー信号を送受信するアレイ振動子をモータ駆動により前記２次元の平面内の所定の軸を中心として３次元空間内で揺動し、前記アレイ振動子を介して得られた２次元エコー信号を変換した２次元画像と、前記２次元画像に変換された前記２次元エコー信号が前記アレイ振動子に受信された際の前記アレイ振動子の位置とに基づいて３次元画像を生成する超音波診断装置において、
   第１の所定の基準に基づいて、前記３次元空間内で前記アレイ振動子の揺動の停止と揺動角度範囲内の所定の位置への揺動とを制御するステップ揺動手段と、
   前記３次元画像の生成を開始する際の前記ステップ揺動手段による最初の前記揺動と同時に、前記アレイ振動子に対して２次元的に前記エコー信号の送受信をするよう指示する指示信号を送信し、前記ステップ揺動手段によって制御された前記揺動の停止中に、前記指示信号に基づいて２次元的に前記エコー信号の送受信を開始した前記アレイ振動子を介して少なくとも前記２次元画像の１画面分を生成するために必要な容量の前記２次元エコー信号を受信する送受信手段と、
   前記送受信手段によって受信された前記２次元エコー信号に基づいてＤＳＣ変換して生成された前記２次元画像のうち、１回分の揺動処理が終了したと判断した場合、同じ位置角度の情報を有する２次元画像を読み出し、第２の所定の基準である、前記読み出した２次元画像のうち時間的に２番目に受信した２次元エコー信号に基づく２次元画像を選択し、時間的に１番目及び３番目以降である１枚目及び３枚目以降の２次元画像を無効とし、また、同じ位置角度の情報を有するものがない２次元画像も無効とする前記第２の所定の基準に基づいて前記２次元画像を選択する選択手段と、
   前記ステップ揺動手段によって制御された前記揺動の停止中に、前記アレイ振動子の位置を検出する検出手段と、
   前記選択手段によって選択された前記２次元画像、及び前記検出手段によって検出された前記アレイ振動子の位置に基づいて前記３次元画像を生成する３次元画像生成手段とを、
   備えることを特徴とする超音波診断装置。

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