JP2007325664A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 個別の走査により生成された複数の画像の間の不連続が、最新の走査範囲に関する画像において発生したか否かを容易に判別可能とする。
【解決手段】 ホストＣＰＵ７は、複数の走査範囲のそれぞれを順次的に繰り返し走査するように超音波プローブ１を駆動する。３Ｄプロセッサ１９は、１つの走査範囲を走査した際における超音波プローブ１での受信信号に基づいて１つの範囲画像を生成するもので、この範囲画像の生成を複数の走査範囲に関してそれぞれ行う。ホストＣＰＵ７、ディスプレイユニット８および３Ｄプロセッサ１９は、複数の走査範囲のそれぞれに関して生成された複数の範囲画像を並べて示すとともに、複数の範囲画像のうちで最も新しい走査に関する最新範囲画像とそれ以外の範囲画像とを目視により区別可能とする表示用画像を生成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波を走査して被検体の画像を生成する超音波診断装置に係り、特に画像を得ようとする範囲を複数の走査範囲に区切って、この走査範囲毎に走査を行う超音波診断装置に関する。

３次元画像を生成可能な超音波診断装置は、既に知られている。この主の超音波診断装置で３次元画像を生成するためには、送受信ビームを２つの軸方向に偏向するか、送信ビームを１つの軸方向に偏向するとともに他の軸方向に開口移動する。このため、２次元の断層走査に比べて走査線数が多くなり、１つの画像を得るための走査に要する時間が長くなる。１回の送受信における走査線の数を増加することによって、１つの画像を得るための走査時間の短縮を図ることはできるが、例えば９０度×９０度といった広い範囲の走査を、例えば毎秒３０回といった短い更新周期で行うことは困難な状況である。これはシステムの実現手段および生体に投入して安全な音響エネルギの範囲の制約から、同時に送受信する走査線の範囲にわたり、均一に十分な送信エネルギ送信できないことに起因する。

そこで走査範囲を複数に分割し、走査する走査範囲を心拍に同期して変更しながら、複数の走査範囲に関する３次元画像をそれぞれ生成し、これらの３次元画像を合成して、全体のボリュームレンダリング画像（ＶＲ像）あるいは多断面画像（ＭＰＲ像）といった全体の３次元画像を生成することにより、広い走査範囲の画像を短い更新周期で得る方法が実施されている。

さらに、このように合成された３次元画像を実時間で表示すれば、心拍の変動、患者の呼吸、患者の動き、あるいは操作者による探触子の動きなどに起因して全体画像が不連続になってしまっていないかを確認する上で有用である。
特許第２５５７４１０号公報 米国特許第５１９５９３１号明細書

しかしながら、合成されている複数の画像のどれが現在の走査領域に相当するかを判別することが困難であるため、過去の走査が不連続であるのか、それとも今の走査で不連続になったかが不明確であり判別が困難であった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、個別の走査により生成された複数の画像の間の不連続が、最新の走査範囲に関する画像において発生したか否かを容易に判別可能とすることにある。

以上の目的を達成するために本発明は、超音波プローブと、複数の走査範囲のそれぞれを順次的に繰り返し走査するように前記超音波プローブを駆動する手段と、１つの前記走査範囲を走査した際における前記超音波プローブでの受信信号に基づいて１つの範囲画像を生成するもので、この範囲画像の生成を前記複数の走査範囲に関してそれぞれ行う範囲画像生成手段と、前記複数の走査範囲のそれぞれに関して生成された複数の前記範囲画像を並べて示すとともに、前記複数の範囲画像のうちで最も新しい走査に関する最新範囲画像とそれ以外の範囲画像とを目視により区別可能とする表示用画像を生成する表示用画像生成手段とを備えて超音波診断装置を構成した。

本発明によれば、個別の走査により生成された複数の画像の間の不連続が、最新の走査範囲に関する画像において発生したか否かを容易に判別可能とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。

図１は本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。この超音波診断装置は、超音波プローブ１、装置本体２および表示器３から構成される。

超音波プローブ１は、超音波ビームを放射するとともに、この超音波ビームが照射されることによって被検体で生じた超音波エコーを受信する。超音波プローブ１としては、被検体の内部の３次元領域を超音波ビームにより電子的に高速で走査することができるように、電気信号と音響信号とを相互変換するための複数の振動子がマトリクス状に配列されてなる２次元アレイ型を採用するのが好適である。

装置本体２は、送受信ユニット４、受信走査回路５、信号処理ユニット６、ホストＣＰＵ７およびディスプレイユニット８を含む。

送受信ユニット４は、送受信スイッチ（Ｔ／Ｒ ＳＷ）１２、送信回路１１およびプリアンプ１３を含む。送受信スイッチ１２は、送信時には超音波プローブ１に送信回路１１を接続し、受信時には超音波プローブ１にプリアンプ１３を接続する。送信回路１１は、クロック発生器、分周器、送信遅延回路およびパルサを含み、超音波プローブ１に備えられた振動子を駆動する。すなわち、一定の周波数を持つクロックパルスをクロック発生器により発生する。クロックパルスを分周器により分周することにより、例えば５ＫＨｚ程度といった所要周波数のレートパルスを得る。このレートパルスを送信遅延回路によって適宜に遅延させた上で、パルサに与えて高周波の電圧パルスを発生する。そしてこの電圧パルスを振動子に印加することによって振動子を機械的に振動させる。振動子の機械的振動により発生される超音波が被検体内の音響インピーダンスの境界で反射することによってエコーが生じる。このエコーが振動子に到達すると、このエコーによって振動子が機械的に振動される。これにより振動子に電気信号、すなわち受信信号が発生する。プリアンプ１３は、受信信号を後述する処理に適切なレベルまで増幅する。増幅された受信信号は、受信走査回路５に送られる。

なお、プローブケーブルの本数を素子アレイの数より少なくするためにプローブ内に送信回路を設けたり、送信または受信の部分ビームフォーマを設けても良い。

受信走査回路５は、複数（ここではｎ個）のディジタルビームフォーマ１４₁〜１４_nを含む。受信走査回路５へと与えられた受信信号は、これらディジタルビームフォーマ１４₁〜１４_nのそれぞれに入力される。ディジタルビームフォーマ１４₁〜１４_nは、それぞれ異なる位相ずれパターンで受信信号を整相加算する。これにより、それぞれ指向方向が異なるｎ個のエコー信号が生成される。

なお、３次元走査（ボリュームスキャンともいう）に要する時間を短縮して、１秒あたりの３次元領域の走査回数（ボリュームレート）を向上しリアルタイム性を促進するために、各振動子に与える電圧パルスの遅延制御によって超音波ビームを意図的に太くする。そして、この太い超音波ビームを１回送信する毎に、指向方向の異なる複数のエコー信号を生成し、いわゆる多方向同時受信を実現している。

信号処理ユニット６は、エコープロセッサ１７、ドプラプロセッサ１８、３Ｄプロセッサ１９およびアプリケーションプロセッサ２０を含む。そしてこれらのプロセッサ１７〜２０は、いずれもバス１５，１６に接続されている。バス１５には、ビームフォーマ１４₁〜１４_nもそれぞれ接続されている。

エコープロセッサ１７は、ビームフォーマ１４₁〜１４_nから出力されるエコー信号に基づいて、組織の形態的な情報を提供するＢモード像データを生成する。

ドプラプロセッサ１８は、いわゆるカラードプライメージング（ＣＤＩ）を実現するユニットである。ドプラプロセッサ１８は、検波器、ＭＴＩフィルタ、自己相関器および演算部を含む。検波器は、ビームフォーマ１４₁〜１４_nから出力されるエコー信号を直交位相で検波して周波数偏移を受けたドプラ信号を取り出す。ＭＴＩフィルタは、ドプラ信号における特定の周波数成分だけを通過する。自己相関器は、ＭＴＩフィルタを通過した信号の周波数を求める。演算部は、自己相関器により求められた周波数から平均速度、分散、パワーを演算する。なお、ＭＴＩフィルタの通過帯域を調整することにより、主に血流を映像化する一般的なドプラモードと、主に心筋等の臓器を映像化する組織ドプラモードとを切り替えることができる。なお、一般的なドプラモードにより得られる画像データを血流ドプラ画像データと称し、組織ドプラモードにより得られる画像データを組織ドプラ画像データと称する。

３Ｄプロセッサ１９は、エコープロセッサ１７で生成されたＢモード像データから、例えば左室内壁などの診断対象の３次元的な形態を表す３次元形態画像データを生成する。３Ｄプロセッサ１９は、内蔵しているデータメモリに上記の３次元形態画像データを記憶しておく。３Ｄプロセッサ１９は、データメモリに記憶された３次元形態画像データに基づいて、ボリュームレンダリング画像データや多断面画像データを生成する。また、３Ｄプロセッサ１９は、３次元形態画像を３次元の機能画像データの対応する位置に位置整合して合成する。すなわち３Ｄプロセッサ１９は例えば、３次元形態画像データとドプラプロセッサ１８で生成された血流ドプラ画像データとに基づいて、３次元形態画像と血流ドプラ画像とを合成して表す画像のデータを生成する。この場合、３次元血流ドプラ画像の生成のためには、３次元形態画像の生成のためよりも３次元走査に要する時間が長いので、３次元血流ドプラ画像の生成のための走査範囲を、３次元形態画像の生成のための走査範囲より狭くすることが一般的である。これらの走査範囲を最適に設定することが、効率的な検査では大変重要となる。

アプリケーションプロセッサ２０は、受信走査回路５から出力されるエコー信号、エコープロセッサ１７で生成されたＢモード像データ、ドプラプロセッサ１８で生成された平均速度、分散およびパワー、あるいは３Ｄプロセッサ１９で生成されたボリュームレンダリングや多断面表示から分析・加工して得られる情報を画像化する。例えばアプリケーションプロセッサ２０は、各種の情報を分析して得られた左室壁の３次元的な動きを表す３次元変位画像データを生成する。

ホストＣＰＵ７は、超音波診断装置における周知の動作を実現するように装置本体２の各部を制御する機能を備える。この機能には、例えば次の２つの機能が含まれる。すなわちホストＣＰＵ７は、送信される超音波ビームを電子的に扇状に走査させたり、フォーカスさせるように、送信回路１１がパルス電圧を発生するタイミングを素子毎に適宜変える機能を備える。またホストＣＰＵ７は、ビームフォーマ１４₁〜１４_nの指向性をそれぞれ制御する機能を備える。なお本実施形態では、セクタ式走査に関して横方向の偏向と縦方向の偏向とを組み合わせることによって、ピラミッド形状の領域について３次元走査を行うこととする。ただし、リニア式走査でもよく、３次元走査の領域は扇型の断面を平行移動して形成される形状や円錐状でも良い。

ディスプレイユニット８は、エコープロセッサ１７、ドプラプロセッサ１８、３Ｄプロセッサ１９およびアプリケーションプロセッサ２０によって生成された各種の画像データに基づいて、その画像データが表す画像を表示するように表示器３を制御する。

表示器３は、ディスプレイユニット８の制御の下に各種の画像を表示する。表示器３としては、例えばＬＣＤ（liquid crystal display）やＣＲＴ（cathode-ray tube）などが利用できる。なおこの表示器３は超音波診断装置に内蔵せずに、汎用のデバイスを超音波診断装置に接続しても良い。

次に以上のように構成された超音波診断装置の動作について説明する。

ホストＣＰＵ７は、３次元走査の対象となるピラミッド形の領域を例えば図２に示すように複数の走査範囲に分割する。図２では、ピラミッド形の領域を４つの走査範囲Ｒ１〜Ｒ４に分割している。

ホストＣＰＵ７は、被検者の心拍に同期して、走査範囲Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれを順次的に繰り返し走査するように、送受信ユニット４および受信走査回路５を動作させる。すなわち、ホストＣＰＵ７は、走査開始後の１番目の心拍に同期して走査範囲Ｒ１を、２番目の心拍に同期して走査範囲Ｒ２を、３番目の心拍に同期して走査範囲Ｒ３を、そして４番目の心拍に同期して走査範囲Ｒ４をそれぞれ走査させる。さらにホストＣＰＵ７は、５番目以降の心拍においては、上記の順序での走査を繰り返させる。

図３は走査のシーケンスを詳細に示す図である。

走査範囲Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれは、横方向について１６方向、縦方向について４方向の計６４方向に送信方向を順次変えながら、各方向についてのエコーを収集することにより走査される。図３において「1-1」のように表される番号は、ハイフンの前の数字が走査範囲の番号を示し、ハイフンの後の数字が１つの走査範囲内での送信順序を示す。例えば「1-4」は、第１の走査範囲Ｒ１における４番目の送信方向であることを示している。かくして、例えば第１の走査範囲Ｒ１に関しては、図３に矢印で示す順序で送信方向が変化する。これは例えば、送信の繰り返し周期が３KHzで１つの方向に１回しか送信しない場合で、かつ送信の角度間隔が縦横ともに３度である場合には、横４５度、縦９度の範囲を３KHz／６４＝６２．５Hzで収集する手順となる。心拍数が６０回／分である場合は、１心拍に６２の走査範囲に関するエコーを収集できることになる。

この収集を走査範囲Ｒ１〜Ｒ４に対して繰り返すことにより、横４５度、縦４５度の領域のエコーを得ることができる。なお、走査範囲に分割せずに全領域を走査すると、更新周期は１５．６Hzに低下する。

３Ｄプロセッサ１９は、走査範囲Ｒ１〜Ｒ４に関して得られたエコーのそれぞれに基づいて、走査範囲Ｒ１〜Ｒ４に関する４つの３次元画像をそれぞれ生成する。なお３Ｄプロセッサ１９は、現在走査中の走査範囲に関しても、既に収集されたエコーに基づいて３次元画像を生成する。さらに３Ｄプロセッサ１９は、走査範囲Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれに関して最も新しく生成された３次元画像を合成して、ピラミッド形の領域に関する１つの３次元画像を生成する。

３Ｄプロセッサ１９は、上記の３次元画像に関して、３次元ボリュームレンダリングの画像や、図４に示すような横方向に切ったアジマス（azimuth）断面の断層像、縦方向に切ったエレベーション（elevation）断面の断層像、あるいは振動子に並行な面で切ったＣモードの断層像などを表示器３に表示させるための画像データを生成する。

図５は３Ｄプロセッサ１９が生成する表示用の画像の一例を示す図である。

この画像は、４つの画像を並べて構成されている。これらの４つの画像のうち、左上、右上および右下は、それぞれエレベーション断面の断層像、Ｃモードの断層像、アジマス断面の断層像である。なお左下の画像は、ボリュームレンダリング（ＶＲ）画像である。

さてホストＣＰＵ７は、現在走査中である走査範囲を表すマーカを表示するための画像データを生成し、これをディスプレイユニット８に送る。ディスプレイユニット８は表示器３を制御し、３Ｄプロセッサ１９により生成された画像とホストＣＰＵ７から送られた上記の画像データが表すマーカとを重畳表示させる。このマーカは、以下に説明する具体例のように、超音波ビームの伝播方向にほぼ直交する直線、曲線あるいは折れ線を用いることができる。

図６はＣモード画像用のマーカを表示するための画像の一例を示す図である。この画像は、直線状のマーカＭ１，Ｍ２をオーバレイマーカとして表す。図７はＣモード画像にマーカＭ１，Ｍ２を重畳表示した画像の一例を示す図である。この図７においてマーカＭ１，Ｍ２は、これを２辺とする矩形範囲が現在走査中の走査範囲であることを示している。

図８はエレベーション断面の断層像にマーカを重畳表示した画像の一例を示す図である。この図８では、曲線状のマーカＭ３を断層像の円弧状の端部に沿わせて表示している。そしてマーカＭ３は、これを円弧とする扇形範囲が現在走査中の走査範囲であることを示している。

アジマス断面の断層像においては、複数の走査範囲の画像が混在することが無いから、マークＭ１，Ｍ２，Ｍ３によるような表示は必要がない。ただし、表示中の断面が現在走査中の走査範囲に含まれる場合にのみ任意のマークを重畳表示するようにしても良い。

このように本実施形態によれば、マークＭ１，Ｍ２，Ｍ３により、表示されている画像のどの範囲が現在走査中の走査範囲に相当するのかを、目視により容易に判別することが可能である。このため、走査範囲間の画像の不連続が、現在走査中の走査範囲で発生したか否かを容易に判別できる。

なお本実施形態によれば、マークの表示のために３次元画像のデータを直接に変更していないので、走査を終了した後に画像を確認するレビューモードではマーカを表示しないようにすることが可能である。

この実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。

マーカの表示は、前記実施形態とは異なる処理によって実現することもできる。例えば、３Ｄプロセッサ１９内でデータメモリから画像データを読み出す際に、実際の画像データの深さ方向の最後のデータにマーカの輝度を持つ擬似データを付与する。

マーカは、現在走査中の走査範囲を囲う枠状などのような前記実施形態とは異なる形態のとすることもできる。

マーカを表示するのに代えて、画像の表示条件を現在表示中の走査範囲とその他の走査範囲とで異ならせても良い。例えば、現在表示中の走査範囲とその他の走査範囲とでは、画像の輝度、彩度、あるいは色相のうちの少なくとも１つを互いに異ならせる。

輝度を異ならせる場合には、３Ｄプロセッサ１９内での表示用の断面作成処理において、データメモリから画像データを読み出す際に、現在走査中の走査範囲以外の画像データの輝度を低減することにより実現できる。輝度を低減させるに当たり、急峻な変化で視覚的に輝度差が強調されて画像のつながりがわかりにくくなることを防ぐために、境界からの角度差により緩やかに輝度低減値を変化させるようにすると良い。輝度低減値は、例えばエレベーション方向の偏向角に応じて変化させれば良い。

彩度や色相を変化させる場合には、３Ｄプロセッサ１９内で表示用の断面作成処理において、表示用の画像データをＲＧＢデータに変換する際に、現在走査中の走査範囲以外の画像に関するＲＧＢデータの一つの要素の値を低減することにより実現できる。彩度や色相を低減させるに当たり、急峻な変化で視覚的に色の差が強調されて画像のつながりがわかりにくくなることを防ぐために、境界からの角度差により緩やかに色変化量を変化させるように色変化量を変化させると良い。色変化量は、例えばエレベーション方向の偏向角に応じて変化させれば良い。

多断面表示の画像に代えて、ボリュームレンダリング像や遠近感を持つ多断面表示(パースペクティブ表示)のための画像を使用しても良い。

連続した時間で走査した走査範囲の境界と不連続な時間で走査した走査範囲の境界とで異なるマーカを用いても良い。

組織像に代えて、血流または組織運動の速度または変位を表すカラードプラ画像などを使用しても良い。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。 ３次元走査の対象となるピラミッド形の領域を分割して複数の走査範囲が設定される様子を示す図。 走査のシーケンスを詳細に示す図。 ３次元画像の表示に用いる断面を説明する図。 図１中の３Ｄプロセッサ１９が生成する表示用の画像の一例を示す図。 Ｃモード画像用のマーカを表示するための画像の一例を示す図。 Ｃモード画像にマーカＭ１，Ｍ２を重畳表示した画像の一例を示す図。 エレベーション断面の断層像にマーカを重畳表示した画像の一例を示す図。

符号の説明

１…超音波プローブ、２…装置本体、３…表示器、４…送受信ユニット、５…受信走査回路、６…信号処理ユニット、７…ホストＣＰＵ、８…ディスプレイユニット、１１…送信回路、１２…送受信スイッチ、１３…プリアンプ、１４₁〜１４_n…ディジタルビームフォーマ、１７…エコープロセッサ、１８…ドプラプロセッサ、１９…３Ｄプロセッサ、２０…アプリケーションプロセッサ。

Claims (9)

1. 超音波プローブと、
   複数の走査範囲のそれぞれを順次的に繰り返し走査するように前記超音波プローブを駆動する手段と、
   １つの前記走査範囲を走査した際における前記超音波プローブでの受信信号に基づいて１つの範囲画像を生成するもので、この範囲画像の生成を前記複数の走査範囲に関してそれぞれ行う範囲画像生成手段と、
   前記複数の走査範囲のそれぞれに関して生成された複数の前記範囲画像を並べて示すとともに、前記複数の範囲画像のうちで最も新しい走査に関する最新範囲画像とそれ以外の範囲画像とを目視により区別可能とする表示用画像を生成する表示用画像生成手段とを具備したことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記表示用画像を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記範囲画像生成手段は、１つの走査範囲の走査途中に、当該走査範囲について既に得られた前記受信信号に基づく前記範囲画像の生成を繰り返し行い、
   前記表示用画像生成手段は、走査中の走査範囲に最も新しく生成された前記範囲画像を前記最新範囲画像とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記範囲画像生成手段は、３次元画像を前記範囲画像として生成することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
5. 前記生成手段は、前記最新画像と他の画像とを区別可能とするマーカを前記表示用画像に含めることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
6. 前記生成手段は、前記超音波プローブが送信する超音波ビームの伝播方向にほぼ直交する直線、曲線または折れ線を前記マーカとして前記表示用画像に含めることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
7. 前記生成手段は、最新範囲画像とそれ以外の範囲画像とで前記表示用画像における表示の条件が異なるように前記表示用画像を生成することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
8. 前記生成手段は、前記条件として輝度、彩度、あるいは色相の少なくとも１つを異ならせることを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
9. 前記生成手段は、前記最新範囲画像と前記最新範囲画像に隣接する範囲画像との境界付近における前記条件の変化を平滑化することを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。

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