JP2000152932A - 超音波ビーム走査方法および装置並びに超音波撮像方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波ビームの３次元走査を能率良く行う超
音波ビーム走査方法および装置並びに超音波撮像方法お
よび装置を実現する。 【解決手段】 ３次元領域を超音波ビームで走査するに
当たり、超音波ビームを横切る面での軌跡がロゼットパ
ターンを形成するように超音波ビームを走査する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波ビーム（ｂ
ｅａｍ）走査方法および装置並びに超音波撮像方法およ
び装置に関し、特に、３次元領域を超音波ビームで走査
する超音波ビーム走査方法および装置、並びに、３次元
領域を超音波ビームで走査して得たエコー（ｅｃｈｏ）
によって撮像を行う超音波撮像方法および装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】３次元領域を超音波ビームで走査する場
合、電子的走査と機械的走査を組み合わせて行うのが普
通である。電子的走査は、フェーズドアレイ（ｐｈａｓ
ｅｄａｒｒａｙ）やスイッチドアレイ（ｓｗｉｔｃｈｅ
ｄ ａｒｒａｙ）を有する超音波プローブ（ｐｒｏｂ
ｅ）により、超音波ビームを電子スキャン（ｓｃａｎ）
することによって行われる。機械的走査は、超音波プロ
ーブの位置や姿勢を手動または適宜の走査機構で逐次変
化させることにより行われる。機械的走査により、超音
波ビームの電子スキャン面が変化し、３次元領域が走査
される。

【０００３】３次元領域のエコーデータ（ｅｃｈｏ ｄ
ａｔａ）に基づいて３次元画像が生成される。また、３
次元領域の所定の深さでレンジゲート（ｒａｎｇｅ ｇ
ａｔｅ）して得たエコーデータに基づいて、Ｃモード
（ｍｏｄｅ）画像が生成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】画像表示の１フレーム
（ｆｒａｍｅ）分の３次元画像またはＣモード画像は、
上記のような機械的走査を撮像範囲の一端から他端まで
行うことによって得られるが、機械的走査は電子スキャ
ンに比べてはるかに低速なのでフレームレート（ｆｒａ
ｍｅ ｒａｔｅ）が低く、撮像の能率が悪いという問題
があった。

【０００５】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、超音波ビームの３次元走査
を能率良く行う超音波ビーム走査方法および装置並びに
超音波撮像方法および装置を実現することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】課題を解決するための手
段を述べるに先立って、予備的に、ロゼットパターン
（ｒｏｓｅｔｔｅ ｐａｔｔｅｒｎ）について説明す
る。図１３に、ロゼットパターン発生機構の原理的構成
を示す。同図に示すように、ロゼットパターン発生機構
は、長さが同一な２つの回転アーム（ａｒｍ）９０２，
９０４を有する。

【０００７】回転アーム９０２は、一端が軸９０６に取
り付けられ、この軸９０６を中心にして、例えば図にお
ける時計回りに回転数ｆ１で回転するものである。軸９
０６は回転アーム９０４の一端に取り付けられている。
回転アーム９０４は、他端が軸９０８に取り付けられ、
この軸９０８を中心として、例えば図における反時計回
りに回転数ｆ２で回転するものである。回転アーム９０
２の先端の運動の軌跡が、ロゼットパターンを形成す
る。

【０００８】ここで、例えば、回転数ｆ１を毎秒９０回
転、回転数ｆ２を毎秒５０回転とすると、回転アーム９
０２の先端の軌跡は、図１４に示すように、花弁が放射
状に開いたようなパターン、すなわち、いわゆるロゼッ
トパターンとなる。

【０００９】ロゼットパターンの最外縁は、回転アーム
９０２と回転アーム９０４がそれらの延長方向で一直線
になったときの、回転アーム９０２の先端の軌跡であ
る。ロゼットパターンの中心を通る軌跡は、回転アーム
９０２と９０４が重なり合ったときの、回転アーム９０
２の先端の軌跡である。なお、ロゼットパターンの中心
は軸９０８の上にある。

【００１０】このようなロゼットパターンの形成は次の
ような順序で行われる。ある時点で回転アーム９０２，
９０４が一直線になり、回転アーム９０２の先端が、例
えば図１５に示すように、ロゼットパターンの最外縁の
ａ点にあるとすると、回転アーム９０２の回転につれ
て、その先端はロゼットパターンの中心ｏに向かって時
計回りに移動するが、その間回転アーム９０４が反時計
回りに回転しているので、回転アーム９０２の先端は同
図において矢印を付したような軌跡を描く。以下、回転
アーム９０２の先端の軌跡を回転アーム９０２の軌跡と
いう。

【００１１】回転アーム９０２，９０４が重なり合った
ときに、回転アーム９０２の軌跡は中心ｏを通り、さら
に反対側の外縁に向かって移動する。そして、再び回転
アーム９０４と一直線になったとき外縁点ａ’に到達
し、次いで反転して再び中心ｏを通り、反対側の外縁点
ａ’’に達し、また反転して中心ｏに向かう。このよう
な回転アーム９０２の動きにより、回転アーム９０４が
１回転する間に中心ｏの周りにほぼ等角度に開いた３つ
の花弁状の軌跡が描かれる。以下、外縁点ａ，ａ’，
ａ’’によってそれぞれの花弁を代表させるものとす
る。

【００１２】３回目に中心ｏを通過した軌跡は花弁ａが
ある側に向かうが、回転アーム９０２，９０４の回転比
の関係で、花弁ａよりも図における左側にずれる。この
ため、この方向の外縁に到達して折り返したとき、図１
６に示すように、その軌跡は別な花弁ｂを描く。花弁ｂ
は、花弁ａの反時計回りの隣の花弁となる。花弁ｂに続
いて、上記と同様にして花弁ｂ’，ｂ’’が順次に描か
れる。これらはそれぞれ花弁ａ’，ａ’’の反時計回り
の隣の花弁となる。花弁ｂ，ｂ’，ｂ’’も、花弁ａ，
ａ’，ａ’’と同様に、中心ｏの周りにほぼ等角度に開
いた３つの花弁となる。

【００１３】以下同様にして、回転アーム９０４が１回
転するたびに、反時計回りに一定の角度ずつずれかつほ
ぼ等角度に開いた、３つの花弁が順次描かれる。その様
子を図１７〜１９に順を追って示す。図１７は花弁ｃ，
ｃ’，ｃ’’を描いた軌跡を示し、図１８は花弁ｄ，
ｄ’，ｄ’’を描いた軌跡を示し、図１９は花弁ｅ，
ｅ’を描いた軌跡を示す。この最後の軌跡は、花弁ａに
帰ってロゼットパターンを完成させる。

【００１４】回転アーム９０２，９０４の回転が継続す
る間、以上の運動の繰り返しにより、ロゼットパターン
が繰り返し形成される。上記のような回転数の組み合わ
せの場合、ロゼットパターンの形成の周期は０．１ｓｅ
ｃとなる。したがって、パターン形成の周波数は１０Ｈ
ｚとなる。

【００１５】ロゼットパターンにおける花弁の形状およ
び花弁数は、回転数ｆ１とｆ２の関係に応じて変わり、
例えば、ｆ１を毎秒２９０回転、ｆ２を毎秒７０回転と
した場合、図２０に示すような、軌跡の密度を増加させ
たロゼットパターンが得られる。

【００１６】このパターンの形成も、回転アーム９０４
の１回転ごとに中心の周りにほぼ等角度で開いた複数の
花弁を描きつつ進行する。パターンの形成の周波数は１
０Ｈｚである。

【００１７】本発明は、このようなロゼットパターンを
超音波ビームの走査パターンとして利用するものであ
る。 （１）上記の課題を解決する第１の発明は、３次元領域
を超音波ビームで走査するに当たり、超音波ビームを横
切る面での軌跡がロゼットパターンを形成するように超
音波ビームを走査する、ことを特徴とする超音波ビーム
走査方法である。

【００１８】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、３次元領域を超音波ビームで走査するに当たり、超
音波ビームを横切る面での軌跡がスパイラルパターンを
形成するように超音波ビームを走査する、ことを特徴と
する超音波ビーム走査方法である。

【００１９】（３）上記の課題を解決する第３の発明
は、３次元領域を超音波ビームで走査する超音波ビーム
走査装置であって、超音波ビームを横切る面での軌跡が
ロゼットパターンを形成するように超音波ビームを走査
する超音波ビーム走査手段、を具備することを特徴とす
る超音波ビーム走査装置である。

【００２０】（４）上記の課題を解決する第４の発明
は、３次元領域を超音波ビームで走査する超音波ビーム
走査装置であって、超音波ビームを横切る面での軌跡が
スパイラルパターンを形成するように超音波ビームを走
査する超音波ビーム走査手段、を具備することを特徴と
する超音波ビーム走査装置である。

【００２１】（５）上記の課題を解決する第５の発明
は、３次元領域を超音波ビームで走査して得たエコーに
基づいて画像を生成する超音波撮像方法であって、前記
３次元領域における超音波ビームの走査は、超音波ビー
ムを横切る面での軌跡がロゼットパターンおよびスパイ
ラルパターンのうちのいずれか一方を形成するように行
う、ことを特徴とする超音波撮像方法である。

【００２２】（６）上記の課題を解決する第６の発明
は、３次元領域を超音波ビームで走査して得たエコーに
基づいて画像を生成する超音波撮像装置であって、超音
波ビームを横切る面での軌跡がロゼットパターンおよび
スパイラルパターンのうちのいずれか一方を形成するよ
うに前記３次元領域における超音波ビームの走査を行う
超音波ビーム走査手段、を具備することを特徴とする超
音波撮像装置である。

【００２３】（作用）本発明では、超音波ビームを横切
る面での軌跡がロゼットパターン等を描くように３次元
領域で超音波ビームを走査する。パターンの性質上、３
次元領域の走査が、領域全体についての大まかな走査の
繰り返しによって行われ、領域全体の大まかな情報が得
られる。繰り返しのたびに軌跡が変わり、パターンが完
結した状態で軌跡の密度が最も緻密になり、領域のすべ
ての情報が得られる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。図１に、超音波撮像装置の
ブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は、本発明の
実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発
明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置
の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一
例が示される。

【００２５】本装置の構成を説明する。図１に示すよう
に、本装置は、超音波プローブ２を有する。超音波プロ
ーブ２は、本発明の超音波ビーム走査装置の実施の形態
の一例である。また、本発明における超音波ビーム走査
手段の実施の形態の一例である。超音波プローブ２は被
検体４に当接して使用される。超音波プローブ２は、被
検体４の内部の３次元領域を超音波ビームで走査し、エ
コーを受信するものである。

【００２６】図２に、超音波プローブ２の模式的構成を
示す。同図に示すように、超音波プローブ２は超音波ト
ランスデューサ２００を有する。超音波トランスデュー
サ２００は、例えばＰＺＴ（チタン(Ｔｉ）酸ジルコン
（Ｚｒ）酸鉛）セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の
圧電材料で構成される。

【００２７】超音波トランスデューサ２０２は例えば円
板状に形成される。図２では円板の側面を示している。
円板の図における下面が超音波の送受波面となり、被検
体４に向かう超音波ビーム３００を形成する。円板の表
面は凹面とするのが超音波ビーム３００の収束性を良く
する点で好ましい。

【００２８】超音波トランスデューサ２００は、図示し
ない適宜のバッキング（ｂａｃｋｉｎｇ）部材を介し
て、回転アーム２０２の一端部に取り付けられている。
回転アーム２０２は、図において水平なものであり、そ
の下面に超音波トランスデューサ２００の背面が取り付
けられる。回転アーム２０２の他端部はモータ（ｍｏｔ
ｏｒ）２０６の回転軸に取り付けられている。モータ２
０６の回転軸は超音波ビーム３００の方向と平行であ
る。これにより、回転アーム２０２は図における水平な
面内で回転する。

【００２９】モータ２０６は回転アーム２０４の一端部
に取り付けられている。回転アーム２０４は、図におい
て水平なものであり、その下面にモータ２０６の背面が
取り付けられる。回転アーム２０４の他端部はモータ２
０８の回転軸に取り付けられている。モータ２０８は、
超音波プローブ２のケーシング（ｃａｓｉｎｇ）２１０
の内側に背面が取り付けられている。モータ２０８の回
転軸は超音波ビーム３００の方向と平行である。

【００３０】これにより、回転アーム２０４は図におけ
る水平な面内で回転する。モータ２０６は、回転アーム
２０４と一緒に回りながら回転アーム２０２を回転アー
ム２０４の回転面とは異なる水平面内で回転させる。モ
ータ２０６，２０８は互いに逆方向に回転する。超音波
ビーム３００の中心（音線）からモータ２０６の回転軸
までの距離と、モータ２０６，２０８の回転軸間の距離
は等しくなっている。

【００３１】回転アーム２０２，２０４およびモータ２
０６，２０８からなる機構は、図１３に示したものと同
様なロゼットパターン発生機構を構成する。ロゼットパ
ターンは、超音波ビーム３００に垂直な面内で形成され
る。これにより、被検体４の３次元領域が、超音波ビー
ム３００によりロゼットパターンをなす軌跡を描いて走
査される。

【００３２】回転アーム２０２の回転数は例えば５４０
０ｒｐｍ、回転アーム２０４の回転数は例えば３０００
ｒｐｍである。これによって、図１４に示したようなロ
ゼットパターンに沿った走査が行われる。走査の周期は
０．１ｓｅｃであり、したがって周波数１０Ｈｚのロゼ
ットパターン走査が行われる。

【００３３】なお、回転アーム２０２，２０４の回転数
の組み合わせはこれに限るものではなく、例えば、回転
アーム２０２の回転数を１７４００ｒｐｍ、回転アーム
２０４の回転数を４２００ｒｐｍとしても良い。これに
よって、図２０に示したようなロゼットパターンに沿っ
た走査を行うことができる。この場合も、ロゼットパタ
ーン走査の周波数は１０Ｈｚである。その他適宜の回転
数の組み合わせとして良いのはもちろんである。

【００３４】ケーシング２１０は、ロゼットパターン発
生機構を収容する容器を構成する。ケーシング２１０の
図における下部の開口部は例えばゴム膜等の超音波透過
性の柔軟な膜２１２で封止され、内部に例えば水等の超
音波伝搬媒体２１４が満たされている。

【００３５】図１に戻って、超音波プローブ２は送受信
部６および制御部１４に接続されている。送受信部６
は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて超音波を送波
させる。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波
したエコー信号を受信する。超音波プローブ２は、制御
部１４によってモータ２０６，２０８の回転が制御され
る。

【００３６】送受信部６のブロック図を図３に示す。同
図に示すように、送受信部６は送波タイミング（ｔｉｍ
ｉｎｇ）発生回路６０２を有する。送波タイミング発生
回路６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生して
駆動信号発生回路６０４に入力する。駆動信号発生回路
６０４は、送波タイミング信号に基づき駆動信号を生じ
る。

【００３７】駆動信号発生回路６０４は、駆動信号を送
受切換回路６０６に入力する。送受切換回路６０６は、
駆動信号を超音波プローブ２の超音波トランスデューサ
２００に印加する。超音波トランスデューサ２００は、
駆動信号に基づいて超音波ビーム３００を発生する。

【００３８】送受切換回路６０６には、受信回路６０８
が接続されている。送受切換回路６０６は、超音波トラ
ンスデューサ２００が受波したエコー信号を受信回路６
０８に入力する。受信回路６０８は入力信号に基づいて
エコー受信信号を出力する。

【００３９】なお、受信回路６０８は、送波超音波の基
本波エコーばかりでなく、被検体内での超音波伝搬の非
線形性に基づいて発生する、２次あるいはそれ以上の次
数の高調波エコーまたは２周波信号送波時の差周波エコ
ー等、いわゆるパラメトリックエコーを受信するもので
あって良い。

【００４０】超音波ビームの送波は、送波タイミング発
生回路６０２が発生する送波タイミング信号により所定
の時間間隔で繰り返し行われ、そのつどエコーの受信が
行われる。超音波の送受信は、超音波トランスデューサ
２００をロゼットパターンに沿って移動させながら行わ
れる。これによって、被検体４内の３次元領域について
のエコー収集が行われる。

【００４１】送受信部６はエコー処理部８に接続されて
いる。送受信部６は、音線ごとのエコー受信信号をエコ
ー処理部８に入力する。エコー処理部８はエコー受信信
号に基づいて音線ごとの画像データ（ｄａｔａ）を形成
する。すなわち、エコー受信信号を対数増幅および包絡
線検波することにより、音線上の個々の反射点でのエコ
ーの強度を表す信号すなわちＡスコープ（ｓｃｏｐｅ）
信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれ
ぞれ輝度値として画像データを形成する。

【００４２】エコー処理部８は画像処理部１０に接続さ
れている。画像処理部１０は、エコー処理部８から入力
される画像データに基づいて画像を生成するものであ
る。画像処理部１０のブロック図を図４に示す。

【００４３】同図に示すように、画像処理部１０は入力
画像メモリ１０２を有する。入力画像メモリ１０２はエ
コー処理部８から入力された画像データを記憶するもの
である。超音波ビームの走査が３次元的に行われるの
で、入力画像メモリには３次元画像データが記憶され
る。

【００４４】超音波ビームの３次元走査がロゼットパタ
ーンに沿って行われるので、図１３〜１９によって説明
したように、ほぼ等角度に開いた複数の花弁状の軌跡に
沿った走査が少しずつ角度をずらして繰り返され、所定
の繰り返し回数（この例では５回）でロゼットパターン
が完結する。

【００４５】このような走査の特質により、３次元領域
は、上記の繰り返しの１回ごとに全体が大まかに走査さ
れ、そのつど３次元領域についての大まかな画像データ
が得られる。繰り返しの１回あたりの時間は、ロゼット
パターンを完成させる時間、すなわち、３次元領域の全
走査を完了する時間の例えば１／５となる。すなわち、
３次元領域を能率良く走査することができる。。

【００４６】以下、この１回の繰り返しを１サイクル
（ｃｙｃｌｅ）という。１サイクルの時間はロゼットパ
ターン走査時間の１／５となる。したがって１サイクル
の周波数はロゼットパターン走査周波数の５倍なる。こ
の例ではロゼットパターン走査の周波数が１０Ｈｚであ
るから、１サイクルの周波数は５０Ｈｚとなる。このよ
うにして得た画像データが入力画像メモリ１０２に記憶
される。

【００４７】入力画像メモリ１０２の出力データは相互
相関ユニット１０４に入力される。相互相関ユニット１
０４には、全体画像メモリ１０６の出力データも入力さ
れる。全体画像メモリ１０６は、３次元領域を全走査し
て得た３次元画像データが記憶されている。相互相関ユ
ニット１０４は、２つの入力データに基づき、入力画像
と全体画像の３次元相互相関を求める。相互相関ユニッ
ト１０４は、例えばＤＳＰ（ｄｅｇｉｔａｌ ｓｉｇｎ
ａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等によって構成される。相
互相関に掛ける入力画像データは、上記の１サイクル分
の画像データが用いられる。全体画像データは、全画像
データのうち、入力画像データの１サイクル分に対応す
る部分およびその近傍の画像データが用いられる。

【００４８】相互相関ユニット１０４の出力信号は変位
・変形検出ユニット１０８に入力される。変位・変形検
出ユニット１０８は、相互相関ユニット１０４の出力信
号に基づいて入力画像の変位および変形を求めるもので
ある。変位・変形検出ユニット１０８は、例えばＤＳＰ
等によって構成される。変位・変形検出ユニット１０８
により、入力画像の平行移動や回転移動の量と方向が求
められる。また、入力画像の伸縮の量と方向が求められ
る。

【００４９】変位・変形検出ユニット１０８の出力信号
は画像補正ユニット１１０に入力される。画像補正ユニ
ット１１０には、また、全体画像メモリ１０６の画像デ
ータが入力される。画像補正ユニット１１０は、変位・
変形検出ユニット１０８の出力信号に基づいて全体画像
データを補正する。画像補正ユニット１１０は、例えば
ＤＳＰ等によって構成される。画像データの補正に当た
っては、入力画像データから求めた部分的な変位・変形
に基づいて該当する部分を補正するとともに、それを敷
衍して全体画像を補正する。これによって新たな３次元
像が形成される。

【００５０】入力画像データは、１サイクルの走査で得
られた３次元領域全体の大まかな画像データであるか
ら、それから求めた変位・変形を画像全体に敷衍して更
新画像を形成することにより、妥当性が高い更新画像を
得ることができる。

【００５１】画像補正ユニット１１０の出力画像データ
は出力画像メモリ１１２に入力される。出力画像メモリ
１１２の出力データは次段に出力される。出力画像メモ
リ１１２の出力データは、また、切換器１１４を通じて
全体画像メモリ１０６に入力され、新たな全体画像とし
て書き込まれる。

【００５２】以下、超音波ビーム走査の１サイクルごと
に同様な処理が行われる。なお、全体画像メモリ１０６
には、切換器１１４の切り換えにより、エコー処理部８
からの入力画像データを記憶することができるようにな
っている。これは、超音波撮像の初期において、全体画
像メモリ１０６に入力画像メモリ１０２と同一の画像デ
ータを書き込むためのものである。

【００５３】このような画像処理部１０の画像処理によ
り、超音波ビーム走査の１サイクルごとに３次元画像が
更新される。１サイクルの周波数が例えば５０Ｈｚであ
るので、機械的な３次元音線走査でありながら、撮像の
フレームレートを５０Ｈｚと高速にすることができる。

【００５４】画像処理部１０には表示部１２が接続され
ている。表示部１２は、画像処理部１０から画像信号が
与えられ、それに基づいて画像を表示するものである。
表示部１２は、例えばグラフィックディスプレー（ｇｒ
ａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等によって構成される。

【００５５】以上の、超音波プローブ２、送受信部６、
エコー処理部８、画像処理部１０および表示部１２には
制御部１４が接続されている。制御部１４は、それら各
部に制御信号を与えて動作を制御するようになってい
る。また、制御部１４には、被制御の各部から各種の報
知信号が入力されるようになっている。制御部１４によ
る制御の下で、超音波撮像が遂行される。

【００５６】制御部１４には操作部１６が接続されてい
る。操作部１６は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒ
ｄ）やその他の操作具を備えた操作パネル（ｐａｎｅ
ｌ）で構成される。操作部１６は、操作者が制御部１４
に所望の指令や情報等を入力するのに用いられる。

【００５７】本装置の動作を説明する。操作者は、超音
波プローブ２を被検体４の所望の個所に当接し、操作部
１６を操作して撮像を行う。撮像は制御部１４による制
御の下で遂行される。

【００５８】超音波プローブ２と送受信部６により、被
検体４の３次元領域がロゼットパターンに沿って超音波
走査され音線ごとにエコーが受信される。エコー受信信
号に基づきエコー処理部８で画像データが形成され、画
像処理部１０に入力される。

【００５９】画像処理部１０では初期状態では切換器１
１４が入力画像データ側に切り換えられており、入力画
像データが入力画像メモリ１０２と全体画像メモリ１０
６に共通に入力される。これによって、入力画像メモリ
１０２と全体画像メモリ１０６には同一の画像が記憶さ
れる。

【００６０】両メモリに記憶された画像が同一であるこ
とにより、相互相関ユニット１０４および変位・変形検
出ユニット１０８では変位・変形が検出されず、このた
め画像補正ユニット１１０による画像補正は行われな
い。したがって、入力画像がそのまま出力画像メモリ１
１２に記憶される。出力画像メモリ１１２の画像データ
は表示部１２に与えられ、可視像として表示される。

【００６１】ロゼットパターンに沿った音線走査が少な
くとも１回完結したとき切換器１１４が出力画像メモリ
１１２側に切り換えられ、以後その状態が保たれる。こ
れによって、画像処理部１０は上述したように音線走査
の１サイクルごとに画像を更新するようになる。したが
って、表示部１２に表示される３次元画像は、例えば５
０Ｈｚのフレームレートで更新され、実質的に実時間の
３次元表示象を得ることができる。

【００６２】以上は、３次元像を撮像する例であるが、
受信回路６０８にエコー受信信号を超音波ビーム３００
の進行方向の所定の距離でサンプリング（ｓａｍｐｌｉ
ｎｇ）するレンジゲート（ｒａｎｇｅ ｇａｔｅ）手段
を設ければ、レンジゲートしたエコー受信信号に基づい
てＣモードの断層像を得ることができる。Ｃモード画像
も高フレームレートで得られることはいうまでもない。

【００６３】また、超音波トランスデューサ２００を単
一の圧電板で構成する代わりに、例えば図５に示すよう
に、複数の超音波トランスデューサ２００’の２次元ア
レイ５００とし、送受信部６を、図６に示すように、送
波ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）６０４’お
よび受波ビームフォーマ６０８’を備えたものとして、
電子スキャンにより超音波ビームの局部的な３次元走査
するようにしても良い。

【００６４】このようにすると、電子スキャンと機械的
なロゼットパターン走査の組み合わせにより、単一の圧
電板の場合よりも音線密度の高い３次元走査、あるい
は、音線密度を同一にした場合はより範囲が広い３次元
走査を行うことができる。

【００６５】また、２次元アレイ５００を用いた場合
は、超音波送波を球面波または平面波で行い、エコー受
信信号を個々の超音波トランスデューサ２００’ごとに
ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のままでレン
ジゲートしてメモリし、メモリデータを２次元フーリエ
（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換してＣモード画像を生成するよ
うにしても良い。これは、電子スキャンによる音線走査
をしないで空間分解能の良いＣモード画像を撮像する点
で好ましい。

【００６６】また、超音波トランスデューサを複数個用
いる場合は、超音波プローブ２を図７に示すように構成
しても良い。すなわち、同図に示すように、複数の超音
波トランスデューサを備えた超音波送受波器２２０を走
査機構２３０でロゼットパターン走査する構成とする。
その他の部分は図２に示した超音波プローブ２と同様で
あり、同一の符号を付す。

【００６７】超音波送受波器２２０は、例えば図８に平
面図を示すように、複数の超音波トランスデューサ２２
２を、円板状の支持部材２２４に所定のピッチ（ｐｉｔ
ｃｈ）ｐで２次元的に配置して構成される。

【００６８】走査機構２３０は、例えば図９に示すよう
に、超音波送受波器２２０が一端に取り付けられた回転
アーム２３２を有する。回転アーム２３２は、図におい
て水平なものであり、その下面に超音波送受波器２２０
の背面が取り付けられる。なお、取り付けには軸受け等
が用いられる。回転アーム２３２の他端部はモータ２３
６の回転軸に取り付けられている。モータ２３６の回転
軸は超音波ビーム３２０の方向と平行である。これによ
り、回転アーム２３２は図における水平な面内で回転す
る。

【００６９】モータ２３６は回転アーム２３４の一端部
に取り付けられている。回転アーム２３４は、図におい
て水平なものであり、その下面にモータ２３６の背面が
取り付けられる。回転アーム２３４の他端部はモータ２
３８の回転軸に取り付けられている。モータ２３８は、
超音波プローブ２のケーシング２１０の内側に背面が取
り付けられている。モータ２３８の回転軸は超音波ビー
ム３２０の方向と平行である。

【００７０】これにより、回転アーム２３４は図におけ
る水平な面内で回転する。モータ２３６は、回転アーム
２３４と一緒に回りながら回転アーム２３２を回転アー
ム２３４の回転面とは異なる水平面内で回転させる。モ
ータ２３６，２３８は互いに逆方向に回転する。超音波
ビーム３２０の中心からモータ２３６の回転軸までの距
離と、モータ２３６，２３８の回転軸間の距離は等しく
なっている。

【００７１】回転アーム２３２，２３４およびモータ２
３６，２３８からなる機構は、図２に示したものと同様
なロゼットパターン発生機構を構成する。ただし、回転
アーム２３２，２３４の長さが、図２に示したものより
大幅に短くなっている。回転アーム２３２，２３４の長
さは、それらの和が例えば超音波トランスデューサ２２
２の配列ピッチｐと同等ないしそれをやや上回る程度と
される。

【００７２】これにより、被検体４の３次元領域が、超
音波トランスデューサ２２２の超音波ビーム３２０によ
り、直径の小さなロゼットパターンに沿って走査され
る。同様なロゼットパターン走査が、支持部材２２０上
の全ての超音波トランスデューサにより一斉に行われ
る。すなわち、複数の超音波トランスデューサは、３次
元領域の一部分ずつを分担してそれぞれロゼットパター
ン走査を行う。

【００７３】なお、このような超音波プローブを用いる
場合は、送受信部６は、駆動信号発生回路および受信回
路を個々の超音波トランスデューサにごとに持つものを
用いる。これによって、複数の超音波トランスデューサ
に対応した複数の音線によるロゼットスキャンを行うこ
とができる。

【００７４】このような装置は、図２に示した超音波プ
ローブを用いるものよりもロゼットパターンの軌跡に沿
って音線密度の高い走査を行う点で好ましい。あるい
は、ロゼットパターンの軌跡に沿う音線密度を同程度と
した場合は、より広い範囲を走査する点で好ましい。

【００７５】機械的な音線走査は、必ずしもロゼットパ
ターンに限らず例えばスパイラル（ｓｐｉｒａｌ）パタ
ーンとしても良い。すなわち、図１０に模式的に示すよ
うに、渦巻き状の軌跡Ａに沿って１サイクルのスパイラ
ルスキャンを行い、次のサイクルでは開始点をずらした
軌跡Ｂに沿ってスパイラルスキャンを行う、という順序
で、例えば図１１に示すように８サイクルのスパイラル
スキャンにより撮像対象の３次元領域を走査する。

【００７６】このようにしても、１サイクルの走査で３
次元領域を大まかに走査することができるという点で
は、ロゼットパターン走査と同様であり、同様な効果を
得ることができる。

【００７７】このようなスパイラルスキャンを可能にす
る走査機構の一例の模式的構成を図１２に示す。同図に
示すように、走査機構は、一対の駆動板２５２，２５４
を有する。駆動板２５２，２５４はそれぞれ互いに垂直
な方向に形成されたスリット２５６，２５８を有する。
これら両スリットを通る軸２６０が設けられ、この軸２
６０の一端に超音波トランスデューサ２００の背面が取
り付けられる。駆動板２５２，２５４は、それぞれのス
リット２５６，２５８の方向とは垂直な方向にそれぞれ
往復可能になっている。なお、超音波トランスデューサ
２００は、前述の２次元アレイ５００または超音波送受
波器２２０で置き換えるようにしても良い。

【００７８】このような機構において、駆動板２５２，
２５４に、位相が互いに９０度異なる減衰振動を行わせ
るとことにより、超音波トランスデューサ２００をスパ
イラルパターンに沿って運動させることができる。そし
て、スパイラルスキャンの１サイクルごとに駆動のタイ
ミングを所定時間ずつずらすことにより、軌跡の異なる
複数のスパイラルスキャンを順次行わせることができ
る。なお、減衰振動の代わりに拡大振動を行わせるよう
にしても良いのはいうまでもない。

【００７９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、超音波ビームの３次元走査を能率良く行う超音波
ビーム走査方法および装置並びに超音波撮像方法および
装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。

【図２】図１に示した装置における超音波プローブの模
式図である。

【図３】図１に示した装置における送受信部のブロック
図である。

【図４】図１に示した装置における画像処理部のブロッ
ク図である。

【図５】超音波トランスデューサの２次元アレイの模式
図である。

【図６】図１に示した装置における送受信部のブロック
図である。

【図７】図１に示した装置における超音波プローブの模
式図である。

【図８】図７に示した超音波プローブにおける超音波送
受信器の模式図である。

【図９】図７に示した超音波プローブにおける走査機構
の模式図である。

【図１０】スパイラルスキャンの模式図である。

【図１１】スパイラルスキャンの模式図である。

【図１２】スパイラルスキャン機構の模式図である。

【図１３】ロゼットパターン走査機構の原理図である。

【図１４】ロゼットパターンの一例を示す図である。

【図１５】ロゼットパターンの形成過程を示す図であ
る。

【図１６】ロゼットパターンの形成過程を示す図であ
る。

【図１７】ロゼットパターンの形成過程を示す図であ
る。

【図１８】ロゼットパターンの形成過程を示す図であ
る。

【図１９】ロゼットパターンの形成過程を示す図であ
る。

【図２０】ロゼットパターンの一例を示す図である。

【符号の説明】

２ 超音波プローブ ４ 被検体 ６ 送受信部 ８ エコー処理部 １０ 画像処理部 １２ 表示部 １４ 制御部 １６ 操作部 １０２ 入力画像メモリ １０４ 相互相関ユニット １０６ 全体画像メモリ １０８ 変位・変形検出ユニット １１０ 画像補正ユニット １１２ 出力画像メモリ ２００ 超音波トランスデューサ ２０２，２０４ 回転アーム ２０６，２０８ モータ ３００ 超音波ビーム

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Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元領域を超音波ビームで走査するに
   当たり、 超音波ビームを横切る面での軌跡がロゼットパターンを
   形成するように超音波ビームを走査する、ことを特徴と
   する超音波ビーム走査方法。
2. 【請求項２】 ３次元領域を超音波ビームで走査するに
   当たり、 超音波ビームを横切る面での軌跡がスパイラルパターン
   を形成するように超音波ビームを走査する、ことを特徴
   とする超音波ビーム走査方法。
3. 【請求項３】 ３次元領域を超音波ビームで走査する超
   音波ビーム走査装置であって、 超音波ビームを横切る面での軌跡がロゼットパターンを
   形成するように超音波ビームを走査する超音波ビーム走
   査手段、を具備することを特徴とする超音波ビーム走査
   装置。
4. 【請求項４】 ３次元領域を超音波ビームで走査する超
   音波ビーム走査装置であって、 超音波ビームを横切る面での軌跡がスパイラルパターン
   を形成するように超音波ビームを走査する超音波ビーム
   走査手段、を具備することを特徴とする超音波ビーム走
   査装置。
5. 【請求項５】 ３次元領域を超音波ビームで走査して得
   たエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像方法であ
   って、 前記３次元領域における超音波ビームの走査は、超音波
   ビームを横切る面での軌跡がロゼットパターンおよびス
   パイラルパターンのうちのいずれか一方を形成するよう
   に行う、ことを特徴とする超音波撮像方法。
6. 【請求項６】 ３次元領域を超音波ビームで走査して得
   たエコーに基づいて画像を生成する超音波撮像装置であ
   って、 超音波ビームを横切る面での軌跡がロゼットパターンお
   よびスパイラルパターンのうちのいずれか一方を形成す
   るように前記３次元領域における超音波ビームの走査を
   行う超音波ビーム走査手段、を具備することを特徴とす
   る超音波撮像装置。