JP2004344517A

JP2004344517A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP2004344517A
Application number: JP2003146826A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Yoshimura; 武浩吉村
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-05-23
Filing date: 2003-05-23
Publication date: 2004-12-09

Abstract

【課題】超音波内視鏡または超音波プローブを使用して体腔内の画像を診断する際、画像の一部を高密度走査することで高画質化を図ると共にそのための術者の操作を簡略化することができる超音波診断装置を提供すること。さらに、画像の一部を高密度走査する際、フレームレートが落ちることを防ぐことが可能な超音波診断装置を提供すること。
【解決手段】走査コントロール部１３は、ユーザーＩ／Ｆ１４で設定した特定の領域に対して走査密度を高くし、設定した領域以外に対して走査密度を低くする（間引く）ためのコントロール信号を生成する。さらに、走査コントロール部１３は、画像処理部８による画像の回転量と前記走査コントロール部１３の領域設定手段によって設定された高密度走査領域とを対応させることにより高密度走査領域を超音波像の表示画面の一定の位置に表示させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体内に超音波を送受信することで、挿入方向に対して特定の面内でスキャンする超音波診断装置に関し、特に画像の一部を高密度走査し、高解像度で表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来より、体腔内用超音波診断装置は超音波内視鏡や超音波プローブと接続して体腔内の超音波断面像を作り出し、病変の深達度診断、臓器の実質診断等に用いられている。上記超音波断層像は複数の超音波走査線から構成されており、その超音波断層像の解像度（画質）を改善する技術としては、特開２０００−２３２９７８号公報のように関心領域（ＲＯＩ）に対して高密度走査（これは超音波１画面中の送受信回数（音線）を増やすことによって分解能を改善する方法である）する領域を設定し、その領域内の超音波走査線密度を上げることが挙げられる。
【０００３】
一方、超音波内視鏡や超音波プローブは電子式走査であれ、機械式走査であれ、ラジアル走査を行う場合には超音波観測視野は３６０°におよび、体腔内で使用する場合には患部等の位置や***、超音波内視鏡や超音波プローブ挿入部のねじれにより、超音波断層像上の患部等関心領域（ＲＯＩ）が３６０°何処にでも現れ得る上、簡単に患部等ＲＯＩの位置が移動してしまう。そのため、術者が患部等ＲＯＩを診断したい位置に移動できるように画像を回転する手段が設けられている。そして、体腔内超音波診断においてはプレパラート上の組織切片と超音波画像を対比させるのが通例であり、術者は超音波断層像上の患部等ＲＯＩをラジアル画像上では中心から下（６時）方向に置くことが多い。
【０００４】
それ故、体腔内用超音波診断装置において、高密度走査領域を設定する範囲が超音波断層像上３６０°におよぶためその都度一々高密度走査領域を移動しなければならない上、患部等ＲＯＩが移動する都度、ＲＯＩを移動する必要がある。更にその後、画像を回転して患部等ＲＯＩを画像下側（６時方向）に移動する動作が必要となり、もし、画像回転している最中に患部等ＲＯＩの位置がずれたら高密度走査領域の設定と画像回転を交互に操作する必要があり操作が煩雑となる。
【０００５】
上記を判りやすく図５を参照して説明すると、（ａ）ではＲＯＩが画面左下側（８時方向）に現れた場合を示している。この場合、高密度走査領域（高画質領域、図示網掛け部分）を表示してたまたまＲＯＩに領域が重ならない限りは（ｂ）のごとく、高密度走査領域を移動し、ＲＯＩに高密度走査領域を重ねる操作が必要となる。その後、通常ならば（ｃ）のようにＲＯＩを画面下側（６時方向）にＲＯＩを移動する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２３２９７８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術では、図５（ｃ）の状態で患者が動いたり、スコープが捻られたりした場合、（ｄ）のようにＲＯＩが高密度走査領域から出た場合には、再度（ｅ）のごとく高密度走査領域を移動して、（ｆ）のごとく画像を回転する作業が必要であり操作が煩雑となる。仮に、（ｄ）のごとくＲＯＩが移動した際、ＲＯＩの方を先に画面６時方向に移動させたとしても、それと連動して高密度走査領域も同時に回転してしまうため、ＲＯＩの移動の後結局高密度走査領域の移動が発生してしまう。
【０００８】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもので、超音波内視鏡または超音波プローブを使用して体腔内の画像を診断する際、画像の一部を高密度走査することで高画質化を図ると共にそのための術者の操作を簡略化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。さらに、本発明は、画像の一部を高密度走査する際、フレームレートが落ちることを防ぐことができる超音波診断装置の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被検体に超音波振動子より超音波を送受信して超音波像を得る超音波診断装置において、前記超音波振動子により被検体に対して超音波を走査する走査手段と、前記走査手段による走査範囲に対して特定の領域を設定する特定領域設定手段と、前記特定領域設定手段により設定された領域での前記走査の走査線密度を変更する走査線密度変更手段と、前記走査手段により超音波を走査して得られた超音波像を回転させる回転手段と、前記回転手段による回転量と前記特定領域設定手段による特定領域とを対応させることにより前記特定領域を前記超音波像の表示画面の一定の位置に表示させる表示位置制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
上記構成によれば、高密度走査領域が画像回転（イメージローテーションと呼ばれる）と無関係に常に一定の位置例えば６時方向（下）の領域に表示されることで、患部等ＲＯＩが移動した際にユーザインターフェースからの指示で画像を回転して観測視野の６時方向（下）の領域に患部等ＲＯＩをもっていく超音波内視鏡の通常の使用方法を行うのみで患部等ＲＯＩの高画質化が図れるため、煩雑な操作が不要である。
【００１１】
上記を図５を参照して説明すると、（ａ）のごとく超音波断層像上左下側（８時方向）にＲＯＩが現れたとする。そこでユーザインターフェースのＲＯＩ領域設定キーを押したとして、高密度走査領域が表示画面の一定位置例えば画面下側（６時方向）に出るようにしておく。ここで（ｃ）のごとく画像を回転させれば、高密度走査領域は動かずＲＯＩが画像回転に伴い画面下側（６時方向）に重なってくる結果になる。例えその後、患者が動いたり、スコープが捻られたりして、（ｄ）のごとくＲＯＩが移動したとしても同様に画像を回転させてＲＯＩを画面下側（６時方向）に移動すれば（ｆ）のごとく高密度走査領域とＲＯＩが重なり、ＲＯＩの高画質化が図れる。つまり、（ｂ）や（ｅ）のごときＲＯＩ部に高密度走査領域を重ねる作業が省略できることになる。
【００１２】
さらに、本発明は、前記走査手段の走査する走査線の数は、この走査手段により得られる超音波像の１画面に対して一定であり、前記走査線密度変更手段による走査線密度は、前記特定領域設定手段により設定された特定の領域で高く、非設定領域では低く設定することを特徴とする。
【００１３】
これにより、高密度走査領域内での画像の画質は向上し、しかもフレームレートは高密度走査領域を設定する前と同等とすることができる。更に、走査線総数を一定とすることで、画像を生成するための走査線データを格納するメモリを増やす必要もない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の全体のブロック図を示している。以降の実施の形態では、体腔内用超音波診断装置について説明する。
【００１５】
図１において、体腔内用超音波診断装置１には複数のコネクタを介して超音波内視鏡および超音波プローブ４が接続されている。
【００１６】
体腔内用超音波診断装置１内部のパルス発生部２において、任意の電気的なパルスを発生し、パルサ３に送出する。
【００１７】
パルサ３は前記パルス発生部２の出力パルスを基に超音波振動子を駆動する電気信号を生成し、体腔内用超音波診断装置１に接続する超音波内視鏡および超音波プローブ４に超音波駆動信号を送出する。
【００１８】
前記超音波内視鏡およびプローブ４内部の超音波振動子５では前記パルサ３からの電気信号を音響信号に変換し被検体内に超音波を送出し、被検体内ではね返ったエコーを電気信号に変換し、受信信号として前記超音波診断装置１内のアンプ（ＡＭＰ）６を経て、受信号処理部７に送出する。
【００１９】
前記受信号処理部７では対数増幅、検波、Ａ／Ｄ変換が行われ、画像処理部８に各走査線毎のデータが送られる。前記画像処理部８では内部のメモリ９にデータを蓄えると共にデータを読み出し座標変換を行ない完成した画像をモニタ９に表示する。
【００２０】
前記超音波内視鏡および超音波プローブ４内のＤＣモータ１１は前記超音波振動子５に回転伝達手段（例えば、フレキシブルシャフト）で接続しており、回転速度制御部１５からの制御信号に応じた回転速度で超音波振動子５を回転させる。ＤＣモータ１１と回転速度制御部１５は、超音波振動子５により被検体に対して超音波を走査する走査手段を構成している。
【００２１】
エンコーダ１２は前記ＤＣモータ１１と機械的に（例えば、ベルト等で）接続されＤＣモータ１１の回転に同期して前記超音波振動子５の一回転につき１パルス（Ｚ相信号）と一回転につき一定回数パルス（Ａ相信号）を発生し、走査コントロール部１３に送出する。
【００２２】
ユーザインターフェース（以下ユーザＩ／Ｆと略記）１４は、前記走査コントロール部１３および前記画像処理部８に接続され、それぞれに高密度走査領域設定情報および画像回転情報を送出する。前記画像処理部８では前記高密度走査領域設定情報および画像回転情報を座標変換に反映する処理を施す。ユーザＩ／Ｆ１４と走査コントロール部１３は、走査手段による走査範囲に対して特定の領域を設定する特定領域設定手段を構成している。ユーザＩ／Ｆ１４と画像処理部８は、走査手段により超音波を走査して得られた超音波像を回転させる回転手段を構成している。
【００２３】
ここで、高密度走査領域をどのようにして設定するかについて説明する。高密度走査領域はユーザＩ／Ｆ（例えばキーボード）から入力する。設定方法は、例えばキーボード上の高密度走査ボタンを押すと以前設定した領域（扇形）が画面６時方向に現れる。領域の大きさを変更したい場合は、キーボード上のマウスか矢印等のボタン操作で真下方向の軸を中心に左右に伸縮するようにする。すなわち、下向きの扇を広げたり畳んだりするようなイメージで、領域の大きさを変更できる。
【００２４】
前記走査コントロール部１３は前記パルス発生部２、前記受信号処理部７、および回転速度制御部１５に接続され、前記Ａ相信号、Ｚ相信号を元に超音波の発生および受信のタイミング信号をパルス発生部２および受信号処理部７に送出する。また、前記走査コントロール部１３は高密度走査領域設定情報および画像回転情報とＡ相信号およびＺ相信号を照らし合わせ、高密度走査領域を走査中か否かの判断を行い前記ＤＣモータ１１の回転速度を切替えるタイミング信号を前記回転速度制御部１５に送出する。走査コントロール部１３は、特定領域設定手段により設定された領域での走査の走査線密度を変更する走査線密度変更手段を構成していると共に、回転手段による回転量と特定領域設定手段による特定領域とを対応させることにより特定領域を超音波像の表示画面の一定の位置に表示させる表示位置制御手段を構成している。
【００２５】
前記回転速度制御部１５は前記ＤＣモータ１１に接続されていて、ＤＣモータ１１の回転を制御しており、前記走査コントロール部１３のモータ回転速度切替えタイミング信号に応じてＤＣモータ１１の回転速度を制御する制御信号をＤＣモータ１１に送出する。
【００２６】
前記ＤＣモータ１１は前述したように前記超音波振動子５に回転伝達手段（例えば、フレキシブルシャフト）で接続しており、前記制御信号に応じた回転速度で超音波振動子５を回転させる。
【００２７】
次に上記第１の実施の形態において、実際の走査を図２を参照して説明する。
図２（ａ）は超音波の機械式ラジアル走査を行なった場合の走査の概念図である。通常、エンコーダ１２からのＺ相信号（１パルス／回転）を基準にＡ相信号（２５６パルス／回転）に同期して走査していく。このとき振動子の回転速度は一定のため、走査密度は一定である。
【００２８】
ここで、図２（ｂ）のごとく、特定領域として高密度走査領域（図示網掛け部分）を設定したとする。高密度走査する領域がＺ相信号を基準にカウントしたとき図のごとく５１番目から６０番目まで走査線１０本分の領域であったとしたら、仮に走査密度を倍にするのであれば図２（ｃ）のごとく、５１番目から走査線２０本分の走査中は振動子の回転速度を半分に落して走査する。その替わりに高密度走査領域以外（この場合では、上半分）で振動子５の回転速度を速くして走査密度を低くする。これにより、一回転中の走査本線は一定に保たれることで、フレームレートの低減を抑制し、走査線データを格納するメモリ９を増設する必要がなくなる。
【００２９】
画像を回転した場合は、回転した角度から、高密度走査領域内の走査線番号を走査コントロール部１３で割り出し、その走査範囲で振動子回転速度を遅くし、その他の領域では回転速度を速くすることで、走査密度をコントロールする（図２（ｄ）参照）。
【００３０】
例えば、１回転中の走査線数が２５６本であり、高密度走査領域を表示画面の真下を中心に４５°の範囲（全周の８分の１）と設定した場合、高密度走査しない場合に高密度走査領域内にくる走査線数は３２本（２５６ × （４５／３６０））となる。そこで倍の高密度走査を行うとするとその高密度領域にくる走査線は６４本となる。更に、画像回転手段により例えば１００°左方向（反時計回り）に回転した場合を考えると、走査線７１本（２５６×（１００／３６０））分に当たり、その分を走査線全体に加算すれば良い。（ただし、２５６の次の数値は１とする。）即ち、回転前の走査線番号に７１を加算した走査範囲で高密度走査（走査線密度の変更走査）を行えばよい。
【００３１】
この場合、超音波振動子５の回転速度は、ＤＣモータ１１の回転速度を制御することで行う。ＤＣモータ１１の回転速度はＤＣモータ１１ヘの供給電圧によって制御するため、走査コントロール部１３からの回転速度に関する命令（速度を速くする、あるいは速度を遅くする等）を回転速度制御部１５で受けたら、ここでＤＣモータ１１ヘの供給電圧を制御し、速度を速くする場合にはＤＣモータ１１ヘの供給電圧を通常より高くし、速度を遅くする場合にはＤＣモータ１１ヘの供給電圧を通常より低くするように制御する。
【００３２】
なお、第１の実施形態では、ＤＣモータを用い超音波振動子を機械式ラジアル走査させ、その回転速度を変える構成としたが、これは、複数の超音波振動子をアレイ状にして挿入軸の周りに環状に設けた電子ラジアル走査式の超音波内視鏡および超音波プローブとしてその超音波振動子の切り替え速度を変更することでラジアル走査のスキャン速度を変える構成としても良く、機械式ラジアル走査には限定されない。更に、ラジアル走査は３６０°全周の走査ではなく１８０°や２７０°の走査でも良い。更に、ラジアル走査ではなく、コンベックス、リニア、セクタなど他の走査方式であっても良い。
【００３３】
第１の実施の形態によれば、超音波断層像の一部（患部等ＲＯＩ）の高画質化が可能となり、しかもその高画質化の操作の簡略化が可能となる。また、高画質化に伴うフレームレート劣化の抑制が可能であり、高画質化に伴うメモリ増加の抑制も可能である。
【００３４】
〔第２の実施の形態〕
図３は本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の全体のブロック図を示している。図３の構成において、図１と同様の機能を有する部分に関しては省略し、異なる部分のみ説明する。
【００３５】
図３では、体腔内用超音波診断装置１に超音波内視鏡および超音波プローブ４が複数接続可能な場合を示している。なお、図３では、図１における回転速度制御部１５は無く、コネクタ選択部１６が設けられている。図３のユーザＩ／Ｆ１４Ａは、複数の超音波内視鏡および超音波プローブ４を選択可能にするコネクタ切替えキーを備えており、図３の走査コントロール部１３Ａは、Ａ相信号，Ｚ相信号のほかに遅延Ａ相信号を元に超音波の発生および受信のタイミング信号を発生する点で、図１におけるユーザＩ／Ｆ１４、走査コントロール部１３とは相違している。
【００３６】
超音波内視鏡および超音波プローブの選択は、体腔内用超音波診断装置１前面の図示しない超音波内視鏡および超音波プローブ４への電源供給スイッチのオン時に行う。
【００３７】
体腔内用超音波診断装置１に設けられた複数のコネクタには予め順位を付けておく。電源スイッチをオンした時複数本の超音波内視鏡および超音波プローブ４が接続されていた場合には、どのコネクタに超音波内視鏡および超音波プローブ４が接続されているかを走査コントロール部１３にて検知し、前述したコネクタの順位において一番順位の高いコネクタを選択するようにする。体腔内用超音波診断装置１の他のコネクタに接続された超音波内視鏡および超音波プローブ４を選択したい場合にはユーザＩ／Ｆ１４Ａの図示しないコネクタ切替えキーにより自由に変更可能とする。
【００３８】
上記によって駆動するコネクタが選択されたと同時に、コネクタ選択部１６により、超音波内視鏡および超音波プローブ４に接続する必要最低限の信号（送受信信号、Ａ相信号、Ｚ相信号等）を、駆動するコネクタ側に切り替える。
【００３９】
ＤＣモータ１１は速度一定で回転し、エンコーダ１２は超音波振動子５の一回転につき１パルス（Ｚ相信号）と一回転につき一定回数パルス（Ａ相信号）を発生し、走査コントロール部１３Ａおよび信号遅延部１７に送出する。
【００４０】
前記信号遅延部１７ではＡ相信号を一定値（例えば、位相１８０°）遅らせた信号を走査コントロール部１３Ａに送出する。
【００４１】
前記走査コントロール部１３Ａでは、前記Ａ相信号、遅延Ａ相信号、Ｚ相信号を元に超音波の発生および受信のタイミング信号をパルス発生部２および受信号処理部７に送出する。
【００４２】
次に上記第２の実施の形態において、実際の走査を図４を参照して説明する。
図４（ａ）は超音波の機械式ラジアル走査を行なった場合の走査の概念図である。
【００４３】
通常、エンコーダ１２からのＺ相信号（１パルス／回転）を基準にＡ相信号（２５６パルス／回転）に同期して走査していく。このとき振動子５の回転速度は一定のため、走査密度は一定である。
【００４４】
ここで、図４（ｂ）のごとく、特定領域として高密度走査領域（図示網掛け部分）を設定したとする。高密度走査する領域がＺ相信号を基準にカウントしたとき図のごとく５１番目から６０番目まで走査線１０本分の領域であったとして、走査密度を倍にするのであれば前述した遅延Ａ相信号（ここではＡ相の１８０°遅延信号）のパルスでも超音波を送受信するようにすれば、図４（ｃ）のごとく超音波振動子５の回転速度が一定であっても走査密度を上げることが可能となる。
【００４５】
その替わりに高密度走査領域以外（この場合では、上半分）において、超音波送受信を通常より少なくして、走査密度を低くし、一回転中の走査本数を一定に保つようにすることで、フレームレートの低減を抑制し、走査線データを格納するメモリ９を増設する必要がなくなる。
【００４６】
画像を回転した場合は、回転した角度から、高密度走査領域内の走査線番号を走査コントロール部１３Ａで割り出し、その走査範囲で超音波送受信間隔を狭め、その他の領域では超音波送受信間隔を広げるようにすることで、走査密度をコントロールする（図４（ｄ）参照）。
【００４７】
尚、以上述べた実施の形態では、高密度走査する際に、走査密度を倍にする例について説明しているが、本発明は高密度走査する領域での走査密度はそれ以外の領域での走査密度の倍に限定されないことは勿論である。また、本発明は、機械スキャンに限らず、電子スキャンにも応用することが可能である。ただし、電子スキャンの場合、ビームフオーマによるビームの角度変更となる。
【００４８】
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態での効果に加えて、超音波内視鏡および超音波プローブへの制御線を増やす必要が無く、複数本の超音波内視鏡および超音波プローブを切り替えて使用することが可能となる。
【００４９】
［付記］
［付記項１］
超音波振動子を用いて被検体内に超音波を送受信することで、特定の面内で走査する体腔内用超音波診断装置において、
前記超音波振動子にて走査して画像を得る手段と、
前記走査手段による走査範囲のうちの特定の領域を設定する領域設定手段と、
前記領域設定手段により設定された領域と非設定領域とで前記走査手段により得られる画像の走査密度を変更する手段走査した画像を回転させる回転手段とを備えた体腔内用超音波診断装置であり、
前記回転手段により画像を回転させても前記領域設定手段により設定された領域を常に同じ位置に表示することを特徴とする。
【００５０】
［付記項２］
付記項１において、特定の面内とは挿入軸方向に対してラジアルで走査すること。
【００５１】
［付記項３］
付記項１において、走査密度は設定された領域が高く、非設定領域が低くし、また、前記走査手段により得られる１画面の走査線総数が常に一定となること。
【００５２】
［付記項４］
付記項１において、走査範囲のうちの特定の領域とはラジアル走査による観測視野の６時方向（下）の領域であること。
【００５３】
［付記項５］
付記項１において、設定される領域の面積は自由に変更可能であること。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下のような効果が得られる。超音波断層像の一部（患部等ＲＯＩ）の高画質化が可能となり、しかもその高画質化の操作の簡略化が可能となる。また、高画質化に伴うフレームレート劣化の抑制が可能であり、高画質化に伴うメモリ増加の抑制も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超音波診断装置の全体のブロック図。
【図２】本発明の第１の実施の形態で、超音波の機械式ラジアル走査を行なった場合の走査の説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態の超音波診断装置の全体のブロック図。
【図４】本発明の第２の実施の形態で、超音波の機械式ラジアル走査を行なった場合の走査の説明図。
【図５】従来技術における、超音波の機械式ラジアル走査を行なった場合の走査の説明図。
【符号の説明】
１…体腔内用超音波診断装置
２…パルス発生部
３…パルサ
４…超音波内視鏡および超音波プローブ
５…超音波振動子
６…アンプ
７…受信号処理部
８…画像処理部
９…メモリ
１０…モニタ
１１…ＤＣモータ
１２…エンコーダ
１３，１３Ａ…走査コントロール部
１４，１４Ａ…ユーザＩ／Ｆ
１６…コネクタ選択部
１７…信号遅延部

Claims

被検体に超音波振動子より超音波を送受信して超音波像を得る超音波診断装置において、
前記超音波振動子により被検体に対して超音波を走査する走査手段と、
前記走査手段による走査範囲に対して特定の領域を設定する特定領域設定手段と、
前記特定領域設定手段により設定された領域での前記走査の走査線密度を変更する走査線密度変更手段と、
前記走査手段により超音波を走査して得られた超音波像を回転させる回転手段と、
前記回転手段による回転量と前記特定領域設定手段による特定領域とを対応させることにより前記特定領域を前記超音波像の表示画面の一定の位置に表示させる表示位置制御手段と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
前記走査手段の走査する走査線の数は、この走査手段により得られる超音波像の１画面に対して一定であり、
前記走査線密度変更手段による走査線密度は、前記特定領域設定手段により設定された特定の領域で高く、非設定領域では低く設定する
ことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
前記走査手段による走査はラジアル走査であることを特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。