JP2009028366A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動子ユニットを機械的に連続移動させながら電子走査を行う高速な３Ｄスキャンを実現させつつ簡便に高精度且つ高画質な擬似３次元画像を発生することが可能な超音波診断装置の提供。
【解決手段】第１方向に配列された複数の超音波振動子を有する超音波振動子ユニット３１と、超音波振動子ユニット３１を第２方向に連続移動させるための機構３３とを有する探触子３０と、超音波振動子ユニット３１に超音波を発生させる超音波送信部１１と、超音波走査線信号を生成する超音波走査線信号生成部１３１と、超音波振動子ユニット３１の位置に基づいて複数の実測の超音波走査線信号から第２方向に垂直な計算上の電子走査面を構成する複数の計算上の超音波走査線信号を算出する超音波走査線信号算出部１５５と、第２方向に垂直な多断面の断層像を発生する画像発生部１７と、を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３次元スキャンを行うための超音波診断装置に関する。

３次元スキャンのために、超音波探触子を機械的に移動（機械走査）させながら電子走査を行う（以下、電子・機械複合走査と呼ぶことにする）超音波診断装置がある。当該電子・機械複合走査を行う超音波診断装置における超音波探触子は、一列に配列された複数の超音波振動子からなる超音波振動子ユニットを有しており、超音波送信部は、超音波走査線を順次切り換えるよう複数の超音波振動子に対する超音波駆動パルスの遅延時間を制御する。超音波振動子ユニットで受信された複数のエコー信号は、遅延加算回路にて遅延加算され、実測の超音波走査線信号に変換される。超音波診断装置は、電子走査時に超音波振動子ユニットを電子走査面に対して交差する方向（通常電子走査面に対して垂直）に機械的に移動させることで複数の実測の超音波走査線信号を生成する。そして、これら複数の実測の超音波走査線信号に基づいて多断面の断層像が発生され、これら多断面の断層像の集合にレンダリング処理が行われ、その結果擬似３次元画像が発生される。

電子・機械複合走査の方法として、超音波振動子ユニットを機械的に連続移動させながら電子走査を繰り返す方法があるが、この方法では電子走査面は移動方向に対して傾斜する。この場合、超音波受信時における超音波振動子ユニットの位置情報を用いて、移動方向に対して傾斜した電子走査面を構成する複数の実測の超音波走査線信号に基づいて移動方向に対して傾斜した多断面の実測の断層像を発生し、当該多断面の実測の断層像の集合にレンダリング処理をし、擬似３次元画像を発生する。

しかし、この場合、複雑なレンダリング処理を必要とし、現実的ではない。また、超音波振動子ユニットの往路と復路とで電子走査面が同一にならないために、このことも考慮した複雑なレンダリング処理を必要とする。

そこで、電子・機械複合走査の別の方法として、図１３に示すように、電子走査面を移動方向に対して垂直にするために超音波振動子ユニットを移動→停止→電子走査→移動→停止→電子走査、のように間歇的に移動させる方法がある。しかし、この方法では移動機構の制御や電子走査の制御が複雑となる。また、超音波振動子ユニットを機械的に停止させるため高速な３Ｄスキャンには不向きである。
特許第２７２３４６４号公報

本発明の目的は、超音波振動子ユニットを機械的に連続移動させながら電子走査を行う高速な３Ｄスキャンを実現させつつ簡便に高精度且つ高画質な擬似３次元画像を発生することが可能な超音波診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る超音波診断装置は、ある局面において、第１の方向に配列され超音波を送信しエコー信号を受信する複数の超音波振動子を有する超音波振動子ユニットと、前記超音波振動子ユニットを前記第１の方向に交差する第２の方向に連続的に移動させるための移動機構とを有する超音波探触子と、前記超音波振動子ユニットの位置を検出する位置検出部と、前記超音波振動子ユニットを前記第２の方向に連続移動させるように前記移動機構を制御する移動制御部と、前記超音波振動子ユニットに超音波を発生させる超音波送信部と、前記超音波振動子ユニットからの複数のエコー信号を遅延加算し実測の超音波走査線信号を生成する超音波走査線信号生成部と、前記検出した超音波振動子ユニットの位置に基づいて前記複数の実測の超音波走査線信号から前記第２の方向に垂直な複数の計算上の電子走査面を構成する複数の計算上の超音波走査線信号を算出する超音波走査線信号算出部と、前記複数の計算上の超音波走査線信号に基づいて前記第２の方向に垂直な多断面の断層像を発生する画像発生部と、を具備する。

本発明によれば、超音波振動子ユニットを機械的に連続移動させながら電子走査を行う高速な３Ｄスキャンを実現させつつ簡便に高精度且つ高画質な擬似３次元画像を発生することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１は、本実施形態に関わる超音波診断装置１の構成を示す図である。図１に示すように、超音波診断装置１は、超音波診断装置本体１０と超音波探触子３０とから構成される。

超音波診断装置本体１０は、超音波送信部１１、超音波受信部１３、信号処理部１５、画像発生部１７、表示部１９、記憶部２１、システム制御部２３、入力部２５、移動制御部２７、位置検出部２９を備える。

超音波探触子３０は、超音波診断装置本体１０に接続されており、超音波振動子ユニット３１、移動機構３３を備える。以下、個々の構成要素の機能について説明する。

超音波送信部１１は、図示しないレートパルス発生回路、遅延回路、駆動パルス発生回路等を有している。レートパルス発生回路は、所定のレート周波数ｆr Ｈｚ（周期；１／ｆr秒）で、レートパルスを繰り返し発生する。遅延回路は、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束させ且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を各レートパルスに与える。駆動パルス発生回路は、各遅延されたレートパルスに基づくタイミングで超音波駆動パルスを発生する。駆動パルスを受けた超音波振動子ユニット３１の超音波振動子は、超音波を発生する。

超音波振動子ユニット３１は、図示しない複数の超音波振動子、バッキング材、音響整合層、音響レンズを有する。複数の超音波振動子は１方向に沿って配列され、個々の超音波振動子は複数の圧電素子からなる。この超音波振動子が配列される方向をアレイ方向と称することにする。個々の超音波振動子は、超音波送信部１１からの超音波駆動パルスの印加を受けて超音波を被検体に送信する。被検体等の内部組織によって反射された超音波は、エコー信号として個々の超音波振動子で受信され、超音波受信部１３に送信される。バッキング材は、複数の超音波振動子の背面に設けられ超音波を吸収し振動を抑える。音響整合層は、複数の超音波振動子の前面に設けられ被検体と複数の超音波振動子との音響インピーダンスの違いによる超音波の反射を抑える。音響レンズは、音響整合層の前面に設けられ遅延回路による集束の方向とは異なる方向に関して超音波を集束させる。

超音波受信部１３は、超音波走査線信号生成部１３１、フィルタ回路１３３からなる。

超音波走査線信号生成部１３１は、図示しないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、遅延回路、加算器を有している。アンプ回路は、被検体からのエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたエコー信号を標本化及び量子化することにより、アナログ信号からデジタル信号に変換する。遅延回路は、デジタル信号に変換されたエコー信号を、ビーム状に集束させ且つ受信指向性を順次変更するのに必要な遅延時間を各エコー信号に与える。加算器は、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。

この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビーム（超音波ビーム）が形成される。このように、超音波送信部１１及び超音波受信部１３により超音波振動子ユニット３１の超音波ビームの送受信を制御することにより電子走査が行われる。１本の超音波ビームは、１本の超音波走査線に対応する。そこで、超音波ビームの送受信によって得られた超音波走査線ごとのエコー信号を、実測の超音波走査線信号と称することにする。超音波走査線信号は、標本化の際に超音波走査線の深さ方向に一定間隔でとったサンプル点におけるエコー信号成分の集合である。ここで「実測の」とは、実際に電子走査によって得られた、という意味である。１回の電子走査における全ての超音波走査線は、１つの実測の電子走査面（フレーム）を構成する。記憶部２１には、電子走査面ごとに複数の超音波走査線信号のデータが記憶される。

図２は、超音波送信部１１及び超音波受信部１３によって制御される電子走査を説明するための図である。図２に示すように、Ｙ軸をアレイ方向に、Ｚ軸を超音波ビームの送受信方向（超音波走査線の深さ方向）に、Ｘ軸をＹＺ平面に垂直な方向に規定する。超音波振動子３１からＺ軸に沿って伸びるＮ本の線は超音波ビームを表わす。また、実際に電子走査行われる面（図２において、点線で囲まれた面（ＹＺ平面））を実測の電子走査面とする。超音波送信部１１及び超音波受信部１３は、超音波振動子ユニット３１に、超音波ビームを１番からＮ番まで時間間隔ｄｔで順次位置を変更させながら送受信させることによって電子走査を行わせる。Ｎ番の超音波ビームの送受信が終わると、繰り返し１番からＮ番まで超音波ビームの送受信が繰り返されることで電子走査が繰り返される。

フィルタ回路１３３は、周波数の選択性を有する電気回路であり、実測の超音波走査線ＲＦ信号の所望の周波数成分を通過させ残りの周波線成分を除去する。

超音波走査線信号処理部１５は、超音波受信部１３からの実測の超音波走査線信号に種々の処理を行う。図３は、超音波走査線信号処理部１５の構成を示す図である。図３に示すように、超音波走査線信号処理部１５は、包絡線検波回路１５１、圧縮回路１５３、超音波走査線信号算出部１５５を有する。

包絡線検波回路１５１は、実測の超音波走査線信号を包絡線検波し、実測の超音波走査線信号の包絡線を検出する。

圧縮回路１５３は、包絡線検波された実測の超音波走査線信号を、対数圧縮（対数増幅）等の圧縮（増幅）をする。なお、包絡線検波回路１５１と圧縮回路１５３とは順番を入れ替えても構わない。即ち、実測の超音波走査線信号は、始めに圧縮回路１５３にて圧縮処理され、次に包絡線検波部１５１にて包絡線検波されてもよい。

超音波走査線信号算出部１５５は、検出した超音波振動子ユニット３１の位置に基づいて、複数の実測の超音波走査線信号から、移動方向に垂直な複数の計算上の電子走査面を構成する複数の計算上の超音波走査線信号を算出する。ここで「計算上の」とは、実測の超音波走査線信号に基づいた計算によって得られた、という意味である。これら複数の計算上の超音波走査線画像信号は、画像発生部１７に送信される。この超音波走査線信号算出処理についての詳細は後述する。

画像発生部１７は、複数の計算上の超音波走査線信号に基づいて移動方向に垂直な多断面の断層像を発生する。また、必要に応じ、移動方向に垂直な多断面の断層像の集合にレンダリングを行い、最大値投影像やサーフェス（表面）像等の種々の擬似３次元画像を発生する。

表示部１９は、画像発生部１７で発生された各種画像を表示する。

入力部２０は、操作者からの指示、例えば走査の停止や後述する計算上の電子走査面の位置等を超音波診断装置本体１０にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。

記憶部１８は、超音波走査線算出処理を実行するための制御プログラム、電子走査面ごとの超音波走査線信号のデータ、超音波振動子ユニット３１の位置、超音波走査線信号の位置等を記憶する。

システム制御部１９は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、超音波診断装置１０の動作を制御する。システム制御部１９は、記憶部１８から画像生成・表示等を実行するための制御プログラムを読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行する。

移動機構３３は、超音波振動子ユニット３１をアレイ方向と交差する方向（移動方向）に沿って移動させるための機構であり、モータの駆動力を受けて動作する。また、移動機構３３のモータの回転軸には、光学式あるいは磁気式のエンコーダのスリット板が取り付けられている。エンコーダは、モータの回転軸が一定角度回転する毎にパルス信号を発生する。

位置検出部２９は、エンコーダからのパルス信号のパルスを計数し、その計数値から超音波振動子ユニット３１の位置を特定する。また、位置検出部２９は、超音波送信部１１で発生される超音波駆動パルスの印加タイミングとエンコーダからのパルス信号とに基づいて、特定の超音波ビームの受信位置を検出することも可能である。位置検出処理については後述する。

移動制御部２７は、検出された超音波振動子ユニット３１の位置等に基づいて、移動機構３３を動作させるための駆動信号を生成し移動機構３３に供給することで、移動制御部２７は、超音波振動子ユニット３１を適切なタイミング、速さ、向きで移動方向（Ｘ軸）に機械的に往復連続移動（間歇的でない移動）させるように移動機構３３を制御する。

図４は、超音波振動子ユニット３１が往路を移動する時の超音波走査線の位置を示す図であり、図５は、超音波振動子ユニット３１が復路を移動する時の超音波走査線の位置を示す図である。図４と図５とに示すように、超音波振動子ユニット３１は、アレイ方向（Ｙ軸）と直交する方向（Ｘ軸）に移動するとする。超音波振動子ユニット３１は、図４と図５とに示す丸は、超音波走査線を示す。超音波走査線の位置は、その超音波走査線に関する超音波走査線信号の位置に対応する。超音波振動子ユニット３１は、移動制御部３３によって連続的に移動される。その間、超音波送信部１１及び超音波受信部１３によって電子走査が繰り返される（電子・機械複合走査）。従って、複数の超音波走査線信号が構成する実測の電子走査面は移動方向（Ｘ軸）に対して傾斜している。また、図４と図５とを比較すれば分かるように、往路と復路とでは、実測の電子走査面の傾斜方向が同一ではない。

次に、本実施形態における計算上の超音波走査線信号の算出処理について説明する。算出の方法は様々あるが、簡単な線形補間に因る方法を説明する。まずは、２つの実測の超音波走査線信号を用いて計算上の超音波走査線信号を算出（補間）する方法を説明する。

図６は、２つの実測の超音波走査線信号を用いて計算上の超音波走査線信号を算出（補間）する場合における、実測の電子走査面、実測の超音波走査線信号、計算上の電子走査面、計算上の超音波走査線信号、の移動方向（Ｘ軸）に沿う位置を示す図である。点線で示した丸は、実測の超音波走査線信号の、移動方向（Ｘ軸）に沿う位置Ｘであり、実線で示した丸は、計算上の超音波走査線信号Ｘの、移動方向（Ｘ軸）に沿う位置Ｘである。各超音波走査線信号の位置Ｘに付された左側の下付文字は、電子走査面の番号を表わし、各超音波走査線信号Ｘに付された右側の下付文字は、各超音波走査線信号Ｘに対応する超音波走査線の番号を表わす。なお、下付文字のＳは、計算上の電子走査面ｓを表わす。例えば、超音波走査線信号の位置Ｘ_i,1は、実測の電子走査面ｉにおける１番目の超音波走査線に関する超音波走査線信号の位置を表わす。もう１つ例を挙げると、Ｘ_s,1は、計算上の電子走査面ｓにおける１番目の超音波走査線に関する超音波走査線信号の位置を表わす。ただし、同一の計算上の電子走査面ｓを構成する複数の計算上の超音波走査線信号の位置(Ｘ_{s,1・・・N})は、等しい。

計算上の電子走査面ｓの位置は、システム制御部２３により決定される。システム制御部２３は、複数の計算上の電子走査面が移動方向に垂直且つそれら電子走査面が互いに平行になるように、複数の計算上の超音波走査線信号の位置を決定する。例えば、図６のように、移動方向に対して垂直な計算上の電子走査面ｓの位置は、隣合う実測の電子走査面ｉの位置と電子走査面ｉ＋１の位置との間にある。

図７は、２つの実測の超音波走査線画像信号を用いて計算上の超音波走査線画像信号を算出（補間）する場合における、２つの実測の超音波走査線信号の位置と計算上の超音波走査線信号の位置との距離を示す図である。図７においては、便宜上、電子走査面を構成する複数の超音波走査線信号のうち、超音波走査線の番号が同じ超音波走査線信号を、各電子走査面ごとに１つずつ示している。つまり、Ｘ_iは電子走査面ｉにおける所望の超音波走査線番号における超音波走査線信号の位置であり、Ｘ_i+1は電子走査面ｉ＋１における、Ｘsは計算上の電子走査面ｓにおけるＸiと同じ番号の超音波走査線に関する超音波走査線信号の位置を表わす。Ｌ_iは、超音波走査線信号の位置Ｘsと超音波走査線信号の位置Ｘiとの距離であり、Ｌ_i+1は、超音波走査線信号の位置Ｘ_i+1と超音波走査線信号Ｓsの位置Ｘsとの距離である。なお、図６や図７から明らかなようにＬ_iとＬ_i+1とは、超音波走査線の位置（番号）に応じて変化する。各超音波走査線画像信号の位置の検出方法については後述する。

ここで、位置Ｘ_i、Ｘ_i+1、Ｘsに対応する超音波走査線信号をそれぞれＳ_i、Ｓ_i+1、Ｓsとする。２つの実測の超音波走査線信号（Ｓ_i、Ｓ_i+1）を用いて計算上の超音波走査線信号を算出する場合、超音波走査線信号算出部１５５は、２つの実測の超音波走査線画像信号（Ｓ_i、Ｓ_i+1）を下記の線形補間式（１）に適用させて、計算上の超音波走査線信号Ｓsを各超音波走査線ごとに算出（補間）する。
Ｓs＝(Ｌ_i・Ｓ_i＋Ｌ_i+1・Ｓ_i+1)／(Ｌ_i+Ｌ_i+1)・・・（１）
上述したように、実測の超音波走査線信号（Ｓ_i、Ｓ_i+1）は、この際、超音波走査線の深さ方向（Ｚ軸）のサンプル点におけるエコー信号成分の集合である。従って、超音波走査線信号算出部１５５は、２つの実測の超音波走査線信号（Ｓ_i、Ｓ_i+1）のうちの、同じ位置のサンプル点におけるエコー信号成分同士を（１）式を用いて計算する。超音波走査線信号算出部１５５によって、ある１つの超音波走査線に関する２つの実測の超音波走査線信号（Ｓ_i、Ｓ_i+1）の全てのサンプル点におけるエコー信号成分が計算されると、当該超音波走査線に関する計算上の超音波走査線信号Ｓsが算出される。

次に、３つの実測の超音波走査線画像信号を用いて計算上の超音波走査線画像信号を算出（補間）する方法を説明する。

図８は、３つの実測の超音波走査線信号を用いて計算上の超音波走査線信号を算出（補間）する場合における、実測の電子走査面、実測の超音波走査線信号、計算上の電子走査面、計算上の超音波走査線信号、の位置を示す図である。図６と同様に、点線で示した丸は実測の超音波走査線画像信号（Ｓ_{i,1・・・N}、Ｓ_{i+1,1・・・N}、Ｓ_{i+2,1・・・N}）の位置（Ｘ_{i,1・・・N}、Ｘ_{i+1,1・・・N}、Ｘ_{i+2,1・・・N}）であり、実線で示した丸は、計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）の位置（Ｘ_{s,1・・・N}）である。図８に示すように、移動方向に対して垂直な計算上の電子走査面ｓの位置は、３つの連続する実測の電子走査面（ｉ、ｉ＋１、ｉ＋２）のうち両端の電子走査面（ｉとｉ＋２）の位置の間にある。

図９は、３つの実測の超音波走査線信号（Ｓ_{i,1・・・N}、Ｓ_{i+1,1・・・N}、Ｓ_{i+2,1・・・N}）を用いて計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）を算出（補間）する場合における、３つの実測の超音波走査線信号の位置と計算上の超音波走査線信号の位置との距離を示す図である。図９に示すように、Ｌ_i+2は、超音波走査線画像信号Ｓ_i+2の位置ｘ_i+2と超音波走査線画像信号Ｓsの位置ｘsとの距離であり、Ｌ_iやＬ_i+1と同様に超音波走査線の位置（番号）によって値が変化する。

超音波走査線信号算出部１５５は、３つの実測の超音波走査線信号（Ｓ_i、Ｓ_i+1、Ｓ_i+2）を下記の線形補間式（２）に適用させて、計算上の超音波走査線信号Ｓsを各超音波走査線ごとに算出（補間）する。

Ｓs＝{(Ｌ_i(Ｓ_i+1＋Ｓ_i+2)＋Ｌ_i+1(Ｓ_i+2−Ｓ_i)＋Ｌ_i+2(Ｓ_i＋Ｓ_i+1)}／(Ｌ_i＋Ｌ_i+2)・・・(２)
超音波走査線信号算出部１５５は、上記の（１）式又は（２）式を用いて、複数の計算上の超音波走査線信号を（Ｓ_{s,1・・・N}）、複数の計算上の電子走査面分算出する。次に、画像発生部１７は、複数の計算上の超音波走査線画像信号（Ｓ_{s,1・・・N}）に基づいて、移動方向（Ｘ軸）に垂直な多断面の断層像を発生する。画像発生部１７は、この移動方向に垂直な多断面の断層像にレンダリング処理を施し、種々の擬似３次元画像を発生する。当該レンダリング処理は、移動方向（Ｘ軸）に垂直な多断面の断層像に対して行うので、断面を移動方向（Ｘ軸）に対して垂直にするための座標変換等の複雑な演算は必要なく、非常に簡便な処理である。また、その結果生ずる擬似３次元画像は、座標変換等の複雑な演算を行う必要がないために、高精度且つ高画質である。

また、システム制御部２３が、複数の計算上の超音波走査面の間隔（Ｘ軸）が一定の間隔となるように、複数の計算上の超音波走査線信号の位置（Ｘ_{s,1・・・N}）を決定した場合、画像発生部１７は、超音波振動子ユニット３１の移動方向（Ｘ軸）に沿って均一な間隔を有する多断面の断層像を発生する。均一な間隔を有する多断面の断層像に基づく擬似３次元画像は、ランダムな間隔を有する多断面の断層像に基づく擬似３次元画像に比べ、より高精度となる。

上記の説明においては、超音波振動子ユニット３１が一方向に移動しながら電子走査を行う場合を説明したが、次は、超音波振動子ユニット３１が往復移動しながら電子走査を行う場合を説明する。

図１０は、超音波振動子ユニット３１が往復移動する場合における往路及び復路での実測の電子走査面、往路及び復路での実測の超音波走査線画像信号、計算上の電子走査面、計算上の超音波走査線画像信号の位置関係を示す図である。図１０に示すように、往路に関する超音波走査線信号の位置Ｘの下付文字はｉ、復路に関する超音波走査線画像信号の位置Ｘの下付文字はｊとする。超音波走査線信号算出部１５５は、往路の電子走査面ｉ及び復路の電子走査面ｊを構成する複数の超音波走査線信号（Ｓ_{i,1・・・N}、Ｓ_{i+1,1・・・N}、Ｓ_{j,1・・・N}、Ｓ_{j+1,1・・・N}）を（１）式又は（２）式に適用し、移動方向（Ｘ軸）に垂直な計算上の電子走査面ｓを構成する複数の計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）を算出（補間）する。

上記の方法によって算出された複数の計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）に基づいて、画像発生部１７は、超音波振動子ユニット３１の往路と復路とでの実測の電子走査面の位置や角度の違いを考慮せずに、簡便なレンダリング処理で擬似３次元画像を発生することができる。また、簡便なレンダリング処理の結果、画像発生部１７は、超音波振動子ユニット３１が連続的に往復移動している間に、リアルタイムに擬似３次元画像を発生させることができる。そして表示部１９は、リアルタイムで擬似３次元画像を表示させることができる。

また、往路と復路とでの実測の超音波走査線信号に基づいて計算上の超音波走査線信号を算出する方法として、以下に説明する方法もある。超音波走査線信号算出部１５５は、往路での超音波走査線信号と復路での超音波走査線信号とから計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）を挟む直近の超音波走査線信号（図１０においては、位置Ｘ_i+1,1、Ｘ_j+1,1、Ｘ_i+1,2、Ｘ_j+1,2、Ｘ_j,3、Ｘ_i,3、Ｘ_j,4、Ｘ_i,4、Ｘ_j,N-2、Ｘ_i,N-2、Ｘ_j,N-1、Ｘ_i,N-1、Ｘ_j,N、Ｘ_i,Nに対応する超音波走査線信号）を（１）式及び（２）式等に適用して計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）を算出する。この結果、計算上の超音波走査線信号により近い位置で得られた実測の超音波走査線信号に基づく断層像が発生されるので、被検体が静止している場合、画像発生部１７は、往路又は復路のみに関する断層像よりも高精度な断層像を発生させることができる。

超音波振動子ユニット３１の移動速度が速い場合には、電子走査方向の超音波走査線密度と移動方向の電子走査面密度とが大きくなってしまう。この場合、システム制御部２３は、パラメータＸsの値を幾つも設定する。そして、超音波走査線信号算出部１５５は、（１）式や（２）式等の線形補間式を適宜組み合わせることによって、複数の計算上の超音波走査線画像信号を算出（補間）する。その結果、計算上の電子走査面ｓの数は、実測の電子走査面ｉ、ｊ等の数に比べ多くなる。従って、画像発生部１７は、より均一な擬似３次元画像を発生することができる。

なお、上記の超音波走査線信号算出処理は、全て（１）式や（２）式のような線形補間式を用いるとした。しかし、これに拘泥されず、超音波走査線信号算出処理は、スプライン関数やＳＩＮＣ関数等の高次の補間式を用いても良い。

次に、超音波走査線信号の位置の検出方法について説明する。各超音波走査線信号の位置を検出する方法は、主に３つある。

１つ目について説明する。まず、各電子走査における基準となる位置（番号）の超音波ビーム受信時における超音波振動子ユニット３１の位置を、位置検出部２９によって特定する。以下、説明のため、基準となる位置（番号）は、１番目とする。１番目の超音波ビーム受信時における超音波振動子ユニット３１の位置は、各電子走査面における１番目の超音波走査線に関する超音波走査線信号（Ｓ_i,1、Ｓ_i+1,1等）の位置に略等しい。超音波ビームの送受信の時間間隔ｄｔは一定なので、位置検出部２９は、１番目の超音波走査線に関する超音波走査線信号（Ｓ_i,1、Ｓ_i+1,1等）の位置と１番目の超音波ビームの受信時刻からの時間間隔とから全ての超音波走査線に関する超音波走査線信号（Ｓ_{i,2・・・N}、Ｓ_{i+1,2・・・N}等）の位置を検出（算出）する。

２つ目について説明する。移動制御部２７により超音波振動子ユニット３１が安定した速度で連続的に移動し、超音波ビームが所定の一定間隔ｄｔで送受信される場合、位置検出部２９は、連続的な移動を開始した時刻から全ての超音波走査線信号（Ｓ_{i,1・・・N}、Ｓ_{i+1,1・・・N}等）の位置を近似的に検出（算出）する。

３つ目について説明する。位置検出部２９は、各超音波ビームを受信した時刻と超音波振動子ユニット３１の位置とに基づいて全ての超音波走査線信号（Ｓ_{i,1・・・N}、Ｓ_{i+1,1・・・N}等）の位置を検出（実測）する。この方法によればより他の２つの方法に比べ高精度な断層像を得ることができる。この場合さらに、超音波走査線算出部１５５が開口合成の技術を用いてコヒーレントに超音波走査線画像信号を算出することにより、画像発生部１７は、擬似３次元画像に関する移動方向（Ｘ軸）の分解能を向上させることが可能である。

かくして、本実施形態によれば、超音波振動子ユニットを機械的に連続移動させながら電子走査を行う高速な３Ｄスキャンを実現させつつ簡便に高精度且つ高画質な擬似３次元画像を発生することが可能となる。

（本実施形態の変形例）
本実施形態の変形例の説明では、包絡線検波前の複数の実測の超音波走査線信号に基づいて複数の計算上の超音波走査線信号を算出する手段を有する超音波診断装置の例を説明する。なお以下の説明において、本実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図１１は、本実施形態の変形例における超音波走査線信号処理部１５ａの構成を示す図である。図１１に示すように、超音波走査線信号処理部１５ａは、位相合わせ部１５７、超音波走査線信号算出部１５５、包絡線検波回路１５１、圧縮回路１５３を有する。

位相合わせ部１５７は、同じ超音波走査線における複数の実測の超音波走査線信号に対して位相合わせを行う。

また、図１２に示すように、超音波走査線信号処理部１５ｂは、位相合わせ部１５７の変わりに、同じ超音波走査線における複数の実測の超音波走査線信号に対して時相合わせを行う、時相合わせ部１５８を有しても良い。

なお、位相合わせ又は時相合わせが必要ない場合は、超音波走査線信号処理部１５ａは、位相合わせ部１５７又は時相合わせ部１５８を有さなくても良い。

超音波走査線信号算出部１５５ａ又は１５５ｂは、検出した超音波振動子ユニット３１の位置に基づいて、移動方向に対して傾斜している少なくとも２つの電子走査面を構成する複数の実測の超音波走査線信号から、移動方向に垂直な計算上の電子走査面を構成する少なくとも２つの計算上の超音波走査線信号を算出する。記憶部２１には、電子走査面ごとに複数の計算上の超音波走査線信号のデータが記憶される。

包絡線検波回路１５１は、計算上の超音波走査線信号を包絡線検波し、計算上の超音波走査線信号の包絡線を検出する。

圧縮回路１５３は、包絡線検波された計算上の超音波走査線信号に対数圧縮（対数増幅）等の圧縮（増幅）をする。なお、包絡線検波回路１５１と圧縮回路１５３とは順番を入れ替えても構わない。

次に、本実施形態の変形例における計算上の超音波走査線信号の算出処理について説明する。実測の超音波走査線信号、実測の電子走査面、計算上の超音波走査線信号、計算上の電子走査面の位置は、図６及び図８と同様である。

また、実測の超音波走査線信号（Ｓ_{i,1・・・N}、Ｓ_{i+1,1・・・N}、Ｓ_{i+2,1・・・N}）と計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）との距離は、それぞれＬ_i、Ｌ_i+1、Ｌ_i+2と同様である。

そして、超音波走査線信号算出部１５５ａ又は１５５ｂは、複数の実測の超音波走査線信号を（１）式又は（２）式に適用して、移動方向に垂直な電子走査面を構成する複数の計算上の超音波走査線信号を算出（補間）する。

超音波走査線信号算出部１５５ａ又は１５５ｂが（１）式又は（２）式を用いて、全ての超音波走査線について計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）を算出（補間）すると、移動方向に垂直な計算上の電子走査面ｓが構成される。この際、超音波走査線信号算出部１５５ａ又は１５５ｂは、実測の超音波走査線信号（Ｓ_i、Ｓ_i+1）のエコー信号成分のうち、同じサンプル点におけるエコー信号成分同士を（１）式又は（２）式も用いて計算する。超音波走査線信号算出部１５５ａ又は１５５ｂによって、ある１つの超音波走査線に関する実測の超音波走査線信号（Ｓ_i、Ｓ_i+1）の全てのサンプル点におけるエコー信号成分が計算されると、当該超音波走査線に関する計算上の超音波走査線信号Ｓsが算出される。複数の計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）のデータは、電子走査面ごとに記憶部２１に記憶される。

算出された計算上の超音波走査線信号（Ｓ_{s,1・・・N}）は、包絡線検波回路１５１で包絡線検波され、圧縮回路で圧縮される。そして、画像発生部１７は、複数の計算上の超音波走査線信号に基づいて、多断面の断層像を発生する。また、必要に応じて、移動方向に垂直な多断面の断層像の集合にレンダリングを行い種々の擬似３次元画像を発生する。そして、表示部１９は、画像発生部１７で発生された各種画像を表示する。

なお、超音波走査線処理部１５ａ又は１５ｂは、超音波走査線信号のドプラ信号を抽出するための図示しない直交検波回路を備え、超音波走査線信号算出部１５５ａ又は１５５は、直交検波された複数の実測の超音波走査線信号に基づいて、計算上の超音波走査線信号を算出することも可能である。超音波走査線算出部１５５ａ又は１５５ｂは、
かくして、本実施形態の変形例によれば、超音波振動子ユニットを機械的に連続移動させながら電子走査を行う高速な３Ｄスキャンを実現させつつ簡便に高精度且つ高画質な擬似３次元画像を発生することが可能となる。

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。

本実施形態に関わる超音波診断装置１の構成を示す図。 図１の超音波送信部１１及び超音波受信部１３による電子走査を説明するための図。 図１の超音波走査線信号処理部１５の構成を示す図。 図１の超音波振動子ユニット３１が往路を移動する時の超音波走査線の位置を示す図。 図１の超音波振動子ユニット３１が復路を移動する時の超音波走査線の位置を示す図。 本実施形態及び本実施形態の変形例において、２つの実測の超音波走査線信号を用いて計算上の超音波走査線信号を算出する場合における、実測の電子走査面、実測の超音波走査線信号、計算上の電子走査面、計算上の超音波走査線信号の位置を示す図。 本実施形態及び本実施形態の変形例において、２つの実測の超音波走査線信号を用いて計算上の超音波走査線信号を算出する場合における、２つの実測の超音波走査線信号と計算上の超音波走査線信号との距離を示す図。 本実施形態及び本実施形態の変形例において、３つの実測の超音波走査線信号を用いて計算上の超音波走査線信号を算出する場合における、実測の電子走査面、実測の超音波走査線信号、計算上の電子走査面、計算上の超音波走査線信号の位置を示す図。 本実施形態及び本実施形態の変形例において、３つの実測の超音波走査線信号を用いて計算上の超音波走査線信号を算出する場合における、３つの実測の超音波走査線信号と計算上の超音波走査線信号との距離を示す図。 図１の超音波振動子ユニット３１が往復移動する場合における、往路及び復路での電子走査面、往路及び復路の超音波走査線信号、計算上の電子走査面、計算上の超音波走査線信号の位置を示す図。 本実施形態の変形例における超音波走査線信号処理部１５ａの構成を示す図。 本実施形態の変形例における超音波走査線信号処理部１５ｂの構成を示す図。 従来の技術により、超音波振動子ユニットを間歇的に移動させながら電子走査を行う場合における電子走査面、超音波走査線と移動方向との位置関係を示す図。

符号の説明

１…超音波診断装置、１０…超音波診断装置本体、１１…超音波送信部、１３…超音波受信部１３、１３１…超音波走査線信号算出部、１３３…フィルタ回路、１５…超音波走査線信号処理部、１５１…包絡線検波回路、１５３…圧縮回路、１５５…超音波走査線算出部、１７…画像発生部、１９…表示部、２１…記憶部、２３…システム制御部、２５…入力部、２７…移動制御部、２９…位置検出部、３０…超音波探触子３０、３１…超音波振動子ユニット、３３…移動機構。

Claims (10)

1. 第１の方向に配列され超音波を送信しエコー信号を受信する複数の超音波振動子を有する超音波振動子ユニットと、前記超音波振動子ユニットを前記第１の方向に交差する第２の方向に連続的に移動させるための移動機構とを有する超音波探触子と、
   前記超音波振動子ユニットの位置を検出する位置検出部と、
   前記超音波振動子ユニットを前記第２の方向に連続移動させるように前記移動機構を制御する移動制御部と、
   前記超音波振動子ユニットに超音波を発生させる超音波送信部と、
   前記超音波振動子ユニットからの複数のエコー信号を遅延加算し実測の超音波走査線信号を生成する超音波走査線信号生成部と、
   前記検出した超音波振動子ユニットの位置に基づいて前記複数の実測の超音波走査線信号から前記第２の方向に垂直な複数の計算上の電子走査面を構成する複数の計算上の超音波走査線信号を算出する超音波走査線信号算出部と、
   前記複数の計算上の超音波走査線信号に基づいて前記第２の方向に垂直な多断面の断層像を発生する画像発生部と、を具備する超音波診断装置。
2. 前記複数の実測の超音波走査線信号に対して検波処理を行う検波部をさらに有し、
   前記超音波走査線信号算出部は、前記検出した超音波振動子ユニットの位置に基づいて前記検波処理をされた前記複数の実測の超音波走査線信号から前記第２の方向に垂直な複数の計算上の電子走査面を構成する複数の計算上の超音波走査線信号を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記検波処理は、包絡線検波処理であることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
4. 前記検波処理は、直交検波処理であることを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
5. 前記超音波走査線信号の位置に応じて前記複数の実測の超音波走査線信号の位相を合わせる位相合わせ部をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記超音波走査線信号の位置に応じて前記複数の実測の超音波走査線信号の時相を合わせる時相合わせ部をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波走査線信号算出部は、複数の前記計算上の電子走査面が等間隔になるように前記複数の計算上の超音波走査線信号を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
8. 前記超音波走査線信号算出部は、前記超音波振動子ユニットの前記第２の方向に沿う移動に関して、往路における前記計算上の電子走査面と復路における前記計算上の電子走査面とが略等しい位置となるように、複数の計算上の超音波走査線信号を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
9. 前記超音波走査線信号算出部は、前記実測の電子走査面の数よりも前記計算上の電子走査面の数の方が多くなるように複数の計算上の超音波走査線信号を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
10. 前記走査線信号算出部は、前記超音波振動子ユニットの前記第２の方向に沿う移動に関して、往路における実測の電子走査面を構成する前記複数の実測の超音波走査線信号と復路における実測の電子走査面を構成する前記複数の実測の超音波走査線信号とに基づいて、前記第２の方向に垂直な計算上の電子走査面を構成する複数の計算上の超音波走査線信号を算出することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。

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