JP2009297399A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ボリュームレートを維持しつつ、三次元超音波画像の全体的な画質を向上させることができる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波診断装置の走査部により、被検体に対して、第一方向ａに沿って、フォーカス位置Ｆにおけるビーム幅が異なる超音波ビームＢｓ，Ｂｂによる走査を行なって走査面Ｔ１又はＴ２を形成し、また第一方向とは異なる第二方向に沿って前記走査面Ｔ１，Ｔ２を複数形成することにより、三次元領域の走査を行なう。
【選択図】図４

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に三次元画像を表示する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、被検体に対して超音波の送受信を行なう超音波プローブと、この超音波プローブを駆動する送受信部とを備えている。前記超音波プローブは、振動子アレイを備え、この振動子アレイから超音波が送信され、反射波がこの振動子において受信されるようになっている。

このような超音波診断装置のうち、三次元の超音波画像を表示させる超音波診断装置では、第一方向に沿って超音波ビームによる走査を行なって走査面を形成し、また第一方向とは異なる第二方向に沿って前記走査面を複数形成することにより、三次元領域の走査を行なうようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２７１５９４号公報

ところで、超音波ビームのフォーカス位置におけるビーム幅は、前記振動子アレイの開口幅を変えることにより、調節することができるようになっている。具体的には、前記振動子アレイの開口幅を大きくするほど、フォーカス位置のビーム幅を小さくすることができ、一方で前記振動子アレイの開口幅を小さくするほど、フォーカス位置のビーム幅を大きくすることができる。

ここで、前記振動子アレイの開口幅を大きくしてフォーカス位置のビーム幅を小さくするほど、フォーカス付近における方位分解能が良くなるという利点がある。しかし、フォーカス位置から離れるほど、ビーム幅が大きくなるため、方位分解能が低下する。また、フォーカス位置では、ビーム幅が小さいため、周囲において超音波ビームの存在しない領域が大きくなる。

一方、前記振動子アレイの開口幅を小さくしてフォーカス位置のビーム幅を大きくするほど、ビームの絞りが小さいことから、上述のように、前記振動子アレイの開口幅を大きくしてフォーカス位置のビーム幅を小さくする場合に比べれば、超音波ビームの深さ方向における方位分解能の差が小さくなるという利点がある。また、フォーカス位置のビーム幅が大きいので、ビームが存在しない領域を減らすことができる。しかし、フォーカス付近の方位分解能は低下する。

以上のように、フォーカス位置のビーム幅を小さくした場合と大きくした場合とでは、メリットとデメリットが裏返しの関係にある。

フォーカス位置のビーム幅を小さくした場合に、フォーカス位置から離れた部分における方位分解能の低下を防止するための手法としては、深さ方向に複数のフォーカス位置を形成する手法もある。しかし、同一位置に複数回の走査を行なう必要があることから、特に三次元画像を得る場合にはボリュームレートが低下することになり好ましくない。

本発明が解決しようとする課題は、ボリュームレートを維持しつつ、三次元超音波画像の全体的な画質を向上させることができる超音波診断装置を提供することにある。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、第1の観点の発明は、被検体に対して、第一方向に沿って超音波ビームによる走査を複数回行なって走査面を形成し、また第一方向とは異なる第二方向に沿って前記走査面を複数形成することにより、三次元領域の走査を行なう走査部を備えた超音波診断装置であって、前記走査部は、フォーカス位置におけるビーム幅が異なる超音波ビームによる走査を行なうことを特徴とする超音波診断装置である。

第１の観点の発明では、三次元領域内において、フォーカス位置におけるビーム幅が異なる超音波が送受信される。

第２の観点の発明は、第１の観点の発明において、前記走査部は、第一方向に沿って、所定の周期でフォーカス位置のビーム幅が異なる超音波ビームの走査を行なうことを特徴とする超音波診断装置である。

第２の観点の発明では、各走査面は、フォーカス位置のビーム幅が異なる超音波ビームを含む。

第３の観点の発明は、第２の観点の発明において、前記走査部は、フォーカス位置のビーム幅が異なる超音波ビームの第一方向における走査パターンを、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで異なるパターンにすることを特徴とする超音波診断装置である。

第３の観点の発明では、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで、フォーカス位置のビーム幅が異なる超音波ビームの走査をパターンが異なる。

第４の観点の発明は、第１の観点の発明において、前記走査部は、第一方向に沿った走査を行なうときの超音波ビームの幅を同じ幅とし、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで、ビーム幅を変えることを特徴とする超音波診断装置である。

第４の観点の発明では、各走査面を走査する超音波ビームは、フォーカス位置のビーム幅が同じであり、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで、ビーム幅が異なる。

第５の観点の発明は、第１〜４のいずれか一の観点の発明において、前記走査部は、第一方向における超音波ビームの走査位置が、各走査面で同じ位置になるように走査を行なうことを特徴とする超音波診断装置である。

第５の観点の発明では、第一方向における超音波ビームの走査位置が、各走査面で同じ位置になる。

第６の観点の発明は、第１〜４のいずれか一の観点の発明において、前記走査部は、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで、超音波ビームの走査位置が、第一方向にずれるように走査を行なうことを特徴とする超音波診断装置である。

第６の観点の発明では、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで、超音波ビームの走査位置が第一方向において異なる位置になる。

第７の観点の発明は、第１〜６のいずれか一の観点の発明において、フォーカス位置のビーム幅は、前記走査部を構成する超音波プローブの振動子アレイの開口幅を調節することにより調節されることを特徴とする超音波診断装置である。

第７の観点の発明では、前記超音波プローブの振動子アレイの開口幅を変えることにより、超音波ビームのフォーカス位置のビーム幅が変わる。

本発明によれば、三次元領域内において、フォーカス位置におけるビーム幅が異なる超音波が送受信されるので、ビーム幅が異なる超音波のエコーデータに基づいた三次元超音波画像を作成することができる。これにより、それぞれのビーム幅の超音波ビームが有するデメリットが打ち消されて、三次元超音波画像の全体的な画質を向上させることができる。そして、同一位置に複数回の走査を行なわないので、ボリュームレートを維持することもできる。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る超音波診断装置の実施形態の概略構成を示すブロック図、図２は、図１に示す超音波診断装置の超音波プローブの概略構成を示す斜視図、図３は、図１に示す超音波診断装置の振動子アレイによる被検体の三次元領域の走査を示す概念図、図４は、図１に示す超音波診断装置の振動子アレイによって送受信される超音波ビームを示す図、図５は、一の走査面と他の走査面において、フォーカス位置のビーム幅が異なる超音波ビームのエコー信号に基づく超音波画像の作成を説明するための概念図である。

超音波診断装置１は、超音波プローブ２と、送受信部３と、画像作成部４と、画像表示部５と、制御部６と、操作部７とを有している。

前記各構成について説明すると、先ず、前記超音波プローブ２は、前記送受信部３から入力される駆動信号により、後述する振動子アレイ２００を駆動し、被検体に超音波ビームを送信するようになっている。そして、被検体から反射される超音波ビームを受信し、前記振動子アレイ２００でエコー信号に変換し、このエコー信号を前記送受信部３へ出力するようになっている。

前記超音波プローブ２の概略構成について図２に基づいて説明する。前記超音波プローブ２は、振動子アレイ２００、ダンパー２１０、モーター２２０を有し、これらを保護ケース２３０に収容することにより構成されている。前記振動子アレイ２００は、例えばＰＺＴ（チタン（Ｔｉ）酸ジルコン（Ｚｒ）酸鉛）セラミックス等の圧電材料によって形成される複数の振動子２００ａが、第一方向ａに沿って配列されることにより構成されている。かかる振動子アレイ２００の一部の振動子２００ａを複数駆動することにより、超音波ビームが送信されるようになっている。そして、駆動する振動子２００ａを順次切り換えることにより、第一方向ａに電子走査を行い、走査面Ｔ１又はＴ２が形成されるようになっている。

前記ダンパー２１０は、前記振動子アレイ２００を駆動させて超音波ビームを被検体に送信した後に、前記振動子アレイ２００の自由振動を抑制するものである。また、前記ダンパー２１０は、吸音効果を有する材料を用いて構成され、前記ダンパー２１０から後方の探触子ケーブル３００との接続側への超音波の不必要な伝搬を抑制するようになっている。

前記モーター２２０は、前記振動子アレイ２００を、機械的に前記振動子２００ａの配列方向と直交する第二方向ｂに移動させる。これにより、第二方向ｂにおいて、複数の走査面Ｔ１，Ｔ２を形成することができ、三次元領域の走査を行なうことができるようになっている。ただし、本発明は、このように機械的に三次元領域の走査を行なうものに限られるものではなく、電子的に三次元領域の走査を行なうものも含まれる。

前記送受信部３は、前記超音波プローブ２と接続されており、前記制御部６からの指令信号に基づいて、前記超音波プローブ２に駆動信号を与えて超音波ビームを送信させるようになっている。また、前記送受信部３は、前記超音波プローブ２からのエコー信号が入力されると、このエコー信号に増幅、遅延、加算などの処理を施して、前記画像作成部４へ出力するようになっている。前記送受信部３及び前記超音波プローブ２は、本発明において超音波ビームの送受信による走査を行なう走査部の実施の形態の一例である。

ここで、超音波ビームのフォーカス位置Ｆのビーム幅は、前記送受信部３によって駆動する振動子２００ａの数を変えて、前記振動子アレイ２００の開口幅を調節することにより調節される。駆動させる振動子２００ａの数を多くして前記振動子アレイ２００の開口幅を大きくすることにより、フォーカス位置Ｆのビーム幅を小さくすることができる。一方、駆動させる振動子２００ａの数を少なくして前記振動子アレイ２００の開口幅を小さくすることにより、フォーカス位置Ｆのビーム幅を大きくすることができる。本例では、後述するように、第一方向ａに沿った走査を行なうときに、フォーカス位置Ｆのビーム幅が小さい超音波ビームとフォーカス位置Ｆのビーム幅が大きい超音波ビームとが交互に送受信されるようになっている。

前記画像作成部４は、前記送受信部３と接続されている。前記画像作成部４は、前記送受信部３からのエコー信号に基づいて、被検体の三次元超音波画像を作成するようになっている。

前記画像表示部５は、前記画像作成部４と接続されている。前記画像表示部５は、前記画像作成部４から画像信号が与えられ、それに基づいて三次元超音波画像を表示するようになっている。

前記制御部６は、前記超音波診断装置１における上述の各部と接続されており、これら各部に制御信号を出力し、動作を制御するようになっている。前記制御部６は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有して構成されている。

前記操作部７は、前記制御部６と接続されている。前記操作部７は、例えばキーボードやポインティングデバイスなどの入力装置により構成されている。前記操作部７は、操作者からの操作情報が入力され、それに基づいて前記制御部６に指令を出力するようになっている。

さて、前記超音波診断装置１の作用について説明する。前記超音波診断装置１では、被検体における三次元領域内において、フォーカス位置Ｆにおけるビーム幅が異なる超音波ビームによる走査が行なわれる。本例では、第一方向ａに沿って、所定の周期でフォーカス位置Ｆのビーム幅が異なる超音波ビームの走査が行なわれ、なおかつ走査面Ｔ１と走査面Ｔ２とで、ビームの走査パターンが異なっている。具体的に説明すると、本例では、第一方向ａへの超音波ビームの走査にあっては、フォーカス位置Ｆのビーム幅が小さい超音波ビームＢｓと、フォーカス位置Ｆのビーム幅が大きい超音波ビームＢｂとが交互に送受信されるようになっている。ちなみに、超音波ビームＢｓと超音波ビームＢｂのフォーカス位置Ｆは、深さ方向（超音波の送受信方向）で同じ位置になっている。そして、走査面Ｔ１と走査面Ｔ２とでは、超音波ビームの走査パターン、すなわち超音波ビームＢｓと超音波ビームＢｂの送受信の順番が異なっている。具体的には、図３，図４において、右側から左側へ向かって走査が行なわれるようになっており、走査面Ｔ１では、最初に超音波ビームＢｓの送受信が行なわれ、次に超音波ビームＢｂの送受信が行なわれ、超音波ビームＢｓ、超音波ビームＢｂの順番で送受信される。一方、走査面Ｔ２では、最初に超音波ビームＢｂの送受信が行なわれ、次に超音波ビームＢｓの送受信が行なわれ、超音波ビームＢｂ、超音波ビームＢｓの順番で送受信される。そして、被検体内の三次元領域に、このような走査面Ｔ１と走査面Ｔ２とが交互に形成されるように、超音波ビームの走査が行なわれる。

走査面Ｔ１と走査面Ｔ２とでは、第一方向ａにおける超音波ビームの走査位置は同じ位置になっている。従って、第二方向ｂ、すなわち走査面Ｔ１，Ｔ２の配置方向においても、超音波ビームＢｓと超音波ビームＢｂが交互に並んだ状態になっている。

前記送受信部３は、第一方向ａと第二方向ｂの両方向において、超音波ビームＢｓと超音波ビームＢｂとが交互に並ぶように、被検体の３次元領域内の走査を行なって得られたエコー信号を、前記画像作成部４へ出力する。前記画像作成部４は、入力されたエコー信号に基づいて三次元画像を作成し、この三次元画像が前記画像表示部５に表示される。

ここで、前記画像作成部４は、超音波ビームの走査が行なわれた三次元領域内において、走査面Ｔ１と走査面Ｔ２の間の部分（超音波ビームが存在しない部分）については、補間処理により画像を作成する。補間処理は、隣り合う走査面における超音波ビームに基づいてそれぞれ得られるエコー信号を用いて行なう。すなわち、補間処理は、本例では走査面Ｔ１における超音波ビームに基づいて得られるエコー信号と走査面Ｔ２における超音波ビームに基づいて得られるエコー信号とを用いて行う。このとき、補間処理で用いられるエコー信号は、ビーム幅が異なる超音波ビームのエコー信号、すなわち超音波ビームＢｂのエコー信号と、超音波ビームＢｓのエコー信号であるため、両ビームのデメリットが打ち消された画像を作成することができる。すなわち、図５に示すように、フォーカス位置Ｆから送受信方向に離れるにつれ、超音波ビームＢｓのビーム幅は、フォーカス位置Ｆにおけるビーム幅よりも極端に大きくなり、超音波ビームＢｂのビーム幅と逆転して、この超音波ビームＢｂより広くなっている。従って、超音波ビームＢｓのビーム幅と超音波ビームＢｂのビーム幅が逆転するような領域においては、超音波ビームＢｂのエコー信号と超音波ビームＢｓのエコー信号とから画像を作成することにより、超音波ビームＢｓのエコー信号のみから画像を作成した場合と比べて、方位分解能を向上させることができる。

一方、仮に超音波ビームＢｂのエコー信号のみから画像を作成した場合、フォーカス位置Ｆ付近においては方位分解能が低下する。しかし、超音波ビームＢｓのエコー信号も用いて画像を作成することにより、方位分解能を向上させることができる。また、超音波ビームＢｓに着目すると、フォーカス位置Ｆ付近においては、ビームの存在しない領域が大きくなっている。しかし、超音波ビームＢｓのエコー信号と超音波ビームＢｂのエコー信号とを用いて画像を作成することにより、ビームの存在しない領域において画質を向上させることができる。

以上説明した本例の超音波診断装置１によれば、超音波ビームＢｓと超音波ビームＢｂのそれぞれのデメリットが打ち消されて、三次元超音波画像の全体的な画質を向上させることができる。そして、同一位置に複数回の走査を行なう必要はないので、ボリュームレートを維持することができる。

なお、各走査面Ｔ１，Ｔ２において、超音波ビームＢｓ，Ｂｂが第一方向ａに所定の周期で走査されるようになっていればよく、例えば超音波ビームＢｓを２回送受信した後、超音波ビームＢｂを２回送受信するなど、上述のように交互に送受信されるものには限られない。

次に、本実施形態の変形例について、図６に基づいて説明する。この変形例においては、第一方向ａに沿った走査を行なうときの超音波ビームの幅は同じ幅であり、走査面Ｔ１と走査面Ｔ２とで異なるビーム幅になっている。具体的には、走査面Ｔ１においては、超音波ビームＢｓが送受信される。また、走査面Ｔ２においては、超音波ビームＢｂが送受信される。

この変形例においても、走査面Ｔ１と走査面Ｔ２とでは、第一方向ａにおける超音波ビームの走査位置は同じ位置になっている。従って、第二方向ｂ、すなわち走査面Ｔ１，Ｔ２の配置方向において、超音波ビームＢｓと超音波ビームＢｂとが交互に並んだ状態になっている。以上より、この変形例においても、前記画像作成部４により、走査面Ｔ１における超音波ビームに基づいて得られるエコー信号と、走査面Ｔ２における超音波ビームに基づいて得られるエコー信号とを用いて補間処理を行う際に、超音波ビームＢｓのエコー信号と超音波ビームＢｂのエコー信号を用いることができる。これにより、両ビームのデメリットが打ち消された画像を作成することができる。

以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、この発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記実施形態においては、第一方向ａにおける超音波ビームの走査位置が、走査面Ｔ１と走査面Ｔ２とで同じ位置になっているが、走査面Ｔ１における超音波ビームの走査位置と、走査面Ｔ２における超音波ビームの走査位置とが、第一方向ａにずれていてもよい。ただし、この場合においても、走査面Ｔ１における超音波ビームに基づいて得られるエコー信号と、走査面Ｔ２における超音波ビームに基づいて得られるエコー信号とを用いた補間処理は、超音波ビームＢｓのエコー信号と超音波ビームＢｂのエコー信号とを用いて行なう。従って、走査面Ｔ１における超音波ビームに基づいて得られるエコー信号と、走査面Ｔ２における超音波ビームに基づいて得られるエコー信号とに基づいて補間処理を行う際に、超音波ビームＢｓのエコー信号と超音波ビームＢｂのエコー信号とを用いた補間処理が行われるように、３次元領域内に超音波ビームＢｓと超音波ビームＢｂとが配置されていることが望ましい。

なお、図４や図６では、第一方向ａにおいて隣り合う超音波ビームＢｓ，Ｂｂの送受信にあっては、異なる前記振動子２００ａを用いて行なわれるような図になっているが、一部重複する振動子２００ａを用いてもよいことはもちろんである。

本発明に係る超音波診断装置の実施形態の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す超音波診断装置の超音波プローブの概略構成を示す斜視図である。 図１に示す超音波診断装置の振動子アレイによる被検体の三次元領域の走査を示す概念図である。 図１に示す超音波診断装置の振動子アレイによって送受信される超音波ビームを示す図である。 一の走査面と他の走査面において、フォーカス位置のビーム幅が異なる超音波ビームのエコー信号に基づく超音波画像の作成を説明するための概念図である。 変形例の超音波診断装置の振動子アレイによって送受信される超音波ビームを示す図である。

符号の説明

１ 超音波診断装置
２ 超音波プローブ（走査部）
３ 送受信部（走査部）
２００ 振動子アレイ
Ｂｓ，Ｂｂ 超音波ビーム
ａ 第一方向
ｂ 第二方向
Ｆ フォーカス位置
Ｔ１，Ｔ２ 走査面

Claims (7)

1. 被検体に対して、第一方向に沿って超音波ビームによる走査を複数回行なって走査面を形成し、また第一方向とは異なる第二方向に沿って前記走査面を複数形成することにより、三次元領域の走査を行なう走査部を備えた超音波診断装置であって、
   前記走査部は、フォーカス位置におけるビーム幅が異なる超音波ビームによる走査を行なう
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記走査部は、第一方向に沿って、所定の周期でフォーカス位置のビーム幅が異なる超音波ビームの走査を行なう
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記走査部は、フォーカス位置のビーム幅が異なる超音波ビームの第一方向における走査パターンを、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで異なるパターンにする
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記走査部は、第一方向に沿った走査を行なうときの超音波ビームの幅を同じ幅とし、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで、ビーム幅を変える
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記走査部は、第一方向における超音波ビームの走査位置が、各走査面で同じ位置になるように走査を行なう
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
6. 前記走査部は、互いに隣り合う一の走査面と他の走査面とで、超音波ビームの走査位置が、第一方向にずれるように走査を行なう
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
7. フォーカス位置のビーム幅は、前記走査部を構成する超音波プローブの振動子アレイの開口幅を調節することにより調節される
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

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