JP2012086005A - 位相配列プローブを用いて超音波空間合成映像を提供する超音波システムおよび方法 - Google Patents

位相配列プローブを用いて超音波空間合成映像を提供する超音波システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

【課題】位相配列プローブを用いて超音波空間合成映像を提供する超音波システムおよび方法を提供すること。
【解決手段】本発明における超音波システムは、複数の変換素子を有する位相配列プローブを含み、超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して複数の超音波映像のそれぞれに対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、前記超音波データ取得部に連結され、複数のスキャンラインが交わる仮想共通点を前記複数の変換素子に設定し、前記複数の変換素子の配列方向へ前記仮想共通点を移動させて、前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定し、前記超音波データを用いて前記複数の超音波映像を形成し、前記複数の超音波映像を空間合成して超音波空間合成映像を形成するプロセッサとを備え、前記超音波データ取得部は、前記設定された複数のスキャンラインのそれぞれに沿って超音波信号を前記対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波システムに関し、特に、位相配列プローブ(ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｐｒｏｂｅ)を用いて超音波空間合成映像を提供する超音波システムおよび方法に関する。
超音波システムは、無侵襲および非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、対象体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供することができるため、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。
超音波システムは、超音波プローブを用いて超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号(即ち、超音波エコー信号)を受信して対象体の超音波映像を形成する。最近、超音波映像の解像度を向上させるために、超音波システムは、複数の超音波映像を空間合成(Ｓｐａｔｉａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄ)して超音波空間合成映像を形成している。
このとき従来は、複数のスキャンラインを延長させて交わる仮想共通点(ｖｉｒｔｕａｌ ｃｏｍｍｏｎ ｐｏｉｎｔ)を特定位置へ移動させて超音波空間合成映像を提供するために、コンベックスプローブ(ｃｏｎｖｅｘ ｐｒｏｂｅ)のみが用いられていた。しかし、位相配列プローブ(ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｐｒｏｂｅ)を用いた超音波映像法についても超音波空間合成映像を提供するシステムおよび方法が要求されている。
特表２００２−５２６２２９号公報 特開２００８−０８０１０４号公報
本発明の課題は、位相配列プローブ(ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｐｒｏｂｅ)を用いて超音波空間合成映像を提供する超音波システムおよび方法を提供することにある。
本発明における超音波システムは、複数の変換素子を有する位相配列プローブを含み、超音波信号を複数のスキャンラインに沿って対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して複数の超音波映像のそれぞれに対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、前記超音波データ取得部に連結され、前記複数のスキャンラインが交わる仮想共通点を前記複数の変換素子に設定し、前記変換素子の配列方向へ前記仮想共通点を移動させて、前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定し、前記超音波データを用いて前記複数の超音波映像を形成し、前記複数の超音波映像を空間合成して超音波空間合成映像を形成するプロセッサとを備え、前記超音波データ取得部は、前記設定された複数のスキャンラインのそれぞれに沿って超音波信号を前記対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信することを特徴とする。
また、本発明における超音波空間合成映像提供方法は、ａ）複数のスキャンラインが交わる仮想共通点を位相配列プローブの変換素子に設定し、前記仮想共通点を前記変換素子の配列方向へ移動させて、複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定する段階と、ｂ）前記設定された複数のスキャンラインのそれぞれに沿って超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する超音波データを取得する段階と、ｃ）前記超音波データを用いて前記複数の超音波映像を形成する段階と、ｄ）前記複数の超音波映像を空間合成して超音波空間合成映像を形成する段階とを備える。
本発明は、位相配列プローブ(ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｐｒｏｂｅ)を用いて超音波空間合成映像を提供するだけでなく、合成効果を増加させた(即ち、重畳する映像領域が拡大された)超音波空間合成映像を提供することができる。
本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例における超音波空間合成映像を形成する順序を示すフローチャートである。 複数のスキャンラインおよび仮想共通点を示す例示図である。 本発明の実施例における超音波映像を示す例示図である。 本発明の実施例における超音波映像を示す例示図である。
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、超音波システム１００は、超音波データ取得部１１０、プロセッサ１２０、格納部１３０およびディスプレイ部１４０を備える。
超音波データ取得部１１０は、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号(即ち、超音波エコー信号)を受信して超音波データを取得する。
図２は、本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、超音波データ取得部１１０は、超音波プローブ２１０、送信信号形成部２２０、ビームフォーマ２３０および超音波データ形成部２４０を備える。
超音波プローブ２１０は、電気的信号と超音波信号とを相互に変換する複数の電気音響変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｅｌｅｍｅｎｔ：以下単に変換素子と呼ぶ）２１１（図４参照）を含む。超音波プローブ２１０は、複数のスキャンラインのそれぞれに沿って超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を形成する。受信信号は、アナログ信号である。本実施例において、超音波プローブ２１０は、位相配列プローブ(ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｐｒｏｂｅ)を含む。
送信信号形成部２２０は、変換素子および集束点を考慮して、超音波映像を得るための送信信号を形成する。超音波映像は、Ｂモード(ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ｍｏｄｅ)映像を含む。しかし、超音波映像は、必ずしもこれに限定されない。
本実施例において、送信信号形成部２２０は、図５に示すように、第１超音波映像ＳＦ１を得るための第１送信信号を形成する。従って、超音波プローブ２１０は、送信信号形成部２２０から第１送信信号が提供されれば、第１送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第１受信信号を形成する。また、送信信号形成部２２０は、図５に示すように、第２超音波映像ＳＦ２を得るための第２送信信号を形成する。従って、超音波プローブ２１０は、送信信号形成部２１０から第２送信信号が提供されれば、第２送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第２受信信号を形成する。また、送信信号形成部２２０は、図５に示すように、第３超音波映像ＳＦ３を得るための第３送信信号を形成する。従って、超音波プローブ２１０は、送信信号形成部２２０から第３送信信号が提供されれば、第３送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して第３受信信号を形成する。
前述した実施例では、超音波映像の数が３つである場合を説明したが、超音波映像の数は、必ずしもこれに限定されず、必要に応じて変更することができる。
ビームフォーマ２３０は、超音波プローブ２１０から提供される受信信号をアナログデジタル変換してデジタル信号を形成する。また、ビームフォーマ２３０は、変換素子および集束点を考慮して、デジタル信号を受信集束させて受信集束信号を形成する。
本実施例において、ビームフォーマ２３０は、超音波プローブ２１０から第１受信信号が提供されれば、第１受信信号をアナログデジタル変換して第１デジタル信号を形成する。ビームフォーマ２３０は、変換素子および集束点を考慮して、第１デジタル信号を受信集束させて第１受信集束信号を形成する。また、ビームフォーマ２３０は、超音波プローブ２１０から第２受信信号が提供されれば、第２受信信号をアナログデジタル変換して第２デジタル信号を形成する。ビームフォーマ２３０は、変換素子および集束点を考慮して、第２デジタル信号を受信集束させて第２受信集束信号を形成する。また、ビームフォーマ２３０は、超音波プローブ２１０から第３受信信号が提供されれば、第３受信信号をアナログデジタル変換して第３デジタル信号を形成する。ビームフォーマ２３０は、変換素子および集束点を考慮して、第３デジタル信号を受信集束させて第３受信集束信号を形成する。
超音波データ形成部２４０は、ビームフォーマ２３０から提供される受信集束信号を用いて超音波映像に対応する超音波データを形成する。超音波データは、ＲＦ(ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ)データを含む。しかし、超音波データは、必ずしもこれに限定されない。また、超音波データ形成部２４０は、超音波データを形成するのに必要な多様な信号処理(例えば、利得(ｇａｉｎ)調節等)を受信集束信号に行うこともできる。
本実施例において、超音波データ形成部２４０は、ビームフォーマ２３０から第１受信集束信号が提供されれば、第１受信集束信号を用いて第１超音波映像ＳＦ１に対応する第１超音波データを形成する。また、超音波データ形成部２４０は、ビームフォーマ２３０から第２受信集束信号が提供されれば、第２受信集束信号を用いて第２超音波映像ＳＦ２に対応する第２超音波データを形成する。また、超音波データ形成部２４０は、ビームフォーマ２３０から第３受信集束信号が提供されれば、第３受信集束信号を用いて第３超音波映像ＳＦ３に対応する第３超音波データを形成する。
再び図１を参照すれば、プロセッサ１２０は、超音波データ取得部１１０に連結される。プロセッサ１２０は、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ（ｍｉｃｒｏ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（ｇｒａｐｈｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）などを含む。
図３は、本発明の実施例における超音波空間合成映像を形成する順序を示すフローチャートである。図３を参照すると、プロセッサ１２０は、図４に示すように、複数のスキャンラインＳ１〜ＳＮに対応する仮想共通点ＶＰを変換素子２１１に設定する(Ｓ３０２)。仮想共通点ＶＰは、複数のスキャンラインＳ１〜ＳＮを超音波信号の送信方向と反対となる方向に延長させて交わる点を意味する。
プロセッサ１２０は、複数の超音波映像に対して仮想共通点ＶＰを横方向（ｌａｔｅｒａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）へ移動させるための仮想共通点移動位置を変換素子２１１に設定する(Ｓ３０４)。図５において、横方向は、変換素子２１１の配列方向を、軸方向（ａｘｉａｌ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は、変換素子２１１を基準として超音波信号の進行方向を示す。プロセッサ１２０は、仮想共通点ＶＰを仮想共通点移動位置へ移動させて、複数の超音波映像のそれぞれに対応する仮想共通点(以下、サブ仮想共通点という)を変換素子２１１に設定する(Ｓ３０６)。
本実施例において、プロセッサ１２０は、図５に示すように、第１超音波映像ＳＦ１に対して仮想共通点ＶＰを移動させない第１仮想共通点移動位置を設定する。プロセッサ１２０は、第１仮想共通点移動位置を第１超音波映像ＳＦ１に対応する第１サブ仮想共通点ＳＶＰ１（すなわち、ＶＰ）に設定する。プロセッサ１２０は、第２超音波映像ＳＦ２に対して仮想共通点ＶＰを横方向に第１距離だけ移動させる第２仮想共通点移動位置を設定する。プロセッサ１２０は、仮想共通点ＶＰを第２仮想共通点移動位置へ移動させて、図５に示すように第２超音波映像ＳＦ２に対応する第２サブ仮想共通点ＳＶＰ２を設定する。プロセッサ１２０は、第３超音波映像ＳＦ３に対して仮想共通点ＶＰを横方向に第２距離だけ移動させる第３仮想共通点移動位置を設定する。プロセッサ１２０は、仮想共通点ＶＰを第３仮想共通点移動位置へ移動させて、図５に示すように第３超音波映像ＳＦ３に対応する第３サブ仮想共通点ＳＶＰ３を設定する。仮想共通点ＶＰと第２サブ仮想共通点ＳＶＰ２との間の距離、および仮想共通点ＶＰと第３サブ仮想共通点ＳＶＰ３との間の距離は、同一または異なる。
プロセッサ１２０は、仮想共通点およびサブ仮想共通点に基づいて、複数の超音波映像のそれぞれに対応する複数のスキャンラインを設定する(Ｓ３０８)。従って、超音波データ取得部１１０は、複数の超音波映像のそれぞれに対して、スキャンラインに沿って超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する。
本実施例において、プロセッサ１２０は、複数の超音波映像に対して基準超音波映像を設定する。本実施例において、プロセッサ１２０は、仮想共通点ＶＰを移動させない第１超音波映像ＳＦ１を基準超音波映像として設定する。プロセッサ１２０は、サブ仮想共通点ＳＶＰ１（即ち、仮想共通点ＶＰ）に基づいて、図４に示すように第１超音波映像ＳＦ１に対応する複数のスキャンラインを設定する。プロセッサ１２０は、第１超音波映像ＳＦ１に対応する第１サブ仮想共通点ＳＶＰ１を第２サブ仮想共通点ＳＶＰ２へ移動させて、第２超音波映像ＳＦ２に対応する複数のスキャンラインを設定する。即ち、各スキャンラインのステアリング角度(ｓｔｅｅｒｉｎｇ ａｎｇｌｅ)（変換素子２１１と直交するスキャンラインＳｉに対する各スキャンラインの角度）を第１超音波映像ＳＦ１に対応する複数のスキャンラインを設定したのと同様な方法で設定する。プロセッサ１２０は、第１超音波映像ＳＦ１に対応する第１サブ仮想共通点ＳＶＰ１を第３サブ仮想共通点ＳＶＰ３へ移動させて、第３超音波映像ＳＦ３に対応する複数のスキャンラインを設定する。即ち、各スキャンラインのステアリング角度を第１超音波映像ＳＦ１に対応する複数のスキャンラインを設定したのと同様な方法で設定する。
またオプションとして、プロセッサ１２０は、第２サブ仮想共通点ＳＶＰ２を基準（中心）として第２超音波映像ＳＦ２を第１超音波映像ＳＦ１に向かって予め設定した角度（第１回転角度）だけ回転させて、図６に示すように第２超音波映像ＳＦ２’に対応する複数のスキャンラインを再設定することもできる。また、プロセッサ１２０は、第３サブ仮想共通点ＳＶＰ３を基準（中心）として第３超音波映像ＳＦ３を第１超音波映像ＳＦ１に向かって予め設定した角度（第２回転角度）だけ回転させて、図６に示すように第３超音波映像ＳＦ３’に対応する複数のスキャンラインを再設定することもできる。この第１回転角度および第２回転角度は、必要に応じて多様に設定することができる。
プロセッサ１２０は、超音波データ取得部１１０から提供される超音波データを用いて複数の超音波映像を形成する(Ｓ３１０)。本実施例において、プロセッサ１２０は、超音波データ取得部１１０から第１超音波データが提供されれば、第１超音波データを用いて第１超音波映像ＳＦ１を形成する。また、プロセッサ１２０は、超音波データ取得部１１０から第２超音波データが提供されれば、第２超音波データを用いて第２超音波映像ＳＦ２またはＳＦ２’を形成する。また、プロセッサ１２０は、超音波データ取得部１１０から第３超音波データが提供されれば、第３超音波データを用いて第３超音波映像ＳＦ３またはＳＦ３’を形成する。
プロセッサ１２０は、複数の超音波映像を空間合成して超音波空間合成映像を形成する(Ｓ３１２)。空間合成は公知となった多様な方法を用いて行うことができるので、本実施例では詳細に説明しない。
再び図１を参照すると、格納部１３０は、超音波データ取得部１１０で取得された複数の超音波データを格納する。また、格納部１３０は、プロセッサ１２０で形成された超音波空間合成映像を格納する。また、格納部１３０は、第１〜３サブ仮想共通点ＳＦ１〜３、第１回転角度、第２回転角度なども格納することができる。
ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１２０で形成された超音波空間合成映像を表示する。また、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１２０で形成された超音波映像を表示する。
本発明は、望ましい実施例によって説明および例示をしたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項および範疇を逸脱することなく、様々な変形および変更が可能である。
１００ 超音波システム
１１０ 超音波データ取得部
１２０ プロセッサ
１３０ 格納部
１４０ ディスプレイ部
２１０ 超音波プローブ
２１１ 変換素子
２２０ 送信信号形成部
２３０ ビームフォーマ
２４０ 超音波データ形成部
Ｓ１〜ＳＮ スキャンライン
ＶＰ 仮想共通点
ＳＶＰ１〜ＳＶＰ３ サブ仮想共通点
ＳＦ１〜ＳＦ３ 超音波映像

Claims (8)

  1. 複数の変換素子を有する位相配列プローブを含み、超音波信号を複数のスキャンラインに沿って対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して複数の超音波映像のそれぞれに対応する超音波データを取得する超音波データ取得部と、
    前記超音波データ取得部に連結され、前記複数のスキャンラインが交わる仮想共通点を前記複数の変換素子に設定し、前記複数の変換素子の配列方向へ前記仮想共通点を移動させて、前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定し、前記超音波データを用いて前記複数の超音波映像を形成し、前記複数の超音波映像を空間合成して超音波空間合成映像を形成するプロセッサと
    を備え、
    記超音波データ取得部は、前記設定された複数のスキャンラインのそれぞれに沿って超音波信号を前記対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信することを特徴とする超音波システム。
  2. 前記プロセッサは、
    前記仮想共通点を基準に前記仮想共通点を前記配列方向へ移動させるための仮想共通点移動位置を設定し、
    前記仮想共通点を前記仮想共通点移動位置へ移動させて前記複数の超音波映像のそれぞれに対応するサブ仮想共通点を設定し、
    前記仮想共通点および前記サブ仮想共通点を基準に前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
  3. 前記プロセッサは、
    前記複数の超音波映像において前記仮想共通点を移動させない超音波映像を基準超音波映像に設定し、
    前記基準超音波映像に対応する前記仮想共通点を基準に前記基準超音波映像に対応する前記複数のスキャンラインを設定し、
    前記基準超音波映像に対応する前記仮想共通点を前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記サブ仮想共通点へ移動させて前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定することを特徴とする請求項２に記載の超音波システム。
  4. 前記プロセッサは、前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記サブ仮想共通点を基準に、前記複数の超音波映像のそれぞれを前記基準超音波映像に向かって予め設定された回転角度だけ回転させて、前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインをさらに再設定することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
  5. ａ）複数のスキャンラインが交わる仮想共通点を位相配列プローブの変換素子に設定し、前記仮想共通点を前記変換素子の配列方向へ移動させて、複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定する段階と、
    ｂ）前記設定された複数のスキャンラインのそれぞれに沿って超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する超音波データを取得する段階と、
    ｃ）前記超音波データを用いて前記複数の超音波映像を形成する段階と、
    ｄ）前記複数の超音波映像を空間合成して超音波空間合成映像を形成する段階と
    を備えることを特徴とする超音波空間合成映像提供方法。
  6. 前記段階ａ）は、
    ａ１）前記仮想共通点を基準に前記仮想共通点を前記配列方向へ移動させるための仮想共通点移動位置を設定する段階と、
    ａ２）前記仮想共通点を前記仮想共通点移動位置へ移動させて前記複数の超音波映像のそれぞれに対応するサブ仮想共通点を設定する段階と、
    ａ３）前記仮想共通点および前記サブ仮想共通点を基準に前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定する段階と
    を備えることを特徴とする請求項５に記載の超音波空間合成映像提供方法。
  7. 前記段階ａ３）は、
    前記複数の超音波映像において前記仮想共通点を移動させない超音波映像を基準超音波映像に設定する段階と、
    前記基準超音波映像に対応する前記仮想共通点を基準に前記基準超音波映像に対応する前記複数のスキャンラインを設定する段階と、
    前記基準超音波映像に対応する前記仮想共通点を前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記サブ仮想共通点へ移動させて前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを設定する段階と
    を備えることを特徴とする請求項６に記載の超音波空間合成映像提供方法。
  8. 前記段階ａ）は、
    前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記サブ仮想共通点を基準に前記複数の超音波映像のそれぞれを前記基準超音波映像に向かって予め設定された回転角度に回転させて前記複数の超音波映像のそれぞれに対応する前記複数のスキャンラインを再設定する段階
    をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の超音波空間合成映像提供方法。
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