JP2714259B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被検体に対して超音波
を送波するとともに、送波方向を一平面内で走査し、そ
の反射波に基づいて走査面における被検体の診断画像を
得る超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような超音波診断装置の従来例とし
ては、超音波ドプラ法とパルス反射法とを併用すること
により１つの超音波プローブで血流分布像と断層像（Ｂ
モード像）とを求め、モノクロの断層像にカラーの血流
分布像を重ねて表示し、リアルタイムで血流情報を表示
する装置がある。この装置は超音波血流イメージング装
置として知られている。超音波プローブから送波される
超音波ビームは一平面内を走査されるので、血流分布像
や断層像はこの走査面についての画像である。このた
め、図１４に示すように、血管１が３次元的に曲がって
いる場合は、表示画面には走査面２についての超音波画
像しか現われない。すなわち、超音波の走査面以外の血
管の部分のイメージングができない不具合がある。な
お、超音波プローブの向きを変えたり、位置を移動する
ことにより、走査面を変えれば、他の部分のイメージン
グが可能ではあるが、各イメージング画面においては各
走査面毎の血流の一部分の断片的な画像しか表示され
ず、血流全体の様子を把握することが困難であった。

【０００３】一方、Ｘ線診断装置においては、被検体を
透過したＸ線に基づく透視像を形成しているが、血流の
全体像は透視像、特にサブトラクション画像においては
容易に把握できるので、超音波診断装置においても、透
視像のような画像を表示させることが望まれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した事情
に対処すべくなされたもので、その目的は超音波により
Ｘ線透視と等価なイメージングを行なうことができる超
音波診断装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による超音波診断
装置は、超音波プローブから送波される超音波を一平面
内で走査し超音波の反射波に基づいて前記平面の断層像
を作成する超音波診断装置において、前記超音波プロー
ブは被検体の３次元空間内の被検体表面に対する傾き角
度が異なる複数の平面を走査する構造を有するものであ
り、前記３次元空間内の複数の平面の断層像を作成する
手段と、前記複数の平面の断層像を被検体表面に対する
傾き角度に応じて被検体表面からの距離を補正してから
平面の傾き角度に応じて重み付けして合成し１枚の画像
を作成する手段とをさらに具備することを特徴とするも
のである。 また、本発明による他の超音波診断装置は、
超音波プローブから送波される超音波を一平面内で走査
し超音波の反射波に基づいて前記平面の断層像および血
流分布像を作成する超音波診断装置において、前記超音
波プローブは被検体の３次元空間内の被検体表面に対す
る傾き角度が異なる複数の平面を走査する構造を有する
ものであり、前記３次元空間内の複数の平面の断層像お
よび血流分布像を作成する手段と、前記複数の平面の断
層像を被検体表面に対する傾き角度に応じて被検体表面
からの距離を補正してから平面の傾き角度に応じて重み
付けして合成し第１の画像を作成するとともに前記複数
の平面の血流分布像を被検体表面に対する傾き角度に応
じて被検体表面に対する位置を補正してから平面の傾き
角度に応じて重み付けして合成し第２の画像を作成する
手段とをさらに具備することを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】本発明による超音波診断装置によれば、超音波
プローブをその走査面が被検体の表面に対する傾き角度
を変えながら走査して得られた３次元空間内の複数の平
面の断層像、あるいは血流分布像をも傾き角度に応じて
表面からの位置を補正してから傾き角度に応じて重み付
けして合成することにより、Ｘ線透視と等価なイメージ
ングを行なうことができ、被検体の全体の様子を容易に
把握することができる。

【０００７】

【実施例】以下図面を参照して本発明による超音波診断
装置の実施例を説明する。第１図は第１実施例の構成を
示すブロック図である。セクタ式電子走査型の超音波プ
ローブ１０に走査回路１２が接続される。プローブ１０
は１列に配列された多数の超音波振動子からなり、各振
動子に与える電圧のタイミングを変えることにより超音
波ビームを扇状に走査することや、フォーカスさせるこ
とができる。なお、プローブ１０はセクタ式電子走査型
に限定されず、リニア式でもよいし、機械走査型でもよ
い。すなわち、走査形態はいずれの形態でもよい。

【０００８】走査回路１２においては、超音波振動子を
振動させる周波数を決定する発振器１４の出力がディレ
イライン１６、パルサ１８を介してプローブ１０に供給
される。パルサ１８は一定の周期で駆動パルスをプロー
ブ１０に供給する。この周期の逆数が超音波ビームのレ
ート周波数である。ディレイライン１６はそれぞれ異な
る遅延時間の多数の遅延線からなり、それぞれの遅延線
の出力が多数の振動子のそれぞれに供給される。この遅
延時間を可変することにより、プローブ１０から照射さ
れる超音波ビームの送波方向（ラスタ方向）やフォーカ
スを可変できる。遅延時間はシステムコントローラ５２
からの制御信号により制御される。

【０００９】被検体で反射された超音波はプローブ１０
で受波され、反射波の強度に応じたエコー信号がプロー
ブ１０から出力される。プローブ１０の出力信号はプリ
アンプ２０、ディレイライン１６を介して加算器２２に
供給される。ここでも、各振動子の出力がそれぞれの遅
延線を介して送波時と同一の遅延時間を介して加算器２
２に供給される。加算器２２の出力が検波器２４に入力
され、各ラスタ方向における超音波ビームの反射波の強
度が検出される。検波器２４の出力が各ラスタの輝度情
報、すなわちＢモード画像（モノクロ断層像）情報とし
てＡ／Ｄ変換器２６に入力される。

【００１０】Ａ／Ｄ変換器２６の出力がスイッチ２８を
介してフレームメモリからなるディジタルスキャンコン
バータ（ＤＳＣ）３０に入力されるとともに、合成処理
回路３２を介してディジタルスキャンコンバータ３０に
入力される。合成処理回路３２の詳細は後述する。超音
波プローブ１０のラスタは、セクタ電子走査型の場合
は、扇状であり、通常のモニタのラスタ方向は標準テレ
ビジョン方式と同様に水平方向であるので、ディジタル
スキャンコンバータ３０は入力した画像のラスタ方向
（スキャン方向）を変えて出力する。ディジタルスキャ
ンコンバータ３０の出力が表示処理回路３４に供給さ
れ、画面で表示される。スイッチ２８のオン／オフはシ
ステムコントローラ５２からの信号により制御される。
ディジタルスキャンコンバータ３０、合成処理回路３
２、表示処理回路３４にもシステムコントローラ５２か
ら制御信号が供給される。

【００１１】一方、走査回路１２内の加算器２２の出
力、および発振器１４の出力がドプラ検波器３６に供給
される。ドプラ検波器３６は直交検波方式によりドプラ
偏移周波数を検出する回路であり、ミキサ３８ａ，３８
ｂ、９０゜移相器４２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４
０ａ，４０ｂからなる。加算器２２の出力はミキサ３８
ａ，３８ｂで発振器１４の出力、および移相器４２の出
力とそれぞれ掛け合わされる。そのため、ミキサ３８
ａ，３８ｂからはドプラ偏移周波数に高周波成分（２倍
の送信周波数）が加算された信号が得られる。ローパス
フィルタ４０ａ，４０ｂはミキサ３８ａ，３８ｂの出力
から高周波成分を除去するものであり、その出力はそれ
ぞれドプラ偏移周波数のコサイン成分、サイン成分とな
る。ドプラ偏移周波数がコサイン成分、サイン成分の２
チャンネルあるのは、偏移周波数の極性も検出できるよ
うにするためである。

【００１２】ドプラ検波器３６の出力（ローパスフィル
タ４０ａ，４０ｂの出力）がカラードプラのためのＭＴ
Ｉ(Moving Target Indicator) 演算部４４に供給され
る。ＭＴＩ演算部４４はＡ／Ｄ変換器、ＭＴＩフィル
タ、自己相関演算回路、平均速度演算回路、分散演算回
路、パワー演算回路からなる。ＭＴＩ演算部４４にもシ
ステムコントローラ５２からの制御信号が供給されてい
る。ＭＴＩフィルタは反射信号から固定反射体（血管
壁、心壁等）からの不要な反射波（クラッタ成分）を取
り除くためのものであり、ローパス特性のディジタルフ
ィルタからなる。あるいは、ＭＴＩフィルタは、各反射
信号から一定時間後の反射信号を減算してクラッタ成分
を除去するためのディレイラインと減算器とによりアナ
ログ的に構成してもよい。

【００１３】ＭＴＩ演算部４４から出力された血流分布
像情報がスイッチ４６を介してディジタルスキャンコン
バータ４８に供給されるとともに、合成処理回路５０を
介してディジタルスキャンコンバータ４８に供給され
る。合成処理回路５０の詳細は後述する。ディジタルス
キャンコンバータ４８の出力が表示処理回路３４に供給
され、画面で表示される。スイッチ４６のオン／オフは
システムコントローラ５２からの信号により制御され
る。ディジタルスキャンコンバータ４８、合成処理回路
５０にもシステムコントローラ５２から制御信号が供給
される。ディジタルスキャンコンバータ４８の出力も表
示処理回路３４に供給される。

【００１４】プローブ１０は、図２に示すように、ガイ
ド５４を介して被検体の表面に対して接触され、その走
査面５５の表面に対する傾き角度θａ，θｂを自由に変
えられる構造になっている。傾き角度は手動で変えても
よいし、電動で変えてもよい。この表面に対する傾き角
度θはポテンシオメータ５６により検出され、システム
コントローラ５２に入力される。イメージングの際に
は、図３に示すように、プローブ１０を被検体の表面に
接触させたまま、接触点を中心として扇状に連続的に傾
け、その走査面が同じく接触面を中心として扇状に変化
するようにされる。そして、プローブ１０を傾けている
期間に傾き角θは常にシステムコントローラ５２に供給
される。システムコントローラ５２はこの間、一定の微
小時間毎に合成処理回路３２，５０に書き込み信号（詳
細は後述する）を供給する。

【００１５】合成処理回路３２，５０は同一の構成であ
り、図４にそのブロック図を示す。Ａ／Ｄ変換器２６、
またはＭＴＩ演算部４４からの画像信号がシステムコン
トローラ５２からの書き込み信号に応じて複数のフレー
ムメモリ６０-1，６０-2，…６０-nに順次書き込まれ
る。この実施例では、プローブ１０の傾き角度を連続的
に可変し走査面を扇状に変えながら、全部でｎ枚の走査
面の画像信号をフレームメモリ６０-1〜６０-nに格納す
る。フレームメモリ６０-1，６０-2，…６０-nの出力が
それぞれ乗算器６２-1，６２-2，…６２-nに供給され、
重み付されてから加算回路６４に供給される。加算回路
６４の出力がディジタルスキャンコンバータ３０、また
は４８に供給される。

【００１６】乗算器６２-1，６２-2，…６２-nの重み係
数ｗ1 ，ｗ2 ，…ｗn はシステムコントローラ５２から
供給される。システムコントローラ５２は、フレームメ
モリ６０-1，６０-2，…６０-nに格納されている画像の
走査面の位置情報、すなわちプローブ１０の傾き角度θ
に応じて重み係数ｗ1 ，ｗ2 ，…ｗn を決定し、走査面
の位置に応じた輝度で各画像を合成させる。これは、合
成画像において各画像成分の得られた走査面の前後関係
をはっきりさせ、遠近感をだすためである。図５に傾き
角度θと重み係数ｗの関係の一例を示す。

【００１７】図６は図１の表示処理回路３４の詳細なブ
ロック図である。ディジタルスキャンコンバータ３０か
らのモノクロのＢモード断層像信号がゲインアッテネー
タ７０を介して信号のゲインが減衰された後、モノクロ
／カラー合成回路７６の第１入力端子に供給される。デ
ィジタルスキャンコンバータ４８から出力される血流分
布像情報の中の各画素毎の血流速Ｖ、トータルパワー
Ｐ、分散σ、加速度Ａがマルチプレクサ７２に入力され
る。マルチプレクサ７２は４入力から２つの信号を選択
し、マルチプレクサ７２の出力は変換テーブル７４-1、
７４-2，７４-3に入力される。変換テーブル７４-1，７
４-2，７４-3はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）から構成
され、マルチプレクサ７２から出力された血流分布像情
報の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）成分を求め、モノク
ロ／カラー合成回路７６の第２入力端子に供給する。合
成回路７６はモノクロのＢモード断層像にカラーの血流
分布像を重畳し、合成信号をＤ／Ａ変換器７８を介して
ＲＧＢモニタ８０に供給する。

【００１８】次に、第１実施例の動作を説明する。ここ
で、初期状態では、スイッチ２８，４６はシステムコン
トローラ５２の制御の下でともにオンしているとする。
先ず、オペレータは、走査面が診断したい部位が含まれ
ている被検体の断面と一致するようにプローブ１０を被
検体の表面に接触させ、図３に示すように、被検体との
接触部を中心にプローブ１０を手動で扇状に傾ける。こ
の時、プローブ１０から送波される超音波ビームは走査
回路１２により走査面内で扇状に走査される。この走査
により得られた各走査面の断層像情報がＡ／Ｄ変換器２
６、スイッチ２８、ディジタルスキャンコンバータ３０
を介して表示処理回路３４に供給され、モニタ８０でモ
ノクロ表示される。一方、各走査面の血流分布像情報は
ＭＴＩ演算部４４に入力され、演算部４４内の平均速度
演算回路、分散演算回路、パワー演算回路において、所
定の演算処理が施される。これらの演算結果がスイッチ
４６、ディジタルスキャンコンバータ４８を介して表示
処理回路３４に供給され、モニタ８０でモノクロ断層像
に重畳されて血流分布像がカラー表示される。

【００１９】そして、プローブ１０を扇状に傾ける間、
微小の一定期間毎にシステムコントローラ５２から合成
処理回路３２，５０に書き込み信号が供給され、Ａ／Ｄ
変換器２６、ＭＴＩ演算部４４の出力が合成処理回路３
２，５０内のフレームメモリ６０-1，６０-2，…６０-n
に順次格納される。システムコントローラ５２は書き込
み信号を発生した時にポテンシオメータ５４から出力さ
れた傾き角度θを記憶しておく。そして、システムコン
トローラ５２は、図５の関係から、合成処理回路３２，
５０の乗算器６２-1〜６２-nの重み係数ｗ1 〜ｗn を各
フレームメモリ６０-1〜６０-nへの画像書き込み時の走
査面の傾き角度θに応じて決定する。また、角度θに応
じて視線方向における画像の合成位置を補正することが
できる。すなわち、プローブ１０から等距離にある画素
どうしを合成するのではなく、体表面から等距離にある
画素どうしを合成するように、合成する画素の位置を補
正する。

【００２０】ｎ枚の断層像、血流分布像がフレームメモ
リ６０-1〜６０-nに格納された後、システムコントロー
ラ５２はスイッチ２８，４６をオフする。そして、合成
処理回路３２、５０それぞれにおいて、フレームメモリ
６０-1〜６０-nから記憶データを画素単位で同時に読み
出し、乗算器６２-1〜６２-nにより重み係数ｗ1 〜ｗn
と掛け合わし重み付けし、加算器６４において加算させ
る。このため、ｎ枚の走査面全部の画像を重ね合わせ、
透視像に相当する合成画像が得られる。

【００２１】このＢモード合成画像、血流分布情報合成
画像がディジタルスキャンコンバータ３０，４８をそれ
ぞれ介して表示処理回路３４に入力され、モノクロのＢ
モード合成画像内の血流部分にカラーの血流分布合成画
像が重畳される。

【００２２】図７〜図１１に血流分布画像の合成の様子
を示す。図７は１枚目の血流分布画像を示す。これに２
枚目の血流分布画像を重ねた場合の合成画像を図８に示
す。以下、同様に、図９〜図１１はさらに、３枚目、４
枚目、５枚目の血流分布画像を重ねた場合の合成画像を
示す。これらの図において、重み係数の違いによる輝度
の違いはハッチングの種類により表わしている。すなわ
ち、図１１に示すように、部分ａが最も遠く、部分ｂが
最も近いことがわかる。

【００２３】以上説明したように、第１実施例によれ
ば、超音波プローブをその走査面が３次元空間内を移動
するように傾けながら、各走査面の超音波画像をメモリ
に記憶し、複数の走査面の超音波画像を走査面の位置に
応じて重み付けしてから合成することにより、Ｘ線透視
と同様なイメージングを行なうことができ、被検体内の
３次元的に曲がっている血管等の全体の様子を容易に把
握することができる超音波診断装置が提供される。合成
の際の各画像の重みはプローブの傾き角度を検出するポ
テンシオメータの出力により表わされる走査面の位置に
応じて決定されているので、合成画像において各走査面
の画像の輝度が異なり、輝度により遠近感が表現され、
３次元的な観察が可能である。

【００２４】次に、本発明の他の実施例を説明する。図
１２は第２実施例の概略を示す図である。第１実施例で
は、走査面を３次元空間内で移動させるために、プロー
ブ１０を扇状に動かしたが、第２実施例では、プローブ
１０を直線的に移動することにより走査面５５を３次元
空間内で移動させる。この場合は、移動距離を検出する
ポテンシオメータを用いて所定距離移動する毎に画像を
フレームメモリ６０-1〜６０-nに書き込む。第２実施例
によれば、複数の走査面は互いに平行であるので、視線
方向は全部の走査面において同一であるので、合成の際
の位置ずれの影響が少ない。

【００２５】図１３は第３実施例の概略を示す図であ
る。第３実施例では、プローブ１０をプローブの中央部
を軸として回転することにより走査面５５を３次元空間
内で移動させる。この場合は、回転角度を検出するポテ
ンシオメータを用いて所定角度回転する毎に画像をフレ
ームメモリ６０-1〜６０-nに書き込む。

【００２６】このような第２、第３実施例によっても、
第１実施例と同様な効果がある。

【００２７】なお、本発明は上述した実施例に限定され
ずに、種々変形して実施可能である。例えば、上述の実
施例では、血流イメージングを行なっているが、これを
省略して、単にＢモード画像のみを合成して表示する場
合にも適応可能である。この場合は、図１の構成からド
プラ検波器３６、ＭＴＩ演算部４４、スイッチ４６、合
成処理回路５０、ディジタルスキャンコンバータ４８を
削除すればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
音波プローブをその走査面が３次元空間内を変化するよ
うに移動する際に得られた３次元空間内の複数の平面の
断層像を平面の位置に応じて重み付けして合成すること
により、Ｘ線透視と等価なイメージングを行なうことが
でき、被検体の全体の様子を容易に把握することができ
る超音波診断装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波診断装置の第１実施例の構
成を示すブロック図。

【図２】プローブの傾き角度θを説明する図。

【図３】イメージングの際のプローブの傾きと走査面と
の関係を示す図。

【図４】図１の合成処理回路の具体的な構成を示すブロ
ック図。

【図５】図２の乗算器の重みとプローブの傾き角度θと
の関係を示す図。

【図６】図１の表示処理回路の具体的な構成を示すブロ
ック図。

【図７】第１実施例における１枚目の血流分布画像を示
す図。

【図８】第１実施例における１枚目と２枚目の血流分布
画像の合成画像を示す図。

【図９】第１実施例における１枚目〜３枚目の血流分布
画像の合成画像を示す図。

【図１０】第１実施例における１枚目〜４枚目の血流分
布画像の合成画像を示す図。

【図１１】第１実施例における１枚目〜５明目の血流分
布画像の合成画像を示す図。

【図１２】本発明の第２実施例の概略を示す図。

【図１３】本発明の第３実施例の概略を示す図。

【図１４】従来の超音波診断装置によるイメージングの
例を示す図。

【符号の説明】

１０…プローブ、１２…走査回路、３０，４８…ディジ
タルスキャンコンバータ、３２，５０…合成処理回路、
３６…ドプラ検波器、４４…ＭＴＩ演算部、５２…シス
テムコントローラ、６０-1〜６０-n…フレームメモリ、
６２-1〜６２-n…乗算器、６４…加算器、７０…ゲイン
アッテネータ、７４-1〜７４-3…変換テーブル、７６…
モノクロ／カラー合成回路、８０…モニタ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波プローブから送波される超音波
   を一平面内で走査し超音波の反射波に基づいて前記平面
   の断層像を作成する超音波診断装置において、前記超音
   波プローブは被検体の３次元空間内の被検体表面に対す
   る傾き角度が異なる複数の平面を走査する構造を有する
   ものであり、前記３次元空間内の複数の平面の断層像を
   作成する手段と、前記複数の平面の断層像を被検体表面
   に対する傾き角度に応じて被検体表面からの距離を補正
   してから平面の傾き角度に応じて重み付けして合成し１
   枚の画像を作成する手段とをさらに具備することを特徴
   とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 超音波プローブから送波される超音波
   を一平面内で走査し超音波の反射波に基づいて前記平面
   の断層像および血流分布像を作成する超音波診断装置に
   おいて、前記超音波プローブは被検体の３次元空間内の
   被検体表面に対する傾き角度が異なる複数の平面を走査
   する構造を有するものであり、前記３次元空間内の複数
   の平面の断層像および血流分布像を作成する手段と、前
   記複数の平面の断層像を被検体表面に対する傾き角度に
   応じて被検体表面からの距離を補正してから平面の傾き
   角度に応じて重み付けして合成し第１の画像を作成する
   とともに前記複数の平面の血流分布像を被検体表面に対
   する傾き角度に応じて被検体表面に対する位置を補正し
   てから平面の傾き角度に応じて重み付けして合成し第２
   の画像を作成する手段とをさらに具備することを特徴と
   する超音波診断装置。