JP3324806B2

JP3324806B2 - 超音波診断装置

Info

Publication number: JP3324806B2
Application number: JP34095192A
Authority: JP
Inventors: 藤幸雄伊; 藤良洋後
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1992-11-30
Filing date: 1992-11-30
Publication date: 2002-09-17
Anticipated expiration: 2017-09-17
Also published as: JPH06165782A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して被検
体の診断部位について断層像を得る超音波診断装置に関
し、特に診断部位の計測情報を実時間で三次元的に表示
することができる超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超音波診断装置は、被検体に対し
超音波を送受信する探触子と、この探触子を駆動して超
音波を発生させると共に受信した反射エコーの信号を処
理する超音波送受信部と、この超音波送受信部からの反
射エコー信号を入力してディジタル化し診断部位の断層
像を作成する断層像作成回路と、この断層像作成回路か
らの画像データをアナログ信号に変換して画像表示する
画像表示部と、上記各構成要素を制御する制御回路とを
有して成っていた。そして、このような超音波診断装置
において被検体の診断部位の超音波画像を三次元的に表
示するには、三次元走査用の探触子を用いて、それから
送波される超音波による断層走査をその断層走査面に直
交する方向に順次移動させて三次元測定空間の多数の断
層像を収集し、この収集した多数の断層像を上記の超音
波診断装置以外の画像処理装置に送り、この画像処理装
置でボクセル法などにより三次元画像再構成することに
よって三次元画像化し、表示していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の超音波診断装置においては、一旦、三次元測定空間
の多数の断層像を収集した後、この収集した多数の断層
像をその超音波診断装置以外の画像処理装置に送って三
次元画像再構成をし、三次元画像化して表示していたの
で、被検体内の診断部位を超音波ビームで走査しながら
実時間で三次元的な画像を表示することはできないもの
であった。従って、上記診断部位の三次元的な形状につ
いて静的又は動的な観察が行えず、十分な診断情報が得
られないことがあった。

【０００４】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、診断部位の計測情報を実時間で三次元的に表示す
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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による超音波診断装置は、被検体に対し超音
波を送受信する超音波走査をその走査面に直交する方向
に移動可能に振動子を配列した探触子と、この探触子を
駆動すると共に受信した反射エコー信号を処理する超音
波送受信部と、該処理された反射エコー信号を入力して
診断部位の断層像を作成する手段と、上記探触子からの
超音波走査をその断層走査面に直交する方向に移動させ
て三次元測定空間の反射エコー信号を得る手段と、該得
られた三次元測定空間の反射エコー信号の上記被検体の
体表面から所定の深さ未満の信号成分を除去する体表部
信号除去手段と、該信号成分が除去された反射エコー信
号の高周波ノイズを除去する手段と、該高周波ノイズが
除去された反射エコー信号が所定の深さで変化する時相
を検出しこの時相での反射エコー信号に基づき予め設定
した視点と上記被検体の診断部位との距離に応じて輝度
値を求めこの輝度値を送出する手段と、該送出された輝
度値の信号を入力して探触子面と診断部位との距離の遠
近に従って明暗の輝度差をつけた二次元画像として表示
する手段と、を備えたものである。

【０００６】

【作用】このように構成された超音波診断装置は、探触
子からの超音波走査をその断層走査面に直交する方向に
移動させて三次元測定空間の反射エコー信号を得て、該
得られた三次元測定空間の反射エコー信号の上記被検体
の体表面から所定の深さ未満の信号成分を除去し、該信
号成分が除去された反射エコー信号の高周波ノイズを除
去し、該高周波ノイズが除去された反射エコー信号が所
定の深さで変化する時相を検出しこの時相での反射エコ
ー信号に基づき予め設定した視点と被検体の診断部位と
の距離に応じて輝度値を求めこの輝度値を送出し、該送
出された輝度値の信号を入力して探触子面と診断部位と
の距離の遠近に従って明暗の輝度差をつけた二次元画像
として表示手段に表示するように動作する。これによ
り、被検体内の診断部位の計測情報を実時間で三次元的
に表示することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図１は本発明による超音波診断装置の
実施例を示すブロック図である。この超音波診断装置
は、超音波を利用して被検体の診断部位について断層像
を得ると共に三次元画像をも表示しうるもので、図１に
示すように、探触子１と、超音波送受信部２と、断層像
作成回路３と、画像メモリ４と、テレビ信号作成回路５
と、テレビモニタ６と、制御回路７とを有し、さらに体
表部信号除去回路８と、ロウパスフィルタ９と、信号検
出処理回路１０とを備えて成る。

【０００８】上記探触子１は、機械的又は電子的にリニ
ア走査、セクタ走査等を行って被検体に向けて超音波を
送信及び受信するもので、図示省略したが、その中には
超音波の発生源であると共に反射エコーを受信する振動
子が内蔵されている。なお、本発明における探触子１
は、例えばリニア走査を行いながらその断層走査面に直
交する方向に順次移動させて三次元測定空間の計測情報
を得るようになっている。また、超音波送受信部２は、
上記探触子１を駆動して超音波を発生させると共に受信
した反射エコーの信号を処理するもので、図示省略した
が、探触子１に駆動パルスを送出するパルサと、その探
触子１で受信した反射エコー信号を増幅するプリアンプ
とを内蔵している。さらに、断層像作成回路３は、上記
超音波送受信部２から出力された反射エコー信号を入力
してディジタル信号に変換し、診断部位の白黒断層像
（Ｂモード像）を作成するものである。

【０００９】画像メモリ４は、上記のようにして作成さ
れた白黒断層像のデータを入力して例えば10スライス分
の超音波画像を作成し記憶するもので、数10フレーム分
の記憶容量を有している。また、テレビ信号作成回路５
は、上記画像メモリ４から読み出された超音波画像のデ
ータを入力して画像表示のためにテレビ信号（アナログ
ビデオ信号）に変換するものである。さらに、テレビモ
ニタ６は、上記テレビ信号作成回路５からのテレビ信号
を入力して超音波画像を表示するものである。そして、
上記画像メモリ４とテレビ信号作成回路５とテレビモニ
タ６とで画像表示部を構成している。

【００１０】制御回路７は、上記の各構成要素の動作を
制御するもので、例えばＣＰＵ（中央処理装置）から成
り、各構成要素にそれぞれ制御信号を送出するようにな
っている。そして、この制御回路７に接続された入力回
路１１は、上記各構成要素に対する制御情報を入力する
もので、この入力された制御情報は上記制御回路７に与
えられるようになっている。

【００１１】ここで、本発明においては、上記超音波送
受信部２の出力側に、体表部信号除去回路８と、ロウパ
スフィルタ９と、信号検出処理回路１０とが設けられて
いる。上記体表部信号除去回路８は、前記探触子１から
送波される超音波による断層走査をその断層走査面に直
交する方向に順次移動させて得た三次元測定空間の各々
の反射エコー信号を超音波送受信部２から入力し該反射
エコー信号について体表面から所定の深さ未満の信号成
分を除去する手段となるもので、上記入力した反射エコ
ー信号と０レベル信号とを、入力回路１１で入力され制
御回路７を介して送られる所定値を示す制御信号Ｇ₂に
従って切り換えることにより、ある一定の深さ未満の信
号成分は除去するようになっている。また、ロウパスフ
ィルタ９は、上記体表部信号除去回路８から出力される
反射エコー信号の高周波ノイズを除去する手段となるも
ので、そのフィルタの特性は、入力回路１１で入力され
制御回路７を介して送られる制御信号Ｇ₃で任意に設定
できるようになっている。

【００１２】さらに、信号検出処理回路１０は、上記ロ
ウパスフィルタ９で高周波ノイズが除去された反射エコ
ー信号が所定の深さで変化する時相を検出し、この時相
での反射エコー信号に基づき予め設定した視点と被検体
の診断部位との距離に応じて輝度値を求め、この輝度値
を画像表示部（４，５，６）へ送出するもので、上記ロ
ウパスフィルタ９からの出力信号について体表面から一
定の深さ以上で所定の大きさ以上の信号の変化が起こる
時相を検出しこの経過時間に対応させて表示の輝度値を
求めると共にこの輝度信号を前記画像メモリ４へ出力す
るようになっており、その内部構成は、図２に示すよう
に、ロウパスフィルタ９を通過して入力した信号を微分
する微分回路１２と、この微分回路１２で微分した信号
Ｇ₆と前記入力回路１１で入力され制御回路７を介して
送られる所定値を示す制御信号Ｇ₄とを比較するコンパ
レータ１３と、前記探触子１で診断部位からの反射エコ
ー信号を受信し始めてからの経過時間を制御回路７より
出力される制御信号Ｇ₅によって計測するタイマ回路１
４と、このタイマ回路１４で計測された経過時間の値を
入力して画像表示部（４，５，６）により表示する輝度
値を演算して出力する輝度変換回路１５とから成る。

【００１３】なお、上記タイマ回路１４は、図１に示す
制御回路７からの制御信号Ｇ₅でリセット及びスタート
し、上記コンパレータ１３から出力される比較信号Ｇ₇
でストップすることにより経過時間を計測するようにな
っている。また、輝度変換回路１５は、上記のように計
測される経過時間と制御回路７からの制御信号Ｇ₉で与
えられる視点位置情報と輝度値との対応関係を計算した
変換テーブルメモリであり、例えばＲＯＭ（読出し専用
メモリ）から成る。なお、この輝度変換回路１５は、Ｒ
ＯＭに限られず、ＣＰＵなどの高速演算器に計算させて
変換させるようにしてもよい。

【００１４】次に、このように構成された超音波診断装
置における三次元画像の表示動作について説明する。ま
ず、図１に示す制御回路７からの制御信号Ｇ₁により、
超音波送受信部２は探触子１を駆動すると共に超音波ビ
ームの打出し位置を制御して被検体内に超音波を送受信
し、図３に示すように、探触子１から送波される超音波
ビームによる断層走査をその断層走査面に直交する方向
に適宜の間隔で順次移動させて、三次元測定空間の計測
情報を得る。このとき、被検体内の対象物１６として例
えば球状の臓器を考え、所定の間隔でずれて行く断層走
査面をＳ₁，Ｓ₂，…，Ｓnとする。そして、上記三次元
測定空間の計測情報を得る走査を、各断層走査面Ｓ₁〜
Ｓnに直交する平面で見ると、上記探触子１が接してい
る被検体表面からその生体内に対して、図３に符号Ｆを
付して示す平面上において上記各断層走査面Ｓ₁〜Ｓnに
対応する超音波ビームＳ₁′，Ｓ₂′，…，Ｓn′の移動
として走査を行っていることとなる。このような走査に
より、上記対象物１６から反射される各反射エコー信号
は、上記探触子１で受信されて電気信号に変換され、超
音波送受信部２で処理されて反射エコーの輝度信号にな
る。

【００１５】ここで、図３に示すように収集した三次元
測定空間の計測情報により対象物１６を三次元画像表示
するには、図４（ａ）に示すように、視点Ｅから対象物
１６を見た場合にその対象物１６の表面までの距離Ｌの
差により明暗の差がついて見えることを利用する。すな
わち、上記距離Ｌの差により対象物１６の各点の輝度を
変えて表示すればよい。この場合、図４（ｂ）に示すよ
うに、図３に示す探触子１が視点Ｅと対象物１６との間
に置かれているとすると、上記視点Ｅから対象物１６の
表面１７₁までの距離Ｌは、視点Ｅから探触子面Ｐまで
の距離Ｌ₁と、該探触子面Ｐから対象物１６の表面１７₁
までの距離Ｌ₂との和で表される。

【００１６】いま、図４（ｂ）を書き換えた図５（ａ）
において、探触子中心Ｐ₁から距離ｄiだけずれた点Ｐi
で送受波した超音波ビームにより計測した対象物１６の
表面１７iまでの距離をＬiとし、視点Ｅから上記対象物
１６の表面１７iまでの距離をＤiとすると、上記表面１
７iを点Ｑとした直角三角形ΔＱＲＥにおいてピタゴラ
スの定理を適用して、距離Ｄiは次のように求められ
る。Ｄi²＝（Ｌ₁＋Ｌi)²＋ｄi²…（１）このことから、図４（ｂ）におけるある断層走査面Ｓm
において、各超音波ビームについて探触子面Ｐから対象
物１６の表面１７iまでの距離Ｌiを求めると共に、前記
超音波ビームの打出し位置Ｐiの探触子中心Ｐ₁からの距
離ｄiを求めることにより、上記の式（１）を用いて距
離Ｄiを求めることができる。そして、視点Ｅから対象
物１６の表面上の任意の点１７iまでの距離Ｄiに応じ
て、その対象物１６の各点の輝度を変えてやればよい。
例えば、距離Ｄiが小さく近いところは明るく表示し、
Ｄiが大きく遠いところは暗く表示してやればよい。

【００１７】また、図５（ｂ）は図５（ａ）を三次元的
に見た図であるが、探触子中心Ｐ₁を原点として直交す
るｘ，ｙ，ｚ座標をとり、このｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対し
てそれぞれ任意の角度θx，θy，θzをなし、上記原点
Ｐ₁からの距離がＬ₁′となる移動した点を新たな視点
Ｅ′とした場合でも、図５（ａ）と同様に、各超音波ビ
ームについて探触子面Ｐ上の点Ａから対象物１６上の点
Ｂまでの距離Ｌi′が計測でき、かつ探触子中心Ｐ₁から
上記の点Ａまでの距離ｄi′が計測できれば、対象物１
６について三次元表示ができる。すなわち、図５（ｂ）
において、視点Ｅ′及び超音波ビームの打出し位置Ａ並
びに超音波ビームの打出し方向は既知であり、これによ
り距離Ｌi′が計測できることから、上記の視点Ｅ′か
ら対象物１６上の点Ｂまでの距離Ｄi′は、次式により
計算して求めることができる。

【数１】

【００１８】なお、図４（ｂ）及び図５（ａ）の説明に
おいては、視点Ｅとして探触子面Ｐに対して垂直な直線
上の一点をとったものとしたが、実際には任意の点を視
点として前もって決定しておくことにより、図５（ｂ）
に示すように、超音波ビームの打出し位置から対象物１
６上の点までの距離Ｌi′を計測し、任意の視点Ｅ′か
ら計測した対象物１６の表面までの距離Ｄi′を求め、
この距離Ｄi′に応じて上記対象物１６上の各点の輝度
を変えてやればよい。

【００１９】次に、図４（ｂ）及び図５（ａ）に示す探
触子面Ｐから対象物１６の表面までの距離Ｌiを求める
手順について、図６を参照して説明する。まず、上記対
象物１６の表面で反射されたエコー信号は、図１に示す
探触子１で受信されて電気信号に変換され、超音波送受
信部２で処理されて図６（ａ）に示すように反射エコー
の輝度信号となる。次に、この反射エコーの輝度信号
は、図１に示す体表部信号除去回路８に入力し、図６
（ｂ）に示すように、同図（ａ）に示す体表面から所定
の深さｄより浅い部分（体表部）の信号成分Ｅ₁は除去
される。その後、上記体表部信号除去回路８からの信号
は、図１に示すロウパスフィルタ９へ入力し、図６
（ｃ）に示すように、入力した信号に含まれるノイズと
しての高周波成分が除去される。次に、上記ロウパスフ
ィルタ９からの信号は、図１に示す信号検出処理回路１
０へ入力し、その信号中に含まれる生体組織の組成の異
なる境界部（符号ｄ参照）で起きた反射による信号強度
の変化Ｅ₂（図６(ｃ)参照）が、図２に示す微分回路１
２で微分されて図６（ｄ）に示すようにその変化の時点
ｔ₁が検出される。

【００２０】このとき、上記微分回路１２で処理した信
号には、図６（ｄ）に示すように、反射エコー信号の変
化の状態が振幅で現れる。このため、探触子１が反射エ
コー信号を受信し始めてから任意の大きさの変化が現れ
る時点ｔ₁までの時間Ｔを、図２に示すコンパレータ１
３とタイマ回路１４とで求める。このとき、上記コンパ
レータ１３は、図１に示す制御回路７からの制御信号Ｇ
₄で示される任意の大きさの変化を検出するために、図
６（ｄ）に示す微分処理後の信号Ｇ₆と上記制御信号Ｇ₄
で示される所定値とを比較する。そして、上記微分処理
後の信号Ｇ₆と制御信号Ｇ₄による所定値とが一致または
信号Ｇ₆が大きくなった場合に、次のタイマ回路１４に
信号Ｇ₇を送る。このタイマ回路１４は、制御回路７か
らの反射エコー信号受信開始時を示す制御信号Ｇ₅によ
り時間測定を開始し、上記コンパレータ１３からの信号
Ｇ₇の入力により時間測定を終了する。これにより、図
６（ｄ）に示すように、探触子１が反射エコー信号を受
信し始めてから任意の大きさの変化が現れる時点ｔ₁ま
での時間Ｔが計測される。この場合、前記深さｄにある
境界部は図４（ｂ）に示す対象物１６の表面であるとす
ると、上記変化の時点ｔ₁までの時間Ｔにより探触子面
Ｐから対象物１６の表面までの距離Ｌiが求まる。

【００２１】その後、上記タイマ回路１４で計測された
時間Ｔの信号は、図２において輝度変換回路１５へ入力
し、この輝度変換回路１５内の変換テーブルメモリを用
いて上記計測された時間Ｔの値の大小により対応する画
像表示用の輝度値に変換されると共に、ディジタル化さ
れる。なお、上記変換テーブルメモリは、視点位置毎に
複数個あり、その視点位置情報を示す制御信号Ｇ₉によ
り選択されるようになっている。そして、図１に示す画
像メモリ４へ表示用の輝度信号として送出される。その
後、上記画像メモリ４は、制御回路７から送られる制御
信号Ｇ₈により超音波ビームの送受信の位置情報を得
て、この位置情報を基に上記ディジタル化された輝度信
号を記録する。

【００２２】以下、上記のような動作により、図４
（ｂ）に示すある断層走査面Ｓmにおいて、各超音波ビ
ームについて探触子面Ｐから対象物１６の表面までの距
離Ｌiをそれぞれ求めると共にその距離Ｌiに対応する輝
度値に変換し、さらに、図３に示す各断層走査面Ｓ₁〜
Ｓnについて上記の距離Ｌiを求めると共に輝度値に変換
する。これにより、図３に示す球状の対象物１６の全体
についてスライスした状態で、そのスライス面に対応す
る超音波ビームＳ₁′〜Ｓn′の移動軌跡に沿って画像表
示の輝度信号が並んで得られ、上記画像メモリ４に記録
される。そして、この画像データを図１に示すテレビ信
号作成回路５を介してテレビモニタ６に表示すると、図
７に示すように、対象物１６の形状に応じて図４（ｂ）
に示す距離Ｌiが小さいところは明るく、Ｌiが大きいと
ころは暗く表示され、遠近に従って明暗の輝度差をつけ
た二次元画像として表示される。この結果、図７に示す
表示画像は、対象物１６の形状に対して明暗の輝度差を
表現した三次元的な画像として観察され、物の形状等を
よく把握することができる。

【００２３】なお、図１においては、断層像作成回路３
として、白黒断層像の作成手段だけを設けたものとして
示したが、本発明はこれに限らず、カラードプラ像作成
回路を並列に設けたものとしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
探触子からの超音波走査をその断層走査面に直交する方
向に移動させて三次元測定空間の反射エコー信号を得
て、該得られた三次元測定空間の反射エコー信号の上記
被検体の体表面から所定の深さ未満の信号成分を除去
し、該信号成分が除去された反射エコー信号の高周波ノ
イズを除去し、該高周波ノイズが除去された反射エコー
信号が所定の深さで変化する時相を検出しこの時相での
反射エコー信号に基づき予め設定した視点と被検体の診
断部位との距離に応じて輝度値を求めこの輝度値を送出
し、該送出された輝度値の信号を入力して探触子面と診
断部位との距離の遠近に従って明暗の輝度差をつけた二
次元画像として表示手段に表示することができる。これ
により、被検体内の診断部位の計測情報を実時間で三次
元的に表示することができる。従って、上記診断部位の
三次元的な形状について静的又は動的な観察を行うこと
ができ、より多くの診断情報を得ることができる。特
に、胎児等の生体組織の描出とその動体表示を三次元的
に実時間表示でき有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波診断装置の実施例を示す
ブロック図、

【図２】信号検出処理回路の内部構成を示すブロック
図、

【図３】探触子からの超音波ビームの送受信により三
次元測定空間の計測情報を得る状態を示す説明図、

【図４】上記計測情報により対象物を三次元画像表示
する原理を示す説明図、

【図５】図４（ｂ）を書き換えて対象物の三次元画像
表示を説明する図、

【図６】探触子面から対象物の表面までの距離を求め
る手順を説明するためのタイミング線図、

【図７】本発明による三次元画像の表示例を示す説明
図。

【符号の説明】

１…探触子、２…超音波送受信部、３…断層像作成
回路、４…画像メモリ、５…テレビ信号作成回路、
６…テレビモニタ、７…制御回路、８…体表部信
号除去回路、９…ロウパスフィルタ、１０…信号検
出処理回路、１２…微分回路、１３…コンパレータ、
１４…タイマ回路、１５…輝度変換回路、Ｅ…視
点、Ｌ…距離。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体に対し超音波を送受信する超音波
走査をその走査面に直交する方向に移動可能に振動子を
配列した探触子と、この探触子を駆動すると共に受信し
た反射エコー信号を処理する超音波送受信部と、該処理
された反射エコー信号を入力して診断部位の断層像を作
成する手段と、上記探触子からの超音波走査をその断層
走査面に直交する方向に移動させて三次元測定空間の反
射エコー信号を得る手段と、該得られた三次元測定空間
の反射エコー信号の上記被検体の体表面から所定の深さ
未満の信号成分を除去する体表部信号除去手段と、該信
号成分が除去された反射エコー信号の高周波ノイズを除
去する手段と、該高周波ノイズが除去された反射エコー
信号が所定の深さで変化する時相を検出しこの時相での
反射エコー信号に基づき予め設定した視点と上記被検体
の診断部位との距離に応じて輝度値を求めこの輝度値を
送出する手段と、該送出された輝度値の信号を入力して
探触子面と診断部位との距離の遠近に従って明暗の輝度
差をつけた二次元画像として表示する手段と、を備えた
ことを特徴とする超音波診断装置。