JP4208323B2 - 超音波撮像方法および装置並びに画像表示装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波撮像方法および装置並びに画像表示装置に関し、特に、いわゆる分散・圧縮方式の超音波撮像方法および装置、とりわけ、分散・圧縮方式の超音波撮像と他の方式の超音波撮像の使い分けを行う超音波撮像方法および装置、並びに、分散・圧縮方式により撮像した超音波画像を表示する画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
分散・圧縮方式の超音波撮像においては、エネルギー(energy)を時間軸に沿って分散させた超音波を送波してそのエコー(echo)を受信し、エコー受信信号のエネルギーを時間軸に沿って圧縮した信号に基づいて画像を生成する。送波エネルギーを時間軸上に分散させることにより、同一エネルギーを送波するのに、パルス(pulse)超音波を用いる場合に比べて瞬時エネルギーを小さくすることができ、また、瞬時エネルギーを同じにした場合はパルス超音波を用いる場合よりも大きなエネルギーを送波することができ、S/N(signal−to−noise ratio)の良い撮像を行うことができる。
【0003】
このような分散・圧縮方式の超音波撮像は、撮像の対象や目的に応じて、パルス超音波を用いる通常の超音波撮像と使い分けをするが、両方式は超音波の送受波に関わる部分を除けば画像生成部等は共通する部分が多いので、超音波撮像装置の中には両方式に対応可能にしたものがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そのような超音波撮像装置では、どちらの方式でもBモード(mode)の撮像ないしドップラモード(Doppler mode)の撮像が行えるので、撮像中はどちらの方式で動作しているのか、外見から判断するのが困難であるという問題があった。
【0005】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、分散・圧縮方式の超音波撮像と他の方式の超音波撮像を使い分けるときに稼働中の方式の判別が可能な超音波撮像方法および装置、並びに、稼働中の方式の判別が可能なマークを表示する画像表示装置を実現することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1)上記の課題を解決する第1の発明は、分散・圧縮方式による超音波撮像とその他の方式による超音波撮像とを使い分けて超音波撮像を行うに当たり、前記分散・圧縮方式による超音波撮像時に予め定めたマークを表示することを特徴とする超音波撮像方法である。
【0007】
(2)上記の課題を解決する第2の発明は、分散・圧縮方式による超音波撮像とその他の方式による超音波撮像とを使い分ける超音波撮像装置であって、前記分散・圧縮方式による超音波撮像時に予め定めたマークを表示する表示手段を具備することを特徴とする超音波撮像装置である。
【0008】
(3)上記の課題を解決する第3の発明は、前記表示手段は、撮像した画像とともに前記マークを表示することを特徴とする(2)に記載の超音波撮像装置である。
【0009】
(4)上記の課題を解決する第4の発明は、分散・圧縮方式による超音波撮像とその他の方式による超音波撮像とを使い分ける超音波撮像装置が撮像した画像を表示する画像表示装置であって、前記分散・圧縮方式により撮像した画像とともに予め定めたマークを表示する画像表示部を具備することを特徴とする画像表示装置である。
【0010】
第1の発明ないし第4の発明のうちいずれか1つにおいて、前記マークは送波超音波波形を図案化したものであることが、判別を容易にする点で好ましい。
その場合、前記マークは高周波信号の包絡線とその内側に設けた縞模様で構成することが視認性を高める点で好ましい。
【0011】
(作用)
本発明では、分散・圧縮方式による超音波撮像時に予め定めたマークを表示して判別可能にする。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図1に、超音波撮像装置のブロック(block)図を示す。本装置は本発明の超音波撮像装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【0013】
本装置の構成を説明する。同図に示すように、本装置は超音波プローブ(probe)2を有する。超音波プローブ2は、被検体100に当接されて超音波の送受波に使用される。超音波プローブ2は、図示しない超音波トランスデューサアレイ(transducer array)を有する。超音波トランスデューサアレイは複数の超音波トランスデューサを有する。個々の超音波トランスデューサは、例えばPZT(チタン(Ti)酸ジルコン(Zr)酸鉛(Pb))セラミクス(ceramics)等の圧電材料で構成される。
【0014】
超音波プローブ2は、分散・圧縮送受信部4、パルス送受信部6およびCW(continuous wave)送受信部8に接続されている。これら送受信部は、それぞれ、超音波プローブ2の超音波トランスデューサアレイを駆動して超音波を送信し、超音波トランスデューサアレイが受波したエコー信号を受信するものである。これら送受信部は、後述の制御部18による制御の下でいずれか1つが稼働する。すなわち、分散・圧縮送受信時には分散・圧縮送受信部4が稼働し、パルス送受信時にはパルス送受信部6が稼働し、CW送受信時にはCW送受信部8が稼働する。
【0015】
分散・圧縮送受信部4の一例のブロック図を図2に示す。同図に示すように、分散・圧縮送受信部4は信号発生回路402を有する。信号発生回路402は、周波数が例えば10MHz、継続時間が例えば数十μs程度の高周波信号を所定の周期で繰り返し発生して周波数変調回路404に入力する。
【0016】
周波数変調回路404は入力信号を周波数変調する。周波数変調を以下FMという。周波数変調回路404によるFMの周波数パターン(pattern)は、例えば図3示すようなリニア(linear)FMである。
【0017】
周波数変調回路404の出力信号は、送波ビームフォーマ(beamformer)406に入力される。送波ビームフォーマ406は入力信号に基づいて送波ビームフォーミング信号を生成する。送波ビームフォーミング信号は、超音波トランスデューサアレイにおいて送波アパーチャ(aperture)を構成する複数の超音波トランスデューサに与える複数の駆動信号であり、個々の駆動信号には超音波ビームの方位に対応した遅延時間が付与される。
【0018】
送波ビームフォーミング信号は、送受切換回路408を通じて送波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサに与えられる。駆動信号が与えられた複数の超音波トランスデューサはそれぞれ超音波を発生し、それら超音波の波面合成により所定の方位への送波超音波ビームが形成される。
【0019】
送波超音波のエコーが受波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサでそれぞれ受波され、複数のエコー受波信号が送受切換回路408を通じて、受波ビームフォーマ410に入力される。受波ビームフォーマ410は、エコー受信音線の方位に対応した遅延時間を個々のエコー受波信号にそれぞれ付与し、次いでエコー受波信号を全加算して、所定の音線に沿ったエコー受信信号を形成する。
【0020】
エコー受信信号はパルス圧縮回路412に入力されてパルス圧縮される。パルス圧縮回路412は、リニアFMマッチドフィルタ(linear FM matched filter)で構成される。パルス圧縮回路412は図3に示したリニアFMに対応するマッチドフィルタで構成される。
【0021】
パルス圧縮回路412により、図3のFMパターンでFMした超音波は例えば図4に示すようなポイントターゲットレスポンス(point target response)、すなわち、圧縮パルス波形を持つように圧縮される。
【0022】
送波ビームフォーマ406は、送波超音波ビームの方位を順次切り換えることにより音線順次の走査を行う。受波ビームフォーマ410は、受波音線の方位を順次切り換えることにより音線順次の受波の走査を行う。これにより、分散・圧縮送受信部4は例えば図5に示すような走査を行う。すなわち、放射点200からz方向に延びる超音波ビーム(音線)202が扇状の2次元領域206をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン(sector scan)を行う。
【0023】
送波および受波のアパーチャを超音波トランスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図6に示すような走査を行うことができる。すなわち、放射点200からz方向に発する音線202が直線的な軌跡204上を移動することにより、矩形状の2次元領域206がx方向に走査され、いわゆるリニアスキャン(linear scan)が行われる。
【0024】
なお、超音波トランスデューサアレイが、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ(convex array)である場合は、リニアスキャンと同様な信号操作により、例えば図7に示すように、音線202の放射点200が円弧状の軌跡204上を移動して扇面状の2次元領域206がθ方向に走査され、いわゆるコンベックススキャンが行えるのはいうまでもない。
【0025】
パルス送受信部6の一例のブロック図を図8に示す。同図に示すように、パルス送受信部6はパルス発生回路602を有する。パルス発生回路602はパルス信号を定期的に発生して送波ビームフォーマ606に入力する。送波ビームフォーマ606は入力信号に基づいて送波ビームフォーミング信号を生成する。送波ビームフォーミング信号は、超音波トランスデューサアレイにおいて送波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサに与える複数の駆動信号であり、個々の駆動信号には超音波ビームの方位に対応した遅延時間が付与される。
【0026】
送波ビームフォーミング信号は、送受切換回路608を通じて送波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサに与えられる。駆動信号が与えられた複数の超音波トランスデューサはそれぞれ超音波を発生し、それら超音波の波面合成により所定の方位への送波超音波ビームが形成される。
【0027】
送波超音波のエコーが受波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサでそれぞれ受波され、複数のエコー受波信号が送受切換回路608を通じて受波ビームフォーマ610に入力される。受波ビームフォーマ610は、エコー受信音線の方位に対応した遅延時間を個々のエコー受波信号にそれぞれ付与し、次いでエコー受波信号を全加算して、所定の音線に沿ったエコー受信信号を形成する。
【0028】
送波ビームフォーマ606は、送波超音波ビームの方位を順次切り換えることにより音線順次の走査を行う。受波ビームフォーマ610は、受波音線の方位を順次切り換えることにより音線順次の受波の走査を行う。これにより、図5ないし図7に示したようなスキャンが行われる。
【0029】
CW送受信部8の一例のブロック図を図9に示す。同図に示すように、CW送受信部8はCW信号発生回路802を有する。CW信号発生回路802はCW信号を発生してトランス(transformer)804の1次コイル(coil)に入力する。トランス804の2次側では、2次コイルの両端間に超音波プローブ2の超音波トランスデューサとインピーダンス(impedance)素子806の直列回路が接続されている。これにより、CW信号発生回路802のCW信号が、トランス804を通じて超音波トランスデューサに駆動信号として与えられる。
【0030】
トランス804の2次コイル、超音波トランスデューサおよびインピーダンス素子806は、ブリッジ(bridge)回路を構成している。ブリッジ回路の中点間の信号、すなわち、2次コイルのセンタータップ(center tap)および超音波トランスデューサとインピーダンス素子806の直列接続点間に生じる信号が、CW信号受信回路808に入力される。
【0031】
ここで、インピーダンス素子806のインピーダンスは超音波トランスデューサのインピーダンスに一致しており、ブリッジ回路はCW信号発生回路802から与えられるCW信号に関して平衡している。このため中点間にはCW駆動信号に対応する信号が生じない。
【0032】
この状態で超音波トランスデューサがエコー受信信号生じると、この信号に関してブリッジ回路は不平衡となり、中点間にエコー受信信号に対応する電気信号が生じる。すなわち、ブリッジ回路を通じてエコー受信信号だけがCW信号受信回路808に入力される。したがって、CW信号による超音波トランスデューサの駆動と、超音波トランスデューサが受波したエコー信号の受信を同時並行的に行うことができる。
【0033】
分散・圧縮送受信部4およびパルス送受信部6は、図1に示すBモード処理部10およびドップラ(Doppler)処理部12に接続されている。CW送受信部8はドップラ処理部12に接続されている。Bモード処理部10およびドップラ処理部12には、分散・圧縮送受信部4およびパルス送受信部6から、エコー受信信号がそれぞれ入力される。ドップラ処理部12には分散・圧縮送受信部4、パルス送受信部6およびCW送受信部8から、エコー受信信号がそれぞれ入力される。
【0034】
Bモード処理部10は、入力されたエコー受信信号に基づいてBモード画像を生成する。ドップラ処理部12はエコー受信信号からドップラ信号を抽出して周波数分析し周波数スペクトラムを示す画像を生成する。ドップラ処理部12はまたドップラ信号の出力を行う。
【0035】
Bモード処理部10の一例のブロック図を図10に示す。同図に示すように、Bモード処理部10は対数増幅回路102を有する。対数増幅回路102は、エコー受信信号を対数増幅して包絡線検波回路104に入力する。包絡線検波回路104は、入力信号を包絡線検波して画像生成回路106に入力する。画像生成回路106は、入力信号に基づいてBモード画像を生成する。
【0036】
ドップラ処理部12の一例のブロック図を図11に示す。同図に示すように、ドップラ処理部12は同期検波回路122を有する。同期検波回路122は、入力されたエコー受信信号を、送波信号と同じ周波数を持つ信号で同期検波してローパスフィルタ(low−pass filter)124に入力する。同期検波のレファレンス(reference)信号は、後述の制御部18による制御の下で、稼働中の送受信部に適合したものがそれぞれ用いられる。
【0037】
ローパスフィルタ124は、同期検波出力信号を低域通過フィルタリングしてサンプル・ホールド(sample hold)回路126に入力する。サンプル・ホールド回路126は、ローパスフィルタ124の出力信号から、所定部分をサンプル・ホールドしてバンドパスフィルタ(band−pass filter)128に入力する。バンドパスフィルタ128は、サンプル・ホールド回路126の出力信号を帯域通過フィルタリングする。
【0038】
このような、同期検波回路122からバンドパスフィルタ128までの信号処理により、分散・圧縮送受信部4またはパルス送受信部6から入力されたエコー受信信号からドップラ信号が求められる。エコー受信信号がCW送受信部8からのものである場合は、ローパスフィルタ124の出力信号がCWドップラ信号となる。
【0039】
これらドップラ信号は、切換器130によりいずれか一方が周波数分析回路132に入力される。切換器130は後述の制御部18によって制御される。ドップラ信号はまた後述の音声出力部16に入力される。周波数分析回路132は入力信号を周波数分析し、分析データ(data)すなわち周波数スペクトラムを画像生成回路134に入力する。画像生成回路134は、入力データに基づいて周波数スペクトラムを表す画像を生成する。
【0040】
Bモード処理部10およびドップラ処理部12は図1における表示部14に接続されている。表示部14は、本発明における画像表示装置の実施の形態の一例である。また、本発明における表示手段の実施の形態の一例である。また、本発明における画像表示部の実施の形態の一例である。表示部14は、例えばグラフィックディスプレー(graphic display)等を用いて構成され、Bモード処理部10およびドップラ処理部12から入力された画像を可視像として表示する。ドップラ処理部12には、また、例えばスピーカ(speaker)等の音声出力部16が接続され、ドップラ信号を音声として出力するようになっている。
【0041】
以上の分散・圧縮送受信部4、パルス送受信部6、CW送受信部8、Bモード処理部10、ドップラ処理部12および表示部14は、制御部18に接続されている。制御部18は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する。被制御の各部からは制御部18に状態報知信号や応答信号等が伝えられる。制御部18の制御の下で超音波撮像が実行される。
【0042】
制御部18には操作部20が接続されている。操作部20は操作者によって操作され、制御部18に所望の指令や情報を入力する。操作部20は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作パネル(panel)で構成される。
【0043】
本装置の動作を説明する。操作者は超音波プローブ2を被検体100の所望の部位、例えば、腹部に当接し操作部20を操作して超音波撮像を行う。以下、撮像は操作者の指令に基づき制御部18による制御の下で行われる。先ず、分散・圧縮方式によりBモード撮像を行うものとすると、分散・圧縮送受信部4が例えば図7に示したコンベックススキャンを行い、Bモード処理部10がエコー受信信号に基づいてBモード画像を生成して表示部14に表示する。これにより、例えば図12に示すようなBモード画像が表示される。分散・圧縮方式による撮像なので、深部までS/Nの良いBモードが像を得ることができる。
【0044】
このとき、表示画面の所定に位置に、分散・圧縮方式により撮像中であることを示すマーク(mark)120が表示される。マーク140は、本発明におけるマークの実施の形態の一例である。マーク140は、分散・圧縮送受信部4が送波するFM超音波(高周波信号)の波形を図案化したものである。すなわち、マーク140は、高周波信号の包絡線とその内側に設けた縞模様で構成される。
【0045】
このようなマーク140を用いることにより、本装置が分散・圧縮方式で撮像中であることを直観性に優れた形で表示することができる。したがって、画像の観察者は一目見ただけで、分散・圧縮方式で撮像中であることを容易に認識することができる。また、表示画像を例えばビデオテープ(video tape)等の記録媒体に記録し後日再生して観察する場合も、分散・圧縮方式で撮像したものであることが一目瞭然に理解できる。
【0046】
マーク140は図示のものに限るものではなく、例えば図13の(a)に示すように、超音波の包絡線を示す方形の図形の中に、FMの周波数変化を象徴して次第に間隔が変化する縦縞を持つもの、あるいは、FM超音波の振幅が時間軸に沿って重み付け(アポダイズ:apodize)されているときは、(b)に示すように、アポダイズされた包絡線を持つFM超音波を象徴する図形としても良い。また、両図において縦縞の間を適宜の色別の帯にすることが、美観を付与する点で好ましい。
【0047】
Bモード画像には腹部大動脈像142が含まれる。操作者は、操作部20を操作して、Bモード画像上でドップラ信号観測点(サンプルボリューム:sample volume)144とそこを通る音線146を設定する。サンプルボリューム144は腹部大動脈の内部に設定される。次いで、操作者は本装置の動作をドップラモードに切り換える。
【0048】
ドップラモードでは音線146に沿ってパルス超音波の送波が繰り返される。このとき、ドップラ処理部12では切換器130がバンドパスフィルタ128側に投入されている。ドップラ処理部12は、分散・圧縮送受信部4から入力されるエコー受信信号を処理してドップラ信号を求める。これによって、血流速度に相当するドップラ信号が得られる。
【0049】
ドップラ処理部12は、ドップラ信号を音声出力部16を通じて音声として出力するとともに、周波数分析して求めた周波数スペクトラム像を表示部14に表示する。これにより、例えば図14に示すように、観測点を示すBモード画像と並べて、周波数スペクトラムの時間変化が、縦軸に周波数をとり横軸に時間をとって表示される。周波数スペクトラムの時間変化は、血流の脈動に対応した周期性を有する。周波数スペクトラム像は時間とともに図における左方向にスクロール(scroll)する。これによって、最新の周波数スペクトラム像が表示される。
【0050】
操作者は、必要に応じてパルス送受信方式によるBモードあるいはドップラモードの撮像を行い、また、CW送受信方式によるドップラ計測を行う。その場合は、パルス送受信部6またはCW送受信部8により超音波送受信が行われ、エコー受信信号に基づいてそれぞれ得られる画像が表示部14に表示される。このときはマーク140は表示されない。
【0051】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、分散・圧縮方式の超音波撮像と他の方式の超音波撮像を使い分けるときに稼働中の方式の判別が可能な超音波撮像方法および装置、並びに、稼働中の方式の判別が可能なマークを表示する画像表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図2】図1に示した装置における分散・圧縮送受信部のブロック図である。
【図3】図2に示した分散・圧縮送受信部における周波数変調の周波数パターンを示すグラフである。
【図4】図2に示した分散・圧縮送受信部におけるパルス圧縮のパターンを示すグラフである。
【図5】図2に示した分散・圧縮送受信部による音線走査の概念図である。
【図6】図2に示した分散・圧縮送受信部による音線走査の概念図である。
【図7】図2に示した分散・圧縮送受信部による音線走査の概念図である。
【図8】図1に示した装置におけるパルス送受信部のブロック図である。
【図9】図1に示した装置におけるCW送受信部のブロック図である。
【図10】図1に示した装置におけるBモード処理部のブロック図である。
【図11】図1に示した装置におけるドップラ処理部のブロック図である。
【図12】図1に示した装置が表示する画像の模式図である。
【図13】図1に示した装置が表示するマークの模式図である。
【図14】図1に示した装置が表示する画像の模式図である。
【符号の説明】
100 被検体
2 超音波プローブ
4 分散・圧縮送受信部
6 パルス送受信部
8 CW送受信部
10 Bモード処理部
12 ドップラ処理部
14 表示部
16 音声出力部
18 制御部
20 操作部
120 マーク
Claims (4)
- 分散・圧縮方式による超音波撮像とその他の方式による超音波撮像とを使い分けて超音波撮像を行うに当たり、
前記分散・圧縮方式による超音波撮像時に、予め定めた、分散・圧縮方式による超音波撮像であることを示す包絡線を有するマークを表示する、ことを特徴とする超音波撮像方法。 - 分散・圧縮方式による超音波撮像とその他の方式による超音波撮像とを使い分ける超音波撮像装置であって、
前記分散・圧縮方式による超音波撮像時に、予め定めた、分散・圧縮方式による超音波撮像であることを示す包絡線を有するマークを表示する表示手段、を具備することを特徴とする超音波撮像装置。 - 前記表示手段は、撮像した画像とともに前記マークを表示する、ことを特徴とする請求項2に記載の超音波撮像装置。
- 分散・圧縮方式による超音波撮像とその他の方式による超音波撮像とを使い分ける超音波撮像装置が撮像した画像を表示する画像表示装置であって、
前記分散・圧縮方式により撮像した画像とともに、予め定めた、分散・圧縮方式による超音波撮像であることを示す包絡線を有するマークを表示する画像表示部、を具備することを特徴とする画像表示装置。
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