JP4615950B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置に関し、特に、超音波ビーム（ｂｅａｍ）でスキャン（ｓｃａｎ）してＢモード（Ｂ−ｍｏｄｅ）画像を撮影する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波ビームで撮影範囲をスキャンし、得られたエコー信号に基づいてＢモード画像を構成して表示する。撮影範囲の浅部から深部まで鮮明な画像を得るために、超音波ビームについて多段の焦点調節が行われる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２７９４１０号公報（第３−４頁、図１，４）

多段の焦点調節を行っても、撮影範囲のごく浅い部分すなわちニアフィールド（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ）では、音速の乱れや多重反射等による画質の低下を免れない。
そこで、発明の課題は、ニアフィールドの画質が良好な超音波診断装置を実現することである。

上記の課題を解決する観点の発明は、超音波ビームによるスキャンを共通のスキャン範囲について複数の条件でそれぞれ行うスキャン手段と、前記複数の条件でのスキャンによってそれぞれ得られたエコー信号について複数のＢモード画像信号をそれぞれ求めるＢモード処理手段と、前記複数のＢモード画像信号の加算によりコンパウンド画像信号を形成するコンパウンド手段と、前記コンパウンド画像信号に基づいて画像を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする超音波診断装置である。

前記複数の条件は超音波ビームの方向を異にすることが、画像のノイズを低減する点で好ましい。
前記複数の条件は超音波ビームの開口を異にすることが、画像のスペックルを低減する点で好ましい。

前記複数の条件は超音波ビームの周波数を異にすることが、画像のコントラスト分解能を良くする点で好ましい。
前記スキャンは１つの条件でのスキャン以外はニアフィールドのみについてのスキャンであることが、フレームレートの低下を少なくする点で好ましい。

前記スキャンはいずれの条件でのスキャンもフルフィールドについてのスキャンであることが、フルフィールドの画質を良くする点で好ましい。
前記加算はニアフィールドのみについての加算であることが、所要時間を短縮する点で好ましい。

前記スキャン手段はリニアスキャンを行うことが、撮影範囲を矩形とする点で好ましい。

上記観点の発明によれば、超音波診断装置が、超音波ビームによるスキャンを共通のスキャン範囲について複数の条件でそれぞれ行うスキャン手段と、前記複数の条件でのスキャンによってそれぞれ得られたエコー信号について複数のＢモード画像信号をそれぞれ求めるＢモード処理手段と、前記複数のＢモード画像信号の加算によりコンパウンド画像信号を形成するコンパウンド手段と、前記コンパウンド画像信号に基づいて画像を表示する表示手段とを具備するので、ニアフィールドの画質が良好な超音波診断装置を実現することができる。

以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図１に、超音波診断装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、超音波診断装置に関する本発明を実施するための最良の形態の一例が示される。

図１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、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におけ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）セラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）等の圧電材料によって構成される。

超音波プローブ２は、撮影の対象に当接して使用される。超音波プローブ２には送信部４および受信部６が接続されている。送信部４は、出力信号で超音波プローブ２を駆動して超音波ビームによるスキャンを行わせる。受信部６は超音波プローブ２から入力されたエコー受信信号について増幅および受波ビームフォーミング（ｂｅａｍ ｆｏｒｍｉｎｇ）を行う。超音波プローブ２、送信部４および受信部６からなる部分は、本発明におけるスキャン手段の一例である。

図２に、スキャンの一例を示す。同図に示すように、スキャンは、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２を軌跡２０４に沿って平行移動させて、矩形状の２次元領域２０６をｘ方向に走査するものである。これによって、いわゆるリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒ ｓｃａｎ）が行われる。

音線は超音波ビームの中心軸に相当する。音線の走査は、超音波ビームの開口を走査方向に平行移動させることによって行われる。開口の移動は、超音波ビームの形成に関わる複数の超音波トランスデューサの組合せを順次変更することによって行われる。

なお、スキャンは、リニアスキャンに限らず、図３に示すようなコンベックススキャン（ｃｏｎｖｅｘ ｓｃａｎ）や図４に示すようなセクタスキャン（ｓｅｃｔｏｒ ｓｃａｎ）であって良い。

本装置では、スキャンがコンパウンドスキャン（ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｃａｎ）によって行われる。コンパウンドスキャンの一例を図５に示す。ここでは、リニアスキャンの例で示すが、それに限らずコンベックススキャンやセクタスキャンであってよい。

同図に示すように、コンパウンドスキャンは、例えば、３フレーム（ｆｒａｍｅ）１組のスキャンとして行われる。３フレームのスキャンは、それぞれスキャン条件を異ならせてある。

１番目のフレーム（ａ）は、音線の方向をｚ方向としてスキャンされる。２番目のフレーム（ｂ）は、音線の方向をｚ方向に関して左方向に傾けてスキャンされる。３番目のフレーム（ｃ）は、音線の方向をｚ方向に関して右方向に傾けてスキャンされる。

１番目のフレーム（ａ）はフレームはフルフィールド（ｆｕｌｌ ｆｉｅｌｄ）のスキャンであり、２番目のフレーム（ｂ）および３番目のフレーム（ｃ）は、ニアフィールドのみのスキャンである。このようにすることにより、フレームレート（ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ）の低下を少なくすることができる。なお、２番目および３番目のフレームも、図６に示すように、フルフィールドのスキャンとしてもよい。

コンパウンドスキャンは、３つ１組のフレームとする代わりに、２つ１組のフレームとしてもよい。すなわち、フレーム（ａ）と（ｂ）の組合せ、または、フレーム（ａ）と（ｃ）の組合せとしてよい。

スキャン条件の相違は、音線の方向の相違とする代わりに、超音波ビームの開口の相違としてもよい。すなわち、例えば、エコー受信を開口を２つあるいは３つの部分的に重複する開口とし、それらの開口を通じて同一音線上のエコーを同時または順次に受信する。

スキャン条件の相違は、また、超音波ビームの周波数の相違としてもよい。すなわち、例えば、フィルタによりエコーを２つあるいは３つの周波数帯域に分けて受信し、周波数帯域が異なる２つあるいは３つのエコー受信信号を同時または順次に得る。なお、スキャン条件の相違は、音線方向、開口および周波数のうちのどれか２つまたは全部の組合せの相違としてもよい。

受信部６の出力信号はＢモード処理部８に入力される。Ｂモード処理部８は、入力信号を検波して振幅を輝度値とするＢモード画像信号を形成する。Ｂモード画像信号は、コンパウンドスキャンにおける各スキャンごとに形成される。

したがって、音線の方向を異にする３フレーム１組のコンパウンドスキャンが行われたときは、各フレームごとにＢモード画像信号が形成され、別々な開口または周波数帯域で２つまたは３つのエコーを同時受信したときは、各系統のエコーごとにＢモード画像信号が形成される。Ｂモード処理部８は、本発明におけるＢモード処理手段の一例である。

Ｂモード画像信号は、スキャンコンバータ（ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０に入力される。スキャンコンバータ１０は、スキャン変換により、Ｂモード画像信号の配列を、音線順次の配列から２次元空間における格子状の配列に変換する。

スキャン変換されたＢモード画像信号は、フレームバッファ（ｆｒａｍｅ ｂｕｆｆｅｒ）１２およびシネバッファ（ｃｉｎｅ ｂｕｆｆｅｒ）１４に一時記憶される。フレームバッファ１２は、コンパウンドスキャンにおける各スキャンごとのＢモード画像信号を記憶する。シネバッファ１４は、コンパウンドスキャンにおける各スキャンごとのＢモード画像信号を、連続する複数フレームにわたって記憶する。

フレームバッファ１２またはシネバッファ１４のＢモード画像信号が、切替器１６を通じてコンパウンド部１８に入力される。切替器１６は使用者によって適宜に切り替えられる。入力されるＢモード画像信号は、コンパウンドスキャンによって得られた１組のものである。コンパウンド部１８は、それら１組のＢモード画像信号を加算して、コンパウンド画像信号を形成する。コンパウンド部１８は、本発明におけるコンパウンド手段の一例である。

コンパウンドスキャンが図５に示したように行われたときは、図７に示すような画像フレームの加算により、コンパウンド画像フレーム（ｄ）が形成される。この場合、３フレームが重複しているのはニアフィールドだけであることにより、コンパウンド画像フレーム（ｄ）においては、ニアフィールドのみが正味のコンパウンド画像となり、それ以外のフィールドの画像はフレーム（ａ）と同じなる。

コンパウンドスキャンが図６に示したように行われたときは、図８に示すような画像フレームの加算により、コンパウンド画像フレーム（ｄ）が形成される。この場合、３フレームがフルフィールドで重複していることにより、コンパウンド画像フレーム（ｄ）においては、フルフィールドが正味のコンパウンド画像となる。なお、加算に当たってフレーム（ｂ）および（ｃ）のニアフィールドだけを利用するようにすれば、正味のコンパウンド画像がニアフィールドだけとなる画像フレーム（ｄ’）を得ることができる。このようにすれば、加算時間を短縮することができる。使用者の必要に応じてどちらでも切り替え可能にしておくと便利である。

正味のコンパウンド画像では、実体を持つエコー源の像は加算により強調されるが、ノイズ（ｎｏｉｓｅ）のようにランダム（ｒａｎｄｏｍ）な信号成分は加算によって弱め合う。このため、実体を持つエコー源の像のコントラスト分解能が向上するとともにノイズおよびスペックル（ｓｐｅｃｋｌｅ）が減少するので画質が向上する。

音速の乱れや多重反射によるニアフィールドの画質の低下もランダムな信号成分によるものであるから、コンパウンド画像においてはその影響が弱められる。したがって、ニアフィールドの画質が改善される。これは、開口を異ならせたコンパウンドスキャンおよび周波数を異ならせたコンパウンドスキャンでも同様である。

このようなコンパウンド画像がコンパウンド部１８から表示部２０に入力され、表示部２０により可視像として表示される。表示部２０は、本発明における表示手段の一例である。表示部２０はグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。表示部２０に表示された画像はニアフィールドに関しても高画質な断層像となる。コンパウンド画像がフルフィールドにわたっているときは、フィールド全体が高画質な断層像となる。

使用者は、切替器１６でフレームバッファ１２を選択することにより、リアルタイム画像をニアフィールド画質の良い状態で表示させることができ、シネバッファ１４を選択することにより、シネ再生画像をニアフィールド画質の良い状態で表示させることができる。

本発明を実施するための最良の形態の一例の超音波診断装置のブロック図である。 音線走査の概念を示す図である。 音線走査の概念を示す図である。 音線走査の概念を示す図である。 コンパウンドスキャンの概念を示す図である。 コンパウンドスキャンの概念を示す図である。 コンパウンド画像形成の概念を示す図である。 コンパウンド画像形成の概念を示す図である。

符号の説明

２ 超音波プローブ
４ 送信部
６ 受信部
８ Ｂモード処理部
１０ スキャンコンバータ
１２ フレームバッファ
１４ シネバッファ
１６ 切替器
１８ コンパウンド部
２０ 表示部

Claims (7)

1. 超音波ビームによるスキャンを複数の条件で行うことが可能なスキャン手段と、
   フルフィールドにおけるニアフィールドの領域については前記超音波ビームによるスキャンが複数の条件でそれぞれ行われ、前記フルフィールドにおける前記ニアフィールド以外の領域については前記超音波ビームによるスキャンが１つの条件で行われるように、前記スキャン手段を制御するスキャン制御手段と、
   前記複数の条件でのスキャンによってそれぞれ得られたエコー信号について複数のＢモード画像信号をそれぞれ求めるＢモード処理手段と、
   前記複数のＢモード画像信号の加算によりコンパウンド画像信号を形成するコンパウンド手段と、
   前記コンパウンド画像信号に基づいて画像を表示する表示手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記複数の条件でのスキャンは、超音波ビームの方向がそれぞれ異なるスキャンであることを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記複数の条件でのスキャンは、超音波ビームの開口がそれぞれ異なるスキャンであることを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１に記載の超音波診断装置において、
   前記複数の条件でのスキャンは、超音波ビームの周波数がそれぞれ異なるスキャンであることを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の超音波診断装置において、
   前記スキャン制御手段は、前記フルフィールドについて１つの条件でフルフィールドの前記スキャンが行われ、前記ニアフィールドについて前記フルフィールドのスキャン条件と異なり且つ互いに異なる２つの条件でニアフィールドの前記スキャンが行われるように、前記スキャン手段を制御し、
   前記Ｂモード処理手段は、前記フルフィールドについての前記１つのスキャンによるＢモード画像信号と、前記ニアフィールドについての前記互いに条件の異なる２つのスキャンによるＢモード画像信号とをそれぞれ求め、
   前記コンパウンド手段は、前記ニアフィールドにおいて、前記フルフィールドの１つのスキャンによるＢモード画像信号及び前記ニアフィールドの２つのスキャンによるＢモード画像信号を加算して、コンパウンド画像信号を形成することを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の超音波診断装置において、
   前記スキャン制御手段は、フルフィールドについて前記超音波ビームによるスキャンが複数の条件でそれぞれ行われるように、前記スキャン手段を制御し、
   前記Ｂモード処理手段は、前記フルフィールドについての前記複数のスキャンによるＢモード画像信号をそれぞれ求め、
   前記コンパウンド手段は、前記フルフィールドの複数のスキャンによるＢモード画像信号を加算して、コンパウンド画像信号を形成し、
   前記表示手段は、操作者の指示に従って、前記ニアフィールドのコンパウンド画像又は前記フルフィールドのコンパウンド画像を切り替えて表示可能であることを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の超音波診断装置において、
   前記スキャンはリニアスキャンであることを特徴とする超音波診断装置。

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