(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームの走査により三次元空間内でエコーデータを取得する送受波手段と、
前記三次元空間内に対して断面を設定する断面設定手段と、
前記三次元空間における断面上のエコーデータに対して、当該断面の法線方向に広がる近傍空間内のエコーデータであって当該断面に近接したエコーデータよりも当該断面から離れた点のエコーデータを合成して断面画像を形成する画像形成手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
超音波ビームの走査により三次元空間内でエコーデータを取得する送受波手段と、
前記三次元空間内に対して断面を設定する断面設定手段と、
前記三次元空間における断面上のエコーデータに対して、当該断面の法線方向に広がる近傍空間内のエコーデータを合成して断面画像を形成する画像形成手段と、
を有する超音波診断装置において、
前記画像形成手段は、
前記超音波ビームの方向に沿ったエコーデータ列に対して当該超音波ビーム方向に沿ってローパス・フィルタ処理を行うフィルタ手段と、
前記法線方向への前記近傍空間の広がり度合に応じて、前記フィルタ手段の通過帯域を調整するフィルタ特性調整手段と、
を有し、前記ローパス・フィルタ処理後のエコーデータに基づいて前記断面画像を形成することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
超音波ビームの走査により三次元空間内でエコーデータを取得する送受波手段と、
前記三次元空間内に対して断面を設定する断面設定手段と、
前記三次元空間における断面上のエコーデータに対して、当該断面の法線方向に広がる近傍空間内のエコーデータを合成して断面画像を形成する画像形成手段と、
を有する超音波診断装置において、
前記画像形成手段は、
前記断面上に補間対象点を設定し、前記補間対象点の周りの参照点でのエコーデータを用いて三次元補間処理を行い、前記補間対象点での補間エコーデータを求める補間手段と、
前記法線方向への前記近傍空間の広がり度合に応じて、前記補間対象点に対する前記参照点の分布の広がりを、参照点の個数は変えずに、近傍空間の厚みに応じて、補間対象点から参照点までの距離を変化させて調整する補間範囲調整手段と、
を有し、前記補間エコーデータに基づいて前記断面画像を形成することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１記載の超音波診断装置において、
前記画像形成手段は、
前記法線方向への前記近傍空間の広がり度合に応じた間隔を前記断面との間に有する近傍断面を設定する近傍断面設定手段と、
前記断面でのエコーデータと、前記近傍断面でのエコーデータとを求める断面データ生成手段と、
前記断面上のエコーデータと前記近傍断面上のエコーデータとを合成して前記断面画像を形成する画像合成手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
超音波ビームの走査により三次元空間内でエコーデータを取得する送受波手段と、
前記三次元空間内に対して断面を設定する断面設定手段と、
前記三次元空間における断面上のエコーデータに対して、当該断面の法線方向に広がる近傍空間内のエコーデータを合成して断面画像を形成する画像形成手段と、
を有する超音波診断装置において、
前記画像形成手段は、
前記断面上に補間対象点を設定し、前記補間対象点の周りの参照点でのエコーデータを用いて三次元補間処理を行い、前記補間対象点での補間エコーデータを求める補間手段と、
前記法線方向への前記近傍空間の広がり度合に応じて、前記補間対象点に対する前記参照点の分布の広がりを、近傍空間の厚みを増加させる場合には、それまでの参照点のさらに外側に新たな参照点を追加し、逆に厚みを減少させる場合には、参照点の分布の外殻に位置する参照点を除去して調整する補間範囲調整手段と、
を有し、前記補間エコーデータに基づいて前記断面画像を形成することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に三次元空間のエコーデータの断面表示に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波ビームを２つの方向に振ることにより、三次元空間でのエコーデータとしてボリュームビームデータを得ることができる。このボリュームビームデータを用いて、立体的な画像表示を行うほか、三次元空間内に断面を任意に設定し、その断面画像を表示させることも行われている。
【０００３】
任意断面での画像表示に関しては、従来は、当該断面上に存在するサンプリング点でのエコーデータ及び、断面に近接するサンプリング点でのエコーデータから求めた当該断面上での補間値を用い、これらエコーデータを輝度信号に変換して断面画像が形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の方法は、設定される断面でのエコーデータを精度良く画像表示しようとするものであった。そのため、例えば、なるべく断面に近接したサンプリング点でのデータを用いて補間が行われ、断面上でのエコーデータが推定されていた。
【０００５】
しかし、断面から外れた位置の情報は基本的には画像に反映されず、画像の情報量が少なくなり、画像に基づいた診断に不便となるといった問題があった。
【０００６】
また、点状の高エコー若しくは低エコーの関心領域を、断面の位置をその法線方向に移動させて探索する場合に、点状の関心領域が存在する断面でしか当該関心領域は表示されない。そのため、点状の関心領域を見落としやすいという問題があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、診断を容易とする断面画像が得られる超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波診断装置は、超音波ビームの走査により三次元空間内でエコーデータを取得する送受波手段と、前記三次元空間内に対して断面を設定する断面設定手段と、前記三次元空間における断面上のエコーデータに対して、当該断面の法線方向に広がる近傍空間内のエコーデータを合成して断面画像を形成する画像形成手段とを有する。
【０００９】
本発明によれば、設定された断面に対応する断面画像には当該断面上でのエコーデータだけでなく、当該断面の近傍の空間のエコーデータが反映される。
【００１０】
他の本発明に係る超音波診断装置においては、前記画像形成手段は、前記超音波ビームの方向に沿ったエコーデータ列に対して当該超音波ビーム方向に沿ってローパス・フィルタ処理を行うフィルタ手段と、前記法線方向への前記近傍空間の広がり度合に応じて、前記フィルタ手段の通過帯域を調整するフィルタ特性調整手段とを有し、前記ローパス・フィルタ処理後のエコーデータに基づいて前記断面画像を形成する。
【００１１】
本発明によれば、ローパス・フィルタ処理によって、超音波ビームの方向にエコーデータの平滑化が行われる。すなわち、超音波ビーム上のある点でのエコーデータが当該超音波ビーム上の近傍領域内の点でのエコーデータに反映される。見方を変えると、ローパス・フィルタ処理後の超音波ビーム上のある点には、その近傍領域内の点のエコーデータの影響が重畳される。このローパス・フィルタ後のエコーデータに基づいて断面画像が形成される。一般には断面は超音波ビームと交差するので、断面上のある点の画像データは、断面上にない点、すなわち断面からその法線方向に広がる近傍空間に含まれる点でのエコーデータを反映する。そのある点が断面からどれだけ離れた点、すなわち断面の法線方向のどれだけの厚み範囲からの影響を反映するかは、ローパス・フィルタの特性に依存する。フィルタ特性調整手段は、フィルタ手段の通過帯域を調整することによって、断面画像に影響を与える近傍空間の厚みを所望の値に制御する。
【００１２】
別の本発明に係る超音波診断装置においては、前記画像形成手段は、前記断面上に補間対象点を設定し、前記補間対象点の周りの参照点でのエコーデータを用いて三次元補間処理を行い、前記補間対象点での補間エコーデータを求める補間手段と、前記法線方向への前記近傍空間の広がり度合に応じて、前記補間対象点に対する前記参照点の分布の広がりを調整する補間範囲調整手段とを有し、前記補間エコーデータに基づいて前記断面画像を形成する。
【００１３】
本発明によれば、三次元補間処理によって、補間対象点では、当該補間対象点のエコーデータにその周囲の参照点のエコーデータが反映された補間エコーデータが得られる。この補間エコーデータに基づいて断面画像が形成される。補間範囲調整手段は、断面画像にどれだけの厚みの近傍空間の影響を反映させるかに応じて、参照点の分布の広がりを調整する。より厚い近傍空間のエコーデータを断面画像に反映させる場合には、補間対象点から断面の法線方向に関してより離れた参照点が設定される。参照点の分布の広がりの調整方法としては、例えば、参照点の個数は変えずに、近傍空間の厚みに応じて、補間対象点から参照点までの距離を変化させることができる。また他の調整方法の例は、近傍空間の厚みを増加させる場合には、それまでの参照点のさらに外側に新たな参照点を追加し、逆に厚みを減少させる場合には、参照点の分布の外殻に位置する参照点を除去する。
【００１４】
さらに別の本発明に係る超音波診断装置においては、前記画像形成手段は、前記法線方向への前記近傍空間の広がり度合に応じた間隔を前記断面との間に有する近傍断面を設定する近傍断面設定手段と、前記断面でのエコーデータと、前記近傍断面でのエコーデータとを求める断面データ生成手段と、前記断面上のエコーデータと前記近傍断面上のエコーデータとを合成して前記断面画像を形成する画像合成手段とを有する。
【００１５】
本発明によれば、断面画像に対応する断面のエコーデータと、当該断面の近傍の断面のエコーデータとが合成されて、断面画像が形成される。断面画像に反映される近傍空間は、近傍断面が配置される空間に相当する。近傍断面設定手段は、断面画像にどれだけの厚みの近傍空間の影響を反映させるかに応じて、近傍断面の断面法線方向に関する配置を調整する。より厚い近傍空間のエコーデータを断面画像に反映させる場合には、断面からその法線方向に関してより離れた位置に近傍断面が配置される。近傍断面の配置の設定方法としては、例えば、近傍断面の数は変えずに、近傍空間の厚みに応じて、断面から各近傍断面までの距離を変化させることができる。また他の方法の例は、近傍空間の厚みを増加させる場合には、それまでの近傍断面のさらに外側に新たな近傍断面を追加し、逆に厚みを減少させる場合には、外側の近傍断面を除去する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る超音波診断装置の概略のブロック図である。図１において、プローブ１０は、超音波パルスの送波及びエコーの受波を行う超音波探触子である。このプローブ１０はアレイ振動子を有しており、そのアレイ振動子の電子走査によって超音波ビームが電子的に走査される。同時に電子的走査とは異なる方向に機械的にアレイ振動子を動かすことにより三次元的に超音波ビームが走査される。またプローブ１０は二次元アレイ振動子を有する場合もあり、この場合、電子的に超音波ビームが三次元走査される。
【００１８】
送信回路１２は送受信制御回路（図示せず）による制御に従って、振動子アレイの各チャネルごとに遅延された送信パルスをプローブ１０へ出力する。振動子ごとの遅延量は、送波される超音波がビームを形成するように制御され、また、送波ビームの方向に応じて制御される。
【００１９】
一方、受信系は受信回路１６、音線処理回路１８、ボリュームメモリ２０、トリリニア（Trilinear）補間回路２２、座標変換情報生成回路２４、フレームバッファ２６、断面合成回路２８、輝度変換回路３０、処理パラメータ操作部３２、表示装置３４を含んで構成される。
【００２０】
受信回路１６は送受信制御回路による制御に従って、プローブ１０からの各チャネルごとの受信信号を整相加算する。また受信回路１６は、受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、受信信号を超音波ビームの方向に沿ったエコーデータ列として出力する。
【００２１】
音線処理回路１８は、受信回路１６からエコーデータ列を入力され、これに対してローパス・フィルタ処理を施す。音線処理回路１８のフィルタ特性は、処理パラメータ操作部３２によって調整することができる。
【００２２】
ボリュームメモリ２０は、音線処理回路１８から出力されるローパス・フィルタ処理後のエコーデータを記憶する。ボリュームメモリ２０には、超音波ビームにより走査される三次元空間の各サンプリング点でのエコーデータが蓄積される。図２は、超音波ビームにより走査される空間と、断面画像が形成される断面とを示す模式図である。プローブ１０で送受波される超音波ビームはθ方向とφ方向との２つの方向に走査される。これにより、三次元空間４０が超音波ビームにより走査される。
【００２３】
トリリニア補間回路２２は、図２に示すような超音波ビームの走査で形成される三次元空間４０に設定される断面４２上での補間エコーデータを計算する。この補間処理により断面４２に対応する断面画像が生成される。例えばトリリニア補間回路２２は、ある断面の断面画像と、当該断面の近傍の一又は複数の断面（近傍断面）での断面画像とをそれぞれ補間処理により生成する。
【００２４】
座標変換情報生成回路２４は、処理パラメータ操作部３２における操作者の指示等に応じた断面（及び近傍断面）の位置情報を、トリリニア補間回路２２に対して与える。
【００２５】
フレームバッファ２６は、トリリニア補間回路２２にて生成された断面画像を格納する。例えば、トリリニア補間回路２２がある断面についての断面画像とその近傍断面についての断面画像とを生成する場合には、フレームバッファ２６はそれら複数枚の断面画像を蓄積し保持することができる。
【００２６】
断面合成回路２８は、ある断面とその近傍断面とに対応して生成されフレームバッファ２６に蓄積された複数枚の断面画像を合成して１つの断面画像を生成する。
【００２７】
輝度変換回路３０は、断面合成回路２８から出力される断面画像を表すデジタルデータを、表示装置３４の走査線に沿って変化する輝度信号（映像信号）に変換する。
【００２８】
表示装置３４は、輝度変換回路３０から出力される信号に基づいて、画面に断面画像を表示する。
【００２９】
図３は、本装置の特徴を説明するための模式図であり、画像形成に係る断面及び超音波ビームが示されている。図には、断面画像に対応した断面５０と、断面５０と間隔を置いてその上下に配置される近傍断面５２，５４と、これら断面５０，５２，５４に交差する超音波ビーム５６とが示されている。本装置では、断面５０に対応する断面画像は、当該断面５０上のエコーデータだけでなく、その断面５０の法線方向に広がる近傍空間内のエコーデータを反映するように生成される。この処理は、音線処理回路１８、トリリニア補間回路２２、断面合成回路２８によって行われる。そして、断面５０の法線方向に関する近傍空間の広がりは、処理パラメータ操作部３２により操作することができる。
【００３０】
音線処理回路１８が超音波ビーム方向に対してローパス・フィルタ処理を行うと、超音波ビームのある点のエコーデータにビームに沿ったその近傍の点のエコーデータが重畳される。ここで一般に、超音波ビーム５６は断面５０に平行ではなく交差するので、上記ローパス・フィルタ処理によるビーム方向の重畳によって、断面５０上の点のエコーデータに断面５０からその法線方向に離れた点のエコーデータが反映されることになる。図４は、音線処理回路１８のインパルス応答を示す模式的なグラフであり、横軸は超音波ビームに沿った距離ｘ、縦軸は図のピークの中心位置ｘPでδ関数状の入力を与えたときの出力レベルｒ(x)を表す。このｒ(x)はｘPでのエコーデータがその近傍の点にどれだけの影響を及ぼすかを表すが、逆に、ｘPの近傍の点ｘでのエコーデータがｘPでのエコーデータに及ぼす影響度合を表していると見ることもできる。また横軸は断面５０の法線方向の距離に対応付けることができる。このように、ローパス・フィルタ処理によって、ある厚みの近傍空間内のエコーデータが断面５０上の点に合成される反面、断面５０上の点のエコーデータの影響が近傍空間に及ぶこととなる。処理パラメータ操作部３２は、音線処理回路１８の上記インパルス応答を変えることにより、設定された断面５０に反映される近傍空間の厚みを調整することができる。
【００３１】
トリリニア補間回路２２は、サンプリングされたエコーデータをボリュームメモリ２０から読み出して補間処理を行う。トリリニア補間回路２２は補間処理によって、断面５０上の点（補間対象点）のエコーデータに、例えば近傍断面５２，５４上のサンプリング点（参照点）でのエコーデータを反映させる。図５はトリリニア補間回路２２のインパルス応答を示す模式的なグラフであり、横軸は補間対象である断面５０から補間に用いる参照点までの距離ｘ、また縦軸は図４と同様の出力レベルｒ(x)を表す。ちなみに図５は線形補間の場合を表している。この補間処理によって、補間対象点に参照点のエコーデータが反映される一方、補間対象点の近傍のサンプリング点に補間対象点のエコーデータの影響が及ぶ。例えば補間処理は、補間対象点を取り囲む立方体や直方体の頂点を構成する８つのサンプリング点を参照点として、その立方体等の中心点である断面５０上の補間対象点のエコーデータを求める。補間では一般的に、できるだけ補間対象点に近接したサンプリング点を用いて上記立方体等が構成されるように参照点を選択して補間精度を高くするところ、本装置では反対に、より大きな立方体等の頂点に位置するサンプリング点を参照点として選択し、断面５０からより離れた点のエコーデータを補間対象点に反映させる。処理パラメータ操作部３２は、断面５０までの距離が異なる参照点を選択することにより、設定された断面５０に反映される近傍空間の厚みを調整することができる。
【００３２】
断面合成回路２８は、例えば、図３に示す断面５０、近傍断面５２，５４それぞれの断面画像を互いに加算合成する。図６は、断面合成回路２８による合成前と合成後のインパルス応答を示す模式的なグラフであり、横軸は断面５０の法線方向の距離ｘ、また縦軸は図４と同様の出力レベルｒ(x)を表す。図６（ａ）は、合成前の断面５０のインパルス応答であり、すでに上述の音線処理回路１８及びトリリニア補間回路２２での処理によって、ｒ(x)は中心がｘPに位置し中心有限の幅を有した山型形状６０を示している。同図（ｂ）は断面５０に近傍断面５２，５４を合成した場合のインパルス応答である。合成によって、断面５０上のエコーデータは、近傍断面５２，５４でのエコーデータの影響を受けることとなるが、一方で、同図（ｂ）に示されるように、近傍断面５２，５４の位置ｘS1，ｘS2に断面５０上でのエコーデータの影響を及ぼすこととなる。これにより、合成後のインパルス応答の形状６２は、同図（ａ）に示す単独の山型形状６０より広い幅を有する。この断面５０に反映される近傍空間の厚みは、断面５０と近接断面５２，５４との間隔に応じて変化する。すなわち、処理パラメータ操作部３２が、トリリニア補間回路２２にて断面画像を生成される近接断面５２，５４の位置を調整することによって、断面合成回路２８にて実現される近傍空間の厚みが調整される。また、断面５０に影響を及ぼす近傍空間の厚みを増加させる場合に、処理パラメータ操作部３２が断面５０からより離れた位置に別の近傍断面を追加し、その近傍断面でのエコーデータをトリリニア補間回路２２にて生成させ、この近傍断面を断面合成回路２８での加算合成に追加する構成を採ることもできる。この構成では、近傍空間の厚みを減少させる場合には、断面５０から最も離れた近傍断面から順に削除する。
【００３３】
操作者は処理パラメータ操作部３２を操作して、超音波ビームで走査された三次元空間の所望の位置に断面５０を設定することができ、その断面５０に対応して生成される断面画像が表示装置３４に表示される。例えば、処理パラメータ操作部３２は回転つまみやスライドレバーを備え、操作者が断面５０をその法線方向に連続的に移動させることが容易に構成される。本装置によれば、例えば高輝度のエコーを生じるスポットや周囲組織よりも超音波をよく吸収し暗く映るスポットが、本来それらスポットが存在する断面だけでなく、その近傍の断面の画像にも現れる。そのため、比較的速やかに断面５０を移動させても、それらスポットを発見することが容易である。
【００３４】
また、近傍空間のエコーデータが１つの断面画像に重畳されて表示されるため、当該断面画像に含まれる情報量が多くなり、断面画像から被検体組織の構造の把握、診断が容易となる。上述のように処理パラメータ操作部３２は、１つの断面画像に重畳される近傍空間の厚みを変化させることができ、よって、操作者は断面画像に表現される情報量を好適に調整することができる。さらに、処理パラメータ操作部３２は近傍空間の厚みを調整するための回転つまみやスライドレバーを備えることができる。操作者はそれらを操作して、表示装置３４に表示される断面の厚みを連続的にさせ、そのときの断面画像の変化から被検体組織の立体的構造を推察、把握することが可能となる。
【００３５】
上述の装置は、設定された断面にその近傍空間のエコーデータを反映させる手段として、音線処理回路１８、トリリニア補間回路２２、断面合成回路２８の３つを備えているが、これらは必ずしも同時に用いなくてもよく、それらを選択可能に構成することができる。例えば、音線処理回路１８に対するフィルタ特性の設定、トリリニア補間回路２２に対する補間処理の参照点の設定、また断面合成回路２８で合成される近傍断面の設定といった各合成手段に対する設定を有効とするか無効とするかを切り換え可能なように処理パラメータ操作部３２を構成し、操作者が３つの合成手段のうち望むものを選択し、また組み合わせて利用できるようにすることができる。
【００３６】
また、上記３つの合成手段のうち、いずれかを単独で備えた装置や、それらのうち任意の２つを備えた装置を構成することもできる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の超音波診断装置によれば、設定された断面の法線方向に広がる近傍空間のエコーデータが当該断面に合成されるため、当該断面から多少外れた位置の情報も当該断面での断面画像に反映される。すなわち、当該断面画像に含まれる情報量が多くなり、断面画像から被検体組織の構造の把握、診断が容易となる。
【００３８】
また、本発明の超音波診断装置によれば、上記合成に起因して、ある断面上の点のエコーデータが法線方向に離れた近傍の断面上の点のエコーデータに反映される。そのため、点状の高エコー若しくは低エコーの関心領域を、断面の位置をその法線方向に移動させて探索する場合に、見落としにくくなるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る超音波診断装置の概略のブロック図である。
【図２】  超音波ビームにより走査される空間と、断面画像が形成される断面とを示す模式図である。
【図３】  本装置の特徴を説明するための模式図である。
【図４】  音線処理回路のインパルス応答を示す模式的なグラフである。
【図５】  トリリニア補間回路のインパルス応答を示す模式的なグラフである。
【図６】  断面合成回路による合成前と合成後のインパルス応答を示す模式的なグラフである。
【符号の説明】
１０  プローブ、１２  送信回路、１６  受信回路、１８  音線処理回路、２０  ボリュームメモリ、２２  トリリニア補間回路、２４  座標変換情報生成回路、２６  フレームバッファ、２８  断面合成回路、３０  輝度変換回路、３２処理パラメータ操作部、３４  表示装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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