(57)【要約】  【課題】  揺動走査が完全には等角速度で行われなくとも、空間的により正しい位置に広角の３次元画像を構築することを可能にするとともに、より高画質の３次元画像を得ることができる超音波診断装置を提供する。  【解決手段】  超音波振動子２がアレイ状に配置された超音波振動子体１を振動子体揺動手段４、６、７が揺動走査させ、揺動角度検出手段５が超音波振動子体の揺動走査角度を検出しながら超音波送信手段３が超音波振動子を励振させることにより超音波受信手段９が画像データを取得すると、フレーム間フィルタ手段８が画像データをフィルタ処理して新たな画像データを生成する一方、揺動角度時間補正手段１３が一定時間前の揺動角度情報を出力し、３次元画像処理手段１１がその揺動角度情報を参照してフレーム間フィルタ手段で生成された画像データに基づいて３次元画像を形成する。【選択図】  図１
2006320431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ビームにより走査を行うための超音波振動子がアレイ状に配置された超音波振動子体と、
前記超音波ビームの走査方向と交差する方向に前記超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動手段と、
前記超音波振動子体の揺動走査角度に対応した揺動角度情報を出力する揺動角度検出手段と、
前記超音波ビームを形成するように前記超音波振動子を励振させる超音波送信手段と、
前記超音波振動子によって受波された超音波エコーから超音波ビームを形成して画像データを取得する超音波受信手段と、
時間的に隣接した複数の前記揺動角度情報に対応する複数の前記画像データをフィルタ処理して新たな画像データを生成するフレーム間フィルタ手段と、
前記揺動角度検出手段から出力される前記揺動角度情報を蓄積するとともに、一定時間前の揺動角度情報を出力する揺動角度時間補正手段と、
前記揺動角度時間補正手段から出力される揺動角度情報を参照して前記フレーム間フィルタ手段から出力される画像データに基づいて３次元画像を形成する３次元画像処理手段と、
前記３次元画像を表示する画像表示手段とを備えた、
超音波診断装置。
【請求項２】
前記超音波受信手段が、前記超音波振動子体の揺動往路と揺動復路とでそれぞれ画像データを取得し、前記フレーム間フィルタ手段はこれらの画像データをフィルタ処理して新たな画像データを生成し、前記フレーム間フィルタ手段から出力される画像データに基づいて前記３次元画像処理手段が３次元画像を形成する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記揺動角度時間補正手段によって出力される前記揺動角度情報は、前記フレーム間フィルタ手段によってフレーム遅延される時間に相当する時間前のものである請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体内のエコーデータを３次元的に取得して仮想視点からの画像データに変換して表示する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体内の組織態様を３次元表示させる超音波診断装置において、超音波を送波し、そのエコーを受波して超音波データを取得するための超音波探触子として、超音波ビームにより走査を行うための超音波振動子がアレイ状に配置された超音波振動子体を、ビーム走査方向と交差する方向に機械的に走査するように構成したものが知られている（下記の特許文献１参照）。このような超音波探触子では、超音波ビーム走査（以下、主断面走査と言う）と揺動走査とを同時に行うことによって、時々刻々移動する両走査面の交線に相当する生体内組織からのエコーデータ、すなわち３次元空間のエコーデータの取得が可能になる。取得された３次元エコーデータは、仮想視点からの画像データに変換するような３次元画像の構築処理が施されて、平面内にあたかも奥行きがあるかのような表示方法でもって表示させるか、あるいは任意断面を表示させることなどが行われる。
【０００３】
ところで、３次元画像の構築にあたっては、各エコーデータの３次元空間内における方向成分が既知である必要がある。超音波振動子体の揺動走査を機械的に行う超音波探触子を用いた超音波診断装置では、超音波振動子体の時間に対する理想的な揺動角速度Ｗが、図７（ａ）に示すように、加速、一定速、減速を繰り返す特性線６０１となり、理想的な揺動走査角度θが、図７（ｂ）に示すように、増大、停止、減少を繰り返す特性線６０２となるように超音波振動子体を揺動制御するとともに、３次元画像の構築に供されるエコーデータは揺動走査角速度Ｗが比較的一定である期間Ｔ１〜Ｔ２に取得されたものが使用される。このようなエコーデータの取得を、主断面走査を一定時間間隔で行うことにより、主断面走査面が平面で、かつ主断面走査面が等角となる見込みの下で複数回行った複数のエコーデータに基づいて３次元画像の構築が行われる。
【０００４】
また一般に、単位時間あたりの３次元エコーデータの取得レートを向上させる目的で、揺動走査の往路の振動角速度の最大値をＷ１、揺動走査の復路の振動角速度の最大値をＷ２としたとき、下記の（１）式
Ｗ２＝（−１）×Ｗ１        （１）
が成立するように揺動制御を行った上で、振動角速度がＷ１になっている往路期間Ｔ１〜Ｔ２と、振動角速度がＷ２になっている復路期間Ｔ４〜Ｔ５とでそれぞれエコーデータを取得することにより、往復揺動でエコーデータの取得が行われる。このとき、揺動往路と揺動復路とで走査面の角度に不一致が生じる。この走査面の角度不一致を緩和させるために、揺動往路と揺動復路とで走査方向を逆にすることが提案されている（例えば、下記の特許文献２参照）。
【０００５】
ところで、モータを用いた機械式揺動走査では、現在の揺動走査角度又は揺動走査角速度あるいはその両方から、時間的に次にモータに供給する電圧又は電流を決定する、いわゆるフィードバック制御が用いられるが、いかに高精度なフィードバック制御を用いても揺動走査を完全な等角速度で行うことは困難であった。つまり実際に取得されるデータはエコーデータの主断面走査面は完全な平面を形成するとはいえず、各主断面走査面はある程度曲がった曲面になるとともに、各主断面走査面は等角にはならない。この結果、各主断面走査面は平面、かつ等角であるとの見込みで構築された３次元画像は、曲面、不等角の程度に応じて歪んだり、ずれたり、あるいは揺動往復に応じて画像が揺れたりするという問題が発生する。
【０００６】
この問題を解決するために、本願と同一の出願人により特願２００３−４２１４３９号として提案された超音波診断装置がある。図８はこの超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は生体内に超音波を送波し、生体組織からの超音波エコーを電気信号に変換する超音波振動子２がアレイ状に複数配列された超音波振動子体１を備えている。各超音波振動子２を励振させるパルス信号は超音波送信手段３から供給されるが、このとき超音波送信手段３は、生体内の所定の深度に焦点を結ぶように位相の異なる送信パルスを超音波振動子体１に与える。生体内の各組織から戻ってくる超音波エコーは超音波振動子体１の各超音波振動子２によって電気信号に変換される。この電気信号は超音波受信手段９によって複数方向の電気信号が受信ビームを形成するように異なる遅延時間が与えられて加算され、続いて可視化のための検波処理が施されて画像データとして出力される。
【０００７】
さらに、この超音波診断装置は超音波振動子体１を主断面走査面と交差する方向に揺動走査させる振動子体揺動モータ４を備え、この振動子体揺動モータ４がモータ制御手段７によって制御される。なお、モータ制御手段７に対する揺動角速度、揺動走査角度範囲など、モータ制御に必要な情報は主制御手段１０から与えられる。このとき、モータ制御手段７は超音波振動子体１が等角速度で揺動するように振動子体揺動モータ４を制御する必要がある。そのために、振動子体揺動モータ４の回転運動を超音波振動子体１に伝達する回転伝達手段６の回転角度を検出して揺動角度情報を得る揺動角度検出手段５を備えている。
【０００８】
一方、超音波受信手段９から出力された画像データは３次元画像処理手段１１に加えられ、ここで奥行きがあるような表示がなされるか、あるいは任意断面で切り取った断面表示がなされるように３次元画像処理が行われる。この３次元画像処理に際して超音波振動子２の配置及び送受信ビームの方向と、揺動角度検出手段５からの揺動角度情報が用いられる。そして、３次元画像が画像表示手段１２に表示される。このように、揺動角度検出手段５を設けることによって、３次元画像が歪んだり、ずれたり、あるいは揺動往復に応じて画像が揺れるという問題の解決を図っている。
【特許文献１】特開平３−１８４５３２号公報
【特許文献２】特開２００１−７０３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
近年では超音波診断装置による３次元画像は、特に胎児などの描出に用いられることが一般化してその有用性が高まっており、高画質化の要請も強まっている。しかしながら上述した従来の超音波診断装置では、空間的により正しい位置に３次元画像を構築するべく、超音波振動子体１の実際の揺動走査角度を検出する揺動角度検出手段５を設け、その揺動角度情報を３次元画像処理手段１１に加えているが、そのために、画像データの生成過程で大きな時間遅延を伴う処理を挿入することができないという問題があった。すなわち、３次元画像処理手段１１に到達した画像データに大きな時間遅延があった場合、超音波振動子体１の揺動走査角度との時間的な不一致が発生してしまうため、空間的に正しい位置に３次元画像を構築することができず、揺動往路と揺動復路とで３次元画像位置が異なって３次元画像が揺れるなどの問題が発生するためである。
【００１０】
また、３次元画像の高画質化のためには、その元データとなる各主断面の画像データが高画質であることが必須の要件である。特に、時間的に接近した複数の主断面の画像データを用いるフレーム間フィルタは画像の高画質化に大きく寄与するが、主断面走査時間単位での時間遅延が発生してしまうため、そのままでは用いることができなかった。
【００１１】
この問題を解決するために、フレーム間フィルタ処理の時間遅延に相当するオフセット角度情報を現在の揺動角度情報に加える方法がある。しかし、この方法を用いたとしても、揺動走査を完全な等角速度で行うことはできないため、フレーム間フィルタ処理によって遅れた時間に相当する正確な揺動角度情報の補正はできなかった。また、この方法では、揺動走査の往復反転時にオフセット角度情報の加算と減算とを入れ替えることが必要になり、反転位置の近傍位置で取得された主断面走査の画像データに関連付けられる補正後の揺動角度情報が不連続となるため、往復反転が行われる近傍では３次元画像を正しく構築できないという問題があった。
【００１２】
本発明は、上述した従来の超音波診断装置の問題点を解決するためになされたもので、その目的は揺動走査が完全には等角速度で行われなくとも、空間的により正しい位置に広角の３次元画像を構築することを可能にするとともに、より高画質の３次元画像を得ることができる超音波診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明に係る超音波診断装置は、
超音波ビームにより走査を行うための超音波振動子がアレイ状に配置された超音波振動子体と、
前記超音波ビームの走査方向と交差する方向に前記超音波振動子体を揺動走査させる振動子体揺動手段と、
前記超音波振動子体の揺動走査角度に対応した揺動角度情報を出力する揺動角度検出手段と、
前記超音波ビームを形成するように前記超音波振動子を励振させる超音波送信手段と、
前記超音波振動子によって受波された超音波エコーから超音波ビームを形成して画像データを取得する超音波受信手段と、
時間的に隣接した複数の前記揺動角度情報に対応する複数の前記画像データをフィルタ処理して新たな画像データを生成するフレーム間フィルタ手段と、
前記揺動角度検出手段から出力される前記揺動角度情報を蓄積するとともに、一定時間前の揺動角度情報を出力する揺動角度時間補正手段と、
前記揺動角度時間補正手段から出力される揺動角度情報を参照して前記フレーム間フィルタ手段から出力される画像データに基づいて３次元画像を形成する３次元画像処理手段と、
前記３次元画像を表示する画像表示手段とを備える。
【００１４】
この構成により、フレーム間フィルタ手段のフィルタ処理よる画像データのフレーム遅延時間分の揺動角度情報を時間方向に補正するので、たとえ超音波振動子体の揺動走査が完全には等角速度で行われなくとも、空間的により正しい位置に広角の３次元画像を構築することが可能になるとともに、３次元画像の高画質化が可能になる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上記のように構成したことにより、フィルタ処理による画像データのフレーム遅延時間分の揺動角度情報を時間方向に補正しているので、たとえ超音波振動子体の揺動走査が完全には等角速度で行われなくとも、空間的により正しい位置に広角の３次元画像を構築することを可能にするとともに、３次元画像の高画質化が可能になる。また、揺動する超音波振動子体の揺動往路と揺動復路とでそれぞれ画像データを取得して３次元画像を構築する場合でも、揺動角度情報を時間的に遅延させているので、揺動往路と揺動復路とで揺れることのない高画質の３次元画像を構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る超音波診断装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。図１において、超音波振動子体１はアレイ状に配置された複数の超音波振動子２を含んで構成され、これらの超音波振動子２はパルス信号により励振されて生体内に超音波を送波し、生体組織からの超音波エコーを受波して電気信号に変換する機能を有している。そこで、超音波振動子２から超音波が送波されるようにパルス信号を印加する超音波送信手段３と、超音波振動子２が超音波エコーを受波して得られた電気信号に基づいて画像データを生成する超音波受信手段９とが設けられている。また、超音波振動子体１を主断面走査面と交差する方向に揺動走査させるために、超音波振動子体１には、回転伝達手段６を介して、振動子体揺動モータ４が結合されている。そして、この振動子体揺動モータ４を制御するためにモータ制御手段７が設けられている。また、超音波振動子体１の揺動走査角度を検出するために、揺動角度検出手段５が回転伝達手段６に結合されている。
【００１７】
一方、超音波受信手段９の画像データ出力端には、フレーム間フィルタ手段８が接続され、このフレーム間フィルタ手段８は超音波受信手段９からある時点で出力される１つの画像データと、この画像データと時間的に隣接して出力される１つ又は複数の主断面走査面の同じ位置にある画像データとの演算処理を施して出力するようになっている。このフレーム間フィルタ手段８には、３次元の画像表示が行われるように画像データを処理する３次元画像処理手段１１が接続され、さらに、この３次元画像処理手段１１には画像表示手段１２が接続されている。３次元画像処理手段１１は揺動角度検出手段５の揺動角度情報に基づいて画像データを処理するが、フレーム間フィルタ手段８から出力される画像データはその処理時間だけ遅延されて出力されるため、揺動角度検出手段５で検出された揺動角度情報を時間補正して３次元画像処理手段１１に加える揺動角度時間補正手段１３が設けられている。また、超音波振動子体１を揺動走査する揺動角度指令を発生する主制御手段１０を備え、その揺動角度指令がモータ制御手段７及び揺動角度時間補正手段１３に加えられる。モータ制御手段７は揺動角度検出手段５の揺動角度情報が揺動角度指令と一致するように振動子体揺動モータ４を制御し、揺動角度時間補正手段１３は揺動角度指令を基準にして揺動角度情報の時間補正を行うように構成されている。なお、振動子体揺動モータ４、回転伝達手段６及びモータ制御手段７が本発明の振動子体揺動手段を構成している。
【００１８】
図２は揺動角度時間補正手段１３の詳細な構成を示すブロック図であり、クロックを順次計数するアドレスカウンタ２０１と、揺動角度情報を格納するメモリ２０２と、アドレスカウンタ２０１の出力を被減算入力、一定値ｃを減算入力とする減算器２０３とを備え、アドレスカウンタ２０１の出力がメモリ２０２の書き込みアドレスに加えられ、減算器２０３の出力がメモリ２０２の読み出しアドレスに加えられる。
【００１９】
図３Ａはフレーム間フィルタ手段８として用いるのに好適な１次ＩＩＲ型フィルタ（以下、単にＩＩＲ型フィルタと略記する）の詳細な構成を示すブロック図であり、画像データ入力を一方入力、係数１−ｋを他方入力とする乗算器３０１と、この乗算器３０１の出力を一方入力、後述する乗算器３０４の出力を他方入力として加算し、その出力を画像データ出力とする加算器３０２と、加算器３０２の出力を入力して１フレーム分の画像データを格納するフレームメモリ３０３と、フレームメモリ３０３から読み出された画像データを一方入力、係数ｋを他方入力とし、その出力を加算器３０２の他方入力とする乗算器３０４とを備えている。
【００２０】
図３Ｂはフレーム間フィルタ手段８として用いるのに好適なＦＩＲ型フィルタの詳細な構成を示すブロック図であり、画像データ入力を１フレーム分格納するフレームメモリ３０５と、このフレームメモリ３０５から読み出された画像データを順次格納するフレームメモリ３０６と、画像データ入力を一方入力、係数ｋ１を他方入力とする乗算器３０７と、フレームメモリ３０５から読み出された画像データを一方入力、係数ｋ２を他方入力とする乗算器３０８と、フレームメモリ３０６から読み出された画像データを一方入力、係数ｋ３を他方入力とする乗算器３０９と、乗算器３０７、３０８、３０９の各出力を加算して画像データ出力とする加算器３１０とを備えている。
【００２１】
図４は揺動角度検出手段５として用いるのに好適なロータリエンコーダの概略構成及びその機能を説明するための図である。図４において、１つの回転軸４０８にＺパルスロータ４０１とＡパルスロータ４０２とが装着されている。Ｚパルスロータ４０１は回転軸４０８の特定の角度において１発のパルス（Ｚパルス）を発生するように周端部が着磁され、周端部の近傍に配置されたＺパルスセンサ４０３と共にＺロータリエンコーダ４０５を構成しており、Ａパルスロータ４０２は回転軸４０８が１回転したとき数百パルス（Ａパルス）を発生するように周端部が等角に着磁され、周端部の近傍に配置されたＡパルスセンサ４０４と共にＡロータリエンコーダ４０６を構成している。そして、Ｚロータリエンコーダ４０５及びＡロータリエンコーダ４０６よりそれぞれ出力されるＺパルス及びＡパルスを入力して揺動角度情報を出力するエンコーダパルスカウンタ４０７を備えている。
【００２２】
上記のように構成された超音波診断装置の一実施の形態の動作について、図５及び図６の線図をも参照して以下に説明する。超音波振動子体１を構成する超音波振動子２に対して超音波送信手段３が所定の周波数のパルス信号を印加すると、超音波振動子２が励振されて図示を省略した生体内に超音波が送波される。このとき超音波送信手段３は生体内の所定の深度に焦点を結ぶように、すなわち送信ビームが形成されるように列状に配置された超音波振動子２の一部又は全部に位相の異なるパルスを与える制御をする。
【００２３】
このようにして生体に送波された超音波は、生体内の各組織から時々刻々エコーとして戻ってくる。この超音波エコーは超音波振動子体１内の超音波振動子２によって電気信号に変換されて超音波受信手段９に受信信号として加えられる。超音波受信手段９は所定の一方向又は複数方向に受信ビームが形成されるように各超音波振動子２からの各受信信号に対して異なる時間遅延を与えた上で加算する。前述した送信ビームと超音波受信手段９で形成された受信ビームとが、一組で音響走査線を形成する。したがって複数方向の受信ビームを形成した場合には複数の音響走査線が形成されることになる。超音波受信手段９はこの音響走査線に沿う超音波エコーデータを生成し、さらに超音波エコーデータに対して可視化のための検波処理を施した上で画像データとして出力する。このようにして次々と送受信に供される超音波振動子群を切り替えながら、あるいは送受信ビームの方向を変えながら異なる方向の音響走査線が形成されるように送受信が行われ、その結果、１つの主断面走査面が形成される。
【００２４】
振動子体揺動モータ４は上述した主断面走査面と交差する方向に超音波振動子体１を揺動走査させるために設けられており、主制御手段１０から出力される揺動角速度、揺動角度範囲など、モータ制御に必要な情報に基づいてモータ制御手段７は振動子体揺動モータ４を揺動させる。このように、主断面走査と揺動走査とを同時に行うことによって、超音波受信手段９は主断面走査面と揺動走査面との交線に相当する超音波エコーデータを生成することができる。ただし、両走査面は互いに独立して走査されるわけではなく、生体内の特定の３次元部位の超音波エコーデータを一様に取得できるように走査される。つまり揺動走査１回あたりの各主断面走査面の角度は等しくなるように、すなわち等角となるように主断面走査と揺動走査とがなされる。
【００２５】
このため、モータ制御手段７は振動子体揺動モータ４が結合された超音波振動子体１の揺動走査角度、あるいは揺動角速度を監視しながら、３次元エコーデータの取得期間に超音波振動子体１がほぼ等角速度で揺動するように振動子体揺動モータ４を制御する必要がある。この超音波振動子体１の揺動走査角度情報を得るために、振動子体揺動モータ４の回転運動を超音波振動子体１に伝達する回転伝達手段６の回転を検出する揺動角度検出手段５が設けられている。なお、揺動角度検出手段５の設置箇所は回転伝達手段６の振動子体揺動モータ４側、超音波振動子体１側、あるいはこれらの中間部であっても、超音波振動子体１の揺動走査角度に相当する情報が得られる箇所であればよい。
【００２６】
揺動角度検出手段５は、図４に示したように、Ｚロータリエンコーダ４０５及びＡロータリエンコーダ４０６と、エンコーダパルスカウンタ４０７とで構成されている。ここで、Ｚロータリエンコーダ４０５から出力されるＺパルスとＡロータリエンコーダ４０６から出力されるＡパルスとがエンコーダパルスカウンタ４０７に送出される。エンコーダパルスカウンタ４０７はＺロータリエンコーダ４０５から出力されるＺパルスによってリセットされ、Ａロータリエンコーダ４０６から出力されるＡパルスによってカウントアップ又はカウントダウンするもので、カウントの結果であるカウント値は振動子体揺動モータ４の回転軸角度、すなわち超音波振動子体１の揺動走査角度に相当する。このようにしてモータ制御手段７は揺動角度検出手段５のカウント値から超音波振動子体１の現在の揺動走査角度を知ることができるので、現在の揺動走査角度位置から次の揺動走査角度位置に超音波振動子体１を移動させるように振動子体揺動モータ４を制御する。もし、超音波振動子体１を揺動制御するのに現在の揺動角速度を加味する場合には、揺動角速度は揺動角度の差を時間の差で除算することによって得られることは言うまでもない。なお、ここでは、揺動角度検出手段５として磁気式のロータリエンコーダを用いたが、光学式、あるいは機械式でも上述したと同様な動作をさせることができる。
【００２７】
揺動角度検出手段５から出力される揺動角度情報は揺動角度時間補正手段１３にも加えられる。揺動角度時間補正手段１３は現在の揺動角度情報を格納するとともに、一定時間前の揺動角度情報を出力するもので、どの程度前の揺動角度情報を出力するかは主制御手段１０より通知される。この揺動角度時間補正手段１３は図２に示したように構成されている。図２において、メモリ２０２の書き込みアドレスには、一定時間間隔Ｔｓのクロックをカウントする超音波振動子体１が接続され、書き込みデータとして現在の揺動角度情報が格納される。アドレスカウンタ２０１がカウントするクロックの周期Ｔｓとしては、揺動角度情報が更新されるレートより十分に周期の短いものを用いることが好ましい。一方、メモリ２０２の読み出しアドレスには、アドレスカウンタ２０１の出力値から一定値ｃを減算する減算器２０３の出力が加えられる。一定値ｃはどれだけの時間前の揺動角度情報を出力するかに対応して可変であり、その時間はＴｓ×ｃである。なお、一定値ｃはフレーム間フィルタ手段８の処理時間を考慮して主制御手段１０によって決定される。
【００２８】
ところで、本実施の形態では、（読み出しアドレス）＝（書き込みアドレス）−（一定値ｃ）としているが、アドレスカウンタ２０１の出力を読み出しアドレスとした上で、（書き込みアドレス）＝（読み出しアドレス）＋（一定値ｃ）とする構成でもよい。あるいは一定時間前の揺動角度情報を出力するようなファームウェアを用いてもよい。また、メモリ２０２の最低限必要なワード長は、想定される一定値ｃの最大値とする。このようにして、揺動角度時間補正手段１３から出力された時間補正揺動角度情報は３次元画像処理手段１１に加えられる。
【００２９】
一方、主断面走査と揺動走査とを同時に行うことによって取得された生体内の特定の３次元部位の超音波エコーの画像データはフレーム間フィルタ手段８に送り込まれる。フレーム間フィルタ手段８はある時点で得られた画像データと、この画像データと時間的に隣接して出力される１つ又は複数の主断面走査面の同じ位置にある画像データとの演算処理を施して出力するものである。このフレーム間フィルタ手段８として図３Ａに示すＩＩＲ型フィルタ又は図３Ｂに示すＦＩＲ型フィルタを用いることができる。
【００３０】
そこで、まず、ＩＩＲ型フィルタを用いた場合の動作を説明する。現在得られた画像データは、画像データ入力として乗算器３０１に加えられ、ここで係数（１−ｋ）（ただし０≦ｋ＜１）が乗じられる。一方、フレームメモリ３０３に格納された前回の主断面走査面の画像データのうち、現在得られている画像データと同じ位置にある画像データが読み出され、乗算器３０４によって係数ｋが乗じられる。この乗算器３０４の出力と乗算器３０１の出力とが加算器３０２で加算されて画像データ出力となり、さらに、加算器３０２の出力はフレームメモリ３０３に格納される。
【００３１】
次に、ＦＩＲ型フィルタを用いた場合の動作を説明する。現在得られた画像データは、画像データ入力として乗算器３０７に加えられ、ここで係数ｋ１が乗じられる。一方、フレームメモリ３０５に格納された前回の主断面走査面の画像データのうち、現在得られている画像データと同じ位置にある画像データが読み出され、乗算器３０８によって係数ｋ２が乗じられる。同様に、フレームメモリ３０６に格納された前前回の主断面走査面の画像データが読み出されて乗算器３０９によって係数ｋ３が乗じられる。乗算器３０７、３０８、３０９の各出力は加算器３１０で合算されて画像データ出力として出力される。なお、本実施の形態ではその構成が比較的簡単なＩＩＲ型フィルタ又はＦＩＲ型フィルタを用いたが、それぞれより次数の高いものや、ＩＩＲ型及びＦＩＲ型を複合した複合型のフィルタで構成することができることは言うまでもない。
【００３２】
フレーム間フィルタ手段８でフレーム間フィルタ処理がなされた画像データは３次元画像処理手段１１に送り込まれる。３次元画像処理手段１１では入力された画像データから、生体内の特定の３次元部位の構造物を仮想視点から観測した画像を画像表示手段１２に表示するにあたり、あたかも奥行きがあるように表示されるか、あるいは３次元構造物を任意の平面で切り取った断面が表示されるような３次元画像処理が行われる。この３次元画像処理には、取得された各音響走査線の超音波エコーデータが３次元空間のどの方向の成分のものであるかの情報が必要になる。本実施の形態における３次元画像処理手段１１は、主断面走査面における走査方向角度は超音波振動子体１を構成する超音波振動子２の配置及び送受信ビームの方向から取得し、揺動走査面の実際の揺動走査角度は揺動角度時間補正手段１３から出力される時間補正後の揺動角度情報によって取得する。
【００３３】
ところで、揺動角度時間補正手段１３に設定すべき補正時間（＝一定値ｃ）を求める方法の一例を以下に説明する。これまで述べてきたように、この補正時間はフレーム間フィルタ手段８によって生じる画像データのフレーム遅延時間に相当する。ここで、図３Ａに示すＩＩＲ型フィルタを用いた場合の補正時間を求める。乗算器３０１、３０４の係数ｋがいずれもｋ＝０であれば、画像データ出力はすべて現在取得されているものであるため時間補正量はゼロである。仮にｋ＝０．６とすると、画像データ出力には、現在取得されている画像データの割合が０．４、前回の主断面走査面で取得された画像データの割合が０．２４、２回前の主断面走査面で取得された画像データの割合が０．１４４、３回前の主断面走査面で取得された画像データの割合が０．０８６４、…となり、それらの加重平均をとると１．５となる。したがって画像データ出力は１．５回前の主断面走査面のデータで構成されているということができる。今、仮に１つの主断面走査面を構成するのに必要な走査時間をＴｆとすれば、このＩＩＲ型フィルタを用いた場合の補正時間は１．５×Ｔｆとなり、一定値ｃは下記（２）式で求めることができる。
ｃ＝１．５×Ｔｆ／Ｔｓ      …（２）
【００３４】
ところで、一般に揺動走査として機械操作方式のものを用いた３次元表示超音波診断装置では、モータ制御手段７によって振動子体揺動モータ４をいかに高精度に制御しても、超音波振動子体１を完全な揺動等角速度制御することはできず、ある時間Ｔにおける実際の振動子体揺動角速度Ｗ及びその結果である揺動走査角度θは図５（ａ）、（ｂ）に示すような関係となる。すなわち比較的安定的に等角速度を行っていると思われる期間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ４〜Ｔ５においても、揺動角速度の変化を示す特性線７０１の極値Ｗ１、Ｗ２付近である程度の変動をもって移動しており、揺動走査角度の変化を示す特性線７０２は期間Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ４〜Ｔ５において直線にはならない。
【００３５】
このような機械操作方式の３次元表示超音波診断装置において、現在の揺動角度情報に対する揺動角度時間補正手段１３による時間補正後の揺動角度の関係を表すと図６のようになる。図中の特性線８０１は現在の揺動角度情報であり、超音波振動子体１は特性線８０１に示すように変動を伴いながら揺動運動を続け、＃ｎフレームの近傍で揺動方向が反転している。一方、図中の特性線８０３は時間補正後の揺動角度情報であり、画像データを取得する約１フレーム分の時間遅れ量８０４をもって揺動角度時間補正手段１３から出力される。今、仮に特性線８０１に示す揺動角度情報を時間的に遅延させて特性線８０３に示す揺動角度情報を得る代わりに、揺動角度情報自体にオフセットを与えて時間補正をする場合を想定すると、揺動往路ＣＷにおいては特性線８０１に示す値からオフセット角度情報８０５を減じ、揺動復路ＣＣＷにおいては特性線８０１にオフセット角度情報８０５を加えるような演算を行うので、補正後の揺動角度情報は特性線８０２のようになる。特性線８０１に示す現在の揺動角度情報のうち、比較的大きな変動を伴う時刻Ｔ８の揺動角度情報に着目すると、時間補正によって得られる揺動角度情報と比較してオフセットを与えて時間補正を行ったものは補正誤差８０６が生じることになる。また、主断面走査面のｎフレーム目で特性線８０２に示す揺動角度情報は不連続となり、主断面走査面のｎ＋１フレーム目でも補正誤差が大きすぎるため、該主断面走査面の画像データは３次元画像構築に用いることはできない。すなわち揺動角度情報自体にオフセット角度情報を与えて時間補正に代えたとすると、揺動走査を反転させる位置の近傍位置での画像データを廃棄しなければならないため、３次元画像を構築することが可能な超音波振動子体１の揺動走査角度範囲が狭くなってしまう。
【００３６】
このことから明らかなように、本発明に係る超音波診断装置の一実施の形態においては、フレーム間フィルタ手段８を設け、さらに、このフレーム間フィルタ手段８のフィルタ処理による画像データのフレーム遅延時間分の揺動角度情報を時間方向に補正する揺動角度時間補正手段１３を設けているので、たとえ超音波振動子体１の揺動走査が完全には等角速度で行われなくとも、空間的により正しい位置に広角の３次元画像を構築することを可能にするとともに、３次元画像の高画質化が可能になる。また、揺動する超音波振動子体１の揺動往路と揺動復路とでそれぞれ画像データを取得して３次元画像を構築する場合でも、揺動角度情報を時間的に遅延させているので、揺動往路と揺動復路とで揺れることのない高画質の３次元画像を構築することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明によれば、フレーム間フィルタ手段を設け、さらに、このフレーム間フィルタ手段のフィルタ処理による画像データのフレーム遅延時間分の揺動角度情報を時間方向に補正する揺動角度時間補正手段を設けているので、たとえ超音波振動子体の揺動走査が完全には等角速度で行われなくとも、空間的により正しい位置に広角の３次元画像を構築することを可能にするとともに、３次元画像の高画質化が可能になるので超音波診断装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の一実施の形態の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態の揺動角度時間補正手段の詳細な構成を示すブロック図
【図３Ａ】本発明の一実施の形態のフレーム間フィルタ手段として用いるのに好適な１次ＩＩＲ型フィルタの詳細な構成を示すブロック図
【図３Ｂ】本発明の一実施の形態のフレーム間フィルタ手段として用いるのに好適なＦＩＲ型フィルタの詳細な構成を示すブロック図
【図４】本発明の一実施の形態の揺動角度検出手段として用いるのに好適なロータリエンコーダの概略構成及びその機能を説明するための図
【図５】本発明の一実施の形態の動作を説明するために、超音波振動子体揺動角速度及び超音波振動子体揺動走査角度と時間との関係を示した線図    （ａ）超音波振動子体揺動角速度と時間との関係を示した線図    （ｂ）超音波振動子体揺動走査角度と時間との関係を示した線図
【図６】本発明の一実施の形態の動作を説明するために、振動角度情報と時間との関係を示した線図
【図７】超音波診断装置において理想的超音波振動子体揺動角速度及び超音波振動子体揺動走査角度と時間との関係を示した線図    （ａ）理想的超音波振動子体揺動角速度と時間との関係を示した線図    （ｂ）超音波振動子体揺動走査角度と時間との関係を示した線図
【図８】本発明と同一の出願人により提案された超音波診断装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３９】
１  超音波振動子体
２  超音波振動子
３  超音波送信手段
４  振動子体揺動モータ（振動子体揺動手段）
５  揺動角度検出手段
６  回転伝達手段（振動子体揺動手段）
７  モータ制御手段（振動子体揺動手段）
８  フレーム間フィルタ手段
９  超音波受信手段
１０  主制御手段
１１  ３次元画像処理手段
１２  画像表示手段
１３  揺動角度時間補正手段
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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