(57)【要約】【課題】組織の運動方向に合わせてバイプレーンの最適な回転位置を設定する。【解決手段】バイプレーンである走査面セットは第１走査面Ｓ１及び第２走査面Ｓ２によって構成される。それぞれの走査面上においてフレーム間での相関処理により注目組織の運動成分が求められる。それらの運動成分により注目組織の移動方向が求められる。その移動方向に第１走査面が合致するように走査面セットが回転駆動される。これにより第１走査面に対応する断層画像上においては常に注目組織が断面として表示されることになる。【選択図】図１
2006006686.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに交差する第１走査面及び第２走査面で構成される走査面セットを形成するアレイ振動子と、
前記第１走査面の第１走査面データ及び前記第２走査面の第２走査面データに基づいて、注目組織の移動情報を演算する移動情報演算手段と、
前記走査面セットを回転させる回転機構を有し、前記注目組織の移動情報に基づいて、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で一方の走査面を前記注目組織の移動方向に合わせる位置決め手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記回転機構は、前記第１走査面と前記第２走査面とが交差する中心線の回りで前記走査面セットを回転させることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記アレイ振動子は超音波探触子内に設けられ、
前記回転機構は、前記超音波探触子内に設けられ、前記アレイ振動子を回転させる機構であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項２記載の装置において、
前記アレイ振動子は超音波探触子内に設けられ、
前記回転機構は、前記超音波探触子を回転させる機構であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の装置において、
前記超音波探触子を保持し、前記超音波探触子の位置を調整するアーム機構が設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記位置決め手段は、更に、前記注目組織の移動情報に基づいて、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で他方の走査面の位置を変更する手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記アレイ振動子は、二次元配列された複数の振動素子で構成され、
前記アレイ振動子をＸ方向に並んだ複数のＹ方向素子列として機能させるＸ方向走査用接続パターンと、前記アレイ振動子をＹ方向に並んだ複数のＸ方向素子列として機能させるＹ方向用接続パターンと、を切り換えるスイッチ回路が設けられ、
前記Ｘ方向走査用接続パターンの選択時に前記第１走査面が形成され、前記Ｙ方向走査用接続パターンの選択時に前記第２走査面が形成されることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
前記スイッチ回路は前記アレイ振動子と共に超音波探触子内に設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置において、
前記アレイ振動子はクロスリニアアレイ振動子であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
直交関係にある第１走査面及び第２走査面で構成される走査面セットを形成するアレイ振動子と、
前記第１走査面の第１走査面データ及び前記第２走査面の第２走査面データの内で少なくとも一方の走査面データに基づいて注目組織の移動情報を演算する移動情報演算手段と、
前記移動情報に基づいて、前記走査面セットの回転角度を演算する手段と、
前記回転角度を演算する手段の演算結果に基づいて、前記第１走査面と前記第２走査面とが交差する中心線の回りで前記走査面セットを回転させ、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で一方の走査面を前記注目組織の移動方向に合わせる回転機構と、
前記第１走査面データに基づいて第１断層画像を形成し、前記第２走査面データに基づいて第２断層画像を形成する画像形成部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の装置において、
前記回転角度を演算する手段は、
前記第１走査面データに基づいて前記第１走査面上における注目組織の運動成分を演算する手段と、
前記第２走査面データに基づいて前記第２走査面上における注目組織の運動成分を演算する手段と、
前記第１走査面上における注目組織の運動成分と前記第２走査面上における注目組織の運動成分とに基づいて前記走査面セットの回転角度を求める手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
直交関係にある第１走査面及び第２走査面で構成される走査面セットを形成するアレイ振動子と、
前記第１走査面を試行的に回転走査させた場合において、各回転角度ごとに第１走査面データに基づいて注目組織について計測を行う手段と、
前記各回転角度ごとの注目組織についての計測結果に基づいて前記走査面セットの適正回転角度を判定する手段と、
前記走査面セットを前記適正回転角度に位置決めし、これにより、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で一方の走査面を前記注目組織の横断面位置に位置決めし、且つ、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で他方の走査面を前記注目組織の縦断面位置に位置決めする手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、
前記計測結果は前記注目組織の軸長であることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の装置において、
前記計測結果は前記注目組織の面積であることを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関し、特に、互いに交差する複数の走査面を形成する超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイプレーンプローブは、第１走査面とそれに直交する第２走査面とを形成する超音波探触子である。例えば、従来のバイプレーンプローブ（例えば体腔内挿入型プローブ）は、プローブ軸方向に平行に形成された第１アレイ振動子と、プローブ軸と直交する方向に形成された第２アレイ振動子とを有する。第１アレイ振動子によって第１走査面が形成され、それにより得られた第１走査面データに基づいて第１断層画像が形成され、これと同様に、第２アレイ振動子によって第２走査面が形成され、それにより得られた第２走査面データに基づいて第２断層画像が形成される。それらの断層画像は同時表示され、注目組織が直交する二断面をもって観察される。１つの断層画像では、注目組織についてある平面内についての構造やサイズを観察できるが、その平面の前後方向について注目組織の構造やサイズを認識することはできない。上記のようなバイプレーン技術を利用することによって、もう１つの断層画像上において、注目組織の奥行き方向についても構造やサイズを観察できる。なお、各走査面は超音波ビームを電子走査することによって形成されるものであるが、超音波ビームが機械走査される場合もある。
【０００３】
超音波ビームを二次元走査してボリュームデータを取込み、これにより注目組織の三次元画像を形成することによって、注目組織について立体的な観察を行える。しかし、そのために２Ｄアレイ振動子を利用して極めて多くの送受信チャンネル（送信器、受信器）を用いて超音波の送受信を行うと、そのための電子回路の規模が膨大となる。よって、実用化までになお幾つかの問題が残されている。これに対し、上記のバイプレーン技術によれば、三次元画像を形成することはできないものの、注目組織を擬似的に三次元観察できるという利点がある。
【０００４】
以下の特許文献１には、互いに平行な複数の走査面を形成して三次元画像を構築する場合に、手振れなどに起因して各走査面間の生じる画像の位置ずれを解消するために、画像間で相関演算を行って画像相互を位置決めする技術が開示されている。しかし、バイプレーンあるいは運動組織への追従制御については記載されていない。なお、本願に関連する未公開の先願として、特願２００３−４２７４００号がある。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３３２１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、バイプレーン技術によって運動する注目組織（例えば心臓）の超音波診断を行う場合、注目組織の運動によって注目組織が２つの走査面から外れてしまうという問題がある。つまり、２つの走査面に対応する２つの断層画像のいずれにおいても、注目組織が表示されなくなり、あるいは、その表示が維持されていても目的部位以外しか観察できなくなる。その結果、バイプレーンを計測のために利用する場合、注目組織についての計測精度が低下する。一方、バイプレーンを注目組織の横断面位置及び縦断面位置に適正に位置決めすることが要望されている。
【０００７】
本発明の目的は、注目組織の運動方向に応じて互いに交差する複数の走査面を位置決めできるようにすることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、互いに交差する複数の走査面を注目組織の第１断面位置及び第２断面位置に適正に位置決めできるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、互いに交差する第１走査面及び第２走査面で構成される走査面セットを形成するアレイ振動子と、前記第１走査面の第１走査面データ及び前記第２走査面の第２走査面データに基づいて、注目組織の移動情報を演算する移動情報演算手段と、前記走査面セットを回転させる回転機構を有し、前記注目組織の移動情報に基づいて、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で一方の走査面を前記注目組織の移動方向に合わせる位置決め手段と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、互いに交差関係（望ましくは直交関係）にある第１走査面データ及び第２走査面データに基づいて注目組織の移動情報が演算される。ここで、注目組織は、画像化される組織全体であってもよいし、特定の組織部分であってもよい。移動情報は、少なくとも走査面セットの適正な回転角度を決定するために用いられる情報を含み、移動方向（移動角度）の情報であってもよいし、三次元ベクトル（三次元の移動方向と移動量を特定する情報）であってもよい。望ましくは、各走査面ごとに時間的に隣接するフレーム間において走査面データの相関演算などが実行され、これにより各走査面上における注目組織の移動成分（運動成分）が特定され、それらの移動成分から移動情報が演算される。もちろん、フレーム間相関演算の手法以外の手法を用いて移動情報を演算することも可能である。移動情報に基づいて走査面セット（望ましくは直交関係にあるバイプレーン）が回転駆動され、一方の走査面が注目組織の移動方向に適合される。仮に、注目組織が直線的な往復運動をするものであれば、走査面セットの位置は固定的となり、一方の走査面上において常に注目組織が観察されることになる。他方の走査面上においては、注目組織の運動位置に応じて、組織断面が現れる。これに関し、他方の走査面を注目組織の運動に合わせて揺動運動（傾斜運動）、平行運動などさせれば、他方の走査面上においても常に注目組織を観察することが可能となる。注目組織が非直線運動する場合には、リアルタイムで走査面セットの位置を更新するようにすれば、つまりリアルタイムで走査面セットの位置決めを行えば、少なくとも一方の走査面上において注目組織をトラッキングできる。位置決め手段は、電子的に走査面セットを回転させるものであってもよいが、より簡便には、機械的に走査面セットを回転させる機構を採用するのが望ましい。
【００１１】
上記構成を有する超音波診断装置を放射線治療装置と組み合わせて治療システムを構築することも可能であり、その場合には、超音波診断によって注目組織（治療ターゲット組織）を超音波画像として常に表示でき、あるいは、その注目組織の位置をリアルタイムに精度よく特定できる。
【００１２】
望ましくは、前記回転機構は、前記第１走査面と前記第２走査面とが交差する中心線の回りで前記走査面セットを回転させる。各走査面は矩形、扇状などの形態を有する。プローブの初期位置決め時に、送受波の中心線上に注目組織ができるだけ位置決めされるようにするのが望ましい。
【００１３】
望ましくは、前記アレイ振動子は超音波探触子内に設けられ、前記回転機構は、前記超音波探触子内に設けられ、前記アレイ振動子を回転させる機構である。この構成によれば、超音波探触子それ自体の姿勢を維持しつつ走査面セットを回転させることができる。超音波探触子は使用者によって把持され、あるいはロボットに保持される。
【００１４】
望ましくは、前記アレイ振動子は超音波探触子内に設けられ、前記回転機構は、前記超音波探触子を回転させる機構である。望ましくは、前記超音波探触子を保持し、前記超音波探触子の位置を調整するアーム機構が設けられる。回転機構はアーム機構の先端部に設けるのが望ましい。
【００１５】
望ましくは、前記位置決め手段は、更に、前記注目組織の移動情報に基づいて、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で他方の走査面の位置を変更する手段を含む。この構成によれば、注目組織の運動に合わせて他方の走査面の位置を追従制御することが可能となり、２つの断層画像上において注目組織を常に画像化することが可能となる。
【００１６】
望ましくは、前記アレイ振動子は、二次元配列された複数の振動素子で構成され、前記アレイ振動子をＸ方向に並んだ複数のＹ方向素子列として機能させるＸ方向走査用接続パターンと、前記アレイ振動子をＹ方向に並んだ複数のＸ方向素子列として機能させるＹ方向用接続パターンと、を切り換えるスイッチ回路が設けられ、前記Ｘ方向走査用接続パターンの選択時に前記第１走査面が形成され、前記Ｙ方向走査用接続パターンの選択時に前記第２走査面が形成される。
【００１７】
上記構成によれば、いわゆる２Ｄアレイ振動子を簡易的なバイプレーン用アレイ振動子として利用することが可能となる。つまり、２Ｄアレイ振動子をＸ方向に電子走査するための１Ｄアレイ振動子として機能させる場合と、２Ｄアレイ振動子をＹ方向に電子走査するための１Ｄアレイ振動子として機能させる場合とを選択できる。各振動素子列を構成する複数の振動素子を電気的に接続すれば送受信チャンネルのリダクションを図れる。
【００１８】
望ましくは、前記スイッチ回路は前記アレイ振動子と共に超音波探触子内に設けられる。超音波探触子内で複数の受信信号のグルーピング及び送信信号の分配が行えるので、プローブケーブル内を挿通する信号線の本数を著しく削減できる。
【００１９】
望ましくは、前記アレイ振動子はクロスリニアアレイ振動子である。第１走査面と第２走査面とは基本的に両者が中心線上でクロスする直交関係を有する。クロスリニアアレイ振動子を用いれば、注目組織を縦断面及びそれにクロスする横断面として観察することができる。
【００２０】
（２）本発明は、直交関係にある第１走査面及び第２走査面で構成される走査面セットを形成するアレイ振動子と、前記第１走査面の第１走査面データ及び前記第２走査面の第２走査面データの内で少なくとも一方の走査面データに基づいて注目組織の移動情報を演算する移動情報演算手段と、前記移動情報に基づいて、前記走査面セットの回転角度を演算する手段と、前記回転角度を演算する手段の演算結果に基づいて、前記第１走査面と前記第２走査面とが交差する中心線の回りで前記走査面セットを回転させ、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で一方の走査面を前記注目組織の移動方向に合わせる回転機構と、前記第１走査面データに基づいて第１断層画像を形成し、前記第２走査面データに基づいて第２断層画像を形成する画像形成部と、を含むことを特徴とする。
【００２１】
望ましくは、前記回転角度を演算する手段は、前記第１走査面データに基づいて前記第１走査面上における注目組織の移動成分を演算する手段と、前記第２走査面データに基づいて前記第２走査面上における注目組織の移動成分を演算する手段と、前記第１走査面上における注目組織の移動成分と前記第２走査面上における注目組織の移動成分とに基づいて前記走査面セットの回転角度を求める手段と、を含む。
【００２２】
（３）本発明は、直交関係にある第１走査面及び第２走査面で構成される走査面セットを形成するアレイ振動子と、前記第１走査面を試行的に回転走査させた場合において、各回転角度ごとに第１走査面データに基づいて注目組織について計測を行う手段と、前記各回転角度ごとの注目組織についての計測結果に基づいて前記走査面セットの適正回転角度を判定する手段と、前記走査面セットをその適正回転角度に位置決めし、これにより、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で一方の走査面を前記注目組織の横断面位置に位置決めし、且つ、前記第１走査面及び前記第２走査面の内で他方の走査面を前記注目組織の縦断面位置に位置決めする手段と、を含む。
【００２３】
上記構成によれば、走査面セットを構成する２つの走査面を注目組織の縦断面位置と横断面位置に自動的に且つ適正に位置決めできる。このため、注目組織のバイプレーン観察に当たってその便宜を図ることができ、また臓器の面積や体積などの計測を行う場合にその計測精度を向上できる。少なくとも第１走査面データに基づいて適正回転角度が求められるが、更に第２走査面データを用いるようにしてもよい。
【００２４】
望ましくは、前記計測結果は前記注目組織の軸長である。軸長は例えば注目組織の輪郭の直径あるいは所定方向のサイズとして定義される。望ましくは、前記計測結果は前記注目組織の面積である。注目組織を構成するピクセル数のカウントによって面積を求めることもできる。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば、注目組織の運動方向に応じて互いに交差する複数の走査面を位置決めできる。本発明によれば、互いに交差する複数の走査面を注目組織に対して適正に位置決めできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１には、本実施形態の原理が概念図として示されている。図１における（Ａ）及び（Ｂ）は中心線上で直交する２つの走査面を表しており、それらの２つの走査面によって走査面セット（バイプレーン）が構成されている。（Ａ）にはその走査面セットを回転させる前の初期状態が示されており、（Ｂ）にはその走査面セットを注目組織の運動方向に合わせて回転させた後の適合状態が示されている。
【００２８】
（Ａ）において、走査面Ｓ１と走査面Ｓ２は同時に又は時分割で交互に形成されるものであって、それらは中心軸上において互いに９０度の角度をもって交差している。なお、（Ａ）及び（Ｂ）に示される図は、例えば送受波原点から深さ方向に観察した２つの走査面Ｓ１，Ｓ２を表している（走査面セットは十字形に現れている）。注目組織Ｔは運動臓器であって、その注目組織の運動方向がベクトルＭとして表されている。ここでは説明のために注目組織Ｔが直線的に往復運動をする場合を想定している。
【００２９】
注目組織Ｔがある一定時間後に符号Ｔ’として示される位置に移動した場合、（Ａ）に示す状態では、走査面Ｓ１及び走査面Ｓ２のいずれにおいても注目組織は観察できなくなってしまう。そこで、本実施形態においては、注目組織の運動方向（運動角度）を判定し、その運動方向に一方の走査面（ここでは走査面Ｓ１）を合わせることにより、上記の問題に対処している。すなわち、注目組織の運動方向Ｍが特定されると、走査面セットそれ全体がその運動方向に相当する角度分だけ回転駆動される。その状態が（Ｂ）に示されている。ここでは、２つの走査面Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ回転後の状態においてＳ１’Ｓ２’として表されている。回転角度はθaで表されている。
【００３０】
このように、走査面セットの全体を必要な角度だけ回転させれば、一方の走査面Ｓ１’上において常に注目組織をその運動位置に関わらず断面（運動方向を含む断面）として観察することができるようになり、その結果、いずれの断層画像上においても注目組織を観察できなくなってしまう問題を解消できる。また、例えば超音波診断装置と放射線治療装置とを組み合わせて治療システムを構成した場合において、注目組織の運動をより正確に把握することができるので、治療用の放射線の照射先を精度良く特定できるという利点がある。ちなみに、（Ｂ）に示す状態において、他方の走査面Ｓ２’上においては時相に応じて注目組織の断面（その運動方向と直交する断面）が間欠的に現れることになる。なお、その走査面Ｓ２’上においても常に注目組織をトラッキングさせたい場合には注目組織の運動に合わせて走査面Ｓ２’を揺動運動あるいは平行運動させるようにすればよい。この場合においては、注目組織の運動情報として、運動方位（角度）の他に当該方向における運動量の情報を特定すればよい。
【００３１】
ちなみに、２つの走査面はそれぞれ超音波ビームの電子走査によって形成され、その電子走査方式としては電子セクタ走査、電子リニア走査などをあげることができる。この場合において、それらの走査面を形成するために、後述するようなクロスリニアアレイ振動子を用いることができ、あるいは２Ｄアレイ振動子を用いることができる。走査面セットの回転を行うための機構あるいは手段に関しては後に説明する。
【００３２】
図２には、本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。送受波機構１０は、図２に示される構成例において、アレイ振動子１２と位置決め機構１４とを有している。アレイ振動子１２はクロスリニアアレイ振動子あるいは２Ｄアレイ振動子などであって、そのアレイ振動子１２によって図２に示されるように第１走査面Ｓ１及び第２走査面Ｓ２が形成される。ここでそれらの２つの走査面Ｓ１，Ｓ２によって走査面セットが構成され、その走査面セットは中心軸上で回転駆動され、その回転方向がθで表されている。
【００３３】
第１走査面Ｓ１はφ1方向に超音波ビームを走査することによって形成され、これと同様に、第２走査面Ｓ２はφ2方向に超音波ビームを電子走査することによって形成される。Ｘ−Ｙ−Ｚは送受波空間としての三次元空間を表している。なお、電子的な偏向制御を適用して、必要に応じて、第１走査面Ｓ１をφ2方向に傾斜させ、あるいは、第２走査面Ｓ２をφ1方向に傾斜させるようにしてもよい。図１では、両走査面が傾斜角度ゼロで直交している（つまり各走査面の中心線が合致している）状態が示されている。
【００３４】
位置決め機構１４は、上述したように、注目組織の運動方向に合わせて走査面セットを位置決めするための機構であり、その位置決め機構１４としては多様な構成例をあげることができる。例えば、アレイ振動子１２を超音波探触子内で回転させる機構、アレイ振動子１２を備えた超音波探触子それ自体を回転させる機構などをあげることができる。これについては後に図３及び図５などを用いて詳述する。
【００３５】
送信部１６は、送信ビームフォーマーとして機能するものであり、図２に示す例では、２つの走査面Ｓ１，Ｓ２に対応して２つの送信器１８Ａ，１８Ｂが示されている。ただし、単一の送信器を時分割動作させることによって２つの走査面Ｓ１，Ｓ２を形成することも可能である。
【００３６】
受信部２０は受信ビームフォーマーとして機能する。図２に示す例では２つの走査面Ｓ１，Ｓ２に対応して２つの受信器２２Ａ，２２Ｂが示されているが、もちろん単一の受信器を時分割動作させるようにしてもよい。いずれにしても、送信部１６及び受信部２０の作用によって２つの走査面Ｓ１，Ｓ２が同時あるいは交互に形成されることになる。ここで、各走査面は超音波ビームの電子走査によって形成される。
【００３７】
画像形成部２４は、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）などを有し、走査面を構成する複数のビームデータに基づいて断層画像を形成する機能を有する。図２に示す例では、２つの走査面Ｓ１，Ｓ２に対応して２つの画像形成器２６Ａ，２６Ｂが表されているが、もちろん単一の画像形成器を時分割動作させることによって、２つの走査面Ｓ１，Ｓ２に対応する２つの断層画像（Ｂモード画像）を時分割で形成するようにしてもよい。なお、二次元カラードプラ画像が白黒断層画像上に合成されたカラーフローマッピング画像を形成することもできる。
【００３８】
２つの断層画像のデータは表示処理部２８に送られ、その表示処理部２８によって合成処理などが実行された後、それらの画像データは表示部３０に送られる。表示部３０においては、いわゆる２画面同時表示モードにおいて、２つの断層画像が並列的に表示されることになる。主制御部４２は、本装置内の各構成の動作制御を行っている。その主制御部４２には操作パネルなどによって構成される入力部４４が接続されている。
【００３９】
位置決め情報演算部３２は、上述した走査面セットを回転するための参照情報を演算する手段である。本実施形態において、位置決め情報演算部３２は、第１ベクトル演算部３４、第２ベクトル演算部３６及び合成演算部３８を有している。この位置決め情報演算部３２は、ハードウエアとして構成することもできるし、ソフトウエアの機能として実現することもできる。
【００４０】
第１ベクトル演算部３４は、第１走査面Ｓ１について、フレーム間において走査面データの相関演算を実行し、これによって第１走査面Ｓ１上における組織の移動ベクトル（移動成分）を演算する。これと同様に、第２ベクトル演算部３６は、第２走査面Ｓ２について、フレーム間において走査面データの相関演算を実行し、これにより第２走査面Ｓ２上における組織の移動ベクトル（移動成分）を演算する。なお、走査面データは、送受波フレーム（走査面）を構成する複数のビームデータによって構成されてもよいが、座標変換後の断層画像データであるのが望ましい。
【００４１】
２つの走査面Ｓ１，Ｓ２については、本実施形態において常に直交関係が維持されている。各走査面Ｓ１，Ｓ２上において二次元の移動ベクトルが特定されると、それらの移動ベクトルに基づいて組織の三次元移動ベクトルを演算することが可能となる。それを行うのが合成演算部３８である。ただし、単に走査面セットを回転させるだけのモードが採用される場合には、三次元移動ベクトルを実際に演算する必要はなく、組織の移動方向すなわち回転角度の情報を演算するだけでよい。位置決め情報演算部３２によって演算された位置決め情報すなわち少なくとも回転角度を含む情報は位置決め制御部４０に送られる。位置決め制御部４０は送受波機構１０に搭載された位置決め機構１４の動作を制御しており、入力される情報に基づいて走査面セットの回転角度を設定する。つまり、走査面セットを回転させて、図１の（Ａ）に示した状態から（Ｂ）に示した状態へ移行させる。この結果、組織の運動方向に一方の走査面（第１走査面Ｓ１）が適合し、注目組織の運動（特に直線的な往復運動）はその一方の走査面上において観察される。したがって、表示部３０上において２つの断層画像を表示させた場合には、少なくとも一方の断層画像上において常に注目組織の断面が現れることになる。この場合に、上述したように更に他方の走査面についても注目組織の運動に合わせたトラッキング制御を適応すれば、表示部３０における他方の断層画像上においても常に注目組織の断面を連続的に表示させることが可能となる。
【００４２】
図３には、図２に示した送受波機構１０の構成例が示されている。図３に示す例では、プローブ（超音波探触子）４６内にクロスリニアアレイ振動子４８が設けられている。このクロスリニアアレイ振動子４８は、第１方向に直線配列された複数の振動素子からなる第１アレイと、それに直交する第２方向に直線配列された複数の振動素子からなる第２アレイとによって構成されるものである。すなわち、通常の１Ｄアレイ振動子を直交関係をもって組み合わせ配置したものに相当する。プローブ４６には回転駆動部５０が連結されており、この回転駆動部５０は図示されていないアーム機構などに固定されている。回転駆動部５０はプローブ４６それ自体を回転駆動する機構であり、プローブ４６が回転すると、それに伴って走査面セットも回転する。
【００４３】
図４には、図３に示した送受波機構を備えるシステムの構成例が示されている。このシステムは、超音波診断装置本体５４とスキャナ装置５２とを有するものである。ここでは、ベット６０上に患者である被検体が載置される。スキャナ装置５２はベースユニット５３とアーム機構５８とを備えている。アーム機構５８はその基端部側がベースユニット５３に連結されており、その先端部の三次元位置及び姿勢を自在に設定することが可能である。すなわち、アーム機構５８は多関節ロボットとして構成されており、各関節部にはエンコーダなどの角度検出器（図示せず）が設けられている。アーム機構５８の先端部には図３に示した回転駆動部５０及びプローブ４６が搭載されている。図示されていない被検体に対してプローブ４６を当接した状態において回転駆動部５０を動作させれば、プローブ４６自体を回転させて走査面セットを回転させることができる。この場合においては、アーム機構５８によってプローブ４６の当接状態が適正に維持されるように押圧力の制御などを行うのが望ましく、あるいは、プローブ４６の回転運動をより円滑にさせるためにプローブ４６と生体表面との間に媒体層（水袋など）を設けるようにしてもよい。
【００４４】
図５には、図２に示した送受波機構１０の他の構成例が示されている。図５に示す例においては、プローブ内に２Ｄアレイ振動子６２及び回転駆動部６４が設けられている。２Ｄアレイ振動子６２は二次元配列された複数の振動素子によって構成されるものであり、本実施形態においてはその２Ｄアレイ振動子６２によってバイプレーンである２つの走査面Ｓ１，Ｓ２が形成される。回転駆動部６４はプローブ内において固定されており、その駆動力は回転軸６６によって２Ｄアレイ振動子６２に伝達される。その結果、２Ｄアレイ振動子６２の回転角度を自在に設定することが可能となる。
【００４５】
図６には、２Ｄアレイ振動子６２を用いてスイッチングによりバイプレーンを形成する技術が示されている。
【００４６】
２Ｄアレイ振動子６２はここでは発明説明のために４×４個の振動素子６２ａによって構成されている。つまり、ｘ方向及びｙ方向に同数の振動素子６２ａが整列している。ただし、実際には２Ｄアレイ振動子６２は多くの（例えば数千個の）振動素子６２ａによって構成される。各振動素子６２ａごとに素子ライン６４が接続されており、それらによって素子ラインアレイ６３が構成されている。一方、この例では４つのスイッチアレイ６８が設けられており、それらによってシグナルラインアレイ６６が構成されている。シグナルラインアレイ６６と素子ラインアレイ６４との間におけるスイッチング（結線）を行うためスイッチアレイ（スイッチ回路）６８が設けられている。具体的には、図示される例において、４×４個のスイッチ７０によってスイッチアレイ６８が構成されている。
【００４７】
各スイッチアレイ６８はプローブ内で途中から分岐されて２つの支線６８Ａ，６８Ｂが構成されている。４つの支線６８Ａがｙ方向の４つの位置に導かれており、４つの支線６８Ｂがｘ方向の４つの位置に導かれている。上記の各スイッチ７０は、自己よりも支線６８Ａ側（上流側）のｙ方向連結用端子（白丸記号）及び支線６８Ｂ側（上流側）のｘ方向連結用端子（グレーの丸記号）を選択するものである。その動きが図中において矢印で示されている。このような構成により、各スイッチ７０においてｘ方向連結用の端子（白丸記号）が選択されると、ハッチング７２で示されるように、ｙ方向の各位置において、ｘ方向に並んだ４つの振動素子６２ａが電気的に接続されることになる。その結果、見かけ上、ｙ方向を電子走査方向とする１Ｄアレイ振動子が構成される。一方、各スイッチ７０において、ｙ方向連結用の端子（グレーの丸記号）が選択されると、ハッチング７４で示されるように、ｘ方向の各位置において、ｙ方向に並んだ４つの振動素子６２ａが電気的に接続されることになる。その結果、見かけ上、ｘ方向を電子走査方向とする１Ｄアレイ振動子が構成される。
【００４８】
このように２Ｄアレイ振動子６２が多数の振動素子６２ａによって構成される場合であっても、スイッチアレイ６８によって複数の振動素子についてグルーピングを行うことにより、バイプレーンに対応する２つの直交する１Ｄアレイ振動子を選択的に構築することができ、その結果、各走査面を形成する際に必要となるシグナルラインの本数を著しく削減することが可能となる。図６に示す例では、１６個振動素子６２ａに対して４つのスイッチアレイ６８だけを用いてそれらを駆動することが可能となる。
【００４９】
したがって、２Ｄアレイ振動子を用いてバイプレーンを構成する場合には図６に示すような回路構成を採用するのが望ましく、そのような構成によれば、プローブケーブル内における信号線の本数を著しく削減でき、同時に、送受信で必要となる送信器及び受信器の個数を著しく削減できるという利点がある。
【００５０】
ちなみに、電気的に相互接続される振動素子間において、電子的に遅延量の設定を行うこともできる。その場合にはプローブ内にサブディレイ回路を設けるようにすればよい。すなわち、メインディレイ処理を装置本体側において実現し、サブディレイ処理をプローブ内で実現するものである。ちなみに、スイッチアレイ６８の構成例としては各種の回路構成を採用することができる。また、プローブ内にサブディレイ回路とメインディレイ回路を設け、サブディレイ処理とメインディレイ処理をプローブ内で行うようにすることもできる。
【００５１】
図７には、図５及び図６に示した構成を備えたプローブ７２が示されている。このプローブ７２は使用者によって把持されるものであってもよいし、図４に示したようなスキャナ装置５２によって保持されてもよい。ケース７４の下面７２Ａは送受波面であり、ケース７４内には２Ｄアレイ振動子６２が設けられている。ケース７４の先端側には媒質層７８が形成されており、具体的には隔壁７６の下方側が媒質層７８となっている。その媒質層７８には、純水あるいはひまし油など媒体が充填されている。
【００５２】
２Ｄアレイ振動子６２には回転軸６６の一端側が連結されており、その他端側は回転駆動部としてのモータ６４に連結されている。モータ６４には角度検出器８０が設けられており、回転角度が検出されている。ケース７４内には電子回路８２が設けられ、この電子回路８２は図６に示したようなスイッチアレイ６８を備えている。
【００５３】
符号８４は回転規制機構を表している。回転軸６６には、それに直交する方向に伸びたアーム８６が設けられており、そのアーム８６は回転軸６６と一体的に回転運動する。そのアーム８６の可動範囲における一端側にはリミットスイッチＬＳＷ１が設けられ、他端側にはリミットスイッチＬＳＷ２が設けられている。すなわちアーム８６がいずれかのリミットスイッチに到達すると、回転規制が行われることになる。ここで２つのリミットスイッチは９０度の角度間隔をもって配置されており、その９０度の角度範囲内において２Ｄアレイ振動子６２を回転駆動することができる。もちろん、そのような回転角度範囲については必要に応じた大きさで設定することが可能である。いずれにしても、装置本体側においてモータ６４の動作を制御することにより、２Ｄアレイ振動子６２によって形成される走査面セットを組織の運動方向に適切に合致させることが可能となる。
【００５４】
次に、図８〜図１０を用いて組織の運動情報の演算について説明する。図８における（Ａ）にはＸ−Ｙ面上における注目組織の運動が表されている。同様に、（Ｂ）にはＹ−Ｚ面上における注目組織の運動が表されている。ここで、Ｔは注目組織の運動前の状態を表しており、Ｔ’は注目組織の運動後の状態を表している。Ｐは運動前における注目組織の重心あるいは中心点を表しており、Ｐ’は運動後における注目組織の重心あるいは中心点を表している。図８に示されるように、Ｘ−Ｙ面上及びＹ−Ｚ面上において、フレーム間相関演算法を用いて、二次元の運動ベクトルを特定することができ、それらを併せて三次元の運動成分（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）を特定することができる。それらは三次元ベクトルに相当するものである。
【００５５】
走査面セットを単に回転させるだけの場合には、図９に示されるように、上記で特定された運動成分の内でΔＸ及びΔＺを利用し、組織の運動方向の角度θaを容易に演算することが可能となる。図１０には、運動後の組織の重心あるいは中心を表す三次元ベクトルＭが表されている。符号１００は、送受波原点Ｏを通過するＹ軸である。符号１００’は、三次元ベクトルＭによって特定される点と送受波原点Ｏとを結ぶラインである。このような幾何学的関係において、三次元ベクトルをＸ−Ｚ平面に投影した角度として回転角度θaが特定される。また、ライン１００’とライン１００との交差角度φaが特定される。走査面セットを回転角度θaだけ回転させると、三次元ベクトルＭが一方の走査面に合致する。組織が三次元ベクトルＭの方向で直線往復運動をしていることを前提とすると、その一方の走査面上において注目組織の一方断面が常に観測される。そして、その一方の走査面に直交する他方の走査面を垂直状態から角度φaだけ傾斜させれば（注目組織の運動に追従させて角度φaを動的に可変すれば）、注目組織の運動にかかわらず、他方の走査面上において注目組織の他方断面を常に観測できる。
【００５６】
次に、図１１を用いて図２に示した装置の動作例について説明する。Ｓ１０１では、２画面表示モードが選択され、各走査面上において超音波ビームの電子走査が開始される。Ｓ１０２では、ユーザーによりあるいはスキャナ装置の制御により、初期位置決めとして、プローブが注目組織に対して適正に位置決めされる。この状態においてはプローブ中心軸ができる限り組織の中心あるいは組織運動の中心を通過するように、プローブの位置及び姿勢を決定するのが望ましい。なお、この段階で、２つの走査面に対応する２つの断層画像の一方又は両方に注目組織をカバーする関心領域をユーザー設定させ、その関心領域内において後述する相関演算を行わせるようにしてもよい。
【００５７】
Ｓ１０３では、各走査面上においてフレーム間で走査面データを用いて相関演算が実行され、上述したような演算原理にしたがって回転角度θaが計算される。ちなみに相関演算はスキャンコンバート後における２つの画像フレームデータ間において実行されるが、スキャンコンバート前の送受波フレームデータ間において実行することも可能である。Ｓ１０４では、走査面セットすなわちバイプレーンが回転駆動され、上記で特定された回転角度θaに相当する位置に走査面セットが位置決めされる。Ｓ１０５ではその後においても継続的に走査面セットの位置決めを行うか否かが判断される。継続的にその位置決めを行えば、注目組織が非直線的な運動をする場合であっても、一方の断層画像上に常に注目組織をリアルタイム表示することが可能となる。
【００５８】
したがって、以上のような動作を行えば、注目組織の運動に合わせて走査面セットの回転角度を適正に設定して、その結果として、少なくとも一方の断層画像上において常に注目組織の断面を観察することが可能となり、また組織の運動をより正確にトラッキングすることが可能となる。
【００５９】
図１２には、走査面セットの回転を行うと共に、他方の走査面を注目組織の運動に追従させて動的に傾斜運動させる実施形態がフローチャートとして示されている。
【００６０】
Ｓ２０１及びＳ２０２では、図１１に示したＳ１０１及びＳ１０２と同様の工程が実行される。Ｓ２０３では、上述した原理に基づいて三次元移動ベクトルが計算される。そして、Ｓ２０４では走査面セットが回転され、さらに他方の走査面である運動方向に直交する走査面が注目組織に合わせて傾斜制御される。そしてＳ２０５においてはリアルタイムで上記の制御を実行するか否かが判断される。
【００６１】
このような実施形態によれば、２つの断層画像を表示させた場合において、一方の断層画像上において注目組織を常時表示させることができ、特に、断層画像上において注目組織の運動を表現でき、他方の断層画像においても注目組織の断面を常時表示させることが可能となる。なお、それぞれの断層画像上に他の断層画像の位置を表すライン状のマーカーを表示するのが望ましい。
【００６２】
次に、図１３〜図１７を用いて更に他の実施形態について説明する。
【００６３】
図１３には、直交する第１走査面及び第２走査面に対応する２つの断層画像が示されている。ここで、（Ａ）に示す断層画像上においては例えば心臓の短軸断層像が示されており、（Ｂ）には心臓の長軸断層像が示されている。この例では、（Ａ）に示す短軸断層像上において心臓の内腔が楕円近似される。その楕円が符号１０２によって表されている。このような図形近似は公知の手法を用いて行うことができ、例えばエッジ検出による輪郭抽出及び楕円パターンフィッティングなどの手法を適用することができる。その楕円１０２について水平軸１０４の長さが演算される。この水平軸は送受波の中心軸に直交する軸である。走査面セットを一定角度ピッチΔθで順次回転させつつ、各回転位置において楕円１０２を特定すると共に、その水平軸１０４の長さを演算すれば、水平軸１０４の長さが最も小さくなった角度位置を適正角度として特定することが可能となる。つまり、図１４に示されるように、短軸像を取得するための走査面が心腔に対して斜めに傾くと、楕円１０２における水平軸１０４の長さが増大することになるため、そのような水平軸１０４の長さの変動をもって適正な回転角度を特定するものである。短軸断層像が適正に設定されれば、それと直交する長軸断層像も適正に形成されることになる。
【００６４】
この実施形態においては、図２に示した位置決め情報演算部３２に代えて、各フレームについて楕円近似及び水平軸長演算を実行し、また最小の水平軸長を特定することによってその時の回転角度を特定する演算処理部が設けられる。また、位置決め制御部４０が回転試行制御及び最終的な回転角度位置決め制御を実行する。それ以外の構成は基本的に図２に示した構成を採用しうる。
【００６５】
以上の手法をフローチャートとして表したのが図１５である。Ｓ３０１及びＳ３０２では、上記のＳ１０１及びＳ１０２と同様の工程が実行される。Ｓ３０３では、プローブあるいは走査面セットが一定の角度ピッチΔθだけ回転される。Ｓ３０４では、その回転角度位置において形成された断層画像上においてここでは短軸断層像とみなされる画像において近似楕円が設定される。
【００６６】
そして、Ｓ３０５では、その画像上において水平軸の長さが計算される。Ｓ３０６では、一定の角度範囲±α°（例えば±４５°）にわたって走査面セットの回転走査がなされたか否かが判断され、なされていなければＳ３０３からの工程が繰り返し実行される。そして、Ｓ３０７では、最小の水平軸長となる角度θaが判定され、Ｓ３０８では当該角度θaに走査面セットの角度位置が設定されることになる。Ｓ３０９ではこの工程を更に繰り返し実行させるか否かが判断される。
【００６７】
上記の手法は、例えば図１６に示すような血管の２画面同時表示の場合においても適用することができる。すなわち図１６の（Ａ）には血管１０６についての横断面像が示されており、（Ｂ）には血管１０６についての縦断面像が示されている。このような表示に際して一定の角度ピッチをもって走査面セットを徐々に回転させつつ、各回転角度位置において例えば横断面に相当する画像上において血管内腔の面積（例えばピクセル数）を計算すれば、最も面積の小さい角度位置として適正角度を判定することが可能となる。
【００６８】
図１７には、以上説明した手法がフローチャートとして示されている。Ｓ４０１及びＳ４０２では、上記のＳ１０１及びＳ１０２と同様の工程が実行される。Ｓ４０３ではプローブあるいは走査面セットが一定の角度ピッチΔθだけ回転される。そして、Ｓ４０４では、その状態において横断面に相当する画像について血管面積が計算される。そして、Ｓ４０５において一定の角度範囲±β°（例えば±４５°）にわたって上記の工程が実行されたか否かが判断され、完了していなければＳ４０３からの各工程が繰り返し実行される。
【００６９】
Ｓ４０６では、以上のように各角度位置において計算された血管面積の中で最小面積となる角度θaが判定され、Ｓ４０７においては当該角度θaに走査面セットが位置決めされることになる。Ｓ４０８ではこの処理を続行させるか否かが判断されている。
【００７０】
この実施形態においては、図２に示した位置決め情報演算部３２に代えて、各フレームについて血管面積の演算を実行し、また最小の血管面積を特定することによってその時の回転角度を特定する演算処理部が設けられる。また、位置決め制御部４０が回転試行制御及び最終的な回転角度位置決め制御を実行する。それ以外の構成は基本的に図２に示した構成を採用しうる。
【００７１】
よって、図１３〜図１７に示した実施形態によれば、走査面セット（あるいは一方の走査面）を回転走査させ、各角度位置において軸長あるいは面積などの物理量の定量を行うことにより、その物理量のプロファイルあるいは物理量の相対比較から最も最適な回転角度を見出すことができ、当該回転角度に走査面セットを位置決めすれば、対象臓器について正確な断面及びそれに直交する断面を画像として形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】走査面セットの回転により一方の走査面を注目組織の運動方向に合わせる方法を説明するための図である。
【図２】本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】プローブを回転駆動させる機構を表す図である。
【図４】スキャナ装置の構成を説明するための図である。
【図５】２Ｄアレイ振動子を回転駆動させる構成を示す図である。
【図６】スイッチアレイの構造及びその差異を説明するための図である。
【図７】本実施形態に係るプローブの構成を示す断面図である。
【図８】第１走査面及び第２走査面上における注目組織の運動を説明するための図である。
【図９】注目組織の運動方向を表す角度の演算を説明するための図である。
【図１０】三次元移動ベクトルの演算を説明するための図である。
【図１１】本実施形態に係る装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】本実施形態に係る装置の他の動作例を説明するためのフローチャートである。
【図１３】心臓についての短軸断層像及び長軸断層像を示す図である。
【図１４】近似楕円と水平軸の長さを示す図である。
【図１５】走査面セットを回転走査させて最適な回転角度を求める実施形態を説明するためのフローチャートである。
【図１６】血管の横断面及び縦断面を示す図である。
【図１７】走査面セットを回転走査させて適正な回転角度を求める他の実施形態を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００７３】
１０  送受波機構、１２  アレイ振動子、１４  位置決め機構、１６  送信部、２０  受信部、２４  画像形成部、２８  表示処理部、３２  位置決め情報演算部、４０  位置決め制御部、４２  主制御部、４６  プローブ、４８  クロスリニアアレイ振動子、５０  回転駆動部、５２  スキャナ装置、５８  アーム機構、６２  ２Ｄアレイ振動子、６４  回転駆動部。
【図１】
2006006686.tif 000003
【図２】
2006006686.tif 000004
【図３】
2006006686.tif 000005
【図４】
2006006686.tif 000006
【図５】
2006006686.tif 000007
【図６】
2006006686.tif 000008
【図７】
2006006686.tif 000009
【図８】
2006006686.tif 000010
【図９】
2006006686.tif 000011
【図１０】
2006006686.tif 000012
【図１１】
2006006686.tif 000013
【図１２】
2006006686.tif 000014
【図１３】
2006006686.tif 000015
【図１４】
2006006686.tif 000016
【図１５】
2006006686.tif 000017
【図１６】
2006006686.tif 000018
【図１７】
2006006686.tif 000019