(57)【要約】【課題】電子的走査と機械的走査を組み合わせて得られる三次元画像における画像の不連続性を低減する。【解決手段】左側走査領域Ｌ内でＬ１−１〜Ｌ１−９の９本の送信ビームが次々に形成され、続いて、右側走査領域Ｒ内でＲ１−１〜Ｒ１−９の９本の送信ビームが次々に形成される。その際に、左側走査領域Ｌ内のＬ１−１から右側走査領域Ｒ内のＲ１−９まで、一定のパルス繰り返し周期で送信ビームが次々に形成される。こうして、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒからなる走査面の全域に亘って、Ｌ１−１からＲ１−９まで送信ビームが走査されてフレーム１が形成される。走査面の全域に亘って一様な走査が実現されるため、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒの境界における画像の不連続性を低減することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受する複数の振動素子と、
複数の振動素子を電子的に制御することにより超音波ビームを走査して走査面を形成する走査部と、
複数の振動素子を機械的に駆動することにより走査面を移動させる駆動部と、
複数の振動素子から得られる信号を処理することにより超音波ビームに沿った受信信号を得る受信処理部と、
受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する画像形成部と、
を有し、
前記走査部は、複数の走査領域に分割される走査面内において、複数の走査領域に亘って一連の制御パターンで超音波ビームを次々に形成し、当該一連の制御パターンを繰り返すことにより、複数の走査領域に対応した複数の超音波ビームを並列的に走査する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記走査部は、複数の走査領域に亘って一定の繰り返し周期で超音波ビームを次々に形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記走査部は、左側走査領域と右側走査領域の２つの走査領域に分割される走査面内において、左側走査領域内の走査開始位置から右側走査領域内の走査終了位置まで一定の繰り返し周期で超音波の送信ビームを次々に形成する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記走査部は、第Ｎ時相（Ｎは自然数）の右側走査領域において送信ビームを次々に形成しつつ第Ｎ＋１時相の左側走査領域において送信ビームを次々に形成することにより、左側走査領域と右側走査領域に対応した２本の送信ビームを並列的に走査する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項４に記載の超音波診断装置において、
前記走査部は、前記駆動部による機械的な駆動に応じて次々に決定される走査開始タイミングに従って次々に各時相の走査を開始する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に超音波の送受信処理に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置では、例えば三次元の超音波画像の形成などにおいて、フレームレートの向上が要求される。フレームレートを向上させるために、１回の送信で複数の送信ビームを形成する多方向同時送信と呼ばれる技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
多方向同時送信では、例えば１つのフレームを右側領域と左側領域に分割し、右側領域と左側領域の両方向に同時に送信ビームを形成して各方向ごとに受信ビームを形成する。そして、右側領域と左側領域から得られる受信信号に基づいて、１つのフレームの超音波画像が形成される。
【０００４】
このように、多方向同時送信では、１つのフレームが複数の領域に分割されるため、１つのフレームの超音波画像を形成した場合に、複数の領域間における画像の不連続性が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５５０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、多方向同時送信における画像の不連続性を低減する技術について研究開発を重ねてきた。特に、振動子の電子的な制御による多方向同時送信と振動子の機械的な駆動とを組み合わせた三次元画像における画像の不連続性に注目した。
【０００７】
本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、電子的走査と機械的走査を組み合わせて得られる三次元画像における画像の不連続性を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受する複数の振動素子と、複数の振動素子を電子的に制御することにより超音波ビームを走査して走査面を形成する走査部と、複数の振動素子を機械的に駆動することにより走査面を移動させる駆動部と、複数の振動素子から得られる信号を処理することにより超音波ビームに沿った受信信号を得る受信処理部と、受信信号に基づいて超音波画像の画像データを形成する画像形成部と、を有し、前記走査部は、複数の走査領域に分割される走査面内において、複数の走査領域に亘って一連の制御パターンで超音波ビームを次々に形成し、当該一連の制御パターンを繰り返すことにより、複数の走査領域に対応した複数の超音波ビームを並列的に走査する、ことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、複数の走査領域に亘って一連の制御パターンで超音波ビームが次々に形成されるため、例えば、各走査領域ごとに個別の制御パターンで超音波ビームを形成する場合に比べて、複数の走査領域間における超音波ビームの一様性が高まり走査面内における画像の不連続性を低減することができる。
【００１０】
望ましい具体例において、前記走査部は、複数の走査領域に亘って一定の繰り返し周期で超音波ビームを次々に形成する、ことを特徴とする。
【００１１】
望ましい具体例において、前記走査部は、左側走査領域と右側走査領域の２つの走査領域に分割される走査面内において、左側走査領域内の走査開始位置から右側走査領域内の走査終了位置まで一定の繰り返し周期で超音波の送信ビームを次々に形成する、ことを特徴とする。
【００１２】
望ましい具体例において、前記走査部は、第Ｎ時相（Ｎは自然数）の右側走査領域において送信ビームを次々に形成しつつ第Ｎ＋１時相の左側走査領域において送信ビームを次々に形成することにより、左側走査領域と右側走査領域に対応した２本の送信ビームを並列的に走査する、ことを特徴とする。
【００１３】
望ましい具体例において、前記走査部は、前記駆動部による機械的な駆動に応じて次々に決定される走査開始タイミングに従って次々に各時相の走査を開始する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、電子的走査と機械的走査を組み合わせて得られる三次元画像における画像の不連続性が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。
【図２】図１の超音波診断装置による超音波ビームの走査を示す図である。
【図３】図１の超音波診断装置における走査制御を説明するための図である。
【図４】電子走査開始のトリガを説明するための図である。
【図５】走査制御に関する比較例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１７】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す図である。振動素子列１０は、複数の振動素子を１次元的に並べたアレイ振動子である。振動素子列１０は、例えば、コンベックスアレイ型の配列であることが好適であるものの、リニアアレイ型の配列であってもよい。
【００１８】
送信ビームフォーマ（送信ＢＦ）２０は、振動素子列１０に含まれる複数の振動素子を電子的に制御することにより、送信ビームを形成して送信ビームを走査する。つまり、走査面内において複数の送信ビームが次々に形成される。
【００１９】
駆動部３０は、振動素子列１０を機械的に駆動することにより、電子的な制御で形成される走査面を移動させる。駆動部３０は、例えば、モータ等の駆動系からギアやベルト等の伝達系を介して得られる駆動力を利用して振動素子列１０を揺動する。
【００２０】
送信ビームフォーマ２０による電子的な走査と駆動部３０による機械的な走査は、走査制御部４０により制御される。走査制御部４０は、電子的な走査を行わせつつ機械的な走査を行わせることにより、三次元空間内において送信ビームを走査させる。
【００２１】
受信ビームフォーマ（受信ＢＦ）５０は、振動素子列１０に含まれる複数の振動素子から得られる信号を処理することにより、各送信ビームに対応した受信ビームを形成して受信ビームに沿った受信信号を得る。送信ビームが三次元空間内において走査されるため、三次元空間内において立体的に受信信号が収集される。
【００２２】
画像形成部６０は、三次元空間内において立体的に収集された受信信号に基づいて、三次元超音波画像の画像データを形成する。三次元超音波画像の形成には、ボリュームレンダリング法や積算法や投影法などの公知の手法を適用することが可能である。そして、画像形成部６０において形成された画像データに対応した三次元超音波画像が表示部７０に表示される。
【００２３】
次に、本実施形態における超音波ビームの走査について説明する。なお、図１に示した構成（部分）については、以下の説明においても図１の符号を利用する。
【００２４】
図２は、図１の超音波診断装置による超音波ビームの走査を示す図である。図２に示すフレーム１からフレーム５までの各フレームは、送信ビームフォーマ２０の電子的な制御により形成される走査面である。
【００２５】
各フレーム（走査面）は、複数の走査領域に分割される。例えば、図２に示すように、各フレームが、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒの２つの走査領域に分割される。そして左側走査領域Ｌ内において送信ビームＬ１が形成され、右側走査領域Ｒ内において送信ビームＲ１が形成される。さらに、図２に示す電子走査方向に沿って、送信ビームＬ１と送信ビームＲ１が並列的に走査され、多方向同時送信が実現される。
【００２６】
なお、各フレームを３つ以上の走査領域に分割して、３つ以上の送信ビームにより多方向同時送信が実現されてもよい。
【００２７】
図２に示す走査では、送信ビームＬ１と送信ビームＲ１の各々に対応した受信ビームが受信ビームフォーマ５０において形成される。受信ビームフォーマ５０は、各送信ビームごとに複数の受信ビームを形成してもよい。例えば、送信ビームＬ１に対応した４本の受信ビームが形成され、送信ビームＲ１に対応した４本の受信ビームが形成されてもよい。
【００２８】
図２に示す機械走査方向は、駆動部３０による振動素子列１０の駆動方向であり、この機械走査方向に沿って振動素子列１０が移動されつつ、各位置において、電子的な走査によりフレームが形成される。例えば、図２に示すようにフレーム１，フレーム２，フレーム３，・・・の順に複数のフレームが次々に形成される。
【００２９】
こうして、電子的走査と機械的走査により、三次元空間内において送信ビームと受信ビームが走査され、受信信号が立体的に収集される。電子的走査と機械的走査は、走査制御部４０による制御に基づいて行われる。
【００３０】
図３は、図１の超音波診断装置における走査制御を説明するための図である。図１の超音波診断装置では、複数の走査領域に分割される走査面内において、複数の走査領域に亘って一連の制御パターンで超音波ビームが次々に形成される。つまり、左側走査領域Ｌ内の走査開始位置から右側走査領域Ｒ内の走査終了位置まで、一定の繰り返し周期で超音波の送信ビームが次々に形成される。
【００３１】
図３において、傾斜した実線の直線上に示される複数の丸印は、送信ビームが形成されるタイミングと位置を示している。例えば、Ｌ１−１，Ｌ１−２，Ｌ１−３，・・・の順に電子走査方向に沿ってビームの位置を移動させつつ送信ビームが次々に形成される。
【００３２】
Ｌ１−１からＲ１−９は、フレーム１に関する複数の送信ビームに対応している。つまり、左側走査領域Ｌ内でＬ１−１〜Ｌ１−９の９本の送信ビームが次々に形成され、続いて、右側走査領域Ｒ内でＲ１−１〜Ｒ１−９の９本の送信ビームが次々に形成される。その際に、左側走査領域Ｌ内のＬ１−１から右側走査領域Ｒ内のＲ１−９まで、一定の繰り返し周期で送信ビームが次々に形成される。つまり、Ｌ１−１からＲ１−９までの１８本の送信ビームが一定のパルス繰り返し周期（ＰＲＴ）で次々に形成される。また各送信ビームに対応した受信ビームも順次形成される。
【００３３】
こうして、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒからなる走査面の全域に亘って、Ｌ１−１からＲ１−９まで送信ビームが走査されてフレーム１が形成される。なお、各走査領域内で形成される送信ビームの本数は９本に限定されない。
【００３４】
Ｌ２−１からＲ２−９は、フレーム１に続くフレーム２に関する複数の送信ビームに対応している。フレーム２は、フレーム１の位置から機械走査方向に沿ってずれた位置に形成される。フレーム１の場合と同様に、フレーム２の場合においても、左側走査領域Ｌ内のＬ２−１から右側走査領域Ｒ内のＲ２−９まで、１８本の送信ビームが一定のパルス繰り返し周期（ＰＲＴ）で次々に形成される。
【００３５】
但し、フレーム２に関する走査は、フレーム１に関する走査の終了を待たずに開始される。例えば、Ｒ１−３の送信ビームとＬ２−１の送信ビームがほぼ同じタイミングで形成される。つまり、フレーム１の右側走査領域Ｒにおいて送信ビームが次々に形成されている途中から、フレーム２の左側走査領域Ｌにおいて送信ビームが次々に形成され始める。このように、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒに対応した２本の送信ビームが並列的に走査される。
【００３６】
さらに、フレーム２に続いて、フレーム３，フレーム４，フレーム５などが、機械走査方向に沿ってずれた位置に次々に形成される。フレーム３以降の各フレームにおいても、左側走査領域Ｌ内の走査開始位置から右側走査領域Ｒ内の走査終了位置まで、一定のパルス繰り返し周期で送信ビームが次々に形成される。また、各フレームの左側走査領域Ｌにおける送信ビームと、そのフレームよりも１時相前のフレームに関する右側走査領域Ｒにおける送信ビームが並列的に走査される。
【００３７】
なお、奇数フレームにおける送信信号の周波数と偶数フレームにおける送信信号の周波数とを互いに異ならせることにより、並列的に走査される超音波ビーム同士の干渉を低減させてもよい。
【００３８】
各フレームに関する走査は、駆動部３０による機械的な駆動に応じて次々に決定されるトリガ１，２，３，・・・に応じて開始される。各トリガは、振動素子列１０が機械的に揺動される際の一定角度ごとに出力されるパルスである。
【００３９】
図４は、電子走査開始のトリガを説明するための図であり、図４には、電子走査開始タイミングの決定に係るいくつかのパルス列が図示されている。各パルス列の横軸は、機械的に揺動される振動素子列１０の角度に対応している。
【００４０】
図４（Ａ）に示すエンコーダ出力は、角度検出用ロータリーエンコーダの出力パルスである。角度検出用ロータリーエンコーダは、振動素子列１０の角度を検出するエンコーダであり、所定角度ごとに、例えば０．５度ごとに次々にパルスを出力する。ちなみに、エンコーダ出力は、角度的に等間隔のパルス列であるが、振動素子列１０の機械的な揺動のスピードが変動する場合には、このパルス列の時間的な間隔は変動する。
【００４１】
図４（Ｂ）に示す電子走査開始トリガは、図４（Ａ）のエンコーダ出力に基づいて得られるパルス列である。電子走査開始トリガは、エンコーダ出力のパルス間隔を２倍にしたパルス列であり、奇数フレームに対応したパルス列と偶数フレームに対応したパルス列が得られる。奇数フレームと偶数フレームに対応した２つのパルス列は、共にエンコーダ出力のパルス発生タイミングに同期しているものの、互いにパルス発生タイミングがずれている。
【００４２】
電子走査開始トリガは、例えば、駆動部３０から得られるエンコーダ出力に基づいて、走査制御部４０において形成され、この電子走査開始トリガに基づいて送信ビームフォーマ２０が制御される。つまり、奇数フレームに対応したパルス列から得られるトリガ１，トリガ３，トリガ５等と、偶数フレームに対応したパルス列から得られるトリガ２，トリガ４，トリガ６等に基づいて、図３を利用して説明した走査制御が行われる。
【００４３】
図５は、走査制御に関する比較例を説明するための図であり、図５には、本発明に係る実施形態における走査制御（図３）に対する比較例が図示されている。
【００４４】
図５においても、傾斜した実線の直線上に示される複数の丸印は、送信ビームが形成されるタイミングと位置を示している。例えば、Ｌ１−１，Ｌ１−２，Ｌ１−３，・・・の順に電子走査方向に沿ってビームの位置を移動させつつ送信ビームが次々に形成される。
【００４５】
但し、図５に示す比較例においては、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒにおいて、同時に走査が開始される。例えば、トリガ１に応じて、左側走査領域Ｌ内でＬ１−１〜Ｌ１−９の９本の送信ビームが次々に形成され、それと並行して、右側走査領域Ｒ内でＲ１−１〜Ｒ１−９の９本の送信ビームが次々に形成される。同様に、トリガ２等に応じて、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒにおいて同時に走査が開始される。
【００４６】
そして、図５に示す比較例においては、例えば、Ｌ１−１〜Ｌ１−９の９本の送信ビームと、Ｒ１−１〜Ｒ１−９の９本の送信ビームから、一つのフレームが形成される。ところが、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒの境界において、Ｌ１−９の送信ビームとＲ１−１の送信ビームが、互いに、時間的にも位置的にも大きくずれているため、これらの送信ビームに基づいて一つのフレームに対応した画像を形成すると、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒの境界において、画像が不連続となる可能性がある。
【００４７】
また、例えば、Ｌ１−１〜Ｌ１−９の９本の送信ビームとＲ２−１〜Ｒ２−９の９本の送信ビームを組み合わせて一つのフレームを形成した場合にも、Ｌ１−９の送信ビームとＲ２−１の送信ビームとの間の時間間隔の変動が懸念される。
【００４８】
例えば、トリガ１に応じた開始タイミングから一定のパルス繰り返し周期（ＰＲＴ）でＬ１−１からＬ１−９までの送信ビームが形成され、そして、トリガ２に応じた開始タイミングでＲ２−１の送信ビームが形成される。ところが、トリガ１とトリガ２は、図４を利用して説明したように、エンコーダ出力に基づいて形成されており、角度的には常に等間隔であるものの、時間的な間隔は変動する可能性がある。つまり、Ｌ１−９の送信ビームとＲ２−１の送信ビームとの間の時間間隔が、パルス繰り返し周期（ＰＲＴ）よりも大きくなる場合や小さくなる場合があり、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒの境界において画像が不連続となる可能性がある。
【００４９】
これに対し、図３を利用して説明した本発明に係る実施形態の走査制御では、例えば、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒからなる走査面の全域に亘って、Ｌ１−１からＲ１−９まで一定のパルス繰り返し周期（ＰＲＴ）で送信ビームが走査され、Ｌ１−９の送信ビームとＲ１−１の送信ビームとの間に特異性がなく、走査面の全域に亘って一様な走査が実現される。そのため、左側走査領域Ｌと右側走査領域Ｒの境界における画像の不連続性を低減することができる。望ましくは、画像の不連続性が完全に除去される。
【００５０】
なお、本実施形態においても、例えばトリガ１とトリガ２の時間的な間隔が変動する可能性はあるものの、各トリガ後に実行される走査は常に一定のパルス繰り返し周期で実行されるため、走査面の全域に亘る一様な走査は維持されている。
【００５１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した本発明の好適な実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００５２】
１０  振動素子列、２０  送信ビームフォーマ、３０  駆動部、４０  走査制御部、５０  受信ビームフォーマ、６０  画像形成部、７０  表示部。
【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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