(57)【要約】  ３次元走査のための超音波プローブは機械的に前後に掃引する１次元アレイのトランスデューサを有する。アレイのトランスデューサは１次元的に掃引されるので、アレイは、左から右に走査される像平面で体積測定領域を走査する。アレイのトランスデューサは反対方向に掃引されることで、体積測定領域が右から左に走査される像平面で走査されるようにビーム走査方向は反転する。ビーム走査方向の反転は走査される平面が実質的に整合するようにし、結果として走査に伴う像のノイズを減少させる。
2007512068.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次元アレイトランスデューサの走査により、３次元像データセットを取得する超音波診断画像化システムであって：
超音波の進行方向及び当該方向とは垂直な方向に延びているアレイトランスデューサ要素を有するアレイトランスデューサ；
前記アレイトランスデューサと結合し、前記超音波進行方向と垂直な方向において実質的に反対の方向で前記アレイトランスデューサを掃引する、ことを特徴とする原動力となる装置；及び、
前記アレイトランスデューサと結合し、前記アレイトランスデューサにビームのシーケンスを前記超音波進行方向に送信させ、ビームの第１シーケンスは前記トランスデューサがある逆方向に掃引されるときに送信され、ビームの第２シーケンスは前記トランスデューサが別な逆方向に掃引されるときに送信される、ことを特徴とする送信器；
を有する超音波診断画像化システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断画像化システムであって、
前記アレイトランスデューサは１次元のアレイトランスデューサを有する；
前記原動力となる装置は、前記アレイトランスデューサを第１の転換方向位置から第２の転換方向位置への順方向及び、前記第２の転換方向位置から前記第１の転換方向位置への逆方向に掃引する；
ことを特徴とする超音波診断画像化システム。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断画像化システムであって、
前記送信器はさらに、前記アレイトランスデューサを順方向に掃引する場合には前記アレイトランスデューサの左側から右側にビームのシーケンスを送信するように前記アレイトランスデューサを駆動し、前記送信器は前記アレイトランスデューサを逆方向に掃引する場合には前記アレイトランスデューサの左側から右側にビームのシーケンスを送信するように前記アレイトランスデューサを駆動する、ことを特徴とする超音波診断画像化システム。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断画像化システムであって、
前記送信器はさらに、前記アレイトランスデューサが順方向に掃引されるように、前記アレイトランスデューサに一連の走査面を走査させ、前記アレイトランスデューサが逆方向に掃引されるように、前記アレイトランスデューサに一連の走査面を走査させる、ことを特徴とする超音波診断画像化システム。
【請求項５】
請求項３に記載の超音波診断画像化システムであって、
前記送信器は、前記アレイトランスデューサが順方向に掃引されるように、前記アレイトランスデューサに一連の走査面を走査させ、前記アレイトランスデューサが逆方向に掃引されるように、前記アレイトランスデューサに平行な一連の走査面を走査させる、ことを特徴とする超音波診断画像化システム。
【請求項６】
請求項２に記載の超音波診断画像化システムであって、
前記送信器はさらに、前記原動力となる装置が順方向に前記アレイトランスデューサを掃引するときにビームのシーケンスを、前記アレイトランスデューサの左側から右側へ送信し、前記原動力となる装置が逆方向に前記アレイトランスデューサを掃引するときにビームのシーケンスを、前記アレイトランスデューサの右側から左側へ送信する、ことを特徴とする超音波診断画像化システム。
【請求項７】
請求項６に記載の超音波診断画像化システムであって、
前記送信器はさらに、前記アレイトランスデューサが順方向に掃引されるように、前記アレイトランスデューサに一連の走査面を走査させ、前記アレイトランスデューサが逆方向に掃引されるように、前記アレイトランスデューサに前記一連の走査面を走査させる、ことを特徴とする超音波診断画像化システム。
【請求項８】
ビームの進行方向に延び、前記ビームの進行方向とは垂直な方向に長さを有する複数の要素を有する移動アレイトランスデューサによって体積測定の対象物を走査する方法であって：
前記アレイトランスデューサの正面長さと実質的に垂直な順方向に前記アレイトランスデューサを掃引する工程；
前記トランスデューサが前記順方向に掃引されるように、前記トランスデューサアレイの要素にビームの第１シーケンスを送信させる工程；
前記アレイトランスデューサの前記正面長さと実質的に垂直な逆方向に前記アレイトランスデューサを掃引する工程；
前記アレイトランスデューサが前記逆方向に掃引されるように、前記アレイトランスデューサの要素にビームの第２シーケンスを送信させる工程；
を有する方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記の順方向に前記アレイトランスデューサを掃引する工程は第１の転換方向の位置から第２の転換方向の位置へ前記アレイトランスデューサを掃引する工程を有する；及び、
前記の逆方向に前記アレイトランスデューサを掃引する工程は前記第２の転換方向の位置から前記第１の転換方向の位置へ前記アレイトランスデューサを掃引する工程を有する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記の前記アレイトランスデューサにビームの第１シーケンスを送信させる工程はさらに、ビームのシーケンスを前記超音波進行方向に左から右へ送信する工程を有する；及び、
前記の前記アレイトランスデューサにビームの第２シーケンスを送信させる工程はさらに、ビームのシーケンスを前記超音波進行方向に右から左へ送信する工程を有する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の方法であって、
前記の前記アレイトランスデューサにビームの第１シーケンスを送信させる工程はさらに、ビームのシーケンスを前記超音波進行方向に左から右へ繰り返し送信する工程を有する；及び、
前記の前記アレイトランスデューサにビームの第２シーケンスを送信させる工程はさらに、ビームのシーケンスを前記超音波進行方向に右から左へ繰り返し送信する工程を有する；
【請求項１２】
請求項９に記載の方法であって、
前記の前記アレイトランスデューサにビームの第１シーケンスを送信させる工程はさらに、走査面のビームのシーケンスを前記超音波進行方向に左から右へ送信する工程を有する；及び、
前記の前記アレイトランスデューサにビームの第２シーケンスを送信させる工程はさらに、走査面のビームのシーケンスを前記超音波進行方向に右から左へ送信する工程を有する；
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
超音波進行方向の長さで延び、前記長さと垂直な正面長さを示す複数の要素を有する移動アレイトランスデューサで体積測定対象物を走査する方法であって：
前記アレイトランスデューサを、前記アレイトランスデューサの正面長さと実質的に垂直な順方向に掃引する工程；
前記アレイトランスデューサが前記順方向に掃引されるように各走査面の第１の側から第２の側へ走査面のシーケンスを走査する工程；
前記アレイトランスデューサの正面長さと実質的に垂直な逆方向に前記アレイトランスデューサを掃引する工程；及び、
前記アレイトランスデューサが前記逆方向に掃引されるように、各走査面の前記第２の側から前記第１の側へ走査面のシーケンスを走査する工程；
を有する方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法であって、前記の走査面のシーケンスを走査する工程は、前記体積測定対象物内部に拡張する実質的に平行な走査面のシーケンスを有することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法であって、前記アレイトランスデューサが前記順方向に掃引されるように走査される前記の走査面のシーケンスは実質的に前記アレイトランスデューサが前記逆方向に掃引されるように走査される前記の走査面のシーケンスと整合していることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断画像化に関し、特に機械的に振動するアレイを有する３次元超音波画像化に関する。
【背景技術】
【０００２】
リアルタイム３次元超音波診断画像化システムは、電子的及び機械的に操縦されるプローブによって構築された。電子的ビーム操縦は、心臓のように速く動く対象物の走査に大きな利点がある。心臓の走査における２次元アレイでのリアルタイム３次元走査については、たとえば特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５に説明がある。大きな開口数が望ましい場合、機械的ビーム操縦は３次元の腹部走査に有利となる。特許文献６は３次元画像化プローブを示している。そのプローブは、曲線状の１次元アレイをプローブ内で機械的に掃印する。１次元アレイが掃印されるので、アレイは通常の方法で像平面を走査し、それらの面は、プローブの像平面の掃印によってできる体積の３次元像を形成するために処理されることが可能である。
【特許文献１】米国特許公開第５９９３３９０号（サボード）
【特許文献２】米国特許公開第６０１３０３２号（サボード）
【特許文献３】米国特許公開第６１０２８６０号（ムーニー）
【特許文献４】米国特許公開第６１２６６０２号（サボード）
【特許文献５】米国特許公開第６３７５６１７号（フレーサー）
【特許文献６】米国特許公開第５４６０１７９号（オクヌキ他）
【特許文献７】米国特許公開第４４６８７４７号（リービット）
【特許文献８】米国特許公開第４５８１６３６号（ブレーカー他）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、機械的運動のため、走査するように機械的に掃印するのは問題がある。プローブが動くように走査する場合、走査面はトランスデューサの運動方向と直交せずに、わずかな角度を有してしまう。この理由は、各送受信ビームでの道程に沿ったプローブの位置が微妙に違うからである。プローブが進行する両方の方向で走査される場合、戻りの走査上の面は、行きの掃印上の面に対して傾く。この困難はよく、スペックルパターンがある掃印から別な掃印に変化するので、像中のシンチレーション又はシマー効果（ｓｈｉｍｍｅｒｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）として表れる。この問題は離散的な走査位置間のトランスデューサアレイをステッピングさせることで排除可能である。しかし、トランスデューサアレイ掃印の開始及び中止は、受容不可能な掃印レートとなり、よってとても受容できないリアルタイム画像化が結果として生じることになる。従って、邪魔になる像のノイズの生成が起こることなく、リアルタイム３次元フレームレートを与えるような速度でトランスデューサの掃印が可能なことが望ましい。
【０００４】
滑らかなリアルタイム３次元画像化を実現するには、比較的高い走査レートでの像体積でアレイトランスデューサを機械的に走査するのが望ましい。しかし、高い走査レートは、体積測定領域がわずかなビームで走査されるということを意味する。そのわずかなビームは遅い走査レート中に生じ、３次元像の空間分解能の減少という結果を招く。特に人体の動きがある場合、依然遅い走査レートの大ビーム密度及び高空間分解能を保持したまま、滑らかなリアルタイム走査のために高走査レートでトランスデューサアレイを走査可能にするのが望ましいだろう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の原理に従うと、３次元超音波画像化プローブは、画像化される体積測定領域で掃印されるアレイトランスデューサを有する。トランスデューサが掃印されるので、ビーム走査方向は周期的に反転する。ある図示された実施例において、ビーム走査方向はアレイの道程の方向が反転するたびに反転する。他の実施例においては、ビーム走査方向は各連続する走査面で反転する。
【０００６】
本発明の別な特徴に従うと、体積測定像はアレイトランスデューサが走査されるような多数掃印の間に取得されるエコーデータから生成される。よって、像を生成するために多数の受信ビームを使用するため、３次元像は高い空間分解能を示すことが可能となる。本発明のさらなる特徴に従うと、多重掃印からのエコーデータの走査変換は、３次元像データの生成における受信エコーの比較的時空間的な特性を利用する。
【実施例】
【０００７】
最初に図１を参照すると、本発明の原理に従って構築された超音波診断画像化システム１０がブロック図形式で図示されている。システム１０は接続ケーブル１６でプローブ又は走査先端部１４と結合する超音波プロセッサ１２を有する。超音波プロセッサ１２は、走査先端部１４で放出する超音波周波数での信号を生成する送信器１８及び、走査先端部１４で受信される信号を検出する受信器３６を有する。受信器３６を動作中にしたまま走査先端部から送信器１８を分離するため、送信器分離ユニット２２はケーブル１６から送信器１８を切り離す。対応して、送信器１８が動作中の場合、受信器保護ユニット２４はケーブル１６から受信器３６を切り離す。コントローラ２６は送信器１８、受信器３６、送信器分離ユニット２２及び、受信器保護ユニット２４協調して動作するように、これらと相互作用する。コントローラ２６も同様に、プロセッサ１２によって受信された信号が視覚的に表示されるようにディスプレイシステム２８と相互作用する。
【０００８】
走査先端部１４は、送信器１８によって生成される信号によって励起される場合に所望の方向へ超音波パルスを放出しかつ、パルスの反射した成分を受信器３６によって検出可能な電気信号に変換する１つ以上の圧電素子を有するトランスデューサ集合体３０を有する。トランスデューサ集合体３０は平面、凹面及び凸面上でのトランスデューサアレイの１次元配列を有しても良い。加えて、トランスデューサ集合体３０は、１．５又は２次元アレイのような他の高次のアレイ配列の要素を有しても良い。
【０００９】
さらに図１を参照すると、走査先端部１４はさらに、トランスデューサ集合体３０を所望の方向に設定し、さらに腹部領域のリアルタイム像が形成可能なように所望の方向にて腹部領域を繰り返し走査するためにトランスデューサ集合体３０と結合する位置設定アクチュエータ３２を有する。位置設定アクチュエータ３２は、トランスデューサアレイ３０の移動が制御可能なようにコントローラ２６からアクチュエータ３２への制御入力を送信するケーブル１６を介して、位置設定アクチュエータ３２はコントローラ２６と結合する。アクチュエータ３２はたとえば、アクチュエータ３２に伝送される電圧又は電流を制御することで制御可能である。あるいはその代わりに、アクチュエータ３２は、コントローラ２６から走査先端部１４内部にある分離されたコントローラに制御信号を伝送することで制御可能である。その分離されたコントローラはさらにアクチュエータ３２への電流又は電圧を制御する。走査先端部はまた、トランスデューサ集合体３０と結合する位置設定センサ３４をも有する。位置設定センサ３４は位置設定アクチュエータ３２によって動かされることでトランスデューサ集合体３０の方向を決定し、同様に位置設定入力信号をコントローラ２６に与えるためにケーブル１６によってコントローラ２６と結合する。
【００１０】
ここで図２に移ると、機械的に振動するアレイトランスデューサを有するプローブの部分的側面図が図示されている。図２では、トランスデューサ集合体３０が走査角１０６で走査するように、軸１０２は図２の上側に突き出ている。走査角１０６は、トランスデューサ集合体３０が軸１０２からドライブシャフト４８の完全な回転に対応する掃引角限界（図３とともに論じる）まで掃引するように、軸１０２で中心をとっても良い。あるいはその代わりに、位置設定アクチュエータ４２を制御することで、ドライブシャフトの全回転未満で第１の方向に回転するように、トランスデューサ集合体３０は走査角１０６未満の走査角で走査可能である。続いて第１の方向とは反対の第２の方向でドライブシャフト４８を回転させる。従って、最大取得可能な走査角である走査角１０６未満の走査角は簡便に取得することが可能である。
【００１１】
さらに図２を参照すると、トランスデューサ集合体３０が軸１０２を中心とする角度で走査される場合に、トランスデューサ集合体３０が適切に走査することが不可能な腹部領域の内部を走査できるように、位置設定アクチュエータ４２（図３参照）はまた、軸１０２に対して、ある角度を有する別な軸を中心とする角度でトランスデューサ集合体３０を走査するように制御することが可能である。たとえば、腹部の上部又は胸部の超音波走査を実行する場合、肋骨又は他の組織からの干渉反射が回避できるように走査先端部を適切に位置な位置に設定するのは難しいことが多い。従って走査先端部の支持構造４６の長手軸と整合していない軸に対して走査する能力は特に有利な点として評価される。
【００１２】
図３は、本発明の構築された実施例での使用に適する図２の３次元機械的プローブの左右対称な側面の図を示す。プローブ４０はトランスデューサ集合体３０及び位置設定センサ４４と機械的に結合する位置設定アクチュエータ４２を有する。トランスデューサ集合体３０、位置設定アクチュエータ４２及び位置設定センサ４４は支持構造４６内部に設けられている。位置設定アクチュエータ４２はプローブ４０の長手軸に沿って、位置設定センサ４４から上部に拡張するドライブシャフト４８を有する。ドライブシャフト４８はドライブシャフト４８の各端部の近くに設けられているベアリング５０によって、プローブ４０の支持構造４６内部でシャフトの軸周りで支持されている。位置設定センサ４２はまた、支持構造４６に対して静止しているアーマチャ構造５２及び、ドライブシャフト４８と結合する永久磁場構造５４を有する。アーマチャ構造５２が選択的に動き出すと、ドライブシャフト４８及び磁場構造５４が駆動する部分を形成するように所望の回転方向にドライブシャフト４８を回転させるトルクが発生する。アーマチャ構造５２はまた、選択的にドライブシャフト４８を、１回転より小さな増分で回転及び／又は、回転中に回転速度を変化させながら変化させるように動き出すことが可能である。
【００１３】
位置設定アクチュエータ４２はさらにドライブシャフト４８と結合し、接続部分５８の下部で円筒形状の部分と回転に関して結合するクランク部品５６を有する。支持構造４６に対するクランク部品５６の相対的な位置を変えることによって、トランスデューサアレイ集合体３０の機械的掃引範囲の調節は可能である。接続部品５８の上端部は、１対のベアリング６２によって構造４６上に軸で支持されているピボット部品６０と蝶番で結合する。ピボット部品６０はさらに、トランスデューサ集合体３０を保持する受け台６４を支持する。図３には図示されていないが、先に詳述したように、トランスデューサ集合体３０中の個々の要素が超音波信号を送受信可能なように、受け台６４はまた電気的コンタクトを有しても良い。コンタクトはさらに図１で図示したようにプロセッサ１２と結合するフレックス回路のような導電性集合体と結合しても良い。一般には、ドライブシャフト４８によってクランク部品５６に与えられる回転運動はピボット部品６０に振動的運動を与える。これはトランスデューサ集合体３０が選択された走査角で移動することを可能にする。
【００１４】
符号化ディスク６８とドライブシャフト４８とが一致して回転するように、位置設定センサ４４は支持構造４６に対して静止するカウンタ６６及び、ドライブシャフト４８と固定して結合する符号化ディスク６８を有する。符号化ディスク６８は、複数の動経方向に位置設定されたターゲットを有する。符号化ディスク６８がカウンタ６６内のギャップを通って回転することでカウンタ６６はターゲットを検出可能である。それによって、センサはシャフト４８の位置設定信号を生成する。アレイ３０の角度位置がシャフト４８の回転位置に関連づけることが可能なため、従って符号化ディスク６８及びカウンタ６６はアレイ３０の角度位置を知らせる能力を有するセンサを協力して形成する。ある特定の実施例において、符号化ディスク６８及びカウンタ６６は光学的手段によってドライブシャフト４８の回転位置を検出する。ディスク６８及びカウンタ６６はまた、磁気的手段でドライブシャフト４８の回転位置を検出することが可能であるが、ドライブシャフト４８の回転位置を検出する手段は他にも使用可能なものがある。さらに別の特別な実施例では、符号化ディスク６８及びカウンタ６６は回転毎に少なくとも１０００カウントの角度分解能を有する。
【００１５】
さらに図３を参照すると、プローブ４０はさらに、支持構造４６と結合するカバー７０を有する。カバー７０は、超音波周波数において音響的に透明な材料から形成される。カバー７０はさらに、内部体積７２を部分的に画成する。適切な音響インピーダンス整合によって、超音波信号がトランスデューサ集合体３０とカバー７０との間でやりとりを可能にする音響結合流体（図示されていない）を、内部体積７２は密閉して保持する。ある特徴において、体積７２内部に設けられている機械要素を滑らかにするシリコーンベースの流体が使用可能である。シャフトシール７４は、体積７２内部の音響結合流体を実質的に保持するドライブシャフト４８を囲む支持構造４６内部に設けられている。内部体積７２はさらに、体積７２内で保持された流体が加熱又は低圧で露出されるように拡張することを可能にするためにクランク５６の下に設けられている拡張可能な空間（ｂｌａｄｄｅｒ）７６を有する。それにより、プローブ４０内部で発展する過度の流体圧力から生じる可能性のある体積７２からの流体の漏れを予防する。
【００１６】
使用する上では、図２及び図３のような機械的走査アレイプローブは、アレイが走査される人体の領域を前後に移動するようにしてビームを送受信する。隣接するコヒーレントなビームによって生成されるスペックルパターンが送受信アパーチャと存在する組織の散乱体の領域との関係によって規定されることは周知である。アパーチャ／散乱体の関係が変化している場合、スペックルパターンが連続的にその姿を変化させるように、シンチレーション又はシマー効果が像中に生成される。そのような像のノイズに対するスペックルパターンを安定化させる１つの方法は、送信／受信アパーチャが走査中、連続的に同じ空間的位置にあることを保証することである。図４ａはこの安定化を実現する走査パターンを図示している。この図で、各水平線は軸から見た、つまりアレイトランスデューサからの視点からの走査面のビームを表す。この実施例では、アレイはある走査位置から別な走査位置に段階的に移動する。図示された手順は第１の走査面８６を送信し、第２の面８７がそれに続き、以下同様に進み、最後に走査面８８及び８９となる。矢印８２はある走査面位置から別な走査面位置へアレイトランスデューサが移動する方向を図示する。走査面８９が送受信された後、アレイトランスデューサは開始位置（走査面８６）に戻る又は、掃引方向を反転させて走査面８８を走査し、走査面８６に戻る。アレイが各々の新しい走査位置で停止する場合、像平面は一連のビーム１，２，３，．．．１２６，１２７，１２８で走査される。一連のビームは、矢印８４で示されているように左から右へ送信される。しかし、各走査面位置でアレイトランスデューサが開始及び停止するのに要する時間は無視できるものではない。よって、走査される体積全体からのエコー信号を取得するのに必要な時間は過度であり、体積フレームレートは極端に低くなる。
【００１７】
体積フレームレートをリアルタイム又はそれに近づけるように改善するには、アレイトランスデューサが連続的に移動するように走査面のビームを送受信することが必要である。アレイの走査方向が変化する場合のみ、アレイは掃引の終端部で一瞬だけ停止する。この結果、図４ａで図示されているような長方形の走査パターンよりは、図４ｂで図示されているような平行四辺形のパターンが生じる。これは、連続するビーム１，２，３，．．．１２６，１２７，１２８の各々が送受信されるに従って、アレイトランスデューサの進行方向８２にわずかではあるが進行するという事実のためである。しかし、図４ｃで図示されているように、この走査手順はアレイトランスデューサの掃引方向８２が反転する場合に問題を発生させてしまう。この図では、グレーの陰がついた走査面８６，８７．．．８８，８９の手順はトランスデューサアレイが８２の方向に移動する場合に得られるものである。黒塗りの走査面手順９６，９７，．．．９８，９９は進行矢印９２の方向で示されているように、トランスデューサアレイの掃引方向が反転する場合に得られるものである。この図が示すように、アレイトランスデューサの走査方向が反転する場合、方向９２で移動する走査面は、方向８２で移動する走査面の傾き角と逆の角度で傾く。これは各走査方向における走査面が交差するが、決して重ならないことに起因する。従って、前進及び後退走査方向でのアパーチャが異なり、シマー効果による像のノイズを生じさせることになる。
【００１８】
本発明の第１の特徴に従うと、図４ｄで図示しているように、ビーム発射の順序はアレイの掃引方向の反転によって反転する。アレイトランスデューサが進行方向８２を移動する場合、トランスデューサビームは矢印８４で示されているように左から右へと発射される。アレイトランスデューサが後退方向９２へ移動する場合、ビームは矢印９４で示されているように右から左へと発射される。結果として、往復掃引でのトランスデューサアレイは同じ点に位置し、如何なる所与のビームをもトランスデューサアレイが往路での掃引で行うように同じ組織の領域に発射する。このことが、前進掃引方向におけるビームパターンから見える散乱体の領域が後退掃引方向でのそれと同一であることを保証する。これにより、掃引の結果生じる体積からのデータを組み合わせる方法によるぼかしの効果なしで、掃引間で生じるスペックルパターンを安定させる。
【００１９】
アパーチャの移動がビーム発射時間と比較して非常に速い場合、ビームは見た目、軸に対して”曲がった”ようになる可能性があり、”ホース”補正によって補正可能な問題である。
【００２０】
本発明の別な特徴に従うと、ビーム発射方向は、各アレイの掃引方向変化によって反転するのではなく、各走査面で反転する。連続する走査面のビームは図５で図示されているようにジグザグのビームとなる。この例では、第１の走査面８６は、小さな円１，２，３，４で示されているように左から右へ走査される。小さな円１，２，３，４はビームを表し、そのビームは走査面８６上に図示された矢印の先端で示されているようにアレイトランスデューサの左側から右側へ送受信される。走査面８６の最後のビームが走査面の終端部８６ｃで送受信されるので、ビーム送信方向は次の走査面８７で反転する。この走査面８７は続いて、小さな円１，２，３，４で示されるビームで右から左に走査が開始される。走査面８７は、その終端部８７ｅで送受信される最後のビームで十分に走査されるまで走査される。走査面上に図示された矢印先端部で示されているように、アレイトランスデューサによるビーム走査の方向は再度反転し、次の走査面８８が左から右へ走査され、続く走査面８９は右から左へ走査される。
【００２１】
アレイトランスデューサが８２の方向で掃引の端部に到達した場合、アレイトランスデューサは破線矢印９２で図示されているように掃引方向を反転させる。破線で示された一連の走査線９６．．．９９はアレイトランスデューサが最初の場所に戻りつつ掃引するように走査される。走査面によって走査すべき体積が一連の傾いた走査面８６…８９、９６…９９で走査でき、当該走査面のジグザグパターンは体積をカバーすることがわかる。応用の種類によっては、この走査パターンはより完全な空間走査を与えることが可能で、ゆえに一連の平行で、十分に重なる図４ｄの走査面よりも良質な像を提供することが可能である。
【００２２】
本発明の別な特徴に従うと、像を形成するため、アレイトランスデューサの２つの連続する掃引の間に取得されるデータを使用することで、より詳細な３次元像が生成される。このことは図５を例に取ると、アレイの第１掃引（方向８２）の面８６．．．８９のエコーデータ及びアレイの第２掃引（方向９２）の面９６．．．９９のエコーデータが１つの像を生成するのに使用されることを意味する。アレイトランスデューサが方向８２で第３掃引を完了させるとき、結果として、このアレイの第３掃引からのデータ及び第２掃引からのデータは次の３次元像を生成するために使用される。新たな像を生成するため、方向８２における第１掃引の古いデータは引き続いて行われる掃引の新しいデータに置き換えられる。結果として、第３の３次元像は方向８２における第３掃引のデータ及び方向９２における第４掃引のデータによって生成される。このようにして、詳細な３次元像が比較的高い表示フレームレートで生成される。
【００２３】
この走査データを受信及び処理するための受信器３６（図１）の詳細は図６に図示されている。ビーム形成機１２０はトランスデューサ集合体３０の要素からエコー信号を受信し、コヒーレントな受信ビームを形成する。コヒーレントなエコーデータは、使用されている画像化モードに従って、フィルタリング、調和分離、Ｂモード検出又は、ドップラー検出によってエコーデータを処理する信号プロセッサ１２２と結合する。受信ビームはＦＩＦＯフレームバッファ１２４に保存される。
【００２４】
３次元像を形成するのに必要なすべての走査面がＦＩＦＯフレームバッファ１２４に保存されるとき、エコーデータは３次元走査変換器と結合する。その動作の詳細については以下で論じる。走査変換されたデータはディスプレイ像メモリ１２６に保存される。このディスプレイ像メモリは一般的にはｘ，ｙ，ｚの３次元フォーマットでデータを保存して良い。ディスプレイフレームを生成するのに必要なデータは体積レンダリング装置１２８と結合する。レンダリング装置は、既知のレンダリング技術（の如何なる方法）を用いて３次元像をレンダリングする。体積レンダリングされた像は３次元表示用ディスプレイ２８と結合する。
【００２５】
図５に戻ると、走査面８６−９９によって取得されたデータは多数の特徴を示すことがわかる。たとえば、横方向（左右）における、１／４及び３／４の位置では、走査面は比較的均一に分離（１／４及び３／４の矢印の下）しており、画像化される体積の比較的均一な空間サンプリングを提供する。しかし、横方向の端部及び中心部では、空間サンプリングは縦（掃引）方向で均一ではない。加えて、これら端部及び中心部のデータは、それぞれ異なる時間的特性を示す。それらの例が楕円１０２及び１０４で囲まれている。アレイトランスデューサが方向９２を移動する場合、楕円１０２の範囲内にあるビームからのすべてのエコーデータは走査面９６の終端部及び、反対方向の掃引の場合、走査面９７の先端部で取得される。よって、この領域での体積測定表示であれば、運動による像のノイズは深刻な問題にはならない。
【００２６】
しかし、像の中心部では、それぞれ異なる時間的特性が存在する。楕円１０８内では、走査面データは、像の面がこの領域で交差しているように、近接した空間的に同一な状態である。しかし、像の面データは、第１の掃引（方向８２）の間に走査面８８のデータが得られ、一方で第２の掃引（方向９２）の間に走査面９７のデータが得られるので、像の面は時間的に比較的大きく分離されるような像の面から得られる。走査面８６のデータが方向８２の第１掃引の開始部で取得され、一方で走査面９９のデータは方向９２の第２掃引の終端部で取得されるので、楕円１０６の走査面データはもっと時間的にばらつきがある。運動による像のノイズの可能性は従って、この領域では非常に大きい。これらの運動による像のノイズから守るため、この領域でデータを結合させる場合には、より時間的な補間が使用される。しかし、第３掃引が始まり、楕円１０６内のデータが第２掃引の終端部で走査面９９からのデータ及び、第３掃引の第１走査面（８６）からのデータを有する場合、大きな時間的差異はもうこれ以上存在しない。この走査面データが結合する場合、運動による像のノイズは比較的小さくなるので時間的補間はほとんど必要なくなる。
【００２７】
本発明のさらなる特徴に従って、これらの差異を考慮すると、３次元走査変換は、それぞれ異なる時空間的特性を有するデータの値を時空間的に重み付けすることによって実行される。
【００２８】
これは、走査変換で実行される信号の結合の種類を考慮することで評価することが可能である。走査変換の１つの一般的なやり方は、特許文献７（図７Ａ参照）及び、特許文献８（図２参照）で説明されているような４点での補間である。これらの特許文献では、２次元像で走査変換を行ったときの技術を示している。一般に、４点補間は、決定されるべき像の点を有する４角形の角で取得された値を発見（ｌｏｃａｔｅ）する。像の点は４つのデータ値と、決定される像の点からの空間的距離の関数である重み付けとを結合させることで生成される。この技術は、図７で図示されているように３次元の走査変換にも応用可能である。この例では、中心の像の点Ｓｃが決定される。像の値Ｓｃは像の点Ｓｃで囲まれた体積の中心での８点の取得されたデータ値Ｓ１−Ｓ８を考慮することで発見される。Ｓｃの値は、像の点Ｓｃからの距離の関数であるデータポイントＳ１−Ｓ８の値を組み合わせることで決定される。実際には、組み合わせるデータポイントの数は変化しても良い。計算される像の点近くでのデータ値のかたまり程度の大きさであっても良い。１６、３２及び６４のデータ点のかたまりが本発明の構築された実施例で使用され、それらの値より大きい値又は、小さな値であっても使用可能である。
【００２９】
本発明の実施例で使用可能な時空間重み付けの簡単な例を図８に示す。ここでは、４点の取得されたデータの組み合わせで像の値が形成されている。この例では、データ値Ｔ１及びＴ２は、データ値Ｔ’１及びＴ’２のように、擬似的に空間的に同一である。このことは図中において、一方で円Ｔ１とＴ２がほぼ重なり、他方でＴ’１とＴ’２がほぼ重なっていることで示されている。アレイトランスデューサの同一掃引の間に取得されたデータ値Ｔ１及びＴ’１は時間的にほぼ同一である。同様に、この例では、データ値Ｔ２とＴ’２も時間的にほぼ同一である。実質的に空間的同一であるデータ値Ｔ１とＴ２は同様に空間的同一であるデータ値Ｔ’１とＴ’２で空間的にオフセットされる。走査面８６及び走査面９９で取得されるデータの各々はアレイトランスデューサのそれぞれの掃引の間に取得されるので、たとえばデータ値が走査面８６と走査面９９との交差点で取得される場合で、２つの走査面の取得されたデータ値が空間的に同一だが時間的に分離しているような場合に、これらの条件は発生しうる。
【００３０】
これら４つのデータ値が楕円１０６内の領域での走査変換された像の値を決定するのに組み合わせられる場合、走査面８６と走査面９９との大きな時間的差異のため、時間的補間は発生しうる運動による像のノイズの減少を際だたせることが可能である。たとえば、時間的重み付けは６０％であり、４０％の空間的重み付けと比較して、際だっている。これらのデータ点間の走査変換された値はよって以下のように表される。
【００３１】
【数１】
2007512068.tif 000003
これらのデータ値が楕円１０８の領域から得られる場合、時間的補間が必要ない、走査面８８と走査面９７とが近い時間で取得され、空間的な像のノイズの可能性が低い場合、空間的重み付けは時間的重み付けよりも大きな効果を示しうる。再び、例として６０％及び４０％の重み付けを用いると、走査変換の式は以下のように表される。
【００３２】
【数２】
2007512068.tif 000004
組み合わせられたデータの時空間的特性を考慮するために走査変換の重み付けを変化させることで、２回以上の掃引のフレームの組み合わせから生じる高い空間的線密度が比較的低い像のノイズの時間的分解能で提供されることが可能である。
【００３３】
走査される体積の同じジグザグの被覆は、図５で図示されているようにフレーム毎にビームの走査方向を反転させる、又は図４ｃで図示されているように両方の掃引で同じビーム走査方向を保持することで実現可能である。いずれの場合も、時間的な像のノイズの少ない高画質像を生成するのに、上述の選択的空間的及び時間的重み付けを使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の原理に従って構築された超音波診断画像化システムをブロック図形式で図示している。
【図２】３次元走査のためのアレイトランスデューサの機械的振動を図示している。
【図３】３次元走査のためのアレイトランスデューサを機械的に振動させる機構を図示している。
【図４ａ】本発明の３次元画像化プローブによる、それぞれ異なるビーム走査方向から生じる走査面を図示している。
【図４ｂ】本発明の３次元画像化プローブによる、それぞれ異なるビーム走査方向から生じる走査面を図示している。
【図４ｃ】本発明の３次元画像化プローブによる、それぞれ異なるビーム走査方向から生じる走査面を図示している。
【図４ｄ】本発明の３次元画像化プローブによる、それぞれ異なるビーム走査方向から生じる走査面を図示している。
【図５】連続する走査面を有するビーム走査方向の反転による体積測定領域の走査を図示している。
【図６】３次元画像化のための走査変換を有する３次元画像化システムの受信器を図示している。
【図７】周囲にある取得されたデータ値から３次元像の値への走査変換を図示している。
【図８】像ディスプレイ値を生成するため、データの時空間的特性を考慮した３次元エコーデータの走査変換を図示している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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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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【国際調査報告】
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