(57)【要約】【課題】超音波が被検体の組織内を伝播する際の超音波吸収やこの伝播を妨げる障害物に起因して発生する画像データ上の局所的な感度劣化を改善する。【解決手段】超音波診断装置１００は、当該被検体の異なる位置に配置された２つの超音波プローブ４ａ及び４ｂを備え、先ず、プローブ選択部３によって選択された超音波プローブ４ａを用いて第１の３次元超音波データを生成し、同様にして選択された超音波プローブ４ｂを用いて第２の３次元超音波データを生成する。次いで、第１の３次元超音波データに基づく第１のボリュームデータと第２の３次元超音波データに基づく第２のボリュームデータを合成して第３のボリュームデータを生成し、この第３のボリュームデータをレンダリング処理して得られた３次元画像データを表示部９に表示する。【選択図】図１
2008307087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に対する超音波の３次元走査によって得られたボリュームデータに基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、
前記被検体の異なる複数の方向から前記３次元走査を行なう複数の超音波プローブと、
前記超音波プローブの位置情報を検出する位置検出手段と、
前記複数の超音波プローブの各々を用いた前記被検体に対する３次元走査によって収集した受信信号に基づいて複数のボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段と、
前記複数のボリュームデータを前記超音波プローブの位置情報に基づいて合成するボリュームデータ合成手段と、
合成されたボリュームデータを処理して画像データを生成する画像データ生成手段と、
前記画像データを表示する表示手段とを
備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記ボリュームデータ合成手段は、前記超音波プローブの位置情報に基づいて位置合わせした前記複数のボリュームデータの各々における所定位置のボクセル値及びこのボリュームデータの生成に用いた超音波プローブと前記所定位置との距離に基づく重み付け処理により前記合成されたボリュームデータにおける前記所定位置のボクセル値を設定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
被検体に対する超音波の３次元走査によって得られたボリュームデータに基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、
前記被検体の異なる複数の方向から前記３次元走査を行なう複数の超音波プローブと、
前記超音波プローブの位置情報を検出する位置検出手段と、
前記複数の超音波プローブの各々を用いた前記被検体に対する３次元走査によって収集した受信信号に基づいて複数のボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段と、
前記複数のボリュームデータの各々を処理して複数の画像データを生成する画像データ生成手段と、
前記複数の画像データを前記超音波プローブの位置情報に基づいて合成する画像データ合成手段と、
合成後の画像データを表示する表示手段とを
備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
前記画像データ合成手段は、前記超音波プローブの位置情報に基づいて位置合わせした前記複数の画像データの各々における所定位置の画素値及びこの画像データの生成に用いた超音波プローブと前記所定位置との距離に基づく重み付け処理により前記合成後の画像データにおける前記所定位置の画素値を設定することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記画像データ合成手段は、前記複数の画像データに異なる色情報を付加して合成することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
【請求項６】
プローブ選択手段を備え、前記プローブ選択手段は、画像データ生成間隔あるいは超音波送受信間隔で前記複数の超音波プローブを順次選択することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載した超音波診断装置。
【請求項７】
前記位置検出手段は、磁気センサ方式あるいは超音波センサ方式により前記超音波プローブの位置情報を検出することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載した超音波診断装置。
【請求項８】
前記画像データ生成手段は、前記ボリュームデータをレンダリング処理してボリュームレンダリング画像データあるいはサーフェイスレンダリング画像データの何れかを生成することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載した超音波診断装置。
【請求項９】
前記画像データ生成手段は、前記ボリュームデータを用いてＭＩＰ画像データあるいはＭＰＲ画像データの何れかを生成することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載した超音波診断装置。
【請求項１０】
前記複数超音波プローブの各々は、異なる中心周波数を有した超音波パルスを前記被検体に対して送受信することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載した超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置に係り、特に、同一被検体に対して配置された複数の超音波プローブの各々によって収集される超音波情報を合成することにより良質な画像データの生成を可能とする超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置は、複数の振動素子が配列された超音波プローブを用いて被検体内の複数方向に対し超音波送受信を行ない、このとき得られた反射波に基づいて生成した画像データをモニタ上に表示するものであり、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作で体内の２次元画像をリアルタイムで観測することができるため各種臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。
【０００３】
又、近年では、複数の振動素子が１次元配列された超音波プローブを更に機械的に移動することによって３次元データ（ボリュームデータ）を収集する方法や、複数の超音波振動子が２次元配列された所謂２次元アレイ超音波プローブを用いてボリュームデータを収集する方法が開発され、これらのボリュームデータに基づいて生成したボリュームレンダリング画像データ等の３次元画像データをリアルタイム表示する試みもなされている。
【０００４】
このようにして得られた３次元画像データを観測することによって、血管や各臓器の位置関係の把握が容易となるため侵襲的な検査や治療への適用が検討されており、例えば、患部組織に対する薬物の投与や細胞・組織の摘出を目的とした穿刺を３次元画像データの観測下にて行なうことにより検査や治療における安全性を飛躍的に向上させることができる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−３４６１７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、１つの超音波プローブを用いて３次元画像データの収集を行なう場合、超音波が被検体組織を伝播する際に発生する超音波吸収により十分なＳ／Ｎが得られない場合には、従来行なわれてきたＴＧＣ（Time gain control）法による受信信号の利得補正には限界があった。又、超音波の送受信方向に超音波の伝播を妨げる肺や骨等が存在する場合には、これらの後方における生体組織情報を捉えることができないため超音波診断装置の診断能が著しく低下するという問題点を有していた。
【０００６】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、超音波が被検体の組織内を伝播する際の超音波吸収やこの伝播を妨げる上述の障害物に起因した画像データ上の局所的な感度劣化の改善を可能とす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】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対する超音波の３次元走査によって得られたボリュームデータに基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、前記被検体の異なる複数の方向から前記３次元走査を行なう複数の超音波プローブと、前記超音波プローブの位置情報を検出する位置検出手段と、前記複数の超音波プローブの各々を用いた前記被検体に対する３次元走査によって収集した受信信号に基づいて複数のボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段と、前記複数のボリュームデータを前記超音波プローブの位置情報に基づいて合成するボリュームデータ合成手段と、合成されたボリュームデータを処理して画像データを生成する画像データ生成手段と、前記画像データを表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。
【０００８】
又、請求項３に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対する超音波の３次元走査によって得られたボリュームデータに基づいて画像データを生成する超音波診断装置において、前記被検体の異なる複数の方向から前記３次元走査を行なう複数の超音波プローブと、前記超音波プローブの位置情報を検出する位置検出手段と、前記複数の超音波プローブの各々を用いた前記被検体に対する３次元走査によって収集した受信信号に基づいて複数のボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段と、前記複数のボリュームデータの各々を処理して複数の画像データを生成する画像データ生成手段と、前記複数の画像データを前記超音波プローブの位置情報に基づいて合成する画像データ合成手段と、合成後の画像データを表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、超音波が被検体の組織内を伝播する際の超音波吸収やこの伝播を妨げる障害物に起因して発生する画像データ上の局所的な感度劣化が低減された良質な３次元画像データを収集することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下に述べる本発明の第１の実施例における超音波診断装置は、当該被検体の異なる位置に配置される２つの超音波プローブを備えている。そして、先ず第１の超音波プローブを用いて第１の３次元超音波データを生成し、次いで、第２の超音波プローブを用いて第２の３次元超音波データを生成する。次に、第１の３次元超音波データに基づく第１のボリュームデータと第２の３次元超音波データに基づく第２のボリュームデータを合成して第３のボリュームデータを生成し、得られた第３のボリュームデータをレンダリング処理して３次元画像データを生成する。
【００１２】
尚、以下に述べる第１の実施例では、２次元配列された複数の振動素子を有する超音波プローブを用いて当該被検体の診断対象部位に対する３次元走査を行なう場合について述べるが、これに限定されるものではなく、例えば、１次元配列された複数の振動素子をその配列方向と直交する方向に高速揺動あるいは高速移動することにより前記診断対象部位に対する３次元走査を行なってもよい。
【００１３】
又、本実施例では、Ｂモードデータに基づいて３次元画像データを生成する場合について述べるが、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づく３次元画像データあるいはＢモードデータとカラードプラデータに基づく３次元画像データであっても構わない。
【００１４】
（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図７を用いて説明する。尚、図１は、超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図３は、この超音波診断装置が備えた送受信部及び超音波データ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。又、図６は、前記超音波診断装置が備えた画像データ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。
【００１５】
図１に示す本実施例の超音波診断装置１００は、被検体の診断対象部位に対して超音波パルス（送信超音波）を送信し、この送信によって得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数個の振動素子を備えた２つの超音波プローブ４ａ（第１の超音波プローブ）及び超音波プローブ４ｂ（第２の超音波プローブ）と、超音波プローブ４ａあるいは超音波プローブ４ｂの選択を行なうプローブ選択部３と、前記被検体の所定方向に対し超音波パルスを送信するための駆動信号をプローブ選択部３によって選択された超音波プローブ４ａあるいは超音波プローブ４ｂの振動素子に供給し、プローブ選択部３を介しこれらの振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を信号処理して超音波データ（Ｂモードデータ）を生成する超音波データ生成部５と、超音波プローブ４ａ及び超音波プローブ４ｂを用いた当該被検体に対する３次元走査によって得られた３次元的な超音波データ（以下では、３次元超音波データと呼ぶ。）を用いてボリュームデータを生成するボリュームデータ生成部６を備えている。
【００１６】
更に、超音波診断装置１００は、超音波プローブ４ａを用いて生成されたボリュームデータ（第１のボリュームデータ）と超音波プローブ４ｂを用いて生成されたボリュームデータ（第２のボリュームデータ）を超音波プローブ４ａ及び４ｂの位置情報に基づいて合成し第３のボリュームデータを生成するボリュームデータ合成部７と、この第３のボリュームデータを用いて３次元画像データを生成する画像データ生成部８と、生成された３次元画像データを表示する表示部９と、被検体情報の入力、画像データ収集条件や画像データ表示条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部１０と、超音波プローブ４ａの位置情報を検出する位置検出部１１ａ（第１の位置検出部）及び超音波プローブ４ｂの位置情報を検出する位置検出部１１ｂ（第２の位置検出部）と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１２を備えている。
【００１７】
被検体の周囲に配置された図示しない支持体に対し摺動あるいは揺動自在に取り付けられた超音波プローブ４ａ及び４ｂの各々は２次元配列されたＮ個の図示しない振動素子をその先端部に有し、この先端部を患者の体表に接触させて超音波の送受信を行なう。又、これらのＮ個の振動素子は、Ｎチャンネルの多芯ケーブル及びプローブ選択部３を介して送受信部２の入出力端子に接続されている。
【００１８】
振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、又、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。尚、超音波プローブ４ａ及び４ｂには、セクタ走査対応、リニア走査対応、コンベックス走査対応等があり、操作者は診断部位に応じて任意に選択することが可能であるが、本実施例では、Ｎ個の振動素子が２次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブ４ａ及び４ｂを用いた場合について述べる。
【００１９】
次に、上述のプローブ選択部３の機能につき図２を用いて説明する。但し、ここでは説明を簡単にするために送信用振動素子数（Ｎｔ）及び受信用振動素子数（Ｎｒ）は超音波プローブ４ａあるいは超音波プローブ４ｂが有する振動素子数Ｎに等しい場合について述べるが、これに限定されない。
【００２０】
即ち、プローブ選択部３は、図２に示すようにＮチャンネルの切り替えスイッチＳＷ−１乃至ＳＷ−Ｎを有し、これら切り替えスイッチＳＷ−１乃至ＳＷ−Ｎの各々は、システム制御部１２から供給される選択制御信号に従って超音波プローブ４ａが内蔵する振動素子４１ａ−１乃至４１ａ−Ｎあるいは超音波プローブ４ｂが内蔵する振動素子４１ｂ−１乃至４１ｂ−Ｎの何れか一方を送受信部２の送信部２１−１乃至２１−Ｎ及び受信部２２−１乃至２２−Ｎへ接続する。
【００２１】
次に、図３に示す送受信部２は、超音波プローブ４ａあるいは超音波プローブ４ｂにおけるＮ個の振動素子の中から選択されたＮｔ個の送信用振動素子に対して駆動信号を供給する送信部２１と、前記Ｎ個の振動素子の中から選択されたＮｒ個の受信用振動素子によって得られたＮｒチャンネルの受信信号に対し整相加算を行なう受信部２２を備えている。
【００２２】
送信部２１は、レートパルス発生器２１１、送信遅延回路２１２及び駆動回路２１３を備え、レートパルス発生器２１１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成して送信遅延回路２１２に供給する。送信遅延回路２１２は、送信に使用されるＮｔ個の振動素子と同数の独立な遅延回路から構成され、送信超音波を所定の深さに集束するための集束用遅延時間と所定方向（θｐ、φｑ）に送信するための偏向用遅延時間を上記レートパルスに与えて駆動回路２１３へ供給する。駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２と同数の独立な駆動回路を有し、超音波プローブ３にて２次元配列されているＮ個の振動素子の中から送信用として選択されたＮｔ（Ｎｔ≦Ｎ）個の振動素子を駆動して被検体の体内に送信超音波を放射する。
【００２３】
一方、受信部２２は、超音波プローブ４ａあるいは超音波プローブ４ｂに内蔵されているＮ個の振動素子の中から受信用として選択されたＮｒ（Ｎｒ≦Ｎ）個の振動素子に対応するＮｒチャンネルのプリアンプ２２０、Ａ／Ｄ変換器２２１及び受信遅延回路２２２と加算器２２３を備えている。そして、受信用振動素子から供給されるＮｒチャンネルの受信信号の各々は、プリアンプ２２０において生体組織の伝播距離に依存する減衰量が補正され、更に、Ａ／Ｄ変換器２２１にてデジタル信号に変換されて受信遅延回路２２２に送られる。
【００２４】
受信遅延回路２２２は、所定の深さからの受信超音波を集束するための集束用遅延時間と、所定方向（θｐ、φｑ）に対し強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間をＡ／Ｄ変換器２２１から出力されるＮｒチャンネルの受信信号の各々に与え、加算器２２３は、受信遅延回路２２２からの受信信号を加算合成する。即ち、受信遅延回路２２２と加算器２２３により、所定方向から得られた受信信号は整相加算される。
【００２５】
図４は、超音波プローブ４ａの中心軸をｚ軸として設定された直交座標（ｘｏ−ｙｏ−ｚｏ）における超音波の送受信方向（θｐ、φｑ）を示したものであり、この場合、振動素子はｘｏ軸方向及びｙｏ軸方向に沿って２次元配列され、θｐ及びφｑは、ｘｏ−ｚｏ平面及びｙｏ−ｚｏ平面に投影された送受信方向のｚｏ軸に対する角度を示している。
【００２６】
尚、受信遅延回路２２２及び加算器２２３は、システム制御部１２の遅延時間制御により複数方向に対する受信超音波ビームを同時に形成する所謂並列同時受信を行なうことも可能である。この並列同時受信法の適用により３次元走査に要する時間は大幅に短縮される。
【００２７】
図３に戻って、超音波データ生成部５は、包絡線検波器５１と対数変換器５２を備え、受信部２２の加算器２２３から供給された整相加算後の受信信号は、包絡線検波器５１にて包絡線検波された後対数変換器５２にてその振幅が対数変換され超音波データとしてのＢモードデータが生成される。尚、包絡線検波器５１と対数変換器５２は順序を入れ替えて構成してもよい。そして、超音波データ生成部５にて生成された超音波データは、ボリュームデータ生成部６の図示しないデータ記憶回路に保存される。
【００２８】
次に、図１に示したボリュームデータ生成部６は、超音波プローブ４ａを用いた被検体に対する３次元走査によって収集される３次元超音波データ（第１の３次元超音波データ）及び超音波プローブ４ｂを用いた前記被検体に対する３次元走査によって収集される３次元超音波データ（第２の３次元超音波データ）を保存する上述のデータ記憶回路とこれらの３次元超音波データを補間処理して第１のボリュームデータ及び第２のボリュームデータを生成する演算回路を有している。
【００２９】
即ち、超音波プローブ４ａ及び４ｂを用いた当該被検体の３次元走査によって収集された超音波データは、システム制御部１２から供給される送受信方向（θｐ、φｑ）の情報に対応させて前記データ記憶回路に保存され第１の３次元超音波データ及び第２の３次元超音波データが生成される。
【００３０】
一方、前記演算回路は、前記データ記憶回路にて生成された第１の３次元超音波データ及び第２の３次元超音波データを読み出し、これらの３次元超音波データを構成する不等間隔のボクセルを補間処理することによって等方的なボクセルを有するボリュームデータを生成する。
【００３１】
次いで、ボリュームデータ合成部７は、図示しない演算回路を有し、位置検出部１１ａ及び１１ｂにおいて検出されシステム制御部１２の主制御部１２２を介して供給される超音波プローブ４ａ及び４ｂの位置情報（例えば、超音波プローブ４ａ及び４ｂの位置座標や傾斜角度）に基づきボリュームデータ生成部６から供給される第１のボリュームデータと第２のボリュームデータを合成して第３のボリュームデータを生成する。
【００３２】
図５は、ボリュームデータ合成部７により第１のボリュームデータと第２のボリュームデータの合成方法を説明するための図であり、この図では、位置検出部１１ａ及び１１ｂから供給された位置情報に基づいて合成される第１のボリュームデータＶａと第２のボリュームデータＶｂを示している。この場合、超音波プローブ４ａから距離Ｌａｘ離れ、超音波プローブ４ｂから距離Ｌｂｘ（Ｌｂｘ＞Ｌａｘ）離れた第３のボリュームデータにおけるボクセルＢｘのボクセル値Ｐｘ（Ｌａｘ，Ｌｂｘ）は、第１のボリュームデータＶａにおけるボクセルＢｘのボクセル値と第２のボリュームデータＶｂにおけるボクセルＢｘのボクセル値とを距離Ｌａｘ及びＬｂｘに基づいて重み付け加算することにより算出される。
【００３３】
例えば、第１のボリュームデータＶａにおけるボクセルＢｘのボクセル値をＰａ、第２のボリュームデータＶｂにおけるボクセルＢｘのボクセル値をＰｂとした場合、第３のボリュームデータにおけるボクセルＢｘのボクセル値Ｐｘ（Ｌａｘ，Ｌｂｘ）は、例えば、以下に示す式（１）あるいは式（２）によって算出され、ボクセルＢｘに近い超音波プローブ４ａによって収集された第１のボリュームデータＶａのボクセル値Ｐａが支配的となるように重み付け処理が行なわれる。
【数１】
2008307087.tif 000003
【数２】
2008307087.tif 000004
【００３４】
次に、画像データ生成部８による３次元画像データの生成方法につき図６を用いて説明する。図６は、３次元画像データの生成を可能とする画像データ生成部８の具体的な構成を示すブロック図であり、この画像データ生成部８は、ボリュームデータ記憶部８１、不透明度・色調設定部８２、レンダリング処理部８３及び３次元画像データ記憶部８４を有している。そして、ボリュームデータ合成部７における第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとの合成によって生成された第３のボリュームデータは、ボリュームデータ記憶部８１に一旦保存される。
【００３５】
一方、不透明度・色調設定部８２は、第３のボリュームデータのボクセル値に基づいて透明度と色調をボクセル単位で設定し、レンダリング処理部８３は、不透明度・色調設定部８２によって設定された不透明度や色調の情報に基づき、ボリュームデータ記憶部８１から供給される第３のボリュームデータをレンダリング処理して３次元画像データを生成する。そして、得られた３次元画像データは３次元画像データ記憶部８４に保存される。
【００３６】
再び図１に戻って、表示部９は、図示しない表示データ生成部、データ変換部及びモニタを備えている。前記表示データ生成部は、画像データ生成部８において生成された３次元画像データに対し入力部１０からシステム制御部１２を介して供給される被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成する。そして、前記データ変換部は、前記表示データに対してＤ／Ａ変換と表示フォーマット変換を行なって前記モニタに表示する。
【００３７】
次に、入力部１０は、表示パネルやキーボード、各種スイッチ、選択ボタン、マウス、トラックボール等の入力デバイスを備えたインターラクティブなインターフェースであり、被検体情報の入力、画像データ収集条件の設定、画像データ表示条件の設定、超音波データ収集モード（Ｂモードデータ収集モードやカラードプラデータ収集モード等）の選択、更には、各種コマンド信号の入力等が上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なわれる。
【００３８】
一方、超音波プローブ４ａに装着された位置検出部１１ａ及び超音波プローブ４ｂに装着された位置検出部１１ｂの各々は、超音波プローブ４ａ及び４ｂの位置座標や傾斜角度等を検出する機能を有している。超音波プローブの位置検出法として各種の方法が提案されているが、検出精度、コスト及び大きさ等を考慮した場合、超音波センサあるいは磁気センサを用いた方法が好適である。例えば、磁気センサを有した位置検出部１１ａ及び１１ｂは、特開２０００−５１６８号公報等に記載されているように磁気を発生するトランスミッタ（磁気発生部）と、この磁気を検出する複数の磁気センサを有したレシーバと、検出された磁気に基づく電気信号（検出信号）を処理して超音波プローブ４ａ及び４ｂの位置や傾き等に関する情報（位置情報）を算出する位置情報算出部（何れも図示せず）を備えている。磁気センサを有した前記レシーバは、通常、超音波プローブ４ａ及び４ｂの表面に装着され、前記トランスミッタは超音波プローブ４ａ及び４ｂの近傍に設置される。そして、前記位置情報算出部は、磁気によって計測された複数の磁気センサの各々とトランスミッタとの距離に基づいて超音波プローブ４ａ及び４ｂの位置情報（即ち、超音波プローブ４ａ及び４ｂの位置座標や傾斜角度）を算出する。
【００３９】
システム制御部１２は、走査制御部１２１と主制御部１２２とを備えている。走査制御部１２１は、入力部１０から主制御部１２２を介して供給される画像データの収集条件に基づいて送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２における遅延時間を制御する。
【００４０】
一方、主制御部１２２は図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には、入力部１０にて入力／設定／選択された上述の被検体情報や画像データ収集条件等が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の入力情報／設定情報／選択情報や予め保管された設定情報／選択情報に基づいて超音波診断装置１００の各ユニットを統括的に制御し３次元画像データの生成と表示を行なう。
【００４１】
図７は、超音波プローブ４ａ及び４ｂの選択制御とこれら超音波プローブ４ａ及び４ｂに対する送受信方向の切り替え制御を説明するための図であり、説明を簡単にするために、超音波プローブ４ａ及び４ｂの各々は送受信方向θ１乃至θＰに対し超音波送受信を行なって２次元超音波データを収集する場合について示しているが、実際には、送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））に対する超音波送受信により上述の３次元超音波データが収集される。
【００４２】
即ち、図７に示すように本実施例では、超音波プローブ４ａの中心軸Ａｘａを基準とした送受信方向θ１乃至θＰ（（θｐ、φｑ）ｐ＝１〜Ｐ、ｑ＝１〜Ｑ）に対する超音波の送受信と、超音波プローブ４ｂの中心軸Ａｘｂを基準とした送受信方向θ１乃至θＰ（（θｐ、φｑ）ｐ＝１〜Ｐ、ｑ＝１〜Ｑ）に対する超音波の送受信とが交互に繰り返し行なわれる。
【００４３】
（３次元画像データの収集手順）
次に、本実施例における３次元画像データの収集手順につき図８のフローチャートを用いて説明する。当該被検体に対する超音波の３次元走査に先立ち、超音波診断装置１００の操作者は、入力部１０において被検体情報を入力した後、画像データ収集条件や画像データ表示条件の設定を行なう。（図８のステップＳ１）。
【００４４】
次いで、操作者は、当該被検体の体表面に超音波プローブ４ａ及び４ｂの先端部を配置し、入力部１０にて３次元画像データの収集開始コマンドを入力する（図８のステップＳ２）。そして、このコマンド信号がシステム制御部１２の主制御部１２２へ供給されることにより、３次元画像データの収集が開始される。
【００４５】
３次元画像データの収集に際し、システム制御部１２の主制御部１２２は、プローブ選択部３に対し選択制御信号を供給して超音波プローブ４ａの振動素子４１ａ−１乃至４１ａ−Ｎと送受信部２の入出力端子とを接続し（図８のステップＳ３）、送信部２１のレートパルス発生器２１１は、システム制御部１２の主制御部１２２から供給された制御信号に従ってレートパルスを生成し送信遅延回路２１２に供給する。
【００４６】
送信遅延回路２１２は、システム制御部１２の走査制御部１２１から供給された制御信号に基づき送信超音波を集束するための遅延時間と超音波プローブ４ａの中心軸を基準とした送受信方向（θ１、φ１）に前記送信超音波を送信するための遅延時間を前記レートパルスに与え、このレートパルスをＮｔチャンネルの駆動回路２１３へ供給する。次いで、駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２から供給されたレートパルスに基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号をプローブ選択部３を介し超音波プローブ４ａにおけるＮｔ個の振動素子４１ａに供給して当該被検体の体内に送信超音波を放射する。
【００４７】
放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる組織等の境界において反射し、前記振動素子４１ａにて受信信号に変換される。次いで、プローブ選択部３を介し受信部２２に供給された前記受信信号は、受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２１においてデジタル信号に変換された後、Ｎｒチャンネルの受信遅延回路２２２において所定の深さからの受信超音波を集束するための集束用遅延時間と送受信方向（θ１、φ１）からの受信超音波に対し強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間が与えられ、加算器２２３にて整相加算される。
【００４８】
そして、整相加算後の受信信号が供給された超音波データ生成部５は、この受信信号に対して包絡線検波と対数変換を行なって超音波データ（Ｂモードデータ）を生成し、ボリュームデータ生成部６のデータ記憶回路に保存する。
【００４９】
送受信方向（θ１、φ１）に対する超音波データの生成と保存が終了したならば、システム制御部１２の走査制御部１２１は、送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２における遅延時間を制御して超音波の送受信方向がθ方向にΔθ、φ方向にΔφずつ順次更新された（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝２〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝２〜Ｑ））の各々に対し送受信方向（θ１、φ１）の場合と同様の手順で超音波の送受信を行なって被検体に対する３次元走査を行なう。そして、各々の送受信方向にて得られた超音波データはボリュームデータ生成部６のデータ記憶回路に順次保存されて３次元超音波データ（第１の３次元超音波データ）が生成される（図８のステップＳ４）。
【００５０】
超音波プローブ４ａによる第１の３次元超音波データの収集が終了したならば、システム制御部１２の主制御部１２２は、プローブ選択部３に対し再度選択制御信号を供給して超音波プローブ４ｂにおける振動素子４１ｂ−１乃至４１ｂ−Ｎと送受信部２の入出力端子とを接続し（図８のステップＳ５）、システム制御部１２の走査制御部１２１は、送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２における遅延時間を制御して超音波プローブ４ｂの中心軸を基準とした送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））の各々に対し超音波プローブ４ａの場合と同様の手順で超音波の送受信を行なって被検体に対する３次元走査を行なう。そして、各々の送受信方向にて得られた超音波データはボリュームデータ生成部６のデータ記憶回路に順次保存されて３次元超音波データ（第２の３次元超音波データ）が生成される（図８のステップＳ６）。
【００５１】
超音波プローブ４ａによる第１の３次元超音波データと超音波プローブ４ｂによる第２の３次元超音波データの収集が終了したならば、ボリュームデータ生成部６の演算回路は、自己のデータ記憶回路にて生成された第１の３次元超音波データ及び第２の３次元超音波データを読み出し、これらの３次元超音波データを構成するボクセルを補間処理して等方的なボクセルで構成される第１のボリュームデータ及び第２のボリュームデータを生成する（図８のステップＳ７）。
【００５２】
次いで、ボリュームデータ合成部７は、超音波プローブ４ａに装着された位置検出部１１ａ及び超音波プローブ４ｂに装着された位置検出部１１ｂにおいて検出されシステム制御部１２の主制御部１２２を介して供給される超音波プローブ４ａ及び超音波プローブ４ｂの位置情報に基づき、ボリュームデータ生成部６から供給される第１のボリュームデータと第２のボリュームデータを合成して第３のボリュームデータを生成する（図８のステップＳ８）。
【００５３】
次に、画像データ生成部８の不透明度・色調設定部８２は、第３のボリュームデータのボクセル値に基づいて透明度と色調をボクセル単位で設定し、レンダリング処理部８３は、不透明度・色調設定部８２によって設定された不透明度や色調の情報に基づき、ボリュームデータ記憶部８１に一旦保存された第３のボリュームデータをレンダリング処理して３次元画像データを生成する（図８のステップＳ９）。
【００５４】
そして、表示部９の表示データ生成部は、画像データ生成部８において生成された３次元画像データに対し入力部１０からシステム制御部１２を介して供給される被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成し、データ変換部は、前記表示データに対してＤ／Ａ変換と表示フォーマット変換を行なってモニタに表示する（図８のステップＳ１０）。
【００５５】
以上述べた第１の実施例によれば、第１の超音波プローブを用いて生成した第１のボリュームデータと第２の超音波プローブを用いて生成した第２のボリュームデータを合成することにより、超音波が被検体の組織内を伝播する際の超音波吸収やこの伝播を妨げる障害物等に起因して発生する画像データ上の局所的な感度劣化が低減された良質な３次元画像データを収集することができる。このため、診断精度が向上し、更に、前記３次元画像データの観察下にて各種治療を行なう場合には、これらの治療における安全性を更に向上させることができる。
【００５６】
又、図５に示すような第１のボリュームデータのボクセル値と第２のボリュームデータのボクセル値との重み付け加算によって有効な超音波情報を強調して合成することが可能となり、診断能に優れた３次元画像データを収集することができる。
【実施例２】
【００５７】
次に、本発明における第２の実施例につき図９及び図１０を用いて説明する。本実施例の超音波診断装置は、当該被検体の異なる位置に配置された２つの超音波プローブを備え、先ず、第１の超音波プローブから当該被検体の３次元領域に対し順次放射される送信超音波に基づいて第１のボリュームデータを生成し、次いで、第２の超音波プローブから放射される送信超音波に基づいて第２のボリュームデータを生成する。次に、第１のボリュームデータをレンダリング処理して生成した第１の３次元画像データと第２のボリュームデータをレンダリング処理して生成した第２の３次元画像データを合成して第３の３次元画像データを生成する。
【００５８】
即ち、上述の第１の実施例の特徴は、第１の超音波プローブによって収集された第１のボリュームデータと第２の超音波プローブによって収集された第２のボリュームデータを合成して第３のボリュームデータを生成し、この第３のボリュームデータに基づいて表示用の３次元画像データを生成することにあったが、本実施例の特徴は、第１の超音波プローブによって収集された第１のボリュームデータに基づく第１の３次元画像データと第２の超音波プローブによって収集された第２のボリュームデータに基づく第２の３次元画像データを合成して表示用の３次元画像データ（第３の３次元画像データ）を生成することにある。
【００５９】
（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成につき図９のブロック図を用いて説明する。但し、図９において、図１に示した超音波診断装置１００の各ユニットと略同一の構成と機能を有するユニットは同一の符号を付加し詳細な説明は省略する。
【００６０】
即ち、図９に示す本実施例の超音波診断装置２００は、被検体の診断対象部位に対し超音波パルス（送信超音波）を送信し、この送信によって得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数個の振動素子を備えた超音波プローブ４ａ（第１の超音波プローブ）及び超音波プローブ４ｂ（第２の超音波プローブ）と、超音波プローブ４ａあるいは超音波プローブ４ｂの選択を行なうプローブ選択部３と、前記被検体の所定方向に対し超音波パルスを送信するための駆動信号をプローブ選択部３によって選択された超音波プローブ４ａあるいは超音波プローブ４ｂの振動素子に供給し、プローブ選択部３を介しこれらの振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を信号処理して超音波データ（Ｂモードデータ）を生成する超音波データ生成部５と、超音波プローブ４ａ及び４ｂを用いた当該被検体に対する３次元走査によって得られた３次元超音波データを用いて第１のボリュームデータ及び第２のボリュームデータを生成するボリュームデータ生成部６を備えている。
【００６１】
更に、超音波診断装置１００は、第１のボリュームデータ及び第２のボリュームデータをレンダリング処理して第１の３次元画像データ及び第２の３次元画像データを生成する画像データ生成部８と、第１の３次元画像データと第２の３次元画像データを合成して第３の３次元画像データを生成する画像データ合成部１３と、得られた第３の３次元画像データを表示する表示部９と、被検体情報の入力、画像データ収集条件の設定、画像データ表示条件の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部１０と、超音波プローブ４ａの位置情報を検出する位置検出部１１ａ（第１の位置検出部）及び超音波プローブ４ｂの位置情報を検出する位置検出部１１ｂ（第２の位置検出部）と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１２を備えている。
【００６２】
（３次元画像データの収集手順）
次に、上述の各ユニットを有した超音波診断装置２００による３次元画像データの収集手順につき図１０のフローチャートに沿って説明する。
【００６３】
当該被検体に対する超音波の３次元走査に先立ち、超音波診断装置２００の操作者は、入力部１０において被検体情報の入力や画像データ収集条件の設定等を行ない（図１０のステップＳ１１）、３次元画像データの収集開始コマンドを入力する（図１０のステップＳ１２）。
【００６４】
３次元画像データの収集に際し、プローブ選択部３は、システム制御部１２から供給される選択制御信号に従って超音波プローブ４ａの振動素子４１ａ−１乃至４１ａ−Ｎと送受信部２の入出力端子とを接続する（図１０のステップＳ１３）。次いで送受信部２は、超音波プローブ４ａの中心軸を基準とした送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））の各々に対し超音波の送受信を順次行ない、超音波データ生成部５は、これらの送受信によって得られた受信信号を信号処理して超音波データを生成する。そして、ボリュームデータ生成部６は、上述の超音波データを送受信方向に対応させて保存することにより生成された第１の３次元超音波データを補間処理して第１のボリュームデータを生成し、画像データ生成部８は、得られた第１のボリュームデータをレンダリング処理して第１の３次元画像データを生成する（図１０のステップＳ１４）。
【００６５】
超音波プローブ４ａを用いた第１の３次元画像データの生成が終了したならば、同様の手順によりプローブ選択部３は、超音波プローブ４ｂの振動素子４１ｂ−１乃至４１ｂ−Ｎと送受信部２の入出力端子とを接続する（図１０のステップＳ１５）。次いで、送受信部２は超音波プローブ４ｂの中心軸を基準とした送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））の各々に対し超音波の送受信を順次行ない、超音波データ生成部５は、これらの送受信によって得られた受信信号を信号処理して超音波データを生成する。
【００６６】
そして、ボリュームデータ生成部６は、上述の超音波データを送受信方向に対応させて保存することにより生成された第２の３次元超音波データを補間処理して第２のボリュームデータを生成し、画像データ生成部８は、得られた第２のボリュームデータをレンダリング処理して第２の３次元画像データを生成する（図１０のステップＳ１６）。
【００６７】
次に、画像データ合成部１３は、超音波プローブ４ａに装着された位置検出部１１ａ及び超音波プローブ４ｂに装着された位置検出部１１ｂにおいて検出され、システム制御部１２の主制御部１２２を介して供給される超音波プローブ４ａ及び超音波プローブ４ｂの位置情報に基づき、画像データ生成部８から供給される第１の３次元画像データと第２の３次元画像データを合成して第３の３次元画像データを生成する（図１０のステップＳ１７）。
【００６８】
この場合、図５に示したような方法に基づいて第１の３次元画像データと第２の３次元画像データとを合成して第３の３次元画像データを生成してもよく、又、異なる色調を有した第１の３次元画像データと第２の３次元画像データとを重畳して第３の３次元画像データを生成してもよい。更に、入力部１０に第１の３次元画像データと第２の３次元画像データとの相対的な位置を微調整する画像位置調整部を新たに設け、表示部９に第３の画像データとして表示された第１の３次元画像データと第２の３次元画像データの観察下にてこれら３次元画像データにおける位置ズレを補正してもよい。
【００６９】
そして、表示部９の表示データ生成部は、画像データ合成部１３において生成された第３の３次元画像データに対し入力部１０からシステム制御部１２を介して供給される被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成し、データ変換部は、前記表示データに対してＤ／Ａ変換と表示フォーマット変換を行なってモニタに表示する（図１０のステップＳ１８）。
【００７０】
以上述べた第２の実施例によれば、第１の超音波プローブを用いて生成した第１の３次元画像データと第２の超音波プローブを用いて生成した第２の３次元画像データを合成することにより、超音波が被検体の組織内を伝播する際の超音波吸収やこの伝播を妨げる障害物等に起因して発生する画像データ上の局所的な感度劣化が低減された良質な表示用の３次元画像データ（第３の３次元画像データ）を得ることができる。このため、診断精度が向上し、更に、第３の３次元画像データの観察下にて各種の治療を行なう場合には、これらの治療における安全性を更に向上させることができる。
【００７１】
又、図５に示した方法と同様の手順により第１の３次元画像データのボクセル値と第２の３次元画像データのボクセル値との重み付け加算によって有効な超音波情報を強調して合成することが可能となり、診断能に優れた第３の３次元画像データを収集することができる。
【００７２】
以上、本発明の第１の実施例及び第２の実施例について述べてきたが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、２次元配列された複数の振動素子を有する超音波プローブ４ａ及び４ｂを用いて当該被検体の診断対象部位に対する３次元走査を行なう場合について述べたが、例えば、１次元配列された複数の振動素子をその配列方向と直交する方向に高速揺動あるいは高速移動することにより前記診断対象部位に対する３次元走査を行なってもよい。
【００７３】
又、上述の実施例では、Ｂモードデータを超音波データとして３次元画像データを生成する場合について述べたが、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づく３次元画像データあるいはＢモードデータとカラードプラデータに基づく３次元画像データであっても構わない。更に、コンベックス走査、リニア走査、ラジアル走査を可能とする上述の超音波プローブ４ａ及び４ｂを用いた３次元走査であっても構わない。
【００７４】
更に、当該被検体の体表面に配置された３つ以上の超音波プローブによって収集された３つ以上のボリュームデータや３次元画像データを合成して表示用の３次元画像データを生成してもよい。
【００７５】
一方、上述の実施例では、３次元画像データとしてボリュームレンダリング画像データあるいはサーフェィスレンダリング画像データを生成する場合について述べたが、これに限定されるものではなく、例えば、ＭＩＰ(Maximum Intensity Projection)画像データやＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）画像データのような３次元情報が反映された画像データであっても構わない。
【００７６】
又、上述の実施例では、超音波プローブ４ａの中心軸を基準とした送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））の各々に対する超音波の送受信と、超音波プローブ４ｂの中心軸を基準とした送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））の各々に対する超音波の送受信を繰り返し行なう場合（図７参照）について示したが、これに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように超音波プローブ４ａと超音波プローブ４ｂを超音波の送受信周期（レート周期）で交互に選択し、超音波プローブ４ａ及び４ｂの中心軸を基準とした送受信方向（θｐ、φｑ）（θｐ＝θ１＋（ｐ−１）Δθ（ｐ＝１〜Ｐ）、φｑ＝φ１＋（ｑ−１）Δφ（ｑ＝１〜Ｑ））の各々に対し超音波の送受信を順次行なう送受信方法であっても構わない。
【００７７】
又、第１の実施例における第１のボリュームデータの収集時間と第２のボリュームデータの収集時間、あるいは、第２の実施例における第１の３次元画像データの収集時間と第２の３次元画像データの収集時間は異なるように超音波の送受信を制御してもよい。特に、動きの速い臓器の超音波情報を含むボリュームデータあるいは３次元画像データの収集時間を短く設定することにより時間分解能に優れた表示用の３次元画像データを得ることが可能となる。
【００７８】
尚、上述の実施例では、超音波プローブ４ａから送信される送信超音波の中心周波数と超音波プローブ４ｂから送信される送信超音波の中心周波数は、通常、等しくなるように設定されるが、これらの中心周波数を異なるように設定しても構わない。この場合、超音波プローブ４ａ及び超音波プローブ４ｂの各々には異なる共振周波数を有する振動素子が内蔵され、送信部２１の駆動回路２１３では、これら振動素子の共振周波数に対応した周期を有する駆動信号が生成される。超音波プローブ４ａから送信される送信超音波の中心周波数と超音波プローブ４ｂから送信される送信超音波の中心周波数とが異なるように設定することにより、超音波周波数に依存した多くの生体情報を合成して表示することが可能となり診断能を更に向上させることが可能となる。
【００７９】
又、このとき、一方の超音波周波数にて得られた所定閾値以上のボクセル値を有するボリュームデータあるいは３次元画像データと他の超音波周波数にて得られたボリュームデータあるいは３次元画像データとを合成して表示用の３次元画像データを生成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の第１の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】同実施例の超音波診断装置が備えたプローブ選択部の機能を説明するための図。
【図３】同実施例の超音波診断装置が備えた送受信部及び超音波データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。
【図４】同実施例における超音波プローブの中心軸を基準とした超音波送受信方向を示す図。
【図５】同実施例におけるボリュームデータの合成方法を説明するための図。
【図６】同実施例の超音波診断装置が備えた画像データ生成部の具体的な構成を示すブロック図。
【図７】同実施例における超音波プローブの選択制御とこれら超音波プローブに対する送受信方向の切り替え制御を説明するための図。
【図８】同実施例における３次元画像データの収集手順を示すフローチャート。
【図９】本発明の第２の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図１０】同実施例における３次元画像データの収集手順を示すフローチャート。
【図１１】本発明の第１の実施例及び第２の実施例の変形例における超音波プローブの選択制御とこれら超音波プローブに対する送受信方向の切り替え制御を説明するための図。
【符号の説明】
【００８１】
２…送受信部
２１…送信部
２１１…レートパルス発生器
２１２…送信遅延回路
２１３…駆動回路
２２…受信部
２２０…プリアンプ
２２１…Ａ／Ｄ変換器
２２２…受信遅延回路
２２３…加算器
３…プローブ選択部
４ａ、４ｂ…超音波プローブ
５…超音波データ生成部
５１…包絡線検波器
５２…対数変換器
６…ボリュームデータ生成部
７…ボリュームデータ合成部
８…画像データ生成部
８１…ボリュームデータ記憶部
８２…不透明度・色調設定部
８３…レンダリング処理部
８４…３次元画像データ記憶部
９…表示部
１０…入力部
１１ａ、１１ｂ…位置検出部
１２…システム制御部
１２１…走査制御部
１２２…主制御部
１３…画像データ合成部
１００、２００…超音波診断装置
【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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【図７】
2008307087.tif 000011
【図８】
2008307087.tif 000012
【図９】
2008307087.tif 000013
【図１０】
2008307087.tif 000014
【図１１】
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