(57)【要約】【課題】３次元走査の音線密度が均一な超音波送受信装置および超音波撮影装置を実現する。【解決手段】超音波の送波およびエコーの受信を２次元的な音線走査によって行う送受信手段（３３，３６）と、送受信手段を音線走査面に平行な軸を中心として回転させる回転手段（４２）と、送受信手段の回転中、軸に垂直な面内における音線密度が均一になるように送受信手段を制御する制御手段（４８）とを具備する。送受信手段はセクタスキャン、リニアスキャンまたはコンベックススキャンを行う。【選択図】　　　図１
2004057341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送波およびエコーの受信を２次元的な音線走査によって行う送受信手段と、
前記送受信手段を音線走査面に平行な軸を中心として回転させる回転手段と、
前記送受信手段の回転中、軸に垂直な面内における音線密度が均一になるように前記送受信手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする超音波送受信装置。
【請求項２】
前記送受信手段はセクタスキャンを行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項３】
前記送受信手段はリニアスキャンを行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項４】
前記送受信手段はコンベックススキャンを行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波送受信装置。
【請求項５】
超音波の送波およびエコーの受信を２次元的な音線走査によって行う送受信手段と、
前記送受信手段を音線走査面に平行な軸を中心として回転させる回転手段と、
前記送受信手段の回転中、軸に垂直な面内における音線密度が均一になるように前記送受信手段を制御する制御手段と、
前記送受信手段のエコー受信信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波撮影装置。
【請求項６】
前記送受信手段はセクタスキャンを行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波撮影装置。
【請求項７】
前記送受信手段はリニアスキャンを行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波撮影装置。
【請求項８】
前記送受信手段はコンベックススキャンを行う、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波送受信装置および超音波撮影装置に関し、とくに、３次元的な音線走査によって超音波を送受信する装置、および、そのような超音波送受信装置を有する超音波撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超音波撮影装置は、超音波プローブ（ｐｒｏｂｅ）により撮影対象の内部を超音波ビーム（ｂｅａｍ）で走査してエコー（ｅｃｈｏ）を受信し、エコーの強度に対応した画像データ（ｄａｔａ）を求め、それに基づいていわゆるＢモード（ｍｏｄｅ）画像を生成する。
【０００３】
３次元画像を撮影する場合は、超音波ビームの走査を３次元的に行って３次元の画像データを得る。超音波ビームの走査は音線走査とも呼ばれる。３次元的な音線走査を行うひとつの方式として、電子的な走査と機械的な走査を組み合わせたものがある。この方式では、２次元的な音線走査を電子的手段によって行い、音線走査面全体としての掃引を機械的手段によって行う。
【０００４】
機械的手段による音線走査面の掃引は、超音波プローブの機械的な運動によって行われる。運動の形態のひとつとして回転運動がある。回転運動は、音線走査面をそれに平行な軸を中心として回転させる運動である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
超音波プローブの回転運動による機械的掃引では、音線走査面の回転の周速度が回転軸からの距離に比例して増加する。これに対して電子走査では、走査方向の音線密度が均一になるように走査するのが一般的であるから、３次元空間の音線密度は回転軸からの距離に反比例して低下する。このような音線密度の不均一により３次元画像の空間分解能が不均一になる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、３次元走査の音線密度が均一な超音波送受信装置および超音波撮影装置を実現することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決するためのひとつの観点での本発明は、超音波の送波およびエコーの受信を２次元的な音線走査によって行う送受信手段と、前記送受信手段を音線走査面に平行な軸を中心として回転させる回転手段と、前記送受信手段の回転中、軸に垂直な面内における音線密度が均一になるように前記送受信手段を制御する制御手段と、を具備することを特徴とする超音波送受信装置である。
【０００８】
（２）上記の課題を解決するための他の観点での本発明は、超音波の送波およびエコーの受信を２次元的な音線走査によって行う送受信手段と、前記送受信手段を音線走査面に平行な軸を中心として回転させる回転手段と、前記送受信手段の回転中、軸に垂直な面内における音線密度が均一になるように前記送受信手段を制御する制御手段と、前記送受信手段のエコー受信信号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、を具備することを特徴とする超音波撮影装置である。
【０００９】
（１）および（２）に記載の各観点での発明では、送受信手段を制御することにより、回転中は軸に垂直な面内における音線密度が均一になるようにするので、３次元走査の音線密度を均一化することができる。
【００１０】
前記送受信手段はセクタスキャンを行うことが、３次元空間を円錐状に走査する点で好ましい。
前記送受信手段はリニアスキャンを行うことが、３次元空間を円柱状に走査する点で好ましい。
【００１１】
前記送受信手段はコンベックススキャンを行うことが、３次元空間を凹頂の円錐状に走査する点で好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１に超音波撮影装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。
【００１３】
同図に示すように、本装置は、超音波プローブ３３を有する。超音波プローブ３３は、対象７の体表に当接させて使用される。なお、超音波プローブ３３と対象７の体表との間には、水槽等適宜の音響伝搬媒体が介在するが図示を省略する。
【００１４】
超音波プローブ３３は、例えば、図２に示すような超音波トランスデューサアレイ（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ａｒｒａａｙ）３００を有する。超音波トランスデューサアレイ３００は１次元アレイであり、例えば、１２８個の超音波振動子３０２からなる。
【００１５】
超音波プローブ３３は送受信部３６に接続されている。送受信部３６は、超音波プローブ３３に駆動信号を与えて超音波を送波させる。送受信部３６は、また、超音波プローブ３３が受波したエコー信号を受信する。
【００１６】
送受信部３６は、例えば図３に示すような走査を行う。すなわち、放射点２００からｚ方向に延びる音線２０２で扇状の２次元領域２０６をθ方向に走査し、いわゆるセクタスキャン（ｓｅｃｔｏｒ　ｓｃａｎ）を行う。セクタスキャンは電子的スキャンである。２次元領域２０６は、本発明における音線走査面の実施の形態の一例である。超音波プローブ３３および送受信部３６からなる部分は、本発明における送受信手段の実施の形態の一例である。
【００１７】
送波および受波のアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を超音波トランスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、このアパーチャをアレイに沿って順次移動させることにより、例えば図４に示すような走査を行うことができる。すなわち、放射点２００からｚ方向に発する音線２０２を直線状の軌跡２０４に沿って平行移動させることにより、矩形状の２次元領域２０６をｘ方向に走査し、いわゆるリニアスキャン（ｌｉｎｅａｒ　ｓｃａｎ）を行う。リニアキャンも電子的スキャンである。
【００１８】
なお、超音波トランスデューサアレイが、超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたいわゆるコンベックスアレイ（ｃｏｎｖｅｘ　ａｒｒａｙ）である場合は、リニアスキャンと同様な音線走査により、例えば図５に示すように、音線２０２の放射点２００を円弧状の軌跡２０４に沿って移動させ、扇面状の２次元領域２０６をθ方向に走査して、いわゆるコンベックススキャンが行える。コンベックスキャンも電子的スキャンである。以下、電子的スキャンを主走査ともいう。
【００１９】
このような主走査を、図６に示すように、超音波プローブ３３を回転させながら行うことにより３次元スキャンが行われる。以下、超音波プローブ３３の回転を副走査ともいう。副走査は、超音波プローブ３３に連結された副走査機構４２によって行われる。
【００２０】
副走査機構４２は、主走査の音線走査面が例えばその中心音線を軸として回転するように、超音波プローブ３３を回転させる。中心音線は、本発明における、音線走査面に平行な軸の実施の形態の一例である。なお、音線走査面に平行な軸は、中心音線に限るものではない。また、いずれかの音線に一致しなければならないものでもない。副走査機構４２は、本発明における回転手段の実施の形態の一例である。
【００２１】
このような副走査を、図３に示した主走査すなわちセクタスキャンと組み合わせたとき、図７に示すように円錐状の３次元領域３１０がスキャンされる。また、図４に示したリニアスキャンと組み合わせたとき、図８に示すように円柱状の３次元領域３１０がスキャンされ、図５に示したコンベックススキャンと組み合わせたときは、図９に示すように頂部が凹面をなす円錐状の３次元領域３１０がスキャンされる。
【００２２】
このような３次元スキャンを行うとき、後述の制御部４８による制御の下で、送受信部３６は、３次元領域３１０における音線密度が均一になるように、主走査を行う。制御部４８は、本発明における制御手段の実施の形態の一例である。主走査の要領については後にあらためて説明する。
【００２３】
送受信部３６はＢモード処理部４０に接続されている。送受信部３６から出力される音線ごとのエコー受信信号は、Ｂモード処理部４０に入力される。Ｂモード処理部４０はＢモード画像データを形成する。すなわち、エコー受信信号を対数増幅した後に包絡線検波して音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号を得て、この信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成する。
【００２４】
Ｂモード処理部４０は画像処理部４４に接続されている。画像処理部４４は、Ｂモード処理部４０から入力されるデータに基づいて、Ｂモード画像を生成する。Ｂモード画像は３次元画像である。
【００２５】
画像処理部４４には表示部４６が接続されている。表示部４６は、画像処理部４４から画像信号が与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。表示部４６は、カラー（ｃｏｌｏｒ）画像が表示可能なＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ−ｒａｙ　ｔｕｂｅ）を用いたグラフィックディスプレー（ｇｒａｐｈｉｃ　ｄｉｓｐｌａｙ）等で構成される。画像処理部４４および表示部４６からなる部分は、本発明における画像生成手段の実施の形態の一例である。
【００２６】
以上の送受信部３６、Ｂモード処理部４０、画像処理部４４、表示部４６および副走査機構４２には制御部４８が接続されている。制御部４８は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。制御部４８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御する。制御部４８には、被制御の各部から各種の報知信号が入力される。制御部４８の制御の下で、本装置の動作が進行する。
【００２７】
制御部４８には操作部５０が接続されている。操作部５０は使用者によって操作され、制御部４８に適宜の指令や情報を入力するようになっている。操作部５０は、例えばキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）やポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ）およびその他の操作具を備えている。
【００２８】
図１０に、超音波プローブ３３の副走査中に行われる主走査の要領を示す。同図は、３次元領域３１０の横断面における音線の分布を概念的に示す。この横断面は、副走査の回転軸に垂直な断面である。以下、これをｘｙ平面ともいう。
【００２９】
ｘｙ平面における正方格子の各点の座標を（ｉ，ｊ）としたとき、主走査は、音線が座標（ｉ，ｊ）を通るように行われる。副走査中の各時点における主走査の方向を破線で表す。副走査の各半回転ごとに、主走査は、６０１〜６２４の順で行われる。
【００３０】
主走査６０１では、音線が座標（−４，０）、（−３，０）、（−２，０）、（−１，０）、（０，０）、（１，０）、（２，０）、（３，０）および（４，０）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６０２では、音線が座標（−４，−１）および（４，１）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６０３では、音線が座標（−３，−１）および（３，１）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６０４では、音線が座標（−４，−２）、（−２，−１）、（２，１）および（４，２）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６０５では、音線が座標（−３，−２）および（３，２）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６０６では、音線が座標（−４，−３）および（４，３）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。
【００３１】
主走査６０７では、音線が座標（−４，−４）、（−３，−３）、（−２，−２）、（−１，−１）、（１，１）、（２，２）、（３，３）および（４，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６０８では、音線が座標（−３，−４）および（３，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６０９では、音線が座標（−２，−３）および（２，３）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６１０では、音線が座標（−２，−４）、（−１，−２）、（１，２）および（２，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６１１では、音線が座標（−１，−３）および（１，３）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６１２では、音線が座標（−１，−４）および（１，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。
【００３２】
主走査６１３では、音線が座標（０，−４）、（０，−３）、（０，−２）、（０，−１）（０，１）、（０，２）、（０，３）および（０，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６１４では、音線が座標（１，−４）および（−１，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６１５では、音線が座標（１，−３）および（−１，３）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６１６では、音線が座標（２，−４）、（１，−２）（−１，２）および（−２，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６１７では、音線が座標（２，−３）および（−２，３）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６１８では、音線が座標（３，−４）および（−３，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。
【００３３】
主走査６１９では、音線が座標（４，−４）、（３，−３）、（２，−２）、（１，−１）（−１，１）、（−２，２）、（−３，３）および（−４，４）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６２０では、音線が座標（４，−３）および（−４，３）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６２１では、音線が座標（３，−２）および（−３，２）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６２２では、音線が座標（４，−２）、（２，−１）、（−２，１）および（−４，２）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６２３では、音線が座標（３，−１）および（−３，１）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。主走査６２４では、音線が座標（４，−１）および（−４，１）をそれぞれ通るように電子スキャンが行われる。これ以降は、上記の主走査の繰り返しとなる。
【００３４】
このような３次元走査を行うことにより、３次元領域３１０における音線密度は均一化される。このため、画像処理部４４によって生成される３次元画像の空間分解能を均一化することができる。また、各主走査間で音線の重複がないので、３次元領域を走査するための音線の総数が従来よりも低減する。音線総数の低減にともなって処理すべきデータの総数が減少するので、３次元画像の生成を高速化することが可能となる。なお、音線が通過する座標は、方形格子の格子点に限らず、ｘｙ平面における音線密度が実質的に均一となる範囲で適宜に定めてよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、３次元走査の音線密度が均一な超音波送受信装置および超音波撮影装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】
超音波トランスデューサアレイの模式的構成を示す図である。
【図３】
音線走査の概念を示す図である。
【図４】
音線走査の概念を示す図である。
【図５】
音線走査の概念を示す図である。
【図６】
副走査の概念を示す図である。
【図７】
３次元領域を示す図である。
【図８】
３次元領域を示す図である。
【図９】
３次元領域を示す図である。
【図１０】
副走査中に行われる主走査の要領を示す図である。
【符号の説明】
３３　超音波プローブ
３６　送受信部
４０　Ｂモード処理部
４２　副走査機構
４４　画像処理部
４６　表示部
４８　制御部
５０　操作部
２０２　音線
２０６　２次元領域
３１０　３次元領域
６０１〜６２４　主走査方向
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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