(57)【要約】【課題】超音波ビームのサイドローブおよび多重反射等によるアーチファクトを低減した画像を提供し、また、焦点距離以外においても、方位分解能の良い画像を提供する。【解決手段】第１の振動子１１及び第２の振動子１２を超音波プローブの回転軸２１に固定している固定軸２２に対して、振動子表面が９０°になるように第１の振動子１１を固定し、振動子表面が固定軸２２に対して９０°＋αとなるように第２の振動子１２を固定する。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心として回転する超音波振動子により被検体に超音波を送受信して得られる超音波エコー信号に基づく超音波画像を生成する超音波診断システムにおいて、
第１の方向に超音波を発信する振動面を有する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子の発信する超音波とは異なる第２の方向に超音波を発信する振動面を有する第２の超音波振動子とを有する超音波プローブと、
前記第１および第２の超音波振動子により得られる超音波エコー信号を基に超音波画像を生成する超音波画像生成手段と
を備えたことを特徴とする超音波診断システム。
【請求項２】
前記第１の超音波振動子の振動面は、
前記回転軸を中心とする中心線に略垂直である
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断システム。
【請求項３】
前記超音波画像生成手段は、
前記第１の超音波振動子および前記第２の超音波振動子により得られる超音波エコー信号の各音線データを基にそれぞれの振動子毎に補間した補間データを作成し、それぞれの振動子に対する前記補間データの間で加算する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の超音波振動子を用いて超音波画像を生成し超音波診断を行う超音波診断システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特開昭６３−９９８４５号公報には、異なる焦点距離を有し、選択的に励起される複数個のトランスデューサを用いてエコーを受信し、受信したエコー信号の内、焦点近傍付近だけのエコー信号を電子的に合成して超音波画像表示を行う超音波内視鏡装置が提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭６３−９９８４５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術には超音波ビームのサイドローブ、多重反射等によるアーチファクトを低減できないといった問題や、焦点距離以外における方位分解能が悪いといった問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波ビームのサイドローブおよび多重反射等によるアーチファクトを低減した画像を提供することのできる超音波診断システムを提供することを目的としている。
【０００６】
さらに、本発明は、焦点距離以外においても、方位分解能の良い画像を提供することのできる超音波診断システムを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波診断システムは、回転軸を中心として回転する超音波振動子により被検体に超音波を送受信して得られる超音波エコー信号に基づく超音波画像を生成する超音波診断システムにおいて、第１の方向に超音波を発信する振動面を有する第１の超音波振動子と、前記第１の超音波振動子の発信する超音波とは異なる第２の方向に超音波を発信する振動面を有する第２の超音波振動子とを有する超音波プローブと、前記第１および第２の超音波振動子により得られる超音波エコー信号を基に超音波画像を生成する超音波画像生成手段とを備えて構成される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について述べる。
【０００９】
図１ないし図１７は本発明の一実施の形態に係わり、図１は超音波診断システムの構成を示す構成図、図２は図１の第１の振動子及び第２の振動子の走査方向を示す図、図３は図１の第１の振動子及び第２の振動子の配置を示す図、図４は図１の超音波処理装置の構成を示す構成図、図５は第１の振動子側の図４のフレームメモリへのデータ保存形式について説明する第１の図、図６は第１の振動子側の図４のフレームメモリへのデータ保存形式について説明する第２の図、図７は第１の振動子側の図４のフレームメモリ内のデータを直交座標系に変換する方法について説明する図、図８は第２の振動子側の図４のフレームメモリへのデータ保存形式について説明する第１の図、図９は第２の振動子側の図４のフレームメモリへのデータ保存形式について説明する第２の図、図１０は第２の振動子側の図４のフレームメモリ内のデータを直交座標系に変換する方法について説明する第１の図、図１１は第２の振動子側の図４のフレームメモリ内のデータを直交座標系に変換する方法について説明する第２の図、図１２は図１の超音波診断システムの効果を説明する第１の図、図１３は図１の超音波診断システムの効果を説明する第２の図、図１４は図１の超音波診断システムの効果を説明する第３の図、図１５は図１の超音波診断システムの効果を説明する第４の図、図１６は図１の超音波診断システムの効果を説明する第５の図、図１７は図１の超音波診断システムの効果を説明する第６の図である。
【００１０】
（構成）
図１に示すように、本実施の形態の超音波診断システム１は、シース２に覆われた挿入部を体腔内に挿入し先端側に設けた照明窓３より照明光を照射し光学観察窓４を介して体腔内像を観察しながら挿入軸に対して垂直な超音波断層像を得るために超音波を送受波する超音波プローブ５と、超音波プローブ５に超音波駆動信号を供給すると共にエコー信号を受信し超音波画像を構築する超音波処理装置６と、超音波処理装置６に対して超音波画像のゲイン、コントラスト等を調整を指示するキーボード７と、超音波画像を表示するモニタ８とを設けて構成されている。
【００１１】
超音波プローブ５は、先端内部に第１の振動子１１及び第２の振動子１２に設け、また基端内部に第１の振動子１１及び第２の振動子１２をフレキシブルシャフト１３を介して回転するためのモータ１４及びモータ１４の回転位置を検出するエンコーダ１５を設けている。
【００１２】
次に、超音波プローブ５内の第１の振動子１１及び第２の振動子１２の配置について図２及び図３を用いて説明する。
【００１３】
図２に示すように、回転軸２１の径方向に対する第１の振動子１１及び第２の振動子１２の走査角度が異なるように超音波を送受信するため、図３に示すように、第１の振動子１１及び第２の振動子１２を超音波プローブ５の回転軸２１に固定している固定軸２２に対して、振動子表面が９０°になるように第１の振動子１１を固定し、振動子表面が固定軸２２に対して９０°＋αとなるように第２の振動子１２を固定する。
【００１４】
超音波処理装置６は、図４に示すように、内部の各回路を制御する制御回路３１と、送信波形を生成し第１の振動子１１及び第２の振動子１２に印加する送信回路３２とを備え、第１の振動子１１及び第２の振動子１２より得られたＲＦ信号をそれぞれ別々に処理するための、受信回路３３ａ，３３ｂ、Ａ／Ｄ変換器３４ａ，３４ｂ、補間処理回路３５ａ，３５ｂ、フレームメモリ３６ａ，３６ｂ、ＤＳＣ処理回路３７ａ，３７ｂを設けている。
【００１５】
さらに、ＤＳＣ処理回路３７ａ，３７ｂにてフレームメモリ３６ａ，３６ｂ内のデータを直交座標に変換する際に、どのアドレス内のデータを参照するかをあらかじめ計算してそのアドレスを保存した、ルックアップテーブル（以後ＬＵＴと記す）３８ａ，３８ｂも２つ設け、ＤＳＣ処理後の各々のデータをピクセルごとに加算する加算回路３９と、加算回路３９の出力画像をモニタ８に表示させる表示回路４０とを設けている。
【００１６】
この超音波処理装置６の特徴は、加算回路３９の前に補間処理回路を振動子の数だけ設けたところである。この順にデータを処理することによって、補間処理された十分な画像データに対して、加算回路３９がピクセル単位でデータを加算することが可能となる。
【００１７】
なお、第１の振動子１１及び第２の振動子１２の配置について、図３は１例であり、図２に示すように回転軸２１の径方向に対する第１の振動子１１及び第２の振動子１２の走査角度が異なるように（挿入軸に対して垂直な断面上で回転軸２１の径方向に対して、第１の振動子１１及び第２の振動子１２の超音波を送受信する方向が異なるように）、第１の振動子１１及び第２の振動子１２を配置すると同じ効果が得られる。また、第１の振動子１１及び第２の振動子１２の大きさ、形状、フォーカス位置、周波数特性についても特に限定はしない。
【００１８】
（作用）
まず、超音波処理装置６における画像化の流れを説明する。
【００１９】
〜開始〜
（１）キーボード７により診断を開始するための操作を行う。
（２）制御回路３１からの命令により、送信回路が１波のパルス信号を生成し、そのパルス信号を第１の振動子１１及び第２の振動子１２に同時に印加する。
（３）パルス信号を印加された第１の振動子１１及び第２の振動子１２は被検体に超音波を送信し、その後ＲＦ信号を受信して電気信号に変換し、各受信回路３３ａ，３３ｂへ出力する。
【００２０】
以下（４）〜（９）の処理は第１の振動子１１及び第２の振動子１２で得られた各々のＲＦ信号に対して並列で行われる。
【００２１】
（４）受信回路３３ａ，３３ｂは第１の振動子１１及び第２の振動子１２から入力された１音線分のＲＦ信号に対して、増幅、検波等の処理を施した後、Ａ／Ｄ変換器３４ａ，３４ｂへ出力する。
（５）Ａ／Ｄ変換器３４ａ，３４ｂは、入力された増幅、検波後のアナログ信号をデジタルデータに変換し、フレームメモリ３６ａ，３６ｂに出力する。
（６）フレームメモリ３６ａ，３６ｂは入力されたデジタルデータを音線ごとに保存する。
（７）上記（２）〜（６）の作用を第１の振動子１１及び第２の振動子１２が１回転するまで繰り返し行い、フレームメモリ３６ａ，３６ｂ内に１フレーム分の音線データを保存する。
（８）フレームメモリ３６ａ，３６ｂ内に１フレーム分の音線データが保存されると、補間処理回路３５ａ，３５ｂはフレームメモリ３６ａ，３６ｂ内のデータに対し、補間処理を行い、データ数（音線数）を増やす。このとき補聞処理の方法は２点補間、４点補間等、とくに限定はしない。
【００２２】
（９）補間処理終了後、ＤＳＣ処理回路３７ａ，３７ｂがＬＵＴ３８ａ，３８ｂ内に予め保存されたアドレスを参照して、フレームメモリ３６ａ，３６ｂ内のデータを直交座標に変換する。このとき、直交座標のアップ位置（図５及び図７のｘ＝０の位置）に第１の振動子１１で始めに得られた音線データがくるように座標変換を行う。また、処理はモニタ画面に表示する順番に１ピクセルごとに行い、１ピクセルごとに加算回路３９に出力する。
【００２３】
（１０）加算回路３９は直交座標に変換された第１の振動子１１及び第２の振動子１２のデータを、入力されたデータ順にピクセル単位で加算し、表示回路４０に出力する。
【００２４】
（１１）表示回路４０は入力された画像データをアナログ信号に変換し、モニタ８に出力する。
（１２）モニタ８は入力されたアナログ信号を表示する。
【００２５】
〜終了〜
次に、フレームメモリ３６ａのデータ保存形式について、図５及び図６を用いて説明する。
【００２６】
第１の振動子１１を回転して超音波を送受信することで、図５に示すような音線データ（第１音線、第２音線、…）が得られる。このとき、第１音線のデータを振動子近点から径方向にａ１１、ａ１２、ａ１３、ａ１４、………、第２音線のデータを振動子近点から径方向にａ２１、ａ２２、ａ２３、ａ２４、………とすると、これらのデータを図６に示すような形式で、音線データ、振動子からの距離ごとにフレームメモリ３６ａに保存する。
【００２７】
ここで図６のθは図５に示すように第１音線をθ＝０とした時の時計回りの音線データの角座標を表し、ｒは音線方向の距離を表している。また、図６の○の部分には補間処理回路３５ａによって補間されたデータが保存される。
【００２８】
次に、フレームメモリ３６ａ内のデータを直交座標系に変換する方法について図７を用いて説明する。
【００２９】
図７に示すように、求める直交座標系においてｘ＝０の位置に第１音線が相当するようにフレームメモリ３６ａ内のデータを直交座標に変換する。求める直交座標系のある点（ｘ１、ｙ１）を第１音線からの角度をθ１、音線方向距離をｒ１を用いて以下のように表すことができる。
【００３０】
【数１】
θ１＝ｔａｎ−１（ｘ１／ｙ１）　　　　　　（１）
【数２】
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但し、Ｒはプローブの中心から第１の振動子１１表面までの距離を表す。
【００３１】
よって、上記関係式より求める直交座標系の点（ｘ１、ｙ１）をフレームメモリ３６ａの保存形式に変更することができる。
【００３２】
この関係式に基づき直交座標系のそれぞれの座標が、フレームメモリ３６ａ内のどのアドレスに相当するかを予め計算し、ＬＵＴ３８ａ内にそのアドレスを保存しておく。そしてＤＳＣ処理回路３７ａはＬＵＴ３８ａのアドレスを参照してフレームメモリ３６ａ内のデータを直交座標に変換する。
【００３３】
次に、フレームメモリ３６ｂのデータ保存形式について図８及び図９を用いて説明する。
【００３４】
第２の振動子１２は第１の振動子１１に対して図３に示した位置に配置されているため、得られる音線データは、図８に示すように、第１の振動子１１で得られる音線データに対して約１８０°＋α進んだ位置における音線データが得られる。このとき第２の振動子１２で得られる第１音線のデータを振動子近点から径方向にｂ１１、ｂ１２、ｂ１３、ｂ１４、………、第２音線のデータを振動子近点から径方向にｂ２１、ｂ２２、ｂ２３、ｂ２４、………とすると、これらのデータを図９に示すような形式で、音線データ、振動子からの距離ごとにフレームメモリ３６ｂに保存する。
【００３５】
ここで図９のｋは第２の振動子１２の音線方向の距離を表しており、またθは第２の振動子１２の第１音線の角度をθ＝０としたときの時計回りの音線データの角座標を表している。また、図９の○の部分には補間処理回路３５ｂによって補間されたデータが保存される。
【００３６】
次に、フレームメモリ３６ｂ内のデータを直交座標系に変換する方法について図１０及び図１１を用いて説明する。
【００３７】
図１０に示すように、求める直交座標系のｘ＝０の位置に第１の振動子１１の第１音線が相当するようにフレームメモリ３６ｂ内のデータを直交座標に変換する。
【００３８】
図１０の直交座標系の点（ｘ２、ｙ２）は、図１１に示すように、第２の振動子１２がθ回転したときの音線データ上にあり、第２の振動子１２表面からの距離ｋの座標に等しい。つまりθとｋを求めることで、（ｘ２、ｙ２）はフレームメモリ３６ｂのどのアドレスに相当するかがわかる。そこでｘ２、ｙ２をθ、ｋを用いて表すと以下のようになる。
【００３９】
【数３】
ｘ２＝−（ｋ＋Ｄ＋Ｌｃｏｓα）ｓｉｎ（α＋θ）＋Ｌｓｉｎαｃｏｓ（α＋θ）　　（３）
【数４】
ｙ２＝−｛（ｋ＋Ｄ＋Ｌｃｏｓα）ｃｏｓ（α＋θ）＋Ｌｓｉｎαｓｉｎ（α＋θ）｝　　（４）
但し、Ｄは第２の振動子１２の厚み、Ｌは振動子固定軸２２の長さ、αは第１の振動子１１に対する第２の振動子１２の傾きを示す。
【００４０】
上式（３）、（４）の連立方程式を解くことによってθとｋを求めることができる。
【００４１】
この計算に基づき直交座標系のそれぞれの座標が、フレームメモリ３６ｂ内のどのアドレスに相当するかを予め計算し、ＬＵＴ３８ｂ内にそのアドレスを保存しておく。
【００４２】
そしてＤＳＣ処理回路３７ｂはＬＵＴ３８ｂのアドレスを参照してフレームメモリ３６ｂ内のデータを直交座標に変換する。
【００４３】
（効果）
以下、本実施の形態の効果の詳細について図１２ないし図１７を用いて説明する。
【００４４】
図１２のように、通常、凹面単板振動子１０１から照射される超音波ビームは振動子径方向に幅をもっている。この図１２のＡの断面での音圧特性は、図１３に示すようにメインビームの他にサイドローブと呼ばれるピークが現れる。そのため図１４のようにある一つ丸い散乱体１０２に対して、凹面単板振動子１０１を回転（メカニカルラジアル走査）して散乱体１０２を画像化すると、本来丸い散乱体１０２であるが、サイドローブの影響によって画像上では散乱体１０２が横伸びして表示される。画像化したモニタ画面の１例を図１５に示す。
【００４５】
ここで、本実施の形態の超音波診断システム１を用いて図１４に示した散乱体１０２を画像化する場合を考える。
【００４６】
第１の振動子１１によって得られる画像は図１５と同じで散乱体１０２が横伸びして表示される。
【００４７】
また、第２の振動子１２は図３に示すように第１の振動子１１と回転軸２１の径方向に対する超音波走査角度が異なるため、得られる画像は図１６のようになり、図１５と同様に散乱体１０２は伸びて表示されるが、伸びている角度が異なる。
【００４８】
よって加算回路３９によって図１５、図１６の画像データを加算することでデータが重なっている部分（本来、散乱体１０２がある部分）と、データが重ならない部分（アーチファクト）の輝度差が大きくなり、キーボード７上でゲイン（受信回路３３ａ，３３ｂの増幅）等を調整することで、図１７に示すように、サイドローブによるアーチファクトを低減した画像をモニタ８に表示することができる。さらにサイドローブだけでなく、多重反射等のアーチファクトも同様の方法で低減することができる。
【００４９】
また、振動子の焦点近傍以外の部分を画像化するとき、図１２に示すように超音波ビームの幅が広いため、方位分解能が悪くなることが知られているが、本実施の形態の超音波診断システム１では、上記した方法で焦点近傍以外においても方位分解能の良い画像を得ることができる。
【００５０】
なお、図１７に示したモニタ画面は半円表示しているが、表示方法については特に限定しない。
【００５１】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超音波ビームのサイドローブおよび多重反射等によるアーチファクトを低減した画像を提供することができるという効果があり、また、焦点距離以外においても、方位分解能の良い画像を提供することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る超音波診断システムの構成を示す構成図
【図２】図１の第１の振動子及び第２の振動子の走査方向を示す図
【図３】図１の第１の振動子及び第２の振動子の配置を示す図
【図４】図１の超音波処理装置の構成を示す構成図
【図５】第１の振動子側の図４のフレームメモリへのデータ保存形式について説明する第１の図
【図６】第１の振動子側の図４のフレームメモリへのデータ保存形式について説明する第２の図
【図７】第１の振動子側の図４のフレームメモリ内のデータを直交座標系に変換する方法について説明する図
【図８】第２の振動子側の図４のフレームメモリへのデータ保存形式について説明する第１の図
【図９】第２の振動子側の図４のフレームメモリへのデータ保存形式について説明する第２の図
【図１０】第２の振動子側の図４のフレームメモリ内のデータを直交座標系に変換する方法について説明する第１の図
【図１１】第２の振動子側の図４のフレームメモリ内のデータを直交座標系に変換する方法について説明する第２の図
【図１２】図１の超音波診断システムの効果を説明する第１の図
【図１３】図１の超音波診断システムの効果を説明する第２の図
【図１４】図１の超音波診断システムの効果を説明する第３の図
【図１５】図１の超音波診断システムの効果を説明する第４の図
【図１６】図１の超音波診断システムの効果を説明する第５の図
【図１７】図１の超音波診断システムの効果を説明する第６の図
【符号の説明】
１…超音波診断システム
５…超音波プローブ
６…超音波処理装置
７…キーボード
８…モニタ
１１…第１の振動子
１２…第２の振動子
２１…回転軸
２２…固定軸
３１…制御回路
３２…送信回路
３３ａ，３３ｂ…受信回路
３４ａ，３４ｂ…Ａ／Ｄ変換器
３５ａ，３５ｂ…補間処理回路
３６ａ，３６ｂ…フレームメモリ
３７ａ，３７ｂ…ＤＳＣ処理回路
３８ａ，３８ｂ…ＬＵＴ
３９…加算回路
４０…表示回路
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2004141491.tif 000016
【図１４】
2004141491.tif 000017
【図１５】
2004141491.tif 000018
【図１６】
2004141491.tif 000019
【図１７】
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