(57)【要約】【課題】画像の歪や空間分解能の低下を生じさせることなく、ハードウェア及びソフトウェア規模の拡大を最小限とする低コストの超音波診断装置を提供する。【解決手段】実施形態の超音波診断装置は、機械的に回転可能な超音波振動子を回転させながら、超音波ビームを回転軸に平行でかつ前記回転軸を含む平面の一方の端から他方の端に向かって繰り返し電子走査する超音波プローブと、複数のフレームデータを記憶するフレーム記憶部と、前記複数のフレームデータから、第１のフレームに対応する第１のフレームデータと、第１のフレームに隣接する第２のフレームに対応する第２のフレームデータを抽出し、第１のフレームデータの一部と、第２のフレームデータの一部とを合成して、前記１回の電子走査範囲をカバーする混合フレームデータを生成する合成部と、複数の前記混合フレームデータから３次元画像を生成する画像生成部と、を備える。【選択図】  図１
2012085875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的に回転可能な超音波振動子を具備し、前記超音波振動子を回転させながら、超音波ビームを回転軸に平行でかつ前記回転軸を含む平面の一方の端から他方の端に向かって繰り返し電子走査する超音波プローブと、
前記一方の端から前記他方の端までの１回の電子走査をフレームとし、前記フレーム内の受信データをフレームデータとするとき、複数の前記フレームデータを記憶するフレーム記憶部と、
前記フレーム記憶部に記憶される複数のフレームデータから、第１のフレームに対応する第１のフレームデータと、前記第１のフレームに隣接する第２のフレームに対応する第２のフレームデータを抽出し、前記第１のフレームデータの一部と、前記第２のフレームデータの一部とを合成して、前記１回の電子走査範囲をカバーする混合フレームデータを生成する合成部と、
複数の前記混合フレームデータから３次元画像を生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記第１のフレームデータは前記第２のフレームデータの直後または直前に得られる前記フレームデータであり、
前記合成部は、前記第１のフレームデータのうちの前記一方の端から前記回転軸までの電子走査範囲に対応する第１の部分フレームデータと、前記第２のフレームデータのうちの前記回転軸から前記他方の端までの電子走査範囲に対応する第２の部分フレームデータとを合成して前記混合フレームデータを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記画像生成部は、
前記混合フレームデータが、前記第１のフレームの前記電子走査が開始されたときの前記機械的回転軸方向から得られたものとして、前記３次元画像を生成する、
ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記画像生成部は、
前記第１、および第２の部分フレームデータは、前記第１のフレームの前記電子走査が開始されたときの機械的回転角度を所定量だけ補正した回転角度から得られたものとして、前記３次元画像を生成する、ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
停止した状態から機械的に半周回転して一旦停止した後、逆方向に半周回転して停止するシーケンスを繰り返す超音波振動子を具備し、回転中および停止中に、超音波ビームを、前記超音波振動子の回転軸に平行でかつ前記回転軸を含む平面の一方の端から他方の端に向かって直線状に繰り返し電子走査するよう指示される超音波プローブと、
前記一方の端から前記他方の端までの１回の電子走査をフレームとし、前記フレーム内の受信データをフレームデータとするとき、複数の前記フレームデータを記憶するフレーム記憶部と、
前記フレーム記憶部に記憶される複数のフレームデータから、停止中のフレームに対応する第１のフレームデータと、回転開始直後または回転停止直前のフレームに対応する第２のフレームデータを抽出し、前記第１のフレームデータの一部と、前記第２のフレームデータの一部とを合成して、停止位置における前記１回の電子走査範囲をカバーする停止位置混合フレームデータを生成する合成部と、
前記停止位置混合フレームデータと回転中のフレームから得られる回転中フレームデータとから、または前記第１のフレームデータと前記回転中フレームデータとから３次元画像を生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
前記合成部は、
前記第１のフレームデータのうちの前記回転軸から前記他方の端までの電子走査範囲に対応する第１の部分フレームデータと、前記第２のフレームデータのうちの前記一方の端から前記回転軸までの電子走査範囲に対応する第２の部分フレームデータとを合成して、前記停止位置混合フレームデータを生成する、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記合成部は、
前記第１のフレームデータのうちの前記一方の端から前記回転軸までの電子走査範囲に対応する第１の部分フレームデータと、前記第２のフレームデータのうちの前記回転軸から前記他方の端までの電子走査範囲に対応する第２の部分フレームデータとを合成して、前記停止位置混合フレームデータを生成する、
ことを特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
停止した状態から機械的に半周回転して一旦停止した後、逆方向に半周回転して停止するシーケンスを繰り返す超音波振動子を具備し、超音波ビームを前記超音波振動子の回転軸に平行でかつ前記回転軸を含む平面を電子走査する超音波プローブであって、回転停止直前または回転開始直後に該当する第１のフレームでは、前記平面の一方の端から前記回転軸まで電子走査したのち前記回転軸から前記一方の端まで折り返して電子走査し、前記第１のフレーム以外に該当する第２のフレームでは、前記平面を一方の端から他方の端まで繰り返し電子走査する超音波プローブと、
前記第１のフレームに対応する第１のフレームデータと、前記第２のフレームに対応する複数の第２のフレームデータとを記憶するフレーム記憶部と、
前記複数の第１のフレームデータと前記第２のフレームデータとから３次元画像を生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
停止した状態から機械的に半周回転して一旦停止した後、逆方向に半周回転して停止するシーケンスを繰り返す超音波振動子を具備し、前記超音波振動子の回転軸に平行でかつ前記回転軸を含む平面を、正方向回転時には前記平面の一方の端から他方の端までの正フレームを直線状に繰り返し電子走査し、逆方向回転時は、前記平面の前記他方の端から前記一方の端までの逆フレームを直線状に繰り返し電子走査する超音波プローブと、
前記正フレームに対応する複数の正フレームデータと、前記逆フレームに対応する複数の逆フレームデータとを記憶するフレーム記憶部と、
前記正方向回転時は、前記複数の正フレームデータから３次元画像を生成し、前記逆方向回転時は、前記複数の逆フレームデータから３次元画像を生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１０】
前記超音波プローブは、
回転停止直前または回転開始直後に該当する前記正フレーム、若しくは回転停止直前または回転開始直後に該当する前記逆フレームでは、前記平面の一方の端から前記回転軸まで電子走査したのち前記回転軸から前記一方の端まで折り返して電子走査する、
ことを特徴とする請求項９に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、超音波振動子を機械的に回転させながら、セクタ走査、リニア走査、コンベックス走査等の電子走査を行って、３次元データを取得する超音波診断装置（電子走査／機械走査併用型の超音波診断装置）がある。この種の超音波診断装置の超音波プローブでは、例えばリニアアレイ状に配列された圧電素子からなる超音波振動子によってペンシルビーム形状の超音波ビームを形成し、この超音波ビームを、平面上の一方の端（Ａ端）から他方の端（Ｂ端）に向かって送受信しながら順番に電子走査する。超音波ビームがＢ端に達するとＡ端に戻り、再びＡ端からＢ端に向かって送受信しながら電子走査し、このサイクルを繰り返す。Ａ端からＢ端までの１回の電子走査はフレームと呼ばれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
１フレーム内において、超音波プローブ内の超音波振動子は、超音波ビームをＡ端からＢ端に向けて直線的に電子走査する。しかしながら、超音波振動子は機械的に回転しながら電子走査を行うため、３次元空間上での実際の超音波ビームの位置は、１フレーム内においても直線的に配列されず、機械的な回転角に応じて曲線的に変位する。このため、３次元画像上に歪が生じる。
【０００４】
また、超音波振動子を半周だけ回転させた後、回転方向を逆転させて半周回転させるというシーケンスを繰り返す超音波プローブでは、回転方向の逆転時にビーム配置に疎密が生じたり、データ抜けが生じたりする場合がある。
【０００５】
そこで、これらの課題を、ハードウェア／ソフトウェア規模をそれ程増大することなく解決できる超音波診断装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の超音波診断装置は、機械的に回転可能な超音波振動子を具備し、前記超音波振動子を回転させながら、超音波ビームを回転軸に平行でかつ前記回転軸を含む平面の一方の端から他方の端に向かって繰り返し電子走査する超音波プローブと、前記一方の端から前記他方の端までの１回の電子走査をフレームとし、前記フレーム内の受信データをフレームデータとするとき、複数の前記フレームデータを記憶するフレーム記憶部と、前記フレーム記憶部に記憶される複数のフレームデータから、第１のフレームに対応する第１のフレームデータと、前記第１のフレームに隣接する第２のフレームに対応する第２のフレームデータを抽出し、前記第１のフレームデータの一部と、前記第２のフレームデータの一部とを合成して、前記１回の電子走査範囲をカバーする混合フレームデータを生成する合成部と、複数の前記混合フレームデータから３次元画像を生成する画像生成部と、を備えたことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の超音波診断装置の構成例を示すブロック図。
【図２】超音波プローブのビーム走査とフレームデータとの関係を説明する図。
【図３】回転軸を中心とする投射面での、超音波振動子の回転角度とフレームとの関係を模式的に示す図。
【図４】実際のフレーム内でのビーム走査状況を示す図。
【図５】従来の３次元画像生成方法を示す図。
【図６】第１の実施形態の説明図。
【図７】第２の実施形態の説明図。
【図８】第３の実施形態の説明図。
【図９】第４の実施形態の説明図。
【図１０】第５の実施形態の説明図。
【図１１】回転方向が異なったときの画像のずれ現象を説明する図。
【図１２】第６の実施形態の説明図。
【図１３】第６の実施形態の変形例の説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の超音波診断装置１を、添付図面を参照して説明する。
【０００９】
（構成）
図１は、超音波診断装置１の構成例を示すブロック図である。超音波診断装置１は、超音波プローブ１０、受信部２０、送信部２１、フレーム記憶部２２、走査制御部２３、モータ駆動部２４、駆動制御部２５、画像処理部３０、ボリューム記憶部４０、レンダリング処理部５０、表示部６０、制御部７０等を備えて構成される。
【００１０】
超音波プローブ１０は、圧電素子等が例えばリニアアレイ状に配列された超音波振動子１１と、超音波振動子１１を機械的に回転させる駆動モータ１２を有している。超音波振動子１１は、送信部２１から出力される電気信号による送信信号を超音波信号に変換し、被検体に送信すると共に、被検体からのエコー信号を受信して電気信号に変換する。駆動モータ１２は、モータ駆動部２４から出力されるモータ駆動信号にしたがって超音波振動子１１を機械的に回転させる。
【００１１】
送信部２１は、走査制御部２３から出力されるパルス繰り返し数や送信位置情報に基づいて、所望の超音波が超音波振動子１１から送信されるように超音波振動子１１を駆動する。
【００１２】
受信部２０は、超音波振動子１１から出力される受信信号から、走査制御部２３から与えられる受信位置情報等の条件に基づいてビームデータを生成する。受信部２０は、さらに１フレーム内の複数のビームデータをまとめて１つのフレームデータとし、このフレームデータをフレーム記憶部２２に一時的に保存する。フレーム記憶部２２は、複数のフレームデータが記憶できるように構成される。
【００１３】
モータ駆動部２４は、駆動制御部２５から与えられるモータ駆動情報等に基づいてモータ駆動信号を生成し、モータ駆動信号を駆動モータ１２に出力する。
【００１４】
駆動制御部２５は、制御部７０から指示された回転方向、回転速度、或いは回転位置等に応じてモータ駆動部２４にモータ駆動情報等を出力する。また、モータ駆動部２４から超音波振動子１１の回転角情報を取得し、画像処理部３０に出力する。
【００１５】
走査制御部２３は、制御部７０から指示されたビーム数やフレーム数、フレームレート等に応じて、送信部２１や受信部２０に、パルス繰り返し周波数や送受信位置情報等を提供する。走査制御部２３から出力する送受信位置情報に基づいて、超音波振動子１１の超音波ビームの電子走査が行われる。
【００１６】
画像処理部３０の合成部３１は、フレーム記憶部に記憶された複数のフレームデータから、基本的には２つのフレームデータを抽出し、それぞれの一部を合成して混合フレームデータを生成する。具体的な合成方法については後述する。
【００１７】
画像処理部３０の画像生成部３２は、混合フレームデータと、駆動制御部２５から出力される回転角情報とを関連付けて３次元空間に配置することにより、３次元画像データ、即ちボリュームデータを生成し、ボリューム記憶部４０に格納する。
【００１８】
レンダリング処理部５０は、ボリューム記憶部４０から３次元画像データを読み出し、表示用の各種レンダリング処理を行って表示部６０へ表示用画像を出力する。また、時々刻々と生成される３次元画像を動画として、即ち４Ｄ画像として、表示部６０へ出力する機能も有する。
【００１９】
制御部７０は、ＣＰＵ等を備えて構成され、各部の制御を行うほか、図示しない操作卓等から入力される操作者の指示情報を各部へ伝える機能も有する。
【００２０】
（ビーム走査とフレームデータ）
図２（ａ）は、超音波診断装置１の超音波プローブ１０の構成を概念的に示す図である。超音波プローブ１０は、図２（ａ）の構成、形状に限定されるものではないが、例えば基部１０１、と振動子収納部１０２を有しており、超音波振動子１１は振動子収納部１０２に収納される。超音波振動子１１は回転軸Ｐ回りを、駆動モータ１２によって機械的に回転する。
【００２１】
図２（ｂ）は、本実施形態に係る超音波診断装置１のビーム走査とフレームデータを説明する図である。超音波振動子１１から送受信される超音波ビームは、図２（ｂ）において下方にある被検体の方向に向かうように形成される。超音波振動子１１は、例えばリニアアレイ状に配列された多数の圧電素子を有して構成されており、超音波ビームは、アレイの配列方向に沿った走査平面を電子走査する。
【００２２】
この走査平面は、超音波振動子１１の機械的な回転軸Ｐに平行でかつ回転軸Ｐを含む平面である。図２（ｂ）に示すように、超音波ビームは、走査平面の一方の端（Ａ端）から回転軸Ｐを通って走査平面の他方の端（Ｂ端）に向かって電子走査される。超音波ビームがＢ端に達すると再びＡ端に戻り、Ａ端からＢ端までの電子走査を繰り返す。この電子走査は、超音波振動子１１を回転させながら行う。通常、Ａ端とＢ端の位置は回転軸Ｐに対して対称となるように電子走査されるため、以下その前提で説明するが、必ずしも対称である必要はない。
【００２３】
Ａ端からＢ端までの１回の電子走査をフレームと呼び、フレームＦ（ｎ）で表記するものとする。ここで、ｎはフレーム番号を表す。また、フレームＦ（ｎ）を、Ａ端から回転軸Ｐまでの領域と、回転軸ＰからＢ端までの領域に分割し、Ａ端から回転軸Ｐまでを部分フレームＦ（ｎ）ａと呼び、回転軸ＰからＢ端までを部分フレームＦ（ｎ）ｂと呼ぶものとする。
【００２４】
前述したように、電子走査は超音波振動子１１を回転させながら繰り返し行われる。回転方向は、超音波プローブ１０の上方から見て、ＣＷ（時計回り）方向、ＣＣＷ（反時計回り）方向のいずれでも良い。また、回転は連続的に行っても良いし、停止と回転を繰り返すようにしてもよい。停止と回転を繰り返す場合、停止した状態からＣＷ方向（或いはＣＣＷ方向）に半周回転して一端停止し、その後逆方向のＣＣＷ方向（或いはＣＷ方向）に回転して停止するというシーケンスを繰り返す。電子走査は回転軸Ｐを中心にして行われるため、超音波振動子１１の半周の回転によって、超音波プローブ１０の上方から見た投射面は回転軸Ｐを中心とした３６０度の範囲をカバーすることができる。
【００２５】
図３は、回転軸Ｐを中心とする投射面での、超音波振動子１１の回転角度とフレームとの関係を模式的に示す図である。図３では、説明を判りやすくするため、３６０度の範囲（以下、全空間と呼ぶ場合がある）におけるフレームの数を極端に少なくしており、図３の例では、フレーム数を４としている。つまり、４つのフレームＦ（１）、Ｆ（２）、Ｆ（３）、Ｆ（４）によって３６０度の範囲をカバーしている。以下、この４つのフレームの例によって、本実施形態に係る３次元画像生成方法について説明する。また、以下の説明では、超音波振動子１１は、特に明示しない場合は、図３におけるＣＷ方向を０度から１８０度までの間回転しながら電子走査を行うものとして説明する。
【００２６】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る超音波診断装置１の３次元画像生成方法をより判りやすくするため、まず従来の３次元画像生成方法とその課題について説明する。
【００２７】
図３に太い直線で示したフレームＦ（１）〜Ｆ（４）は、超音波振動子１１が停止中にＡ端からＢ端までの電子走査を行い、その後超音波振動子１１が隣のフレームに瞬時に回転移動し、そこでまた停止してＡ端からＢ端までの電子走査を行うという、現実にはあり得ない理想的なフレームを示している。
【００２８】
一方、図４は、実際のフレーム内でのビーム走査状況を示す図である。超音波振動子１１は機械的に回転しながら電子走査を行っているため、Ａ端からＢ端へ至る途中の超音波ビームは、図中のビーム番号１〜９で示したように、直線上ではなく曲線上の位置に指向されることになる。
【００２９】
図５（ａ）、（ｂ）は、従来の３次元画像生成方法を示す図である。従来の方法では、１つのフレーム期間中の各ビーム位置から得られる受信データ（以下、フレームデータと呼ぶ）の総てが、理想的なフレーム、即ち、フレームの開始位置（Ａ端）と回転軸Ｐを結ぶ直線上から得られるものとして、３次元空間に配置していた。このため、例えばフレームＦ(３)を例にとると、図５（ｂ）に示すように、実際のフレームＦ（３）で超音波ビームが指向する位置と、３次元空間に配置する位置（理想的なフレームＦ（３））とが異なり、画像上での歪が発生する。この歪は、Ａ端から回転軸Ｐまでの間は比較的小さく回転軸Ｐ上ではゼロになるものの、回転軸ＰからＢ端に向かう領域では大きくなり、Ｂ端の近傍では非常に大きくなる（第１の課題）。
【００３０】
この歪は、超音波振動子１１の回転速度を下げることによってある程度低減することが出来るが、超音波振動子１１の回転速度を下げることは、３次元空間全体のデータ（ボリュームデータ）を取得する時間が延びることになり、１つのボリュームデータの取得速度（ボリュームレート）が低下する。このため、３次元データをリアルタイムの動画として表示させる動作モード（４Ｄモード）には適さない。
【００３１】
また、フレームデータを３次元空間に配置するとき、超音波ビームごとに、その位置を超音波振動子１１の時々刻々の回転角度情報を用いて補正する方法も原理的には可能である。この補正方法によって、３次元画像上の歪をほぼ完全に排除する、或いは大幅に低減することができる。しかしながら、この補正方法を実現するには、ハードウェア規模やソフトウェア規模を拡大する必要があり、装置のコストアップとなる。
【００３２】
他方、図５（ａ）から判るように、ＣＷ方向とＣＣＷ方向の回転を０度と１８０度の位置で半周ごとに切り換える場合、０度方向のフレームデータは密になるものの、１８０度方向のフレームデータは疎になってデータ抜けが生じる（第２の課題）。この課題は、超音波振動子１１を連続的に同一方向に回転させることで解決できるが、この場合、超音波振動子１１（回転部）と固定部との間に信号線や電力線を接続するためのスリップリング等の特別な機構が必要となり、超音波プローブ１０の大型化やコストアップをもたらす。
【００３３】
以下に示す第１の実施形態は、上述した第１の課題の解決を図るものである。第１の実施形態では、フレーム記憶部２２に記憶されたフレームデータから隣接する２つのフレームデータ（第１のフレームデータと第２のフレームデータ）を抽出し、第１のフレームデータの一部と第２のフレームデータの一部とを合成して、１回の電子走査（１つのフレーム）の範囲をカバーする混合フレームを生成する。
【００３４】
具体的には、第１のフレームデータＦ（ｎ）のうちのＡ端から回転軸Ｐまでの範囲のデータを第１の部分フレームデータＦ（ｎ）ａとし、第２のフレームデータＦ（ｎ−１）のうちの回転軸ＰからＢ端までの範囲を第２の部分フレームデータＦ（ｎ−１）ｂとするとき、混合フレームデータＦ’（ｎ）を次の（式１）によって合成する。（式１）の合成処理は、画像処理部３０の合成部３１が行う。
【００３５】
Ｆ’（ｎ）＝Ｆ（ｎ）ａ＋Ｆ（ｎ−１）ｂ            （式１）
ここで、第１のフレームデータＦ（ｎ）は、第２のフレームデータＦ（ｎ−１）の直後または直前に得られるフレームデータである。また、符号ａ、ｂは、Ａ端から回転軸Ｐまでのフレームデータ（前半のフレームデータ）と、回転軸ＰからＢ端までのフレームデータ（後半のフレームデータ）とをそれぞれ識別する符号である。また、ｎはフレーム番号を表し、ボリューム当たりのフレーム数をＮとすると、ｎは１以上Ｎ以下の整数となる。図３におけるＡ端が０度の位置が例えばフレーム番号１に該当し、ＣＷ方向の角度増加に伴ってフレーム番号は大きくなる。
【００３６】
画像処理部３０の画像生成部３１は、混合フレームデータＦ’（ｎ）が、第１のフレームＦ（ｎ）の電子走査が開始されたときの回転軸方向から得られたものとして、３次元空間に配置する。或いは、予めフレーム番号ｎと回転角度とを関連付けておき、フレーム番号ｎに関連付けられた回転角度に混合フレームデータＦ’（ｎ）を配置することで３次元画像を生成してもよい。
【００３７】
図６（ａ）、（ｂ）は、第１のフレームデータＦ（ｎ）としてＦ（３）を、第２のフレームデータＦ（ｎ−１）としてＦ（２）を例とした、第１の実施形態の説明図である。この場合、混合フレームデータＦ’（３）は、図６（ｂ）に示すように、Ｆ’（３）＝Ｆ（３）ａ＋Ｆ（２）ｂ、となる。この混合フレームデータＦ’（３）が、第１のフレームＦ（３）の電子走査が開始されときの回転角９０度の位置から得られたものとして３次元空間に配置される。
【００３８】
従来の方法の図５（ｂ）と比較すればわかるように、第１の実施形態による混合フレームデータＦ’（３）は、理想的なフレームデータＦ（３）により近づいており、画像の歪が低減されている。
【００３９】
第１の実施形態によれば、ボリュームレートの低下や、ハードウェア、ソフトウェア規模の増大をもたらすことなく、隣接する２つのフレームデータの夫々の一部を抽出して合成するという簡素な処理によって画像の歪を低減することが可能となる。
【００４０】
なお、超音波振動子１１の回転方向が図３等におけるＣＣＷ方向の場合は、（式１）における第２のフレームデータはＦ（ｎ−１）に代えて、Ｆ（ｎ＋１）となる。また、第１のフレームデータが第２のフレームデータの直後となるか直前となるかは、フレーム内の電子走査の方向が図３におけるＡ端からＢ端の方向であるのか、Ｂ端からＡ端の方向であるのかに依存する。
【００４１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１の実施形態におけるフレームを回転軸Ｐの前後で２分割し、新たなフレームＦ’’（ｎ’）を、大きさがフレームＦ（ｎ）の半分で、フレーム数が２倍であると再定義する。そして、３次元空間に配置するフレームデータＦ’’（ｎ’）を、次の（式２）、（式３）から求める。
【００４２】
Ｆ”（ｎ’）＝Ｆ（ｎ’）ａ            （１≦ｎ’≦Ｎの場合）        （式２）
Ｆ”（ｎ’）＝Ｆ（ｎ’−Ｎ−１）ｂ    （Ｎ＋１≦ｎ’≦２Ｎの場合）  （式３）
図７（ａ）、（ｂ）の例で具体的に説明する。まず、角度０度にあるＦ（１）を、角度０度のＦ”（１）と角度１８０度にあるＦ”（５）へ、角度４５度にあるＦ（２）を、角度４５度のＦ”（２）と角度２２５度にあるＦ”（６）へ、角度９０度にあるＦ（３）を、角度９０度のＦ”（３）と角度２７０度にあるＦ”（７）へ、そして、角度１３５度にあるＦ（４）を、角度１３５度のＦ”（４）と角度３１５度にあるＦ”（８）へ、それぞれ再定義する。その後、（式２）、（式３）によって３次元空間に配置するフレームデータＦ’’（ｎ’）を求める。再定義後のフレームＦ”（３）とＦ”（７）に着目すると、図７（ｂ）に示すように、フレームデータＦ”（３）にはフレームデータＦ（３）ａを使用し、フレームデータＦ”（７）にはフレームデータＦ（２）ｂを使用する。
【００４３】
この結果、第１の実施形態と同様に、理想的なＦ（３）に近い、フレームデータＦ”（３）、Ｆ”（７）を得ることができる。
【００４４】
第２の実施形態は、部分フレームデータＦ（ｎ）ａ、Ｆ（ｎ）ｂを合成することなく単独で取り扱うため、フレーム記憶部２２からの読み出しの自由度が増し、フレーム記憶部２２の容量を削減したり、或いはフレーム記憶部２２そのものを不要にしたりすることが可能となる。
【００４５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、第１、第２の実施形態よりもさらに画像の歪を低減する手段を提供する。
【００４６】
図８（ａ）に示すように、第１、２の実施形態では、Ａ端とＢ端の近傍、及び回転軸Ｐの近傍では、誤差（歪）は小さくなるものの、Ａ端と回転軸Ｐの中間部、或いは回転軸ＰとＢ端の中間部での誤差（歪）は、必ずしも小さくない。一般に、Ａ端やＢ端の近傍は被検体の関心領域の外延となるため、操作者の関心が低い領域となる。したがって、Ａ端やＢ端の近傍よりも内側の領域の誤差を低減できれば、より好ましいものとなる。
【００４７】
そこで、第３の実施形態では、第１の部分フレームデータは、第１のフレームの電子走査が開始されたときより所定量α度だけ回転量を補正した機械的回転軸方向から得られたものとして、また、第２の部分フレームデータは、第１のフレームの電子走査が開始されたときより所定量−α度だけ回転を補正した機械的回転軸方向から得られたものとして、第１、第２の部分フレームデータを３次元空間上に配置して、３次元画像を生成するものとしている。
【００４８】
例えば、図８（ｂ）に示すように、混合フレームデータＦ’（３）のうち、第１の部分フレームデータＦ（３）ａは、混合フレームデータＦ’（３）に対応する角度９０度よりもα度回転を進ませた角度、（９０＋α）度から得られたものとして３次元空間に配置する。また、混合フレームデータＦ’（３）のうち、第２の部分フレームデータＦ（２）ｂは、角度２７０度よりもα度回転を遅らせた角度、（２７０−α）度から得られたものとして３次元空間に配置する。このように、混合フレームデータＦ’（３）を配置するときの角度を補正することにより、Ａ端やＢ端の近傍よりも内側の領域の誤差を低減することができる。
【００４９】
補正量αは、超音波振動子１１の回転速度とフレームレートから自動的に求めても良いし、操作者が手動で調節してもよい。また、補正量αの正負の符号は、超音波振動子１１の回転の方向やフレーム内の電子走査の向きによって異なってくる。
【００５０】
なお、第３の実施形態は、第１、第２の実施形態のうち、いずれに対しても組み合わせることが可能である。
【００５１】
（第４の実施形態）
前述したように、図５（ａ）に示す従来の３次元画像生成方法では、ＣＷ方向とＣＣＷ方向の回転を０度と１８０度の位置で半周ごとに切り換える場合、０度方向のフレームデータは密になるものの、１８０度方向のフレームデータは疎になってデータ抜けが生じるという課題（第２の課題）があった。第４の実施形態は、この第２の課題を解決するものである。
【００５２】
第１の実施形態では、混合フレームデータＦ’（ｎ）を例えば（式１）の、Ｆ’（ｎ）＝Ｆ（ｎ）ａ＋Ｆ（ｎ−１）ｂ、によって合成するが、従来のビーム走査方法では、図９（ａ）に示すように、Ｆ’（１）に対しては、第２の部分フレームデータＦ（０）ｂが存在しない。
【００５３】
そこで、第４の実施形態では、超音波振動子１１が０度または１８０度で一時的に停止しているときにフレームデータＦ（０）（＝Ｆ（０）ａ＋Ｆ（０）ｂ）を取得する。この停止中に取得したフレームデータＦ（０）ａ、Ｆ（０）ｂを用いて、図９（ｂ）に示すように、混合フレームデータＦ’（１）を、Ｆ’（１）＝Ｆ（０）ａ＋Ｆ（０）ｂ、から求めることにより、０度に関しては歪の全くない混合フレームデータとなる。
【００５４】
この他、図９（ｃ）に示すように、停止中の部分フレームデータＦ（０）ｂと回転開始直後の部分フレームデータＦ（１）ａとを合成して、Ｆ’（１）＝Ｆ（１）ａ＋Ｆ（０）ｂ、としてもよい。
【００５５】
また、図９（ｄ）に示すように、停止中の部分フレームデータＦ（０）ｂと回転停止直前の部分フレームデータＦ（４）ｂとを合成して、Ｆ’（１）＝Ｆ（４）ｂ＋Ｆ（０）ｂ、としてもよい。
【００５６】
上述したように、第４の実施形態によれば、１８０度方向のデータの抜けを、停止中に取得したフレームデータの全部または一部を用いて補充することができる。なお、回転方向がＣＣＷの場合には逆に０度方向にデータの抜けが発生することになるが、この場合にも、停止中に取得したフレームデータの全部または一部を用いることにより、０度方向のデータ抜けを補充することができる。
【００５７】
第４の実施形態は、単独で実施しても良いが、第１乃至第３の実施形態と組み合わせてもよい。
【００５８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態は、第２の課題（特定の方向のデータ抜け）を、第４の実施形態とは異なる手法で解決するものである。
【００５９】
図１０（ａ）は、図９（ａ）と同じ図であり、第１の実施形態を適用したとしても、Ｆ’（１）に対しては、第２の部分フレームデータＦ（０）ｂが存在しないため、１８０度方向にデータ抜けが発生することを示している。
【００６０】
第５の実施形態では、回転停止直前のフレーム（例えば、図１０（ｂ）に示すＣＷ回転の場合は、フレームＦ（４））、又は回転開始直後のフレームのみ例外的な電子走査を行い、Ａ端から回転軸Ｐまで電子走査したのち回転軸ＰからＡ端まで折り返して電子走査する。一方、回転停止直前のフレーム以外のフレーム（フレームＦ（１）〜Ｆ（３））は、第１−第４の実施形態と同様に、Ａ端からＢ端まで連続的に電子走査を行う。
【００６１】
第５の実施形態では、混合フレームデータＦ’（１）は、図１０（ｃ）に示すように、フレームＦ（４）の折り返しの部分フレームデータＦ（４）ｂと、部分フレームデータＦ（１）ａを合成して、Ｆ’（１）＝Ｆ（１）ａ＋Ｆ（４）ｂとして得られる。
【００６２】
このように、第５の実施形態によれば、回転停止直前のフレームでの電子走査を回転軸Ｐで折り返し、折り返し時に得たデータにより１８０度方向のデータの抜けを補充することができる。なお、ＣＣＷ回転時には、０度方向のデータに抜けが発生することになるが、この場合にも、回転停止直前のフレームでの電子走査を回転軸Ｐで折り返し、折り返し時に得たデータを用いることで０度方向のデータの抜けを補充することができる。
【００６３】
第５の実施形態は、単独で実施しても良いが、第１乃至第３の実施形態と組み合わせてもよい。
【００６４】
（第６の実施形態）
第６の実施形態では、超音波振動子１１の回転方向を、０度と１８０度の位置でＣＷ方向とＣＣＷ方向とに半周ごとに切り換える場合において、電子走査の方向を超音波振動子１１の回転方向に応じて切り換えるものとしている。
【００６５】
図１１は、従来の３次元画像生成方法を示す図であり、ＣＷ方向（図１１（ａ））、ＣＣＷ方向（図１１（ｂ））のいずれの場合にも、Ａ端からＢ端に向けて同じ方向に電子走査を行っている。この方法の場合、理想的な直線に対する歪の向き（凸となる方向）がＣＷ方向とＣＣＷ方向とで逆向きとなっている。このため、取得した複数の３次元画像データを比較する場合や、４Ｄ表示のように動画として表示する場合に、ＣＷ方向とＣＣＷ方向とで画像がずれて表示されることになる（第３の課題）。
【００６６】
第６の実施形態は、この第３の課題を解決するものであり、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、超音波振動子１１の回転方向によって、超音波振動子１１の電子走査の方向を反転させている。例えば、超音波振動子１１をＣＷ方向に回転させるときは、Ａ端からＢ端に向けて電子走査し、ＣＣＷ方向に回転させるときは、Ｂ端からにＡ端向けて電子走査する。この手法により、理想的な直線に対する歪の向きを同じ向きに揃えることが可能となり、ＣＷ方向とＣＣＷ方向とでの画像のずれを解消することができる。
【００６７】
（第６の実施形態の変形例）
第６の実施形態によれば、ＣＷ方向とＣＣＷ方向とでの画像のずれを解消することができるものの、図１２（ａ）、（ｂ）から判るように、いずれも１８０度方向の領域にデータ抜けが生じている。第６の実施形態の変形例は、このデータ抜けを解消するために、第５の実施形態の手法を第６の実施形態に取り入れたものである。
【００６８】
例えば、図１３（ａ）に示すように、ＣＷ回転時は、回転停止直前のフレーム（フレームＦ（４））のみ例外的な電子走査を行い、Ａ端から回転軸Ｐまで電子走査したのち回転軸ＰからＡ端まで折り返して電子走査する。一方、回転停止直前のフレーム以外のフレーム（フレームＦ（１）〜Ｆ（３））は、Ａ端からＢ端まで連続的に電子走査を行う。これに対して、ＣＣＷ回転時は、図１３（ｂ）に示すように、回転開始直後のフレーム（フレームＦ（４））のみ例外的な電子走査を行い、Ａ端から回転軸Ｐまで電子走査したのち回転軸ＰからＡ端まで折り返して電子走査する。一方、回転開始直後のフレーム以外のフレーム（フレームＦ（１）〜Ｆ（３））は、ＣＷ回転時とは逆にＢ端からＡ端まで連続的に電子走査を行う。
【００６９】
このような手法により、ＣＷ方向とＣＣＷ方向とでの画像のずれを解消すると共に、特定の方向（例えば１８０度方向）のデータ抜けを解消することができる。
【００７０】
上述した各実施形態に係る超音波診断装置によれば、ハードウェア及びソフトウェア規模の拡大を最小限に抑制しつつ、画像の歪や空間分解能の低下を生じさせることのない３次元画像の表示や４Ｄ表示を行うことが出来る。
【００７１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１  超音波診断装置
１０  超音波プローブ
１１  超音波振動子
１２  駆動モータ
２２  フレーム記憶部
２３  走査制御部
２５  駆動制御部
３０  画像処理部
３１  合成部
３２  画像生成部
７０  制御部
【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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【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】
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