(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内からエコーを受信する超音波受信手段と、
手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与える複数の手動設定器により前記被検体の深さに対応する時間軸上の複数の点に複数のゲイン値をそれぞれ設定するゲイン設定手段と、
前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値の変化量を変更する変化量変更手段であって、前記可動部の移動量に対する前記ゲイン値の変化量を小さく変更する場合には前記複数の手動設定器におけるそれぞれの可動部の位置を可動範囲における中央部にそろえた後に前記ゲイン値の変化量を小さくする変化量変更手段と、
前記複数のゲイン値に基づいてエコー受信のタイムゲイン特性を設定するタイムゲイン特性設定手段と、
前記タイムゲイン特性設定手段によって設定されたタイムゲイン特性で前記超音波受信手段の受信信号を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の出力信号に基づく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像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波撮像装置において、
前記ゲイン設定手段は、前記手動設定器の可動部の可動範囲における両端側部分では中央側部分よりも前記可動部の移動量に対する前記ゲイン値の変化量が大きいゲイン値を設定することを特徴とする超音波撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タイムゲイン(time-gain) 設定方法および超音波撮像装置に関し、特に、手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与える手動設定器を複数個用い、時間軸上の複数の点にそれぞれゲイン値を設定し、そのようなゲイン値に基づいてエコー(echo)受信のタイムゲイン特性を設定するタイムゲイン設定方法および超音波撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体内に超音波を送波してエコーを受信する場合、受信増幅器のゲインを受信時間の経過とともに増加させ、エコー帰投の過程で生じる信号減衰を補償することが知られている。これは、タイムゲイン・コントロール(time-gain control : TGC) と呼ばれる。
【０００３】
所望のＴＧＣを行うため、受信増幅器のタイムゲイン特性、すなわち、受信ゲインの時間変化特性を、使用者が手動設定できるようになっている。タイムゲイン特性の設定は、複数の手動設定器を用い、それによって、ゲインの時間変化特性曲線を決める時間軸上の複数の点のゲイン値をそれぞれ設定するようになっている。
【０００４】
手動設定器は手動操作される可動部を有し、その位置を調節することによりゲイン値を調節するようになっている。可動部の移動量とゲイン値の変化量との対応関係は予め決まっており、操作者はそれを利用して、所望のゲイン値を得るように可動部の位置を調節する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
微妙なタイムゲイン特性を設定する場合は、手動設定器の可動部の微妙な位置調整が必要とされるので、作業の困難性が増し、また、調整時間が長くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、微調整が容易なタイムゲイン設定方法および超音波撮像装置を実現することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与える複数の手動設定器により時間軸上の複数の点に複数のゲイン値をそれぞれ設定し、前記複数のゲイン値に基づいてエコー受信のタイムゲイン特性を設定するタイムゲイン設定方法であって、前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値の変化量を小さくして前記タイムゲイン特性の微調整を行う、ことを特徴とする。
【０００８】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、被検体内からエコーを受信する超音波受信手段と、手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与える複数の手動設定器により前記被検体の深さに対応する時間軸上の複数の点に複数のゲイン値をそれぞれ設定するゲイン設定手段と、前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値の変化量を変える変化量変更手段と、前記複数のゲイン値に基づいてエコー受信のタイムゲイン特性を設定するタイムゲイン特性設定手段と、前記タイムゲイン特性設定手段によって設定されたタイムゲイン特性で前記超音波受信手段の受信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力信号に基づく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。
【０００９】
第２の発明において、前記変化量変更手段が、前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値の変化量が相対的に大きいゲイン変換特性を有する第１のゲイン変換手段と、前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値の変化量が相対的に小さいゲイン変換特性を有する第２のゲイン変換手段と、を備えることが、タイムゲイン特性の設定を段階的に行う点で好ましい。
【００１０】
その場合、前記第２のゲイン変換手段を、前記手動設定器の可動部の移動量に対する前記ゲイン値の変化量を互いに異ならせた複数のものとすることが、タイムゲイン特性の微調整を多様化する点で好ましい。
【００１１】
（作用）
第１の発明および第２の発明では、微調整時には手動設定器の可動部の移動量に対するゲイン値の変化量を小さくし、ゲイン値を変化させるのに必要な可動部の移動量を大きくする。
【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。
【００１３】
図１に超音波撮像装置のブロック(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。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１４】
（構成）
図１に示すように、本装置は、超音波プローブ２を有する。超音波プローブ２は、図示しない複数の超音波トランスデューサ(transducer)のアレイ(array) を有する。アレイは、例えば前方に張り出した円弧に沿って１次元的に配列された１２８個の超音波トランスデューサによって構成される。すなわち、超音波プローブ２はコンベックスプローブ(convex probe)となっている。
【００１５】
個々の超音波トランスデューサは例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックス(ceramics)等の圧電材料によって構成される。超音波プローブ２は、操作者により被検体４に当接されて使用される。
【００１６】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。超音波プローブ２と送受信部６は、本発明における超音波受信手段の実施の形態の一例である。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて被検体４内に超音波を送波させるようになっている。送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波した被検体４からのエコー信号を受信するようになっている。
【００１７】
送受信部６のブロック図を図２に示す。同図において、送波タイミング(timing)発生回路６０２は、送波タイミング信号を周期的に発生して送波ビームフォーマ(beamformer)６０４に入力するようになっている。
【００１８】
送波ビームフォーマ６０４は、送波タイミング信号に基づいて、送波ビームフォーミング(beam forming)信号、すなわち、複数の超音波トランスデューサを時間差をもって駆動する複数の駆動信号を発生し、送受切換回路６０６に入力するようになっている。
【００１９】
送受切換回路６０６は、複数の駆動信号をセレクタ(selector)６０８に入力するようになっている。セレクタ６０８は、超音波トランスデューサのアレイの中から送波アパーチャ(aperture)を構成する複数の超音波トランスデューサを選択し、それらに複数の駆動信号をそれぞれ与えるようになっている。
【００２０】
複数の超音波トランスデューサは、複数の駆動信号の時間差に対応した位相差を持つ複数の超音波をぞれぞれ発生する。それら超音波の波面合成によって超音波ビームが形成される。超音波ビームの送波方向は、セレクタ６０８が選択する送波アパーチャによって定まる。
【００２１】
超音波ビームの送波は、送波タイミング発生回路６０２が発生する送波タイミング信号により、一定の時間間隔で繰り返し行われる。超音波ビームの送波方向は、セレクタ６０８で送波アパーチャを切り換えることにより順次変更される。それによって、被検体４の内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査される。すなわち被検体４の内部が音線順次で走査される。
【００２２】
セレクタ６０８は、また、超音波トランスデューサのアレイの中から受波アパーチャを構成する複数の超音波トランスデューサを選択し、それら超音波トランスデューサが受信した複数のエコー信号を送受切換回路６０６に入力するようになっている。
【００２３】
送受切換回路６０６は、複数のエコー信号を受波ビームフォーマ６１０に入力するようになっている。受波ビームフォーマ６１０は、複数のエコー受信信号に時間差を付与して位相を調整し、次いでそれら加算して受波のビームフォーミング、すなわち、受波音線上のエコー受信信号を形成するようになっている。セレクタ６０８により、受波の音線も送波に合わせて走査される。
【００２４】
ＴＧＣ(time-gain controlled)増幅回路６１２は、受波ビームフォーマ６１０の出力信号をＴＧＣ増幅する。すなわち、ビームフォーミングされたエコー受信信号を時間とともに漸次増加するゲイン（タイムゲイン）で増幅し、エコーが被検体４内を帰投する過程で生じる振幅の減衰を補償する。ＴＧＣ増幅回路６１２は、本発明における増幅手段の実施の形態の一例である。
【００２５】
ＴＧＣ増幅回路６１２のタイムゲインは後述する制御部１８によって制御されるようになっている。また、送波タイミング発生回路６０２ないし受波ビームフォーマ６１０も、後述する制御部１８によって制御されるようになっている。
【００２６】
超音波プローブ２および送受信部６によって、例えば図３に示すような走査が行われる。同図に示すように、放射点２００から発する音線２０２が円弧２０４上を移動することにより、扇面状の２次元領域２０６が走査され、いわゆるコンベックススキャンが行われる。音線２０２を超音波の送波方向とは反対方向に延長したとき、全ての音線が一点２０８で交わるようになっている。点２０８は全ての音線の発散点となる。
【００２７】
送受信部６はＢモード処理部１０に接続されている。送受信部６から出力される音線毎のエコー受信信号は、Ｂモード処理部１０に入力される。
Ｂモード処理部１０はＢモード画像データを形成するものである。Ｂモード処理部１０は、図４に示すように対数増幅回路１０２と包絡線検波回路１０４を備えている。Ｂモード処理部１０は、対数増幅回路１０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波回路１０４で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、すなわちＡスコープ(scope) 信号を得て、このＡスコープ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ようになっている。
【００２８】
Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接続されている。Ｂモード処理部１０および画像処理部１４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。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力されるデータに基づいてＢモード画像を構成するものである。
【００２９】
画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、画像処理部１４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。
【００３０】
以上の送受信部６、Ｂモード処理部１０、画像処理部１４および表示部１６は制御部１８に接続されている。制御部１８は、例えばマイクロプロセッサ(microprocessor)等を用いて構成される。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっている。
【００３１】
制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作パネル(panel) で構成される。
【００３２】
図５に、操作部２０の操作パネルの一部の平面図を示す。同図に示すように、操作パネル５００には、複数の直線的なスリット(slit)５０２〜５１２が互いに平行に設けられている。操作パネル５００の裏側には、スリット５０２〜５１２ごとに、図示しない複数の手動設定器がそれぞれ設けられている。操作パネル５００に表側には、スリット５０２〜５１２を通して各手動設定器の可動部に連結するノブ(nob) ５２２〜５３２が配列されている。
【００３３】
複数の手動設定器は、それぞれ例えばポテンショメータ(potentiometer) 等で構成され、ノブ５２２〜５３２をスリット５０２〜５１２に沿って動かすことにより、スリット５０２〜５１２の長さ方向におけるノブ５２２〜５３２の位置に応じた信号をそれぞれ生じるようになっている。それらの信号はＴＧＣ用のゲイン設定値として制御部１８に入力されるようになっている。
【００３４】
ノブ５２２〜５３２は、例えば図６に示すように、エコー受信の時間軸上に定めた複数の時点ｔ１〜ｔ６にそれぞれ対応付けられている。ノブ５２２〜５３２を動かすことにより、ｔ１〜ｔ６時点でのゲイン値がそれぞれ調節される。
【００３５】
したがって、例えば図７に示すようにノブ５２２〜５３２を動かしたとき、ｔ１〜ｔ６時点でのゲイン値が図８に示すように設定される。制御部１８は、このようなゲイン値に基づき、一点鎖線で示すようにｔ１〜ｔ６時点のゲイン値を連ねる曲線を求めてタイムゲイン特性を形成するようになっている。制御部１８は、本発明におけるタイムゲイン設定手段の実施の形態の一例である。
【００３６】
本装置では、ノブ５２２〜５３２の移動によりｔ１〜ｔ６時点のゲイン値を調節するとき、ノブ５２２〜５３２の移動距離当たりのゲイン値の変化量を標準と微小の２段階に切り換えできるようにしている。
【００３７】
すなわち、図９に示すように、手動設定器５４０のノブ位置をゲイン値に変換する変換器として、標準ゲイン変換器２４２と微小ゲイン変換器２４４とを制御部１８内に設け、切換器２４６，２４８により切り換えて使用するようにしている。標準ゲイン変換器２４２は、本発明における第１のゲイン変換手段の実施の形態の一例である。微小ゲイン変換器２４４は、本発明における第２のゲイン変換手段の実施の形態の一例である。切換器２４６，２４８は、操作者が操作する図示しないスイッチからの信号に基づいて、切換コントローラ２５０によって切り換えられる。
【００３８】
手動設定器５４０、標準ゲイン変換器２４２および微小ゲイン変換器２４４は、本発明におけるゲイン設定手段の実施の形態の一例である。切換器２４６，２４８および切換コントローラ２５０は、本発明における変化量変更手段の実施の形態の一例である。
【００３９】
標準ゲイン変換器２４２は、例えば図１０の（ａ）に示すような位置−ゲイン変換特性を持ち、微小ゲイン変換器２４４は、例えば同図の（ｂ）に示すような位置−ゲイン変換特性を持つ。同一の位置変化量につき、（ｂ）は（ａ）の例えば数分の１ないし１０分の１程度のゲイン変化量となっている。
【００４０】
このような構成により、標準ゲイン変換器２４２を用いる場合は、（ａ）の特性に従ってノブ位置がゲイン値に変換され、微小ゲイン変換器２４４を用いた場合は、（ｂ）の特性に従ってノブ位置がゲイン値に変換される。
【００４１】
なお、位置−ゲイン変換特性は、必ずしも直線的な変換特性にする必要はなく、例えば図１１の（ａ）’，（ｂ）’のように、適宜の非直線を与えるようにしても良い。また、図１２に示すように、複数の微小ゲイン変換器２４４，２４４’，…を設け、それぞれ異なる位置−ゲイン変換特性と持たせるようにしても良い。これは、複数の微小ゲイン変換器の中から所望の特性のものを適宜選択して利用できる点で好ましい。
【００４２】
（動作）
本装置の動作を説明する。操作者は超音波プローブ２を被検体４の所望の個所に当接し、操作部２０を操作して撮像を開始する。以下、制御部１８による制御の下で、Ｂモード撮像が進行する。
【００４３】
送受信部６は、超音波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部を走査して逐一そのエコーを受信する。送受信部６は、また、エコー受信信号をＴＧＣ増幅する。ＴＧＣ増幅のタイムゲインは、初期設定されたタイムゲイン特性に基づいて制御される。
【００４４】
Ｂモード処理部１０は、送受信部６から入力されるエコー受信信号を対数増幅回路１０２で対数増幅し包絡線検波回路１０４で包絡線検波してＡスコープ信号を求め、それに基づいて音線毎のＢモード画像データを形成する。
【００４５】
画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される音線毎のＢモード画像データに基づいてＢモード画像を生成する。Ｂモード画像は表示部１６に与えられ、可視像として表示させる。
【００４６】
操作者は、表示部１６に表示されたＢモード像を観察し、撮像範囲に対してタイムゲイン特性の設定が適切か否か、すなわち、被検体４の内部が所望の深度範囲にわたって適切な輝度で表示されているか否かを調べる。輝度が適切でない部分があるときは、タイムゲイン特性の設定が不適切であることを示している。
【００４７】
そのような場合は、タイムゲイン特性の調節を行う。以下、タイムゲイン特性の調節について説明する。操作者は、ノブ５２２〜５３２を動かしてｔ１〜ｔ6 時点のゲイン値を調節する。ゲイン値の調節は、先ず、標準モードで行われ、例えば図１０の（ａ）に示した位置−ゲイン変換特性に基づいて、ノブ５２２〜５３２の移動量に対応したゲイン値の調節が行われる。
【００４８】
ゲイン値の変更に応じてタイムゲイン特性が変更され、表示画像の輝度分布が変わる。操作者は、表示画像を見ながら所望の輝度状態が得られるまでノブ５２２〜５３２の位置調節を続ける。
【００４９】
輝度調節がノブ５２２〜５３２の微妙な位置調整を必要とする段階に至ったとき、操作者は微調整モードでのタイムゲイン調節に移行する。それには、先ず、所定のスイッチ等を操作してそれまで得たタイムゲイン特性を一旦凍結し、次いで、ノブ５２２〜５３２をスリット５０２〜５１２の中央部に整列させて図５に示した状態にする。
【００５０】
次に、他のまたは同一の所定のスイッチ等を操作して微調整モードに切り換える。これによって、位置−ゲイン変換特性が例えば図１０の（ｂ）の特性に切り換わる。また、切り換えにともなってタイムゲイン特性の凍結が解除される。
【００５１】
次に、操作者は、図５に示した状態からノブ５２２〜５３２を動かして、ゲイン値の微調整を行う。ゲイン値の微調整は、標準モードで設定したゲイン値への加算あるいは減算として行われる。
【００５２】
微調整モードでは、ノブ５２２〜５３２の移動距離に対し、ゲイン値が、標準モード時の数分の１ないし１０分の１の変化率で変化する。このため、ノブ５２２〜５３２の全移動範囲が例えば図１３に矢印で示す狭いゲイン変化範囲に対応するようになる。すなわち、ノブ５２２〜５３２の操作の大きなストローク(stroke)によりゲイン値を微調整することができるので、調整が容易になる。
【００５３】
微調整の結果は逐一表示画像に反映される。操作者は表示画像を観察しながら微調整を進め、所望の輝度状態すなわちタイムゲイン特性が得られたところでゲイン調節を終了する。
【００５４】
以上、超音波撮像装置におけるタイムゲインの設定について説明したが、上記と同様なタイムゲインの設定は、超音波エコーの受信に限らず、帰投の過程で減衰する例えば電波等の他の波動のエコーを受信する場合に適用しても、同様の効果を奏することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明では、手動操作される可動部の位置に応じた設定値を与える複数の手動設定器により時間軸上の複数の点に複数のゲイン値をそれぞれ設定し、複数のゲイン値に基づいてエコー受信のタイムゲイン特性を設定するに当たり、タイムゲイン特性の微調整を、手動設定器の可動部の移動量に対するゲイン値の変化量を小さくした状態で行うようにしたので、微調整が容易なタイムゲイン設定方法および超音波撮像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】  本発明の実施の形態の一例の装置における送受信部のブロック図である。
【図３】  本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図４】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるＢモード処理部のブロック図である。
【図５】  本発明の実施の形態の一例の装置における操作部の一部の平面図である。
【図６】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるゲイン値の手動設定の概念図である。
【図７】  本発明の実施の形態の一例の装置における操作部の操作状態を示す図である。
【図８】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるタイムゲイン特性設定の概念図である。
【図９】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるゲイン設定手段のブロック図である。
【図１０】  本発明の実施の形態の一例の装置おける手動設定時の位置−ゲイン変換特性の一例を示すグラフである。
【図１１】  本発明の実施の形態の一例の装置おける手動設定時の位置−ゲイン変換特性の一例を示すグラフである。
【図１２】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるゲイン設定手段のブロック図である。
【図１３】  本発明の実施の形態の一例の装置におけるタイムゲイン特性微調整の概念図である。
【符号の説明】
２  超音波プローブ
４  被検体
６  送受信部
１０  Ｂモード処理部
１４  画像処理部
１６  表示部
１８  制御部
２０  操作部
６０２  送波タイミング発生回路
６０４  送波ビームフォーマ
６０６  送受切換回路
６０８  セレクタ
６１０  受波ビームフォーマ
６１２  ＴＧＣ増幅回路
１０２  対数増幅回路
１０４  包絡線検波回路
２００  放射点
２０２  音線
２０４  円弧
２０６  ２次元領域
２０８  発散点
５００  操作パネル
５０２〜５１２  スリット
５２２〜５３２  ノブ
５４０  手動設定器
２４２  標準ゲイン変換器
２４４，２４４’  微小ゲイン変換器
２４６，２４８  切換器
２５０  切換コントローラ
【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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