超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラム
【課題】メカ４Ｄプローブを用いたメカニカルスキャンにおいて、電子スキャン方向の走査線密度と揺動方向の走査線密度とから評価される等方性が所望の値から乖離していることに起因する諸影響を低減させることが可能な超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムである。
【解決手段】電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブ２を備えた超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２を用いたメカニカルスキャンにより超音波プローブの揺動方向における走査線密度および電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部１５と、スキャン方式計算部１５により設定されたスキャン条件から超音波プローブ２の制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部１５とを備えた。
【解決手段】電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブ２を備えた超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２を用いたメカニカルスキャンにより超音波プローブの揺動方向における走査線密度および電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部１５と、スキャン方式計算部１５により設定されたスキャン条件から超音波プローブ２の制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部１５とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から被検体内に超音波パルスを照射し、被検体内で生じた反射波を圧電振動子で受信して各種処理を行なうことにより被検体内の断層画像や血流情報等の生体情報を得る超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムに係り、特にメカニカルスキャンにより３Ｄ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）画像を表示させる際に３Ｄ画像の等方性を制御することが可能な超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像診断装置は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から被検体内に超音波パルスを照射し、被検体内で生じた反射波を圧電振動子で受信して各種処理を行なうことにより被検体内の断層画像や血流情報等の生体情報を得る装置である。
【０００３】
従来、この超音波画像診断装置により、メカニカルスキャンによる画像の３Ｄ表示が行われている。メカニカルスキャンによる画像の３Ｄ表示は、通常の２Ｄプローブを電子スキャン方向に対して垂直な方向に機械的に揺動させて画像データを収集することにより行われるものである。尚、電子スキャン方向に対して垂直な方向に揺動させることが可能な２Ｄプローブは、一般に、メカ４Ｄプローブと呼ばれる。
【０００４】
一方、超音波プローブに関する従来の別の技術としては、患者情報に応じて適切なプローブを選択し、選択したプローブの映像セッティングを自動調整できるようにした超音波撮像システムが考案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２７５２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メカ４Ｄプローブによるメカニカルスキャンにおいては、電子スキャン方向のラスタ間の距離で定まる走査線密度とメカ４Ｄプローブの機械的な揺動方向の走査線密度とをより均一にすること、すなわち超音波プローブの揺動方向における走査線密度および電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性を向上させることが非常に困難であるという問題がある。従って、メカ４Ｄプローブを用いたスキャンを行う場合、ピクセルの十分な等方性が確保できていないのが現状である。
【０００６】
尚、等方性の指標としては、例えば電子スキャン方向の走査線密度と揺動方向の走査線密度との比を用いることができる。
【０００７】
上述のようにメカ４Ｄプローブによるメカニカルスキャンにおいて、等方性の向上が困難である主な理由は、メカ４Ｄプローブの揺動が機械制御であり、メカ４Ｄプローブの機械制御を電子スキャンの制御よりも詳細な精度で行うことができないためである。このように、物理限界により十分に等方性が確保できない訳であるが、等方性が十分でないという事実やその程度をスキャン時にユーザが認識することが困難であるということも問題の１つである。加えて、事前に等方性の装置設定に対する依存性を把握するのも困難である。
【０００８】
等方性が不十分であると、メカ４Ｄプローブの電子スキャン面と揺動面とで精度の異なる画像データが収集されることとなる。この結果、再構成して得られた３Ｄ画像を回転したり、プレーンカットした場合に、画質が著しく劣化した部分が出現して表示される場合がある。このような画質の劣化は計測精度に影響を及ぼすため、高精度で計測することが可能な断面と高精度で計測するこことが困難な断面が併存する結果となる。つまり、３Ｄ画像を回転またはプレーンカットした場合に、画質の悪い部分における計測値の信頼性が十分に得られないという問題がある。
【０００９】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、メカ４Ｄプローブを用いたメカニカルスキャンにおいて、電子スキャン方向の走査線密度と揺動方向の走査線密度とから評価される等方性が所望の値から乖離していることに起因する諸影響を低減させることが可能な超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る超音波画像診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブを備えた超音波画像診断装置において、前記超音波プローブを用いたメカニカルスキャンにより前記超音波プローブの揺動方向における走査線密度および前記電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部と、前記スキャン方式計算部により設定された前記スキャン条件から前記超音波プローブの制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る超音波画像診断装置の制御プログラムは、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、コンピュータを、電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブを用いたメカニカルスキャンにより、前記超音波プローブの揺動方向における走査線密度および前記電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部および前記スキャン方式計算部により設定された前記スキャン条件から前記超音波プローブの制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部として機能させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムにおいては、メカ４Ｄプローブを用いたメカニカルスキャンにおいて、電子スキャン方向の走査線密度と揺動方向の走査線密度とから評価される等方性が所望の値から乖離していることに起因する諸影響を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムの実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る超音波画像診断装置の実施の形態を示す構成図である。
【００１５】
超音波画像診断装置１は、超音波プローブ２、メカプローブ制御回路３、送受信回路４、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路５、画像表示回路６、イメージメモリ７、シーケンサ（Sequencer）回路８、表示装置の一例としてのＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）９、デバイスドライバ（Device Driver）１０、コンピュータ１１を備えている。
【００１６】
コンピュータ１１には、入力装置の一例としての操作パネル１２、外部記憶装置１３およびシステムメモリ１４が接続される。また、コンピュータ１１に制御プログラム等の各種プログラムが読み込まれることにより、コンピュータ１１は、スキャン制御システム１５、３次元画像構築部１６およびＧＵＩ（Graphical User Interface）表示処理部１７の他、臨床計測機能等の図示しない各種アプリケーション機能を備えたシステムとして機能する。
【００１７】
そして、これら各構成要素のうち、メカプローブ制御回路３、送受信回路４、ＤＳＣ回路５、画像表示回路６、デバイスドライバ１０およびコンピュータ１１は、バス１８に接続されデータの送受信が行えるように構成されている。
【００１８】
超音波プローブ２には、複数の超音波振動子を備え、電子スキャン方向に対して異なる方向（通常は垂直な方向）に揺動させることが可能な２Ｄプローブであるメカ４Ｄプローブが用いられる。超音波プローブ２は、メカプローブ制御回路３からの制御信号により機械制御され、送受信回路４から電気信号として受けた送信パルスを各超音波振動子から超音波パルスとして図示しない被検体に送信し、被検体内において生じた超音波反射信号を受信して受信データとして送受信回路４に与える機能を有する。
【００１９】
メカプローブ制御回路３は、コンピュータ１１からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して受信した超音波プローブ２の制御信号を超音波プローブ２に与えることにより、超音波プローブ２の機械制御を行って超音波プローブ２を電子スキャン方向に垂直な方向に揺動させる機能と、超音波プローブ２から取得した超音波プローブ２の位置情報を送受信回路４に与える機能とを有する。このため、メカプローブ制御回路３により超音波プローブ２の揺動方向の走査線密度が決定される。
【００２０】
送受信回路４は、コンピュータ１１からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して受信した制御信号に従って、メカプローブ制御回路３から受けた超音波プローブ２の位置情報を参照しつつ、所要の遅延時間を伴う送信パルスを超音波プローブ２に与えることにより、図示しない被検体に超音波を送信させる機能と、超音波プローブ２から受けた受信データに各種処理を施すことにより画像データを生成し、生成した画像データをＤＳＣ回路５に与える機能とを有する。尚、送信パルスの遅延時間等のスキャン条件設定により、超音波プローブ２による電子スキャン方向の走査線を決定することができる。スキャン条件は、コンピュータ１１からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して制御信号として送受信回路４に与えられる。
【００２１】
ＤＳＣ回路５は、コンピュータ１１からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して受信した制御信号に従って、送受信回路４から受けた画像データの座標変換処理および必要な補間処理を行う機能と、各種処理後における画像データを画像表示回路６およびコンピュータ１１に与える機能を有する。尚、コンピュータ１１には、ＤＳＣ回路５からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して画像データが与えられる。
【００２２】
画像表示回路６は、ＤＳＣ回路５から受けた画像データおよびコンピュータ１１からバス１８を介して受信した画像データを表示可能な画像信号に変換してＣＲＴ９に与えることにより、表示させる機能を有する。
【００２３】
シーケンサ回路８は、送受信回路４、ＤＳＣ回路５および画像表示回路６の同期をとる機能を備える。そして、シーケンサ回路８の作用により超音波プローブ２により受信された受信データからリアルタイムに画像を生成してＣＲＴ９に表示させることが可能となる。
【００２４】
また、一般的には、送受信回路４において生成された画像データを必要に応じて一時的に記憶するイメージメモリ７が設けられる。
【００２５】
コンピュータ１１に設けられた操作パネル１２からは、超音波画像診断装置１の駆動制御やアプリケーションの使用等の各種操作に必要な操作情報をコンピュータ１１に入力することができる。さらに、コンピュータ１１から出力される制御信号やデータは、デバイスドライバ１０およびバス１８を介してメカプローブ制御回路３、送受信回路４、ＤＳＣ回路５、画像表示回路６に与えられ、操作パネル１２の操作によりメカプローブ制御回路３、送受信回路４、ＤＳＣ回路５、画像表示回路６を制御することができるように構成される。
【００２６】
また、システムメモリ１４は、コンピュータ１１において取得された各種データを一時的に格納するメモリであり、特に、ＤＳＣ回路５から受信した画像データを一時的に格納する画像メモリとして利用することができる。システムメモリ１４と同様に、外部記憶装置１３にもコンピュータ１１において取得された画像データ等の各種データを記憶させて保存することができる。
【００２７】
コンピュータ１１のスキャン制御システム１５は、デバイスドライバ１０およびバス１８を介してＤＳＣ回路５から画像データを取得して３次元画像構築部１６に与える機能と、操作パネル１２から受け取った指示に従って、所望の等方性を有する画像が得られるようなスキャン条件を計算し、得られたスキャン条件に合致する超音波プローブ２の制御信号を生成してメカプローブ制御回路３および送受信回路４に与える機能とを有する。すなわち、スキャン制御システム１５は、超音波プローブ２を制御するメカプローブ制御回路３および送受信回路４に所要の制御信号を与えることにより画像の等方性を制御する機能を有する。
【００２８】
また、スキャン制御システム１５には、スキャン条件から定まる等方性情報をＧＵＩ表示処理部１７に与える機能が備えられる。
【００２９】
ここで、スキャン条件の計算方法および等方性の制御方法について説明する。そのために、まず座標系およびパラメータについて定義する。
【００３０】
図２は、図１に示す超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２による電子スキャンによって形成されるスキャン面と座標系の設定方法を説明する図である。
【００３１】
図２に示すように、２次元的に最大画角αｍａｘの範囲内において電子スキャン方向Ａに一定の速度でスキャン角α単位で変化させて電子スキャンを行うことにより一定のラスタピッチＰｒで離れた走査線を含むでスキャン面Ｂが形成される。このとき被検体の深さ方向にＹ軸を、スキャン面Ｂに平行でＹ軸に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定する。
【００３２】
図３は、図１に示す超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２を用いたメカニカルスキャンを行う場合のスキャン面を示す図である。
【００３３】
超音波プローブ２には、メカ４Ｄプローブが用いられる。そして、図３に示すようにメカニカルスキャンによりＸＹ平面上の電子スキャン方向Ａに対して垂直な方向を揺動方向Ｃとして、一定の揺動ピッチＰｍで超音波プローブ２を揺動させることができる。換言すれば、揺動面上において、超音波プローブ２を２次元的に振角度β１単位で揺動させて揺動角度βだけ振ることができる。このため、電子スキャンにより形成される複数のスキャン面Ｂが、互いに一定の角度で隣接することとなる。このとき、超音波プローブ２の揺動方向ＣにＺ軸を設定する。
【００３４】
図３に示された幾何学的な関係から、超音波プローブ２にメカ４Ｄプローブを用いた場合には、超音波プローブ２の揺動面上におけるスキャン密度およびスキャン面上におけるスキャン密度は、揺動のための機械制御の精度、電子スキャンのラスタ密度並びにフレームレートに依存して変化することが分かる。
【００３５】
図４は、図１に示す超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２を揺動方向に往復させた場合おける往路の電子スキャン位置の遷移を示す図であり、図５は、図１に示す超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２を揺動方向に往復させた場合おける復路の電子スキャン位置の遷移を示す図である。
【００３６】
超音波プローブ２を揺動方向Ｃに往復させた場合に、視線方向を超音波の深さ方向に設定すると、往路の電子スキャン位置Ｄは図４のように、復路の電子スキャン位置Ｄは図５のようになる。すなわち、揺動方向Ｃを示すＺ軸と電子スキャン方向Ａは垂直となる。また、３Ｄ画像の再構成に用いる画像データの収集範囲において揺動が等速であれば、電子スキャン位置Ｄは揺動ピッチＰｍで均等に配置される。そして、電子スキャン位置Ｄは一様に揺動方向Ｃにシフトすることとなる。
【００３７】
従って、超音波プローブ２の単位時間当たりのラスタピッチまたはスキャン角で示されるスキャン速度および単位時間当たりの揺動ピッチまたは振角度変化で示される揺動速度が分かれば、電子スキャン位置を把握することができる。そして、揺動面上におけるスキャン密度およびスキャン面上におけるスキャン密度を調整できれば等方性を制御することができる。
【００３８】
従って、等方性を制御するためには、まず電子スキャン面におけるフレームレートを求めることが必要となる。電子スキャン面におけるフレームレートＦＲは、式（１）で表される。
［数１］
ＦＲ＝｛（ＮＲ／ＮＤ）×（α／αｍａｘ／ＰＲＦ）｝（−１） ・・・（１）
但し、式（１）において、ＮＲはラスタ本数（受信ビームの数）、ＮＤは並列同時受信数、αはスキャン角、αｍａｘは最大画角、ＰＲＦは繰返し周波数（ｐｕｌｓｅ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。尚、並列同時受信数ＮＤは、代表的なＰＳＰ（Ｐａｒａ１１ｅｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）の場合には２本となり、ＱＳＰ（Ｑｕａｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）の場合には４本となる。
【００３９】
さらに、超音波プローブ２（メカ４Ｄプローブ）を一方向に片道揺動させて３Ｄボリューム１つ分のデータを収集する場合のフレーム総枚数ＦＲｔｏｔａｌは、電子スキャン面におけるフレームレートＦＲから式（２）のように求めることができる。
［数２］
ＦＲｔｏｔａｌ＝ＦＲ×ｔ１ ・・・（２）
但し、式（２）において、ｔ１は、超音波プローブ２（メカ４Ｄプローブ）の片道の揺動時間である。
【００４０】
次に揺動の細かさを表す揺動ピッチＰｍを式（３）により計算する。
［数３］
Ｐｍ＝β１／ＦＲｔｏｔａｌ ・・・（３）
但し、式（３）において、β１は隣接する電子スキャン面のなす超音波プローブ２（メカ４Ｄプローブ）の揺角度である。
【００４１】
従って、超音波の任意の深さにおいて、揺動ピッチが電子スキャンのラスタピッチと最も均一になるように並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を決定すれば、等方性を制御して向上させることができる。換言すれば、超音波の任意の深さにおいて、揺動ピッチが電子スキャンのラスタピッチとの差分が所望の値以下または未満となるような並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を求めるという最適化問題を解くことが必要になる。
【００４２】
尚、超音波の深さは、Ｂモードの送信フォーカスの位置に応じて定まるが、Ｂモードの送信フォーカスの位置をパラメータとする他、特定の送信フォーカスの位置を複数設定し、設定した送信フォーカスの位置について最適化問題の解を求めるようにしてもよい。
【００４３】
そこで、スキャン制御システム１５には、等方性の制御に必要な、最適化問題の解を求めるための最適化処理を行う機能および最適化問題により得られた解を保存する機能の一方または双方が設けられる。
【００４４】
図６は図１に示す超音波画像診断装置１におけるスキャン制御システム１５の詳細機能を示す機能ブロック図である。
【００４５】
スキャン制御システム１５は、ユーザ入力受信部２０、画像ジオメトリ計算部２１、スキャン方式計算部２２、等方性制御アルゴリズム格納部２３、データテーブル２４、ハードウェア制御方式計算部２５、画像データ転送部２６を備えている。
【００４６】
等方性制御アルゴリズム格納部２３には、等方性が所望の等方性となるように並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を求める最適化問題を解くための計算アルゴリズムを記述したソフトウェアが予め格納される。
【００４７】
データテーブル２４には、最適化問題の解、すなわち、等方性が所望の等方性となるような並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数が超音波の深さに関連付けて保存される。この最適化問題の解は予め別途求めてデータテーブル２４に保存しても良いし、等方性制御アルゴリズム格納部２３に格納された計算アルゴリズムに従って過去に求められたものをデータテーブル２４に保存するようにしても良い。
【００４８】
ユーザ入力受信部２０は、操作パネル１２から等方性を所望の値に設定する旨の指示とともに３Ｄ画像の撮影領域や超音波の深さ等の撮影条件の指示を受けた場合に、操作パネル１２から取得した３Ｄ画像の撮影条件を画像ジオメトリ計算部２１に与える機能を有する。
【００４９】
画像ジオメトリ計算部２１は、ユーザ入力受信部２０から撮影領域等の撮影条件を受けて、座標変換等の必要な幾何学的な処理を行うことにより、撮影すべき画像の幾何学的な形状情報を求める機能と、得られた画像の幾何学的な形状情報をスキャン方式計算部２２に与える機能とを有する。
【００５０】
スキャン方式計算部２２は、画像ジオメトリ計算部２１から受けた形状情報の画像を所望の等方性で撮影するためのスキャン条件を計算する機能を有する。そのために、スキャン方式計算部２２は、等方性制御アルゴリズム格納部２３からスキャン条件として並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を求めるための計算アルゴリズムを読み込んで実行することにより並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を求めることができるように構成される。また、計算アルゴリズムの実行機能に加えてデータテーブル２４を検索し、超音波の深さに対応するまたは近似するスキャン条件を取得する機能が備えられる。
【００５１】
つまり、スキャン方式計算部２２は、等方性制御アルゴリズム格納部２３から読み込んだ計算アルゴリズムを実行することにより、またはデータテーブル２４を参照することにより、所望の等方性となるような超音波の深さに対応するスキャン条件を求める機能を備えている。そして、スキャン方式計算部２２には、スキャン条件の計算の際に用いた等方性の指標を示す等方性情報をＧＵＩ表示処理部１７に与える一方、得られたスキャン条件をハードウェア制御方式計算部２５に与える機能が備えられる。
【００５２】
尚、並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数の一部の値を特定の値に固定し、並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数の少なくとも１つを最適化処理によりスキャン条件として求めるようにしてもよい。
【００５３】
また、必ずしも揺動ピッチと電子スキャン面におけるラスタピッチとがより等しくなるように、つまり揺動方向における走査線密度と前記電子スキャン方向における走査線密度とがより等しくなるように等方性を設定する必要はなく、故意に揺動ピッチと電子スキャン面におけるラスタピッチとが異なるように等方性を設定し、重視する一方側のスキャン密度を他方側のスキャン密度より向上させて、重視する側の走査線密度が他方側の走査線密度よりも大きくなるようにしてもよい。例えば、２Ｄスキャンを行う場合に、電子スキャン面におけるスキャン密度が向上されるように等方性を設定することができる。
【００５４】
ハードウェア制御方式計算部２５は、スキャン方式計算部２２から受けたスキャン条件に従ってスキャンが実行されるように制御信号を生成し、デバイスドライバ１０を介してメカプローブ制御回路３および送受信回路４に与える機能を有する。
【００５５】
画像データ転送部２６は、ＤＳＣ回路５からバス１８およびデバイスドライバ１０を介して画像データを取得して３次元画像構築部１６に与える機能を有する。
【００５６】
３次元画像構築部１６は、スキャン制御システム１５の画像データ転送部２６から受けた画像データを元データとして画像再構成処理を実行することにより、所望の３Ｄ画像データを再構成する機能と、得られた３Ｄ画像データをＧＵＩ表示処理部１７に与える機能とを有する。また、必要に応じて得られた３Ｄ画像データを外部記憶装置１３やシステムメモリ１４に書き込んで保存し、あるいは外部記憶装置１３やシステムメモリ１４から所望の３Ｄ画像データを読み込んで取得できるように構成される。
【００５７】
ＧＵＩ表示処理部１７は、３次元画像構築部１６から受けた３Ｄ画像データに、スキャン制御システム１５のスキャン方式計算部２２から受けた等方性情報をＣＲＴ９に表示させるための情報を付加し、バス１８を介して画像表示回路６に送信することにより、ＣＲＴ９に３Ｄ画像とともに等方性情報を表示させる機能を有する。
【００５８】
次に超音波画像診断装置１の動作および作用について説明する。
【００５９】
図７は、図１に示す超音波画像診断装置１によりメカニカルスキャンを行って３Ｄ画像を表示させる際の流れを示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００６０】
まずステップＳ１において、操作パネル１２から等方性を所望の値に設定する旨の指示とともに３Ｄ画像の撮影領域や超音波の深さ等の撮影条件の指示がユーザ入力受信部２０に与えられる。例えば、ＣＲＴ９やタッチパネルスクリーンに等方性の指標値の入力フィールドや等方性制御の実行を指示するためのスイッチがコンピュータグラフィックスによりＧＵＩ表示され、所定の撮影条件が指定されればユーザは操作パネル１２の１ｓｗｉｔｃｈの操作により等方性を最適化したスキャンの実行を指示することができる。
【００６１】
次に、ステップＳ２において、ユーザ入力受信部２０から３Ｄ画像の撮影条件が画像ジオメトリ計算部２１に与えられ、画像ジオメトリ計算部２１は、座標変換等の必要な幾何学的な処理を行うことにより、撮影すべき画像の幾何学的な形状情報を求める。そして、得られた画像の幾何学的な形状情報はスキャン方式計算部２２に与えられる。
【００６２】
次に、ステップＳ３において、スキャン方式計算部２２は、等方性制御アルゴリズム格納部２３から計算アルゴリズムを読み込んで画像の幾何学的な形状情報を用いて実行することにより、またはデータテーブル２４を参照することにより、所望の等方性となるような超音波の深さに対応するスキャン条件を求める。この結果、望ましい並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を得ることができる。
【００６３】
また、ステップＳ４において、スキャン方式計算部２２は、スキャン条件を求める際に用いられた等方性を表示するための等方性情報を作成する。
【００６４】
図８は、図１に示す超音波画像診断装置１のスキャン制御システム１５において作成される等方性情報の作成方法の一例を示す図である。
【００６５】
図８に示すように例えば、等方性を長方形により模式図として表現し、揺動ピッチＰｍを一方の辺の長さ、ラスタピッチＰｒを他方の辺の長さとして定量的に等方性を表すような等方性情報を作成することができる。ただし、単に揺動ピッチとラスタピッチの割合（Ｐｍ：Ｐｒ）としたり、模式図とせずに揺動ピッチとラスタピッチの距離情報のみとして等方性情報を作成してもよい。
【００６６】
また、最適化計算により解が得られなかった場合には、所望の等方性が得られないため、十分な等方性が得られるか否かの２値情報として等方性情報を作成してもよい。この他、３Ｄ画像を計測する場合の精度が把握できるように揺動ピッチとラスタピッチの比がＰｍ：Ｐｒ＝１：１の場合に誤差０％とし、揺動ピッチとラスタピッチの比の値に応じた誤差の値を等方性情報として作成することもできる。
【００６７】
次に、ステップＳ５において、ハードウェア制御方式計算部２５は、スキャン方式計算部２２から受けたスキャン条件に従ってスキャンが実行されるように制御信号を生成する。
【００６８】
次に、ステップＳ６において、ハードウェア制御方式計算部２５からデバイスドライバ１０を介してメカプローブ制御回路３および送受信回路４に制御信号が与えられ、スキャン制御システム１５において設定されたスキャン条件に従ってスキャンが実行される。
【００６９】
すなわち、メカプローブ制御回路３および送受信回路４によりメカ４Ｄプローブである超音波プローブ２が機械的かつ電子的に制御され、スキャン制御システム１５において設定された並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数でのメカニカルスキャンが実行される。
【００７０】
次に、ステップＳ７において、スキャンにより収集されたデータから３Ｄ画像が再構成される。すなわち、超音波プローブ２において受信された受信データは、送受信回路４に与えられ、送受信回路４において画像データが生成される。画像データは、ＤＳＣ回路５において座標変換処理および必要な補間処理の対象とされ、各種処理後における画像データは、バス１８およびデバイスドライバ１０を介して画像データ転送部２６に取得される。画像データは画像データ転送部２６から３次元画像構築部１６に与えられ、３次元画像構築部１６において３Ｄ画像データが再構成される。
【００７１】
また、作成された３Ｄ画像データは、適宜外部記憶装置１３やシステムメモリ１４に保存される。
【００７２】
次に、ステップＳ８において、再構成された３Ｄ画像および等方性情報がＧＵＩ表示処理部１７に与えられて表示処理された後、バス１８を介して画像表示回路６に送信される。画像表示回路６は、ＧＵＩ表示処理部１７から取得した３Ｄ画像および等方性情報を画像信号に変換してＣＲＴ９に与える。この結果、ＣＲＴ９には３Ｄ画像とともに等方性情報が表示される。
【００７３】
図９は、図１に示す超音波画像診断装置１のＣＲＴ９に表示される等方性情報の表示例を示す図である。
【００７４】
例えば、図９に示すように等方性情報Ｐ１が揺動ピッチＰｍおよびラスタピッチＰｒをそれぞれ１辺の長さとする直方体として模式的にＣＲＴ９に表示される。この際、計測誤差として数値により％表示を付加することもできる。
【００７５】
図１０は、図９に示す等方性情報のＣＲＴ９の画面上における配置例を示す図である。
【００７６】
図１０に示すように等方性情報Ｐ１は、３Ｄ画像Ｐ２とともに表示される。ＣＲＴ９に表示された３Ｄ画像Ｐ２に対しては、コンピュータ１１に備えられる各種アプリケーションの利用により回転や切断といった画像処理を行い、距離、面積、体積等のデータを計測することができる。この際、回転や切断といった画像処理が施される度に、画像データ転送部２６により３Ｄ画像データをコンピュータ１１に取り込み、ＧＵＩ表示処理部１７において等方性情報Ｐ１を更新させれば、等方性情報Ｐ１として図９に示すような模式図を用いる場合に、３Ｄ画像の回転や切断に追従させて等方性情報Ｐ１も回転または切断できる。
【００７７】
これによりユーザはスキャン中、スキャン後に直感的にどの面におけるデータがどの精度で収集されたかを認識することができる。従って、計測精度の誤差がユーザにより誤認識される恐れを低減することができる。
【００７８】
そして、このような等方性の制御や等方性情報の表示は、２Ｄ画像や３Ｄ画像のリアルタイム表示あるいはフリーズ後における静止画表示のいずれにおいても行うことができる。
【００７９】
つまり以上のような超音波画像診断装置１は、所望の等方性が得られるようなスキャン条件として、超音波プローブ２の並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を設定する機能を設けることにより、等方性の制御を行うことができるようにしたものである。
【００８０】
このため、超音波画像診断装置１によれば、３Ｄ画像の等方性を最適に調整することができるため、高精度な３Ｄ画像を得ることができる。このため、特に、スキャン後に３Ｄ画像を回転または切断した場合に画質劣化が判明し、再度スキャンを行うというような事態を回避することができる。
【００８１】
さらに、スキャン後のみならずスキャン中においてもリアルタイムにどの面に対してどのような精度（スキャン密度）でスキャンしているかを可視化することができる。このため、どの程度の等方性の３Ｄ画像が得られるのかを容易にユーザに認識させることができる。
【００８２】
また、電子スキャン方向および揺動方向のいずれのスキャン密度の向上が重要であるのかによって、適切なスキャン条件を容易に設定することができる。
【００８３】
さらに、等方性の指標は計測精度に関する指標としても利用できるため、十分な計測精度が得られるように、予め計測したい場所に超音波プローブ２を移動させてフォーカスして３Ｄ画像を生成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る超音波画像診断装置の実施の形態を示す構成図。
【図２】図１に示す超音波画像診断装置において、超音波プローブによる電子スキャンによって形成されるスキャン面と座標系の設定方法を説明する図。
【図３】図１に示す超音波画像診断装置において、超音波プローブを用いたメカニカルスキャンを行う場合のスキャン面を示す図。
【図４】図１に示す超音波画像診断装置において、超音波プローブを揺動方向に往復させた場合おける往路の電子スキャン位置の遷移を示す図。
【図５】図１に示す超音波画像診断装置において、超音波プローブを揺動方向に往復させた場合おける復路の電子スキャン位置の遷移を示す図。
【図６】図１に示す超音波画像診断装置におけるスキャン制御システムの詳細機能を示す機能ブロック図。
【図７】図１に示す超音波画像診断装置によりメカニカルスキャンを行って３Ｄ画像を表示させる際の流れを示すフローチャート。
【図８】図１に示す超音波画像診断装置のスキャン制御システムにおいて作成される等方性情報の作成方法の一例を示す図。
【図９】図１に示す超音波画像診断装置のＣＲＴに表示される等方性情報の表示例を示す図。
【図１０】図９に示す等方性情報のＣＲＴ９の画面上における配置例を示す図。
【符号の説明】
【００８５】
１ 超音波画像診断装置
２ 超音波プローブ
３ メカプローブ制御回路
４ 送受信回路
５ ＤＳＣ回路
６ 画像表示回路
７ イメージメモリ
８ シーケンサ回路
９ ＣＲＴ
１０ デバイスドライバ
１１ コンピュータ
１２ 操作パネル
１３ 外部記憶装置
１４ システムメモリ
１５ スキャン制御システム
１６ ３次元画像構築部
１７ ＧＵＩ表示処理部
１８ バス
２０ ユーザ入力受信部
２１ 画像ジオメトリ計算部
２２ スキャン方式計算部
２３ 等方性制御アルゴリズム格納部
２４ データテーブル
２５ ハードウェア制御方式計算部
２６ 画像データ転送部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から被検体内に超音波パルスを照射し、被検体内で生じた反射波を圧電振動子で受信して各種処理を行なうことにより被検体内の断層画像や血流情報等の生体情報を得る超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムに係り、特にメカニカルスキャンにより３Ｄ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）画像を表示させる際に３Ｄ画像の等方性を制御することが可能な超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像診断装置は、超音波プローブに内蔵された圧電振動子から被検体内に超音波パルスを照射し、被検体内で生じた反射波を圧電振動子で受信して各種処理を行なうことにより被検体内の断層画像や血流情報等の生体情報を得る装置である。
【０００３】
従来、この超音波画像診断装置により、メカニカルスキャンによる画像の３Ｄ表示が行われている。メカニカルスキャンによる画像の３Ｄ表示は、通常の２Ｄプローブを電子スキャン方向に対して垂直な方向に機械的に揺動させて画像データを収集することにより行われるものである。尚、電子スキャン方向に対して垂直な方向に揺動させることが可能な２Ｄプローブは、一般に、メカ４Ｄプローブと呼ばれる。
【０００４】
一方、超音波プローブに関する従来の別の技術としては、患者情報に応じて適切なプローブを選択し、選択したプローブの映像セッティングを自動調整できるようにした超音波撮像システムが考案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２７５２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
メカ４Ｄプローブによるメカニカルスキャンにおいては、電子スキャン方向のラスタ間の距離で定まる走査線密度とメカ４Ｄプローブの機械的な揺動方向の走査線密度とをより均一にすること、すなわち超音波プローブの揺動方向における走査線密度および電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性を向上させることが非常に困難であるという問題がある。従って、メカ４Ｄプローブを用いたスキャンを行う場合、ピクセルの十分な等方性が確保できていないのが現状である。
【０００６】
尚、等方性の指標としては、例えば電子スキャン方向の走査線密度と揺動方向の走査線密度との比を用いることができる。
【０００７】
上述のようにメカ４Ｄプローブによるメカニカルスキャンにおいて、等方性の向上が困難である主な理由は、メカ４Ｄプローブの揺動が機械制御であり、メカ４Ｄプローブの機械制御を電子スキャンの制御よりも詳細な精度で行うことができないためである。このように、物理限界により十分に等方性が確保できない訳であるが、等方性が十分でないという事実やその程度をスキャン時にユーザが認識することが困難であるということも問題の１つである。加えて、事前に等方性の装置設定に対する依存性を把握するのも困難である。
【０００８】
等方性が不十分であると、メカ４Ｄプローブの電子スキャン面と揺動面とで精度の異なる画像データが収集されることとなる。この結果、再構成して得られた３Ｄ画像を回転したり、プレーンカットした場合に、画質が著しく劣化した部分が出現して表示される場合がある。このような画質の劣化は計測精度に影響を及ぼすため、高精度で計測することが可能な断面と高精度で計測するこことが困難な断面が併存する結果となる。つまり、３Ｄ画像を回転またはプレーンカットした場合に、画質の悪い部分における計測値の信頼性が十分に得られないという問題がある。
【０００９】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、メカ４Ｄプローブを用いたメカニカルスキャンにおいて、電子スキャン方向の走査線密度と揺動方向の走査線密度とから評価される等方性が所望の値から乖離していることに起因する諸影響を低減させることが可能な超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る超音波画像診断装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブを備えた超音波画像診断装置において、前記超音波プローブを用いたメカニカルスキャンにより前記超音波プローブの揺動方向における走査線密度および前記電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部と、前記スキャン方式計算部により設定された前記スキャン条件から前記超音波プローブの制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明に係る超音波画像診断装置の制御プログラムは、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、コンピュータを、電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブを用いたメカニカルスキャンにより、前記超音波プローブの揺動方向における走査線密度および前記電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部および前記スキャン方式計算部により設定された前記スキャン条件から前記超音波プローブの制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部として機能させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムにおいては、メカ４Ｄプローブを用いたメカニカルスキャンにおいて、電子スキャン方向の走査線密度と揺動方向の走査線密度とから評価される等方性が所望の値から乖離していることに起因する諸影響を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る超音波画像診断装置および超音波画像診断装置の制御プログラムの実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る超音波画像診断装置の実施の形態を示す構成図である。
【００１５】
超音波画像診断装置１は、超音波プローブ２、メカプローブ制御回路３、送受信回路４、ＤＳＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路５、画像表示回路６、イメージメモリ７、シーケンサ（Sequencer）回路８、表示装置の一例としてのＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）９、デバイスドライバ（Device Driver）１０、コンピュータ１１を備えている。
【００１６】
コンピュータ１１には、入力装置の一例としての操作パネル１２、外部記憶装置１３およびシステムメモリ１４が接続される。また、コンピュータ１１に制御プログラム等の各種プログラムが読み込まれることにより、コンピュータ１１は、スキャン制御システム１５、３次元画像構築部１６およびＧＵＩ（Graphical User Interface）表示処理部１７の他、臨床計測機能等の図示しない各種アプリケーション機能を備えたシステムとして機能する。
【００１７】
そして、これら各構成要素のうち、メカプローブ制御回路３、送受信回路４、ＤＳＣ回路５、画像表示回路６、デバイスドライバ１０およびコンピュータ１１は、バス１８に接続されデータの送受信が行えるように構成されている。
【００１８】
超音波プローブ２には、複数の超音波振動子を備え、電子スキャン方向に対して異なる方向（通常は垂直な方向）に揺動させることが可能な２Ｄプローブであるメカ４Ｄプローブが用いられる。超音波プローブ２は、メカプローブ制御回路３からの制御信号により機械制御され、送受信回路４から電気信号として受けた送信パルスを各超音波振動子から超音波パルスとして図示しない被検体に送信し、被検体内において生じた超音波反射信号を受信して受信データとして送受信回路４に与える機能を有する。
【００１９】
メカプローブ制御回路３は、コンピュータ１１からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して受信した超音波プローブ２の制御信号を超音波プローブ２に与えることにより、超音波プローブ２の機械制御を行って超音波プローブ２を電子スキャン方向に垂直な方向に揺動させる機能と、超音波プローブ２から取得した超音波プローブ２の位置情報を送受信回路４に与える機能とを有する。このため、メカプローブ制御回路３により超音波プローブ２の揺動方向の走査線密度が決定される。
【００２０】
送受信回路４は、コンピュータ１１からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して受信した制御信号に従って、メカプローブ制御回路３から受けた超音波プローブ２の位置情報を参照しつつ、所要の遅延時間を伴う送信パルスを超音波プローブ２に与えることにより、図示しない被検体に超音波を送信させる機能と、超音波プローブ２から受けた受信データに各種処理を施すことにより画像データを生成し、生成した画像データをＤＳＣ回路５に与える機能とを有する。尚、送信パルスの遅延時間等のスキャン条件設定により、超音波プローブ２による電子スキャン方向の走査線を決定することができる。スキャン条件は、コンピュータ１１からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して制御信号として送受信回路４に与えられる。
【００２１】
ＤＳＣ回路５は、コンピュータ１１からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して受信した制御信号に従って、送受信回路４から受けた画像データの座標変換処理および必要な補間処理を行う機能と、各種処理後における画像データを画像表示回路６およびコンピュータ１１に与える機能を有する。尚、コンピュータ１１には、ＤＳＣ回路５からデバイスドライバ１０およびバス１８を介して画像データが与えられる。
【００２２】
画像表示回路６は、ＤＳＣ回路５から受けた画像データおよびコンピュータ１１からバス１８を介して受信した画像データを表示可能な画像信号に変換してＣＲＴ９に与えることにより、表示させる機能を有する。
【００２３】
シーケンサ回路８は、送受信回路４、ＤＳＣ回路５および画像表示回路６の同期をとる機能を備える。そして、シーケンサ回路８の作用により超音波プローブ２により受信された受信データからリアルタイムに画像を生成してＣＲＴ９に表示させることが可能となる。
【００２４】
また、一般的には、送受信回路４において生成された画像データを必要に応じて一時的に記憶するイメージメモリ７が設けられる。
【００２５】
コンピュータ１１に設けられた操作パネル１２からは、超音波画像診断装置１の駆動制御やアプリケーションの使用等の各種操作に必要な操作情報をコンピュータ１１に入力することができる。さらに、コンピュータ１１から出力される制御信号やデータは、デバイスドライバ１０およびバス１８を介してメカプローブ制御回路３、送受信回路４、ＤＳＣ回路５、画像表示回路６に与えられ、操作パネル１２の操作によりメカプローブ制御回路３、送受信回路４、ＤＳＣ回路５、画像表示回路６を制御することができるように構成される。
【００２６】
また、システムメモリ１４は、コンピュータ１１において取得された各種データを一時的に格納するメモリであり、特に、ＤＳＣ回路５から受信した画像データを一時的に格納する画像メモリとして利用することができる。システムメモリ１４と同様に、外部記憶装置１３にもコンピュータ１１において取得された画像データ等の各種データを記憶させて保存することができる。
【００２７】
コンピュータ１１のスキャン制御システム１５は、デバイスドライバ１０およびバス１８を介してＤＳＣ回路５から画像データを取得して３次元画像構築部１６に与える機能と、操作パネル１２から受け取った指示に従って、所望の等方性を有する画像が得られるようなスキャン条件を計算し、得られたスキャン条件に合致する超音波プローブ２の制御信号を生成してメカプローブ制御回路３および送受信回路４に与える機能とを有する。すなわち、スキャン制御システム１５は、超音波プローブ２を制御するメカプローブ制御回路３および送受信回路４に所要の制御信号を与えることにより画像の等方性を制御する機能を有する。
【００２８】
また、スキャン制御システム１５には、スキャン条件から定まる等方性情報をＧＵＩ表示処理部１７に与える機能が備えられる。
【００２９】
ここで、スキャン条件の計算方法および等方性の制御方法について説明する。そのために、まず座標系およびパラメータについて定義する。
【００３０】
図２は、図１に示す超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２による電子スキャンによって形成されるスキャン面と座標系の設定方法を説明する図である。
【００３１】
図２に示すように、２次元的に最大画角αｍａｘの範囲内において電子スキャン方向Ａに一定の速度でスキャン角α単位で変化させて電子スキャンを行うことにより一定のラスタピッチＰｒで離れた走査線を含むでスキャン面Ｂが形成される。このとき被検体の深さ方向にＹ軸を、スキャン面Ｂに平行でＹ軸に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定する。
【００３２】
図３は、図１に示す超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２を用いたメカニカルスキャンを行う場合のスキャン面を示す図である。
【００３３】
超音波プローブ２には、メカ４Ｄプローブが用いられる。そして、図３に示すようにメカニカルスキャンによりＸＹ平面上の電子スキャン方向Ａに対して垂直な方向を揺動方向Ｃとして、一定の揺動ピッチＰｍで超音波プローブ２を揺動させることができる。換言すれば、揺動面上において、超音波プローブ２を２次元的に振角度β１単位で揺動させて揺動角度βだけ振ることができる。このため、電子スキャンにより形成される複数のスキャン面Ｂが、互いに一定の角度で隣接することとなる。このとき、超音波プローブ２の揺動方向ＣにＺ軸を設定する。
【００３４】
図３に示された幾何学的な関係から、超音波プローブ２にメカ４Ｄプローブを用いた場合には、超音波プローブ２の揺動面上におけるスキャン密度およびスキャン面上におけるスキャン密度は、揺動のための機械制御の精度、電子スキャンのラスタ密度並びにフレームレートに依存して変化することが分かる。
【００３５】
図４は、図１に示す超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２を揺動方向に往復させた場合おける往路の電子スキャン位置の遷移を示す図であり、図５は、図１に示す超音波画像診断装置１において、超音波プローブ２を揺動方向に往復させた場合おける復路の電子スキャン位置の遷移を示す図である。
【００３６】
超音波プローブ２を揺動方向Ｃに往復させた場合に、視線方向を超音波の深さ方向に設定すると、往路の電子スキャン位置Ｄは図４のように、復路の電子スキャン位置Ｄは図５のようになる。すなわち、揺動方向Ｃを示すＺ軸と電子スキャン方向Ａは垂直となる。また、３Ｄ画像の再構成に用いる画像データの収集範囲において揺動が等速であれば、電子スキャン位置Ｄは揺動ピッチＰｍで均等に配置される。そして、電子スキャン位置Ｄは一様に揺動方向Ｃにシフトすることとなる。
【００３７】
従って、超音波プローブ２の単位時間当たりのラスタピッチまたはスキャン角で示されるスキャン速度および単位時間当たりの揺動ピッチまたは振角度変化で示される揺動速度が分かれば、電子スキャン位置を把握することができる。そして、揺動面上におけるスキャン密度およびスキャン面上におけるスキャン密度を調整できれば等方性を制御することができる。
【００３８】
従って、等方性を制御するためには、まず電子スキャン面におけるフレームレートを求めることが必要となる。電子スキャン面におけるフレームレートＦＲは、式（１）で表される。
［数１］
ＦＲ＝｛（ＮＲ／ＮＤ）×（α／αｍａｘ／ＰＲＦ）｝（−１） ・・・（１）
但し、式（１）において、ＮＲはラスタ本数（受信ビームの数）、ＮＤは並列同時受信数、αはスキャン角、αｍａｘは最大画角、ＰＲＦは繰返し周波数（ｐｕｌｓｅ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）である。尚、並列同時受信数ＮＤは、代表的なＰＳＰ（Ｐａｒａ１１ｅｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）の場合には２本となり、ＱＳＰ（Ｑｕａｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）の場合には４本となる。
【００３９】
さらに、超音波プローブ２（メカ４Ｄプローブ）を一方向に片道揺動させて３Ｄボリューム１つ分のデータを収集する場合のフレーム総枚数ＦＲｔｏｔａｌは、電子スキャン面におけるフレームレートＦＲから式（２）のように求めることができる。
［数２］
ＦＲｔｏｔａｌ＝ＦＲ×ｔ１ ・・・（２）
但し、式（２）において、ｔ１は、超音波プローブ２（メカ４Ｄプローブ）の片道の揺動時間である。
【００４０】
次に揺動の細かさを表す揺動ピッチＰｍを式（３）により計算する。
［数３］
Ｐｍ＝β１／ＦＲｔｏｔａｌ ・・・（３）
但し、式（３）において、β１は隣接する電子スキャン面のなす超音波プローブ２（メカ４Ｄプローブ）の揺角度である。
【００４１】
従って、超音波の任意の深さにおいて、揺動ピッチが電子スキャンのラスタピッチと最も均一になるように並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を決定すれば、等方性を制御して向上させることができる。換言すれば、超音波の任意の深さにおいて、揺動ピッチが電子スキャンのラスタピッチとの差分が所望の値以下または未満となるような並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を求めるという最適化問題を解くことが必要になる。
【００４２】
尚、超音波の深さは、Ｂモードの送信フォーカスの位置に応じて定まるが、Ｂモードの送信フォーカスの位置をパラメータとする他、特定の送信フォーカスの位置を複数設定し、設定した送信フォーカスの位置について最適化問題の解を求めるようにしてもよい。
【００４３】
そこで、スキャン制御システム１５には、等方性の制御に必要な、最適化問題の解を求めるための最適化処理を行う機能および最適化問題により得られた解を保存する機能の一方または双方が設けられる。
【００４４】
図６は図１に示す超音波画像診断装置１におけるスキャン制御システム１５の詳細機能を示す機能ブロック図である。
【００４５】
スキャン制御システム１５は、ユーザ入力受信部２０、画像ジオメトリ計算部２１、スキャン方式計算部２２、等方性制御アルゴリズム格納部２３、データテーブル２４、ハードウェア制御方式計算部２５、画像データ転送部２６を備えている。
【００４６】
等方性制御アルゴリズム格納部２３には、等方性が所望の等方性となるように並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を求める最適化問題を解くための計算アルゴリズムを記述したソフトウェアが予め格納される。
【００４７】
データテーブル２４には、最適化問題の解、すなわち、等方性が所望の等方性となるような並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数が超音波の深さに関連付けて保存される。この最適化問題の解は予め別途求めてデータテーブル２４に保存しても良いし、等方性制御アルゴリズム格納部２３に格納された計算アルゴリズムに従って過去に求められたものをデータテーブル２４に保存するようにしても良い。
【００４８】
ユーザ入力受信部２０は、操作パネル１２から等方性を所望の値に設定する旨の指示とともに３Ｄ画像の撮影領域や超音波の深さ等の撮影条件の指示を受けた場合に、操作パネル１２から取得した３Ｄ画像の撮影条件を画像ジオメトリ計算部２１に与える機能を有する。
【００４９】
画像ジオメトリ計算部２１は、ユーザ入力受信部２０から撮影領域等の撮影条件を受けて、座標変換等の必要な幾何学的な処理を行うことにより、撮影すべき画像の幾何学的な形状情報を求める機能と、得られた画像の幾何学的な形状情報をスキャン方式計算部２２に与える機能とを有する。
【００５０】
スキャン方式計算部２２は、画像ジオメトリ計算部２１から受けた形状情報の画像を所望の等方性で撮影するためのスキャン条件を計算する機能を有する。そのために、スキャン方式計算部２２は、等方性制御アルゴリズム格納部２３からスキャン条件として並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を求めるための計算アルゴリズムを読み込んで実行することにより並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を求めることができるように構成される。また、計算アルゴリズムの実行機能に加えてデータテーブル２４を検索し、超音波の深さに対応するまたは近似するスキャン条件を取得する機能が備えられる。
【００５１】
つまり、スキャン方式計算部２２は、等方性制御アルゴリズム格納部２３から読み込んだ計算アルゴリズムを実行することにより、またはデータテーブル２４を参照することにより、所望の等方性となるような超音波の深さに対応するスキャン条件を求める機能を備えている。そして、スキャン方式計算部２２には、スキャン条件の計算の際に用いた等方性の指標を示す等方性情報をＧＵＩ表示処理部１７に与える一方、得られたスキャン条件をハードウェア制御方式計算部２５に与える機能が備えられる。
【００５２】
尚、並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数の一部の値を特定の値に固定し、並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数の少なくとも１つを最適化処理によりスキャン条件として求めるようにしてもよい。
【００５３】
また、必ずしも揺動ピッチと電子スキャン面におけるラスタピッチとがより等しくなるように、つまり揺動方向における走査線密度と前記電子スキャン方向における走査線密度とがより等しくなるように等方性を設定する必要はなく、故意に揺動ピッチと電子スキャン面におけるラスタピッチとが異なるように等方性を設定し、重視する一方側のスキャン密度を他方側のスキャン密度より向上させて、重視する側の走査線密度が他方側の走査線密度よりも大きくなるようにしてもよい。例えば、２Ｄスキャンを行う場合に、電子スキャン面におけるスキャン密度が向上されるように等方性を設定することができる。
【００５４】
ハードウェア制御方式計算部２５は、スキャン方式計算部２２から受けたスキャン条件に従ってスキャンが実行されるように制御信号を生成し、デバイスドライバ１０を介してメカプローブ制御回路３および送受信回路４に与える機能を有する。
【００５５】
画像データ転送部２６は、ＤＳＣ回路５からバス１８およびデバイスドライバ１０を介して画像データを取得して３次元画像構築部１６に与える機能を有する。
【００５６】
３次元画像構築部１６は、スキャン制御システム１５の画像データ転送部２６から受けた画像データを元データとして画像再構成処理を実行することにより、所望の３Ｄ画像データを再構成する機能と、得られた３Ｄ画像データをＧＵＩ表示処理部１７に与える機能とを有する。また、必要に応じて得られた３Ｄ画像データを外部記憶装置１３やシステムメモリ１４に書き込んで保存し、あるいは外部記憶装置１３やシステムメモリ１４から所望の３Ｄ画像データを読み込んで取得できるように構成される。
【００５７】
ＧＵＩ表示処理部１７は、３次元画像構築部１６から受けた３Ｄ画像データに、スキャン制御システム１５のスキャン方式計算部２２から受けた等方性情報をＣＲＴ９に表示させるための情報を付加し、バス１８を介して画像表示回路６に送信することにより、ＣＲＴ９に３Ｄ画像とともに等方性情報を表示させる機能を有する。
【００５８】
次に超音波画像診断装置１の動作および作用について説明する。
【００５９】
図７は、図１に示す超音波画像診断装置１によりメカニカルスキャンを行って３Ｄ画像を表示させる際の流れを示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００６０】
まずステップＳ１において、操作パネル１２から等方性を所望の値に設定する旨の指示とともに３Ｄ画像の撮影領域や超音波の深さ等の撮影条件の指示がユーザ入力受信部２０に与えられる。例えば、ＣＲＴ９やタッチパネルスクリーンに等方性の指標値の入力フィールドや等方性制御の実行を指示するためのスイッチがコンピュータグラフィックスによりＧＵＩ表示され、所定の撮影条件が指定されればユーザは操作パネル１２の１ｓｗｉｔｃｈの操作により等方性を最適化したスキャンの実行を指示することができる。
【００６１】
次に、ステップＳ２において、ユーザ入力受信部２０から３Ｄ画像の撮影条件が画像ジオメトリ計算部２１に与えられ、画像ジオメトリ計算部２１は、座標変換等の必要な幾何学的な処理を行うことにより、撮影すべき画像の幾何学的な形状情報を求める。そして、得られた画像の幾何学的な形状情報はスキャン方式計算部２２に与えられる。
【００６２】
次に、ステップＳ３において、スキャン方式計算部２２は、等方性制御アルゴリズム格納部２３から計算アルゴリズムを読み込んで画像の幾何学的な形状情報を用いて実行することにより、またはデータテーブル２４を参照することにより、所望の等方性となるような超音波の深さに対応するスキャン条件を求める。この結果、望ましい並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を得ることができる。
【００６３】
また、ステップＳ４において、スキャン方式計算部２２は、スキャン条件を求める際に用いられた等方性を表示するための等方性情報を作成する。
【００６４】
図８は、図１に示す超音波画像診断装置１のスキャン制御システム１５において作成される等方性情報の作成方法の一例を示す図である。
【００６５】
図８に示すように例えば、等方性を長方形により模式図として表現し、揺動ピッチＰｍを一方の辺の長さ、ラスタピッチＰｒを他方の辺の長さとして定量的に等方性を表すような等方性情報を作成することができる。ただし、単に揺動ピッチとラスタピッチの割合（Ｐｍ：Ｐｒ）としたり、模式図とせずに揺動ピッチとラスタピッチの距離情報のみとして等方性情報を作成してもよい。
【００６６】
また、最適化計算により解が得られなかった場合には、所望の等方性が得られないため、十分な等方性が得られるか否かの２値情報として等方性情報を作成してもよい。この他、３Ｄ画像を計測する場合の精度が把握できるように揺動ピッチとラスタピッチの比がＰｍ：Ｐｒ＝１：１の場合に誤差０％とし、揺動ピッチとラスタピッチの比の値に応じた誤差の値を等方性情報として作成することもできる。
【００６７】
次に、ステップＳ５において、ハードウェア制御方式計算部２５は、スキャン方式計算部２２から受けたスキャン条件に従ってスキャンが実行されるように制御信号を生成する。
【００６８】
次に、ステップＳ６において、ハードウェア制御方式計算部２５からデバイスドライバ１０を介してメカプローブ制御回路３および送受信回路４に制御信号が与えられ、スキャン制御システム１５において設定されたスキャン条件に従ってスキャンが実行される。
【００６９】
すなわち、メカプローブ制御回路３および送受信回路４によりメカ４Ｄプローブである超音波プローブ２が機械的かつ電子的に制御され、スキャン制御システム１５において設定された並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数でのメカニカルスキャンが実行される。
【００７０】
次に、ステップＳ７において、スキャンにより収集されたデータから３Ｄ画像が再構成される。すなわち、超音波プローブ２において受信された受信データは、送受信回路４に与えられ、送受信回路４において画像データが生成される。画像データは、ＤＳＣ回路５において座標変換処理および必要な補間処理の対象とされ、各種処理後における画像データは、バス１８およびデバイスドライバ１０を介して画像データ転送部２６に取得される。画像データは画像データ転送部２６から３次元画像構築部１６に与えられ、３次元画像構築部１６において３Ｄ画像データが再構成される。
【００７１】
また、作成された３Ｄ画像データは、適宜外部記憶装置１３やシステムメモリ１４に保存される。
【００７２】
次に、ステップＳ８において、再構成された３Ｄ画像および等方性情報がＧＵＩ表示処理部１７に与えられて表示処理された後、バス１８を介して画像表示回路６に送信される。画像表示回路６は、ＧＵＩ表示処理部１７から取得した３Ｄ画像および等方性情報を画像信号に変換してＣＲＴ９に与える。この結果、ＣＲＴ９には３Ｄ画像とともに等方性情報が表示される。
【００７３】
図９は、図１に示す超音波画像診断装置１のＣＲＴ９に表示される等方性情報の表示例を示す図である。
【００７４】
例えば、図９に示すように等方性情報Ｐ１が揺動ピッチＰｍおよびラスタピッチＰｒをそれぞれ１辺の長さとする直方体として模式的にＣＲＴ９に表示される。この際、計測誤差として数値により％表示を付加することもできる。
【００７５】
図１０は、図９に示す等方性情報のＣＲＴ９の画面上における配置例を示す図である。
【００７６】
図１０に示すように等方性情報Ｐ１は、３Ｄ画像Ｐ２とともに表示される。ＣＲＴ９に表示された３Ｄ画像Ｐ２に対しては、コンピュータ１１に備えられる各種アプリケーションの利用により回転や切断といった画像処理を行い、距離、面積、体積等のデータを計測することができる。この際、回転や切断といった画像処理が施される度に、画像データ転送部２６により３Ｄ画像データをコンピュータ１１に取り込み、ＧＵＩ表示処理部１７において等方性情報Ｐ１を更新させれば、等方性情報Ｐ１として図９に示すような模式図を用いる場合に、３Ｄ画像の回転や切断に追従させて等方性情報Ｐ１も回転または切断できる。
【００７７】
これによりユーザはスキャン中、スキャン後に直感的にどの面におけるデータがどの精度で収集されたかを認識することができる。従って、計測精度の誤差がユーザにより誤認識される恐れを低減することができる。
【００７８】
そして、このような等方性の制御や等方性情報の表示は、２Ｄ画像や３Ｄ画像のリアルタイム表示あるいはフリーズ後における静止画表示のいずれにおいても行うことができる。
【００７９】
つまり以上のような超音波画像診断装置１は、所望の等方性が得られるようなスキャン条件として、超音波プローブ２の並列同時受信数、揺動速度およびラスタ本数を設定する機能を設けることにより、等方性の制御を行うことができるようにしたものである。
【００８０】
このため、超音波画像診断装置１によれば、３Ｄ画像の等方性を最適に調整することができるため、高精度な３Ｄ画像を得ることができる。このため、特に、スキャン後に３Ｄ画像を回転または切断した場合に画質劣化が判明し、再度スキャンを行うというような事態を回避することができる。
【００８１】
さらに、スキャン後のみならずスキャン中においてもリアルタイムにどの面に対してどのような精度（スキャン密度）でスキャンしているかを可視化することができる。このため、どの程度の等方性の３Ｄ画像が得られるのかを容易にユーザに認識させることができる。
【００８２】
また、電子スキャン方向および揺動方向のいずれのスキャン密度の向上が重要であるのかによって、適切なスキャン条件を容易に設定することができる。
【００８３】
さらに、等方性の指標は計測精度に関する指標としても利用できるため、十分な計測精度が得られるように、予め計測したい場所に超音波プローブ２を移動させてフォーカスして３Ｄ画像を生成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る超音波画像診断装置の実施の形態を示す構成図。
【図２】図１に示す超音波画像診断装置において、超音波プローブによる電子スキャンによって形成されるスキャン面と座標系の設定方法を説明する図。
【図３】図１に示す超音波画像診断装置において、超音波プローブを用いたメカニカルスキャンを行う場合のスキャン面を示す図。
【図４】図１に示す超音波画像診断装置において、超音波プローブを揺動方向に往復させた場合おける往路の電子スキャン位置の遷移を示す図。
【図５】図１に示す超音波画像診断装置において、超音波プローブを揺動方向に往復させた場合おける復路の電子スキャン位置の遷移を示す図。
【図６】図１に示す超音波画像診断装置におけるスキャン制御システムの詳細機能を示す機能ブロック図。
【図７】図１に示す超音波画像診断装置によりメカニカルスキャンを行って３Ｄ画像を表示させる際の流れを示すフローチャート。
【図８】図１に示す超音波画像診断装置のスキャン制御システムにおいて作成される等方性情報の作成方法の一例を示す図。
【図９】図１に示す超音波画像診断装置のＣＲＴに表示される等方性情報の表示例を示す図。
【図１０】図９に示す等方性情報のＣＲＴ９の画面上における配置例を示す図。
【符号の説明】
【００８５】
１ 超音波画像診断装置
２ 超音波プローブ
３ メカプローブ制御回路
４ 送受信回路
５ ＤＳＣ回路
６ 画像表示回路
７ イメージメモリ
８ シーケンサ回路
９ ＣＲＴ
１０ デバイスドライバ
１１ コンピュータ
１２ 操作パネル
１３ 外部記憶装置
１４ システムメモリ
１５ スキャン制御システム
１６ ３次元画像構築部
１７ ＧＵＩ表示処理部
１８ バス
２０ ユーザ入力受信部
２１ 画像ジオメトリ計算部
２２ スキャン方式計算部
２３ 等方性制御アルゴリズム格納部
２４ データテーブル
２５ ハードウェア制御方式計算部
２６ 画像データ転送部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブを備えた超音波画像診断装置において、
前記超音波プローブを用いたメカニカルスキャンにより前記超音波プローブの揺動方向における走査線密度および前記電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部と、
前記スキャン方式計算部により設定された前記スキャン条件から前記超音波プローブの制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部と、
を備えたことを特徴とする超音波画像診断装置。
【請求項２】
前記スキャン方式計算部は、前記揺動方向における走査線密度と前記電子スキャン方向における走査線密度とが互いにより等しくなるように前記スキャン条件を設定するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項３】
前記スキャン方式計算部は、前記揺動方向における走査線密度と前記電子スキャン方向における走査線密度のうち重視する一方側の走査線密度が他方側の走査線密度よりも大きくなるように前記スキャン条件を設定するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項４】
前記スキャン方式計算部は、前記等方性を前記表示装置に示すための等方性情報を作成して表示装置に与えることにより、前記等方性情報を表示させるように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項５】
前記スキャン方式計算部は、前記超音波プローブによる並列同時受信数、前記超音波プローブの揺動速度および前記超音波プローブによるラスタ本数の少なくとも１つを最適化処理により前記スキャン条件として設定するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項６】
コンピュータを、
電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブを用いたメカニカルスキャンにより、前記超音波プローブの揺動方向における走査線密度および前記電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部および、
前記スキャン方式計算部により設定された前記スキャン条件から前記超音波プローブの制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部、
として機能させることを特徴とする超音波画像診断装置の制御プログラム。
【請求項１】
電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブを備えた超音波画像診断装置において、
前記超音波プローブを用いたメカニカルスキャンにより前記超音波プローブの揺動方向における走査線密度および前記電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部と、
前記スキャン方式計算部により設定された前記スキャン条件から前記超音波プローブの制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部と、
を備えたことを特徴とする超音波画像診断装置。
【請求項２】
前記スキャン方式計算部は、前記揺動方向における走査線密度と前記電子スキャン方向における走査線密度とが互いにより等しくなるように前記スキャン条件を設定するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項３】
前記スキャン方式計算部は、前記揺動方向における走査線密度と前記電子スキャン方向における走査線密度のうち重視する一方側の走査線密度が他方側の走査線密度よりも大きくなるように前記スキャン条件を設定するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項４】
前記スキャン方式計算部は、前記等方性を前記表示装置に示すための等方性情報を作成して表示装置に与えることにより、前記等方性情報を表示させるように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項５】
前記スキャン方式計算部は、前記超音波プローブによる並列同時受信数、前記超音波プローブの揺動速度および前記超音波プローブによるラスタ本数の少なくとも１つを最適化処理により前記スキャン条件として設定するように構成されることを特徴とする請求項１記載の超音波画像診断装置。
【請求項６】
コンピュータを、
電子スキャン方向と異なる方向に機械的に揺動させることが可能な超音波プローブを用いたメカニカルスキャンにより、前記超音波プローブの揺動方向における走査線密度および前記電子スキャン方向における走査線密度間の等しさの程度を示す等方性が所望の等方性となるようにスキャン条件を設定するスキャン方式計算部および、
前記スキャン方式計算部により設定された前記スキャン条件から前記超音波プローブの制御信号を生成するハードウェア制御方式計算部、
として機能させることを特徴とする超音波画像診断装置の制御プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２０４６２１（Ｐ２００６−２０４６２１Ａ）
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１８９８（Ｐ２００５−２１８９８）
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１０日（２００６．８．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２８日（２００５．１．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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