JP2008289732A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水浸法において超音波探触子を３次元的に移動しなくとも画質のよい超音波画像の提供を可能とする。
【解決手段】液体が入った水槽に浸水された被検体の一部分を機械的に移動される超音波探触子２を介して超音波で走査する超音波診断装置１において、超音波探触子２を移動可能に支持する支持機構３と、超音波探触子２による受信信号に基づいて超音波画像のデータを発生する画像発生部６と、発生された超音波画像に基づいて被検体の一部分の表面を計算する表面計算部７と、計算された表面に基づいて超音波探触子２の位置の変化に応じて超音波ビームの偏向角度とフォーカス点との少なくとも一方を変化させるスキャン制御部８と、を具備する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体を介して被検体をスキャンする水浸法が可能な超音波診断装置に関する。

近年、超音波診断装置による乳がん検診が多く行なわれている。乳がん検診は、水が入った水槽に被検体の乳房と超音波探触子の少なくとも超音波送受信面とを入れ、水を介して乳房に対して超音波を送受信することで行なわれる。この様なスキャン方法は、水浸法と呼ばれている。

水浸法において超音波画像の解像度を良くするためには、乳房表面の接線に対して垂直に超音波ビームをあてることが重要である。しかし、乳房は平面ではないため、乳房表面の接線に対して超音波ビームが斜めに照射され、解像度が落ちてしまうという問題がある。この問題は、超音波探触子を機械的に３次元的に動かして超音波ビームを乳房表面に垂直に当てることで対処可能である（例えば、特許文献１参照）。だが、超音波探触子を３次元的に動かす機構は、構造が複雑であり価格やメンテナンスコストが上昇するという問題が生じてしまう。

一方、水浸法において超音波探触子を単に機械的に水平に移動する場合、超音波探触子の超音波送受信面と乳房表面との間隔が一定でないため、フォーカス点の位置を固定すると、超音波探触子の位置によりフォーカス点と乳房表面との距離が変わってしまうという問題がある。これも３次元的に超音波探触子を動かすことでも距離を一定に保つことが出来るが、上述のようにこのような機構は、構造が複雑であり価格やメンテナンスコストが上昇するという問題が生じてしまう。
特表２００４−５１６８６５号

本発明の目的は、水浸法において超音波探触子を３次元的に移動しなくとも画質のよい超音波画像の提供を可能とする超音波診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明に係る超音波診断装置は、ある局面において、液体が入った水槽に被検体の一部分と超音波探触子の少なくとも超音波送受信面とを入れ、前記超音波探触子を機械的に移動させながら前記被検体の一部分に超音波を送受信する超音波診断装置において、前記超音波探触子を移動可能に支持する支持機構と、前記超音波探触子による受信信号に基づいて超音波画像のデータを発生する画像発生部と、前記発生された超音波画像に基づいて前記被検体の一部分の表面を計算する表面計算部と、前記計算された表面と前記超音波探触子の位置とに基づいて前記超音波探触子の位置の変化に応じて超音波ビームの偏向角度とフォーカス点との少なくとも一方を変化させるスキャン制御部と、を具備することを特徴とする。

本発明に係る超音波診断装置は、更なる局面において、液体が入った水槽に被検体の一部分と超音波探触子の少なくとも超音波送受信面とを入れ、前記超音波探触子を機械的に移動させながら前記被検体の一部分に超音波を送受信する超音波診断装置において、前記超音波探触子を移動可能に支持する支持機構と、前記超音波探触子による受信信号に基づいて超音波画像のデータを発生する画像発生部と、前記発生された超音波画像を表示する表示部と、前記表示された超音波画像の特定領域を指定する指定部と、前記指定された特定領域の表面を計算する表面計算部と、前記計算された前記特定領域の表面と前記超音波探触子の位置とに基づいて、前記超音波探触子の位置の変化に応じて前記超音波ビームの偏向角度及び前記フォーカス点を変化させるスキャン制御部と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、水浸法において超音波探触子を３次元的に移動しなくとも画質のよい超音波画像の提供が可能となる。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態に係る超音波診断装置は、超音波探触子全体及び被検体の一部分、特に乳房を水の入った水槽に入れ、超音波探触子を機械的に移動させながら水を介して被検体の乳房に対して超音波を送受信する水浸法が可能な超音波診断装置であるとする。なお、第１実施形態における水浸法では、超音波探触子全体を水中に入れるとしたが、超音波探触子の超音波送受信面のみを水中に入れるタイプであってもよい。

図１は、第１実施形態における超音波診断装置１の構成を示す図である。図１に示すように超音波診断装置１は、超音波探触子２、支持機構３、位置検出器４、送受信部５、画像発生部６、構造決定部７、スキャン制御部８、表示部９、指定部１０、記憶部１１及びシステム制御部１２を有する。以下、個々の構成要素について説明する。

超音波探触子２は、一列に配列された複数の超音波振動子を有する。超音波探触子２は、送受信部５からの超音波駆動パルスの印加を受けて超音波を被検体に送信する。被検体等によって反射された超音波は、受信信号として個々の超音波振動子で受信され、送受信部５に送信される。超音波探触子２は、典型的には水槽に入っており水に浸されている。

図２は、水槽内に規定された座標系を示す図である。図２に示すように、Ｚ軸は水槽の高さ方向で、Ｚ軸に垂直な平面をＸＹ平面に規定する。Ｘ軸及びＹ軸は水槽の壁に沿う方向に規定されている。超音波探触子２の複数の超音波振動子の配列方向をＸ方向に規定する。また、超音波の伝播方向をＺ方向に規定する。

支持機構３は、水槽に取り付けられ超音波探触子２を水槽内の３次元空間を移動可能に支持する。

位置検出器４は、典型的には超音波探触子２に装備されており、超音波探触子２の角度や水槽内に規定された実際の３次元空間（以下、実３次元空間と呼ぶ）における位置を示す座標等の位置情報を検出する。

送受信部５は、スキャン制御部８からの制御信号に従って、超音波を発生させるための駆動信号を発生し、発生した駆動信号を超音波探触子２に供給することにより、制御信号に応じた偏向角度及びフォーカス点で超音波ビームを発生させる。また、送受信部５は、超音波探触子２からの受信信号に包絡線検波等の処理をする。

画像発生部６は、包絡線検波等された受信信号に基づいて超音波画像を発生する。発生された超音波画像は、検出された超音波探触子２の位置と関連付けられており、発生された超音波画像内の座標は、図２に示す水槽内の実３次元空間の座標と対応づけられている。

表面計算部７は、表面抽出機能と近似機能とを有する。表面抽出機能において表面計算部７は、発生された複数の超音波画像各々から輝度値に基づいて被検体の乳房表面を抽出する。そして近似機能において表面計算部７は、抽出された複数の乳房表面のデータに基づいて乳房表面を放物線や円弧等で近似する。近似した乳房表面を、近似乳房表面を呼ぶことにする。乳房表面の座標は、実３次元空間の座標と対応づけられている。

スキャン制御部８は、計算された又は予め設定された超音波ビームの偏向角度、フォーカス点、超音波探触子の移動速度、移動経路等のスキャン条件に基づいて送受信部５や支持機構３を制御する。

具体的にはスキャン制御部８は、偏向角度計算機能と支持機構制御機能とを有する。偏向角度計算機能においてスキャン制御部８は、生成された近似乳房表面に基づいて、乳房表面の接線に対して略直交に超音波ビームが発生されるような複数の超音波ビームの偏向角度を複数の超音波探触子２の位置についてそれぞれ計算する。そしてスキャン制御部８は、計算された偏向角度で超音波ビームを発生するような制御信号を生成し、生成した制御信号を送受信部５に供給する。

支持機構制御機能においてスキャン制御部８は、支持機構３を制御することにより所定の速度又は移動経路で超音波探触子２を機械的に移動（機械走査）させる。なおスキャン中、超音波探触子２はＺ座標固定のもとＸＹ平面を移動するとし、このスキャン中に移動するＸＹ平面を移動平面と呼ぶことにする。超音波探触子２の超音波送受信面は、移動平面と同一のＺ座標にあるとし、そのＺ座標はゼロに規定する。移動平面は水平面内にある。

表示部９は、発生された超音波画像を表示する。

指定部（入力装置）１０は、キーボード、後述するプリスキャン開始ボタン及び本スキャン開始ボタン等の各種ボタン、マウス等を備えた入力装置である。

記憶部１１は、発生された超音波画像のデータを検出された超音波探触子２の位置のデータと関連付けて記憶する。また、記憶部１１は、計算された乳房表面の３次元構造のデータや種々のデータ、種々の処理を行うためのプログラム等を記憶する。

システム制御部１２は、超音波診断装置１としての動作を実現するように各構成要素を制御する。システム制御部１は、ＣＰＵ及びＲＡＭを含み、記憶部１１からプログラム読み出して上記ＲＡＭ上に展開し、このプログラムに従った処理を上記ＣＰＵが実行することによって制御機能を実現する。

以下、本実施形態における超音波診断装置１の処理の一例を説明する。第１実施形態における処理では、２回のスキャンが行なわれる。初めに行なわれるスキャンは、超音波ビームの偏向角度を計算するために乳房表面のデータを得るためのスキャンである。この初めに行なわれるスキャンをプリスキャンと呼ぶことにする。２番目は、計算された偏向角度に従って行なわれるスキャンである。この２番目に行なわれるスキャンを本スキャンと呼ぶことにする。

図３は、第１実施形態に係る本スキャンでの超音波探触子２の移動経路の一例を示す図である。図３に示すように、スキャン制御部８は所定の手順に従って超音波探触子２を所定の始点ＳＰに移動させる。典型的に始点ＳＰは、超音波探触子２の移動範囲ＩＲの端である。超音波探触子２は始点ＳＰからＸ方向に沿って移動し（スキャン経路ＰＡ１）、Ｘ方向の移動範囲の端まで到達する。次にスキャン制御部８は、超音波探触子２をＹ方向に所定の間隔（以下、経路間隔と呼ぶ）ｄだけ移動する。そしてスキャン制御部８は、移動したＹ座標において再び超音波探触子２をＸ方向に移動範囲の端から端まで移動させる（スキャン経路ＰＡ２）。これを繰り返し、スキャン経路ＰＡ３、スキャン経路ＰＡ４を移動し、超音波探触子２がスキャン経路ＰＡ５の所定の終点ＥＰに到達するとスキャンは終了する。

プリスキャンは、発生される超音波画像から乳房表面が識別できれば良いので、本スキャンよりも解像度が低くても良い。プリスキャンにおいてスキャン制御部８は、本スキャンにおける移動速度よりも速くしたり、本スキャンにおけるスキャン経路の幾つかを間引いたりして超音波探触子２を移動させ、プリスキャンに係るスキャン時間を本スキャンに係るスキャン時間よりも短くする。

図４は、第１実施形態に係るプリスキャンでの超音波探触子２の移動経路の一例を示す図である。図４に示すように、プリスキャンにおいてスキャン制御部８は、超音波探触子２を所定の始点ＳＰから移動させ、順番にスキャン経路ＰＢ１、スキャン経路ＰＢ２そしてスキャン経路ＰＢ３を移動させる。そして、超音波探触子２が終点ＥＰに到達するとプリスキャンは終了する。プリスキャンにおける経路間隔２ｄは、本スキャンにおける経路間隔ｄの２倍であるとする。また、本スキャンにおけるスキャン経路ＰＡ１とプリスキャンにおけるスキャン経路ＰＢ１、本スキャンにおけるスキャン経路ＰＡ３とプリスキャンにおけるスキャン経路ＰＢ２、そして本スキャンにおけるスキャン経路ＰＡ５とプリスキャンにおけるスキャン経路ＰＢ１とのＹ座標は略等しいとする。プリスキャンでは、本スキャンにおけるスキャン経路ＰＡ２及び本スキャンにおけるスキャン経路ＰＡ４は、通らない。

次に第１実施形態における超音波診断装置１の処理の流れを説明する。

図５は、第１実施形態における処理の流れを示す図である。入力装置（指定部）１０を介した操作者からのプリスキャン開始の要求を受けて、システム制御部１２は各構成要素を制御することにより本スキャンよりも解像度が低いスキャン（プリスキャン）を行なう（ステップＳＡ１）。

図６は、プリスキャンにおける超音波ビームの発生方向を示す図である。図６に示すようにプリスキャンにおける超音波ビームの偏向角度αは、超音波探触子２の位置に応じて変化せず一定であり、例えば略９０度である。また、超音波ビームのフォーカス点は一定の位置に設定されており、超音波探触子２の位置に応じて変化せず一定である。

プリスキャンが終了するとシステム制御部１２は、画像発生部６に画像発生処理を行なわせる。プリスキャンで得た超音波探触子２による受信信号に基づいて、画像発生部６は、複数の超音波画像のデータを発生する（ステップＳＡ２）。発生された超音波画像のデータはＸＺ断面画像のデータである。

図７は、図４のスキャン経路ＰＢ１、ＰＢ２及びＰＢ３に対応する３つの超音波画像を示す図である。図７（ａ）はスキャン経路ＰＢ１での超音波画像Ｉ１、図７（ｂ）はスキャン経路ＰＢ２での超音波画像Ｉ２、図７（ｃ）はスキャン経路ＰＢ３での超音波画像Ｉ３を示す図である。超音波画像Ｉ１は、記憶部にスキャン経路ＰＢ１のＹ座標と関連付けられる。他の超音波画像も同様であり、超音波画像Ｉ２はスキャン経路ＰＢ２のＹ座標と、超音波画像Ｉ３はスキャン経路ＰＢ３のＹ座標と関連付けられる。

ステップＳＡ２にて超音波画像が発生されると、システム制御部１２は、表面計算部８に表面抽出処理及び近似処理を行なわせる。表面抽出処理において表面計算部８は、ステップＳＡ２にて発生した複数の超音波画像各々から乳房表面を抽出し（ステップＳＡ３）、近似処理において表面計算部８は、ステップＳＡ３にて抽出した複数の乳房表面のデータを放物線や円弧等で近似することにより近似乳房表面のデータを生成する（ステップＳＡ４）。

以下、ステップＳＡ３及びステップＳＡ４の処理を具体的に説明する。

まず、表面計算部８は、図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、超音波画像における体領域ＢＲと水領域ＷＲとの境にある複数の連続する画素、つまり乳房表面ＭＲの画素のデータを輝度値に基づいて抽出する。そして抽出した複数の乳房表面ＭＲの画素のデータを放物線や円弧等に近似し、複数の近似乳房表面のデータを生成する。

図８はステップＳＡ３にて生成された近似乳房表面を示す図である。図８に示すように、ステップＳＡ４において表面計算部７は、ステップＳＡ３にて抽出した３つの近似乳房表面（乳房表面ＭＲ１、ＭＲ２及びＭＲ３）のデータを、それぞれの近似乳房表面の位置情報（Ｙ座標）に応じてＲＡＭ上の３次元空間に配置する。

プリスキャンを本スキャンでのスキャン経路を間引いて行なったため、間引いたスキャン経路に対応する近似乳房表面のデータは生成されない。今後の処理のため、本スキャンでの全てのスキャン経路に対応する近似乳房表面を用意する必要がある。

具体的には、プリスキャンでは、本スキャンにおけるスキャン経路ＰＡ２及びＰＡ４を間引いたので、スキャン経路ＰＡ２及びＰＡ４に対応する近似乳房表面のデータは生成されない。そこで表面計算部７は、近似乳房表面ＭＲ１、ＭＲ２及びＭＲ３のデータに基づいて、スキャン経路ＰＡ２及びＰＡ４と同じＹ座標における近似乳房表面（ＣＭＲ１及びＣＭＲ２）のデータを補間する。この結果、本スキャンでの全てのスキャン経路に対応する近似乳房表面のデータが全て生成されたことになる。

近似乳房表面のデータが生成されると、システム制御部１２は、スキャン制御部８に偏向角度計算処理を行なわせる。偏向角度計算処理においてスキャン制御部８は、ステップＳＡ４にて生成した近似乳房表面のデータに基づいて超音波ビームと乳房表面の接線とが略直交するような超音波ビームの偏向角度を超音波探触子２の位置に応じて計算する（ステップＳＡ５）。以下、ステップＳＡ５の処理を説明する。

図９は、ステップＳＡ５を説明するための図であり、ステップＳＡ４にて計算した近似乳房表面と超音波探触子２の移動平面とのＸＺ平面を示す図である。まず、スキャン制御部８は、ステップＳＡ４にて計算された近似乳房表面に複数のサンプル点Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnを設定する。設定した複数のサンプル点Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnのそれぞれについて、スキャン制御部８は、乳房内側から外側へ向かう法線ベクトルＶ1、Ｖ2、…、Ｖnを計算する。計算された複数の法線ベクトルＶ1、Ｖ2、…、Ｖnそれぞれについて、スキャン制御部８は、それぞれの法線ベクトルＶ1、Ｖ2、…、Ｖnの延長上にある超音波探触子２の移動平面上の座標点Ｏ1、Ｏ2、…、Ｏnを特定する。ここで、特定された座標点Ｏが超音波探触子２の移動範囲外にある場合（図９の座標点Ｏ1及びＯn）、その座標点は、今後の処理の対象外とする。そして、通常の幾何学的計算により、スキャン制御部８は、サンプル点Ｓ2、…、Ｓn-1とそれに対応する座標点Ｏ2、…、Ｏn-1とに基づいて線分ＯＳと移動平面とがなす角度α2、…、αn-1を計算する。計算した角度α2、…、αn-1が、座標点Ｏ2、…、Ｏn-1における超音波ビームの偏向角度である。なお、各座標点間における偏向角度は、直近の２つの偏向角度の線形補間等によって計算される。この偏向角度計算処理は、ステップＳＡ４にて生成された近似乳房表面それぞれについて行なわれる。

ステップＳＡ５にて偏向角度が計算されると、システム制御部１２は、操作者による本スキャンの開始要求を待機する。操作者による入力装置１１を介した本スキャンの開始要求を受信するとシステム制御部１２は、超音波診断装置１の各構成要素を制御することにより、本スキャンを開始する。本スキャンにおいてスキャン制御部８は、ステップＳＡ５にて計算した座標点と偏向角度とに従って本スキャンを行なう（ステップＳＡ６）。なお、ステップＳＡ５が終了したら、自動的に本スキャンが開始されるとしても良い。

図１０は、ステップＳＡ６にて行なわれる本スキャンを説明するための図である。スキャン制御部８は、所定の手順で超音波探触子２を移動平面で移動させながら、計算した超音波探触子２の位置（座標点）に応じた偏向角度に従って超音波ビームを偏向させる。偏向角度αで偏向された超音波ビームは、乳房表面のＹ方向に垂直な接線に対して垂直に入射する。ステップＳＡ４にて処理の対象外とされたサンプル点では、所定の超音波ビームの偏向角度、例えば９０°で超音波ビームが発生される。

本スキャンが終了するとシステム制御部１２は、画像発生部６に画像発生処理を行なわせる。画像発生処理において画像発生部６は、ステップＳＡ６にて行なった本スキャンで得た超音波探触子２による受信信号に基づいて、超音波画像を発生する（ステップＳＡ７）。ステップＳＡ７にて発生される超音波画像は、超音波ビームが乳房表面のＹ方向に平行な接線に対して垂直に入射されるため、垂直に入射されない場合に比して画質が向上する。

ステップＳＡ７にて画像が発生されると、システム制御部１２は、発生した超音波画像を表示部９に表示させる。（ステップＳＡ８）。

以上で、第１実施形態における処理が終了する。

なお、プリスキャンにおける超音波探触子２のスキャン経路は、上記の例にとどまらない。図１１は、図４とは異なるプリスキャンのスキャン経路を示す図である。図１１に示すスキャン経路を用いるプリスキャンにおいて超音波探触子２は、十字のようにＸ方向とＹ方向とに沿ってそれぞれ一回ずつ移動する。ここでＸ方向に移動するスキャン経路をスキャン経路ＰＸ、Ｙ方向に移動するスキャン経路をスキャン経路ＰＹとする。スキャン経路ＰＸとスキャン経路ＰＹとは直角に交わるとする。この図１１に示すスキャン経路を用いるプリスキャンを、十字型プリスキャンと呼ぶことにする。

表面計算部７は、スキャン経路ＰＸに基づく超音波画像及びスキャン経路ＰＹに基づく超音波画像それぞれから、乳房表面を抽出し、抽出したそれぞれの乳房表面に基づいて近似乳房表面ＡＰＸ及び近似乳房表面ＡＰＹのデータを生成する。

十字型プリスキャンを行なう場合、表面計算部７は、表面抽出機能と近似機能とに加え３次元構造計算機能を有する。３次元構造計算機能において表面計算部７は、生成した近似乳房表面ＡＰＸ及びＡＰＹのデータに基づいて近似乳房表面の３次元構造を計算する。

図１２は、図１１の十字型プリスキャンを行なった場合の乳房表面の３次元構造を生成する処理を説明するための図である。図１２（ａ）は、生成された近似乳房表面ＡＰＸと近似乳房表面ＡＰＹとの位置関係を示す。まず表面計算部７は、図１２（ａ）に示すように、近似乳房表面ＡＰＸ及びＡＰＹをそれぞれの位置情報に基づいてＲＡＭ上に配置する。ここで、近似乳房表面ＡＰＸの径を径Ｒ１及び近似乳房表面ＡＰＹの径を径Ｒ２とし、径Ｒ１と径Ｒ２との成す角をθとする。そして表面計算部７は、計算した径Ｒ１及び径Ｒ２に公知の技術であるモーフィングと呼ばれる技術を適用して乳房表面の３次元構造を計算する。図１２（ｂ）は、縦軸をあるＺ座標における径の長さＲに、横軸を角度θに規定したグラフである。図１２（ａ）との対応からθ＝０°の径ＲはＲ１、θ＝９０°の径ＲはＲ２である。θ＝０°とθ＝９０°との間における径の長さＲは、Ｒ１とＲ２との線形補間である。表面計算部７は、モーフィング技術を用いて、図１２（ａ）に示した乳房表面ＡＰＸと乳房表面ＡＰＹとを図１２（ｂ）の関係に従ってＲを変化させながら９０°回転させることによって、乳房表面の３次元構造を計算する。

偏向角度計算処理において、乳房表面の３次元構造に対して設定されるサンプル点は、本スキャンにおけるスキャン経路に対応する乳房表面の３次元構造の直線上に一定間隔で設定される。

上記構成により、超音波探触子２をＸＹ平面に移動させるだけで、超音波探触子２の位置に応じて超音波ビームを乳房表面の接線に対して略直角に発生させることが可能となる。その結果、超音波探触子２を３次元的に移動しなくとも画質の良い超音波画像を提供することが可能となる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、近似乳房表面に基づいて、超音波探触子２の位置の変化に応じて超音波ビームのフォーカス点を変化させる超音波診断装置１の例を説明する。なお、なお以下の説明において、第１実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

第２実施形態におけるスキャン制御部８は、支持機構制御機能に加えフォーカス点計算機能を有する。フォーカス点計算機能においてスキャン制御部８は、生成された近似乳房表面のデータに基づいて、複数の超音波探触子２の位置に応じた複数のフォーカス点の位置を計算する。このフォーカス点の位置は、超音波探触子２の位置に依らず、常に乳房表面から一定の距離にある。そしてスキャン制御部８は、計算したフォーカス点を有する超音波ビームを発生するような制御信号を生成し、生成した制御信号を送受信部５に供給する。なお第２実施形態における超音波ビームの偏向角度は常に略９０°であるとする。

次に第２実施形態における超音波診断装置１の処理の一例を説明する。図１３は、第２実施形態における処理の流れの一例を示す図である。

まずシステム制御部１２は、プリスキャンを行ない（ステップＳＢ１）、プリスキャンで得た超音波探触子２による受信信号に基づいて複数の超音波画像を発生する（ステップＳＢ２）。そしてシステム制御部１２は、ステップＳＢ２にて発生した複数の超音波画像各々から乳房の表面を抽出し（ステップＳＢ３）、抽出した複数の表面に基づいて複数の近似乳房表面を生成する（ステップＳＢ４）。

複数の近似乳房表面が生成されるとシステム制御部１２は、スキャン制御部８にフォーカス点計算処理を行なわせる。フォーカス点計算処理においてスキャン制御部８は、ステップＳＢ４にて生成した複数の近似乳房表面それぞれと超音波探触子２の送受信面との距離を超音波探触子２の位置に応じて計算する（ステップＳＢ５）。

図１４は、ステップＳＢ５を説明するための図である。図１４に示すように、まずスキャン制御部８は、近似乳房表面に複数のサンプル点Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnを設定する。次に、複数のサンプル点Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnについて、スキャン制御部８は、サンプル点Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnのそれぞれと同じＸＹ座標を有する移動平面上の座標点Ｏ1、Ｏ2、…、Ｏnを特定する。この座標点は、本スキャンにおける超音波探触子２の超音波送受信面の位置となる。超音波送受信面の位置とは、例えば、超音波送受信面のＸ方向に沿う中心である。

次にスキャン制御部８は、複数のサンプル点Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnとそれに対応する座標点Ｏ1、Ｏ2、…、Ｏnとの距離ＤＡ1、ＤＡ2、…、ＤＡnを計算する。そしてスキャン制御部８は、計算した複数の距離ＤＡ1、ＤＡ2、…、ＤＡnと所定の値（例えば、１ｃｍ程度）ＤＢとを加算する。この所定の値ＤＢは、超音波探触子２の位置に依らず一定である。座標点Ｏ1、Ｏ2、…、Ｏnから移動平面に垂直にＤＡ1＋ＤＢ、ＤＡ2＋ＤＢ、…、ＤＡn＋ＤＢの距離にある点をフォーカス点ＦＰ1、ＦＰ2、…、ＦＰnとする。所定の値ＤＢは、操作者等により任意に変更可能である。なお、各座標点間におけるフォーカス点は、直近の２つのフォーカス点の線形補間等によって計算される。フォーカス点算出処理は、ステップＳＢ４にて生成された近似乳房表面の数だけ行なわれる。

ステップＳＢ５にてフォーカス点が計算されると、システム制御部１２は、操作者による本スキャンの開始要求を待機する。操作者による入力装置１１を介した本スキャンの開始要求を受信するとシステム制御部１２は、超音波診断装置１の各構成要素を制御することにより、本スキャンを開始する。本スキャンにおいてスキャン制御部８は、ステップＳＢ５にて計算した座標点とフォーカス点とに従って本スキャンを行なう（ステップＳＢ６）。なお、ステップＳＢ５が終了したら、自動的に本スキャンが開始されるとしても良い。

図１５は、ステップＳＢ６にて行なわれる本スキャンを説明するための図である。図１５に示すように、スキャン制御部８は、超音波探触子２を移動平面内で移動させながら、ステップＳＢ５にて計算した位置にフォーカス点を有する超音波ビームを発生させる。ステップＳＢ５にて計算した移動平面と乳房表面との距離に所定の値を加算した距離をフォーカス点とすることにより、乳房の形状によらず常に乳房表面から一定距離をフォーカス点とすることが可能となる。なお本スキャン中、超音波ビームの偏向角度は一定であり、例えば９０°である。

ステップＳＢ６にて行なった本スキャンで得た超音波探触子２による受信信号に基づいて、超音波画像を発生し（ステップＳＢ７）、ステップＳＢ７にて発生した超音波画像を表示する（ステップＳＢ８）。

上記構成により、超音波探触子２を平面上で動かすだけで、超音波探触子２の位置や乳房の大きさや形状等に依らず、常に乳房表面から一定の距離にフォーカス点を合わせた超音波ビームを発生することが可能である。その結果、その結果、超音波探触子２を３次元的に移動しなくとも画質の良い超音波画像を提供することが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態では、近似乳房表面のデータに基づいて、超音波探触子２の位置の変化に応じて超音波ビームの偏向角度及びフォーカス点を変化させることが可能な超音波診断装置１の例を説明する。さらに、第３実施形態では、本スキャンに基づく超音波画像上に特定領域を指定し、指定した特定領域のデータに基づいて超音波ビームの偏向角度及びフォーカス点を変化させる例も説明する。なお、なお以下の説明において、第１実施形態又は第２実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

スキャン制御部８は、偏向角度計算機能とフォーカス点計算機能と支持機構制御機能とを有する。

図１６は、第３実施形態における処理の流れの一例を示す図である。

まずシステム制御部１２は、プリスキャンを行ない（ステップＳＣ１）、プリスキャンで得た超音波探触子２による受信信号に基づいて複数の超音波画像を発生する（ステップＳＣ２）。そしてシステム制御部１２は、ステップＳＣ２にて発生した複数の超音波画像各々から乳房の表面を抽出し（ステップＳＣ３）、抽出した複数の乳房表面に基づいて複数の近似乳房表面のデータを生成する（ステップＳＣ４）。

ステップＳＣ４にて生成した近似乳房表面のデータに基づいて超音波探触子２の位置に応じた超音波ビームの偏向角度を計算するとともに、フォーカス点を計算する（ステップＳＣ５）。ステップ５は、第１実施形態における偏向角度計算処理と第２実施形態におけるフォーカス点計算処理とを実行することで容易に達成できる。従って説明は省略する。

ステップＳＣ５にて偏向角度及びフォーカス点が計算されると、システム制御部１２は、操作者による本スキャンの開始要求を待機する。操作者による入力装置１１を介した本スキャンの開始要求を受信するとシステム制御部１２は、超音波診断装置１の各構成要素を制御することにより、本スキャンを開始する。なお、ステップＳＣ５が終了したら、自動的に本スキャンが開始されるとしても良い。

図１７は、ステップＳＣ６にて行なわれる本スキャンを説明するための図である。図１７に示すようにスキャン制御部８は、超音波探触子２を移動平面内で移動させながら、ステップＳＣ５にて計算した偏向角度とフォーカス点ＦＰとに従って超音波探触子２の位置の変化に応じて超音波ビームの偏向角度とフォーカス点ＦＰとを変化させる。これにより、超音波探触子２をＸＹ平面内で移動させるだけで、乳房の形状や位置等によらず、常に乳房表面のＹ方向に垂直な接線に直交し、且つ乳房表面から一定距離をフォーカス点とした超音波ビームを発生することが可能となる。

ステップＳＣ６の本スキャンが終了すると、システム制御部１２は、画像発生部６に画像発生処理を行なわせる。画像発生処理において画像発生部６は、本スキャンでの超音波探触子２による受信信号に基づいてＸＹ断面の超音波画像を発生する。（ステップＳＣ７）。

ステップＳＣ７にてＸＹ断面の超音波画像が発生されると、システム制御部１２は、表示部９に発生されたＸＹ断面の超音波画像を表示する（ステップＳＣ８）。ＸＹ断面の超音波画像が表示部９に表示されると操作者は、指定部１０を介して超音波画像上の精査したい領域を指定する。

図１８は、ステップＳＣ８にて表示されたＸＹ断面の超音波画像上に領域を指定する処理を説明するための図である。図１８に示すように表示画面Ｄには、ＸＹ断面の乳房が描出された超音波画像が表示されている。操作者は、このＸＹ断面の超音波画像の精査したい領域に指定部１０を介して詳細スキャン領域ＤＲを指定する。詳細スキャン領域ＤＲは、乳房表面に対して指定される。図１８では、詳細スキャン領域ＤＲの形状は四角であるが、円や楕円等の閉曲面や、線或いは点で指定しても良い。また、操作者が指定部１０を介してフリーハンドで詳細スキャン領域を指定しても良い。

システム制御部１２は、ステップＳＣ８にて表示されたＸＹ断面の超音波画像に詳細スキャン領域が指定されたか否かを判断する（ステップＳＣ９）。操作者は詳細スキャン領域を指定すると、例えば指定部（入力装置）１０等に備えられた詳細スキャン開始ボタンを押す。詳細スキャン開始ボタン等が押されることを契機としてシステム制御部１２は、ステップＳＣ１０に進む。

ステップＳＣ９にて領域が指定されるとシステム制御部１２は、スキャン制御部８に領域特定処理を行なわせる。領域特定処理においてスキャン制御部８は、指定された詳細スキャン領域の位置情報に基づいて、当該詳細スキャン領域に対応する近似乳房表面の領域を特定する（ステップＳＣ１０）。ステップＳＣ１０にて特定される領域を、詳細表面領域と呼ぶことにする。

ステップＳＣ１０にて詳細表面領域が特定されるとシステム制御部１２は、スキャン制御部８に偏向角度計算処理及びフォーカス点計算処理を行なわせる。偏向角度計算処理及びフォーカス点計算処理においてスキャン制御部８は、特定した詳細表面領域のデータに基づいて超音波ビームの偏向角度及びフォーカス点を超音波探触子２の位置に応じて再計算する（ステップＳＣ１１）。

図１９は、ステップＳＣ１１の処理を説明するための図である。まず、スキャン制御部８は、近似乳房表面の詳細表面領域の両端とその中間の複数点に、サンプル点Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnを設定する。そしてスキャン制御部８は、設定した複数のサンプル点Ｓ1、Ｓ2、…、Ｓnに対して、ステップＳＣ５と同様の処理を行なうことにより超音波探触子２の位置に応じた偏向角度及びフォーカス点を再計算する。詳細表面領域の両端のサンプル点Ｓ1及びＳnに対応する座標点Ｏ1及びＯnの間隔は、詳細スキャンにおける移動範囲となる。なお、フォーカス点を計算する際に加算される所定の値ＤＢは、精査したい部位の乳房表面からの深さに応じて変更されてもよい。

ステップＳＣ１１にて偏向角度及びフォーカス点が再計算されると、システム制御部１２は、操作者による詳細スキャンの開始要求を待機する。操作者による入力装置１１を介した詳細スキャンの開始要求を受信するとシステム制御部１２は、超音波診断装置１の各構成要素を制御することにより、詳細スキャンを開始する（ステップＳＣ１２）。詳細スキャンにおいてスキャン制御部８は、ステップＳＣ１１にて再計算した偏向角度とフォーカス点とに従って詳細スキャンを行なう。具体的には、スキャン制御部８は、超音波探触子２をステップＳＣ１１にて特定された詳細スキャンの移動範囲に限って移動させ、その各々の位置に応じた偏向角度及びフォーカス点に従って超音波ビームを発生させる。

ステップＳＣ１２の詳細スキャンが終了すると、システム制御部１２は、画像発生部６に画像発生処理を行なわせる。画像発生処理において画像発生部６は、ステップＳＣ１２の詳細スキャンにて得られた超音波探触子２による受信信号に基づいて超音波画像を発生する（ステップＳＣ１３）。

ステップＳＣ１３にて超音波画像を発生すると、システム制御部１２は、発生した超音波画像を表示部９に表示する（ステップＳＣ１４）。

以上で第３実施形態における処理は終了する。

上記構成により、超音波探触子２を平面上で動かすだけで、超音波探触子２の位置や乳房の大きさや形状等に依らず、常に乳房表面のＹ方向に垂直な接線に直交し、且つ乳房表面から一定の距離にフォーカス点を合わせた超音波ビームを発生することが可能である。その結果、超音波探触子２を３次元的に移動しなくとも画質の良い超音波画像を提供することが可能となる。

また、発生された超音波画像に対して詳細スキャン領域を設定し、設定した詳細スキャン領域に応じた超音波ビームの偏向角度及びフォーカス点を計算することで、詳細スキャン領域の大きさ、形状及び乳房表面からの距離に依らず、常に詳細スキャン領域に対応する乳房表面のＹ方向の接線に直交し、且つ精査したい領域にフォーカス点を合わせた超音波ビームを発生することが可能である。その結果詳細スキャンの範囲及び乳房表面からの深さに応じた最適なスキャンが可能となる。その結果、検査部位の特定領域をスキャンする場合においても、超音波探触子２を３次元的に移動しなくとも画質の良い超音波画像を提供することが可能となる。

（変形例）
上記の第１、第２及び第３実施形態では、一列に配列された複数の超音波振動子を有する超音波探触子２であるとした。しかしながら本発明に係る超音波探触子は、これに限定する必要はなく、２次元状に配列された複数の超音波振動子を有するいわゆる２次元アレイ型の超音波探触子５０であってもよい。２次元アレイ型の超音波探触子５０の場合、Ｘ方向にもＹ方向にも超音波ビームを偏向させることが可能である。そのため、変形例における本スキャンにおいて、超音波探触子５０を移動平面で移動させるだけで、図２０に示すように超音波ビームを乳房の立体表面に対して垂直に入射させることが可能となる。また同時に、超音波探触子５０に位置に依らず、常に超音波ビームのフォーカス点を乳房の立体表面から一定距離に合わせることが可能となる。変形例における超音波ビームの偏向角度及びフォーカス点は、第１実施形態の偏向角度計算処理及び第２実施形態のフォーカス点計算処理を単に３次元に拡張するだけで簡単に計算される。

上記構成により、２次元アレイ型の超音波探触子５０を用いることにより、乳房の立体表面に対して垂直に、且つ乳房の立体表面から一定距離にフォーカス点を合わせ超音波ビームを発生することが可能となる。その結果、２次元アレイ型の超音波探触子５０を用いた場合、１次元アレイ型の超音波探触子２に比して更なる画質の向上が可能となる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。 第１実施形態に係る水槽内に規定された座標系を示す図。 第１実施形態に係る本スキャンにおける超音波探触子の移動経路の一例を示す図。 第１実施形態に係るプリスキャンにおける超音波探触子の移動経路の一例を示す図。 第１実施形態における処理の流れを示す図。 第１実施形態に係るプリスキャンにおける超音波ビームの発生方向を示す図。 図４のスキャン経路ＰＢ１、ＰＢ２及びＰＢ３に対応する３つの超音波画像を示す図。 図７の超音波画像に基づいて計算される乳房表面の３次元構造を示す図。 図５のステップＳＡ５を説明するための図。 図５のステップＳＡ６にて行なわれる本スキャンを説明するための図。 図１０の十字型プリスキャンを行なった場合の乳房表面の３次元構造を計算する処理を説明するための図。 図１１の十字型プリスキャンを行なった場合の乳房表面の３次元構造を生成する処理を説明するための図。 本発明の第２実施形態に係る処理の流れの一例を示す図。 図１３のステップＳＢ５を説明するための図。 図１３のステップＳＢ６にて行なわれる本スキャンを説明するための図。 本発明の第３実施形態に係る処理の流れの一例を示す図。 図１６のステップＳＣ６にて行なわれる本スキャンを説明するための図。 図１６のステップＳＣ８にて表示されたＸＹ断面の超音波画像上に領域を指定する処理を説明するための図。 図１６のステップＳＣ１１に係る処理を説明するための図。 本発明の変形例に係る本スキャンを説明するための図。

符号の説明

１…超音波診断装置、２…超音波探触子、３…支持機構、４…位置検出器、５…送受信部、６…画像発生部、７…表面計算部、８…スキャン制御部、９…表示部、１０…指定部（入力装置）、１１…記憶部、１２…システム制御部。

Claims (7)

1. 液体が入った水槽に浸水された被検体の一部分を機械的に移動される超音波探触子を介して超音波で走査する超音波診断装置において、
   前記超音波探触子を移動可能に支持する支持機構と、
   前記超音波探触子による受信信号に基づいて超音波画像のデータを発生する画像発生部と、
   前記発生された超音波画像に基づいて前記被検体の一部分の表面を計算する表面計算部と、
   前記計算された表面に基づいて前記超音波探触子の位置の変化に応じて超音波ビームの偏向角度とフォーカス点との少なくとも一方を変化させるスキャン制御部と、
   を具備する超音波診断装置。
2. 前記スキャン制御部は、超音波ビームが前記表面に対して略直交するための複数の超音波ビームの偏向角度を複数の前記超音波探触子の位置についてそれぞれ決定し、前記決定された複数の偏向角度に従って超音波ビームの偏向角度を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記スキャン制御部は、前記表面と前記超音波探触子との距離に基づいて前記表面から一定の距離にある複数のフォーカス点を複数の前記超音波探触子の位置についてそれぞれ決定し、前記決定された複数のフォーカス点に従って超音波ビームのフォーカス点を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記スキャン制御部は、
   超音波ビームが前記表面に対して略直交するための複数の超音波ビームの偏向角度を複数の前記超音波探触子の位置についてそれぞれ決定し、
   前記表面と前記超音波探触子との距離に基づいて前記表面から一定の距離にある複数のフォーカス点を複数の前記超音波探触子の位置についてそれぞれ決定し、
   前記決定された複数の偏向角度及び複数のフォーカス点に従って超音波ビームの偏向角度及びフォーカス点を変化させることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
5. 前記超音波探触子は、一列に配列された複数の超音波振動子を有し、
   前記スキャン制御部は、超音波ビームが前記表面の接線に対して略直交するための複数の超音波ビームの偏向角度を複数の前記超音波探触子の位置についてそれぞれ計算することを特徴とする請求項２又は４記載の超音波診断装置。
6. 前記超音波探触子は、２次元状に配列された複数の超音波振動子を有し、
   超音波ビームが前記表面の接面に対して略直交するための複数の超音波ビームの偏向角度を複数の前記超音波探触子の位置についてそれぞれ計算することを特徴とする請求項２又は４記載の超音波診断装置。
7. 液体が入った水槽に浸水された被検体の一部分を機械的に移動される超音波探触子を介して超音波で走査する超音波診断装置において、
   前記超音波探触子を移動可能に支持する支持機構と、
   前記超音波探触子による受信信号に基づいて超音波画像のデータを発生する画像発生部と、
   前記発生された超音波画像を表示する表示部と、
   前記表示された超音波画像の特定領域を指定する指定部と、
   前記指定された特定領域の表面を計算する表面計算部と、
   前記計算された前記特定領域の表面と前記超音波探触子の位置とに基づいて、前記超音波探触子の位置の変化に応じて前記超音波ビームの偏向角度及び前記フォーカス点を変化させるスキャン制御部と、
   を具備する超音波診断装置。

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