JP2002330968A - 超音波診断装置及び画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像の解像度やリアルタイム性を低下させる
ことなく、サンプリングレートを擬似的に向上させ、よ
り精密な診断を可能とする超音波診断装置を提供する。 【解決手段】 制御部１１６は、拍動が検出される毎に
タイムスタンプ値をリセットする。画像生成部１１０
は、送受信部１０２から受信した電気信号に基づいて断
層画像の画像データを生成し、この画像データにタイム
スタンプを付加してデータ保持部１１２に記憶する。輪
郭抽出部１１３は、データ保持部１１２の画像データに
基づいて輪郭を抽出し、画像データと同じタイムスタン
プを付加して輪郭データを生成する。補間データ生成部
１１４は、生成された輪郭データをタイムスタンプに基
づいて補間することにより、サンプリングされていない
時刻の輪郭データを生成する。容積算出部１１５は、補
間後の輪郭データを用いてモディファイドシンプソン法
によって心臓左室の容積を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置及
び画像処理装置に関し、特に、一定のフレームレートで
得られた断層画像列に対する時間分解能の向上技術に関
する。

【０００２】

【従来の技術】超音波診断装置は、超音波プローブから
射出された超音波が生体内の対象物における組織構造の
変化点や変化面でその一部が反射した場合に得られるエ
コーを受信し、信号処理等を施した後に、対象物の断層
画像（エコー画像）を生成する。超音波診断装置は、生
体軟部組織等の対象物の２次元断層像を無侵襲で生成す
ることができるので、生体に対する安全性が高く、臨床
医学等においては必要不可欠な装置として広く普及して
いる。

【０００３】このような超音波診断装置の普及と装置の
デジタル化に伴い、超音波診断装置を用いた様々なスク
リーニング（精密検査）が試みられている。

【０００４】例えば、一定のフレームレートで一定時間
だけ対象物の断層画像を連続サンプリングして蓄積して
おき、得られた断層画像列を後でじっくり観察すること
で、対象物の動き等の物理量を詳細に把握し診断に利用
することなどが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、心臓や循環
器系の臓器等における時々刻々に変化する動きを超音波
診断装置で詳細に観察しようとした場合には、断層画像
のサンプリングレートとして、例えば１０フレーム／秒
等の現行の低速なフレームレートでは充分ではないとい
う問題がある。

【０００６】この場合、１枚の断層画像を構成する総画
素数や各画素の輝度分解能等を減じたり、超音波診断装
置でのリアルタイム処理（信号処理や画像処理等）の一
部を断念（省略）したり等することで、高いフレームレ
ートによるサンプリングを行う方法が考えられるが、そ
のような方法では、各断層画像が有する情報量自体が低
下しているために、結局、トータルとしての検査精度の
向上は図ることができない。

【０００７】一方、最近の超音波診断装置を用いた精密
検査の試みとして、同一の対象物（例えば、心臓）の異
なる２以上の断面（例えば、二腔像と四腔像）につい
て、拍動における位相（拍動周期における相対時刻）が
同一となる断層画像を複数用いることにより、より精密
に対象物を診断しようとする試みもある（特願２００１
−２３８１９）。

【０００８】ところが、異なる時間帯に得られた２以上
の断層画像列それぞれから同一位相の断層画像を抜き出
そうとした場合に、断層画像を生成するサンプリングの
タイミングが必ずしも一致していないために、それら断
層画像列それぞれに、同一位相の断層画像が存在すると
は限らない。

【０００９】そのために、位相が一致しない断層画像を
同一位相の断層画像として用いることとなり、それら断
層画像の位相差に起因する検査精度の劣化を招くという
課題が残されている。

【００１０】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、断層画像の解像度や連続サンプリングにおける
リアルタイム処理を犠牲にすることなく、超音波診断装
置が有する断層画像のサンプリングレートを擬似的に向
上させることができ、これによって、より精密な検査を
可能とする超音波診断装置及び画像処理装置を提供する
ことを第１の目的とする。

【００１１】また、本発明は、異なる時間帯に得られた
２以上の断層画像列のサンプリングのタイミングが一致
していないために同一位相の断層画像列が得られていな
い場合であっても、より精密な診断を可能とする超音波
診断装置及び画像処理装置を提供することを第２の目的
とする。

【００１２】さらに、時間と共にその診断情報（例え
ば、容積等）が変化する対象物（例えば、心臓左室等）
について、より精密な検査を行うために、診断情報が特
徴的な値を示すであろうと思われる時刻の断層画像を得
ることができる超音波診断装置及び画像処理装置を提供
することを第３の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係る超音波診断装置は、超音波の反射に
基づいて被検体の断層画像を生成し表示する超音波診断
装置であって、前記断層画像を繰り返し生成する画像生
成手段と、生成された断層画像中の対象物の特徴を示す
特徴量を抽出する特徴量抽出手段と、前記断層画像が生
成されたタイミングを示すタイムスタンプを当該断層画
像に係る前記特徴量に対応づけて生成するタイムスタン
プ生成手段と、対応する特徴量とタイムスタンプとの組
を複数用いて補間することにより、新たなタイミングに
おける特徴量を生成する補間手段と、生成された前記特
徴量に基づいて前記対象物についての診断情報を生成す
る診断情報生成手段と、生成された診断情報を表示する
表示手段とを備える。

【００１４】また、前記超音波診断装置は、さらに、前
記被検体に係る拍動を検出する拍動検出手段と、拍動が
検出されてからの経過時間を計測する経過時間計測手段
とを備え、前記タイムスタンプ生成手段は、前記断層画
像が生成されたときの前記経過時間を前記タイムスタン
プによって示されるタイミングとするように構成しても
よい。

【００１５】さらに、前記補間手段は、異なる拍動周期
における前記特徴量と前記タイムスタンプとの組を１つ
の拍動周期におけるデータとして重ね合わせた後に、そ
れらの組に対して補間することにより、新たな前記経過
時間における特徴量を生成することとしてもよい。

【００１６】また、前記補間手段は、前記タイムスタン
プの値を補正することによって、異なる拍動周期それぞ
れを同一の拍動周期に正規化した後に、前記組を１つの
拍動周期におけるデータとして重ね合わせるように構成
してもよい。

【００１７】さらに、前記補間手段は、前記対象物の第
１断面を示す断層画像に係る特徴量とタイムスタンプと
の組を用いて補間し、前記診断情報生成手段は、前記第
１断面と所定の角度で交差する第２断面を示す断層画像
に係る特徴量とタイムスタンプとを前記特徴量抽出手段
及び前記タイムスタンプ生成手段から取得する交差デー
タ取得部と、前記補間手段により生成された特徴量のう
ち、前記交差データ取得部により取得されたタイムスタ
ンプと同一の経過時間における特徴量を特定する同一位
相データ特定部と、特定された第１断面の特徴量と対応
する第２断面の特徴量とを用いて前記診断情報を生成す
るデータ合成部と有することとしてもよい。

【００１８】また、前記交差データ取得部は、取得した
前記第２断面を示す断層画像に係る特徴量とタイムスタ
ンプとの組を複数用いて補間することにより、新たな前
記経過時間における特徴量を生成し、前記同一位相デー
タ特定部は、前記交差データ取得部による補間によって
生成された第２断面の特徴量と同一の経過時間における
第１断面の特徴量を特定するように構成してもよい。

【００１９】さらに、前記データ合成部は、前記画像生
成手段により前記第２断面の断層画像が生成される度
に、当該断層画像に係る特徴量と対応する第１断面の特
徴量とを用いて前記診断情報を生成し、前記表示手段
は、前記データ合成部により診断情報が生成される度
に、生成された診断情報を表示するように構成してもよ
い。

【００２０】また、前記超音波診断装置は、さらに、前
記診断情報生成手段により生成された心臓左室の容積に
基づいて、拍動周期における心臓左室の容積の最大値と
最小値を特定する容積変化特定手段を備えるように構成
してもよい。

【００２１】また、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、超音波の反射に基づいて被検
体の断層画像を生成し表示する超音波診断装置であっ
て、前記被検体の心電信号を受信する心電信号受信手段
と、前記心電信号における過去に特定された拡張終期時
刻及び収縮終期時刻の少なくとも１つの終期時刻に基づ
いて、新たな拡張終期時刻及び収縮終期時刻の少なくと
も１つの終期時刻を予測する終期時刻予測手段と、前記
予測された終期時刻において前記被検体の対象物の断層
画像を生成する画像生成手段とを備える。

【００２２】さらに、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、超音波の反射に基づいて被
検体の対象物の断層画像を生成し表示する超音波診断装
置であって、断層画像から診断情報を算出する診断情報
算出手段と、算出された診断情報に基づいて、当該診断
情報が特徴的な値となる時刻を予測する特徴値時刻予測
手段と、前記予測された時刻において前記対象物の断層
画像を生成する画像生成手段とを備える。

【００２３】なお、上記目的を達成するために、本発明
は、上記超音波診断装置の手段を備える画像処理装置と
して実現したり、これらの装置の特徴的な手段をステッ
プとし、それらのステップを含むプログラムとして実現
することもできる。そして、そのプログラムは、超音波
診断装置装置や画像処理装置が備えるＲＯＭ等に格納し
ておくだけでなく、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体や通信ネ
ットワーク等の伝送媒体を介して流通させることもでき
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下、本発明に
係る実施の形態１について図面を用いて説明する。図１
は、本実施の形態における超音波診断装置１０の外観図
である。本装置１０は、単に断層画像を生成するだけで
なく、心臓機能の診断の一つである心周期における診断
情報（例えば、容積等）の変化、特に心臓左室（以下、
単に「対象物」ともいう。）の容積変化を測定し表示す
ることが可能な装置であり、表示装置１１、本体装置１
２、プローブ１３及び拍動センサ１４から構成されてい
る。

【００２５】表示装置１１は、超音波エコー法等により
得られた断層画像や必要な情報を表示させるための液晶
又はＣＲＴ等によるディスプレイ装置であり、オペレー
タからの操作を受け付けるタッチパネル等を有してい
る。

【００２６】本体装置１２は、プローブ１３を介して超
音波の送受信を制御するための送受信回路、各種の信号
や画像を処理するためにＤＳＰ（Digital Signal Proce
ssor）やＲＡＭ等からなる信号・画像処理回路、オペレ
ータからの操作を受け付けるスイッチ群やマウス、タッ
チパネルを有する液晶ディスプレイ等を備える。また、
本体装置１２は、拍動センサ１４から受信した電気信号
に基づいて、拍動パルスを生成する。

【００２７】プローブ１３は、超音波を送受信するため
の超音波振動子や音響レンズ等からなる探触子であり、
診断対象となる心臓左室などの容積値等を表示するため
の液晶パネル等を備える。

【００２８】拍動センサ１４は、被検者の拍動（心拍又
は脈拍）を検知するためのセンサであり、圧力センサ等
によって検出した拍動を電気信号に変換し、本体装置１
２に送信する。

【００２９】図２は、図１に示した超音波診断装置１０
の主要な機能の構成を示すブロック図である。本装置１
０は、主に超音波探触子１０１、送受信部１０２、拍動
検出部１０３、操作部１０４、画像処理部１０５及び画
像表示部１０６から構成される。

【００３０】超音波探触子１０１は、図１におけるプロ
ーブ１３に相当し、例えばフェーズドアレイ方式の電子
走査型のプローブである。超音波探触子１０１は、送受
信部１０２から受信した制御信号に基づいて超音波（例
えば、超音波パルス）を射出する。また、超音波探触子
１０１は、被検者の生体内から反射してきた超音波（以
下、「超音波エコー」という。）を電気信号に変換して
送受信部１０２に送信する。

【００３１】送受信部１０２は、超音波探触子１０１か
ら超音波を発生させるための送信ビームフォーマー及び
超音波エコーを検出した超音波探触子１０１から送信さ
れる電気信号を受信する受信ビームフォーマー等から構
成され、受信した電気信号に対して増幅等を行って画像
処理部１０５に送信する。

【００３２】拍動検出部１０３は、図１における拍動セ
ンサ１４に相当し、検知した被検者の拍動を電気信号に
変換し、制御部１１６に送信する。

【００３３】操作部１０４は、スイッチ、タッチパネル
等に対するオペレータからの操作を受け付け、これに対
応する制御信号等を画像処理部１０５に送信する。

【００３４】画像処理部１０５は、送受信部１０２から
受信した電気信号に基づいて断層画像を生成してその断
層画像から輪郭を抽出し、さらにその輪郭に基づいて対
象物の容積を算出するものであり、特に、心臓左室の容
積を正確に算出するために、以下の特徴的な処理を行
う。つまり、

【００３５】(i)１種類の断層画像から心臓左室の容積
を算出するのではなく、２種類の断層画像（ここでは、
二腔像と四腔像）を用いて心臓左室の容積を算出する。
そして、

【００３６】(ii)拍動の同一位相における（拍動周期に
おける相対時刻が同一となる）二腔像と四腔像とを得る
ために、拍動に同期したタイムスタンプを生成して断層
画像に添付しておき、そのタイムスタンプの値に基づい
て断層画像（又は、断層画像から得られる特徴量）を補
間（時間補間）する。

【００３７】なお、図３に示されるように、二腔像は、
心臓の左室と左房を示す心尖部Ｐを含む断層画像であ
り、四腔像は、さらに右室と右房が加わった断層画像で
ある。これら二腔像と四腔像とは、互いに所定の角度
（例えば、９０度や１２０度等）で交差（又は、直交）
している。

【００３８】これら特徴的な処理を実現するために、こ
の画像処理部１０５は、画像生成部１１０、タイムスタ
ンプ生成部１１１、データ保持部１１２、輪郭抽出部１
１３、補間データ生成部１１４、容積算出部１１５、制
御部１１６を有している。

【００３９】タイムスタンプ生成部１１１は、内部に基
本クロック（例えば、４２ＭＨｚのクロック）を備え、
制御部１１６から拍動が検出された旨の通知を受ける毎
に、タイムスタンプの値としてのカウント値をリセット
し、次の拍動が検出された旨の通知を受けるまでカウン
ト値を単調増加させる。

【００４０】画像生成部１１０は、送受信部１０２から
受信した電気信号をＡ／Ｄ変換等することにより画像デ
ータを生成する。この場合、画像生成部１１０は、電気
信号の受信を開始するタイミングについて、制御部１１
６から指示を受ける。また、画像生成部１１０は、画像
データを生成する度に、タイムスタンプ生成部１１１か
らタイムスタンプの値を読み出し、その値のタイムスタ
ンプを画像データに付加してデータ保持部１１２に送信
する。

【００４１】ここで、画像データとは、超音波探触子１
０１による１回の走査毎に生成される２次元の輝度デー
タ等であり、Ｂモード等で表示するためのデータをい
う。なお、画像データのデータ量としては、例えば、サ
ンプリングレートが１０ｆｐｓ（frame per second）で
５秒間サンプリングし、１フレームが２５６×２５６画
素で構成され、分解能が８ビット／画素とした場合は、 １０（フレーム／秒）×５（秒）×２５６×２５６（画
素）×８ビット＝３．２Ｍバイト となる。

【００４２】データ保持部１１２は、画像生成部１１０
から送信されるタイムスタンプが付加された画像データ
を受信して記憶する。また、データ保持部１１２は、輪
郭抽出部１１３又は補間データ生成部１１４の指示に従
って、タイムスタンプが付加された画像データを、指示
を受けた輪郭抽出部１１３又は補間データ生成部１１４
に送信すると共に、輪郭抽出部１１３又は補間データ生
成部１１４から受信した画像データ又は輪郭データ（こ
れらの補間されたデータを含む。）を記憶する。

【００４３】ここで、輪郭データとは、１フレーム分の
画像データに基づいて抽出された対象物の輪郭線を構成
する複数の画素の座標（Ｘ座標及びＹ座標）のデータ、
及びその輪郭に付随するデータ（対象物の容積を近似的
に算出する場合に必要とされるデータであり、例えば、
後述するモディファイドシンプソン法を用いて算出する
場合は、抽出された輪郭におけるスライスの半径やスラ
イスの間隔等のデータ）をいう。

【００４４】さらに、データ保持部１１２は、予めオペ
レータによって設定された補間方式に関するパラメータ
（線形補間やＢスプライン関数等による補間に関するパ
ラメータ）を記憶する。例えば、スライスの半径に対し
てはＢスプライン関数（Ｎ個のデータ点、その次数がＫ
−１）で補間を行い、また、画像データそのものに対し
ては線形補間を行う旨を表すパラメータを記憶する。た
だし、これらのパラメータは必要に応じてオペレータに
よって変更され得る。

【００４５】輪郭抽出部１１３は、データ保持部１１２
から送信される画像データを受信し、その画像データに
基づいて心臓左室などの対象物の輪郭を抽出して輪郭デ
ータを生成し、生成した輪郭データをデータ保持部１１
２に送信する。この場合、輪郭データのタイムスタンプ
の値は、輪郭抽出前の画像データと同一の値を用いる。
なお、画像データに基づいて輪郭を抽出する方法につい
ては、特願２００１−２３８１９にその詳細が記載され
ている。

【００４６】図４は、モディファイドシンプソン法にお
ける輪郭に付随するデータの一例であるスライスの半径
及びスライスの間隔を説明するための図である。図４に
は、それぞれが交差する（ここでは、直交する）心臓左
室の二腔像及び四腔像の各画像データに基づいて生成さ
れた二腔像の輪郭１３１及び四腔像の輪郭１３２、及び
それぞれの輪郭から算出又は特定された輪郭に付随する
データであるスライスの半径Ａi、Ｂi（図４の例ではi
＝１〜７）及びスライスの間隔ｈを示す。二腔像と四腔
像の各輪郭に付随するデータ（Ａi、Ｂi、ｈ）を図示さ
れた近似式に代入することで、心臓左室の容積Ｖを求め
ることができる。

【００４７】補間データ生成部１１４は、画像生成部１
１０で生成された画像データに基づいて、サンプリング
されない時間帯における画像データ又は輪郭に付随する
データを小さな時間刻み（例えば、０．１ｍｓｅｃの時
間分解能）で補うための補間処理を行う。具体的には、
補間データ生成部１１４は、輪郭抽出後の画像データに
基づいて、サンプリングされない時間帯における２次元
の輝度データや、上述したスライスの半径Ａi及びＢiを
補うための補間処理を行う。

【００４８】容積算出部１１５は、画像データに基づい
て生成された輪郭に付随するデータ及び近似式（例え
ば、図４に示されるモディファイドシンプソン法など）
を用いて、対象物（心臓左室等）の容積を算出する。

【００４９】制御部１１６は、例えば、ROMやRAM等を備
えるマイクロコンピュータであり、主に画像処理部１０
５における各部の処理のタイミングを制御する機能を有
する。具体的には、この制御部１１６は、拍動検出部１
０３から受信した拍動パルスの立ち上がりを捉えると、
タイムスタンプ生成部１１１に対して、タイムスタンプ
の値をリセットするように指示する。また、この制御部
１１６は、オペレータの操作によって「データ補間」に
関する操作が入力されると、補間方式に関するパラメー
タや、オペレータによって指定された補間区間（補間の
対象となる１以上の連続する拍動周期）を特定するため
の拍動周期データを補間データ生成部１１４に送信す
る。

【００５０】ここで、拍動周期データとは、補間対象の
拍動数（例えば、「３」）、補間対象の最初の拍動番号
（例えば、「No.３」）、及び拍動番号毎の拍動周期
（例えば、No.３：０．９８[sec]、No.４：１．００[se
c]、No.５：１．０３[sec]）等のデータをいう。

【００５１】画像表示部１０６は、画像処理部１０５で
得られた断層画像や計測情報を液晶ディスプレイやプロ
ーブの表示パネル等に表示する機能を有し、グラフィッ
クアクセラレータやスキャンコンバータ等から構成され
る。なお、画像表示部１０６は、超音波エコーにより得
られたＢモード断層画像や心臓左室の容積等の計測結果
を表示する。

【００５２】図５は、図２におけるデータ保持部１１２
に保持される二腔像及び四腔像の画像データと輪郭デー
タの概要を示す図である。図５（ａ）は拍動パルス波形
を、図５（ｂ）は二腔像及び四腔像それぞれの画像デー
タ及び輪郭データのイメージを、図５（ｃ）はタイムス
タンプの値が単調増加するイメージをそれぞれ表してい
る。

【００５３】図５（ｂ）に示されるように、これらの二
腔像及び四腔像の画像データと輪郭データは、サンプリ
ングされた時刻に対応するタイムスタンプ１７１が付加
されてデータ保持部１１２に記憶される。図５（ｃ）に
示されるように、タイムスタンプの値は、拍動パルスの
立ち上がりのタイミングでリセットされ、次の拍動パル
スの立ち上がりが検出されるまで、単調に増加するよう
にタイムスタンプ生成部１１１によって制御される。

【００５４】図６は、図２における補間データ生成部１
１４の詳細な機能の構成を示すブロック図である。補間
データ生成部１１４は、補間制御部２０１、補間データ
保持部２０２、拍動周期算出部２０３、タイムスタンプ
補間部２０４、補間データ算出部２０５から構成され
る。

【００５５】補間制御部２０１は、補間データ生成部１
１４におけるデータの送受信の制御を行う。補間制御部
２０１は、制御部１１６から補間方式に関するパラメー
タと拍動周期データを受信すると、補間区間を特定し
て、この区間に該当する画像データ又は輪郭に付随する
データをデータ保持部１１２から取得し、受信した拍動
周期データと共に補間データ保持部２０２に格納する。

【００５６】また、補間制御部２０１は、画像データ又
は輪郭に付随するデータの補間処理を終えると、補間デ
ータ保持部２０２に格納されている補間された画像デー
タ又は補間された輪郭に付随するデータをデータ保持部
１１２に送信する。

【００５７】補間データ保持部２０２は、補間制御部２
０１から送信された画像データ又はと輪郭に付随するデ
ータ、及び拍動周期データを受信して記憶する。また、
補間データ保持部２０２は、補間データ算出部２０５に
よって生成された、補間された画像データ又は補間され
た輪郭に付随するデータを格納する。

【００５８】拍動周期算出部２０３は、補間データ保持
部２０２から拍動周期データを入手し、補間対象区間に
おける拍動周期の平均値を算出する。

【００５９】タイムスタンプ補間部２０４は、複数の拍
動数の期間にわたって収集された画像データ又は輪郭に
付随するデータに付加されているタイムスタンプの値を
拍動周期の平均値で正規化を行い（同一の拍動周期に揃
えるための補正を行い）、補間データ算出部２０５に送
信する。

【００６０】補間データ算出部２０５は、補間制御部２
０１を介してデータ保持部１１２に格納されている補間
方式に関するパラメータと、補間データ保持部２０２に
格納されている補間対象区間の画像データ又は輪郭に付
随するデータを入手し、これらのデータの補間を行う。
また、補間データ算出部２０５は、補間処理が終了する
と補間した画像データと補間した輪郭に付随するデータ
とを補間データ保持部２０２に送信する。

【００６１】図７は、図６に示された補間データ生成部
１１４による補間処理の内容を説明するための図であ
る。この図では、補間処理の対象の一つである、上述し
た二腔像の輪郭に基づいて算出されたスライスの半径
(以下、「二腔像半径」という。)Ａ1(Ａi＝Ａ1〜Ａ7の
中の１つ)について補間を行う場合における処理の概要
が示されている。

【００６２】図７（ａ）は、オペレータによって選択さ
れた補間対象区間の拍動パルス（３０１〜３０４）を示
しており、３拍動周期分の区間が選択されたことを示し
ている。なお、この図においては、拍動周期の平均値は
１．０［ｓｅｃ］である。図７（ｂ）は、選択された区
間における二腔像半径Ａ1の実測値の様子を示す。ここ
で、第１拍動周期におけるサンプリング点は黒丸印、第
２拍動周期におけるサンプリング点は三角印、第３拍動
周期におけるサンプリング点は×印で示されている。サ
ンプリング間隔は、この例では０．１［ｓｅｃ］であ
る。

【００６３】図７（ｃ）は、図７（ｂ）に示された３拍
動周期分のサンプリングされた二腔像半径Ａ1に基づい
て補間された二腔像半径Ａ1cの様子が示されており、実
線３０８が補間結果（例えば、０．１ｍｓｅｃ刻みによ
る二腔像半径Ａ1cの変化）である。オペレータによって
選択された区間（３つの拍動周期３０５〜３０７）にお
けるそれぞれの二腔像半径Ａ1について、タイムスタン
プ補間部２０４が、タイムスタンプの値に基づいて各時
間軸を正規化し、補間データ算出部２０５が、正規化後
の各Ａ1を同一の拍動周期に重ねてプロットし、それら
プロットされた点を用いて補間曲線（例えば、Ｂスプラ
イン関数を用いた補間曲線）を決定している。

【００６４】ここで、各時間軸を正規化するとは、３つ
の拍動周期３０５〜３０７の平均周期を算出し（この例
では、１．０［ｓｅｃ］）、それぞれ３つの拍動周期の
Ａ1が平均周期で変化したと仮定してタイムスタンプの
値を変更し、共通の拍動周期でプロットし直すことをい
う。従って、拍動周期３０５におけるＡ1のタイムスタ
ンプの値は増大する方向に変更され、拍動周期３０７に
おけるＡ1のタイムスタンプの値は減少する方向に変更
されることとなる。

【００６５】また、Ｂスプライン関数を用いた補間曲線
の決定方法は次の通りである。 Ｎ個のデータ点（Ｘ0，Ｙ0）〜（ＸN-1，ＹN-1） を通る（Ｋ−１）次のＢスプライン関数Ｓ（Ｘ）は、 Ｓ（Ｘ）＝ΣαiＢi,K（Ｘ）（i＝０〜Ｎ−１） と表せる。Ｂスプライン関数Ｓ（Ｘ）が決定されれば、
任意のＸ（本実施の形態では時間軸ｔ）におけるＹ（本
実施の形態では二腔像半径Ａ1c）を算出することが可能
となる。なお、Ｂスプライン関数を用いた補間の方法に
ついては、菅野敬祐他著「Ｃによるスプライン関数」
（東京電機大学出版局、１９９３年）にその詳細が記載
されている。

【００６６】次に、以上のように構成された超音波診断
装置１０において心臓左室の容積を計測する処理の流れ
の概略について説明する。ここでは、オペレータが指定
する２つの処理モード（リアルタイム処理と非リアルタ
イム処理）のいずれかによって、本超音波診断装置１０
が心臓左室の容積を正確に算出する。その処理は、大き
く分けて、２つのステップ（二腔像を取得する前半ステ
ップと、オペレータによるプローブ１３の回転操作後に
おける四腔像を取得する後半ステップ）から構成され
る。ここで、「リアルタイム処理」とは、実時間で心臓
左室の容積変化の観測する処理であり、「非リアルタイ
ム処理」とは、予め断層画像を取り込んだ後に、心臓左
室の容積変化をより詳細に観測する処理である。

【００６７】図８は、心臓左室の容積を算出する処理の
全体の流れを示すフローチャートである。前半ステップ
として、まず、画像生成部１１０は、オペレータの操作
によって心臓左室付近の二腔像の画像データが取り込ま
れる度に（詳細には、「送受信部１０２から受信した電
気信号に基づいて画像データを生成する毎に」、以下同
様。）、タイムスタンプを付加してデータ保持部１１２
に送信する（Ｓ４０１）。

【００６８】次に、輪郭抽出部１１３は、データ保持部
１１２に記憶されている画像データを取り出し、その画
像データから心臓左室の輪郭を抽出し（Ｓ４０２）、抽
出した輪郭に基づいてモディファイドシンプソン法にお
いて使用する二腔像半径Ａi（例えば、i＝１〜７）を算
出し、これを画像表示部１０６に出力する（Ｓ４０
３）。

【００６９】このような処理（Ｓ４０１〜Ｓ４０３）が
複数の拍動にわたって繰り返された後に、オペレータが
補間対象となる二腔像半径Ａｉの区間を指定すると（Ｓ
４０４）、補間データ生成部１１４は、指定された区間
の二腔像半径Ａｉに対して、タイムスタンプの値の正規
化を行って１つの拍動周期に重ね合わせた後に補間を施
すことで、例えば０．１ｍｓｅｃ刻みの二腔像半径Ａｉ
のデータ列を生成する（Ｓ４０５）。

【００７０】続いて、後半ステップとして、画像処理部
１０５は、オペレータによって指定された処理モードに
応じて（Ｓ４０６）、非リアルタイム処理（Ｓ４０７）
又はリアルタイム処理（Ｓ４０８）を実行する。

【００７１】図９は、後半ステップのうち、図８におけ
る非リアルタイム処理（Ｓ４０７）として、心臓左室の
容量Ｖを算出する場合の処理の流れを示すフローチャー
トである。まず、オペレータの操作によって心臓左室付
近の四腔像の画像データが取り込まれると、画像生成部
１１０は、タイムスタンプを付加してデータ保持部１１
２に送信する（Ｓ５０１）。

【００７２】次に、輪郭抽出部１１３は、データ保持部
１１２に記憶されている四腔像の画像データを取り出
し、その画像データから心臓左室の輪郭を抽出し（Ｓ５
０２）、抽出した輪郭に基づいて四腔像半径Ｂiを算出
し、これを画像表示部１０６に出力する（Ｓ５０３）。

【００７３】このような処理（Ｓ５０１〜Ｓ５０３）が
複数の拍動にわたって繰り返された後に、オペレータが
補間対象となる四腔像半径Ｂｉの区間を指定すると（Ｓ
５０４）、補間データ生成部１１４は、指定された区間
の四腔像半径Ｂｉに対して、タイムスタンプの値の正規
化を行って１つの拍動周期に重ね合わせた後に補間を施
すことで、例えば０．１ｍｓｅｃ刻みの四腔像半径Ｂｉ
のデータ列を生成する（Ｓ５０５）。

【００７４】そして、容積算出部１１５は、生成された
四腔像半径Ｂｉと前半ステップで生成された二腔像半径
Ａｉそれぞれのデータ列から、同一位相の組を順次取り
出してモディファイドシンプソン法の近似式に代入する
ことで、例えば０．１ｍｓｅｃ刻みで、１拍動周期にお
ける心臓左室の容積Ｖの算出を繰り返す（Ｓ５０６）。
最後に、容積算出部１１５は、その拍動周期における容
積の最大値及び最小値を特定し（Ｓ５０７）、その結果
を診断に役立つ情報（拡張終期容積及び収縮終期容積）
として画像表示部１０６に出力する（Ｓ５０８）。

【００７５】図１０は、図９に示される非リアルタイム
で心臓左室の容量Ｖを算出する際に実施される処理の過
程を説明するための図である。この図では、一定期間サ
ンプリングされた二腔像の画像データに基づいて抽出さ
れた心臓左室の輪郭の二腔像半径Ａi（例えば、i＝１〜
７）のうち、オペレータから補間対象区間の選択を受け
た３拍動分の波形（６０１〜６０３）から補間された二
腔像半径Ａic（例えば、i＝１〜７）の波形（６０４）
が算出される様子が示されている。また、同様に、３拍
動周期分の四腔像半径Ｂi（例えば、i＝１〜７）の波形
（６０５〜６０７）から補間された四腔像半径Ｂic（例
えば、i＝１〜７）の波形（６０８）が算出される様子
が示されている。

【００７６】さらに、図１０の最下部には、それら補間
後の二腔像半径Ａicの波形６０４及び四腔像半径Ｂicの
波形６０８から得られる心臓左室の容積の波形６０９が
示されている。ここで、例えば、時刻ｔxに対応する心
臓左室の容積Ｖ６０９ａは、次式 Ｖ＝ΣＡicＢic×ｈπ（i＝１〜７） によって算出されるが、このときに用いられる二腔像半
径Ａic６０４ａ及び四腔像半径Ｂic６０８ａのタイムス
タンプは同一（時刻ｔｘ）、即ち、同一位相におけるデ
ータである。

【００７７】このようにして、本超音波診断装置１０に
よる非リアルタイム処理を行うことにより、二腔像及び
四腔像それぞれから得られる心臓左室の輪郭に付随する
データの補間（つまり、複数の拍動周期分のデータが時
間補正（正規化）された後に重ね合わされて補間曲線が
決定され、この補間曲線に基づいてサンプリングされな
いデータについても特定）が可能となり、より小さい時
間刻みのデータ列が生成できる。そして、それらデータ
列における同一位相の組データを用いて容積の算出が可
能となると共に、最大値と最小値についても求めること
ができる。これによって、ノイズや異常データが排除さ
れ、心臓左室の容積についての真値に近い値が計測さ
れ、正確な診断が可能となる。

【００７８】図１１は、後半ステップのうち、図８にお
けるリアルタイム処理（Ｓ４０８）として、心臓左室の
容量Ｖを算出する場合の処理の流れを示すフローチャー
トである。

【００７９】１フレーム分の心臓左室付近の四腔像の画
像データが取り込まれると、画像生成部１１０はタイム
スタンプを付加してデータ保持部１１２に送信する（Ｓ
７０１）。データ保持部１１２は、この画像データを記
憶する。

【００８０】次に、輪郭抽出部１１３は、データ保持部
１１２に記憶されている四腔像の画像データを取り出
し、心臓左室の画像データの輪郭を抽出する（Ｓ７０
２）。さらに、輪郭抽出部１１３は、抽出した輪郭に基
づいてモディファイドシンプソン法において使用する四
腔像半径Ｂiを算出する（Ｓ７０３）。

【００８１】そして、補間データ生成部１１４は、算出
された四腔像半径Ｂｉのタイムスタンプを直前の拍動周
期で正規化する。この後、容積算出部１１５は、正規化
後のタイムスタンプと同一のタイムスタンプを持つ二腔
像半径Ａｉを前半ステップにおいて算出された二腔像半
径Ａiのデータ列から取り出し、それら同一位相におけ
る二腔像半径Ａｉと四腔像半径Ｂiとをモディファイド
シンプソン法に適用することにより、心臓左室の容積Ｖ
を算出し（Ｓ７０４）、その結果を画像表示部１０６に
出力する（Ｓ７０５）。

【００８２】以上の処理（Ｓ７０１〜Ｓ７０５）を、１
フレーム分の画像データが取り込まれる度に繰り返す
（Ｓ７０６）。

【００８３】図１２は、図１１に示されるリアルタイム
時における処理の過程を説明するための図であり、リア
ルタイム時において、心臓左室の容量Ｖを算出する過程
の概略を示す図である。この図において、３拍動周期分
のＡi（i＝１〜７）の波形（８０１〜８０３）から補間
データＡic（i＝１〜７）の波形（８０４）を算出して
いる点（前半ステップ）は、上記の非リアルタイム時と
同じである。

【００８４】しかし、後半ステップにおいては、２以上
の拍動周期にわたる波形を重ね合わせたり補間したりす
ることができないために、容積の算出に用いる四腔像半
径Ｂi（i＝１〜７）については、実測で得られたものを
そのまま使用している。

【００８５】具体的には、１フレームの画像データ（四
腔像）が生成される度に、その画像データから得られた
四腔像半径Ｂｉ８０５ａと、正規化後のタイムスタンプ
の値が同一となる二腔像半径Ａｉc８０４ａとから、容
積８０９ａを算出する。この処理を、フレームレートで
繰り返すことで、四腔像の波形８０５〜８０７と容積の
波形８０９、８１０とが並行して得られることになる。

【００８６】なお、このリアルタイム処理における四腔
像に対するタイムスタンプの値の正規化については、
「そのサンプリング点が属する拍動周期は直前における
拍動周期と等しくなる」という推定のもとで、行われ
る。例えば、第１の拍動周期ΔＢ1は二腔像を取得した
ときの平均拍動周期ΔＡmに等しくなると推定し、第１
の拍動周期ΔＢ1に属する四腔像半径Ｂｉのタイムスタ
ンプの値を周期ΔＡmで正規化する。同様に、第２の拍
動周期ΔＢ2は直前の拍動周期ΔＢ1に等しくなると推定
し、第２の拍動周期ΔＢ2に属する四腔像半径Ｂｉのタ
イムスタンプの値を周期ΔＢ1で正規化する。

【００８７】このようにして、本超音波診断装置１０に
よるリアルタイム処理により、補間後の二腔像と実測さ
れた四腔像とを用いて、フレームレートで、心臓左室の
容積変化が計測され表示される。これによって、心臓左
室の容積変化を即座に知ることができるので、プローブ
１３を移動させながら診断する場合等、異なる観測条件
で素早くスクリーニングすることが可能となる。

【００８８】図１３は、画像表示部１０６に表示される
画面の一例を示す図であり、図８〜図１０に示された非
リアルタイム処理における画面表示例である。画面下部
には、３つの拍動周期にわたる心臓左室の容積Ｖの変化
を示すカーブが表示され、画面右上部には、オペレータ
が指定したカーソル９０５（時間ｔz）に関する診断情
報（カーソルが属する拍動の番号Ｎｏ、その拍動周期に
おける心臓左室の容積の最大値Ｍａｘ、最小値Ｍｉｎ及
びカーソル９０５が位置する時刻における心臓左室の容
積Ｒｅａｌ）が表示され、画面左上部には、カーソル９
０５が位置する時刻における心臓の二腔像と四腔像とが
表示されている。このような多面的な診断情報によっ
て、オペレータは、様々な角度から、対象物を正確に診
断することができる。

【００８９】以上のように、本実施の形態における超音
波診断装置１０は、拍動検出部１０３によって拍動が検
出される毎にリセットされるタイムスタンプに基づい
て、サンプリングした画像データに基づく輪郭から得ら
れる二腔像半径Ａi及び四腔像半径Ｂiを補間し、より小
さい時間間隔で並ぶデータ列を生成するので、実測で得
られたＡi及びＢiの位相が一致していない場合であって
も、完全に位相が一致するＡｉ及びＢｉが得られ、それ
らを用いた正確な容積を算出することができる。

【００９０】以上、本発明の超音波診断装置について、
実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこの実施の
形態に限られないことは勿論である。上記実施の形態に
おいては、補間対象の具体例として、二腔像半径Ａi及
び四腔像半径Ｂiを示したが、画像データ（２次元の輝
度データ）そのものを対象としたり、二腔像又は四腔像
の輪郭によって示される対象物の断面積を対象としたり
することもできる。

【００９１】図１４は、画像データそのものを対象とし
て補間する場合における、サンプリングされた画像デー
タと補間された画像データとの関係を説明するための図
である。ここでは、１フレーム中のある点Ｐ（Ｘ，Ｙ）
の画素の輝度に注目し、その輝度を補間する場合の処理
が示されている。つまり、実際のサンプリングで得られ
た画像データ（１００１、１００３、１００５）を線形
補間することによって、新たな画像データ１００２、１
００４を生成している。

【００９２】具体的には、同一画素について、実測デー
タ（サンプリング時刻ｔ1、ｔ３、ｔ５における輝度値
１００６、１００８、１０１０）を線形補間（直線補
間）することにより、新たなデータ（サンプリング時刻
ｔ２、ｔ４における輝度値１００７、１００９）を生成
している。このように、画像データそのものについても
補間することにより、例えば、１０ｆｐｓのレートでサ
ンプリングされた画像データから３０ｆｐｓの画像デー
タが得られ、より詳細な超音波診断が可能となる。

【００９３】図１５は、対象物の容量を算出するため
に、断面積を対象として補間する場合における、サンプ
リングされたデータに基づく断面積と補間処理を施すこ
とにより得られた断面積との関係を説明するための図で
ある。ここでは、サンプリングされた１フレームの断層
画像における対象物の断面積に注目し、その断面積を補
間する場合の処理が示されている。

【００９４】具体的には、実際のサンプリングで得られ
た断層画像中の対象物（サンプリング時刻ｔ11、ｔ13、
ｔ15における輪郭データ１１０１、１１０３、１１０
５）から算出される断面積１１０６、１１０８、１１１
０を補間することによって、新たなサンプリング時刻ｔ
12、ｔ14における断面積１１０７、１１０９を生成して
いる。なお、断面積Ａｉは、輪郭で囲まれた画素の総数
を計測することによって特定することが可能であり、シ
ンプソン法やシングルプレーンエリアレングス法による
近似式を用いることで、断面積Ａｉから対象物の容積を
特定することが可能である。

【００９５】このように、１種類の断面についての画像
データから得られる輪郭の断面積を補間することによ
り、簡易かつ高速に、対象物の容積変化を知ることがで
きる。なお、本実施の形態では、補間に際して、拍動パ
ルスから始まる連続する３拍動周期分の輪郭に付随する
データを個々の拍動周期で切り出して重ね合わせたが、
連続する６拍動周期分の輪郭に付随するデータを２拍動
周期づつ３つ切り出し、それらを重ね合わせたり、単
に、２拍動周期分の連続する輪郭に付随するデータをそ
れぞれの拍動周期で切り出して重ね合わせて補間を行っ
てもよい。これによって、輪郭に付随するデータの変化
（波形）における山と谷とそれらの近辺領域とを含む広
い範囲を対象とした補間（関数フィッティング）を行う
こととなり、正確な最大値と最小値とが求められ得る。

【００９６】また、本実施の形態では、補間の対象区間
については、オペレータが指定したが、例えば、デフォ
ルトとして、時間的に隣接する二腔像と四腔像の画像デ
ータ又は輪郭に付随するデータについて、例えば、３拍
動周期づつ自動的に選択するように構成してもよい。

【００９７】また、本実施の形態における超音波診断装
置１０が備える画像処理部１０５での特徴的な処理は、
超音波診断装置で得られる断層画像に対してだけでな
く、デジタルビデオカメラ等で得られる一般的な画像に
対しても適用することができる。そして、そのような画
像処理部１０５の機能をプログラムとして実現し、パソ
コン等で実行させることで、本発明に係る補間機能を有
した汎用の画像処理装置が実現される。

【００９８】（実施の形態２）上記実施の形態１では、
実際に断層画像としてサンプリングした画像データに基
づいて、画像データや輪郭に付随するデータの補間を行
って擬似的にサンプリングレートを向上させ、より詳細
に対象物（例えば、心臓左室等）の容積を算出し得る超
音波診断装置について説明したが、本実施の形態では、
さらに精密に、対象物の容積を算出するために、拡張終
期時刻及び収縮終期時刻を予測し、これらの時刻におけ
る断層画像を取り込むことができる超音波診断装置につ
いて説明する。

【００９９】以下、本発明に係る実施の形態２について
図面を用いて説明する。図１６は、本実施の形態におけ
る超音波診断装置３０の機能構成を示すブロック図であ
る。本装置３０は、サンプリングした心臓の活動電位信
号（以下、「心電信号」という。）及び断層画像に基づ
いて、心臓左室の容積を測定すると共に、拡張終期時刻
及び収縮終期時刻を予測し、これらのタイミングで断層
画像を取込むことが可能な装置である。本装置３０は、
主に超音波探触子１０１、送受信部３０２、拍動検出部
３０３、操作部１０４、画像処理部３０５及び画像表示
部１０６から構成されている。さらに、画像処理部３０
５は、画像生成部１１０、タイムスタンプ生成部３１
１、データ保持部１１２、輪郭抽出部１１３、補間デー
タ生成部１１４、容積算出部３１５及び制御部３１６を
有している。

【０１００】なお、以下では、上記実施の形態１と同じ
構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、
本装置３０特有の構成要素について重点的に説明する。

【０１０１】送受信部３０２は、実施の形態１の送受信
部１０２の機能を有すると共に、さらに、制御部３１６
からの指示に従って送信ビームフォーマーから超音波を
発生させ、超音波エコーを受信する。

【０１０２】拍動検出部３０３は、実施の形態１の拍動
検出部１０３の機能を有すると共に、さらに、心電信号
を取り込むための心電図用電極（図示せず）を備え、取
り込んだ心電信号を制御部３１６に送信する。

【０１０３】画像処理部３０５は、実施の形態１のタイ
ムスタンプ生成部１１１、容積算出部１１５及び制御部
１１６に代えて、タイムスタンプ生成部３１１、容積算
出部３１５及び制御部３１６を有している。

【０１０４】タイムスタンプ生成部３１１は、実施の形
態１のタイムスタンプ生成部１１１の機能を有すると共
に、さらに、制御部３１６から指示があった場合に、指
示を受けた時刻のタイムスタンプの値を制御部３１６に
送信する。

【０１０５】容積算出部３１５は、実施の形態１の容積
算出部１１５の機能を有すると共に、さらに、算出した
心臓左室の容積値を拍動周期毎に制御部３１６に送信す
る。

【０１０６】制御部３１６は、実施の形態１の制御部１
１６の機能を有すると共に、新たに、終期時刻予測機能
を有する。この「終期時刻予測機能」とは、心臓左室の
容積が最大（極大ともいう。）となる拡張終期時刻及び
心臓左室の容積が最小（極小ともいう。）となる収縮終
期時刻を予測して、これらの時刻に断層画像を取り込む
べく、送受信部３０２に指示を行う機能である。

【０１０７】さらに、制御部３１６は、拍動検出部３０
３から心電信号を受信しながら、逐時、この心電信号の
Ａ／Ｄ変換を行ってその値を保持し、拍動周期毎の心電
信号において「負の最大値（極大値ともいう。）となっ
たタイミング」、及び「０を横切ったタイミング（ゼロ
クロス）タイミング」を特定する。「負の最大値となっ
たタイミング」を特定する方法としては、デジタル値に
変換された心電信号の前後の値を比較し、その差分の符
号が"＋"（つまり、心電信号波形の傾きが正の値）に変
化し、かつ、その値が負の最大の場合に、「負の最大値
となったタイミング」があったと特定する。この場合、
差分の符号が"＋"に変化する毎に、タイムスタンプ生成
部３１１に指示を出してその時刻のタイムスタンプの値
を入手すると共に、そのときの心電信号の値と対応付け
て記憶しておき、その拍動周期の最後に、心電信号の値
同士を比較して負の最大値を決定し、その値のタイミン
グにおける時刻を特定する。一方、「０を横切ったタイ
ミング」を特定する方法としては、デジタル値の符号が
反転した場合に、「０を横切ったタイミング」があった
と特定する。この場合においても、上記と同様に、その
タイミングにおける時刻を特定する。

【０１０８】制御部３１６は、上記の「負の最大値とな
ったタイミング」及び前記２箇所の「０を横切ったタイ
ミング」におけるタイムスタンプの値に基づいて、「負
の最大値となった時刻」、「拡張終期時刻」及び「収縮
終期時刻」を特定する。この場合、負の最大値から最初
に０を横切る時刻が拡張終期時刻であり、次に０を横切
った時刻が収縮終期時刻である。なお、上記Ａ／Ｄ変換
においては、例えば、サンプリング周波数を１０ＫＨ
ｚ、分解能を３２ビットとする。

【０１０９】図１７は、上記制御部３１６における終期
時刻予測機能の概要を説明するための図である。図１７
（ａ）は拍動パルス波形を、図１７（ｂ）は心電信号波
形を、図１７（ｃ）は心臓左室の容積（Ｖ）の変化を、
図１７（ｄ）はタイムスタンプの値が単調増加するイメ
ージをそれぞれ表している。なお、図１７（ｂ）及び
（ｃ）に示されるように、心電信号波形において、その
値が「０」となる時刻Ｄ1〜Ｄ3及びＳ1〜Ｓ３が、それ
ぞれ心臓左室の拡張終期時刻及び収縮終期時刻に一致す
ることが知られている。

【０１１０】まず、図１７（ａ）及び（ｄ）に示される
ように、最初の拍動１７００が検出された時刻をＴ0と
し、この時刻から拍動周期１７２５におけるタイムスタ
ンプ１７４１のカウントが開始される。

【０１１１】次に、制御部３１６は、心電信号を逐次Ａ
／Ｄ変換しながら、上述のようにタイムスタンプ生成部
３１１から入手したタイムスタンプの値に基づいて、負
の最大値となった時刻、拡張終期時刻及び収縮終期時刻
を拍動周期毎に特定する。

【０１１２】制御部３１６は、以上の処理を拍動周期１
７２５〜１７２７の３周期について実行する。このよう
にして制御部３１６は、拍動周期１７２５〜１７２７に
おける時刻Ｄ1〜Ｄ3及び時刻Ｓ1〜Ｓ3を特定する。

【０１１３】さらに、制御部３１６は、時刻Ｄ1−時刻
Ｄ2の時間及び時刻Ｄ2−時刻Ｄ3の時間の平均を算出
し、これに時刻Ｄ3を加えることにより、時刻Ｄ4の値を
算出し、このＤ4を次の拍動周期１７２８における拡張
終期時刻と予測する。同様に、時刻Ｓ1−時刻Ｓ2及び時
刻Ｓ2−時刻Ｓ3に基づいて、次の拍動周期１７２８にお
ける収縮終期時刻Ｓ4を予測する。

【０１１４】さらにまた、制御部３１６は、上記の拍動
周期１７２５〜１７２７における実測値に基づいて時刻
Ｄ4及び時刻Ｓ4を予測したように、次の拍動周期１７２
６〜１７２８の実測値から時刻Ｄ5及びＳ５（これらに
ついては図示せず）を予測する、というように１拍動周
期毎に同様の予測を繰り返す。この場合、制御部３１６
は、予測値と実測値の差分を算出し、この差分に基づい
て予測値を修正してもよい。

【０１１５】次に、以上のように構成される超音波診断
装置３０の動作について、図１７及び１８を用いながら
説明する。

【０１１６】図１８は、制御部３１６における終期時刻
予測機能における処理の流れを示すフローチャートであ
る。心電信号及び断層画像の取り込みが開始されると
（Ｓ１８０１）、制御部３１６は、最初の拍動を特定す
る（Ｓ１８０２）。

【０１１７】次に、制御部３１６は、取り込んだ心電信
号をＡ／Ｄ変換しながら、負の最大値となった時刻、拡
張終期時刻Ｄn及び収縮終期時刻Ｓnを特定する（Ｓ１８
０４）。さらに、制御部３１６は、上記実施の形態１と
同様に、心臓左室の容積及びその拍動周期における最大
値及び最小値を算出する（Ｓ１８０５）。

【０１１８】制御部３１６は、以上の処理を３拍動周期
について繰り返す（Ｓ１８０３〜Ｓ１８０６）。

【０１１９】このあと、制御部３１６は、各拍動周期に
おける拡張終期時刻Ｄ1〜Ｄ3及び収縮終期時刻Ｓ1〜Ｓ3
に基づいて、拍動周期１７２８における拡張終期時刻Ｄ
4及び収縮終期時刻Ｓ4を算出する（Ｓ１８０７）。

【０１２０】最後に、制御部は、拡張終期時刻Ｄ4及び
収縮終期時刻Ｓ4が到達したときの断層画像を実際に取
り込むべく、送受信部３０２に指示を出す（Ｓ１８０
８）。この指示を受けた送受信部３０２は、超音波の発
信及び超音波エコーの受信を行う。画像生成部１１０
は、送受信部３０２から超音波エコーを受信して断層画
像を生成する。

【０１２１】以上のように、本実施の形態に係る超音波
診断装置３０により、予め心臓左室における拡張終期時
刻及び収縮終期時刻を予測し、その時刻における断層画
像を取り込むことができるので、心臓左室の容積の最大
値及び最小値をより精密に算出することが可能となる。

【０１２２】なお、上記実施の形態では、時刻Ｄ1−時
刻Ｄ2の時間及び時刻Ｄ2−時刻Ｄ3の時間の平均を算出
し、これに時刻Ｄ3を加えることによって時刻Ｄ4を算出
したが、単純に、時刻Ｄ３に時刻Ｄ2−時刻Ｄ3の時間を
加えて時刻Ｄ4を算出してもよい。また、上記予測のた
めに参照する拍動周期の数は「３」若しくは「２」に限
らず、過去の任意の拍動周期の数からＤ4を予測しても
よい。予測方法についても、上記の差分を用いる方法に
限らず、ｎ次関数による補間やスプライン曲線を用いた
補間など、一般的に開示されている任意の数学的な技法
を用いて予測してもよい。

【０１２３】さらに、上記実施の形態１と同様の方法
で、心臓左室の容積の最大値及び最小値を算出し、これ
ら最大値又は最小値となる時刻をタイムスタンプの値に
基づいて特定し、特定した最大値又は最小値となる時刻
に基づいて予測した拡張終期時刻及び収縮終期時刻にお
いて断層画像を取り込むように構成してもよい。

【０１２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る超音波診断装置は、超音波の反射に基づいて被検
体の断層画像を生成し表示する超音波診断装置であっ
て、前記断層画像を繰り返し生成する画像生成手段と、
生成された断層画像中の対象物の特徴を示す特徴量を抽
出する特徴量抽出手段と、前記断層画像が生成されたタ
イミングを示すタイムスタンプを当該断層画像に係る前
記特徴量に対応づけて生成するタイムスタンプ生成手段
と、対応する特徴量とタイムスタンプとの組を複数用い
て補間することにより、新たなタイミングにおける特徴
量を生成する補間手段と、生成された前記特徴量に基づ
いて前記対象物についての診断情報を生成する診断情報
生成手段と、生成された診断情報を表示する表示手段と
を備えることを特徴とする。

【０１２５】これによって、特徴量の補間により、サン
プリングされないタイミングにおける新たな特徴量が生
成され、その特徴量に基づく新たな診断情報が得られる
ので、同一フレームレートによる従来の診断に比べ、よ
り詳細な診断が可能となる。そして、その実現手法は、
特徴量の補間というデータ処理によるものであり、最大
フレームレートを上げることによる手法に比べ、低コス
トである。

【０１２６】また、前記超音波診断装置は、さらに、前
記被検体に係る拍動を検出する拍動検出手段と、拍動が
検出されてからの経過時間を計測する経過時間計測手段
とを備え、前記タイムスタンプ生成手段は、前記断層画
像が生成されたときの前記経過時間を前記タイムスタン
プによって示されるタイミングとするように構成しても
よい。これによって、非検体の拍動と同期をとってタイ
ムスタンプのカウントを行うので、異なる時間帯に得ら
れた特徴量であっても、拍動周期における同一位相のデ
ータどうしを特定することが可能となり、拍動に同期し
た生体の動きが多面的に観察され得る。

【０１２７】さらに、前記補間手段は、異なる拍動周期
における前記特徴量と前記タイムスタンプとの組を１つ
の拍動周期におけるデータとして重ね合わせた後に、そ
れらの組に対して補間することにより、新たな前記経過
時間における特徴量を生成することとしてもよい。これ
によって、２以上の拍動周期における特徴量が平均化さ
れた後に補間されるので、生体の特異な動き、信号ノイ
ズ、観測のバラツキ等に起因する計測誤差が軽減され
る。

【０１２８】また、前記補間手段は、前記タイムスタン
プの値を補正することによって、異なる拍動周期それぞ
れを同一の拍動周期に正規化した後に、前記組を１つの
拍動周期におけるデータとして重ね合わせるように構成
してもよい。これによって、重ね合わせの対象となる複
数の拍動周期が一致していない場合であっても、その時
間差が補正され、位相の同一性を維持したまま複数の特
徴量が重ね合わされ、より正確な診断情報が得られる。

【０１２９】さらに、前記補間手段は、前記対象物の第
１断面を示す断層画像に係る特徴量とタイムスタンプと
の組を用いて補間し、前記診断情報生成手段は、前記第
１断面と所定の角度で交差する第２断面を示す断層画像
に係る特徴量とタイムスタンプとを前記特徴量抽出手段
及び前記タイムスタンプ生成手段から取得する交差デー
タ取得部と、前記補間手段により生成された特徴量のう
ち、前記交差データ取得部により取得されたタイムスタ
ンプと同一の経過時間における特徴量を特定する同一位
相データ特定部と、特定された第１断面の特徴量と対応
する第２断面の特徴量とを用いて前記診断情報を生成す
るデータ合成部と有することとしてもよい。

【０１３０】これによって、拍動周期が異なる時間帯に
取得した第１断面とこれと交差する第２断面とを用いて
診断情報が生成されるので、１つの断面のみを用いて診
断情報を生成する場合よりも、対象物の真の形状に近い
特徴量が得られ、精度の高い診断が可能となる。

【０１３１】また、前記交差データ取得部は、取得した
前記第２断面を示す断層画像に係る特徴量とタイムスタ
ンプとの組を複数用いて補間することにより、新たな前
記経過時間における特徴量を生成し、前記同一位相デー
タ特定部は、前記交差データ取得部による補間によって
生成された第２断面の特徴量と同一の経過時間における
第１断面の特徴量を特定するように構成してもよい。こ
れによって、第１断面だけでなく、第２断面についても
特徴量が補間され、補間後の特徴量それぞれを用いて診
断情報が生成されるので、より小さい時間刻みで診断情
報が得られ、例えば、変化曲線におけるピーク位置等が
高い精度で求められる。

【０１３２】さらに、前記データ合成部は、前記画像生
成手段により前記第２断面の断層画像が生成される度
に、当該断層画像に係る特徴量と対応する第１断面の特
徴量とを用いて前記診断情報を生成し、前記表示手段
は、前記データ合成部により診断情報が生成される度
に、生成された診断情報を表示するように構成してもよ
い。これによって、第２断面がサンプリングされる毎に
診断情報が生成されるので、即座に診断情報を得ること
が可能なリアルタイム診断が実現される。

【０１３３】また、前記超音波診断装置は、さらに、前
記診断情報生成手段により生成された心臓左室の容積に
基づいて、拍動周期における心臓左室の容積の最大値と
最小値を特定する容積変化特定手段を備えるように構成
してもよい。これによって、拍動周期における最大値及
び最小値が表示されるので、例えば、心臓左室の拡張終
期容積や収縮終期容積等の診断に有用な情報が得られ
る。

【０１３４】また、本発明に係る超音波診断装置は、超
音波の反射に基づいて被検体の断層画像を生成し表示す
る超音波診断装置であって、前記被検体の心電信号を受
信する心電信号受信手段と、前記心電信号における過去
に特定された拡張終期時刻及び収縮終期時刻の少なくと
も１つの終期時刻に基づいて、新たな拡張終期時刻及び
収縮終期時刻の少なくとも１つの終期時刻を予測する終
期時刻予測手段と、前記予測された終期時刻において前
記被検体の対象物の断層画像を生成する画像生成手段と
を備える。

【０１３５】これによって、心電信号から特定された過
去の拡張終期時刻や収縮終期時刻に基づいて、新たな拡
張終期時刻や収縮終期時刻を予測し、これらの時刻で断
層画像を取り込むことができるので、より精密な拡張終
期や収縮終期における心臓左室の容積を算出することが
可能となる。

【０１３６】さらに、本発明に係る超音波診断装置は、
超音波の反射に基づいて被検体の対象物の断層画像を生
成し表示する超音波診断装置であって、断層画像から診
断情報を算出する診断情報算出手段と、算出された診断
情報に基づいて、当該診断情報が特徴的な値となる時刻
を予測する特徴値時刻予測手段と、前記予測された時刻
において前記対象物の断層画像を生成する画像生成手段
とを備える。

【０１３７】これによって、断層画像から算出された過
去の診断情報に基づいて、新たな診断情報が特徴的な値
となる時刻を予測し、その時刻で断層画像を取り込むこ
とができるので、予測された時刻付近の診断情報に基づ
いて、さらに精密な診断を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１における超音波診断装置の外観図
である。

【図２】実施の形態１における超音波診断装置の主要な
機能の構成を示すブロック図である。

【図３】二腔像と四腔像を説明するための図である。

【図４】輪郭データに含まれる輪郭に付随するデータの
一例であるスライスの半径及びスライスの間隔を説明す
るための図である。

【図５】データ保持部に保持されている画像データ及び
輪郭データの概要を示す図である。

【図６】補間データ生成部の機能の構成を示すブロック
図である。

【図７】補間データ生成部における補間処理の内容を説
明するための図である。

【図８】心臓左室の容積を非リアルタイム又はリアルタ
イムで算出する際の処理の流れの概略を示すフローチャ
ートである。

【図９】非リアルタイムで心臓左室の容量を算出する際
の処理の流れを示すフローチャートである。

【図１０】非リアルタイム時において、心臓左室の容量
を算出する過程の概略を示す図である。

【図１１】リアルタイムで心臓左室の容量を算出する際
の処理の流れを示すフローチャートである。

【図１２】リアルタイム時において、心臓左室の容量を
算出する過程の概略を示す図である。

【図１３】補間処理を用いて心臓左室の容積を算出し、
その結果を画像表示部に表示する場合の表示例である。

【図１４】画像データそのものを補間する場合におけ
る、サンプリングされた画像データと補間された画像デ
ータとの関係を説明するための図である。

【図１５】心臓左室の容量を算出する際の補間の対象と
して断面積を補間する場合における、サンプリングされ
たデータに基づく断面積と補間処理を施すことにより得
られた断面積との関係を説明するための図である。

【図１６】実施の形態２における超音波診断装置の主要
な機能の構成を示すブロック図である。

【図１７】図１６の制御部における終期時刻予測機能の
概要を説明するための図である。

【図１８】図１６の制御部の終期時刻予測機能における
処理の流れを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０、３０ 超音波診断装置 １１ 表示装置 １２ 本体装置 １３ プローブ １４ 拍動センサ １０１ 超音波探触子 １０２ 送受信部 １０３ 拍動検出部 １０４ 操作部 １０５ 画像処理部 １０６ 画像表示部 １１０ 画像生成部 １１１、３１１ タイムスタンプ生成部 １１２ データ保持部 １１３ 輪郭抽出部 １１４ 補間データ生成部 １１５、３１５ 容積算出部 １１６、３１６ 制御部 ２０１ 補間制御部 ２０２ 補間データ保持部 ２０３ 拍動周期算出部 ２０４ タイムスタンプ補間部 ２０５ 補間データ算出部 ３０２ 送受信部 ３０３ 拍動検出部 ３０５ 画像処理部

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C301 AA02 CC02 DD07 EE10 EE11 FF28 JB25 JC01 JC08 JC11 KK13 KK24 KK34 LL03 5B057 AA07 BA05 CA08 CA13 CA16 CB08 CB13 CB16 CC03 CD06 CE08 DA08 DA16 DB03 DB09 DC16 5L096 AA06 AA09 BA06 BA13 EA33 FA06 FA70

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波の反射に基づいて被検体の断層画
   像を生成し表示する超音波診断装置であって、 前記断層画像を繰り返し生成する画像生成手段と、 生成された断層画像中の対象物の特徴を示す特徴量を抽
   出する特徴量抽出手段と、 前記断層画像が生成されたタイミングを示すタイムスタ
   ンプを当該断層画像に係る前記特徴量に対応づけて生成
   するタイムスタンプ生成手段と、 対応する特徴量とタイムスタンプとの組を複数用いて補
   間することにより、新たなタイミングにおける特徴量を
   生成する補間手段と、 生成された前記特徴量に基づいて前記対象物についての
   診断情報を生成する診断情報生成手段と、 生成された診断情報を表示する表示手段とを備えること
   を特徴とする超音波診断装置。
2. 【請求項２】 前記特徴量は、前記対象物の輪郭であ
   り、 前記診断情報は、前記対象物の容積であることを特徴と
   する請求項１記載の超音波診断装置。
3. 【請求項３】 前記超音波診断装置は、さらに、 前記被検体に係る拍動を検出する拍動検出手段と、 拍動が検出されてからの経過時間を計測する経過時間計
   測手段とを備え、 前記タイムスタンプ生成手段は、前記断層画像が生成さ
   れたときの前記経過時間を前記タイムスタンプによって
   示されるタイミングとすることを特徴とする請求項１記
   載の超音波診断装置。
4. 【請求項４】 前記補間手段は、異なる拍動周期におけ
   る前記特徴量と前記タイムスタンプとの組を１つの拍動
   周期におけるデータとして重ね合わせた後に、それらの
   組に対して補間することにより、新たな前記経過時間に
   おける特徴量を生成することを特徴とする請求項３記載
   の超音波診断装置。
5. 【請求項５】 前記補間手段は、前記タイムスタンプの
   値を補正することによって、異なる拍動周期それぞれを
   同一の拍動周期に正規化した後に、前記組を１つの拍動
   周期におけるデータとして重ね合わせることを特徴とす
   る請求項４記載の超音波診断装置。
6. 【請求項６】 前記補間手段は、前記対象物の第１断面
   を示す断層画像に係る特徴量とタイムスタンプとの組を
   用いて補間し、 前記診断情報生成手段は、 前記第１断面と所定の角度で交差する第２断面を示す断
   層画像に係る特徴量とタイムスタンプとを前記特徴量抽
   出手段及び前記タイムスタンプ生成手段から取得する交
   差データ取得部と、 前記補間手段により生成された特徴量のうち、前記交差
   データ取得部により取得されたタイムスタンプと同一の
   経過時間における特徴量を特定する同一位相データ特定
   部と、 特定された第１断面の特徴量と対応する第２断面の特徴
   量とを用いて前記診断情報を生成するデータ合成部と有
   することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
7. 【請求項７】 前記交差データ取得部は、取得した前記
   第２断面を示す断層画像に係る特徴量とタイムスタンプ
   との組を複数用いて補間することにより、新たな前記経
   過時間における特徴量を生成し、 前記同一位相データ特定部は、前記交差データ取得部に
   よる補間によって生成された第２断面の特徴量と同一の
   経過時間における第１断面の特徴量を特定することを特
   徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
8. 【請求項８】 前記データ合成部は、前記画像生成手段
   により前記第２断面の断層画像が生成される度に、当該
   断層画像に係る特徴量と対応する第１断面の特徴量とを
   用いて前記診断情報を生成し、 前記表示手段は、前記データ合成部により診断情報が生
   成される度に、生成された診断情報を表示することを特
   徴とする請求項６記載の超音波診断装置。
9. 【請求項９】 前記対象物は、心蔵左室であり、 前記特徴量は、心臓左室の内壁輪郭を特定する輪郭デー
   タであり、 前記診断情報は、前記輪郭データを近似式に代入して得
   られる心臓左室の容積であることを特徴とする請求項６
   記載の超音波診断装置。
10. 【請求項１０】 前記輪郭データは、前記輪郭を一定間
    隔でスライスして得られる断片を特定する長さであり、 前記近似式は、モディファイドシンプソン法であること
    を特徴とする請求項９記載の超音波診断装置。
11. 【請求項１１】 前記超音波診断装置は、さらに、 前記診断情報生成手段により生成された心臓左室の容積
    に基づいて、拍動周期における心臓左室の容積の最大値
    と最小値を特定する容積変化特定手段を備えることを特
    徴とする請求項１０記載の超音波診断装置。
12. 【請求項１２】 超音波の反射に基づいて生成された被
    検体の断層画像から対象物の診断情報を生成し表示する
    画像処理装置であって、 前記断層画像には、当該断層画像が生成されたタイミン
    グを示すタイムスタンプが対応付けられ、 生成された断層画像中の対象物の特徴を示す特徴量を抽
    出する特徴量抽出手段と、 対応する特徴量とタイムスタンプとの組を複数用いて補
    間することにより、新たなタイミングにおける特徴量を
    生成する補間手段と、 生成された前記特徴量に基づいて前記対象物についての
    診断情報を生成する診断情報生成手段と、 生成された診断情報を表示する表示手段とを備えること
    を特徴とする画像処理装置。
13. 【請求項１３】 超音波の反射に基づいて被検体の断層
    画像を生成し表示する超音波診断装置であって、 前記被検体の心電信号を受信する心電信号受信手段と、 前記心電信号における過去に特定された拡張終期時刻及
    び収縮終期時刻の少なくとも１つの終期時刻に基づい
    て、新たな拡張終期時刻及び収縮終期時刻の少なくとも
    １つの終期時刻を予測する終期時刻予測手段と、 前記予測された終期時刻において前記被検体の対象物の
    断層画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴
    とする超音波診断装置。
14. 【請求項１４】 前記終期時刻予測手段は、 前記心電信号の負の極大値から最初にゼロクロスとなる
    点を拡張終期時刻と特定し、次のゼロクロスとなる点を
    収縮終期時刻と特定し、既に特定された複数の前記拡張
    終期時刻又は前記収縮終期時刻から、新たな拡張終期時
    刻又は収縮終期時刻を予測することを特徴とする請求項
    １３記載の超音波診断装置。
15. 【請求項１５】 超音波の反射に基づいて被検体の対象
    物の断層画像を生成し表示する超音波診断装置であっ
    て、 断層画像から診断情報を算出する診断情報算出手段と、 算出された診断情報に基づいて、当該診断情報が特徴的
    な値となる時刻を予測する特徴値時刻予測手段と、 前記予測された時刻において前記対象物の断層画像を生
    成する画像生成手段とを備えることを特徴とする超音波
    診断装置。
16. 【請求項１６】 前記診断情報は、前記対象物の容積で
    あり、 前記特徴的な値は、前記容積の極大値又は極小値である
    ことを特徴とする請求項１５記載の超音波診断装置。
17. 【請求項１７】 超音波の反射に基づいて被検体の断層
    画像を生成し表示する画像処理装置であって、 前記被検体の心電信号を受信する心電信号受信手段と、 前記心電信号における過去に特定された拡張終期時刻及
    び収縮終期時刻の少なくとも１つの終期時刻に基づい
    て、新たな拡張終期時刻及び収縮終期時刻の少なくとも
    １つの終期時刻を予測する終期時刻予測手段と、 前記予測された終期時刻において前記被検体の対象物の
    断層画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴
    とする画像処理装置。
18. 【請求項１８】 超音波の反射に基づいて被検体の対象
    物の断層画像を生成し表示する画像処理装置であって、 断層画像から診断情報を算出する診断情報算出手段と、 算出された診断情報に基づいて、当該診断情報が特徴的
    な値となる時刻を予測する特徴値時刻予測手段と、 前記予測された時刻において前記対象物の断層画像を生
    成する画像生成手段とを備えることを特徴とする画像処
    理装置。
19. 【請求項１９】 超音波の反射に基づいて被検体の断層
    画像を生成し表示する超音波診断装置のためのプログラ
    ムであって、 前記断層画像を繰り返し生成する画像生成ステップと、 生成された断層画像中の対象物の特徴を示す特徴量を抽
    出する特徴量抽出ステップと、 前記断層画像が生成されたタイミングを示すタイムスタ
    ンプを当該断層画像に係る前記特徴量に対応づけて生成
    するタイムスタンプ生成ステップと、 対応する特徴量とタイムスタンプとの組を複数用いて補
    間することにより、新たなタイミングにおける特徴量を
    生成する補間ステップと、 生成された前記特徴量に基づいて前記対象物についての
    診断情報を生成する診断情報生成ステップと、 生成された診断情報を表示する表示ステップとをコンピ
    ュータに実行させることを特徴とするプログラム。
20. 【請求項２０】 超音波の反射に基づいて生成された被
    検体の断層画像から対象物の診断情報を生成し表示する
    画像処理装置のためのプログラムであって、 前記断層画像には、当該断層画像が生成されたタイミン
    グを示すタイムスタンプが添付され、 生成された断層画像中の対象物の特徴を示す特徴量を抽
    出する特徴量抽出ステップと、 対応する特徴量とタイムスタンプとの組を複数用いて補
    間することにより、新たなタイミングにおける特徴量を
    生成する補間ステップと、 生成された前記特徴量に基づいて前記対象物についての
    診断情報を生成する診断情報生成ステップと、 生成された診断情報を表示する表示ステップとをコンピ
    ュータに実行させることを特徴とするプログラム。
21. 【請求項２１】 超音波の反射に基づいて被検体の断層
    画像を生成し表示する超音波診断装置のためのプログラ
    ムであって、 前記被検体の心電信号を受信する心電信号受信ステップ
    と、 前記心電信号における過去に特定された拡張終期時刻及
    び収縮終期時刻の少なくとも１つの終期時刻に基づい
    て、新たな拡張終期時刻及び収縮終期時刻の少なくとも
    １つの終期時刻を予測する終期時刻予測ステップと、 前記予測された終期時刻において前記被検体の対象物の
    断層画像を生成する画像生成ステップとをコンピュータ
    に実行させることを特徴とするプログラム。
22. 【請求項２２】 超音波の反射に基づいて被検体の対象
    物の断層画像を生成し表示する超音波診断装置のための
    プログラムであって、 断層画像から診断情報を算出する診断情報算出ステップ
    と、 算出された診断情報に基づいて、当該診断情報が特徴的
    な値となる時刻を予測する特徴値時刻予測ステップと、 前記予測された時刻において前記対象物の断層画像を生
    成する画像生成ステップとをコンピュータに実行させる
    ことを特徴とするプログラム。