JP2005137422A - 超音波画像生成装置および超音波画像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】時間輝度曲線を観察する際に、３次元の関心領域を設定することにより、検出対象の立体的な形状に則した観察を可能にする超音波画像生成装置および超音波画像生成方法を提供する。
【解決手段】撮影対象へ送信した超音波ビームのエコーに基づいて、３次元画像を生成する生成手段２１と、３次元画像に３次元関心領域を設定する設定手段２２と、設定された３次元関心領域において、所定の時間における体積全体に相当する画素の輝度を平均して、その時間における輝度値とし、時間輝度曲線を求める算出手段２３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波画像生成装置および超音波画像生成方法に関し、例えば、撮影対象を超音波ビームにより走査して、得られる超音波エコーに基づいて画像を生成する超音波画像生成装置および超音波画像生成方法に関する。

撮影対象の所定の領域を超音波で走査して、撮影対象の画像を生成する装置として超音波画像生成装置がある。このような超音波画像生成装置は、撮影対象に負担を与えることなく走査および画像生成ができるので注目を集めている。

超音波画像生成装置は、造影剤を組み合わせて血流動態の評価にも用いられる。具体的には、設定された関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ、以下、ＲＯＩとも称する）の時間輝度曲線（Ｔｉｍｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｃｕｒｖｅ、以下、ＴＩＣとも称する）を観察することで、造影剤の注入から関心領域に到達するまでの時間、流出時間および最大輝度などの情報が得られる。
上記のようなＴＩＣは、所定の断層像において複数のＲＯＩが設定される。使用者は設定されたＲＯＩのＴＩＣを比較することで、腫瘍などの検出対象の判別を行う。

上記のような造影剤を用いて超音波画像生成装置により得られた画像において、撮影対象へ送信した超音波に基づく複数の音線が存在する走査面を、これら音線のエコー信号の大きさに対応させた輝度の差に基づいて表示した画像をＢモード画像という。また、Ｂモード画像上に、動いている組織を色付けして表示するカラードプラ画像およびパワードプラ画像や、所定の高周波のみを受信して画像を形成するハーモニック画像なども用いられている。

上記のような従来の超音波画像生成装置としては、時系列的に生成された複数の超音波画像の画素値を記憶する記憶手段と、超音波画像の画素値の速度変化を求める演算手段と、変化速度を画素値に反映させた変化速度超音波画像を生成する変化速度超音波画像生成手段とを有する超音波画像生成装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載された超音波画像生成装置においては、関心領域を設定する必要がなくなるという利点はある。しかしながら、２次元画像により関心領域を観察されているため、他の断面に本来観察すべき検出対象の動きがあっても観察されないという不利益があった。
特開２００１−２６９３４１号公報

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、３次元ＲＯＩを設定して、検出対象の立体的な形状に則したＴＩＣの観察を可能にする超音波画像生成装置および超音波画像生成方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、上記の本発明の超音波画像生成装置は、撮影対象へ送信した超音波ビームのエコーに基づいて３次元画像を生成する生成手段と、３次元画像に３次元関心領域を設定する設定手段と、設定された３次元関心領域において、所定の時間における３次元関心領域の体積全体の輝度を平均して時間輝度曲線を求める算出手段とを有する。

本発明の超音波画像生成装置によれば、生成手段において、撮影対象へ送信した超音波ビームのエコー信号に基づいて３次元画像が生成される。
設定手段において、画像生成手段によって生成された３次元画像における検出対象が３次元関心領域として設定される。
算出手段において、設定された３次元関心領域の体積全体の所定の時間における輝度が平均され、その時間に対する輝度値として算出される。

上記目的を達成するため、上記の本発明の超音波画像生成方法は、撮影対象へ送信した超音波ビームのエコーに基づいて３次元画像を生成する工程と、生成された３次元画像を記憶する工程と、３次元画像において３次元関心領域を設定する工程と、設定された３次元関心領域において、所定の時間における３次元関心領域の体積全体の輝度を平均して時間輝度曲線を求める工程とを有する。

本発明の超音波画像生成方法によれば、撮影対象へ送信した超音波ビームのエコーに基づいて３次元画像を生成する。
次に、生成された３次元画像を記憶する工程と、３次元画像において３次元関心領域を設定する。
次に、設定された３次元関心領域において、所定の時間における３次元関心領域の体積全体の輝度を平均して時間輝度曲線を求める。

本発明の超音波画像生成装置および超音波画像生成方法によれば、３次元ＲＯＩのＴＩＣを観察し、検出対象の立体的な形状に則した観察を可能にする。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波画像生成装置１を模式的に示す概略ブロック図である。

本実施形態に係る超音波画像生成装置１は、超音波画像生成装置本体２と、超音波プローブ３とを有する。超音波画像生成装置本体２と超音波プローブ３とは、プローブケーブルを介して互いに接続されている。なお、プローブケーブルは図示を省略されている。
超音波撮影時においては、使用者、たとえば医者が、超音波画像生成装置１を走査する。撮影時には超音波プローブ３は使用者により把持されて、撮影対象に接触する。

超音波プローブ３の内部には、超音波を送信および受信する超音波振動子をアレイ状に配列した超音波振動子アレイが設置されている。
本実施形態において、超音波プローブ３は、電子的に走査する２次元アレイを有するものを用いる。上記の超音波プローブ３については後述する。

超音波振動子アレイから送信された音線を形成する超音波は、撮影対象として被検体の内部を進行中に、内部組織の音響インピーダンスの差に応じたエコーを発生する。このエコーが超音波振動子アレイによって受信されて電気信号に変換され、プローブケーブルを介し超音波画像生成装置本体２に送られる。

超音波画像生成装置本体２は、本体部４と、操作コンソール５と、表示装置６とを有する。

本体部４は、プローブケーブルを介して入力された電気信号（エコー信号）に基づいて、被検体に関する各種超音波画像を生成する。
本実施形態において、本体部４は、エコー信号に基づいて被検体の画像、つまりＢモード画像を生成する。

操作コンソール５は、超音波画像生成装置１の操作のために使用者からの操作を受け付ける装置である。操作コンソール５は、たとえば、キーボードやスイッチなどの入力部からなる。
表示装置６は、本体部４において生成された画像およびその他の撮影データを表示する。表示装置６は、ＣＲＴや液晶表示パネルなどからなる。

本体部４の内部構成について記述する。
本体部４は、送受信部７と、本体部４を制御するＣＰＵ８と、駆動部９と、画像処理部１０と、記憶部１１とを有する。

ＣＰＵ８は、駆動部９と、画像処理部１０と、記憶部１１と、操作コンソール５に接続されている。
ＣＰＵ８は、撮影のために超音波プローブ３に超音波を送信させる指令信号を駆動部９に出力する。また、ＣＰＵ８は、操作コンソール５からの操作信号による支持に従って断層像などを表示させる指令信号を画像処理部１０に出力する。さらに、ＣＰＵ８は、操作コンソール５の指令に基づいて、記憶部１１における画像データの保存を制御する。

駆動部９は、たとえば、電気・電子的な回路を用いて実現される。
駆動部９は、ＣＰＵ８からの指令信号に応じた音線が形成されるように超音波プローブ３を駆動する駆動信号を生成し、生成された駆動信号を送受信部７に送信する。

送受信部７は、信号の送信および受信のためのポートである。送受信部７は、超音波プローブ３の駆動のために駆動部９から出力される駆動信号をプローブケーブルを介して超音波プローブ３に送信する。また、送受信部７は、プローブケーブルを介して超音波プローブ３から受信したエコー信号を画像処理部１０に送信する。

画像処理部１０は、送受信部７から送信されるエコー信号に基づいて被検体の画像を生成する。また、画像処理部１０は、ＣＰＵ８からの指令に応じて生成した画像を表示装置６に表示させる。さらに、画像処理部１０は、画像データを記憶部１１に送信して保存させる。

画像処理部１０は、生成部２１と、設定部２２と、算出部２３とを有する。本発明の生成手段の一実施態様が生成部２１に相当し、本発明の関心領域設定手段の一実施態様が設定部２２に相当し、本発明の算出手段の一実施態様が算出部２３に相当する。

生成部２１は、送受信部７から送信される超音波ビームのエコー信号に基づいて３次元画像を生成する。
設定部２２は、生成部２１において生成された３次元画像に、ＣＰＵ８を介して操作コンソール５から送信される指令に基づいて関心領域を設定する。
算出部２３は、所定の時間において、設定部２２において設定された３次元関心領域の体積に相当する全画素の輝度の平均を算出して、その時間の３次元関心領域の輝度値とする。このように、算出部２３は時間と輝度との関係を求める。

記憶部１１には、半導体メモリやハードディスクドライブなどの各種記憶装置が含まれる。
記憶部１１は、画像処理部１０から送信される画像データを保存する。また、記憶部１１は、超音波画像生成装置１の操作のためのプログラムや、このプログラムにおいて用いられる音線や撮影対象までの距離などの各種パラメータも記憶する。

本実施形態にかかる超音波画像生成装置１の動作について図２〜６を参照して記述する。
図２は、本実施形態に係る超音波画像生成装置１の動作を示すフローチャートである。

まず、超音波プローブ３を用いて走査する範囲を設定する（ＳＴ１１）。
使用者は超音波プローブ３を被検体の所定の箇所に位置決めする。このとき、走査範囲が検出対象に対応するように、走査範囲の深さ方向、方位方向および厚み方向が周波数や走査形状などにより設定される。また、少なくとも検出対象が含まれるように走査範囲を設定することが望ましい。その結果、３次元画像データの更新レートが速くなる。

図３は、本実施形態に係る走査範囲を模式的に示す概略斜視図である。
本実施形態においては、電子方式で走査されるマトリックスアレイを有する超音波プローブ３を用いてセクタ走査が行われる。マトリックスアレイは、２次元配列構造に分割された振動子であって、２軸方向の画像を同時に得ることができる。その結果、３次元での走査も可能となり、短時間で立体的な情報を得ることができる。図３において、走査範囲の深さ方向は深さａ、方位方向は角度ｂおよび厚み方向は厚さｃで示されている。

本実施形態においては被検体の表面（体表）側から放射状に送信された音線により扇形のｘｙ平面を有する３次元画像を生成しているが、得られる３次元画像の形状はこれに限らず、超音波振動子アレイの形状や走査方法により変化する。

次に、所定の位置に設置された被検体に造影剤を注入し、ステップＳＴ１１において設定された領域を撮影する（ＳＴ１２）。
使用者は、操作プローブ３を走査位置に接触するように設置する。また、使用者は、操作コンソール５を操作して、ＣＰＵ８を介して駆動部９に指令を与える。さらに、駆動部９はＣＰＵ８から指令信号を受け、超音波プローブ３の超音波振動子アレイからの超音波の合成波面により所定の音線が形成されるような駆動信号を生成して、送受信部７を介して超音波プローブ３に出力する。駆動部９は所定の領域の１つの平面（走査面）に複数の音線を形成し、超音波プローブ３はこの複数の音線により走査面を走査する。

超音波プローブ３は、被検体の内部から発せられたエコー信号を受信する。送受信部７は、プローブケーブルを介して超音波プローブから受信したエコー信号を画像処理部１０に送信する。
送受信部７から画像処理部１０に送信されたエコー信号に基づいて、画像処理部１０は、各音線の送信により得られるエコー信号の波形の振幅を輝度の差として表す、いわゆるＢモード処理を行う。この処理により、送信する音線の数に応じた解像度で走査面全体における輝度データが得られる。画像処理部１０は、輝度データに対応する３次元画像を生成する。撮影された画像は、ＣＰＵ８の指令に基づいて記憶部１１に記憶される。
ここで、上記のステップＳＴ１１およびステップＳＴ１２は、撮影対象へ送信した超音波ビームのエコー信号に基づいて３次元画像を生成する工程に相当する。

次に、記憶部１１に記憶された撮影画像を表示装置６において再生する（ＳＴ１３）。

図４は、再生された撮影画像を模式的に示す概略斜視図である。図４に示す検出対象は、楕円球状である。
表示装置６によって表示された画像は、輝度の差に基づいてＢモード処理されているので、撮影領域の中に、たとえば、他の領域よりも輝度の高い検出対象２５が存在している。

次に、上記の再生画像を用いて３次元ＲＯＩを設定する（ＳＴ１４）。
使用者は、表示装置６に表示された図４のような再生画像を観察する。そして、使用者は、操作コンソール５から検出対象２５の領域を設定する。その後、設定部２２は、使用者によって設定された領域に基づいて、３次元ＲＯＩを設定する。

ＲＯＩの設定方法について図４および図５を参照して記述する。

図５は、図４における撮影画像を模式的に示す概略平面図である。図５に示す検出対象は検出対象の最大割面を示している。
たとえば、使用者は、図４に示す３次元画像をｘ方向、ｙ方向およびｚ方向からそれぞれ向きを変えて表示装置上で観察する。

まず、使用者は、表示装置６上に表示された撮影画像を用いて、図５（ａ）に示すｘｙ平面から観察される長径ｘ１および短径ｙ１の長さを求める。
次に、図５（ｂ）に示すｙｚ平面および図５（ｃ）に示すｚｘ平面においても同様に、使用者は、長径ｘ２、短径ｙ２および厚さｚ１，ｚ２を求める。これらは、表示装置６において、平面図内に観察される検出対象２５の両端部をカーソルを用いて指定し、平面図内における相対的な長さを求める。このとき、図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示す平面図は、同じ倍率で表示されている。

その後、設定部２２は、指定された長径、短径および厚さから算出される体積をＲＯＩとして設定する。なお、長径、短径および厚さとして複数のデータが使用者により指定されるので、設定部２２は、たとえば、それらの平均値を算出して体積を計算する。
ここで、上記のステップＳＴ１４は、３次元画像において３次元関心領域を設定する工程に相当する。

次に、設定された３次元ＲＯＩにおけるＴＩＣを求める（ＳＴ１５）。
図６は、３次元ＲＯＩにおいて算出されたＴＩＣを示すグラフである。図６に示すＴＩＣは、横軸を経過時間ｔ、縦軸を輝度Ｉとする。
算出部２３は、ステップＳＴ１４において設定部２２によって設定された３次元ＲＯＩの体積全体に相当する画素の輝度を平均して、設定されたＲＯＩの輝度として算出する。算出部２３は、それらを各時間ごとに算出し、算出された結果を表示装置６に送信する。表示装置６は、算出結果をグラフにして図６に示すようなＴＩＣを表示する。
ここで、ステップＳＴ１５は、設定された３次元関心領域において、所定の時間における３次元関心領域の体積全体の輝度を平均して時間輝度曲線を求める工程に相当する。

本実施形態に係る超音波画像生成装置１によれば、ＲＯＩを３次元で設定して検出対象の立体的な形状、つまり体積全体において輝度を平均化しているので、断面像において求められるＴＩＣよりも現状に近い検出対象の輝度特性が得られる。
なお、３次元ＲＯＩを設定する方法は、本実施形態の方法に限定されない。

〔変形例１〕
本発明に係る変形例について図面を参照して説明する。なお、上記と同様の部分は番号を同じくし、説明を省略し、以下、異なる部分についてのみ説明する。

図７は、本変形例に係る超音波画像生成装置１の動作を示すフローチャートである。本変形例においては、撮影と同時にＲＯＩのＴＩＣを求める。

まず、超音波プローブ３を用いて走査する範囲を設定する（ＳＴ２１）。本工程は、後述する機械式に走査する１次元アレイを有する超音波プローブを用いて実質的に上記のステップＳＴ１１と同様に行われる。

次に、これから撮影される画像の３次元ＲＯＩを設定する（ＳＴ２２）。
このとき、たとえば、造影剤を使用しないで一度超音波撮影を行い、その時の画像に基づいて表示画面上にＲＯＩを設定する。たとえば、検出対象が球状であった場合、使用者は、表示装置６上で検出領域の中心と半径をカーソルなどにより指定する。設定部２２は、使用者によって指定された検出領域の中心と半径に基づいて体積を計算し、その体積を３次元ＲＯＩに設定する。

次に、所定の位置に設置された被検体に造影剤を注入し、ステップＳＴ２２において設定された領域を撮影する（ＳＴ２３）。
また、撮影と同時にＲＯＩの平均輝度を求めて、ＴＩＣを形成する（ＳＴ２４）。
使用者は、超音波プローブ３を用いて被検体を走査する。また、生成部２１は、超音波プローブ３から送信されたエコー信号に基づいて、エコー信号の大きさに対応させた輝度の差に基づいた３次元のＢモード画像を生成する。さらに、算出部２３は、各時間において、予め設定されたＲＯＩの体積全体に相当する画素の輝度を平均し、時間に対するＲＯＩの輝度変化を求める。

次に、ＴＩＣを形成する（ＳＴ２４）。
形成されたＴＩＣは、表示装置６に撮影と同時に表示される。

本実施形態に係る超音波画像生成装置によれば、ＲＯＩを３次元で設定して検出対象の立体的な形状において輝度を平均化しているので、断面像において求められるＴＩＣよりも現状に近い検出対象の輝度特性が得られる。また、あらかじめＲＯＩを設定するので、撮影すると同時に３次元ＲＯＩのＴＩＣを形成することができる。

なお、３次元画像を生成する際に、走査範囲を検出対象が含まれる限界まで狭くし、フレームレートを高くすることが望ましい。
あるいは、超音波ビームの走査角度を狭くしたり、走査回数を少なくして全体の音線密度を下げてもよい。つまり、分解能を落として、できるだけ広い範囲を一度に送受信する。その結果、同じ範囲を走査するときに、送受信回数を減らし、フレームレートを向上させることができる。

本発明の撮影装置は、上記の実施形態に限定されない。
例えば、本発明の超音波画像生成装置において、半径や長径などを設定するのではなく、カーソルを用いて検出領域をなぞって設定してもよい。また、ＲＯＩを表示画面上においてカーソルなどを用いて設定したが、トラックボールなどを用いて行ってもよい。さらに、本実施形態においてはＢモード画像を生成したが、その他、ハーモニックモード、カラードプラモードおよびパワードプラモードなどの画像を生成してもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

図１は、本発明に係る超音波画像生成装置１を模式的に示すブロック図である。 図２は、本発明に係る超音波画像生成装置１の動作を示すフローチャートである。 図３は、本発明に係る超音波画像生成装置１の走査範囲を示す概略斜視図である。 図４は、本発明に係る超音波画像生成装置１によって得られる撮影画像を示す概略斜視図である。 図５は、本発明に係る超音波画像生成装置１によって得られる撮影画像を示す概略平面図である。 図６は、本発明に係る超音波画像生成装置１によって得られるＴＩＣのグラフである。 図７は、本発明の変形例に係る超音波画像生成装置１の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１…超音波画像生成装置
２…超音波画像生成装置本体
３…超音波プローブ
４…本体部
５…操作コンソール
６…表示装置
７…送受信部
８…ＣＰＵ
９…駆動部
１０…画像処理部
２１…生成部
２２…設定部
２３…算出部

Claims (8)

1. 撮影対象へ送信した超音波ビームのエコー信号に基づいて、３次元画像を生成する生成手段と、
   生成された前記３次元画像に３次元の関心領域を設定する設定手段と、
   設定された前記３次元関心領域において、所定の時間における体積全体の輝度を平均して時間輝度曲線を求める算出手段と
   を有する超音波画像生成装置。
2. 前記設定手段において、前記３次元画像の所定の断面における中心座標と半径によって前記３次元関心領域が設定される
   請求項１記載の超音波画像生成装置。
3. 前記設定手段において、前記３次元画像の最大割面における長径と短径と厚さとによって前記３次元関心領域が設定される
   請求項１記載の超音波画像生成装置。
4. 前記設定手段において、前記３次元画像の最大割面に設定された長径と短径の回転体によって前記３次元関心領域が設定される
   請求項１記載の超音波画像生成装置。
5. 前記生成手段において、電子的に走査する２次元アレイにより前記撮影対象を走査して前記３次元画像が生成される
   請求項１記載の超音波画像生成装置。
6. 前記生成手段において、機械的に走査する１次元アレイにより前記撮影対象を走査して前記３次元画像が生成される
   請求項１記載の超音波画像生成装置。
7. 前記生成手段において、生成される３次元画像は、Ｂモード画像、ハーモニックモード画像、カラードプラモード画像あるいはパワードプラモード画像により生成される
   請求項１記載の超音波画像生成装置。
8. 撮影対象へ送信した超音波ビームのエコー信号に基づいて３次元画像を生成する工程と、
   前記３次元画像において３次元関心領域を設定する工程と、
   設定された前記３次元関心領域において、所定の時間における前記３次元関心領域の体積全体の輝度を平均して時間輝度曲線を求める工程と
   を有する超音波画像生成方法。
   
   

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