JP2008142327A - 超音波診断装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】三次元超音波画像を構成するボリュームレンダリングにおいて、Ｂモード画像の設定条件によらずにリジェクションとレンダリング像の明るさとを制御することができる。
【解決手段】超音波探触子から送信される超音波信号が被検体で反射された反射エコー信号を受信することにより、被検体のボリュームデータを取得し、ボリュームデータを構成するＢモード画像の設定条件に基づいて輝度調整が行われ、Ｂモード画像が表示される。その被検体のボリュームデータをオパシティカーブに対して適切な位置となるよう調整し、調整後のボリュームデータとオパシティカーブとを用いて構成されたレンダリング像が表示される。
【選択図】図４

Description

本発明は、超音波診断装置及びプログラムに係り、特にボリュームレンダリングにより三次元画像を構成する超音波診断装置及びプログラムに関する。

三次元超音波画像の構成方法としては、超音波診断装置で得られる断層像を断層像の奥行き方向に複数枚取得して、これら複数枚の断層像からボリュームデータを構成し、このボリュームデータの各ボクセルに対して不透明度を設定し、表示画像（レンダリング像）の各画素に対応する光線上の各ボクセルの輝度と輝度値に割り当てられた不透明度を積算することで表示画像の各画素値を決定する（図６（ａ）参照）ものがある。

なお、レンダリング演算手法としては以下のものが公知である。

上記のようなレンダリング演算手法において、所望のレンダリング像を得る場合には、各ボクセルに不透明度を割り当てるオパシティカーブ（不透明度関数）を適切に設定することが必要である。例えば、胎児の顔や手足を描出する場合には、羊水からの反射エコーによる低輝度データは不要であるため、低輝度データが表示されないようなオパシティカーブを設定する必要がある。

特許文献１には、ボクセル毎に求めた正規化境界面強度と不透明度とによってボリュームレンダリング処理を行う三次元画像生成装置が開示されている。

また、特許文献２には、低域側に立ち上がり部を有する複数のオパシティ決定関数を用いてボリュームレンダリング処理を行う超音波診断装置が開示されている。

上記特許文献１、２に示すような方法によれば、オパシティカーブを適切に設定する（図６（ｂ−１）参照）ことにより、適切なリジェクションを行うことができる。例えば、羊水の低輝度データをレンダリング像に寄与させなくすることができる。
特開平１０−２８３５０４号公報 特開２００３−３２５５３１号公報

しかしながら、上記特許文献では以下のような解決すべき課題が残されている。

組織毎の輝度値（例えば羊水の輝度値）は、三次元超音波画像の基となる断層像（Ｂモード画像）の明るさ等の設定条件によって変化するため、リジェクションを行うための複数のオパシティカーブを用意する必要があった。つまり、Ｂモード画像の設定条件を変更する前後で同じリジェクション効果を得るためには、図７に示すように、設定条件変更後、例えば、Ｂモード画像を明るくした後のボリュームデータのヒストグラム（輝度を横軸、頻度を縦軸とした場合のボリュームデータの輝度のヒストグラム）の移動量と等しい移動量で、オパシティカーブを輝度が大きくなる方向、すなわちリジェクションしきい値が大きくなる方向に移動させる必要がある。

この結果、設定条件を変更する前後で同様なリジェクション効果を得ることができるが、設定条件の変更前後ではボリュームデータの輝度値が変化する、すなわちＢモード画像を明るくした後はボリュームデータの輝度値が高くなるため、レンダリング演算のアルゴリズム上、最終的なレンダリング像の明るさが変化してしまうという問題があった。

また、オパシティカーブの変化に伴ってレンダリング像の明るさが変化するのを防ぐためには、複数のオパシティカーブの中の基準となるオパシティカーブ（基準オパシティカーブ）を用いて構成された画像の明るさ（基準明るさ）と同じになるような補正値をオパシティカーブ毎にあらかじめ作成しておき、Ｂモード画像構成時に使用されたオパシティカーブに対応する補正値を入力することによって、構成された画像の明るさが使用されたオパシティカーブによらず常に基準明るさとなるようにする必要があった。そのため、オパシティカーブの数が多くなるほど、すなわちリジェクションを細かく行うほど処理が複雑になるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、三次元超音波画像を構成するボリュームレンダリングにおいて、Ｂモード画像の明るさ等の設定条件によらずにリジェクションとレンダリング像の明るさとを制御することができる（図６（ｂ−２）参照）超音波診断装置及びプログラムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の超音波診断装置は、超音波探触子から送信される超音波信号が被検体で反射された反射エコー信号を受信することにより、被検体のボリュームデータを取得する取得手段と、前記ボリュームデータを構成するＢモード画像の明るさの設定を含む設定条件に基づいて、前記ボリュームデータの輝度値を変更する輝度値変更手段と、前記輝度値変更手段で輝度値が変更されたボリュームデータに含まれるＢモード画像を表示するＢモード画像表示手段と、前記輝度値が変更されたボリュームデータの輝度値から一定値を減算する減算手段と、前記減算手段で減算されたボリュームデータと、レンダリング演算に使用するオパシティカーブとを用いてレンダリング像を構成するレンダリング演算手段と、前記レンダリング演算手段で構成されたレンダリング像を表示するレンダリング像表示手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項１に記載の超音波診断装置によれば、Ｂモード画像の明るさの設定を含む設定条件に基づいて、ボリュームデータの輝度値が変更され、ボリュームデータに含まれるＢモード画像が表示される。その後、輝度値が変更されたボリュームデータの輝度値から一定値を減算し、輝度値が減算されたボリュームデータと所定のオパシティカーブとを用いてレンダリング像を構成し、レンダリング像を画面に表示させる。

これにより、Ｂモード画像の設定条件が異なる場合においても、複数のオパシティカーブを用意することなく適切なリジェクションを行うことができる。また、用いられるオパシティカーブが１個であり、そのオパシティカーブに対して適切な位置にヒストグラムの輝度値が調整されることにより、最終的なレンダリング像の明るさが大きく変化することがない、すなわち最終的なレンダリング像の明るさをほぼ一定に保つことができる。また、ボリュームデータの輝度値の減算という簡単な処理により、ヒストグラムの輝度値の調整が可能である。

請求項２に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置において、前記一定値は、操作者によって指定された値であって、操作者による指示を入力する入力手段を介して前記減算手段に入力された値であることを特徴としている。

請求項２に記載の超音波診断装置によれば、操作者が入力手段を介して減算手段に入力した値が、輝度値が変更されたボリュームデータの輝度値から減算される。

これにより、レンダリング像の明るさを所望の明るさに設定することができる。

請求項３に記載の超音波診断装置は、請求項１に記載の超音波診断装置において、前記一定値は、前記ヒストグラムの２値化閾値と前記オパシティカーブで設定されるリジェクションしきい値とを用いて自動的に算出される値であって、前記減算手段は、前記一定値を算出する算出手段を備えたことを特徴としている。

請求項３に記載の超音波診断装置によれば、ヒストグラムの２値化閾値とオパシティカーブで設定されるリジェクションしきい値とを用いて自動的に算出される値が、輝度値が変更されたボリュームデータの輝度値から減算される。

これにより、レンダリング像を作成するボリュームデータの輝度値を自動的に調整することができる。

請求項４に記載の超音波診断装置は、請求項１、２又は３に記載の超音波診断装置において、前記Ｂモード画像表示手段は、前記レンダリング像表示手段と同一の表示手段に含まれることを特徴としている。

請求項４に記載の超音波診断装置によれば、Ｂモード画像と、オパシティカーブに対して適切な位置に輝度値が調整されたボリュームデータを用いて構成されたレンダリング像と、を同一の表示手段に表示させる。

これにより、Ｂモード画像の設定条件を変えることによりＢモード画像の明るさが変化した場合においても、レンダリング像の明るさをほぼ一定に保つことができる。従って、操作者がＢモード画像の輝度を変えた場合においてもレンダリング像の明るさは変わらないため、構成された画像を用いて診断を行う事が容易となる。

請求項５に記載のプログラムは、超音波探触子から送信される超音波信号が被検体で反射された反射エコー信号を受信することにより、被検体のボリュームデータを取得するステップと、前記ボリュームデータを構成するＢモード画像の明るさの設定を含む設定条件に基づいて、前記ボリュームデータの輝度値を変更するステップと、前記輝度値変更手段で輝度値が変更されたボリュームデータに含まれるＢモード画像を表示するステップと、前記輝度値が変更されたボリュームデータの輝度値から一定値を減算するステップと、前記減算手段で減算されたボリュームデータと、レンダリング演算に使用するオパシティカーブとを用いてレンダリング像を構成するステップと、前記レンダリング演算手段で構成されたレンダリング像を表示するステップと、を演算装置に実行させることを特徴としている。

本発明によれば、三次元超音波画像を構成するボリュームレンダリングにおいて、Ｂモード画像の設定条件によらずにリジェクションとレンダリング像の明るさとを制御することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

本実施の形態は、超音波診断装置で取得されたデータをレンダリング演算する場合において、設定されているオパシティカーブにあわせてボリュームデータのヒストグラムを移動させることによって適切なリジェクションを行うものである。

＜構成＞
図１は、本発明に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図である。この超音波診断装置は、超音波を利用して被検体の診断部位についての二次元超音波画像や三次元超音波画像を構成して表示するものである。

超音波診断装置１は、主に、超音波探触子３と、超音波信号を送受信する超音波送受信部４と、超音波画像構成部５と、輝度値減算部６と、入力部７と、オパシティカーブテーブル８と、レンダリング演算部９と、表示部１０と、二値化及び減算値推定部１１と、減算器加算部１２とで構成される。

超音波送受信部４は、超音波探触子３を介して被検体２に超音波を送信し、かつ送信された超音波が被検体内を伝播する過程で発生する反射エコーを超音波探触子３を介して受信するものである。

超音波画像構成部５は、超音波送受信部４で受信された受信信号に基づいてＢモード画像を構成するものである。また、超音波画像構成部５は、構成されたＢモード画像に基づいて三次元超音波画像用ボリュームデータを構成する。

輝度値減算部６は、超音波画像構成部５において構成されたボリュームデータから、入力部７によって入力された輝度値又は減算値加算部１２で加算された輝度値を減算するものである。なお、減算値は正の値のみでなく負の値となる場合もある。

入力部７は、Ｂモード画像の設定条件、輝度値、減算値、リジェクション値等の指示を入力するものであり、これらを連続的に変更することができる。

オパシティカーブテーブル８は、レンダリング演算に必要なオパシティカーブが格納されているものである。

レンダリング演算部９は、オパシティカーブテーブル８において格納されているオパシティカーブと、輝度値減算部６において指定された減算値を減算したボリュームデータとからレンダリング演算を行い、レンダリング像を構成するものである。

表示部１０は、超音波画像構成部５で構成されたＢモード画像、レンダリング演算部９において構成されたレンダリング像等を表示するものである。

二値化及び減算値推定部１１は、画像の二値化しきい値を演算し、この二値化しきい値とオパシティカーブのリジェクションしきい値との差（輝度差ｄ）を減算値加算部１２へ出力するものである。

減算値加算部１２は、輝度差ｄと入力部７の出力であるリジェクション値とを加算するものである。

＜作用＞
以下、上記のように構成された超音波診断装置１の作用について説明する。

まず、ボリュームデータの全ボクセルの輝度値についてのヒストグラムとオパシティカーブ及びリジェクションしきい値との関係について図２、図３を用いて説明する。

図２に示すように、超音波送受信部４において取得されたボリュームデータから、輝度を横軸、頻度を縦軸とした場合のボリュームデータの全ボクセルの輝度値のヒストグラムが作成される。Ｂモード画像が明るくなるように設定された場合には、ボリュームデータの全ボクセルの輝度値が一様に大きくなるため、図３に示すように、ゲイン設定値変更前のボリュームデータのヒストグラムに対して、形状が不変かつ全体が右に平行移動されたボリュームデータのヒストグラムが得られる。なお、Ｂモード画像の設定条件（明るさ等）は、入力部７により操作者が任意に行うことができる。

オパシティカーブは輝度と不透明度との関係を示すものであり、図２に示すように、オパシティカーブの不透明度を０とする輝度値がリジェクションしきい値となる。このリジェクションしきい値以下の輝度値（図２斜線部）は最終的なレンダリング像に寄与しない。

次に、リジェクション処理の方法について説明する。

Ｂモード画像において所望の画像を得るために、入力部７を介して操作者により設定条件が入力される。入力された設定条件は画像構成部５に入力され、それに基づいて画像構成部５において所望のＢモード画像が作成される。

Ｂモード画像の設定条件は、Ｂモード画像で目的の部位が見やすいような条件に設定される。その結果、Ｂモード画像を基にして作成されるボリュームデータとオパシティカーブとの関係が適切でない、すなわち適切なリジェクションが行えない場合がある。そのため、適切なリジェクションが行えるように、オパシティカーブに合わせてレンダリング処理を行うボリュームデータを平行移動させる必要がある。

図４（ａ）に示すように、設定条件が変更された結果、あらかじめ設定されているオパシティカーブに対してボリュームデータのヒストグラムが高輝度寄りとなっている場合には、操作者により指定された減算値が入力部７により輝度値減算部６に入力され、それに基づいて輝度値減算部６においてボリュームデータの全ボクセルの輝度値から減算値が減算される。

また、設定条件が変更された結果、あらかじめ設定されているオパシティカーブに対してボリュームデータのヒストグラムが低輝度寄りとなっている場合には、操作者により指定された負の減算値が入力部７により輝度値減算部６に入力され、それに基づいて輝度値減算部６においてボリュームデータの全ボクセルの輝度値から負の減算値が減算される、すなわち、負の減算値と同じ大きさの正の値がボリュームデータの全ボクセルの輝度値に加算される。

なお、この減算値は、入力部７にエンコーダーノブ等の無段階で調整可能なものを使用することにより、連続的な設定、すなわち２５６段階での設定が可能である。

これにより、図４（ｂ）に示すように、あらかじめ設定されているオパシティカーブに対してボリュームデータのヒストグラムが高輝度寄りとなっている場合には、ボリュームデータのヒストグラムが指定された分だけ低輝度寄りに平行移動され、あらかじめ設定されているオパシティカーブに対してボリュームデータのヒストグラムが低輝度寄りとなっている場合には、ボリュームデータのヒストグラムが指定された分だけ高輝度寄りに平行移動される。その結果、オパシティカーブによって設定されたリジェクションしきい値が適切となるような位置にレンダリング処理を行うボリュームデータのヒストグラムが調整され、適切なリジェクションを行うことができる。

また、設定されているオパシティカーブが１個のみであることにより、所望のリジェクション効果を得るためには、設定条件に関わらず、レンダリング処理が行われるボリュームデータのヒストグラムが同じ位置に調整される。そのため、最終的なレンダリング像の明るさはほとんど変化しない。

ボリュームデータのヒストグラムが調整された後で、リジェクションが行われたボリュームデータを用いて、レンダリング演算部９でレンダリング像が構成され、レンダリング像が表示部１０に表示される。表示方法としては、レンダリング像のみを表示する方法、画像構成部５で構成されたＢモード画像とレンダリング像とを並べて表示する方法等が考えられる。操作者がＢモード画像の輝度を変えることにより様々な部位を観察した場合においてもレンダリング像の明るさは変わらないため、Ｂモード画像とレンダリング像とを並べて表示する場合に使い勝手をより良くすることができ、また構成された画像を用いての画像診断を行いやすくすることができる。

本実施の形態によれば、ボリュームデータの輝度値を減算することにより、ヒストグラムの輝度値の調整を容易に行うことができる。また、ボリュームデータの輝度値の減算を連続的に行うことにより、より精密にリジェクション処理及びレンダリング像の明るさの調整が可能となる。また、ボリュームデータの輝度値の減算は簡単な処理であるため、少ない処理量で従来と同様の効果を得ることができる、言い換えれば、従来とほぼ同等の処理量で２５６段階のリジェクション処理が行える等の優れた効果を得ることができる。

また、本実施の形態によれば、用いられるオパシティカーブが１個であり、そのオパシティカーブに対して適切な位置にヒストグラムの輝度値が調整されることにより、最終的なレンダリング像の明るさが大きく変化することがない、すなわち最終的なレンダリング像の明るさをほぼ一定に保つことができる。なお、この効果は、Ｂモード画像とレンダリング像とを並べて表示する場合により明確となる。つまり、操作者がＢモード画像の明るさを変えた場合においてもレンダリング像の明るさはほとんど変わらない。これにより、構成された画像を用いて診断を行う事がより容易となる。

また、本実施の形態によれば、所望のリジェクション効果を得るためにボリュームデータのヒストグラムを調整するため、ゲイン設定値に応じて細やかにリジェクションを設定するためには多数のオパシティカーブを必要とし、あらかじめ設定されているリジェクションしきい値のみでしかリジェクションが行えない従来の方法と比較して、より精密にリジェクションを行うことができる。

なお、本実施の形態では、Ｂモード画像の明るさ等の設定条件が変更された後のボリュームデータの輝度値から減算される減算値を操作者が設定することにより、レンダリング像の明るさを所望の明るさに設定しているが、Ｂモード画像の明るさ等の設定条件が変更された後のボリュームデータの輝度値とオパシティカーブとを用いて自動的に減算値を算出することにより、レンダリング像の明るさを所望の明るさにしてもよい。なお、この自動リジェクション処理は、例えば以下の方法で行うことができる。

２値化及び減算値推定部１１は、図５（ａ）に示すように、画像の２値化しきい値を演算し、この２値化しきい値とオパシティカーブのリジェクションしきい値との差（輝度差ｄ）を減算値加算部１２を介して輝度値減算部５へ出力する。なお、２値化を行う方法としては、既に公知のさまざまな方法を用いることができる。

輝度値減算部５において、各ボクセルの輝度値から輝度差ｄを減算することにより、図５（ｂ）のように、あらかじめ設定されているオパシティカーブに対してボリュームデータのヒストグラムが高輝度寄りとなっている場合には、ボリュームデータのヒストグラムが輝度差ｄだけ低輝度寄りに平行移動される。また、あらかじめ設定されているオパシティカーブに対してボリュームデータのヒストグラムが低輝度寄りとなっている場合には、ボリュームデータのヒストグラムが輝度差ｄだけ高輝度寄りに平行移動される。

これにより、オパシティカーブによって設定されたリジェクションしきい値が適切となるような位置にボリュームデータのヒストグラムが調整され、自動的に適切なリジェクションを行うことができ、かつレンダリング像の明るさをほぼ一定にすることができる。

なお、輝度値ｄをボリュームデータのヒストグラムに減算することで自動リジェクションを行った場合において、操作者が意図した最適なリジェクションが行われない場合も想定される。この場合には、操作者が入力部７により手動で調整を行うことにより、減算値加算部１２において輝度値ｄと入力部７の出力であるリジェクション値とが加算され、その加算された結果が輝度値減算部５においてボリュームデータから減算される。

これにより、自動リジェクションが最適なリジェクションでない場合においても、手動によりリジェクション値の微調整が可能となる。例えば、自動リジェクションがいわゆるナビゲーション機能を果たすことにより、全てのリジェクション処理を手動で行なう場合と比べて、はるかに少ない調整で最適なリジェクション処理を行うことができる。従って、超音波診断装置１の操作性を向上させることができる。

本発明が適用された超音波診断装置１の全体構成を示す概略図である。 上記超音波診断装置１のオパシティカーブとボリュームデータのヒストグラムの関係を示す説明図である。 上記超音波診断装置１のゲイン設定値とボリュームデータのヒストグラムの関係を示す説明図である。 上記超音波診断装置１の輝度値を減算することでリジェクションを行う方法を説明する説明図である。 上記超音波診断装置１の自動的にリジェクションを行う方法を説明する説明図である。 ゲイン設定値に応じたオパシティカーブを設定する方法及びレンダリング方法について説明する説明図である。 従来のリジェクション方法を説明する説明図である。

符号の説明

１：超音波診断装置、２：被検体、３：超音波探触子、４：超音波送受信部、５：超音波画像構成部、６：輝度値減算部、７：入力部、８：オパシティカーブ用テーブル、９：レンダリング演算部、１０：モニター、１１：二値化及び減算値推定部、１２：減算器加算部

Claims (5)

1. 超音波探触子から送信される超音波信号が被検体で反射された反射エコー信号を受信することにより、被検体のボリュームデータを取得する取得手段と、
   前記ボリュームデータを構成するＢモード画像の明るさの設定を含む設定条件に基づいて、前記ボリュームデータの輝度値を変更する輝度値変更手段と、
   前記輝度値変更手段で輝度値が変更されたボリュームデータに含まれるＢモード画像を表示するＢモード画像表示手段と、
   前記輝度値が変更されたボリュームデータの輝度値から一定値を減算する減算手段と、
   前記減算手段で減算されたボリュームデータと、レンダリング演算に使用するオパシティカーブとを用いてレンダリング像を構成するレンダリング演算手段と、
   前記レンダリング演算手段で構成されたレンダリング像を表示するレンダリング像表示手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記一定値は、操作者によって指定された値であって、操作者による指示を入力する入力手段を介して前記減算手段に入力された値であることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記一定値は、前記ヒストグラムの２値化閾値と前記オパシティカーブで設定されるリジェクションしきい値とを用いて自動的に算出される値であって、前記減算手段は、前記一定値を算出する算出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記Ｂモード画像表示手段は、前記レンダリング像表示手段と同一の表示手段に含まれることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の超音波診断装置。
5. 超音波探触子から送信される超音波信号が被検体で反射された反射エコー信号を受信することにより、被検体のボリュームデータを取得するステップと、
   前記ボリュームデータを構成するＢモード画像の明るさの設定を含む設定条件に基づいて、前記ボリュームデータの輝度値を変更するステップと、
   前記輝度値変更手段で輝度値が変更されたボリュームデータに含まれるＢモード画像を表示するステップと、
   前記輝度値が変更されたボリュームデータの輝度値から一定値を減算するステップと、
   前記減算手段で減算されたボリュームデータと、レンダリング演算に使用するオパシティカーブとを用いてレンダリング像を構成するステップと、
   前記レンダリング演算手段で構成されたレンダリング像を表示するステップと、
   を演算装置に実行させるためのプログラム。

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