JP2014003991A - 超音波診断装置及び画像生成プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】関心部位の詳細な観察を容易に行うことができる超音波診断装置及びプログラムを提供すること。
【解決手段】実施の形態の超音波診断装置においては、座標変換部が、超音波プローブによって走査されうる領域を含む３次元空間における当該超音波プローブによって収集されたボリュームデータの位置情報を取得する。入力装置が、ボリュームデータを用いて生成されたレビュー画像における所定の位置を指定するマーキングを受け付ける。ナビゲーション画像生成制御部が、ボリュームデータの位置情報と、新たに収集されたボリュームデータの位置情報とに基づいて、当該新たに収集されたボリュームデータを用いて生成されたリアルタイムの超音波画像と、レビュー画像におけるマーキングとの位置関係を示すナビゲーション画像を生成する。表示制御部が、ナビゲーション画像をモニタにて表示させる。
【選択図】図３

Description

本発明の実施の形態は、超音波診断装置及び画像生成プログラムに関する。

従来、超音波診断装置においては、２Ｄアレイプローブ（two dimensional array probe）や、メカニカル４Ｄプローブ（mechanical four dimensional probe）を用いて３次元データ（ボリュームデータ）を収集し、収集したボリュームデータを用いて種々の診断が行われている。

例えば、超音波診断装置では、収集したボリュームデータから管腔が描出された直交３断面のＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）画像を生成して表示させたり、管腔内をあたかも内視鏡で見たように表示させる仮想内視鏡画像を表示させたりする。観察者は、このような画像を観察しながら、関心部位を探索する。そして、観察者は、発見した関心部位を、例えば、造影剤を用いた造影画像やエラストグラフィ（elastography）によるエラスト画像によってさらに詳細に観察する。しかしながら、上述した従来の技術では、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができない場合があった。

特開２０１０−２００８２１号公報

本発明が解決しようとする課題は、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができる超音波診断装置及び画像生成プログラムを提供することである。

実施の形態の超音波診断装置は、取得手段と、受付手段と、ナビゲーション画像生成手段と、表示制御手段とを備える。取得手段は、超音波プローブによって走査されうる領域を含む３次元空間における当該超音波プローブによって収集された３次元データの位置情報を取得する。受付手段は、前記３次元データを用いて生成された第１の表示画像における所定の位置を指定する指定操作を受け付ける。ナビゲーション画像生成手段は、前記３次元データの位置情報と、新たに収集された３次元データの位置情報とに基づいて、当該新たに収集された３次元データを用いて生成された第２の表示画像と、前記第１の表示画像における所定の位置との位置関係を示すナビゲーション画像を生成する。表示制御手段は、前記ナビゲーション画像を所定の表示部にて表示させる。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。 図２は、第１の実施形態に係る画像生成部の概要を説明するための図である。 図３は、第１の実施形態に係る位置情報取得装置及び制御部の構成の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る座標変換部による処理の一例を説明するための図である。 図５は、第１の実施形態に係るレビュー画像に対するマーキングの一例を示す図である。 図６は、第１の実施形態に係る表示制御部による座標算出処理を模式的に示す図である。 図７Ａは、第１の実施形態に係るナビゲーション画像生成制御部によって生成されるナビゲーション画像の一例を説明するための図である。 図７Ｂは、第１の実施形態に係るナビゲーション画像生成制御部によって生成される３次元空間画像の一例を示す図である。 図８は、第１の実施形態に係るナビゲーション画像生成制御部によって生成される指示画像の一例を示す図である。 図９は、第１の実施形態に係るナビゲーション画像生成制御部によって生成される重畳画像の一例を示す図である。 図１０は、第１の実施形態に係る表示制御部による表示例を示す図である。 図１１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置による処理の手順を示すフローチャートである。 図１２は、第２の実施形態に係るレビュー画像の一例を示す図である。 図１３は、第２の実施形態に係る３Ｄパノラマデータの利用例を説明するための図である。 図１４は、第２の実施形態に係るナビゲーション画像の表示例を示す図である。

（第１の実施形態）
まず、本実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成を説明するための図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、超音波プローブ１１と、入力装置１２と、モニタ１３と、位置情報取得装置１４と、装置本体１００とを有する。

超音波プローブ１１は、複数の圧電振動子を有し、これら複数の圧電振動子は、後述する装置本体１００が有する送受信部１１０から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ１１は、被検体Ｐからの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ１１は、圧電振動子に設けられる整合層と、圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材などを有する。なお、超音波プローブ１１は、装置本体１００と着脱自在に接続される。

超音波プローブ１１から被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ１１が有する複数の圧電振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁などの表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。

ここで、本実施形態に係る超音波プローブ１１は、超音波により被検体Ｐを２次元で走査するとともに、被検体Ｐを３次元で走査することが可能な超音波プローブである。具体的には、本実施形態に係る超音波プローブ１１は、被検体Ｐを２次元で走査する複数の超音波振動子を所定の角度（揺動角度）で揺動させることで、被検体Ｐを３次元で走査するメカニカルスキャンプローブである。

或いは、超音波プローブ１１は、複数の超音波振動子がマトリックス状に配置されることで、被検体Ｐを３次元で超音波走査することが可能な２次元超音波プローブである。なお、２次元超音波プローブは、超音波を集束して送信することで、被検体Ｐを２次元で走査することが可能である。

入力装置１２は、図１に示すように、トラックボール１２ａ、スイッチ１２ｂ、ボタン１２ｃ、タッチコマンドスクリーン１２ｄなどを有し、後述するインターフェース部１８０を介して装置本体１００と接続される。入力装置１２は、超音波診断装置の操作者からの各種設定要求を受け付け、装置本体１００に対して受け付けた各種設定要求を転送する。

例えば、トラックボール１２ａは、観察者がプレビュー画像を観察しながら、画像中の所望する位置にマーキングを実行する指示などを受け付ける。なお、観察者がプレビュー画像を観察しながら、画像中の所望する位置にマーキングを実行する指示内容については、後に詳述する。

モニタ１３は、超音波診断装置の操作者が入力装置１２を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、装置本体１００において生成された超音波画像などを表示したりする。例えば、モニタ１３は、後述する画像生成部１４０の処理によって生成されたプレビュー画像を表示する。なお、プレビュー画像については、後に詳述する。

位置情報取得装置１４は、超音波プローブ１１の位置情報を取得する。具体的には、位置情報取得装置１４は、被検体Ｐに対して超音波プローブ１１がどこに位置するかを示す位置情報を取得する。位置情報取得装置１４としては、例えば、磁気センサーや、赤外線センサー、光学センサー、カメラなどである。

装置本体１００は、超音波プローブ１１が受信した反射波に基づいて超音波画像を生成する装置である。具体的には、本実施形態に係る装置本体１００は、超音波プローブ１１が受信した３次元の反射波データに基づいて３次元超音波画像（ボリュームデータ）を生成可能な装置である。装置本体１００は、図１に示すように、送受信部１１０と、Ｂモード処理部１２０と、ドプラ処理部１３０と、画像生成部１４０と、画像メモリ１５０と、内部記憶部１６０と、制御部１７０と、インターフェース部１８０とを有する。

送受信部１１０は、トリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路などを有し、超音波プローブ１１に駆動信号を供給する。パルサ回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、遅延回路は、超音波プローブ１１から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルサ回路が発生する各レートパルスに対し与える。また、トリガ発生回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１１に駆動信号（駆動パルス）を印加する。すなわち、遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面からの送信方向を任意に調整する。

なお、送受信部１１０は、後述する制御部１７０の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧などを瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、または、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。

また、送受信部１１０は、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器などを有し、超音波プローブ１１が受信した反射波信号に対して各種処理を行なって反射波データを生成する。アンプ回路は、反射波信号をチャンネルごとに増幅してゲイン補正処理を行なう。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正された反射波信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータに受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、Ａ／Ｄ変換器によって処理された反射波信号の加算処理を行なって反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

このように、送受信部１１０は、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。ここで、本実施形態に係る送受信部１１０は、超音波プローブ１１から被検体Ｐに対して３次元の超音波ビームを送信させ、超音波プローブ１１が受信した３次元の反射波信号から３次元の反射波データを生成する。

Ｂモード処理部１２０は、送受信部１１０から反射波データを受信し、対数増幅、包絡線検波処理などを行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。

ここで、Ｂモード処理部１２０は、検波周波数を変化させることで、映像化する周波数帯域を変えることができる。また、Ｂモード処理部１２０は、一つの反射波データに対して、二つの検波周波数による検波処理を並列して行うことができる。

このＢモード処理部１２０の機能を用いることにより、コントラストハーモニックイメージング（ＣＨＩ：Contrast Harmonic Imaging）において、造影剤が注入された被検体Ｐの反射波データから、造影剤（微小気泡、バブル）を反射源とする反射波データ（高調波データ又は分周波データ）と、被検体Ｐ内の組織を反射源とする反射波データ（基本波データ）とを分離することができる。すなわち、Ｂモード処理部１２０は、組織画像を生成するためのＢモードデータとともに、造影画像を生成するためのＢモードデータを生成することができる。

また、このＢモード処理部１２０の機能を用いることにより、ティッシュハーモニックイメージング（ＴＨＩ：Tissue Harmonic Imaging）において、被検体Ｐの反射波データから、高調波データ又は分周波データを分離することで、ノイズ成分を除去した組織画像を生成するためのＢモードデータを生成することができる。

ドプラ処理部１３０は、送受信部１１０から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワーなどの移動体情報を多点について抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。

なお、本実施形態に係るＢモード処理部１２０およびドプラ処理部１３０は、２次元の反射波データおよび３次元の反射波データの両方について処理可能である。すなわち、本実施形態に係るＢモード処理部１２０は、３次元の反射波データから３次元のＢモードデータを生成することができる。具体的には、本実施形態に係るＢモード処理部１２０は、通常のＢモード撮影時や、コントラストハーモニックイメージング、ティッシュハーモニックイメージングにおいて、３次元のＢモードデータを生成することができる。また、本実施形態に係るドプラ処理部１３０は、３次元の反射波データから３次元のドプラデータを生成することができる。

画像生成部１４０は、Ｂモード処理部１２０及びドプラ処理部１３０が生成したデータから超音波画像を生成する。すなわち、画像生成部１４０は、Ｂモード処理部１２０が生成したＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像を生成する。具体的には、画像生成部１４０は、Ｂモード処理部１２０が生成した３次元のＢモードデータから、３次元のＢモード画像を生成する。

また、画像生成部１４０は、ドプラ処理部１３０が生成したドプラデータから移動体情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。具体的には、画像生成部１４０は、ドプラ処理部１３０が生成した３次元のドプラデータから、３次元のカラードプラ画像を生成する。

なお、以下では、画像生成部１４０が生成した３次元のＢモード画像及び３次元のカラードプラ画像をまとめて「ボリュームデータ」と記載する。

また、画像生成部１４０は、生成したボリュームデータをモニタ１３にて表示するための各種画像を生成することができる。具体的には、画像生成部１４０は、ボリュームデータからＭＰＲ画像やレンダリング画像を生成することができる。図２は、第１の実施形態に係る画像生成部１４０の概要を説明するための図である。

すなわち、図２に示すように、超音波プローブ１１により被検体Ｐの撮影部位に対して超音波の３次元走査が行なわれることで、送受信部１１０は、ボリュームデータを生成する。そして、画像生成部１４０は、ボリュームデータをモニタ１３に表示するための画像として、例えば、操作者からの指示により、図２に示すように、直交３断面におけるＭＰＲ画像や、超音波プローブ１１の被検体Ｐに対する接触面を視点とした場合のレンダリング画像や、任意の場所を視点とした場合のレンダリング画像を生成する。

また、画像生成部１４０は、後述する制御部１７０の制御のもと、レビュー画像及びナビゲーション画像を生成する。なお、レビュー画像及びナビゲーション画像については、後に詳述する。

なお、画像生成部１４０は、超音波画像に、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマークなどを合成した合成画像を生成することもできる。

図１に戻って、画像メモリ１５０は、画像生成部１４０が生成した超音波画像を記憶するメモリである。また、画像メモリ１５０は、Ｂモード処理部１２０やドプラ処理部１３０が生成したデータを記憶することも可能である。

内部記憶部１６０は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見など）や、診断プロトコルや各種ボディーマークなどの各種データを記憶する。また、内部記憶部１６０は、必要に応じて、画像メモリ１５０が記憶する画像の保管などにも使用される。

制御部１７０は、情報処理装置（計算機）としての機能を実現する制御プロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）であり、超音波診断装置の処理全体を制御する。具体的には、制御部１７０は、入力装置１２を介して操作者から入力された各種設定要求や、内部記憶部１６０から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送受信部１１０、Ｂモード処理部１２０、ドプラ処理部１３０及び画像生成部１４０の処理を制御する。また、制御部１７０は、画像メモリ１５０が記憶する超音波画像や、内部記憶部１６０が記憶する各種画像、又は、画像生成部１４０による処理を行なうためのＧＵＩ、画像生成部１４０の処理結果などをモニタ１３にて表示するように制御する。

インターフェース部１８０は、入力装置１２及び位置情報取得装置１４に対するインターフェースである。入力装置１２が受け付けた操作者からの各種設定情報及び各種指示は、インターフェース部１８０により制御部１７０に転送される。また、位置情報取得装置１４によって取得された超音波プローブ１１の位置情報は、インターフェース１８０により制御部１７０に転送される。

以上、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、以下、詳細に説明する制御部１７０の処理により、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができるように構成されている。

ここで、まず、従来技術において、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができない場合について説明する。上述したように、超音波診断装置による診断においては、例えば、観察者は、直交３断面のＭＰＲ画像や、仮想内視鏡画像などを観察することにより関心部位を探索し、発見した関心部位を詳細に観察することが行われる。

ここで、従来技術においては、例えば、造影剤を用いた造影画像や、エラストグラフィによるエラスト画像などにより関心部位を詳細に観察しようとした場合、再度、リアルタイムの走査で関心部位を捜さなければならず、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができない場合があった。

そこで、本実施形態では、以下に詳細に記載する位置情報取得装置１４及び制御部１７０の制御により、関心部位の詳細な観察を容易に行うことを可能にする。なお、本実施形態においては、関心部位を探索するための超音波画像をレビュー画像と記載する。

図３は、第１の実施形態に係る位置情報取得装置１４及び制御部１７０の構成の一例を示す図である。図３に示すように、第１の実施形態に係る位置情報取得装置１４は、磁場発生器１４ａと、位置センサー１４ｂと、信号処理装置１４ｃとを有し、図示しないインターフェース部１８０を介して制御部１７０に接続される。

磁場発生器１４ａは、任意の位置に配置され、自装置を中心として外側に向かって３次元の磁場を形成する。位置センサー１４ｂは、超音波プローブ１１の表面に装着され、磁場発生器１４ａによって形成された３次元の磁場を検出して、検出した磁場の情報を信号に変換して、信号処理装置１４ｃに出力する。

信号処理装置１４ｄは、位置センサー１４ｂから受信した信号に基づいて、磁場発生器１４ａを原点とする空間における位置センサー１４ｂの座標及び向きを算出し、算出した座標及び向きを制御部１７０に出力する。なお、被検体Ｐの診断は、超音波プローブ１１に装着された位置センサー１４ｂが、磁場発生器１４ａの磁場を正確に検出することが可能な磁場エリア内で行われる。

第１の実施形態に係る制御部１７０は、図３に示すように、座標変換部１７１と、レビュー画像生成制御部１７２と、表示制御部１７３と、ナビゲーション画像生成制御部１７４とを有し、入力装置１２、モニタ１３及び画像メモリ１５０が接続される。座標変換部１７１は、超音波プローブ１１によって走査されうる領域を含む３次元空間における当該超音波プローブによって収集された３次元データの位置情報を取得する。

具体的には、座標変換部１７１は、信号処理装置１４ｃから入力された磁場発生器１４ａを原点とする空間における位置センサー１４ｂの座標及び向きに基づいて、超音波プローブ１１によって収集されたボリュームデータの各ボクセルの座標を、磁場発生器１４ａを原点とする空間における座標に変換する。

より具体的には、座標変換部１７１は、信号処理装置１４ｃから連続的に入力される位置センサー１４ｂの座標及び向きに基づいて、磁場発生器１４ａを原点とする空間における超音波プローブ１１の座標及び向きを連続的に算出する。そして、座標変換部１７１は、超音波プローブ１１によってボリュームデータが収集されるごとに、収集された時点の超音波プローブ１１の座標及び向きに基づいて、磁場発生器１４ａを原点とする空間におけるボリュームデータの各ボクセルの座標を算出する。その後、座標変換部１７１は、算出した座標とボリュームデータとを対応付けて画像メモリ１５０に格納する。

図４は、第１の実施形態に係る座標変換部１７１による処理の一例を説明するための図である。例えば、座標変換部１７１は、図４に示すように、磁場発生器１４ａを原点とする空間２０におけるボリュームデータ３０の各ボクセルの座標を算出する。一例を挙げると、座標変換部１７１は、ボクセル３１の座標として（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を算出する。同様に、座標変換部１７１は、ボリュームデータ３０に含まれるボクセルそれぞれの座標を算出する。そして、座標変換部１７１は、ボリュームデータ３０に座標を対応付けて画像メモリ１５０に格納する。

図３に戻って、レビュー画像生成制御部１７２は、画像生成部１４０を制御して、観察者が関心領域を探索するためのレビュー画像を生成する。具体的には、レビュー画像生成制御部１７２は、座標変換部１７１によって座標が対応付けられたボリュームデータを画像メモリ１５０から読み出してレビュー画像を生成するように、画像生成部１４０を制御する。例えば、レビュー画像生成制御部１７２は、レビュー画像として、画像生成部１４０に管腔の直交３断面のＭＰＲ画像と当該管腔内を描出した仮想内視鏡画像を生成させる。

ここで、直交３断面のＭＰＲ画像及び仮想内視鏡画像の生成の一例について説明する。例えば、画像生成部１４０は、レビュー画像生成制御部１７２の制御のもと、直交３断面のＭＰＲ画像及び仮想内視鏡画像を下記のように生成する。画像生成部１４０は、まず、画像メモリ１５０からボリュームデータを読み出し、読み出したボリュームデータに含まれる管腔を抽出し、抽出した管腔に芯線を設定する。

ここで、画像生成部１４０の処理を行うために、観察者は、入力装置１２を介して、処理対象となるボリュームデータを指定し、更に、直交３断面（Ａ面、Ｂ面、Ｃ面）のＭＰＲ画像の表示要求を行なう。表示要求を入力装置１２から通知されたレビュー画像生成制御部１７２は、画像生成部１４０に対して、操作者が指定したボリュームデータから直交３断面のＭＰＲ画像を生成するように制御する。そして、モニタ１３は、表示制御部１７３の制御により、画像生成部１４０が生成した直交３断面のＭＰＲ画像を表示する。

観察者は、モニタ１３に表示されたＭＰＲ画像に描出された管腔に、画像生成部１４０が芯線を設定するための始点を入力装置１２が有する描画機能を用いて設定する。レビュー画像生成制御部１７２は、入力装置１２が受け付けた始点のボリュームデータにおける位置情報を取得し、取得した始点の位置情報を画像生成部１４０に通知する。

画像生成部１４０は、始点におけるボリュームデータの輝度を取得し、取得した輝度に対して所定の閾値の範囲内となる輝度を有するボクセル（ｖｏｘｅｌ）を順次特定する。これにより、画像生成部１４０は、ボリュームデータに含まれる管腔領域を抽出する。すなわち、画像生成部１４０は、モルフォロジー演算（Dilation, Erosion, Opening, Closing）を行なうことで、管腔領域を抽出する。

そして、画像生成部１４０は、抽出した管腔領域に芯線を設定する。例えば、画像生成部１４０は、管腔領域を細線化処理することで芯線を設定する。換言すると、画像生成部１４０は、芯線のボリュームデータにおける位置情報を、管腔領域の芯線情報として設定する。

なお、画像生成部１４０は、管腔領域が分岐している場合、予め設定された選択条件に基づいて、芯線の設定方向を選択することができる。例えば、分岐する管腔領域において、分岐点を操作者が設定したとする。かかる場合には、画像生成部１４０は、２方向に分岐する管腔領域を抽出する。そして、画像生成部１４０は、芯線として、分岐点で２つに別れる２本の芯線を設定することができる。

ここで、選択条件として、「芯線の設定方向：長さ優先」が設定されている場合には、画像生成部１４０は、２本の芯線の長さを比較して、より長い芯線を設定できる方向の芯線を設定する。或いは、選択条件として、「芯線の設定方向：管腔の太さ優先」が設定されている場合には、画像生成部１４０は、２方向に分岐する２つの管腔のうち、管腔の太い方向の芯線を設定する。

なお、上述した画像生成部１４０の処理は、操作者により手動で実行される場合であっても良い。また、本実施形態は、管腔領域が分岐している場合に、操作者が芯線の設定方向を指定する場合であっても良い。例えば、観察者は、モニタ１３にて表示させた分岐点付近の断面画像上で、所望する方向にカーソルを移動させることで芯線の設定方向を指定する。

そして、画像生成部１４０は、設定した芯線に沿って、任意の視点及び視線方向からの仮想内視鏡画像を生成する。具体的には、画像生成部１４０は、芯線の軌道に沿って、任意の方向に、一定の距離間隔及び一定の時間間隔で視点を移動させ、各視線方向から管腔内を投影した仮想内視鏡画像を、ボリュームデータを用いて生成する。

ここで、まず、画像生成部１４０が仮想内視鏡画像生成処理を行うために、観察者によって視点及び視線方向が設定される。例えば、モニタ１３にて表示されたＭＰＲ画像に描出された管腔に、観察者によって視点及び視線方向が設定される。画像生成部１４０は、芯線上の視点から視線方向に、管腔内を投影した仮想内視鏡画像を生成する。

このとき、画像生成部１４０は、視線方向を中心とする視野角であるＦＯＶ（Field Of View）角にて定まる近平面及び遠平面の範囲に向けて視点から放射状に透視投影する。そして、画像生成部１４０は、一定の距離間隔及び一定の時間間隔で視点を移動させながら、各視線方向から管腔内を投影した仮想内視鏡画像をそれぞれ生成し、生成した仮想内視鏡画像を画像メモリ１５０に格納する。レビュー画像生成制御部１７２は、上述したように画像生成部１４０を制御することで、管腔の直交３断面のＭＰＲ画像及び管腔内を投影した仮想内視鏡画像を生成する。

表示制御部１７３は、レビュー画像生成制御部１７２の制御のもと生成されたレビュー画像をモニタ１３にて表示する。また、表示制御部１７３は、後述するナビゲーション画像生成制御部１７４によって生成されたナビゲーション画像をモニタ１３にて表示する。なお、表示制御部１７３によるナビゲーション画像の表示については、後に詳述する。

入力装置１２は、ボリュームデータを用いて生成されたレビュー画像（第１の表示画像）における所定の位置を指定する指定操作を受け付ける。例えば、表示制御部１７３が、仮想内視鏡画像を生成する際に視点を移動した時間間隔で仮想内視鏡画像を更新することで、管腔内を視線方向に移動しながら観察できる動画像（フライスルー画像：flythrough画像）を表示させる。入力装置１２は、観察者がフライスルー画像を観察しながら病変部位などの関心領域を捜し、発見した関心領域にマーキングを行うための指定操作を受け付ける。

図５は、第１の実施形態に係るレビュー画像に対するマーキングの一例を示す図である。図５においては、仮想内視鏡画像を所定の時間間隔で更新させたフライスルー画像を右下に示し、左側の上下及び右上に、視点位置における直交３断面のＭＰＲ画像を示す。例えば、図５の（Ａ）に示すように、表示制御部１７３は、レビュー画像生成制御部１７２によって生成された各視線方向から管腔内を投影した仮想内視鏡画像を所定の時間間隔で更新させたフライスルー画像と、当該仮想内視鏡画像が生成された視点位置における直交３断面のＭＰＲ画像とをモニタ１３に表示させる。なお、仮想内視鏡画像の更新に伴って、直交３断面のＭＰＲ画像も更新される。

そして、入力装置１２は、図５の（Ｂ）に示すように、フライスルー画像において発見された関心領域を楕円４１でマーキングするための指定操作を受け付ける。なお、マーキングの方法は、楕円に限られず、任意の形状でつけることができる。例えば、点、線分、矩形などをマーキングとして用いることができる。また、図５においては、フライスルー画像にマーキングをする場合について示しているが、実施形態はこれに限られず、直交３断面のＭＰＲ画像上にマーキングする場合であってもよい。

表示制御部１７３は、図５の（Ｂ）に示すように、観察者によってレビュー画像にマーキングが施されると、磁場発生器１４ａを原点とする空間におけるマーキングの座標を算出し、算出した座標をレビュー画像に対応付けて画像メモリに格納する。図６は、第１の実施形態に係る表示制御部１７３による座標算出処理を模式的に示す図である。例えば、図６に示すように、ボリュームデータ３０に含まれる管腔５０の内側を投影した仮想内視鏡画像に対してマーキング４１が施されると、表示制御部１７３は、以下のようにマーキングの座標を算出する。

すなわち、表示制御部１７３は、レビュー画像生成制御部１７２によって生成された仮想内視鏡画像に投影されたボクセルの座標に基づいて、磁場発生器１４ａを原点とする空間２０におけるマーキング４１の座標を算出する。そして、表示制御部１７３は、算出した座標を仮想内視鏡画像に対応付けて画像メモリ１５０に格納する。

図３に戻って、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、ボリュームデータの位置情報と、新たに収集されたボリュームデータの位置情報とに基づいて、当該新たに収集されたボリュームデータを用いて生成された超音波画像と、レビュー画像における所定の位置との位置関係を示すナビゲーション画像を生成する。具体的には、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、観察者が関心部位をより詳細に観察するために、リアルタイムで新たに生成させた超音波画像と、レビュー画像上に施されたマーキングとの位置関係を示すナビゲーション画像を生成する。ここで、リアルタイムで新たに生成される超音波画像は、例えば、造影画像やエラスト画像などである。

例えば、ナビゲーション画像生成部１７４は、ナビゲーション画像として、リアルタイムで生成された２次元の超音波画像及びマーキングを３次元空間に配置した３次元空間画像、超音波画像上にマーキングとの距離及び方向を示した指示画像、及び、超音波画像とマーキングとを重畳させた重畳画像のうち少なくとも１つを生成する。

図７Ａは、第１の実施形態に係るナビゲーション画像生成制御部１７４によって生成されるナビゲーション画像の一例を説明するための図である。ここで、図７Ａにおいては、レビュー画像上に施されたマーキング４１を詳細に観察するために、リアルタイムに新たなボリュームデータが収集され、２次元の超音波画像６１が生成された場合について示す。なお、新たに収集されたボリュームデータについても、座標変換部１７１によりボリュームデータの座標が空間２０における座標に変換されている。

例えば、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、図７Ａに示すように、空間２０における超音波画像６１の座標を算出し、算出した座標とマーキング４１の座標との位置関係を３次元で示した３次元空間画像を生成する。一例を挙げると、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、空間２０における座標に基づいて、超音波画像６１とマーキング４１とをそれぞれ３次元空間に配置した２つの３次元空間画像を生成する。

表示制御部１７３は、ナビゲーション画像生成制御部１７４によって生成された２つの３次元空間画像を重畳させてモニタ１３に表示させる。例えば、表示制御部１７３は、２つの３次元空間画像を異なるレイヤーで表示することで、２つの３次元空間画像を重畳させる。

図７Ｂは、第１の実施形態に係るナビゲーション画像生成制御部１７４によって生成される３次元空間画像の表示例を示す図である。図７Ｂにおいては、３次元空間画像を表示する場合について示す。なお、図７Ｂにおいては、２次元平面上に超音波画像６１とマーキング４１とが示されているが、実際には、モニタ１３の画面には奥行きがあり、超音波画像６１と、マーキング４１とが、それぞれ３次元空間に配置された画像が表示される。

例えば、ナビゲーション画像生成制御部１７４によって、３次元空間画像が生成された場合には、図７Ｂに示すように、表示制御部１７３は、超音波画像６１とマーキング４１とが３次元空間に配置され、それぞれの位置関係が示されたナビゲーション画像をモニタ１３に表示させる。これにより、観察者は、超音波プローブ１１を移動させる方向を即座に把握することができ、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができる。

例えば、観察者は、図７Ｂの３次元空間画像を参照して、超音波画像６１がマーキング４１の方向に移動するように超音波プローブ１１を移動させることにより、マーキング（関心部位）を超音波プローブ１１の直下面にすることができる。ここで、超音波プローブ１１の移動に伴って、３次元空間画像も随時更新され、超音波画像６１とマーキング４１との位置関係を即座に把握することができる。その結果、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができる。

また、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、ナビゲーション画像として、超音波画像上にマーキングとの距離及び方向を示した指示画像を生成する。図８は、第１の実施形態に係るナビゲーション画像生成制御部１７４によって生成される指示画像の一例を示す図である。例えば、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、図８の（Ａ）に示すように、超音波画像６１とマーキング４１との距離及び方向を示す指示マーク４２を超音波画像６１上に重畳させた指示画像を生成する。

ここで、超音波画像６１上に重畳される指示マーク４２は、超音波画像６１とマーキング４１との距離及び方向によって変化する。例えば、図８の（Ｂ）に示すように、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、超音波画像６１とマーキング４１との距離が短くなるに従って、指示マーク４２の大きさを小さくする。また、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、超音波画像６１上での指示マーク４２の位置を上下左右に変化させることで、超音波画像６１に対してマーキング４１がどの方向にあるかを示す指示画像を生成する。例えば、図８の（Ａ）に示す指示マーク４２は、マーキング４１が超音波画像６１の右下にあることを示す。

そして、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、図８の（Ｃ）に示すように、超音波画像６１の位置とマーキング４１の位置とが重なっている場合に、形状を変化させた指示マーク４２を超音波画像６１上に重畳させた指示画像を生成する。これにより、観察者は、超音波プローブ１１を移動させる距離及び方向を把握することができ、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができる。例えば、観察者は、図８の（Ａ）に示す指示画像を参照することで、マーキング４１が超音波画像６１の手前にあることを把握する。そして、観察者は、超音波画像６１が手前方向に移動するように、超音波プローブ１１を移動させることで、マーキング（関心部位）４１を超音波プローブ１１の直下面にすることができる。

ここで、超音波プローブ１１の移動に伴って、指示画像も随時更新され、超音波画像６１とマーキング４１との位置関係を把握することができる。その結果、関心部位の詳細な観察を容易に行うことができる。なお、図８に示す指示マークは、あくまでも一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、マーキングの位置が超音波画像の手前方向にあるか、或いは、奥行き方向にあるかで形状を変化させたりすることも可能である。

また、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、超音波画像とマーキングとを重畳させた重畳画像を生成する。図１０は、第１の実施形態に係るナビゲーション画像生成制御部１７４によって生成される重畳画像の一例を示す図である。例えば、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、図１０に示すように、リアルタイムで生成されている超音波画像６１がマーキング４１と重なった場合に、超音波画像６１上にマーキング４１を重畳させた重畳画像を生成する。すなわち、観察者は、超音波画像とマーキングが重畳された重畳画像がモニタ１３に表示されるように、超音波プローブ１１を移動させる。これにより、関心部位が確実に描出されたリアルタイムの超音波画像を観察することができる。

上述した実施形態では、ナビゲーション画像を単独で表示する例について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、レビュー画像とナビゲーション画像とを並列表示させることも可能である。図１０は、第１の実施形態に係る表示制御部１７３による表示例を示す図である。

例えば、表示制御部１７３は、図１０に示すように、観察者によってマーキング４１が施されたレビュー画像である仮想内視鏡画像、及び、リアルタイムで生成されている超音波画像である６１とマーキング４１とを３次元空間に配置した３次元空間画像をモニタ１３に並列表示させる。なお、図１０においては、２つの画像を並列表示させる場合について示しているが、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、３つ以上の画像を並列表示させる場合であってもよい。一例を挙げると、レビュー画像と、３次元空間画像及び重畳画像を並列して表示させる場合であってもよい。

次に、図１１を用いて、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の処理について説明する。図１１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１による処理の手順を示すフローチャートである。図１１に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１においては、ナビゲーション画像表示モードであると（ステップＳ１０１肯定）、座標変換部１７１は、３次元空間（磁場発生器１４ａによって発生された磁場）におけるボリュームデータの各ボクセルの座標を算出する（ステップＳ１０２）。

そして、レビュー画像生成制御部１７２は、画像生成部１４０を制御して、レビュー画像を生成させ、表示制御部１７３は、生成されたレビュー画像をモニタ１３にて表示させる（ステップＳ１０３）。操作者からマーキングを受け付けると（ステップＳ１０４肯定）、表示制御部１７３は、３次元空間におけるマーキングの位置の座標を算出する（ステップＳ１０５）。なお、操作者からマーキングを受け付けるまで、超音波診断装置１は、レビュー画像の生成と表示を継続する（ステップＳ１０４否定）。

３次元空間におけるマーキングの位置の座標を算出された後、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、ナビゲーション画像生成コマンドを受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。ここで、ナビゲーション画像生成コマンドとしては、例えば、観察者によってリアルタイムで超音波画像の生成が開始された場合などが挙げられる。

ステップＳ１０６において、ナビゲーション画像生成コマンドを受け付けた場合には（ステップＳ１０６肯定）、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、ナビゲーション画像（３次元空間画像、指示画像、重畳画像）を生成する（ステップＳ１０７）。

その後、表示制御部１７３は、ナビゲーション画像生成制御部１７４によって生成されたナビゲーション画像をモニタ１３にて表示させる（ステップＳ１０８）。なお、ナビゲーション画像表示モードではない場合には（ステップＳ１０１否定）、超音波診断装置１は、ボリュームデータから通常の超音波画像を生成して表示する（ステップＳ１０９）。

上述したように、第１の実施形態によれば、座標変換部１７１が、超音波プローブ１１によって走査されうる領域を含む３次元空間における当該超音波プローブ１１によって収集されたボリュームデータの位置情報を取得する。そして、入力装置１２が、ボリュームデータを用いて生成されたレビュー画像における所定の位置を指定するマーキングを受け付ける。そして、ナビゲーション画像生成制御部１７４が、ボリュームデータの位置情報と、新たに収集されたボリュームデータの位置情報とに基づいて、当該新たに収集されたボリュームデータを用いて生成されたリアルタイムの超音波画像と、レビュー画像におけるマーキングとの位置関係を示すナビゲーション画像を生成する。そして、表示制御部１７３が、ナビゲーション画像をモニタ１３にて表示させる。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、レビュー画像に施したマーキングの位置と、リアルタイムの超音波画像との位置関係を把握して、即座に超音波プローブ１１の直下面で関心領域を走査することができ、関心部位の詳細な観察を容易に行うことを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、ナビゲーション画像生成制御部１７４は、ナビゲーション画像として、２次元で示したリアルタイムの超音波画像及びマーキングを３次元空間に配置した３次元空間画像、リアルタイムの超音波画像上にマーキングの位置との距離及び方向を示した指示画像、及び、リアルタイムの超音波画像とマーキングとを重畳させた重畳画像のうち少なくとも１つを生成する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、レビュー画像に施したマーキングの位置と、リアルタイムの超音波画像との位置関係を即座に把握することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、表示制御部１７３は、マーキングされた際のレビュー画像と、ナビゲーション画像とを並列表示させる。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、異なる画像を比較させることができ、観察者がより正確な観察を行うことを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、レビュー画像が仮想内視鏡画像である。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、フライスルー画像を用いた診断の幅を広げることを可能にする。

リアルタイムの超音波画像が、造影画像または組織の弾性を示すエラスト画像である。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、関心部位をより詳細に観察させることを可能にする。

（第２の実施形態）
さて、これまで第１の実施形態について説明したが、上述した第１の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。

上述した第１の実施形態では、レビュー画像として、管腔内を投影した仮想内視鏡画像と直交３断面のＭＰＲ画像とを用いる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、任意の画像をレビュー画像として用いることができる。例えば、ＭＰＲ画像から生成されたカーブドＭＰＲ画像や、輝度値を白黒反転させるＣａｖｉｔｙモードにより管腔を立体表示させたレンダリング画像を用いる場合であってもよい。

図１２は、第２の実施形態に係るレビュー画像の一例を示す図である。例えば、レビュー画像生成制御部１７２は、図１２に示すように、管腔の鉛直面でスライスされたカーブドＭＰＲ画像（左）と、Ｃａｖｉｔｙモードによる管腔のレンダリング画像（右上）と、フライスルー画像（右下）とをそれぞれ生成する。そして、表示制御部１７３は、生成された各画像をレビュー画像として並列表示する。なお、カーブドＭＰＲ画像とは、管腔領域の全域に渡って、管腔の略中心位置を通過する断面を含む複数のＭＰＲ画像それぞれから管腔を含む任意の領域を抽出し、抽出した任意の領域それぞれを芯線に沿って合成した画像である。また、図１２の矢印１７は、フライスルー画像の始点及び視線方向を示す。

上述した第１の実施形態では、１つのボリュームデータを用いる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、複数のボリュームデータを合成し、合成したボリュームデータを用いる場合であってもよい。

かかる場合には、制御部１７０は、被検体Ｐに対する走査位置が異なる複数のボリュームデータを、当該ボリュームデータに含まれる撮像対象部位における略同一位置にて合成した合成ボリュームデータを生成する。例えば、制御部１７０は、複数のボリュームデータそれぞれについて、ボクセルごとの特徴量を抽出する。そして、制御部１７０は、複数のボリュームデータ間で、ボクセルごとの特徴量の配置が近似した領域を抽出し、抽出した領域にて複数のボリュームデータを重ね合わせた連結ボリュームデータ（３Ｄパノラマデータ：three dimensional panorama data）を生成する。なお、連結されるボリュームデータの数は任意である。

図１３は、第２の実施形態に係る３Ｄパノラマデータの利用例を説明するための図である。例えば、レビュー画像生成制御部１７２は、図１３の左上の図に示す３Ｄパノラマデータに芯線が設定されると、図１３の左下の図に示すように、設定された芯線に沿って、ＭＰＲ画像を生成する。そして、レビュー画像生成制御部１７２は、生成したＭＰＲ画像を、図１３の右側の図に示すように、管腔に沿って合成したカーブドＭＰＲ画像を生成する。これにより、第１の実施形態と比較して、より広い領域を網羅したＭＰＲ画像をレビュー画像として表示させることができる。

上述した第１の実施形態では、リアルタイムの超音波画像と、マーキングとの位置関係を示したナビゲーション画像を表示する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、ナビゲーション画像に各種計測結果を重畳して表示させることも可能である。図１４は、第２の実施形態に係るナビゲーション画像の表示例を示す図である。

例えば、表示制御部１７３は、図１４に示すように、ナビゲーション画像（３次元空間画像）上に「面積：」、「エラスト：」などの計測結果を合わせて表示させることも可能である。一例を挙げると、表示制御部１７３は、レビュー画像上で計測した関心領域の面積や、長軸方向及び短軸方向の長さなどをナビゲーション画像上に合わせて表示させることができる。

或いは、表示制御部１７３は、リアルタイムでの超音波画像としてエラスト画像が用いられ、弾性に関する検査が実行された場合に、その結果をナビゲーション画像上に合わせて表示させることができる。

上述した第１の実施形態では、同一の超音波プローブによりそれぞれ収集されたボリュームデータを用いる場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、異なる超音波プローブを用いる場合であってもよい。すなわち、レビュー画像が生成されたボリュームデータを収集した超音波プローブとは異なる超音波プローブによりリアルタイムの走査を行い、２次元画像、ＭＰＲ画像又はボリュームレンダリング画像をリアルタイムの超音波画像として用いてもよい。これにより、例えば、関心領域に対して種々の検査を行うことを可能にする。

上述した第１の実施形態では、マーキングが１つである場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、複数のマーキングが行われる場合であってもよい。

以上説明したとおり、第１の実施形態及び第２の実施形態によれば、本実施形態の超音波診断装置及び画像生成プログラムは、関心部位の詳細な観察を容易に行うことを可能にする。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波診断装置
１１ 超音波プローブ
１２ 入力装置
１３ モニタ
１４ 位置情報取得装置
１４０ 画像生成部
１５０ 画像メモリ
１７０ 制御部
１７１ 座標変換部
１７２ レビュー画像生成制御部
１７３ 表示制御部
１７４ ナビゲーション画像生成制御部

Claims (8)

1. 超音波プローブによって走査されうる領域を含む３次元空間における当該超音波プローブによって収集された３次元データの位置情報を取得する取得手段と、
   前記３次元データを用いて生成された第１の表示画像における所定の位置を指定する指定操作を受け付ける受付手段と、
   前記３次元データの位置情報と、新たに収集された３次元データの位置情報とに基づいて、当該新たに収集された３次元データを用いて生成された第２の表示画像と、前記第１の表示画像における所定の位置との位置関係を示すナビゲーション画像を生成するナビゲーション画像生成手段と、
   前記ナビゲーション画像を所定の表示部にて表示させる表示制御手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記ナビゲーション画像生成手段は、前記ナビゲーション画像として、２次元で示した前記第２の表示画像及び前記所定の位置を３次元空間に配置した３次元空間画像、前記第２の表示画像上に前記所定の位置との距離及び方向を示した指示画像、及び、前記第２の表示画像と前記所定の位置とを重畳させた重畳画像のうち少なくとも１つを生成す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. 前記表示制御手段は、前記所定の位置が指定された際の第１の表示画像と、前記ナビゲーション画像とを並列表示させることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記第１の表示画像が仮想内視鏡画像であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
5. 前記第２の表示画像が、造影画像または組織の弾性を示すエラスト画像であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
6. 前記第１の表示画像及び前記第２の表示画像は、異なる超音波プローブによってそれぞれ収集された３次元データから生成され、前記第２の表示画像が、２次元画像、ＭＰＲ画像又はボリュームレンダリング画像であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
7. 前記３次元データが、複数の３次元データを結合した結合３次元データであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
8. 超音波プローブによって走査されうる領域を含む３次元空間における当該超音波プローブによって収集された３次元データの位置情報を取得する取得ステップと、
   前記３次元データを用いて生成された第１の表示画像における所定の位置を指定する指定操作を受け付ける受付ステップと、
   前記３次元データの位置情報と、新たに収集された３次元データの位置情報とに基づいて、当該新たに収集された３次元データを用いて生成された第２の表示画像と、前記第１の表示画像における所定の位置との位置関係を示すナビゲーション画像を生成するナビゲーション画像生成ステップと、
   前記ナビゲーション画像を所定の表示部にて表示させる表示制御ステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする画像生成プログラム。

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