JP2020114284A - 超音波診断装置、医用画像処理装置、及び超音波データ処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】時間的に離散した各スキャンデータセットの結合処理を適切に行うこと。【解決手段】実施形態に係る、超音波プローブの移動操作により断面の異なる複数のスキャンデータをスキャンデータセットとして生成し、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを結合してボリュームデータを生成する超音波診断装置は、画像生成部を有する。画像生成部は、複数のスキャンデータセットの領域間の重畳領域について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて新規データを生成し、新規データを用いてボリュームデータを生成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、超音波診断装置、医用画像処理装置、及び超音波データ処理プログラムに関する。

医用分野では、超音波プローブの複数の振動子（圧電振動子）を用いて発生させた超音波を利用して、被検体内部を画像化する超音波診断装置が使用されている。超音波診断装置は、超音波診断装置に接続された超音波プローブから被検体内に超音波を送信させ、反射波に基づくエコー信号を生成し、画像処理によって所望の超音波画像を得る。

超音波診断装置は、超音波プローブの移動操作により断面の異なる複数のスキャンデータをスキャンデータセットとして生成し、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを結合してボリュームデータを生成することができる。時間的に離散した各スキャンデータセットの結合処理を行う場合、時間的に離散した複数のスキャンデータセットの領域間に重畳領域が存在するときがある。

その場合、超音波診断装置は、当該重畳領域について、時間的に古い方のデータを新しい方のデータで上書きしてボリュームデータを生成する。つまり、超音波診断装置は、当該重畳領域について、時間的に新しい方のデータを採用する。

特開２０００−３２５３４７号公報

本発明が解決しようとする課題は、時間的に離散した各スキャンデータセットの結合処理を適切に行うことである。

実施形態に係る、超音波プローブの移動操作により断面の異なる複数のスキャンデータをスキャンデータセットとして生成し、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを結合してボリュームデータを生成する超音波診断装置は、画像生成部を有する。画像生成部は、複数のスキャンデータセットの領域間の重畳領域について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて新規データを生成し、新規データを用いてボリュームデータを生成する。

図１は、実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図。 図２は、実施形態に係る超音波診断装置の機能を示すブロック図。 図３は、実施形態に係る超音波診断装置において、超音波プローブの位置情報を説明するための図。 図４は、実施形態に係る超音波診断装置の動作の前半をフローチャートとして示す図。 図５は、実施形態に係る超音波診断装置の動作の後半をフローチャートとして示す図。 図６は、実施形態に係る超音波診断装置において、時系列に離散した複数のスキャンデータセットの一例を示す図。 図７は、実施形態に係る超音波診断装置において、新規データの生成方法を説明するための図。 図８は、実施形態に係る超音波診断装置において、新規データの生成方法を説明するための図。 図９は、実施形態に係る超音波診断装置において、新規データの生成方法を説明するための図。 図１０は、実施形態に係る医用画像処理装置の構成及び機能を示す概略図。

以下、図面を参照しながら、超音波診断装置、医用画像処理装置、及び超音波データ処理プログラムの実施形態について詳細に説明する。

１．超音波診断装置
図１は、実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１は、超音波プローブ１０と、位置センサ２０と、実施形態に係る超音波診断装置３０と、入力インターフェース４０と、ディスプレイ５０とを示す。なお、超音波診断装置３０に、超音波プローブ１０と、位置センサ２０と、入力インターフェース４０と、ディスプレイ５０とのうちの少なくとも１個を加えた装置を超音波診断装置と称する場合もある。以下の説明では、超音波診断装置３０の外部に、超音波プローブ１０と、位置センサ２０と、入力インターフェース４０と、ディスプレイ５０との全てが備えられる場合について説明する。

超音波診断装置３０は、超音波プローブ１０の移動操作なしではその全体をカバーすることが困難な比較的大きな被検体、例えば、手（Hand）の全体や、肝臓や、心臓や、乳房等に関するボリュームデータを生成可能である。

超音波診断装置３０は、超音波プローブ１０の移動操作により、断面の異なる複数のスキャンデータをスキャンデータセットとして生成し、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを結合して（繋いで）ボリュームデータを生成することができる。スキャンデータは、スキャンコンバート処理前のデータ（すなわち、Ｒａｗデータ）であってもよいし、スキャンコンバート処理後のデータであってもよい。

時間的に離散した複数のスキャンデータセットは、（１）１検査内で行われる超音波プローブ１０の連続した往復移動操作や、（２）１検査内で行われる超音波プローブ１０の同一方向の移動操作や、（３）一定の時間間隔を空けた異なる検査で行われる超音波プローブ１０の移動操作（往復移動操作又は同一方向の移動操作）等により生成される。上記（２）については、一方向の移動操作であるが、スキャンを途中で一旦止めることで、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを生成可能である。以下、上記（１）の場合について説明するが、その場合に限定されるものではない。

超音波プローブ１０は、前面部に複数個の微小な振動子（圧電素子）を備え、スキャン対象を含む領域、例えば管腔体を含む領域に対して超音波の送受波を行う。各振動子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルスを超音波パルスに変換し、また、受信時には反射波を電気信号（受信信号）に変換する機能を有する。超音波プローブ１０は小型、軽量に構成されており、ケーブル（又は無線通信）を介して超音波診断装置３０に接続される。

超音波プローブ１０は、スキャン方式の違いにより、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等の種類に分けられる。また、超音波プローブ１０は、アレイ配列次元の違いにより、アジマス方向に１次元（１Ｄ）的に複数個の振動子が配列された１Ｄアレイプローブと、アジマス方向かつエレベーション方向に２次元（２Ｄ）的に複数個の振動子が配列された２Ｄアレイプローブとの種類に分けられる。なお、１Ｄアレイプローブは、エレベーション方向に少数の振動子が配列されたプローブを含む。

ここで、３Ｄスキャン、つまり、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ１０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備えた２Ｄアレイプローブが利用される。又は、ボリュームスキャンが実行される場合、超音波プローブ１０として、リニア型、コンベックス型、及びセクタ型等のスキャン方式を備え、エレベーション方向に機械的に揺動する機構を備えた１Ｄプローブが利用される。後者のプローブは、メカ４Ｄプローブとも呼ばれる。

位置センサ２０は、超音波プローブ１０の、時系列に複数の位置情報を検知して、超音波診断装置３０に出力する。位置センサ２０としては、超音波プローブ１０に取り付けられるタイプのセンサと、超音波プローブ１０とは別体で設けられるタイプのセンサとがある。後者のセンサは、光学式センサであり、測定対象である超音波プローブ１０の特徴点を複数位置から撮影し、三角測量の原理で超音波プローブ１０の各位置を検出する。

また、位置センサ２０は、超音波プローブ１０に取り付けられ、自身の位置情報を検知して、超音波診断装置３０に出力する。位置センサ２０の位置情報を、超音波プローブ１０の位置情報と見なすこともできる。超音波プローブ１０の位置情報は、超音波プローブ１０の位置及び姿勢（傾き角）を含む。例えば、磁場送信器（図示省略）が３軸の磁場を順次送信しその磁場を位置センサ２０で順次受信することにより超音波プローブ１０の姿勢が検知され得る。また、位置センサ２０は、３次元空間における３軸の角速度を検知する３軸ジャイロセンサ、３次元空間における３軸の加速度を検知する３軸加速度センサ、３次元空間における３軸の地磁気を検知する３軸地磁気センサのうち少なくともいずれかを含む、いわゆる９軸センサであってもよい。

図３は、超音波プローブ１０の位置情報を説明するための図である。

図３（Ａ）は、超音波プローブ１０を基準とした直交する３軸方向、つまり、Ｕ軸方向と、Ｖ軸方向と、Ｗ軸方向とを示す。Ｕ軸方向は、振動子のアレイ方向、つまり、アジマス方向で定義され、Ｖ軸方向は、深さ方向、つまり、Ｕ軸方向及びＷ軸方向の直交方向で定義され、Ｗ軸方向は、エレベーション方向で定義される。

図３（Ｂ）は、検査室内の３軸方向、つまり、Ｘ軸方向と、Ｙ軸方向と、Ｚ軸方向とを示す。Ｘ軸方向は、被検体である患者の右手（Right Hand）の左右方向で定義され、Ｙ軸方向は、右手の厚み方向で定義され、Ｚ軸方向は、手首から指先に向かう方向、つまり、Ｕ軸方向及びＷ軸方向の直交方向で定義される。

ここで、超音波プローブ１０が、そのＵ軸方向がＸ軸方向に平行になるように、かつ、そのＷ軸方向がＺ軸方向に平行になるように、患者の右手の甲上に配置され、そのＷ軸の正負向きに、つまり、Ｚ軸の正負向きに移動操作される場合について説明する（図３（Ｃ）に図示）。図３（Ｃ）は、超音波プローブ１０の移動操作の軌跡を示す上面図である。図３（Ｃ）において、最も右の点線矩形は、超音波プローブ１０のＺ軸の正向きの移動操作によって形成されるスキャン領域を示し、中央の破線矩形は、超音波プローブ１０のＺ軸の負向きの移動操作によって形成されるスキャン領域を示し、最も左の実線矩形は、超音波プローブ１０のＺ軸の正向きの移動操作によって形成されるスキャン領域を示す。超音波プローブ１０のＺ軸の正向きの移動操作のスキャン領域と、負向きの移動操作のスキャン領域との間に重畳領域Ｒ１，Ｒ２が発生する。

図１の説明に戻って、超音波診断装置３０は、送受信回路３１と、Ｂモード処理回路３２と、ドプラ処理回路３３と、画像生成回路３４と、２次元メモリ３５と、２次元メモリ３６と、ネットワークインターフェース３７と、処理回路３８と、メインメモリ３９とを備える。回路３１〜３４は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ:Application Specific Integrated Circuit）等によって構成されるものである。しかしながら、その場合に限定されるものではなく、回路３１〜３４の機能の全部又は一部は、処理回路３８がプログラムを実行することで実現されるものであってもよい。

また、部材３１〜３９の全部又は一部は、超音波プローブ１０に設けられてもよい。

送受信回路３１は、送信回路及び受信回路（図示省略）を有する。送受信回路３１は、処理回路３８による制御の下、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。なお、送受信回路３１が超音波診断装置３０に設けられる場合について説明するが、送受信回路３１は、超音波プローブ１０に設けられてもよいし、超音波診断装置３０及び超音波プローブ１０の両方に設けられてもよい。なお、送受信回路３１は、送受信部の一例である。

送信回路は、パルス発生回路と、送信遅延回路と、パルサ回路等を有し、超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生回路は、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。送信遅延回路は、超音波プローブ１０の超音波振動子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、パルス発生回路が発生する各レートパルスに対し与える。また、パルサ回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波振動子に駆動パルスを印加する。送信遅延回路は、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、圧電振動子面から送信される超音波ビームの送信方向を任意に調整する。

受信回路は、アンプ回路と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器と、加算器等を有し、超音波振動子が受信したエコー信号を受け、このエコー信号に対して各種処理を行ってエコーデータを生成する。アンプ回路は、エコー信号をチャンネル毎に増幅してゲイン補正処理を行う。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正されたエコー信号を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エコー信号の加算処理を行ってエコーデータを生成する。加算器の加算処理により、エコー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。

Ｂモード処理回路３２は、処理回路３８による制御の下、受信回路からエコーデータを受信し、対数増幅、及び包絡線検波処理等を行って、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、Ｂモードデータと呼ばれる。なお、Ｂモード処理回路３２は、Ｂモード処理部の一例である。

なお、Ｂモード処理回路３２は、フィルタ処理により、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。Ｂモード処理回路３２のフィルタ処理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）や、ティッシュハーモニックイメージング（ＴＨＩ：Tissue Harmonic Imaging）等のハーモニックイメージングを実行可能である。すなわち、Ｂモード処理回路３２は、造影剤が注入された被検体の反射波データから、造影剤（微小気泡、バブル）を反射源とするハーモニック成分の反射波データ（高調波データ又は分周波データ）と、被検体内の組織を反射源とする基本波成分の反射波データ（基本波データ）とを分離することができる。Ｂモード処理回路３２は、また、ハーモニック成分の反射波データ（受信信号）から、造影画像データを生成するためのＢモードデータを生成することができ、また、基本波成分の反射波データ（受信信号）から、基本波（ファンダメンタル）画像データを生成するためのＢモードデータを生成することができる。

また、Ｂモード処理回路３２のフィルタ処理機能を用いることによるＴＨＩにおいて、被検体の反射波データから、ハーモニック成分の反射波データ（受信信号）である高調波データ又は分周波データを分離することができる。そして、Ｂモード処理回路３２は、ハーモニック成分の反射波データ（受信信号）から、ノイズ成分を除去した組織画像データを生成するためのＢモードデータを生成することができる。

さらに、ＣＨＩやＴＨＩのハーモニックイメージングを行なう際、Ｂモード処理回路３２は、上述したフィルタ処理を用いた方法とは異なる方法により、ハーモニック成分を抽出することができる。ハーモニックイメージングでは、振幅変調（ＡＭ：Amplitude Modulation）法や位相変調（ＰＭ：Phase Modulation）法、ＡＭ法及びＰＭ法を組み合わせたＡＭＰＭ法と呼ばれる映像法が行なわれる。ＡＭ法、ＰＭ法及びＡＭＰＭ法では、同一の走査線に対して振幅や位相が異なる超音波送信を複数回行なう。これにより、送受信回路３１は、各走査線で複数の反射波データ（受信信号）を生成し出力する。そして、Ｂモード処理回路３２は、各走査線の複数の反射波データ（受信信号）を、変調法に応じた加減算処理することで、ハーモニック成分を抽出する。そして、Ｂモード処理回路３２は、ハーモニック成分の反射波データ（受信信号）に対して包絡線検波処理等を行なって、Ｂモードデータを生成する。

例えば、ＰＭ法が行なわれる場合、送受信回路３１は、処理回路３８が設定したスキャンシーケンスにより、例えば（−１，１）のように、位相極性を反転させた同一振幅の超音波を、各走査線で２回送信させる。そして、送受信回路３１は、「−１」の送信による受信信号と、「１」の送信による受信信号とを生成し、Ｂモード処理回路３２は、これら２つの受信信号を加算する。これにより、基本波成分が除去され、２次高調波成分が主に残存した信号が生成される。そして、Ｂモード処理回路３２は、この信号に対して包絡線検波処理等を行なって、ＴＨＩのＢモードデータやＣＨＩのＢモードデータを生成する。

又は、例えば、ＴＨＩでは、受信信号に含まれる２次高調波成分と差音成分とを用いて映像化を行なう方法が実用化されている。差音成分を用いた映像化法では、例えば、中心周波数が「ｆ１」の第１基本波と、中心周波数が「ｆ１」より大きい「ｆ２」の第２基本波とを合成した合成波形の送信超音波を、超音波プローブ１０から送信させる。この合成波形は、２次高調波成分と同一の極性を持つ差音成分が発生するように、互いの位相が調整された第１基本波の波形と第２基本波の波形とを合成した波形である。送受信回路３１は、合成波形の送信超音波を、位相を反転させながら、例えば、２回送信させる。かかる場合、例えば、Ｂモード処理回路３２は、２つの受信信号を加算することで、基本波成分が除去され、差音成分及び２次高調波成分が主に残存したハーモニック成分を抽出した後、包絡線検波処理等を行なう。

ドプラ処理回路３３は、処理回路３８による制御の下、受信回路からのエコーデータから速度情報を周波数解析し、平均速度、分散、パワー等の移動体の移動情報を多点について抽出したデータ（２次元又は３次元データ）を生成する。このデータは、一般に、ドプラデータと呼ばれる。ここで、移動体とは、例えば、血流や、心壁等の組織、造影剤である。なお、ドプラ処理回路３３は、ドプラ処理部の一例である。

画像生成回路３４は、処理回路３８による制御の下、超音波プローブ１０が受信したエコー信号に基づいて、所定の輝度レンジで表現された超音波画像データを生成する。例えば、画像生成回路３４は、超音波画像データとして、Ｂモード処理回路３２によって生成された２次元のＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像データを生成する。また、画像生成回路３４は、超音波画像として、ドプラ処理回路３３によって生成された２次元のドプラデータから移動態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。なお、画像生成回路３４は、画像生成部の一例である。

ここで、画像生成回路３４は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビ等に代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用の超音波画像データを生成する。具体的には、画像生成回路３４は、超音波プローブ１０による超音波の走査形態に応じて座標変換を行なうことで、表示用の超音波画像データを生成する。また、画像生成回路３４は、スキャンコンバート以外に、種々の画像処理として、例えば、スキャンコンバート処理後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理（平滑化処理）や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理（エッジ強調処理）等を行なう。また、画像生成回路３４は、超音波画像データに、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマーク等を合成する。

すなわち、Ｂモードデータ及びドプラデータは、スキャンコンバート処理前の超音波画像データであり、画像生成回路３４が生成するデータは、スキャンコンバート処理後の表示用の超音波画像データである。なお、Ｂモードデータ及びドプラデータは、生データ（Raw Data）とも呼ばれる。画像生成回路３４は、スキャンコンバート処理前の２次元超音波画像データから、表示用の２次元超音波画像データを生成する。

また、画像生成回路３４は、複数のスキャンデータ（例えば、Ｒａｗデータ）のそれぞれに超音波プローブ１０の位置情報を対応付けるために、複数のスキャンデータのそれぞれに位置情報を付帯させることができる。例えば、画像生成回路３４は、各Ｒａｗデータのヘッダやフッタ等に位置情報を書込む。位置情報が付帯されたスキャンデータは２次元メモリ３５に記憶される。

２次元メモリ３５は、２軸方向に複数のメモリセルを備えたメモリである。２次元メモリ３５は、処理回路３８の制御による制御の下、超音波プローブ１０の位置情報に基づいてスキャンデータのスキャン面上の各位置の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出し、各位置の信号強度を位置座標に従って配列して記憶する。スキャンデータとは、例えば、Ｂモード処理回路３２によって生成された断面のＢモードデータや、ドプラ処理回路３３によって生成された断面のドプラデータや、画像生成回路３４によって生成された２次元画像データ等を含む概念である。また、スキャン面上の位置座標は、超音波プローブ１０の位置情報、つまり、超音波プローブ１０の位置及び姿勢から算出される。なお、２次元メモリ３５は、記憶部の一例である。

また、画像生成回路３４は、処理回路３８による制御の下、２次元メモリ３５としての２次元メモリに配列されたスキャンデータに対し、必要に応じて補間処理を行う３次元再構成を行うことで、３次元メモリ３６内にスキャンデータをボリュームデータとして生成する。補間処理方法としては、公知の技術が用いられる。

さらに、画像生成回路３４は、ボリュームデータをディスプレイ５０にて表示するための各種の画像データを生成するために、ボリュームデータに対してレンダリング処理を行なう。画像生成回路３４は、レンダリング処理として、例えば、断面再構成法（ＭＰＲ：Multi Planer Reconstruction）を行なってボリュームデータからＭＰＲ画像データを生成する処理を行う。また、画像生成回路３４は、レンダリング処理として、例えば、３次元の情報を反映した画像データを生成するボリュームレンダリング（ＶＲ：Volume Rendering）処理を行う。

３次元メモリ３６は、３軸方向であるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向（図３（Ｂ）に図示）に複数のメモリセルを備えた３次元メモリである。３次元メモリ３６は、処理回路３８の制御による制御の下、画像生成回路３４によって生成された超音波画像をボリュームデータとして記憶する。

ネットワークインターフェース３７は、ネットワークの形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワークインターフェース３７は、この各種プロトコルに従って、超音波診断装置３０と、外部の医用画像管理装置６０及び医用画像処理装置７０等の他の機器とを接続する。この接続には、電子ネットワークを介した電気的な接続等を適用することができる。ここで、電子ネットワークとは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、無線／有線の病院基幹のＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワーク及び衛星通信ネットワーク等を含む。

また、ネットワークインターフェース３７は、非接触無線通信用の種々のプロトコルを実装してもよい。この場合、超音波診断装置３０は、例えば超音波プローブ１０と、ネットワークを介さず直接にデータ送受信することができる。なお、ネットワークインターフェース３７は、ネットワーク接続部の一例である。

処理回路３８は、専用又は汎用のＣＰＵ（central processing unit）、ＭＰＵ（micro processor unit）、又はＧＰＵ（Graphics Processing Unit）の他、ＡＳＩＣ、及び、プログラマブル論理デバイス等を意味する。プログラマブル論理デバイスとしては、例えば、単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：simple programmable logic device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：complex programmable logic device）、及び、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：field programmable gate array）等が挙げられる。

また、処理回路３８は、単一の回路によって構成されてもよいし、複数の独立した回路要素の組み合わせによって構成されてもよい。後者の場合、メインメモリ３９は回路要素ごとに個別に設けられてもよいし、単一のメインメモリ３９が複数の回路要素の機能に対応するプログラムを記憶するものであってもよい。なお、処理回路３８は、処理部の一例である。

メインメモリ３９は、ＲＡＭ（random access memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等によって構成される。メインメモリ３９は、ＵＳＢ（universal serial bus）メモリ及びＤＶＤ（digital video disk）等の可搬型メディアによって構成されてもよい。メインメモリ３９は、処理回路３８において用いられる各種処理プログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（operating system）等も含まれる）や、プログラムの実行に必要なデータを記憶する。また、ＯＳに、操作者に対するディスプレイ５０への情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を入力インターフェース４０によって行うことができるＧＵＩ（graphical user interface）を含めることもできる。なお、メインメモリ３９は、記憶部の一例である。

入力インターフェース４０は、操作者によって操作が可能な入力デバイスと、入力デバイスからの信号を入力する入力回路とを含む。入力デバイスは、トラックボール、スイッチ、マウス、キーボード、操作面に触れることで入力操作を行うタッチパッド、表示画面とタッチパッドとが一化されたタッチスクリーン、光学センサを用いた非接触入力デバイス、及び音声入力デバイス等によって実現される。操作者により入力デバイスが操作されると、入力回路はその操作に応じた信号を生成して処理回路３８に出力する。なお、入力インターフェース４０は、入力部の一例である。

ディスプレイ５０は、例えば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等の一般的な表示出力装置により構成される。ディスプレイ５０は、処理回路３８の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ５０は、表示部の一例である。

また、図１は、超音波診断装置３０の外部機器である医用画像管理装置６０及び医用画像処理装置７０を示す。医用画像管理装置６０は、例えば、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）サーバであり、ネットワークＮを介してデータ送受信可能に超音波診断装置３０等の機器に接続される。医用画像管理装置６０は、超音波診断装置３０によって生成された超音波画像等の医用画像をＤＩＣＯＭファイルとして管理する。

医用画像処理装置７０は、ネットワークＮを介してデータ送受信可能に超音波診断装置３０や医用画像管理装置６０等の機器に接続される。医用画像処理装置７０としては、例えば、超音波診断装置３０によって生成された超音波画像に対して各種画像処理を施すワークステーションや、タブレット端末等の携帯型情報処理端末等が挙げられる。なお、医用画像処理装置７０はオフラインの装置であって、超音波診断装置３０によって生成された超音波画像を可搬型の記憶媒体を介して読み出し可能な装置であってもよい。

続いて、超音波診断装置３０の機能について説明する。

図２は、超音波診断装置３０の機能を示すブロック図である。

処理回路３８が、メインメモリ３９に記憶されたプログラムを実行することによって、超音波診断装置３０は、スキャン制御機能３８１と、データ生成処理機能３８２とを実現する。なお、機能３８１，３８２がプログラムを実行することで実現されるものとして説明するが、それら機能３８１，３８２の一部又は全部は、超音波診断装置３０にＡＳＩＣ等の回路として設けられるものであってもよい。

スキャン制御機能３８１は、送受信回路３１と、Ｂモード処理回路３２と、ドプラ処理回路３３と、画像生成回路３４と、２次元メモリ３５と、３次元メモリ３６等を制御して、結合モードによる超音波スキャンを実行させる機能を含む。結合モードとは、超音波プローブ１０の移動操作により断面の異なる複数のスキャンデータをスキャンデータセットとして生成し、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを結合してボリュームデータを生成することを目的とするモードを意味する。なお、スキャン制御機能３８１は、スキャン制御部の一例である。

データ生成処理機能３８２は、スキャン制御機能３８１により収集されたデータに基づいて、複数のスキャンデータセットの領域間の重畳領域について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて新規データを生成し、新規データを用いてボリュームデータを生成する機能を含む。なお、データ生成処理機能３８２は、データ生成処理部の一例である。

ここで、断面の異なる複数のスキャンデータがスキャンデータセットとして生成され、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを結合される場合、各スキャンデータセットの結合処理を行う際に複数のスキャンデータセットの間に重畳領域が存在するときがある（図３（Ｃ）に図示）。そのとき、比較例では、当該重畳領域について、２次元メモリに記憶された時間的に古い方のデータが新しい方のデータで上書きされる。

一方で、超音波診断装置３０のデータ生成処理機能３８２は、複数のスキャンデータセットの領域間に重畳領域が存在するとき、複数のスキャンデータセットの領域間の重畳領域について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて重畳領域内の新規データを生成することで、ボリュームデータを生成する。

例えば、データ生成処理機能３８２は、同じ位置座標をもつ複数のデータの代表値を用いて新規データを生成する。画像生成回路３４は、代表値として、平均値を用いて新規データを生成することができる（図８（Ｄ）参照）。

また、データ生成処理機能３８２は、同じ位置座標をもつ複数のデータを、混合（ブレンド）比率を調整して混合することもできる。例えば、データ生成処理機能３８２は、超音波プローブ１０の移動操作の速度が閾値より低いデータの混合比率を高くすることができる。移動速度が低いほどフレームの密度が高く分解能が高いためである。また、例えば、データ生成処理機能３８２は、同じ位置座標をもつ複数のデータのうち、断面のスキャン中心位置に近いデータの混合比率を高くすることができる（図９参照）。スキャン中心位置から近いデータの方が画質の点で有利だからである。

続いて、超音波診断装置３０の動作について説明する。

図４及び図５は、超音波診断装置３０の動作をフローチャートとして示す図である。図４及び図５において、「ＳＴ」に数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。

図４について説明する。スキャン制御機能３８１は、送受信回路３１と、Ｂモード処理回路３２と、ドプラ処理回路３３と、画像生成回路３４と、２次元メモリ３５と、３次元メモリ３６等を制御して、結合モードによる超音波スキャンを開始させる（ステップＳＴ１）。超音波プローブ１０の移動操作は、超音波プローブ１０を把持する操作者により操作されてよいが、被検体の呼吸性等の動きを補正する目的で行われるオートスキャンや、操作者による超音波プローブ１０の操作を軽減する目的で行われるロボットアームスキャンにより行われてもよい。

スキャン制御機能３８１は、所定のスキャンデータセットにおけるデータ収集を開始する（ステップＳＴ２）。ステップＳＴ２によってデータ収集が開始されたスキャンデータセットにおいて、画像生成回路３４は、スキャン制御機能３８１による制御の下、所定断面のスキャンデータを生成する（ステップＳＴ３）。スキャン制御機能３８１は、所定のスキャンデータセットにおいて、スキャンデータの生成が終了したか否かを判断する（ステップＳＴ４）。例えば、スキャン制御機能３８１は、入力インターフェース４０を介した操作者による終了操作があったか否かに基づいて、スキャンデータの生成が終了したか否かを判断する。

ステップＳＴ４の判断にてＮＯ、すなわち、所定のスキャンデータセットにおいて、スキャンデータの生成が終了していないと判断される場合、画像生成回路３４は、スキャン制御機能３８１による制御の下、ステップＳＴ２によってデータ収集が開始されたスキャンデータセットにおいて、次の断面のスキャンデータを生成する（ステップＳＴ３）。

一方、ステップＳＴ４の判断にてＹＥＳ、すなわち、所定のスキャンデータセットにおいて、スキャンデータの生成が終了すると判断される場合、スキャン制御機能３８１は、時間的に離散した次のスキャンデータセットにおいてデータ収集を行うか否か、つまり、ステップＳＴ１によって開始された結合モードによる超音波スキャンを終了するか否かを判断する（ステップＳＴ５）。

ステップＳＴ５の判断にてＹＥＳ、すなわち、結合モードによる超音波スキャンを終了しないと判断された場合、スキャン制御機能３８１は、時間的に離散した次のスキャンデータセットにおけるデータ収集を開始する（ステップＳＴ２）。

一方、ステップＳＴ５の判断にてＮＯ、すなわち、結合モードによる超音波スキャンを終了すると判断された場合、スキャン制御機能３８１は、結合モードによる超音波スキャンを終了させる（ステップＳＴ６）。

図６は、時系列に離散した複数のスキャンデータセットの一例を示す図である。

図６（Ａ）は、時系列に離散した３個のスキャンデータセットの領域Ｄ１〜Ｄ３を示す斜視図である。隣り合う２個のスキャンデータセットの領域Ｄ１，Ｄ２は、重畳領域Ｒ１を形成する。隣り合う２個のスキャンデータセットの領域Ｄ２，Ｄ３は、重畳領域Ｒ２を形成する。

図６（Ｂ）は、時系列に離散した３個のスキャンデータセットの領域Ｄ１〜Ｄ３を示す上面図である。スキャンデータセットの領域Ｄ１は、ｋ（ｋ＝１，２，…）個のスキャンデータＤ１ｋを含む。スキャンデータセットの領域Ｄ２は、ｍ（ｍ＝１，２，…）個のスキャンデータＤ２ｍを含む。スキャンデータセットの領域Ｄ３は、ｎ（ｎ＝１，２，…）個のスキャンデータＤ３ｎを含む。

図５の説明に進んで、データ生成処理機能３８２は、スキャンデータに付帯された位置情報に基づいて、スキャン面上の各位置の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する（ステップＳＴ７）。データ生成処理機能３８２は、ステップＳＴ７によって算出されたスキャン面上の各位置の位置座標に基づいて、異なるスキャンデータセットの間で同じ位置座標をもつ複数のデータがあるか否かを判断する（ステップＳＴ８）。ステップＳＴ８の判断にてＹＥＳ、すなわち、異なるスキャンデータセットの間で同じ位置座標をもつ複数のデータがあると判断される場合、データ生成処理機能３８２は、双方のデータに基づいて新規データを生成する（ステップＳＴ９）。

ステップＳＴ９において、データ生成処理機能３８２は、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて重畳領域Ｒ１，Ｒ２内の新規データを生成する。例えば、データ生成処理機能３８２は、代表値としての平均値を用いて重畳領域Ｒ１，Ｒ２内の新規データを生成する。また、データ生成処理機能３８２は、複数のスキャンデータセットの領域間の隙間領域については、複数のスキャンデータセットのデータの補間処理により、新規データを生成すればよい。

図７及び図８は、新規データの生成方法を説明するための図である。

図７（Ａ）は、２個のスキャンデータセットの領域Ｄ１，Ｄ２を示す上面図である。図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す２個のスキャンデータセットの領域Ｄ１，Ｄ２の対応する位置座標Ｘに、被検体である右手Ｓが動いた後に形成されるスキャンデータセットの領域Ｄ３を重ねたものを示す図である。

また、図８（Ａ）は、図７（Ａ）に示す直線Ｌ上の信号強度（画素値）の分布を示す図である。直線Ｌは、Ｙ，Ｚ座標が一定の場合であって、複数のＸ座標に亘る直線である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す直線Ｌ上の信号強度の分布（破線）と、被検体である右手Ｓが動いた後に形成される図７（Ｂ）に示す直線Ｌ上の信号強度の分布（実線）とを示す図である。図８（Ｂ）の重畳領域Ｒ２において、スキャンデータセットの領域Ｄ２に対応する時間的に古いデータ「０」と、スキャンデータセットの領域Ｄ３に対応する時間的に新しいデータ（右手の人差指の先端部に相当）とが存在することになる。

図７（Ｂ）及び図８（Ｂ）に示すように、重畳領域Ｒ２に、同じ位置座標をもつ複数のデータが存在することになる。そこで、重畳領域Ｒ２について、３次元メモリ３６（又は、２次元メモリ３５）に記憶された時間的に古い方であるスキャンデータセットの領域Ｄ２のデータを、新しい方であるスキャンデータセットの領域Ｄ３のデータで上書きする方法を採ることもできる。つまり、重畳領域Ｒ２について、時間的に新しい方のデータを採用する（図８（Ｃ）に図示）。その方法によれば、スキャンデータセットの領域Ｄ１〜Ｄ３の中のスキャンデータのうち、同じ位置座標をもたないデータと、同じ位置座標をもつ最新のデータとを用いてボリュームデータを生成することになる。

しかし、新しい方のデータを採用する図８（Ｃ）の方法によれば、特に、超音波プローブ１０を右手Ｓ上で往復操作する場合、スキャンデータセットの領域のデータの取得における時間間隔が大きいため、超音波プローブ１０の操作中の右手Ｓの動きや位置ずれ等により、重畳領域内の画像のがたつきが発生するという問題がある。

そこで、データ生成処理機能３８２は、重畳領域Ｒ２について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて新規データを生成する（図８（Ｄ）に図示）。例えば、データ生成処理機能３８２は、同じ位置座標をもつ複数のデータの代表値、例えば平均値を用いて新規データを生成する。図８（Ｄ）では、重畳領域Ｒ２内の同じＸ軸上の位置座標において、スキャンデータセットの領域Ｒ２の信号強度Ｐ２と、スキャンデータセットの領域Ｒ３の信号強度Ｐ３との間の平均値で新規の信号強度（新規データ）が生成される。

データ生成処理機能３８２は、重畳領域Ｒ２について、３次元メモリ３６に記憶された時間的に古い方であるスキャンデータセットの領域Ｄ２のデータを、新しい方であるスキャンデータセットの領域Ｄ３のデータで上書きするのではなく、３次元メモリ３６に記憶されたスキャンデータセットの領域Ｄ２のデータを、新規データで上書きすればよい。新規データの生成により、超音波プローブ１０の操作中の右手Ｓの動きや位置ずれ等が発生しても、重畳領域Ｒ２内が滑らかに繋がれるので、重畳領域内の画像のがたつきが抑制される。

また、データ生成処理機能３８２は、重畳領域Ｒ２について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて新規データを生成する場合に限定されるものではない。例えば、データ生成処理機能３８２は、図８（Ｂ）に示すスキャンデータセットの領域Ｄ３全体の信号を、右手Ｓの位置ずれの分だけＺ軸方向にシフトしてもよい。Ｚ軸方向における右手Ｓの位置ずれは、図７（Ｂ）にも示す。

図５の説明に戻って、画像生成回路３４は、データ生成処理機能３８２による制御の下、同じ位置座標をもたないデータと、ステップＳＴ９によって生成された新規データとを用いてボリュームデータを生成する（ステップＳＴ１０）。

一方、ステップＳＴ８の判断にてＮＯ、すなわち、異なるスキャンデータセットの間で同じ位置座標をもつ複数のデータがないと判断される場合、画像生成回路３４は、データ生成処理機能３８２による制御の下、同じ位置座標をもたないデータを用いてボリュームデータを生成する（ステップＳＴ１１）。

データ生成処理機能３８２は、ステップＳＴ１０、又は、ＳＴ１１によって生成されたボリュームデータに基づいてレンダリング画像やＭＰＲ画像等の画像データを生成して、画像データを画像としてディスプレイ５０に表示させる（ステップＳＴ１２）。

なお、データ生成処理機能３８２は、代表値（例えば、平均値）を用いて重畳領域Ｒ１，Ｒ２内の新規データを生成する場合に限定されるものではない。例えば、データ生成処理機能３８２は、同じ位置座標をもつ複数のデータを、混合比率を調整して混合することもできる。例えば、画像生成回路３４は、超音波プローブ１０の移動操作の速度が閾値より低いデータの混合比率を高くすることができる。移動速度が低いほどフレームの密度が高く分解能が高いためである。また、例えば、データ生成処理機能３８２は、同じ位置座標をもつ複数のデータのうち、断面のスキャン中心位置に近いデータの混合比率を高くすることができる。

図９は、新規データの生成方法を説明するための図である。具体的には、図９は、同じ位置座標をもつ複数のデータのうち、断面のスキャン中心位置に近いデータの混合比率を高くする場合を説明するための図である。

図９は、スキャンデータセットＤ２に含まれるスキャンデータＤ２ｍと、スキャンデータセットＤ３に含まれるスキャンデータＤ３ｎとを示す。２個のスキャンデータＤ２ｍ，Ｄ３ｎの間には、重畳領域Ｒ２が存在する。重畳領域Ｒ２内の位置Ｑについては、スキャンデータＤ２ｍのスキャン中心位置Ｃ２よりも、スキャンデータＤ３ｎのスキャン中心位置Ｃ３に近い。よって、重畳領域Ｒ２内の位置Ｑについては、スキャンデータＤ３ｎの混合比率を高くする。

一方で、重畳領域Ｒ２内の位置Ｔについては、スキャンデータＤ３ｎのスキャン中心位置Ｃ３よりも、スキャンデータＤ２ｍのスキャン中心位置Ｃ２に近い。よって、重畳領域Ｒ２内の位置Ｔについては、スキャンデータＤ２ｍの混合比率を高くする。

このような混合比率をとることは、超音波画像の画質の点で有利である。

なお、超音波プローブ１０の移動操作の軌道がＸ軸方向で重なる場合（例えば、図３（Ｃ）に図示）について説明したがその場合に限定されるものではない。超音波プローブ１０の移動操作の軌道がＸ軸方向、Ｙ軸方向（すなわち、押圧方向）、Ｚ軸方向（すなわち、超音波プローブ１０のエレベーション方向）で重なる場合があり、また、それらを組み合わせた方向で重なる場合も有り得る。それらの場合においても同様に、重畳領域が現れ得るので、複数のスキャンデータセットの結合処理を行うことができる。

超音波診断装置３０によれば、超音波スキャン中に被検体が動いた場合等においても、時間的に離散した各スキャンデータセットの結合処理を適切に行うことができる。

２．医用画像処理装置
図１０は、実施形態に係る医用画像処理装置の構成及び機能を示す概略図である。

図１０は、実施形態に係る医用画像処理装置７０を示す。医用画像処理装置７０は、医用画像管理装置（画像サーバ）や、ワークステーションや、読影端末等であり、ネットワークを介して接続された医用画像システム上に設けられる。なお、医用画像処理装置７０は、オフラインの装置であってもよい。

医用画像処理装置７０は、処理回路７１と、メインメモリ７２と、入力インターフェース７３と、ディスプレイ７４と、ネットワークインターフェース７５とを備える。処理回路７１と、メインメモリ７２と、入力インターフェース７３と、ディスプレイ７４と、ネットワークインターフェース７５とは、図１に示す処理回路３８と、メインメモリ３９と、入力インターフェース４０と、ディスプレイ５０と、ネットワークインターフェース３７と同等の構成を有するものとして説明を省略する。

処理回路７１は、メインメモリ７２に記憶されたプログラムを実行することで、データ取得機能７１１と、データ生成処理機能７１２と、を実現する。なお、機能７１１，７１２の全部又は一部は、医用画像処理装置７０のプログラムの実行により実現される場合に限定されるものではなく、医用画像処理装置７０にＡＳＩＣ等の回路として備えられる場合であってもよい。

データ取得機能７１１は、ネットワークインターフェース７５を介して医用画像管理装置６０又は超音波診断装置３０から、スキャン制御機能３８１（図２に図示）によって生成されたデータを取得する機能を含む。なお、データ取得機能７１１は、データ取得部の一例である。

データ生成処理機能７１２は、データ取得機能７１１によって取得されたデータに基づいて、図２に示すデータ生成処理機能３８２と同等の機能を実現する。なお、データ生成処理機能７１２は、データ生成処理部の一例である。

なお、医用画像処理装置７０の動作については、図４及び図５に示す超音波診断装置３０の動作と同等であるので、説明を省略する。

医用画像処理装置７０によれば、超音波スキャン中に被検体が動いた場合等においても、時間的に離散した各スキャンデータセットの結合処理を適切に行うことができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、時間的に離散した各スキャンデータセットの結合処理を適切に行うことができる。

なお、スキャン制御機能３８１は、スキャン制御部の一例である。データ生成処理機能３８２，７１２は、データ生成処理部の一例である。データ取得機能７１１は、データ取得部の一例である。

なお、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１０ 超音波プローブ
２０ 位置センサ
３０ 超音波診断装置
３４ 画像生成回路
３５ ２次元メモリ
３６ ３次元メモリ
３８ 処理回路
３８１ スキャン制御機能
３８２ データ生成処理機能
７０ 医用画像処理装置
７１ 処理回路
７１１ データ取得機能
７１２ データ生成処理機能

Claims (9)

1. 超音波プローブの移動操作により断面の異なる複数のスキャンデータをスキャンデータセットとして生成し、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを結合してボリュームデータを生成する超音波診断装置であって、
   前記複数のスキャンデータセットの領域間の重畳領域について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて新規データを生成し、前記新規データを用いてボリュームデータを生成するデータ生成処理部
   を有する超音波診断装置。
2. 前記データ生成処理部は、前記複数のデータの代表値を用いて前記新規データを生成する、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記データ生成処理部は、前記代表値としての平均値を用いて前記新規データを生成する、
   請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記データ生成処理部は、同じ位置座標をもつ複数のデータを、混合比率を調整して混合する、
   請求項１に記載の超音波診断装置。
5. 前記データ生成処理部は、前記超音波プローブの移動操作の速度が閾値より低いデータの前記混合比率を高くすることで前記新規データを生成する、
   請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記データ生成処理部は、同じ位置座標をもつ複数のデータのうち、断面のスキャン中心位置に近いデータの前記混合比率を高くすることで前記新規データを生成する、
   請求項４に記載の超音波診断装置。
7. 前記データ生成処理部は、前記複数のスキャンデータセットの領域間の隙間領域について、前記複数のスキャンデータセットのデータの補間処理により、新規データを生成する、
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
8. 超音波プローブの移動操作により断面の異なる複数のスキャンデータをスキャンデータセットとして超音波診断装置によって生成された、時間的に離散した複数のスキャンデータセットを結合してボリュームデータを生成する医用画像処理装置であって、
   前記複数のスキャンデータセットの領域間の重畳領域について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて新規データを生成し、前記新規データを用いてボリュームデータを生成するデータ生成処理部
   を有する医用画像処理装置。
9. コンピュータに、
   超音波プローブの移動操作により断面の異なる複数のスキャンデータからなる複数のスキャンデータセットの領域間の重畳領域について、同じ位置座標をもつ複数のデータの双方を用いて新規データを生成する機能と、
   前記新規データを用いてボリュームデータを生成する機能と、
   を実現させる超音波データ処理プログラム。

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