JP2020137568A - 超音波診断装置、医用画像処理装置、及び位置情報補正処理プログラム - Google Patents

超音波診断装置、医用画像処理装置、及び位置情報補正処理プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】超音波プローブの移動操作時に起こりがちな手ブレや血管の拍動等に起因する表示画像の歪みを抑制すること。【解決手段】実施形態に係る超音波診断装置は、データ取得部と、位置情報取得部と、平滑化処理部とを有する。データ取得部は、複数断面に係る超音波の複数の２次元画像データを取得し、複数の２次元画像データに複数の位置情報をそれぞれ対応付けて登録する。位置情報取得部は、データ取得部により複数の２次元画像データに対応付けられた複数の位置情報を取得する。平滑化処理部は、位置情報取得部により取得された複数の位置情報を時間軸方向に平滑化する。【選択図】図３

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、及び位置情報補正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２次元画像データを位置情報とともに取得し、複数の２次元画像データを位置情報に基づいて配置することでボリュームデータを生成することができる。
特開２０１７−２１３３５７号公報
本発明が解決しようとする課題は、超音波プローブの移動操作時に起こりがちな手ブレや血管の拍動等に起因する表示画像の歪みを抑制することである。
実施形態に係る超音波診断装置は、データ取得部と、位置情報取得部と、平滑化処理部とを有する。データ取得部は、複数断面に係る複数の２次元画像データを取得し、複数の２次元画像データに複数の位置情報をそれぞれ対応付けて登録する。位置情報取得部は、データ取得部により複数の２次元画像データに対応付けられた複数の位置情報を取得する。平滑化処理部は、位置情報取得部により取得された複数の位置情報を時間軸方向に平滑化する。
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３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４は、実施形態に係る超音波診断装置における、超音波プローブの移動操作と画像化領域との関係を示す図。 図５は、画像化領域の変動により得られる３次元画像データを示す図。 図６は、実施形態に係る超音波診断装置における、２次元画像データ（例えば、ローデータ）に付帯される位置情報の補正方法の概略を説明するための概念図。 図７は、実施形態に係る超音波診断装置において、平滑化処理の具体的な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の動作をフローチャートとして示す図。 図９は、実施形態に係る超音波診断装置において、平滑化位置情報に基づいて生成された３次元画像データを示す図。 図１０は、実施形態に係る超音波診断装置において、平滑化処理の具体的な方法を説明するための図。 図１１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、及び位置情報補正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５０と、ディスプレイ６０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５０と、ディスプレイ６０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５０と、ディスプレイ６０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を把持する操作者による超音波プローブ１０の移動操作により、断面の異なる複数の２次元画像データを位置情報と共に取得し、複数の２次元画像データを位置情報に従って配置してボリュームデータを生成することができる。ここで、２次元画像データは、スキャンコンバート処理前の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。以下、前者のデータを、ローデータ（Raw Data）と呼び、後者のデータを、ＳＣ（Scan Conversion）データと呼ぶ。
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。
なお、超音波プローブ１０が、高周波プローブであるリニアプローブである場合であって、比較的近い部位である頚動脈をスキャンする場合に、超音波プローブの移動操作時に起こりがちな手ブレや血管の拍動等に起因する表示画像の歪みを抑制するという効果が顕著である。
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（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び各軸からの傾き角（姿勢）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２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２（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２（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。Ｙ軸方向は、検査室内の鉛直方向で定義され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、Ｙ軸方向の直交方向として定義される。
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体表面に配置され、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、２次元画像生成回路３４と、２次元メモリ３５と、ボリューム生成回路３６、３次元メモリ３７と、３次元画像生成回路３８と、ネットワークインターフェース３９と、処理回路４０と、メインメモリ４１とを備える。回路３１〜３４，３６，３８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３１〜３４，３６，３８の機能の全部又は一部は、処理回路４０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３１〜４１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４０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４０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４０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４０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。
２次元画像生成回路３４は、処理回路４０による制御の下、送受信回路３１の受信回路から入力された受信信号に基づいて、時系列で複数の２次元画像データ、つまり、複数フレームに係る２次元画像データを生成する。２次元画像データの種類としては、Ｂモード画像データ、カラーモード画像データ、エラストグラフィー等のアプリケーションモード画像データ、等が挙げられる。
通常、カラーモード画像やアプリケーションモード画像は、背景画像としてＢモード画像上に重畳表示されるので、これらの画像を生成するモードの場合であってもＢモード画像データが生成される。カラーモード画像データやアプリケーションモード画像データはデータ領域が限局的であるので、後述する位置合せ回路２６による位置合せ処理には適していない。そこで、これらの画像を生成するモードの場合であってもＢモード画像データを用いた位置合せ処理を行うことが好適である。
２次元画像データの形態としては、ある時相に係る走査面内の複数のラスタデータから成るローデータや、ローデータがスキャンコンバージョン処理された後のＳＣデータが挙げられる。以下、特に言及する場合を除き、２次元画像データがローデータである場合を例にとって説明する。
２次元メモリ３５は、１フレーム当たり２軸方向に複数のメモリセルを備え、それを複数フレーム分備えた記憶回路である。２次元メモリ３５は、２次元画像生成回路３４によって生成された時系列で複数のローデータを記憶する。超音波プローブ１０は操作者によって移動操作されるので、時系列で複数のローデータは、すなわち、複数位置におけるデータである。各ローデータを構成する各ラスタデータには、システムタイマを用いて、ラスタデータ収集に係る時刻データが付帯される。
ボリューム生成回路３６は、２次元メモリ３５に記憶された複数のローデータを、後述する補正後の位置情報に応じて３次元メモリ３７に配列し、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３７内にボリュームデータを生成する。補間処理方法としては、公知の技術が用いられる。
３次元メモリ３７は、３軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向）に複数のメモリセルを備えた記憶回路である。３次元メモリ３７は、ボリューム生成回路３６によって生成されたボリュームデータを記憶する。
さらに、３次元画像生成回路３８は、３次元メモリ３７内のボリュームデータをディスプレイ６０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。３次元画像生成回路３８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、３次元画像生成回路３８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。
ネットワークインターフェース３９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３９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７０及び医用画像処理装置８０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３９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３９は、ネットワーク接続部の一例である。
処理回路４０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４０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４１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４１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４０は、処理部の一例である。
メインメモリ４１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４１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４１は、処理回路４０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６０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５０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４１は、記憶部の一例である。
入力インターフェース５０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４０に出力する。なお、入力インターフェース５０は、入力部の一例である。
ディスプレイ６０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６０は、処理回路４０の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ６０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７０及び医用画像処理装置８０を示す。医用画像管理装置７０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７０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８０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７０等の機器に接続される。医用画像処理装置８０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８０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３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４０が、メインメモリ４１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、データ取得機能４０１と、位置情報取得機能４０２と、平滑化処理機能４０３と、補正機能４０４と、表示制御機能４０５とを実現する。なお、機能４０１〜４０５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４０１〜４０５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。また、機能４０１〜４０５の一部又は全部は、超音波プローブ１０に設けられるものであってもよい。
データ取得機能４０１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等を制御して超音波スキャンを実行させる機能と、２次元画像生成回路３４等を制御して２次元画像データとしての複数のローデータを生成する機能と、２次元メモリ３５等を制御して複数のローデータのそれぞれに、位置センサ２０により収集された位置情報を対応付けて２次元メモリ３５に登録する機能を有する。なお、データ取得機能４０１は、データ取得部の一例である。
例えば、データ取得機能４０１は、磁場送信器（図示省略）を制御して磁場送信器から磁場を送信させると共に、位置センサ２０から超音波プローブ１０の複数の位置情報を時系列に収集する。位置情報とは、超音波プローブ１０の位置及び傾き角を含む。
データ取得機能４０１は、２次元画像生成回路３４によって生成された複数のローデータのそれぞれに、収集された位置情報を対応付ける。データ取得機能４０１は、複数のローデータのそれぞれに付帯された時刻データと、複数の位置情報にそれぞれ付帯された時刻データとを比較し、各ローデータの時刻に最も近接、直前、又は直後の時刻をもつ位置情報を当該ローデータに対応付ける。ここで、各ローデータの時刻は、各ローデータを構成する複数のラスタデータのうち最初のラスタデータに付帯された時刻であってもよいし、中央のラスタデータに付帯された時刻であってもよいし、複数のラスタデータの平均時刻であってもよい。
なお、複数のローデータと複数の位置情報との時刻を合わせる方法は、上記の場合に限定されるものではない。例えば、位置センサ２０による位置情報の収集をローデータの収集に同期させることで、位置情報が、対応するローデータに対応付けられてもよい。
データ取得機能４０１は、複数のローデータのそれぞれに位置情報を対応付けるために、複数のロー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、データ取得機能４０１は、各ロー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複数のローデータは２次元メモリ３５に記憶される。
又は、データ取得機能４０１は、複数のローデータのそれぞれに位置情報を対応付けるために、ローデータと位置情報とを対応テーブルに書込んでもよい。以下、複数のローデータのそれぞれに位置情報を対応付けるために、複数のローデータのそれぞれに位置情報が付帯される場合を例にとって説明する。
図４は、超音波プローブ１０の移動操作と画像化領域との関係を示す図である。
図４（Ａ）は、超音波プローブ１０を把持する操作者による加圧による画像化領域（スキャン領域）の概念を示す。図４（Ｂ）は、操作者による超音波プローブ１０の移動操作中における加圧加減の差に従ってＹ軸方向への変動する画像化領域の概念を示す図である。
図４（Ｂ）に示すような操作者による超音波プローブ１０の移動操作中における加圧加減の差により、歪んだ３次元画像が生成され表示されることになる。なお、加圧加減の差のみならず、呼吸や拍動による組織の動きにより画像化領域がＹ軸方向に変動する場合も有り得る。
図５は、図４（Ｂ）に示す画像化領域の変動により得られる３次元画像データを示す図である。なお、図５は、加圧加減の差による画像化領域の変動を起こし易い比較的浅い部位、例えば、頚動脈がＢモードによりスキャンされた場合の３次元画像データを示す。
図５に示すように、超音波プローブ１０の移動操作中における加圧加減の差により、歪んだ３次元画像データが生成されてしまう。図５では、図４（Ｂ）で説明したように、超音波プローブ１０がＺ軸の正方向に進むに従ってＹ軸方向への加圧加減の差が変化する場合について図示する。特に、Ｚ軸方向の範囲ｚ０では、Ｙ軸方向への画像化領域のずれが頻繁に起こり、画像全体の歪みを生じさせている。
そこで、３次元画像データの歪みを是正するために、超音波診断装置３０は、位置情報取得機能４０２と、平滑化処理機能４０３と、補正機能４０４とを備える。
図３の説明に戻って、位置情報取得機能４０２は、２次元メモリ３５から、データ取得機能４０１によって複数のローデータにそれぞれ付帯された複数の位置情報を取得する機能を含む。なお、位置情報取得機能４０２は、位置情報取得部の一例である。
平滑化処理機能４０３は、位置情報取得機能４０２によって取得された複数の位置情報を時間軸方向に平滑化する機能を含む。例えば、平滑化処理機能４０３は、超音波プローブ１０の位置情報としての３軸方向の位置座標をそれぞれ平滑化する（後述する図７に図示）。加えて、又は、その代替として、平滑化処理機能４０３は、超音波プローブ１０の位置情報としての、３軸方向の傾きをそれぞれ平滑化する（後述する図１０に図示）。なお、平滑化処理機能４０３は、平滑化処理部の一例である。
補正機能４０４は、２次元メモリ３５内の各ローデータの付帯情報の内容である平滑化前の位置情報を、平滑化処理機能４０３による平滑化後の位置情報に補正（置換）する機能を含む。これにより、２次元メモリ３５内の各ローデータには、補正後の位置情報（以下、「平滑化位置情報」と呼ぶ）が付帯されることになる。なお、補正機能４０４は、補正部の一例である。
図６は、超音波診断装置３０における、２次元画像データ（例えば、ローデータ）に付帯される位置情報の補正方法の概略を説明するための概念図である。
図６の左側に示すように、各ローデータには位置情報が付帯されている。平滑化処理機能４０３は、複数の付帯情報のそれぞれについて平滑化処理を行い、複数の平滑化位置情報を算出する。そして、各ローデータに付帯された位置情報が、平滑化処理機能４０３によって算出された平滑化位置情報に補正される。
図７は、平滑化処理の具体的な方法を説明するための図である。
図７（Ａ）は、異なる時間に取得された複数のローデータに対応する複数の位置情報Ｐ１〜Ｐ５を示す。位置情報Ｐ１に含まれる位置座標を、［Ｘ，Ｙ，Ｚ］＝［ｘ１，ｙ１，ｚ１］とし、位置情報Ｐ２に含まれる位置座標を、［Ｘ，Ｙ，Ｚ］＝［ｘ２，ｙ２，ｚ２］とし、位置情報Ｐ３に含まれる位置座標を、［Ｘ，Ｙ，Ｚ］＝［ｘ３，ｙ３，ｚ３］とし、位置情報Ｐ４に含まれる位置座標を、［Ｘ，Ｙ，Ｚ］＝［ｘ４，ｙ４，ｚ４］とし、位置情報Ｐ１に含まれる位置座標を、［Ｘ，Ｙ，Ｚ］＝［ｘ５，ｙ５，ｚ５］とする。
平滑化処理機能４０３は、各２次元画像データに対応する位置情報としての３軸方向の座標をそれぞれ時間軸方向に平滑化する。例えば、平滑化処理機能４０３は、時間軸方向に平均化したフィルタを用いて複数の位置座標を平滑化する（図７（Ｂ），（Ｃ）に図示）。また、例えば、平滑化処理機能４０３は、時間軸方向の距離に応じた重み付けを行うフィルタ、例えば、ガウシアンフィルタを用いて複数の位置座標を平滑化する（図７（Ｄ）に図示）。なお、重み付けを行うフィルタは、ガウス関数を利用したガウシアンフィルタに限定されるものではなく、他の関数を利用したフィルタであってもよい。
図７（Ｂ）は、注目の位置情報（グレー部分）がＰ３である場合を示す。平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＸ座標である位置ｘ３を、カーネル内の３個の位置ｘ２〜ｘ４を平均することで、位置ｘ３を平滑化する。なお、平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＹ座標である位置ｙ３や、Ｚ座標である位置ｚ３についても同様に処理する。
図７（Ｃ）は、注目の位置情報がＰ３である場合を示す。平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＸ座標である位置ｘ３を、カーネル内の５個の位置ｘ１〜ｘ５を平均することで、位置ｘ３を平滑化する。なお、平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＹ座標である位置ｙ３や、Ｚ座標である位置ｚ３についても同様に処理する。
図７（Ｄ）は、注目の位置情報がＰ３である場合を示す。平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＸ座標である位置ｘ３を、カーネル内の５個の位置ｘ１〜ｘ５を重み付け平均することで、位置ｘ３を平滑化する。なお、平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＹ座標である位置ｙ３や、Ｚ座標である位置ｚ３についても同様に処理する。
図３の説明に戻って、表示制御機能４０５は、ボリューム生成回路３６と、３次元メモリ３７等を制御して、２次元メモリ３５内の各ローデータと平滑化位置情報とに基づいて、３次元メモリ３７内にボリュームデータを生成する機能と、３次元画像生成回路３８等を制御して、ボリュームデータに基づいて表示用の３次元画像データを生成してディスプレイ６０に表示させる機能とを含む。なお、表示制御機能４０５は、表示制御部の一例である。
続いて、超音波診断装置３０の動作について説明する。
図８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８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。
なお、平滑化処理機能４０３による平滑化処理は、複数の２次元画像データを取得するスキャンの終了後に行われてもよいし、スキャン中に、取得された２次元画像データから略リアルタイムで行われてもよい。以下、前者の場合について説明する。
データ取得機能４０１は、入力インターフェース５０としてのデータ収集開始のボタンが操作者によって押圧されると、送受信回路３１を制御して、超音波プローブ１１からの超音波の送受信を実行させ、超音波プローブ１０の移動操作によるデータ収集を行う（ステップＳＴ１）。データ取得機能４０１は、２次元画像生成回路３４を制御して、ステップＳＴ１によって収集されたデータに基づいて、複数断面に係る複数のローデータを生成する（ステップＳＴ２）。なお、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、患者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。
また、データ取得機能４０１は、位置センサ２０から超音波プローブ１０の複数の位置情報を、各ローデータの位置情報として収集する（ステップＳＴ３）。データ取得機能４０１は、ステップＳＴ２によって生成された各ローデータに、ステップＳＴ３によって収集された位置情報を付帯する（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ４によって位置情報が付帯された複数のローデータは、２次元メモリ３５に記憶される。
２次元メモリ３５に記憶された、各ローデータに付帯された位置情報は、超音波プローブ１０の移動操作中における加圧加減の差の影響を受けたものである（図４（Ｂ）参照）。
位置情報取得機能４０２は、２次元メモリ３５から、ステップＳＴ４によって複数のローデータの付帯情報の内容である複数の位置情報を取得する（ステップＳＴ５）。平滑化処理機能４０３は、ステップＳＴ５によって取得された複数の位置情報を時間軸方向に平滑化する（ステップＳＴ６）。平滑化処理の方法については、図６及び図７を用いて説明したとおりである。
補正機能４０４は、２次元メモリ３５内の各ローデータの付帯情報の内容である平滑化前の位置情報を、ステップＳＴ６による平滑化後の平滑化位置情報に補正（置換）する（ステップＳＴ７）。これにより、２次元メモリ３５内の各ローデータには、平滑化位置情報が付帯されることになる。
表示制御機能４０５は、ボリューム生成回路３６と、３次元メモリ３７等を制御して、２次元メモリ３５内の各ローデータを平滑化位置情報に従って配置して、必要に応じて補間処理して、３次元メモリ３７内にボリュームデータを生成する（ステップＳＴ８）。３次元画像生成回路３８等を制御して、ボリュームデータに基づいて表示用の３次元画像データを生成して（ステップＳＴ９）、３次元画像データを３次元画像としてディスプレイ６０に表示させる（ステップＳＴ１０）。
図９は、平滑化位置情報に基づいて生成された３次元画像データを示す図である。図９（Ａ）は、図７（Ｂ）で説明した方法により求められた平滑化位置情報に基づいて生成された３次元画像データを示す。図９（Ｂ）は、図７（Ｃ）で説明した方法により求められた平滑化位置情報に基づいて生成された３次元画像データを示す。図９（Ｃ）は、図７（Ｄ）で説明した方法により求められた平滑化位置情報に基づいて生成された３次元画像データを示す。
図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す頚動脈の３次元画像データを、図５に示す頚動脈の３次元画像データと比較すると、Ｙ軸方向における変動が小さくなっていることが分かる。また、図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す３個の３次元画像データを比較すると、画像化領域のＹ軸方向への変動が解消されるという点においては、平滑化の度合いが大きい場合、言い換えれば、ガウシアンフィルタを用いて複数の位置情報が平滑化されることが好適である。
なお、位置情報は、２次元画像データに付帯されるものとして説明したがその場合に限定されるものではない。例えば、各２次元画像データに位置情報が対応付けられた対応テーブルを備え、平滑化処理機能４０３は、当該対応テーブルから取得された、各２次元画像データに対応付けられた位置情報を平滑化してもよい。
超音波診断装置３０によれば、超音波プローブ１０のＺ軸方向への移動操作により得られる複数の２次元画像データの位置情報を時間軸方向に平滑化することで、超音波プローブ１０のＺ軸方向への移動操作時のＹ軸方向への圧力変化に起因する画像化領域のＹ軸方向への変動を補正することができる。頚動脈等のように比較的浅い部位の場合、超音波プローブ１０の押し加減がもろに画像の歪みとなって表れるのでより効果が大きい。それにより、診断能に優れた適切な３次元画像データを表示することができる。一方で、腹部等のように比較的深い部位の場合は、超音波プローブ１０を強く押しても画像はあまり歪まないので効果が薄い。しかし、比較的深い部位の場合であっても、血管の拍動等に起因して画像が歪む場合があるので、比較的深い部位の場合であっても効果はあると考えられる。
２．変形例
平滑化処理機能４０３が超音波プローブ１０の位置情報に含まれる位置座標、つまり、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標をそれぞれ時間軸方向に平滑化する場合について説明した。しかしながらその場合に限定されるものではない。例えば、平滑化処理機能４０３は、超音波プローブ１０の位置情報に含まれる位置座標に加え、又は、その代替として、超音波プローブ１０の位置情報に含まれる傾き角、つまり、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からの傾き角をそれぞれ時間軸方向に平滑化してもよい。
図１０は、平滑化処理の具体的な方法を説明するための図である。
図１０（Ａ）は、異なる時間に取得された複数のローデータに対応する複数の位置情報Ｐ１〜Ｐ５を示す。位置情報Ｐ１に含まれる各軸からの傾き角を、［θＸ，θＹ，θＺ］＝［θＸ１，θＹ１，θＺ１］とし、位置情報Ｐ２に含まれる位置を、［θＸ，θＹ，θＺ］＝［θＸ２，θＹ２，θＺ２］とし、位置情報Ｐ３に含まれる位置を、［θＸ，θＹ，θＺ］＝［θＸ３，θＹ３，θＺ３］とし、位置情報Ｐ４に含まれる位置を、［θＸ，θＹ，θＺ］＝［θＸ４，θＹ４，θＺ４］とし、位置情報Ｐ１に含まれる位置を、［θＸ，θＹ，θＺ］＝［θＸ５，θＹ５，θＺ５］とする。
平滑化処理機能４０３は、各２次元画像データに対応する位置情報としての３軸方向からの傾き角をそれぞれ時間軸方向に平滑化する。例えば、平滑化処理機能４０３は、時間軸方向に平均化したフィルタを用いて複数の傾き角を平滑化する（図１０（Ｂ），（Ｃ）に図示）。また、例えば、平滑化処理機能４０３は、時間軸方向の距離に応じた重み付けを行うフィルタ、例えば、ガウシアンフィルタを用いて複数の傾き角を平滑化する（図１０（Ｄ）に図示）。なお、重み付けを行うフィルタは、ガウス関数を利用したガウシアンフィルタに限定されるものではなく、他の関数を利用したフィルタであってもよい。
図１０（Ｂ）は、注目の位置情報（グレー部分）がＰ３である場合を示す。平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＸ軸からの傾き角θｘ３を、カーネル内の３個の傾き角θｘ２〜θｘ４を平均することで、傾き角θｘ３を平滑化する。なお、平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＹ軸からの傾き角θｙ３や、Ｚ軸からの傾き角θｚ３についても同様に処理する。
図１０（Ｃ）は、注目の位置情報がＰ３である場合を示す。平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＸ軸からの傾き角θｘ３を、カーネル内の５個の傾き角θｘ１〜θｘ５を平均することで、傾き角θｘ３を平滑化する。なお、平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＹ軸からの傾き角θｙ３や、Ｚ軸からの傾き角θｚ３についても同様に処理する。
図１０（Ｄ）は、注目の位置情報がＰ３である場合を示す。平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＸ軸からの傾き角θｘ３を、カーネル内の５個の傾き角θｘ１〜θｘ５を重み付け平均することで、傾き角θｘ３を平滑化する。なお、平滑化処理機能４０３は、注目の位置情報Ｐ３のＹ軸からの傾き角θｙ３や、Ｚ軸からの傾き角θｚ３についても同様に処理する。
超音波診断装置３０の変形例により、超音波プローブ１０の位置のみならず、超音波プローブ１０の傾き角についても時間軸方向に平滑化処理すれば、上述の効果がより顕著に表れる。
３．医用画像処理装置
図１１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１１は、実施形態に係る医用画像処理装置８０を示す。医用画像処理装置８０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８０は、オフラインの装置であってもよい。
医用画像処理装置８０は、処理回路８１と、メインメモリ８２と、入力インターフェース８３と、ディスプレイ８４と、ネットワークインターフェース８５とを備える。処理回路８１と、メインメモリ８２と、入力インターフェース８３と、ディスプレイ８４と、ネットワークインターフェース８５とは、図１に示す処理回路４０と、メインメモリ４１と、入力インターフェース５０と、ディスプレイ６０と、ネットワークインターフェース３９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８１は、メインメモリ８２に記憶されたプログラムを実行することで、位置情報取得機能８１２と、平滑化処理機能８１３と、補正機能８１４と、表示制御機能８１５とを実現する。なお、機能８１２〜８１５の全部又は一部は、医用画像処理装置８０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８０にＡＳＩＣ等の回路として備えられる場合であってもよい。また、機能８１２〜８１５を医用画像システム上の複数の装置で分散して行う構成としてもよい。
メインメモリ８２は、ネットワークインターフェース８５を介して医用画像管理装置７０又は超音波診断装置３０から、データ取得機能４０１（図３に図示）によって取得された複数の２次元画像データ（例えば、ローデータ）及び位置情報を記憶する。
位置情報取得機能８１２は、メインメモリ８２から複数のローデータにそれぞれ付帯された複数の位置情報を取得する機能を含む。なお、位置情報取得機能８１２は、位置情報取得部の一例である。
平滑化処理機能８１３は、図３に示す平滑化処理機能４０３と同等の機能を実現する。なお、平滑化処理機能８１３は、平滑化処理部の一例である。
補正機能８１４は、図３に示す補正機能４０４と同等の機能を実現する。なお、補正機能８１４は、補正部の一例である。
表示制御機能８１５は、各ローデータと平滑化位置情報とに基づいてボリュームデータを生成する機能と、ボリュームデータに基づいて表示用の３次元画像データを生成してディスプレイ８４に表示させる機能とを含む。なお、表示制御機能８１５は、表示制御部の一例である。
なお、医用画像処理装置８０の動作については、図８に示す超音波診断装置３０のステップＳＴ５〜ＳＴ１０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８０によれば、超音波プローブ１０のＺ軸方向への移動操作により得られる複数の２次元画像データの位置情報を時間軸方向に平滑化することで、超音波プローブ１０のＺ軸方向への移動操作時のＹ軸方向への圧力変化に起因する画像化領域のＹ軸方向への変動を補正することができる。それにより、診断能に優れた適切な３次元画像データを表示することができる。
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、超音波プローブの移動操作時に起こりがちな手ブレや血管の拍動等に起因する表示画像の歪みを抑制することができる。
なお、データ取得機能４０１は、データ取得部の一例である。位置情報取得機能４０２，８１２は、位置情報取得部の一例である。平滑化処理機能４０３，８１３は、平滑化処理部の一例である。補正機能４０４，８１４は、補正部の一例である。表示制御機能４０５、８１５は、表示制御部の一例である。
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
４０ 処理回路
６０ ディスプレイ
４０１ データ取得機能
４０２ 位置情報取得機能
４０３ 平滑化処理機能
４０４ 補正機能
４０５ 表示制御機能
８０ 医用画像処理装置
８１ 処理回路
８４ ディスプレイ
８１２ 位置情報取得機能
８１３ 平滑化処理機能
８１４ 補正機能
８１５ 表示制御機能

Claims (11)

  1. 複数断面に係る超音波の複数の２次元画像データを取得し、前記複数の２次元画像データに複数の位置情報をそれぞれ対応付けて登録するデータ取得部と、
    前記データ取得部により前記複数の２次元画像データに対応付けられた前記複数の位置情報を取得する位置情報取得部と、
    前記位置情報取得部により取得された前記複数の位置情報を時間軸方向に平滑化する平滑化処理部と、
    を有する超音波診断装置。
  2. 前記平滑化処理部は、各２次元画像データに対応する位置情報としての３軸方向の位置座標をそれぞれ平滑化する、
    請求項１に記載の超音波診断装置。
  3. 前記平滑化処理部は、各２次元画像データに対応する位置情報としての、超音波プローブの３軸方向の傾きをそれぞれ平滑化する、
    請求項２に記載の超音波診断装置。
  4. 前記平滑化処理部は、各２次元画像データの付帯情報の内容である位置情報を平滑化する、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  5. 前記各２次元画像データの付帯情報の内容である平滑化前の位置情報を、平滑化後の位置情報に補正する補正部、
    をさらに有する請求項４に記載の超音波診断装置。
  6. 前記平滑化処理部は、各２次元画像データに位置情報が対応付けられたテーブルから取得された、各２次元画像データに対応付けられた位置情報を平滑化する、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  7. 前記平滑化処理部は、前記時間軸方向の距離に応じた重み付けを行うフィルタを用いて前記複数の位置情報を平滑化する、
    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. 前記平滑化処理部は、前記フィルタをガウシアンフィルタとして前記複数の位置情報を平滑化する、
    請求項７に記載の超音波診断装置。
  9. 前記平滑化処理部により平滑化された後の複数の位置情報に従って前記複数の２次元画像データを配置することでボリュームデータを生成するボリューム生成部、
    をさらに有する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超音波診断装置。
  10. 複数断面に係る超音波の複数の２次元画像データに対応付けられた複数の位置情報を取得する位置情報取得部と、
    前記位置情報取得部により取得された前記複数の位置情報を時間軸方向に平滑化する平滑化処理部と、
    を有する医用画像処理装置。
  11. コンピュータに、
    複数断面に係る超音波の複数の２次元画像データに対応付けられた複数の位置情報を取得する機能と、
    前記機能により取得された前記複数の位置情報を時間軸方向に平滑化する機能と、
    を実現させる位置情報補正処理プログラム。
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