JP2021112437A - 超音波診断装置及び三次元画像形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】４Ｄモードにおいてフリーズ操作があった場合に、送受信シーケンスを変更することなく、精細３Ｄ画像が表示されるようにする。【解決手段】空間的にずれた関係にあるＮ個の２Ｄ受信ビームアレイ４０〜４６が循環的に形成される。これにより得られたボリュームデータ列に基づいて、時系列順で並ぶ複数の３Ｄ画像からなる４Ｄ画像が形成及び表示される。フリーズ操作があった場合、ボリュームデータ列の中から選択された時間的に連なるＮ個のボリュームデータに基づいて、精細３Ｄ画像が形成及び表示される。【選択図】図２

Description

本発明は、超音波診断装置及び三次元画像形成方法に関し、特に、複数のボリュームデータに基づく三次元画像の形成に関する。

超音波診断装置は、生体に対して超音波を送受波することにより得られた受信情報に基づいて超音波画像を形成する装置である。超音波画像として、組織断面を表したＢモード断層画像、組織を立体的に表現した三次元画像、等が知られている。例えば、三次元画像は、生体内の三次元空間から得られたボリュームデータに基づくボリュームレンダリングにより形成される。以下、動画像としての三次元画像を「４Ｄ画像」と称し、４Ｄ画像を形成及び表示する動作モードを「４Ｄモード」と称する。また、静止画像としての三次元画像を「３Ｄ画像」と称し、３Ｄ画像を形成及び表示する動作モードを「３Ｄモード」と称する。

４Ｄモードにおいて、ボリュームレートが低い場合、プローブ移動時における４Ｄ画像の内容の追従性又は応答性が悪くなる。そこで、１ボリュームデータ当たりの受信ビーム本数（送受信回数といってもよい）が低減される。これによりボリュームレートが高められる。

静止画像である３Ｄ画像の詳細な観察に際しては、４Ｄモードから３Ｄモードへ動作モードが切り替えられる。その際、送受信シーケンスが変更される。具体的には、１ボリュームデータ当たりの受信ビーム本数が増大される。３Ｄモードの実行により、４Ｄ画像を構成する各３Ｄ画像よりも精細な３Ｄ画像が表示される。しかし、４Ｄモードから３Ｄモードへの切り替え時に、送受信条件の変更に起因してタイムラグが不可避的に生じてしまう。通常、３Ｄモードは１スキャンにわたって実行され、その実行後、送受信が停止した状態となる。なお、４Ｄモードの実行中にフリーズボタンをオンした場合、４Ｄ画像を構成していた最後の３Ｄ画像が静止画像として表示される。その３Ｄ画像の解像度は低く、それは詳細な観察に適しないものである。

特許文献１には、ボリュームレートを高める技術が開示されている。しかし、同文献には、フリーズ操作に連動したデータ処理については開示されていない。

特開２００８−７９８８５号公報

本発明の目的は、送受信シーケンスを変更することなく、４Ｄモードの実行後に精細３Ｄ画像を表示できるようにすることにある。

本開示に係る超音波診断装置は、４Ｄモードにおいて空間的にずれた関係を有するＮ（但しＮは２以上の整数）個の２Ｄ受信ビームアレイを循環的に形成することによりボリュームデータ列を取得する送受信手段と、前記４Ｄモードにおいて前記ボリュームデータ列に基づいて４Ｄ画像を形成し、前記４Ｄモードにおいてフリーズ操作があった場合に前記ボリュームデータ列の中から選択された時間的に連なるｎ個（但しｎは２以上Ｎ以下の整数）個のボリュームデータに基づいて精細３Ｄ画像を形成する画像形成手段と、を含むことを特徴とするものである。

本開示に係る三次元画像形成方法は、４Ｄモードにおいて空間的にずれた関係にあるＮ（但しＮは２以上の整数）個の２Ｄ受信ビームアレイを循環的に形成することにより得られたボリュームデータ列を処理する方法であって、前記４Ｄモードにおいて前記ボリュームデータ列に基づいて時系列順で並ぶ複数の３Ｄ画像からなる４Ｄ画像を形成する工程と、前記４Ｄモードにおいてフリーズ操作があった場合に、前記ボリュームデータ列の中から選択された時間的に連なるｎ（但しｎは２以上Ｎ以下の整数）個のボリュームデータに基づいて前記各３Ｄ画像よりも精細な精細３Ｄ画像を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。

本開示によれば、送受信シーケンスを変更することなく、４Ｄモードの実行後に精細３Ｄ画像を表示できる。

実施形態に係る超音波診断装置を示すブロック図である。 Ｎ個の２Ｄ受信ビームアレイの循環的形成を示す図である。 ４Ｄ画像の形成及び精細３Ｄ画像の形成を説明するための図である。 ボリュームレンダリングを示す図である。 ４Ｄ画像形成時の補間処理を示す図である。 精細３Ｄ画像形成時の補間処理を示す図である。 超音波診断装置の動作を示すフローチャートである。 Ｎを自動的に設定する方法を示すフローチャートである。 表示例を示す図である。 変形例を示すフローチャートである。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

（１）実施形態の概要
実施形態に係る超音波診断装置は、送受信手段、及び、画像形成手段を含む。送受信手段は、４Ｄモードにおいて、空間的にずれた関係を有するＮ（但しＮは２以上の整数）個の２Ｄ受信ビームアレイを循環的に形成することによりボリュームデータ列を取得する。画像形成手段は、４Ｄモードにおいて、ボリュームデータ列に基づいて４Ｄ画像を形成し、４Ｄモードにおいてフリーズ操作があった場合に、ボリュームデータ列の中から選択された時間的に連なるｎ（但しｎは２以上Ｎ以下の整数）個のボリュームデータに基づいて精細３Ｄ画像を形成する。

精細３Ｄ画像は、時間的に連なる複数のボリュームデータに基づいて作成される。それらのボリュームデータは、空間的にずれた関係を有する複数の２Ｄ受信ビームアレイの形成により取得されたものである。換言すれば、精細３Ｄ画像は、空間的にずれた関係を有する複数のボリュームデータに基づいて作成される。よって、精細３Ｄ画像の解像度は、４Ｄ画像を構成する個々の３Ｄ画像の解像度よりも高い。上記構成によれば、フリーズ操作後に送受信シーケンスあるいは送受信条件を変更することなく、４Ｄ画像の形成で用いたボリュームデータ列を利用して、精細３Ｄ画像を速やかに形成及び表示できる。上記構成によれば、モード切替に伴う追加的な送受信が不要となるという利点も得られる。

ｎをＮに一致させるのが望ましいが、ｎが２以上であれば、上記作用効果を得られる。送受信手段には、実施形態において、プローブ、送信回路、及び、受信回路が含まれる。送受信手段に更に送受信制御部が含まれてもよい。画像形成手段は、実施形態において、プロセッサにより構成される。なお、２Ｄは二次元を意味し、３Ｄは三次元を意味し、４Ｄは時間を含む四次元を意味する。

実施形態において、画像形成手段は、フリーズ状態への移行時に、最新ボリュームデータを含むＮ個のボリュームデータに基づいて精細３Ｄ画像を形成する。

一般に、フリーズ操作の直前に、一定期間にわたって４Ｄ画像の内容が注視され、その際、プローブは静止状態となる。そのような静止状態において、最新ボリュームデータセット（最新ボリュームデータを含むＮ個のボリュームデータ）が取得される。それを基礎として作成される精細３Ｄ画像（最新の精細３Ｄ画像）に含まれる空間的な歪みや時間的な歪みは、通常、非常に小さい。上記構成は、フリーズ操作の直後に、検査者にとって最も関心のある且つ高品質を有する精細３Ｄ画像を表示するものである。

実施形態において、画像形成手段は、４Ｄ画像形成手段、及び、精細３Ｄ画像形成手段を含む。４Ｄ画像形成手段は、ボリュームデータ列を構成する各ボリュームデータに基づく個別的なレンダリングにより、４Ｄ画像としての３Ｄ画像列を形成する。精細３Ｄ画像形成手段は、ボリュームデータ列の中から選択されたＮ個のボリュームデータからなるボリュームデータセットに基づくレンダリングにより精細３Ｄ画像を形成する。

精細３Ｄ画像は、４Ｄ画像を構成する各３Ｄ画像よりも、精細な画像であり、すなわち、各３Ｄ画像よりも高い解像度を有する画像である。通常、ボリュームデータ列は、リングバッファ等に格納されている。フリーズ状態において、ボリュームデータ列の中から選択するボリュームデータセットが段階的に又は連続的に変更されてもよい。すなわち、フリーズ後に、時間軸に沿って複数の精細３Ｄ画像が順次形成されてもよい。その際において時間的な分解能が問題となる場合、従来同様に、複数の通常３Ｄ画像が順次形成されてもよい。

実施形態においては、Ｎに与える数値を指定するための入力手段が設けられる。一般に、Ｎに与える数値を大きくした方が精細３Ｄ画像の解像度を高められるが、精細３Ｄ画像に含まれる空間的な歪みや時間的な歪みが大きくなる。そこで、フリーズ操作前のプローブ静止期間に応じてＮに与える数値を決定するのが望ましい。上記ｎに与える数値が入力手段により指定されてもよい。フリーズ後にｎに与える数値が変更されてもよい。

実施形態においては、判定手段、及び、設定手段が設けられる。判定手段は、４Ｄモードの実行を開始する前に取得されたデータ列に基づいてプローブ静止期間を判定する。設定手段は、プローブ静止期間に基づいてＮに与える数値を設定する。

上記構成によれば、ユーザーに負担を生じさせずに、Ｎに与える数値を最適化し得る。例えば、胎児の超音波検査においては、一般に、４Ｄモードを用いた検査の前にＢモードを用いた検査が行われる。Ｂモードの実行時に取得されたデータ列に基づいてプローブ静止期間を判定し得る。プローブ静止期間にボリュームレートを乗じることによりＮに与える数値が設定されてもよい。

実施形態においては、Ｎ個の２Ｄ受信ビームアレイには、第１の２Ｄ受信ビームアレイ、第２の２Ｄ受信ビームアレイ、第３の２Ｄ受信ビームアレイ、及び、第４の２Ｄ受信ビームアレイ、を含む。第２の２Ｄ受信ビームアレイは、第１の２Ｄ受信ビームアレイに対して第１走査方向にずれている。第３の２Ｄ受信ビームアレイは、第１の２Ｄ受信ビームアレイに対して第１走査方向に交差する第２走査方向にずれている。第４の２Ｄ受信ビームアレイは、第１の２Ｄ受信ビームアレイに対して第１走査方向及び第２走査方向にずれている。第１走査方向の受信ビームピッチの方が第２走査方向の受信ビームピッチよりも大きい場合、２Ｄ受信ビームアレイをシフトさせる方向として、第１走査方向が優先的に選択されてもよい。

実施形態においては、精細３Ｄ画像の表示に際してｎに与えられた数値を表示する表示処理手段が設けられる。この構成によれば、精細３Ｄ画像の観察時に、精細３Ｄ画像の形成条件を確認できる。ｎがＮとは異なる場合、Ｎに与えられた数値が更に表示されてもよい。

実施形態に係る三次元画像形成方法は、４Ｄモードにおいて空間的にずれた関係にあるＮ（但しＮは２以上の整数）個の２Ｄ受信ビームアレイを循環的に形成することにより得られたボリュームデータ列を処理する方法である。当該方法は、第１工程、及び、第２工程を含む。第１工程では、４Ｄモードにおいてボリュームデータ列に基づいて時系列順で並ぶ複数の３Ｄ画像からなる４Ｄ画像が形成される。第２工程では、４Ｄモードにおいてフリーズ操作があった場合に、ボリュームデータ列の中から選択された時間的に連なるｎ（但しｎは２以上且つＮ以下の整数）個のボリュームデータに基づいて各３Ｄ画像よりも精細な精細３Ｄ画像が形成される。

上記方法は、ハードウエアの機能として又はソフトウエアの機能として実現され得る。後者の場合、上記方法を実行するためのプログラムが、ネットワークを介して又は可搬型記憶媒体を介して、情報処理装置へインストールされる。情報処理装置の概念には、コンピュータ、超音波診断装置、画像処理装置、等が含まれる。

（２）実施形態の詳細
図１には、実施形態に係る超音波診断装置がブロック図として示されている。この超音波診断装置は、病院等の医療機関に設置され、生体に対して超音波を送受波することにより、超音波画像を形成する装置である。診断対象となる臓器は、例えば、母体内の胎児である。他の診断対象として、肝臓、腎臓、乳房、等があげられる。超音波診断装置は、多数の動作モードを備えている。図１には、その中で、Ｂモード及び４Ｄモードに関連する構成が示されている。

Ｂモードは、組織断面を表す断層画像を形成及び表示するモードである。動画像としてのリアルタイム断層画像は、時間軸上に並ぶ複数の断層画像により構成される。それらの断層画像を形成するために、超音波ビームの一次元走査が繰り返し実行される。１回の超音波ビーム一次元走査で１つのビーム走査面が形成される。ビーム走査面は二次元データ取込み領域である。Ｂモードの実行過程において、送受信を停止させるフリーズ操作が行われると、静止画像としての断層画像が表示される。

４Ｄモードは、動画像としての三次元画像（４Ｄ画像）を形成及び表示するモードである。４Ｄ画像は、時間軸上に並ぶ複数の３Ｄ画像により構成される。それらの３Ｄ画像を形成するために、超音波ビームの二次元走査が繰り返し実行される。１回の超音波ビーム二次元走査で１つの三次元データ取込み領域が形成される。４Ｄモードにおいては、通常、ボリュームレートが高められる。換言すれば、１つのボリュームデータの取得に際して形成される受信ビームの本数が削減される。

後に詳述するように、実施形態においては、４Ｄモードの実行過程において、フリーズ操作が行われると、それまでに得られたボリュームデータ列に基づいて、静止画像としての精細３Ｄ画像が形成及び表示される。精細３Ｄ画像は、４Ｄ画像を構成する個々の通常３Ｄ画像よりも、相対的に見て、高い解像度を有する画像である。

図１において、３Ｄプローブ１０は、二次元振動素子アレイを有している。二次元振動素子アレイにより超音波ビームが二次元走査される。図１においては、第１走査方向がθ方向であり、第２走査方向がφ方向である。深さ方向がｒ方向である。３Ｄプローブ１０は、検査者により保持され、３Ｄプローブ１０の送受波面が生体表面に当接される。

超音波ビームの走査に際しては、各種の電子走査方式を採用し得る。電子走査方式として、電子セクタ走査方式、電子リニア走査方式、等が知られている。例えば、第１走査方向及び第２走査方向に両方に電子セクタ走査方式を適用した場合、図１に示されるように、角錐状の三次元データ取込み領域１２が形成される。超音波ビームの二次元電子走査を繰り返し行うことにより、三次元データ取込み領域１２から複数のボリュームデータが順次取得される。それらはボリュームデータ列を構成する。

ボリュームデータの取得に際してはパラレル受信技術が利用される。それは、１つの送信ビーム１４当たり、複数の受信ビームからなる受信ビーム群１６を同時に形成するものである。例えば、４つの受信ビーム又は１６個の受信ビームが同時に形成される。これにより、ボリュームレートを上げることが可能となる。

一次元振動素子アレイを機械的に走査することにより三次元データ取込み領域１２が形成されてもよい。例えば、円筒形状の送受波面を有する３Ｄプローブにおいて、第１走査方向（長軸方向、円弧方向）において電子コンベックス走査を適用し、第２走査方向（短軸方向）において電子リニア走査を適用してもよい。体腔内挿入型３Ｄプローブが利用されてもよい。

送信回路１７は、送信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。送信回路１７は、送信時において、二次元振動素子アレイに対して複数の送信信号を供給する。これにより二次元振動素子アレイから生体内へ超音波が放射され、送信ビームが形成される。受信回路１８は、受信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。受信時において、生体内からの反射が二次元振動素子アレイにて受波されると、そこから受信回路１８へ複数の受信信号が出力される。受信回路１８において、複数の受信信号が遅延加算され、これによりビームデータが生成される。パラレル受信技術を利用する場合、１回の送受信当たり複数のビームデータが生成される。

一般に、１つのボリュームデータは複数のフレームデータにより構成され、１つのフレームデータは複数のビームデータにより構成される。１つのビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。３Ｄプローブ内に送信ビームフォーマー及び複数の受信サブビームフォーマーを設けてもよい。その場合には、受信回路１８はメインビームフォーマーとして機能する。Ｂモードにおいても３Ｄプローブ１０を使用し得る。その場合、３Ｄプローブ１０において、超音波ビームの一次元走査が繰り返し実行される。これにより、ビーム走査面が繰り返し形成される。

送信回路１７及び受信回路１８の動作は送受信制御部２０により制御される。送受信制御部２０の動作は主制御部２２により制御される。実施形態においては、４Ｄモードにおいて、送受信制御部２０の制御の下、特定のサブシーケンスが繰り返し実行される。サブシーケンスの１回の実行当たり、空間的にずれた関係を有するＮ個の２Ｄ受信ビームアレイが形成される。これについては後に詳述する。Ｎは２以上の整数であり、実施形態において、Ｎは４である。なお、空間的にずれた関係は、受信ビームの重なり合いが生じない関係を意味する。

図１に示されている構成例では、受信回路１８の後段に、シネメモリ２４が設けられている。シネメモリ２４は、４Ｄモードにおいて、各時刻において取得されたボリュームデータを一時的に格納するリングバッファである。シネメモリ２４には、一定時間にわたるボリュームデータ列が格納される。シネメモリ２４における書き込み単位は、エコーデータ、ビームデータ、フレームデータ又はボリュームデータである。シネメモリ２４からの読み出し過程で又は読み出し後に、各エコーデータに対して座標変換が適用される。例えば、ｒθφ座標系からｘｙｚ座標系への変換が実行される。シネメモリ２４への書き込み過程で座標変換が実行されてもよい。

なお、Ｂモードにおいて、シネメモリ２４には、一定時間にわたる複数のフレームデータが格納される。４Ｄモード用のシネメモリとＢモード用のシネメモリとが別々に設けられてもよい。実施形態においては、受信回路１８と複数の画像形成部２８，３０，３４との間にシネメモリ２４が設けられているが、複数の画像形成部２８，３０，３４に対して並列的にシネメモリ２４が設けられてもよい。

断層画像形成部２８は、Ｂモードにおいて、シネメモリ２４から読み出された時系列順の複数のフレームデータ（複数の受信フレームデータ）に基づいて、複数の断層画像データ（複数の表示フレームデータ）を生成するものである。それらの断層画像データが表示処理部３６へ送られる。断層画像形成部２８として、デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）を設けてもよい。断層画像形成部２８において、ボリュームデータから切り出された面データに基づいて、断層画像データが形成されてもよい。後述するように、Ｎ個のボリュームデータからなるボリュームデータセットから切り出された面データに基づいて、断層画像データが形成されてもよい。時系列順の複数の断層画像データは表示処理部３６を介して表示器３７に送られる。Ｂモードにおいて、表示器３７には、複数の断層画像データに基づいて、リアルタイム断層画像が動画像として表示される。

４Ｄ画像形成部３０は、４Ｄモードにおいて、シネメモリ２４から順次読み出される複数のボリュームデータに基づいて、複数の３Ｄ画像データを形成するものである。具体的には、個々のボリュームデータに基づくボリュームレンダリングにより３Ｄ画像データが形成される。時系列順で並ぶ複数の３Ｄ画像データにより、４Ｄ画像データが構成される。ボリュームレンダリングに代えてサーフェイスレンダリング等の他の三次元画像処理方法が適用されてもよい。４Ｄ画像形成部３０において生成された複数の３Ｄ画像データが、表示処理部３６を介して、表示器３７に送られる。表示器３７には、時系列順の複数の３Ｄ画像データに基づいて、４Ｄ画像が動画像として表示される。

精細３Ｄ画像形成部は、４Ｄモードにおいてフリーズ操作があった場合に、精細３Ｄ画像データを形成するものである。具体的には、精細３Ｄ画像形成部は、シネメモリに格納された時間的に連なるＮ個のボリュームデータに対するボリュームレンダリングにより精細３Ｄ画像データを形成する。Ｎ個のボリュームデータは、空間的にずれた関係を有するＮ個の２Ｄ受信ビームアレイの形成により取得されたものであり、端的に言えば、Ｎ個のボリュームデータは、時間的にずれた関係にあると同時に、空間的にずれた関係にある。それらの全体をボリュームレンダリングの対象とすることにより、通常の３Ｄ画像データよりも高い解像度をもった精細３Ｄ画像データを生成することが可能となる。精細３Ｄ画像データは、表示処理部３６を介して、表示器３７へ送られる。表示器３７には、精細３Ｄ画像が静止画像として表示される。

フリーズ操作の時点で、送受信が停止し、シネメモリ２４への新たなデータの書き込みが停止する。フリーズ操作後に、最初に、最新ボリュームデータセットに基づく最新の精細３Ｄ画像が表示される。最新ボリュームデータセットは、最後に取得された最新ボリュームデータを含む、時間的に連なるＮ個のボリュームデータにより構成される。その後、シネメモリ上のボリュームデータ列からのボリュームデータセット読み出し時相を過去に遡らせることにより、時間軸上に沿って精細３Ｄ画像を順次表示させることも可能である。プローブ移動過程で取得されたボリュームデータセットには、通常、多くの時間的な歪み及び空間的な歪みが含まれる。よって、そのような場合には、精細３Ｄ画像に代えて、４Ｄ画像を構成していた通常の３Ｄ画像を表示するようにしてもよい。

シネメモリ２４と精細３Ｄ画像との間に合成部３２を設けてもよい。合成部３２は、Ｎ個のボリュームデータを空間的に合成し、合成ボリュームデータを生成するものである。シネメモリ２４上のＮ個のボリュームデータを並列的に参照し得る場合には、合成部３２を設ける必要はない。

主制御部２２は、図１に示されている各要素を制御するものである。主制御部２２には操作パネル３８が接続されている。操作パネル３８は入力デバイスであり、それにはスイッチ、ボタン、トラックボール、キーボード等が含まれる。操作パネル３８には、フリーズスイッチも設けられている。操作パネル３８を利用して、上記Ｎ（及び後述するｎ）に与える数値がユーザーにより指定される。なお、表示器３７は、液晶表示器、有機ＥＬ表示器等により構成される。

符号４０で示される部分は、プロセッサにより構成される。プロセッサは、例えば、プログラムを実行するＣＰＵである。プロセッサが複数のデバイスにより構成されてもよい。シネメモリ２４は、例えば、半導体メモリにより構成される。

図２には、４Ｄモードにおけるサブシーケンス３９が示されている。送受信シーケンスは、サブシーケンス３９の繰り返しに相当する。実施形態においては、１回のサブシーケンス３９の実行により、４つの２Ｄ受信ビームアレイ４０，４２，４４，４６が順次形成される。それらは空間的にずれた関係を有する。

具体的に説明する。第１の２Ｄ受信ビームアレイ４０は、θ方向及びφ方向に並ぶ複数の受信ビーム４８により構成される。θ方向のピッチがΔθであり、φ方向のピッチがΔφである。グリッド５４は、第１の２Ｄ受信ビームアレイ４０を構成する複数の受信ビームの配列を示している。第１の２Ｄ受信ビームアレイ４０は、複数回の送受信により生成される。その過程で、１つの送信ビーム５０Ａ当たり、例えば、１６個の受信ビーム５２Ａが同時に形成される。図示の例では、二次元配列された１６個の受信ビーム５２Ａが同時に形成される。一次元配列された複数の受信ビームが同時に形成されてもよい。１個の送信ビーム５０Ａに対して４個の受信ビームが形成されてもよい。

第２の２Ｄ受信ビームアレイ４２は、θ方向及びφ方向に並ぶ複数の受信ビーム５６により構成される。第２の２Ｄ受信ビームアレイ４２における受信ビーム配列は、第１の２Ｄ受信ビームアレイ４０の配列（グリッド５４を参照）と同じであるが、互いにθ方向にΔθ１だけずれている。２つの配列は、φ方向において一致している。Δθ１は例えばΔθ／２である。第２の２Ｄ受信ビームアレイ４２の生成過程においても、１個の送信ビーム５０Ｂ当たり１６個の受信ビーム５２Ｂが同時に形成される。

第３の２Ｄ受信ビームアレイ４４は、θ方向及びφ方向に並ぶ複数の受信ビーム５８により構成される。第３の２Ｄ受信ビームアレイ４４における受信ビーム配列は、第１の２Ｄ受信ビームアレイ４０の配列（グリッド５４を参照）と同じであるが、互いにφ方向にΔφ１だけずれている。２つの配列は、θ方向において一致している。Δφ１は例えばΔφ／２である。第３の２Ｄ受信ビームアレイ４４の生成過程においても、１個の送信ビーム５０Ｃ当たり１６個の受信ビーム５２Ｃが同時に形成される。

第４の２Ｄ受信ビームアレイ４６は、θ方向及びφ方向に並ぶ複数の受信ビーム６０により構成される。第４の２Ｄ受信ビームアレイ４６における受信ビーム配列は、第１の２Ｄ受信ビームアレイ４０の配列（グリッド５４を参照）と同じであるが、互いにθ方向にΔθ１だけずれており、且つ、互いにφ方向においてΔφ１だけずれている。第４の２Ｄ受信ビームアレイ４６の生成過程においても、１個の送信ビーム５０Ｄ当たり１６個の受信ビーム５２Ｄが同時に形成される。

４つの２Ｄ受信ビームアレイ４０，４２，４４，４６を空間的に合成することにより、合成ビームアレイ６２が構成される。合成ビームアレイ６２は、個々の２Ｄ受信ビームアレイ４０，４２，４４，４６に対して、４倍のビーム密度を有する。合成ビームアレイ６２は、上記ボリュームデータセットに相当するものである。

図３には、４Ｄモードにおけるシネメモリ２４の記憶内容が示されている。ｔは時間軸を示している。ボリュームデータ列６７は、最新ボリュームデータＣｍを先頭とする複数のボリュームデータにより構成される。ここで、ボリュームデータＡｍは、ｍ番目の第１の２Ｄ受信ビームアレイの形成により取得されたものである。ボリュームデータＢｍは、ｍ番目の第２の２Ｄ受信ビームアレイの形成により取得されたものである。ボリュームデータＣｍは、ｍ番目の第３の２Ｄ受信ビームアレイの形成により取得されたものである。ボリュームデータＤｍ−１は、ｍ−１番目の第４の２Ｄ受信ビームアレイの形成により取得されたものである。

４Ｄモードにおいては、個々のボリュームデータごとに１つの３Ｄ画像６６が形成され、それらの連続的な表示により動画像としての４Ｄ画像が構成される。４Ｄモードにおいてフリーズ操作がなされると、その時点で送受信が停止し、シネメモリ２４への新たなボリュームデータの書き込みが行われなくなる。フリーズ操作の時点で、４つのボリュームデータＤｍ−１，Ａｍ，Ｂｍ，Ｃｍつまり最新ボリュームデータセット６８が読み出され、それらに基づくボリュームレンダリングにより精細３Ｄ画像７０が形成される。それが静止画像として表示される。通常、フリーズ操作の直前において４Ｄ画像が検査者によって注視され、その状態では３Ｄプローブが静止状態又はそれに近い状態となる。例えば、符号７１で示す期間においては、３Ｄプローブが静止しているとみなせる。精細３Ｄ画像は、そのような期間において取得された時間的に連なる複数のボリュームデータに基づいて作成される。

フリーズ操作の直後においては、最新ボリュームデータセットに基づいて精細４Ｄ画像が作成され、それが表示される。その後、必要に応じて、読み出し対象となるボリュームデータセットが変更される。例えば、１単位前のボリュームデータセット６８Ａに基づいて精細３Ｄ画像が形成され、２単位前のボリュームデータセット６８Ｂに基づいて精細３Ｄ画像が形成される。ユーザーの選択により、精細３Ｄ画像に代えて通常の３Ｄ画像が再生されてもよい。

図４には、ボリュームレンダリングが模式的に示されている。ボリュームデータ７２に対して複数の視線が設定され、個々の視線ごとに画素値が演算される。各画素値がスクリーン７８上に投影される。図４においては、視点７４から出る１つの視線Ｒ１が示されている。ボリュームデータ７２内において視線Ｒ１上に複数のサンプル点が設定される。個々のサンプル点ごとに、周囲の複数のエコー値を参照することにより、補間値が演算される。視線Ｒ１ごとに、先頭の補間値Ｑ１から最終の補間値Ｑｉまでの複数の補間値の全部又は一部を用いて、視線Ｒ１に対応する画素Ｐ１の画素値が演算される。ボリュームデータ７２内に三次元関心領域が設定される場合にはその三次元関心領域の内部に対してボリュームレンダリングが適用される。

図５及び図６には、補間値の演算が模式的に示されている。実際には、三次元空間において補間値が演算されるが、図５及び図６には二次元空間における補間値の演算が示されている。図５には、通常の３Ｄ画像を形成する場合における補間値の演算が示されている。符号４８ａは、エコー値を示している。図６には、精細３Ｄ画像を形成する場合における補間値の演算が示されている。符号４８ａ，５６ａ，５８ａ，６０ａは、４つの２Ｄ受信ビームアレイの形成により生成された４つのエコー値を示している。

図５において、補間値Ｑ３は、その周囲にあるエコー値Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ｄ１に基づく線形補間演算により求められる。図６において、補間値Ｑ３は、その周囲にあるエコー値Ａ２，Ｂ２，Ｃ２，Ｄ２に基づく線形補間演算により求められる。図６に示したボリュームデータにおけるデータ密度は、図５に示したボリュームデータにおけるデータ密度よりも高い。よって、実施形態によれば、高い解像度をもった精細３Ｄ画像を形成できる。

図７には、４Ｄモードにおける動作例が示されている。図７は、実施形態に係る三次元画像形成方法を示すものでもある。Ｓ１０では、Ｎが設定される。例えば、検査者によりＮに与える数値が指定される。Ｎは２以上の整数である。フリーズ操作直前のプローブ静止期間に応じてＮに与える数値を選択するのが望ましい。

Ｓ１２ではカウンタｋが初期化される。Ｓ１４では、第ｋ受信ビームアレイが形成される。これにより１つのボリュームデータが取得される。Ｓ１６では、フリーズ操作があったか否かが判定される。フリーズ操作がなかったと判定された場合、Ｓ１８において、現在のボリュームデータつまり最新ボリュームデータに基づくボリュームレンダリングが実行される。これにより３Ｄ画像が生成され、それがＳ２０で表示される。複数の３Ｄ画像の連続表示により４Ｄ画像が表示される。

Ｓ２２では、ｋがＮに到達したか否かが判定される。ｋがＮに到達していない場合、Ｓ２４において、ｋに１が加算されて、新たなｋが設定される。その後、Ｓ１４以降の工程が再び実行される。Ｓ２２において、ｋがＮに到達したと判定された場合、Ｓ１２においてｋが初期化され、その後、Ｓ１４以降の工程が再び実行される。

Ｓ１６において、フリーズ操作があったと判定された場合、Ｓ２６において、最新のボリュームデータを含むＮ個のボリュームデータからなる最新ボリュームデータセットに基づいてボリュームレンダリングが実行され、これにより精細３Ｄ画像が形成される。Ｓ２８で、その精細３Ｄ画像が静止画像として表示される。Ｓ３０では、フリーズが解除されたか否かが判定され、解除されていないと判定された場合には精細３Ｄ画像の表示が維持される。Ｓ３０において、フリーズが解除されたと判定された場合、Ｓ３２で４Ｄモードを続行させるか否かが判定され、続行させる場合には、Ｓ１２以降の工程が実行される。

図８には、Ｎを自動的に設定する方法の一例が示されている。Ｓ４０において、Ｂモードで超音波検査が実行される。Ｂモードにおいてフリーズ操作が行われた場合、Ｓ４４において、フリーズ操作前のプローブ静止期間が判定される。Ｓ４２において、４Ｄモードで超音波検査を行う場合、それに先立って、又は、その初期段階で、Ｓ４６において、Ｓ４４で判定されたプローブ静止期間に基づいてＮが設定される。設定されたＮに基づいて４Ｄモードを用いた超音波検査が実施される。

Ｓ４４において、フレーム間相関演算を用いてプローブ静止期間が判定されてもよい。具体的には、フリーズ後において、最新フレームを基準フレームとし、時間軸上において逆順で過去のフレームを順次選択し、基準フレームと過去のフレームとの間で相関値を演算し、基準フレームから相関値が閾値を超えるまでの期間をプローブ静止期間として判定してもよい。また、Ｓ４６において、プローブ静止期間に対してボリュームレートを乗算することによりＮを演算してもよい。

図９には表示例が示されている。表示像８４には精細３Ｄ画像８６が含まれる。その近傍には情報８８が表示される。その情報８８はＮに与えた数値を示している。なお、Ｎに与えた数値と共に又はそれに代えて、以下に示すｎに与えた数値が表示されてもよい。

図１０には変形例が示されている。図７に示した工程と同じ工程には同じステップ番号を付し、その説明を省略する。図１０に示す変形例では、Ｓ２５において、プローブ静止期間が判定され、プローブ静止期間に基づいてｎが決定される。ｎは２以上でＮ以下の整数である。Ｓ２６では、最新ボリュームデータを含むｎ個のボリュームデータ（最新ボリュームデータセット）に基づいてボリュームレンダリングが実行され、これにより精細３Ｄ画像が形成される。

Ｓ２６において、最新ボリュームデータを基準ボリュームデータとし、時間軸上において逆順で過去のボリュームデータが順次選択される。基準ボリュームデータと過去のボリュームデータとの間で相関値が演算される。相関値の変化から静止状態とみなせる期間が判定される。例えば、基準ボリュームデータを取得したタイミングから、相関値が閾値を超えるまでの期間がプローブ静止期間として判定される。

上記変形例によれば、プローブ静止期間にわたるｎ個のボリュームデータをボリュームレンダリングの対象にできるので、精細３Ｄ画像に含まれる空間的な歪みや時間的な歪みを非常に小さくできる。ビーム密度あるいは解像度の空間的な均一性を優先させる場合にはｎにＮを与えればよい。ｎ及びＮを自動的に決定する構成を採用することにより、ユーザーの負担を軽減できる。

上記実施形態によれば、４Ｄモードにおいてフリーズ操作を行った場合に従来においては得られなかった高画質の３Ｄ画像を表示できる。その際において、モード変更つまり送受信シーケンスの変更は不要であるので、タイムラグは生じない。なお、４Ｄモードにおいて、ドプラ情報に基づく４Ｄ画像及び精細３Ｄ画像が形成及び表示されてもよい。

１０ ３Ｄプローブ、１２ 三次元空間（三次元データ取込領域）、１４ 送信ビーム、１６ 受信ビーム群、２４ シネメモリ、２８ 断層画像形成部、３０ ４Ｄ画像形成部、３２ 合成部、３４ 精細３Ｄ画像形成部、３６ 表示処理部。

Claims (8)

1. ４Ｄモードにおいて空間的にずれた関係を有するＮ（但しＮは２以上の整数）個の２Ｄ受信ビームアレイを循環的に形成することによりボリュームデータ列を取得する送受信手段と、
   前記４Ｄモードにおいて前記ボリュームデータ列に基づいて４Ｄ画像を形成し、前記４Ｄモードにおいてフリーズ操作があった場合に前記ボリュームデータ列の中から選択された時間的に連なるｎ（但しｎは２以上Ｎ以下の整数）個のボリュームデータに基づいて精細３Ｄ画像を形成する画像形成手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
2. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記ｎは前記Ｎであり、
   前記画像形成手段は、フリーズ状態への移行時に、最新ボリュームデータを含むＮ個のボリュームデータに基づいて前記精細３Ｄ画像を形成する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. 請求項２記載の超音波診断装置において、
   前記画像形成手段は、
   前記ボリュームデータ列を構成する複数のボリュームデータに基づく個別的なレンダリングにより前記４Ｄ画像として３Ｄ画像列を形成する４Ｄ画像形成手段と、
   前記ボリュームデータ列の中から選択された前記Ｎ個のボリュームデータからなるボリュームデータ集合に基づくレンダリングにより前記精細３Ｄ画像を形成する精細３Ｄ画像形成手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
4. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記Ｎに与える数値を指定するための入力手段を含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
5. 請求項1記載の超音波診断装置において、
   前記４Ｄモードの実行を開始する前に取得されたデータ列に基づいてプローブ静止期間を判定する判定手段と、
   前記プローブ静止期間に基づいて前記Ｎに与える数値を設定する設定手段と、
   を含むことを特徴とする超音波診断装置。
6. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記Ｎ個の２Ｄ受信ビームアレイには、
   第１の２Ｄ受信ビームアレイ、
   前記第１の２Ｄ受信ビームアレイに対して第１走査方向にずれている第２の２Ｄ受信ビームアレイ、
   前記第１の２Ｄ受信ビームアレイに対して前記第１走査方向に交差する第２走査方向にずれている第３の２Ｄ受信ビームアレイ、及び、
   前記第１の２Ｄ受信ビームアレイに対して前記第１走査方向及び前記第２走査方向にずれている第４の２Ｄ受信ビームアレイ、
   が含まれることを特徴とする超音波診断装置。
7. 請求項１記載の超音波診断装置において、
   前記精細３Ｄ画像の表示に際して前記ｎに与えられた数値を表示する表示処理手段を含む、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
8. ４Ｄモードにおいて空間的にずれた関係にあるＮ（但しＮは２以上の整数）個の２Ｄ受信ビームアレイを循環的に形成することにより得られたボリュームデータ列を処理する方法であって、
   前記４Ｄモードにおいて前記ボリュームデータ列に基づいて時系列順で並ぶ複数の３Ｄ画像からなる４Ｄ画像を形成する工程と、
   前記４Ｄモードにおいてフリーズ操作があった場合に、前記ボリュームデータ列の中から選択された時間的に連なるｎ（但しｎは２以上Ｎ以下の整数）個のボリュームデータに基づいて前記各３Ｄ画像よりも精細な精細３Ｄ画像を形成する工程と、
   を含むことを特徴とする三次元画像形成方法。
   

Images