JP2023178079A - 超音波画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作者による観察対象に適した送信周波数の選択を容易にすること。【解決手段】実施形態に係る超音波画像処理装置は、画像取得部と、表示制御部とを備える。画像取得部は、複数の送信周波数のそれぞれに対応する複数の超音波画像を取得する。表示制御部は、画像取得部によって取得された複数の超音波画像を表示部に表示する。【選択図】 図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、超音波画像処理装置に関する。

医用分野では、超音波プローブの複数の振動子（又は圧電振動子）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、カラードプラ法（例えば、速度表示用血流映像モード）による超音波スキャンを行うことができる。超音波診断装置は、当該速度表示用血流映像モードにおいて、操作者から複数の送信周波数（中心周波数）のうち所定の送信周波数が選択されると、選択された送信周波数に対応する超音波を送信してカラードプラ画像を逐次取得する。そして、超音波診断装置は、Ｂモード画像の一部にカラードプラ画像を逐次合成してディスプレイ４０に表示する。

ここで、超音波の送信周波数に応じて、図１３に示すような特徴（トレードオフ）があることが一般的に知られている。そのため、操作者、特に、送信周波数に応じた特徴や、観察対象の特性、観察対象の周辺構造について理解の浅い操作者にとっては、観察対象に適した送信周波数の選択が困難な場合がある。

特開平１１－２７６４７７号公報

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、操作者による観察対象に適した送信周波数の選択を容易にすることができる。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限らない。後述する各実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。

実施形態に係る超音波画像処理装置は、画像取得部と、表示制御部とを備える。画像取得部は、複数の送信周波数のそれぞれに対応する複数の超音波画像を取得する。表示制御部は、画像取得部によって取得された複数の超音波画像を表示部に表示する。

図１は、実施形態に係る超音波画像処理装置を備える超音波診断装置の構成の一例を示す概略図。 図２は、実施形態に係る超音波画像処理装置に備えられる超音波送信回路と超音波受信回路との構成の一例を示すブロック図。 図３は、実施形態に係る超音波画像処理装置において設定される、複数の送信周波数から形成されるレートパルスを示す図。 図４は、実施形態に係る超音波画像処理装置による選択用画像の表示例を示す図。 図５は、実施形態に係る超音波画像処理装置の動作の一部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画像処理装置の動作の一部をフローチャートとして示す図。 図７は、実施形態に係る超音波画像処理装置の動作の一部をフローチャートとして示す図。 図８は、実施形態に係る超音波画像処理装置において設定される関心領域を示す図。 図９は、実施形態に係る超音波画像処理装置による選択用画像の表示例を示す図。 図１０は、実施形態に係る超音波画像処理装置による選択用画像の表示例を示す図。 図１１は、実施形態に係る超音波画像処理装置の第１変形例に備えられる超音波送信回路と超音波受信回路との構成の一例を示すブロック図。 図１２は、実施形態に係る超音波画像処理装置の第２変形例の動作の一部をフローチャートとして示す図。 図１３は、送信周波数に応じた特徴を表として示す図。

以下、図面を参照しながら、超音波画像処理装置の実施形態について詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る超音波画像処理装置１０を備える超音波診断装置１を示す。超音波診断装置１は、超音波画像処理装置１０の他、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とを備える。なお、超音波画像処理装置１０は、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０とのうちの少なくとも１個を含む場合もある。以下の説明では、超音波画像処理装置１０の外部に、超音波プローブ２０と、入力インターフェース３０と、ディスプレイ４０との全てが備えられる場合について説明する。

超音波画像処理装置１０は、超音波送信回路１１と、超音波受信回路１２と、画像メモリ１３と、ネットワークインターフェース１４と、処理回路１５と、メインメモリ１６とを備える。回路１１，１２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１１，１２の機能の全部又は一部は、処理回路１５がコンピュータ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。

超音波送信回路１１と超音波受信回路１２とは、処理回路１５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、超音波送信回路１１と超音波受信回路１２との両方が超音波画像処理装置１０に設けられる場合について説明するが、超音波送信回路１１と超音波受信回路１２との少なくとも一方は、超音波プローブ２０に設けられてもよいし、超音波画像処理装置１０と超音波プローブ２０との両方に設けられてもよい。

超音波送信回路１１は、図２に示すように、パルス発生回路１１１と、送信遅延回路１１２と、パルサ回路１１３とを備え、超音波プローブ２０の超音波振動子に駆動信号を供給する。パルス発生回路１１１は、所定の繰り返し周波数（ＰＲＦ：Pulse Repetition Frequency）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。

ここで、パルス発生回路１１１は、カラードプラ画像を生成するためのカラードプラ法（例えば、速度表示用血流映像モード）による超音波スキャンにおいて、後述するＢモード処理機能１５１とドプラ処理機能１５２とによる制御の下、選択された単一の送信周波数に対応するレートパルスを発生させてＢモード画像（カラードプラ画像を合成する背景画像）とカラードプラ画像とを取得する。加えて、パルス発生回路１１１は、後述するドプラ処理機能１５２による制御の下、送信周波数の選択用に、複数の送信周波数を含むレートパルスを発生させる。当該レートパルスを図３に例示する。図３（Ａ）の下段は、上段の３つの送信周波数（つまり、中心周波）（低周波数、中周波数、高周波数）の狭帯域から成形されるレートパルスを示す。また、図３（Ｂ）の下段は、上段の３つの送信周波数を包含する広帯域から成形されるレートパルスを示す。図３（Ａ）の下段、又は、図３（Ｂ）の下段に示すレートパルスにより、３つの送信周波数分の超音波送信が可能となる。

図２の説明に戻って、送信遅延回路１１２は、超音波プローブ２０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１１１が発生する各レートパルスに対し与える。送信方向又は送信方向を決定する送信遅延時間は、メインメモリ１６に記憶されており、送信時に参照される。パルサ回路１１３は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ２０に設けられる複数の超音波振動子へ駆動信号（駆動パルス）を印加する。送信遅延回路１１２により各レートパルスに対して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が任意に調整可能となる。

超音波送信回路１１は、処理回路１８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、送信駆動電圧を変更する機能は、例えば、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、又は、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。

超音波受信回路１２は、図２に示すように、アンプ回路１２１と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換回路１２２と、復調回路１２３と、ビームフォーマ１２４とを備え、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。ここで、超音波画像処理装置１０では、受信信号であるＲＦ（Radio Frequency）信号を遅延加算した後で直交検波（復調）を行いＩ（In-phase）信号とＱ（Quadrature-phase）信号からなるＩＱ信号に変換して超音波画像を生成する方法と、ＲＦ信号の直交検波を行ってＩＱのベースバンドに変換した後で遅延加算して超音波画像を生成する方法がある。前者は、ＲＦビームフォーミングとも呼ばれる。後者は、ＩＱビームフォーミングとも呼ばれる。図２は、ＩＱビームフォーミングの構成例を示す。なお、ＲＦビームフォーミングについては図１１を用いて後述する。

ＩＱビームフォーミングでは、画面に表示する深度に応じてエコーを間引いて（デシメーションして）、ビームフォーミングで処理するデータ量を少なくし、大量のビームを生成して、ビームの並列同時受信数を増やすことができるという特徴がある。エコーの間引きの有無と間引きレートは、超音波プローブ２０の種類や、超音波のモードや、超音波画像の表示深度や、超音波画像のズーム倍率等により決定される。

アンプ回路１２１は、超音波プローブ２０が受信した反射波信号をチャネルごとに増幅してゲイン補正処理を行う。このとき、アンプ回路１２１は、例えば、予め決められた時間応答に従ってゲイン値を変化させる。アンプ回路１２１において受信信号にかけられたゲインの時間応答は、メインメモリ１６に記憶される。Ａ／Ｄ変換回路１２２は、ゲイン補正された反射波信号をディジタル信号に変換する。

復調回路１２３は、後述する複数の送信周波数に対応する数、例えば、３つの送信周波数に対応する３つの復調回路（第１復調回路Ｄ１、第２復調回路Ｄ２、第３復調回路Ｄ３）を備える。パルス発生回路１１１により単一の送信周波数に対応するレートパルスが発生された場合、復調回路Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３のいずれか、例えば第１復調回路Ｄ１は、Ａ／Ｄ変換回路１２２の出力であるディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換する。

一方で、パルス発生回路１１１により複数の送信周波数を含むレートパルスが発生された場合、復調回路Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３はそれぞれ、Ａ／Ｄ変換回路１２２の出力である３つの送信周波数を含む信号から単一周波数を抽出してディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換する。例えば、第１復調回路Ｄ１は、３つの送信周波数を含む信号から低周波数を抽出してディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換する。第２復調回路Ｄ２は、３つの送信周波数を含む信号から中周波数を抽出してディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換する。第３復調回路Ｄ３は、３つの送信周波数を含む信号から高周波数を抽出してディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換する。

ビームフォーマ１２４は、復調回路１２３の出力であるＩＱ信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、遅延時間を与えたＩＱ信号を加算する。ビームフォーマ１２４の処理により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された受信信号が発生する。

ビームフォーマ１２４は、後述する複数の送信周波数に対応する数、例えば、３つの送信周波数に対応する３つのビームフォーマ（第１ビームフォーマＢ１、第２ビームフォーマＢ２、第３ビームフォーマＢ３）を備える。パルス発生回路１１１により単一の送信周波数に対応するレートパルスが発生された場合、ビームフォーマＢ１，Ｂ２，Ｂ３のいずれか、例えば第１ビームフォーマＢ１は、第１復調回路Ｄ１の出力であるＩＱ信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与えて加算する。

一方で、パルス発生回路１１１により複数の送信周波数を含むレートパルスが発生された場合、ビームフォーマＢ１，Ｂ２，Ｂ３はそれぞれ、復調回路Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３の出力であるＩＱ信号に遅延時間を与えて加算する。例えば、第１ビームフォーマＢ１は、第１復調回路Ｄ１の出力である低周波数のＩＱ信号に遅延時間を与えて加算する。第２ビームフォーマＢ２は、第２復調回路Ｄ２の出力である中周波数のＩＱ信号に遅延時間を与えて加算する。第３ビームフォーマＢ３は、第３復調回路Ｄ３の出力である高周波数のＩＱ信号に遅延時間を与えて加算する。

図１の説明に戻って、画像メモリ１３は、例えば、磁気的若しくは光学的記録媒体、又は半導体メモリ等のプロセッサにより読み取り可能な記録媒体等を有する。画像メモリ１３は、処理回路１５の制御による制御の下、複数の超音波画像を保存する。なお、画像メモリ１３は、記憶部の一例である。

ネットワークインターフェース１４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１４は、この各種プロトコルに従って、超音波診断装置１と、外部の医用画像管理装置２及び医用画像処理装置３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他、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１４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、超音波画像処理装置１０は、例えば超音波プローブ２０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１４は、ネットワーク接続部の一例である。

処理回路１５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１５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１６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１６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１５は、処理部の一例である。

メインメモリ１６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１６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１６は、処理回路１５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４０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３０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１６は、記憶部の一例である。

超音波プローブ２０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２０は小型、軽量に構成されており、ケーブル（又は無線通信）を介して超音波画像処理装置１０に接続される。

超音波プローブ２０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２０は、アレイ配列次元の違いにより、アジマス方向（すなわち長軸方向）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（すなわち短軸方向）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２０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２０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。

入力インターフェース３０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１５に出力する。なお、入力インターフェース３０は、入力部の一例である。

ディスプレイ４０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４０は、処理回路１５の制御に従って各種情報を表示する。なお、ディスプレイ４０は、表示部の一例である。

また、図１は、超音波診断装置１の外部機器である医用画像管理装置２と医用画像処理装置３とを示す。医用画像管理装置２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１等の機器に接続される。医用画像管理装置２は、超音波診断装置１によって生成された超音波画像をＤＩＣＯＭファイルとして管理する。

医用画像処理装置３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１や医用画像管理装置２等の機器に接続される。医用画像処理装置３としては、例えば、超音波診断装置１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３はオフラインの装置であって、超音波診断装置１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、超音波画像処理装置１０の機能について図１を用いて説明する。

処理回路１５は、メインメモリ１６、又は、処理回路１５内のメモリに記憶されたコンピュータプログラムを読み出して実行することで、Ｂモード処理機能１５１と、ドプラ処理機能１５２と、画像生成機能１５３と、表示制御機能１５４と、受付機能１５５とを実現する。Ｂモード処理機能１５１と、ドプラ処理機能１５２と、画像生成機能１５３とは取得機能Ｆを構成する。以下、機能１５１～１５５がコンピュータプログラムによって実現される場合を例に挙げて説明するが、機能１５１～１５５の全部又は一部は、超音波画像処理装置１０にＡＳＩＣ等の回路等の機能として設けられるものであってもよい。

画像取得機能Ｆは、超音波送信回路１１と、超音波受信回路１２等を制御して超音波プローブ２０を用いた超音波スキャンを実行させ、複数の送信周波数のそれぞれに対応する複数の超音波画像（例えば、カラードプラ画像）を取得する機能を含む。また、画像取得機能Ｆは、超音波送信回路１１と、超音波受信回路１２等を制御して超音波プローブ２０を用いた超音波スキャンを実行させ、単一の送信周波数に対応する超音波画像（例えば、Ｂモード画像）を取得する機能を含む。

Ｂモード処理機能１５１は、超音波送信回路１１と超音波受信回路１２とを制御し、超音波受信回路１２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。

ドプラ処理機能１５２は、超音波受信回路１２から受信した受信信号を周波数解析することで、スキャン領域に設定される関心領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）内にある移動体のドプラ効果に基づく運動情報を抽出したデータ（ドプラ情報）を生成する機能である。生成されたドプラ情報は、２次元的な超音波走査線上のドプラＲＡＷデータ（ドプラデータとも称する）としてＲＡＷデータメモリ（図示省略）に記憶される。

具体的には、ドプラ処理機能１５２は、例えば移動体の運動情報として、平均速度、平均分散値、平均パワー値などを複数のサンプル点それぞれで推定し、推定した運動情報を示すドプラデータを生成する。移動体は、例えば、血流や、心壁などの組織、造影剤である。ドプラ処理機能１５２により、血流の運動情報（つまり、血流情報）として、血流の平均速度、血流速度の分散値、血流信号のパワー値などを、複数のサンプル点それぞれで推定し、推定した血流情報を示すドプラデータを生成する。

さらに、ドプラ処理機能１５２は、カラーフローマッピング（ＣＦＭ：Color Flow Mapping）法とも呼ばれるカラードプラ法を実行することができる。ＣＦＭ法では、超音波の送受信が複数の走査線上で複数回行われる。そして、ＣＦＭ法では、例えば、同一位置のデータ列に対してＭＴＩ（Moving Target Indicator）フィルタを掛けることで、静止している組織、又は動きの遅い組織に由来する信号（クラッタ信号）を抑制して、血流に由来する信号を抽出する。そして、ＣＦＭ法では、抽出した血流信号を用いて、血流の速度、血流の分散、血流のパワーなどの血流情報を推定する。後述する画像生成機能１５３では、推定した血流情報の分布を、例えば、２次元でカラー表示したカラードプラ画像を超音波画像として生成する。なお、カラー表示とは、血流情報の分布を所定のカラーコードに対応させて表示させるものであり、グレースケールもカラー表示に含まれるものとする。

血流映像モードには、所望する臨床情報によって様々な種類がある。一般的には、血流の方向や血流の平均速度が可視化可能な速度表示用血流映像モードや、血流信号のパワーを可視化可能なパワー表示用血流映像モードがある。

前者の速度表示用血流映像モードは、血流の方向や血流の平均速度によってドプラシフト周波数に対応した色を表示するモードである。例えば、速度表示用血流映像モードは、流れの方向として、超音波プローブ２０に向かう流れを赤系色、遠ざかる流れを青系色で表し、それぞれの速度の違いを色相の違いで表す。速度表示用血流映像モードは、カラードプラモードや、カラードプライメージング（Color Doppler Imaging：ＣＤＩ）モードと呼ばれることもある。

後者のパワー表示用血流映像モードは、例えば、血流信号のパワーを赤系色の色相、色の明るさ（明度）又は彩度の変化で表すモードである。パワー表示用血流映像モードは、パワードプラ（Power Doppler：ＰＤ）モードと呼ばれることもある。パワー表示用血流映像モードは、速度表示用血流映像モードと比べて高感度に血流を描出できることから、高感度血流映像モードと呼ばれてもよい。

上述のＣＤＩモード及びＰＤモードの他にも、低流速の描出に特化した低流速用血流映像モードや、高分解能血流映像モードなどがある。

画像生成機能１５３は、超音波プローブ２０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を画像データとして生成する。例えば、画像生成機能１５３は、超音波画像として、Ｂモード処理機能１５１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モード画像を生成する。また、画像生成機能１５３は、超音波画像として、ドプラ処理機能１５２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。

ここで、画像生成機能１５３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を生成する。具体的には、画像生成機能１５３は、超音波プローブ２０による超音波の走査形態に応じて座標変換を行うことで、表示用の超音波画像を生成する。また、画像生成機能１５３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）等を行う。また、画像生成機能１５３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であり、画像生成機能１５３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。画像生成機能１５３は、スキャンコンバート処理前の２次元の超音波画像から、表示用の２次元の超音波画像を生成する。

表示制御機能１５４は、複数の送信周波数にそれぞれ対応する複数の超音波画像を選択用画像としてディスプレイ４０に表示する機能を含む。また、表示制御機能１５４は、単一の送信周波数に対応する超音波画像を観察用画像としてディスプレイ４０に表示する機能を含む。具体的には、表示制御機能１５４は、Ｂモード画像の一部に複数の送信周波数にそれぞれ対応する複数のカラードプラ画像（複数の選択用画像）を逐次合成した複数の合成画像をディスプレイ４０に表示したり、Ｂモード画像の一部に単一の送信周波数に対応するカラードプラ画像（観察用画像）を逐次合成した合成画像をディスプレイ４０に表示したりする。なお、選択用画像のディスプレイ４０への表示例を図４に示す。

表示制御機能１５４は、図４に示すように、Ｂモード画像に複数の選択用画像、例えば３個のカラードプラ画像が合成された３個の合成画像をディスプレイ４０に並べて表示させる。また、関心領域Ｒの各選択用画像は、逐次表示（更新表示）される。さらに、各選択用画像に折り返し現象（エイリアシング）が発生している場合には、表示制御機能１５４は、正確なカラー表示を得るために流速スケールを変更することができる。

なお、３つの選択用画像の表示はこの並列表示に限定されるものではない。例えば、表示制御機能１５４は、３つの選択用画像を１つずつ順次表示させてもよい。その場合、表示制御機能１５４は、Ｂモード画像の関心領域Ｒに低周波数のカラードプラ画像を合成して表示させ、一定期間の経過後に超音波の送受信を実行させて関心領域Ｒに中周波数のカラードプラ画像を合成して表示させ、一定期間の経過後に超音波の送受信を実行させて、関心領域Ｒに高周波数のカラードプラ画像を合成して表示させる。

受付機能１５５は、表示制御機能１５４によって表示された、複数の送信周波数にそれぞれ対応する複数の超音波画像から所定の超音波画像を選択する操作を受け付ける機能を含む。なお、受付機能１５５は、処理回路１５に必須の構成ではない。

続いて、機能１５１～１５５の動作について、図５～図１０を用いて説明する。図５～図７に示すフローチャートにおいて、「ＳＴ」に数字を付した符号は各ステップを示す。

超音波画像処理装置１０は、例えば、ＨＩＳ（Hospital Information Systems）等の検査依頼装置（図示省略）から検査オーダ情報を受信した後、カラードプラ法（例えば、速度表示用血流映像モード）による超音波スキャンの開始指示を受け付ける。操作者が観察対象（例えば、腹部大動脈）に向けて患者の体表に超音波プローブ２０の先端を当てると、Ｂモード処理機能１６１は、超音波送信回路１１と超音波受信回路１２等を制御して、超音波プローブ２０を用いた超音波スキャンを開始し、Ｂモード画像を、カラードプラ画像の背景画像として取得する（ステップＳＴ１）。ドプラ処理機能１５２は、入力インターフェース３０を介した操作者による操作に基づいて、ステップＳＴ１によって取得されたＢモード画像上に、血流情報の分布の表示を望む関心領域Ｒ（図８に図示）を設定する（ステップＳＴ２）。

ドプラ処理機能１５２は、入力インターフェース３０を介した操作者による操作に基づいて、送信周波数選択モードか否かを判断する（ステップＳＴ３）。ステップＳＴ３の判断にてＹＥＳ、すなわち、送信周波数選択モードであると判断された場合、ドプラ処理機能１５２は、超音波送信回路１１のパルス発生回路１１１を制御して、複数の送信周波数を含むレートパルス（図３に図示）を送信する（ステップＳＴ４）。

画像生成機能１５３は、超音波受信回路１２の第１ビームフォーマＢ１（図２に図示）の出力に基づいて、低周波数に対応する関心領域Ｒ内のカラードプラ画像を生成する（ステップＳＴ５）。そして、表示制御機能１５４は、Ｂモード画像の、ステップＳＴ２によって設定された関心領域Ｒに、低周波数に対応するカラードプラ画像（選択用画像）を合成した合成画像を表示する（ステップＳＴ６）。また、画像生成機能１５３は、超音波受信回路１２の第２ビームフォーマＢ２（図２に図示）の出力に基づいて、中周波数に対応する関心領域Ｒ内のカラードプラ画像を生成する（ステップＳＴ７）。そして、表示制御機能１５４は、Ｂモード画像の、ステップＳＴ２によって設定された関心領域Ｒに、中周波数に対応するカラードプラ画像（選択用画像）を合成した合成画像を表示する（ステップＳＴ８）。また、画像生成機能１５３は、超音波受信回路１２の第３ビームフォーマＢ３（図２に図示）の出力に基づいて、高周波数に対応する関心領域Ｒ内のカラードプラ画像を生成する（ステップＳＴ９）。そして、表示制御機能１５４は、Ｂモード画像の、ステップＳＴ２によって設定された関心領域Ｒに、高周波数に対応するカラードプラ画像（選択用画像）を合成した合成画像を表示する（ステップＳＴ１０）。ステップＳＴ６，ＳＴ８，ＳＴ１０による選択用画像の表示は図４に示すとおりである。３つの選択用画像は、３つの送信周波数を含むレートパルスにより得られた受信信号から抽出された３つの単一周波数の受信信号に基づいてそれぞれ生成されたものである。

なお、ステップＳＴ５及びＳＴ６の組と、ステップＳＴ７及びＳＴ８の組と、ステップＳＴ９及びＳＴ１０の組との処理順序は問わないし、また、同時に行われてもよい。さらに、表示制御機能１５４は、ステップＳＴ６，ＳＴ８，ＳＴ１０による表示を、いずれかの画像を選択可能なようにする。具体的には、表示制御機能１５４は、３つの選択用画像（又は、３つの合成画像）のうちいずれかの画像の押圧（タッチ）を検知して画像を選択するように構成されてもよいし、３つの選択用画像のうちいずれかの画像のクリックを検知して画像を選択するように構成されてもよいし、３つの選択用画像のうちいずれかの画像付近に設けられる「選択」ボタンのクリックを検知して画像を選択するように構成されてもよい。

受付機能１５５は、入力インターフェース３０を介した操作者による操作に基づいて、３つのカラードプラ画像のうちいずれかの画像、つまり、いずれかの送信周波数の選択を受け付けたか否かを判断する（ステップＳＴ１１）。３つのカラードプラ画像が、いずれかの画像を選択可能なように表示されると、操作者は、３つのカラードプラ画像を参照しながら所望のカラードプラ画像を選択することができる（図９参照）。そして、操作者により３つのカラードプラ画像から１つが選択されると、選択されたカラードプラ画像に対応する送信周波数が所望の送信周波数として選択される。

なお、操作者が図９に示すサイズの３つのカラードプラ画像のうちいずれか１つを選択する構成としてもよいが、３つのカラードプラ画像が関心領域Ｒを中心にそれぞれ拡大された３つの拡大画像（図１０に図示）から選択される構成としてよい。その場合、受付機能１５５が図９に示す「拡大」ボタンの押圧を受け付けると、表示制御機能１１４は、３つのカラードプラ画像（つまり、関心領域Ｒ）がそれぞれ拡大された３つの拡大画像（図１０に図示）をディスプレイ４０に表示させる。なお、この拡大表示の場合、操作者がスキャン領域全体を把握できるようにするために、拡大前の画像（例えば、低周波数）も並べて表示することが好適である。さらに、受付機能１５５が図１０に示す「縮小」ボタンの押圧を受け付けると、表示制御機能１１４は、３つの拡大画像がそれぞれ縮小された３つの画像（図９に図示）をディスプレイ４０に表示させる（元のサイズに戻す）。

図５の説明に戻って、ステップＳＴ１１の判断にてＹＥＳ、すなわち、いずれかの送信周波数の選択を受け付けた場合、ドプラ処理機能１５２は、超音波送信回路１１のパルス発生回路１１１を制御して、ステップＳＴ１１によって選択された送信周波数に対応するレートパルスを送信する（図６のステップＳＴ１２）。

画像生成機能１５３は、ステップＳＴ１１によって選択された送信周波数に対応する関心領域Ｒ内のカラードプラ画像を生成する（ステップＳＴ１３）。そして、表示制御機能１５４は、Ｂモード画像の、ステップＳＴ２によって設定された関心領域Ｒに、選択された送信周波数に対応するカラードプラ画像を合成した合成画像を観察用画像として表示する（ステップＳＴ１４）。操作者は、ステップＳＴ１４により表示された観察用画像を観察しながら、患者の観察対象の診断を行う。

ドプラ処理機能１５２は、入力インターフェース３０を介した操作者による操作に基づいて、超音波スキャンを終了するか否かを判断する（ステップＳＴ１５）。ステップＳＴ１５の判断によりＹＥＳ、すなわち、超音波スキャンを終了すると判断される場合、超音波画像処理装置１０は、超音波スキャンを終了する。

一方で、ステップＳＴ１５の判断によりＮＯ、すなわち、超音波スキャンを終了しないと判断される場合、ドプラ処理機能１５２は、次のフレームにおいて、ステップＳＴ１１によって選択された送信周波数に対応するレートパルスを送信する（ステップＳＴ１２）。

また、図５に示すステップＳＴ３の判断にてＮＯ、すなわち、送信周波数選択モードではないと判断される場合、図７（従来技術のフロー）に進んで、受付機能１５５は、入力インターフェース３０を介した操作者による操作に基づいて、送信周波数の選択を受け付ける（ステップＳＴ２１）。ドプラ処理機能１５２は、超音波送信回路１１のパルス発生回路１１１を制御して、ステップＳＴ２１によって選択された送信周波数に対応するレートパルスを送信する（ステップＳＴ２２）。

画像生成機能１５３は、ステップＳＴ２１によって選択された送信周波数に対応する関心領域Ｒ内のカラードプラ画像を生成する（ステップＳＴ２３）。そして、表示制御機能１５４は、Ｂモード画像の、ステップＳＴ２によって設定された関心領域Ｒに、ステップＳＴ２１によって選択された送信周波数に対応するカラードプラ画像を合成した合成画像を観察用画像として表示する（ステップＳＴ２４）。操作者は、ステップＳＴ２４により表示された観察用画像を観察しながら、患者の観察対象の診断を行う。

ドプラ処理機能１５２は、入力インターフェース３０を介した操作者による操作に基づいて、超音波スキャンを終了するか否かを判断する（ステップＳＴ２５）。ステップＳＴ２５の判断によりＹＥＳ、すなわち、超音波スキャンを終了すると判断される場合、超音波画像処理装置１０は、超音波スキャンを終了する。

一方で、ステップＳＴ２５の判断によりＮＯ、すなわち、超音波スキャンを終了しないと判断される場合、受付機能１５５は、新たな送信周波数の選択を受け付けたか否かを判断する（ステップＳＴ２６）。ステップＳＴ２６の判断にてＹＥＳ、すなわち、新たな送信周波数の選択を受け付けたと判断された場合、ドプラ処理機能１５２は、送信周波数を変更し（ステップＳＴ２７）、次のフレームにおいて、選択された新たな送信周波数に対応するレートパルスを送信する（ステップＳＴ２２）。一方で、ステップＳＴ２６の判断にてＮＯ、すなわち、新たな送信周波数の選択を受け付けていないと判断された場合、ドプラ処理機能１５２は、次のフレームにおいて、前のフレームと同一の送信周波数に対応するレートパルスを送信する（ステップＳＴ２２）。

図７に示すフローによれば、操作者は「１つの観察用画像」の表示（ステップＳＴ２４）を参照しながら送信周波数の変更操作（ステップＳＴ２６，ＳＴ２７）を繰り返すことになるので、検査時間の長期化による検査効率の悪化や患者の負担が生じることになる。

なお、図５のステップＳＴ１１において、受付機能１５５が３つの送信周波数のうちいずれか１つの選択を受け付ける場合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。例えば、受付機能１５５は、３つの送信周波数のうちいずれか２つの選択を受け付けてもよい。その場合、ドプラ処理機能１５２は、選択された２つの送信周波数を含むレートパルスを発生させて、表示制御機能１５４は、２つの選択用画像を表示する。そして、受付機能１５５は、２つの送信周波数のうちいずれか１つの選択を受け付ける。また、図５のステップＳＴ４～ＳＴ１１において、複数の送信周波数を含むレートパルスにより生成される選択用画像がカラードプラ画像である場合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。例えば、選択用画像は、Ｂモード画像であってもよい。

また、ドプラ処理機能１５２は、選択用画像のための３つの送信周波数（観察用画像のための単一の送信周波数についても同様）を、関心領域の位置に応じて選択すればよい。例えば、関心領域が体表から比較的近距離の場合は移動体が低速流であるので、ドプラ処理機能１５２は、高周波数側の３つの送信周波数を選択すればよいし、一方で関心領域が体表から比較的深部の場合は移動体が高速流であるので、ドプラ処理機能１５２は、低周波数側の３つの送信周波数を選択すればよい。また、ドプラ処理機能１５２は、選択用画像のための３つの送信周波数（観察用画像のための単一の送信周波数についても同様）を、関心領域内の最高流速レンジの周波数の速度レンジに応じて選択してもよい。さらに、ドプラ処理機能１５２は、選択用画像のための３つの送信周波数（観察用画像のための単一の送信周波数についても同様）を、機械学習を用いて設定してもよい。例えば、機械学習としてＣＮＮ（畳み込みニューラルネットワーク）や畳み込み深層信念ネットワーク（ＣＤＢＮ：Convolutional Deep Belief Network）等の、多層のニューラルネットワークを用いた深層学習が用いられる。ドプラ処理機能１５２は、関心領域の位置（又は、速度レンジ）と、その位置で採用された送信周波数との組により学習済みモデルを構築し、当該学習済みモデルに本検査における関心領域の位置を入力することで、優位な複数の送信周波数を出力することができる。

超音波画像処理装置１０によると、複数の送信周波数にそれぞれ対応する複数のカラードプラ画像を操作者に提示することができるので、操作者による送信周波数の選択を容易にすることができる。

（第１変形例）
図２では、ビームフォーミングの方式がＩＱビームフォーミングの場合を例に挙げて説明したが、ビームフォーミングの方式はＲＦビームフォーミングであってもよい。その場合を第１変形例として図１１を用いて説明する。

図１１は、ＲＦビームフォーミングの場合の超音波受信回路１２Ａとドプラ処理機能１５２Ａ等を示す。超音波受信回路１２Ａは、アンプ回路１２１と、Ａ／Ｄ変換回路１２２と、ビームフォーマ１２４Ａとを備え、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。図１１において、図２と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。

ビームフォーマ１２４Ａは、Ａ／Ｄ変換回路１２２の出力であるディジタル信号に受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。ビームフォーマ１２４Ａは、遅延時間を与えたディジタル信号を加算する。ビームフォーマ１２４Ａの処理により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された受信信号が発生する。

ドプラ処理機能１５２Ａは、ビームフォーマ１２４Ａの出力である３つの送信周波数を含む信号から単一周波数を抽出してディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換する。例えば、ドプラ処理機能１５２Ａは、３つの送信周波数を含む信号から低周波数を抽出してディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換し、中周波数を抽出してディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換し、高周波数を抽出してディジタル信号を復調することで、ディジタル信号をベースバンド帯域のＩＱ信号に変換する。そして、ドプラ処理機能１５２Ａは、ＩＱ信号を周波数解析することで、スキャン領域に設定される関心領域内のドプラ情報を生成する。

超音波画像処理装置１０の第１変形例によると、上述の効果と同様に、操作者による送信周波数の選択を容易にすることができる。

（第２変形例）
上述では、複数の選択用画像からいずれかを選択する構成について説明したが、選択用画像の組み合わせ、つまり、送信周波数の組み合わせを変更するように構成してもよい。その場合を第２変形例として図１２を用いて説明する。図１２において、図５と同一ステップには同一符号を付して説明を省略する。

ステップＳＴ１０の後、受付機能１５５は、入力インターフェース３０を介した操作者による操作に基づいて、送信周波数の組み合わせの変更を受け付けたか否かを判断する（ステップＳＴ３１）。ステップＳＴ３１の判断にてＹＥＳ、すなわち、送信周波数の組み合わせの変更を受け付けたと判断された場合、ドプラ処理機能１５２は、送信周波数の組み合わせを変更し（ステップＳＴ３２）、超音波送信回路１１のパルス発生回路１１１を制御して、変更後の組み合わせに対応する複数の送信周波数を含むレートパルスを送信する（ステップＳＴ４）。

一方で、ステップＳＴ３１の判断にてＮＯ、すなわち、送信周波数の組み合わせの変更を受け付けていないと判断された場合、受付機能１５５は、入力インターフェース３０を介した操作者による操作に基づいて、３つの選択用画像のうちいずれかの画像、つまり、いずれかの送信周波数の選択を受け付けたか否かを判断する（ステップＳＴ１１）。

このように、ステップＳＴ３１，ＳＴ３２によれば、操作者は、当初の３つの送信周波数である第１の送信周波数に対応する選択用画像と、第２の送信周波数に対応する選択用画像と、第３の送信周波数に対応する選択用画像とを参照し、その他の送信周波数による選択用画像を参照したい場合には、変更操作を行うことができる。そして、操作者は、当初の３つの送信周波数に代えて別の第４の送信周波数に対応する選択用画像と、第５の送信周波数に対応する選択用画像と、第６の送信周波数に対応する選択用画像とを参照し、その中からいずれかの画像を選択することができる。なお、最初に設定される第１～第３の送信周波数と変更後の第４～第６の送信周波数との優先順位は、上述したように、関心領域の位置や速度レンジから設定されてもよいし、学習済みモデルから設定されてもよい。

超音波画像処理装置１０の第２変形例によると、上述の効果に加え、複数の送信周波数にそれぞれ対応する複数の選択用画像の組み合わせを変更することができるので、操作者は多種の選択用画像から所望の送信周波数を選択することができる。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、操作者による観察対象に適した送信周波数の選択を容易にすることができる。

なお、画像取得機能Ｆは、画像取得部の一例である。Ｂモード処理機能１５１は、Ｂモード処理部の一例である。ドプラ処理機能１５２，１５２Ａは、ドプラ処理部の一例である。画像生成機能１５３は、画像生成部の一例である。表示制御機能１５４は、表示制御部の一例である。受付機能１５５は、受付部の一例である。

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、実施形態同士の組み合わせ、実施形態と１又は複数の変形例との組み合わせ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。

１…超音波診断装置
１０…超音波画像処理装置
１１…超音波送信回路
１２…超音波受信回路
１５…処理回路
２０…超音波プローブ
３０…入力インターフェース
４０…ディスプレイ
Ｆ…画像取得機能
１５１…Ｂモード処理機能
１５２，１５２Ａ…ドプラ処理機能
１５３…画像生成機能
１５４…表示制御機能
１５５…受付機能

Claims (14)

1. 複数の送信周波数のそれぞれに対応する複数の超音波画像を取得する画像取得部と、
   前記複数の超音波画像を表示部に表示する表示制御部と、
   を備える超音波画像処理装置。
2. 前記画像取得部は、前記複数の送信周波数を含むレートパルスを発生するように超音波送信部を制御し、前記レートパルスにより得られた受信信号から複数の送信周波数の受信信号をそれぞれ抽出することで生成された前記複数の超音波画像を取得する、
   請求項１に記載の超音波画像処理装置。
3. 前記画像取得部は、前記複数の超音波画像として複数のカラードプラ画像を取得する、
   請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
4. 前記表示制御部は、前記複数のカラードプラ画像に折り返し現象が発生している場合に、流速スケールを変更し、変更後の複数のカラードプラ画像を前記表示部に表示する、
   請求項３に記載の超音波画像処理装置。
5. 前記表示制御部は、Ｂモード画像に前記複数のカラードプラ画像を合成した複数の合成画像を表示する、
   請求項３に記載の超音波画像処理装置。
6. 前記表示制御部は、前記Ｂモード画像に設定された関心領域内に前記複数のカラードプラ画像を合成した複数の合成画像を前記表示部に表示する、
   請求項５に記載の超音波画像処理装置。
7. 前記複数の超音波画像を拡大表示の操作を受け付ける受付部、
   を備え、
   前記表示制御部は、前記関心領域を拡大表示するように前記複数の超音波画像を拡大して前記表示部に表示する、
   請求項６に記載の超音波画像処理装置。
8. 前記表示制御部は、前記複数の超音波画像を前記表示部に並べて表示する、
   請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
9. 前記表示制御部は、前記複数の超音波画像を順次１つずつ前記表示部に表示する、
   請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
10. 前記複数の超音波画像に対応する複数の送信周波数を変更する操作を受け付ける受付部、
    を備え、
    前記画像取得部は、前記受付部により変更後の複数の送信周波数のそれぞれに対応する複数の超音波画像を取得し、
    前記表示制御部は、前記受付部により変更後の複数の送信周波数のそれぞれに対応する複数の超音波画像を前記表示部に表示する、
    請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
11. 前記画像取得部は、前記複数の送信周波数を、前記複数の超音波画像を合成する関心領域の位置に応じて設定する、
    請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
12. 前記画像取得部は、前記複数の送信周波数を、前記複数の超音波画像を合成する関心領域内の最高流速レンジの周波数の速度レンジに応じて設定する、
    請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
13. 前記複数の超音波画像から所定の超音波画像を選択する操作を受け付ける受付部、
    を備え、
    前記画像取得部は、前記受付部により選択された所定の超音波画像に対応する単一の送信周波数に対応する超音波画像を取得し、
    前記表示制御部は、前記単一の送信周波数に対応する超音波画像を前記表示部に表示する、
    請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。
14. 前記画像取得部は、前記複数の超音波画像から関心領域の位置に基づき選択された所定の超音波画像に対応する単一の送信周波数に対応する超音波画像を取得し、
    前記表示制御部は、前記単一の送信周波数に対応する超音波画像を前記表示部に表示する、
    請求項１又は２に記載の超音波画像処理装置。

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