JP3685737B2 - 超音波診断装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に３次元画像を形成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、血液透析に先立って或いは定期的に、血液を体外に取り出すための血管について、その状態を診断することが望ましい。すなわち、そのような血管に狭窄や閉塞等の不具合が起きていないかを確認しておく必要がある。血液透析では、一般的に腕の血管が利用されるが、従来においては、その血管の状態をＸ線造影法によって確認していた。近年、このＸ線造影法に代わる手法として、超音波を利用して血管の３次元画像具体的には血管内の血液部分の３次元画像を形成することが提案されている。
【０００３】
以下、図５を利用しながら説明する。図５には、被検体としての腕における２次元断層画像が示されている。ここで、符号１０８は、カップリング体１０２を有する超音波探触子である。このカップリング体１０２は変形自在の膜の内部に液体の音響媒体が充填された構成を有している。このカップリング体１０２を腕表面１００に当接させることによって、その当接面における空気層を排除することができる。このカップリング体１０２を介して腕に超音波ビームをＸ軸方向に電子リニア走査させてＸ−Ｚ平面に平行な走査面１１２を形成し、この走査面１１２から取り込まれるエコーデータに基づいて、２次元断層画像が形成される。実際には、この超音波探触子１０８がさらにＹ軸方向に機械走査されることによって、互いに平行な複数の走査面１１２が形成され、これらの集合体としての３次元領域が形成される。この３次元領域内におけるエコーデータに基づいて３次元画像が形成されるが、この３次元画像を形成するにあたっては、例えば特開平１０−３３５３８号公報に記述された３次元画像処理方法によるボリュームレンダリング演算を利用すればよい。
【０００４】
このボリュームレンダリング演算は、例えば胎児表面を描出するために、エコー値の大きいエコーデータを優位的に描出するような演算処理を行なっている。この演算は、各超音波ビーム上のエコーデータの列に沿って、各エコーデータごとに実行される。その演算結果は、そのエコーデータのＺ軸方向すなわち深さ方向に位置する隣のエコーデータに引き渡され、そのエコーデータにおけるボリュームレンダリング演算において利用される。このように、各エコーデータがエコーデータ列に沿って累積的に演算され、ある演算終了条件を満たした場合、そのときの演算結果がその超音波ビームに対応した画素値すなわちビーム対応画素値である。このようなビーム画素値を３次元領域内の各超音波ビームに関して算出し、それらを３次元マッピングすることによって３次元領域をＸ−Ｙ面に平行な投影面に投影したような３次元画像が形成される。
【０００５】
ここで、このボリュームレンダリング演算を用いると、他の３次元画像処理方法を利用する場合と同様に、エコー値の大きい生体組織がより顕著に描出された３次元画像が形成される。しかしながら、被検体の生体組織のうち血管内の血液部分１０４（以下血液部分と略称する）などの液体部分におけるエコーデータのエコー値は、液体部分以外の生体組織すなわち実組織１０６におけるエコーデータのエコー値に比べて小さい。したがって、エコー値の小さい血液部分１０４を描出した３次元画像を形成するためには、ボリュームレンダリング演算に先立って、特開平４−３４８７４５号公報に記載されているようにエコー値を反転することが望ましい。エコー値を反転することによって、血液部分１０４のエコー値は大きくなるとともに、実組織１０６のエコー値が小さくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図５に示す２次元断層画面上の各エコーデータのエコー値を上述のように反転すると、内部に音響媒体が充填されたカップリング体１０２のエコー値もまた大きくなってしまう。上述したように、ボリュームレンダリング演算ではエコー値の大きなエコーデータが優位的に描出される。したがって、演算経路上にカップリング体１０２のエコーデータが含まれていると、このカップリング体１０２におけるエコーデータもボリュームレンダリング演算されてしまい、血液部分１０４がカップリング体１０２の中に埋没し、３次元画像として描出されなくなる。そこで、カップリング体１０２のエコーデータ部分を分離するために、演算範囲すなわち関心領域（ＲＯＩ）１１０を設定し、これによって、ボリュームレンダリング演算がなされる範囲を絞り込む方法が考えられる。ＲＯＩ１１０を設定することによって、ＲＯＩ１１０の上端を演算開始点として、Ｚ軸方向に各超音波ビームに沿って、ＲＯＩ１１０内におけるエコーデータがボリュームレンダリング演算される。
【０００７】
先ず、カップリング体１０２の部分をできる限り排除するために、図５（ａ）に示されるように、ＲＯＩ１１０の上辺が腕表面１００に接するように設定する場合について説明する。このようにＲＯＩ１１０を設定したとしても、カップリング体１０２の端部分１０２ａ及び１０２ｂがＲＯＩ１１０内に含まれてしまう。したがって、この端部分１０２ａ又は１０２ｂが演算経路上に含まれるエコーデータ列では、これらの端部分１０２ａ及び１０２ｂが、血液部分１０４と区別なくボリュームレンダリング演算されてしまう。その結果、３次元画像上で血液部分１０４はカップリング体１０２の下に隠れ、観察することができない。
【０００８】
次に、完全にカップリング体１０２の部分を排除するために、図５（ｂ）に示されるように、ＲＯＩ１１０を設定する場合について説明する。この場合、腕の表面付近存在する血液部分１０４ａ及び１０４ｂの一部もしくは全部がＲＯＩにより除外されてしまう。その結果、血液部分１０４の形状を正しく３次元画像として描出することができない。
【０００９】
なお、被検体が例えば腕の場合には、腕の肘関節から手首にわたる腕表面の形状はその長手方向において一様ではない。したがって、あらかじめ腕表面１００の形状に合ったＲＯＩを用意しておくことも困難である。
【００１０】
一方、腕表面１００とＲＯＩ１１０を一致させるために、医師等が２次元断層像を見ながら、腕表面１００の位置をなぞってＲＯＩの上端を直接入力設定する方法が考えられる。しかしながら、Ｙ軸方向に亘って形成される数多くの２次元断層画像のそれぞれに対してこの入力設定を行う必要があり、作業が煩雑となる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、カップリング体を有する超音波探触子を用いて被検体の３次元画像を形成する際に、カップリング体の影響を受けない３次元画像を形成することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被検体表面に当接される変形自在のカップリング体を介して被検体の３次元領域に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームごとにエコーデータ列を出力する超音波ビーム形成手段と、前記エコーデータ列を構成する各エコーデータのエコー値に基づいて、前記被検体と前記カップリング体との境界を前記エコーデータ列に沿って検出する境界検出部と、前記超音波ビームごとに検出された境界に基づいて、前記超音波ビームごとに前記カップリング体が除外される深さ位置に演算開始点を設定する演算開始点設定部と、前記エコーデータ列ごとにその前記演算開始点から深さ方向へ所定のレンダリング演算を実行し、各エコーデータ列ごとにビーム対応画素値を求める演算部と、前記ビーム対応画素値を２次元マッピングして、前記３次元領域を表わす３次元画像を形成する画像形成部と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、カップリング体におけるエコーデータのエコー値と、被検体内におけるエコーデータのエコー値との違いに基づいて、被検体表面としての境界が検出される。ここで、この境界は各超音波ビームごとすなわちエコーデータ列ごとに検出され、各境界に対してそれぞれカップリング体が排除される深さ位置に演算開始点が設定される。したがって、被検体表面の形状によらずにカップリング体の影響を受けない３次元画像を得ることができる。
【００１４】
ここで、境界検出部は、例えば、各エコーデータにおけるエコー値と、境界を検出するための閾値とを比較する構成であることが望ましい。しかし、これに限らず、例えば、隣り合うエコーデータ同士のエコー値の差分をとって、前記境界を検出するための閾値とその差分値とを比較する構成等であってもよい。なお、本発明の記載において、エコー値を輝度情報として表わした輝度値も含んでエコー値と表現されている。
【００１５】
本発明の好適な態様では、前記３次元領域内に関心領域を設定する関心領域設定部を含み、前記境界検出部は、前記関心領域内において前記境界を検出することを特徴とする。関心領域を設定することによって、境界検出に不必要なエコーデータを排除してエコーデータを絞り込むことができる。これにより、境界検出における演算処理量を軽減することができるとともに、境界検出に関する誤判定を低減することができる。
【００１６】
本発明の好適な態様では、更に、前記演算部は、前記関心領域内において前記所定のレンダリング演算を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の好適な態様では、前記所定のレンダリング演算に先立って、エコーデータ列を構成する各エコーデータごとにそのエコー値を所定のデータ反転関数に従って反転する反転部を含み、前記演算部は、その反転処理後のエコーデータから構成されるエコーデータ列に対して所定のレンダリング演算を実行することを特徴とする。ここで、データ反転関数は、反転テーブルとして装置内に格納されていることが望ましいが、これに限らず、いわゆる関数として装置内に格納されている構成であってもよい。また、データ反転関数は外部入力される構成であってもよい。
【００１８】
上記構成によれば、所定のレンダリング演算に先立ってエコーデータのエコー値が反転される。したがって、例えば、被検体内におけるエコー値の小さな生体組織に関して明りょうな３次元画像を形成することができる。このとき、カップリング体の内部が、例えば液体などのエコー値の小さい物質で満たされている場合であっても、カップリング体と被検体との境界が検出されることに変わりはない。
【００１９】
本発明の好適な態様では、更に、前記所定のデータ反転関数は、被検体内の実組織に対して血管内の血液部分を強調識別させる関数であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の好適な態様では、前記反転部において用いられる前記所定のデータ反転関数を切り替える関数切替手段を含むことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、３次元画像として描出したい生体組織に応じて、適切なデータ反転関数を適宜選択することができる。また、境界検出に先立ってエコー値の反転を行う態様にあっては、境界検出に最適なデータ反転関数を適宜選択することもできる。
【００２２】
本発明の好適な態様では、前記境界検出部は、前記カップリング体におけるエコーデータと前記被検体におけるエコーデータとを弁別するために設定された特定の閾値と、前記各エコーデータのエコー値とを比較し、その比較結果に基づいて前記境界の検出を行うことを特徴とする。
【００２３】
本発明の好適な態様では、更に、前記境界検出部において用いられる前記閾値を切り替える閾値切替手段を含むことを特徴とする。ここで閾値は、装置内に複数種類格納されている構成であってもよく、外部から入力する構成であってもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る超音波診断装置の概略的な全体構成を示すブロック図である。本実施形態では、透析患者の血液透析に先立って、透析患者の腕における特定の血管の超音波診断を行うために、その特定の血管の３次元画像を形成する場合を例にとって説明する。もちろん、本発明は、他の部位における３次元画像を形成する場合にも適用可能である。
【００２６】
本実施形態における超音波診断装置は、大別して探触子走査ユニット１０と装置本体１２とから構成される。
【００２７】
探触子走査ユニット１０は、超音波ビームを２次元走査させることで３次元領域を形成する装置である。この探触子走査ユニット１０は、超音波ビームを電子走査して走査面を形成する超音波探触子１６を有している。探触子走査ユニット１０は、この超音波探触子１６を被検体としての腕表面１４に当接させながら、これを機械走査機構２２によって走査面と直交する方向に機械走査することで３次元領域を形成する。超音波探触子１６は、この３次元領域からエコーデータを取り込む。
【００２８】
装置本体１２は、上述の探触子走査ユニット１０に対してケーブルを介して接続されている。装置本体１２は、探触子走査ユニット１０から出力されるエコーデータを処理して超音波３次元画像を形成する装置であり、特に血液部分における３次元画像を形成する機器である。
【００２９】
なお、図１において、超音波ビーム形成手段としてのビーム形成ユニットの構成が符号１３で示され、本実施形態では、探触子走査ユニット１０、並びに装置本体１２内の機械走査制御部２４及び送受信部２８とからなる。
【００３０】
まず、探触子走査ユニット１０が有する構成について説明する。超音波探触子１６は、探触子本体１８とカップリング体２０とから構成されている。探触子本体１８の内部には、アレイ振動子を構成する複数の振動素子（図示せず）が内蔵されている。アレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームを電子走査、すなわち複数形成すると走査面が形成される。また、超音波探触子１６は、各超音波ビームごとにエコーデータ列を取り込んで、これを装置本体１２側に出力する。本実施形態における超音波探触子１６の電子走査方式は、電子リニア走査方式である。なお、診断対象や状況に応じて、例えば電子セクタ走査方式などの他の電子走査方式における超音波探触子を適宜選択することが望ましい。
【００３１】
カップリング体２０は探触子本体１８の先端に設けられている。このカップリング体２０の外表面は、変形自在の膜状部材で形成されており、その内部には例えば蒸留水などの音響媒体が充填されている。したがって、このカップリング体２０は、腕表面１４に当接させることによって、腕の表面形状に応じて変形して密着する。したがって、超音波探触子１６と腕表面１４との間の空気層が排除されて、良好な超音波伝搬経路が確保される。また、探触子本体１８において形成された超音波ビームは、このカップリング体２０を介して電子走査され、良好な超音波画像を得ることができる。
【００３２】
機械走査機構２２は、機械走査制御部２４からの信号に基づいて、超音波探触子１６を電子走査することによって形成される走査面と直交する方向に超音波探触子１６を機械走査する機構である。なお、本実施形態では、超音波探触子１６を腕の長手方向に沿って機械走査する。これにより、腕の長手方向に亘る互いに平行な複数の走査面が順番に形成される。それぞれの走査面上のエコーデータに基づいて血管の走行状態を３次元的に表わした超音波画像が形成される。
【００３３】
なお、図中には示されていないが、探触子走査ユニット１０には、超音波探触子１６が機械走査されている位置を検出するための位置検出器が設けられており、超音波探触子１６の位置情報を装置本体１２側に出力する。この位置情報は後述の画像形成部４２において３次元画像を形成する際に利用される。
【００３４】
次に、装置本体１２が有する構成について説明する。装置本体１２には、キーボードやトラックボールなどからなる操作パネル３１が設けられている。この操作パネル３１は、反転関数選択部３２、決定条件設定部３４及びパラメータ設定部４０としての機能を有しており、医師等は、この操作パネル３１を用いて、エコー値反転部３０、演算開始点決定部３６及び演算部３８の指示等を入力することができる。また、本装置の動作に関する指示等も操作パネル３１から入力することができる。その動作指示が主制御部２６に出力される。ここで、主制御部２６は、本装置全体の動作制御を行うものである。
【００３５】
主制御部２６によって動作制御される機械走査制御部２４は、超音波探触子１６の機械走査を制御するための信号を機械走査機構２２に出力する。
【００３６】
送受信部２８は、超音波探触子１６内の各振動素子に対して送信信号を供給して超音波ビームを形成させる送信ビームフォーマとしての機能と、超音波探触子１６内の各振動素子からのエコーデータに対して整相加算処理を行って、超音波受信ビームを形成する受信ビームフォーマとしての機能を有する。また、必要に応じて検波回路などの所望の信号処理回路が各種設けられている。超音波探触子１６から出力されたエコーデータは送受信部２８において、各種演算処理された後にエコー値反転部３０に出力される。
【００３７】
エコー値反転部３０は、エコー値を反転する複数のデータ反転関数を有しており、入力された各エコーデータのエコー値を反転する。図２にこのデータ反転関数の一例を示す。ここで、Ｔ１は、エコー値反転部３０に入力されたエコー値を単純に反転するデータ反転関数であり、Ｔ２は、反転前においてエコー値が小さい領域を反転において特に強調させるデータ反転関数である。また、Ｔ３及びＴ４は、反転前においてエコー値が小さい領域を反転において特に強調させ、反転前においてエコー値の大きい領域を反転に伴ってカットするデータ反転関数である。Ｔ５は、入力されたエコー値を反転二値化するデータ反転関数である。なお、Ｔ６は、入力されたエコー値を反転しない場合におけるデータ関数を示しており、例えば、本超音波診断装置において通常の２次元断層画像や血管などの液体部分以外の生体組織の３次元画像を形成する際に利用される。なお、エコー値反転部３０は、上述の構成の代わりにこれらのデータ反転関数を実現するためにデータ反転テーブルを有する構成であってもよい。
【００３８】
本実施形態における操作パネル３１は、データ反転関数を選択する反転関数選択部３２としての機能を有する。したがって、医師等は、この操作パネル３１を用いて、これらのデータ反転関数の中から３次元画像形成時において血液部分が最も良く描出できる最適のデータ反転関数を適宜選択することができるとともに、必要に応じてデータ反転関数を切り替えることができる。送受信部２８から出力されたエコーデータは、操作パネル３１で選択された反転テーブルによってレベル反転され、演算開始点決定部３６に出力される。
【００３９】
演算開始点決定部３６は、演算開始点を決定する機能を有しており、境界検出部３５及び演算開始点設定部３７から構成される。この演算開始点とは、後述の演算部３８において実行されるレンダリング演算の開始点である。エコー値反転部３０から出力されたエコーデータは、先ず、境界検出部３５に入力される。境界検出部３５は、エコーデータ列ごとに腕表面１４としての境界を検出する。この境界は、このエコーデータ列を構成するエコーデータのエコー値の大きさに基づいて検出される。なお、この境界検出の具体的な方法については後に詳述する。境界検出部３５において境界検出がなされると、演算開始点設定部３７は、この境界に基づいて、各エコーデータ列ごとに演算開始点を設定する。この演算開始点は、各エコーデータ列上において、カップリング体２０が排除された深さ位置に設定される。演算開始点が設定すなわち決定されると、そのエコーデータ列上における演算開始点以降のエコーデータが、エコーデータ列に沿って時系列順に演算部３８に出力される。
【００４０】
ここで、この演算開始点を決定するための演算処理（以後、決定処理という）の際に、その決定処理を実行する範囲をある程度限定するために、決定条件設定部３４から演算範囲としての関心領域、すなわちＲＯＩを入力設定することができる。また、医師等は、この決定条件設定部３４を用いて、演算開始点の決定処理に必要とされる閾値Ａ及び指定値Ｃを入力設定することができる。この閾値Ａ及び指定値Ｃについては、後に図４を用いて詳述する。本実施形態では、操作パネル３１が決定処理設定部３４としての機能を有しており、この操作パネル３１によって上述のＲＯＩ、閾値Ａ及び指定値Ｃを入力する。
【００４１】
演算部３８は、演算開始点決定部３６から入力された各エコーデータ列における演算開始点以降のエコーデータに基づいて、エコーデータ列ごとに実時間処理可能なレンダリング演算を実行する。ここで、本実施形態におけるレンダリング演算とは、特開平１０−３３５３８号公報に記載された実時間処理可能な３次元画像処理方法におけるボリュームレンダリング演算である。しかしながら、例えば積算法等、エコーデータ列ごとに行われる他の３次元画像処理方法におけるレンダリング演算であってもよい。
【００４２】
レンダリング演算が実行されることによって、各エコーデータ列ごとにビーム対応画素値が算出される。このときのビーム対応画素値は、エコー値反転部３０においてエコー値が反転された反転エコーデータに基づいて算出されている。したがって、本来エコー値の小さい血液が特に描出されたビーム対応画素値となる。各エコーデータ列に対応する複数のビーム対応画素値が画像形成部４２に出力される。ちなみに、このレンダリング演算に必要とされる不透明度等のパラメータは、医師等によって、パラメータ設定部４０から試行錯誤的に入力設定される。本実施形態では、操作パネル３１がこのパラメータ設定部４０の機能を有している。
【００４３】
演算部３８は、上述のレンダリング演算だけでなく、エコーデータに含まれるドプラ情報を利用して、所望のドプラ演算を実行し、血流画像をカラー表示することを可能とする演算処理を行ってもよい。そのようにすれば、血管の狭窄や瘤などの診断精度を向上できる。
【００４４】
画像形成部４２は、演算部３８から出力されたビーム対応画素値を２次元マッピングして、血液部分の３次元画像を形成する。また、必要に応じて、ドプラ画像、Ｂモード画像又はＭモード画像等を形成する。表示部４４は、そのディスプレイ上に血液部分の３次元画像を表示する。また、必要に応じてこの３次元画像にドプラ画像を合成表示する。
【００４５】
本実施形態では、超音波探触子１６を機械走査機構２２によって機械走査させることで、３次元エコーデータ取込空間を形成する構成となっているが、機械走査機構２２の代わりに手作業によって超音波探触子１６を走査し、３次元エコーデータ取込空間を形成してもよい。この場合においても超音波探触子１６が手作業による走査位置を検出するための位置検出器を設け、超音波探触子１６の位置情報を主制御部２６や画像形成部４２等に出力し、３次元画像形成等に利用する。
【００４６】
次に、演算開始点決定部３６における決定処理及び演算部３８における演算処理について説明する。図３は、演算開始点決定部３６及び演算部３８における各演算処理を説明する図である。図３には、探触子本体１８及びカップリング体２０によって構成される超音波探触子１６が腕表面１４に当接されている状態が示されている。なお、腕はその腹部分を上にした状態に配置され、その腹部分の表面に超音波探触子１６が当接している。この探触子本体１８は、カップリング体２０を介してＺ軸方向に形成した超音波ビームをＸ軸方向に電子リニア走査する。したがって、超音波ビームがＸ軸方向に移動しつつ順次形成され、これにより、複数の超音波ビームが形成される。その結果、Ｘ−Ｚ面に平行な走査面４６が形成される。ちなみに、この超音波探触子１６は、さらにこの走査面４６と直交するＹ軸方向に機械走査されることによって、互いに平行な複数の走査面が順番に形成され、これらの集合体としての３次元領域が形成される。
【００４７】
なお、図中の走査面４６には、便宜的に、反転される前におけるエコーデータが示されている。図３では、エコー値の大きい部分が斜線部分で示されており、腕の内部における血液部分５０以外の生体組織、すなわち実組織５２の部分は、カップリング体２０及び血液部分５０よりもエコー値が大きい。実際には、これらのエコーデータは、それぞれ演算開始点決定部３６に入力される前に、そのエコー値が反転される。反転によって、カップリング体２０及び血液部分５０におけるエコー値は大きくなり、また実組織５２のエコー値は小さくなる。
【００４８】
演算開始点決定部３６による演算開始点の決定に先立って、ＲＯＩ５４が設定される。このＲＯＩ５４は、図に示されるように血液部分５０を含む生体組織とカップリング体２０とにまたがって設定される。なお本実施形態では、この設定されたＲＯＩ５４は、全ての走査面に共通して用いられる。しかし、これに限らず、各走査面ごとにそれぞれＲＯＩを設定する態様であってもよい。
【００４９】
演算開始点決定部３６は、各超音波ビーム上のエコーデータ列４８のうち、ＲＯＩ５４内におけるエコーデータについて演算開始点の決定処理を行う。このときの演算開始点の決定処理は、このエコーデータ列４８に沿って、エコーデータ列４８上の各エコーデータごとに深さ方向に時系列順に実行される。この決定処理の結果、演算開始点がカップリング体２０を排除する深さ位置に設定される。演算開始点が決定されると、演算部３８は演算開始点からエコーデータ列４８に沿って、各エコーデータごとに時系列順に逐次レンダリング演算がなされ、そのレンダリング演算結果としてビーム対応画素値５６が算出される。算出されたビーム対応画素値５６は、３次元領域がＸ−Ｙ平面に投影されるように２次元マッピングされる。また、このエコーデータ列４８におけるビーム対応画素値５６が算出されると、このエコーデータ列４８の隣のエコーデータ列４８について上述と同様の演算処理（決定処理を含む。）が実行される。これにより、そのエコーデータ列４８のビーム対応画素値５６が算出され、そのビーム対応画素値５６が２次元マッピングされる。このように次々と走査面４６内における各超音波ビームに対しそれぞれのビーム対応画素値５６が算出されて２次元マッピングされることによって、カップリング体２０の影響のない、血液部分５０の３次元画像が形成される。
【００５０】
次に、演算開始点決定部３６で実施される演算開始点の決定処理における原理の一実施形態を図４を用いながら説明する。図４は、主として演算開始点決定部３６における演算開始点の決定に関する処理を示すフローチャートである。
【００５１】
先ず、腕を探触子走査ユニット１０にセットして超音波診断装置の測定開始スイッチを操作する。これにより、超音波探触子１６は、超音波ビームを電子走査すると共に機械走査され、エコーデータを出力する。このエコーデータは、図１に示されるように送受信部２８を介してエコー値反転部３０に入力され、そのエコー値が反転される。
【００５２】
Ｓ２００では、図３に示される超音波ビーム方向に平行なエコーデータ列４８において、最初の反転エコーデータ、すなわち探触子本体１８に最も近い反転エコーデータが演算開始点決定部３６に入力される。
【００５３】
Ｓ２０２では、この反転エコーデータがＲＯＩ５４内のものであるか否かが判定される。ここで、反転エコーデータがＲＯＩ５４の領域外のものであると判定されると、Ｓ２１６に進む。なお、その反転エコーデータがそのエコーデータ列における最後の反転エコーデータではない場合には、Ｓ２００に戻る。これにより、このエコーデータ列４８上におけるこの反転エコーデータの次の反転エコーデータ、すなわち深さ方向における隣の反転エコーデータに関してＳ２００以降のステップが実行される。一方、Ｓ２０２において、反転エコーデータがＲＯＩ内であると判定されると、Ｓ２０４に進む。
【００５４】
Ｓ２０４では、このエコーデータ列４８において、演算開始点が決定しているか否かが判定される。演算開始点が決定されていないと判断された場合、Ｓ２０６に進む。一方、演算開始点が決定されていると判定された場合にはＳ２１４に進むが、これについては後に詳述する。
【００５５】
Ｓ２０６では、この反転エコーデータのエコー値、すなわち反転エコー値と閾値Ａとが比較される。この閾値Ａは、カップリング体２０と腕との境界、すなわち腕表面１４を検出するために設定された閾値であり、図３に示される実組織５２とカップリング体２０における反転エコー値の大きさの違いに基づいて設定される。さらに詳述すると、本実施形態においては、この閾値Ａは、カップリング体２０における反転エコー値の標準的な値よりも小さい値であり、また、実組織５２における反転エコー値の標準的な値よりも大きな値に設定されている。
【００５６】
したがって、Ｓ２０６において判定される反転エコー値がこの閾値Ａよりも大きい場合、その反転エコーデータは、カップリング体２０に位置するものであり、図３において、腕表面１４よりも探触子本体１８側にある反転エコーデータであると判定される。したがって、この場合には、Ｓ２１６に進む。なお、この反転エコーデータが最後の反転エコーデータではない場合には、Ｓ２００に戻る。これにより、このエコーデータ列４８上におけるこの反転エコーデータの深さ方向に位置する次の反転エコーデータに関してＳ２００以降のステップが実行される。
【００５７】
一方、Ｓ２０６において判定される反転エコー値が閾値Ａ以下であった場合、その反転エコーデータは、そのエコーデータ列４８における実組織５２に位置する最初の反転エコーデータである可能性が高い。この場合には、Ｓ２０８に進む。
【００５８】
Ｓ２０８では、Ｓ２０６において閾値Ａ以下であると判定された反転エコーデータの数を累積してその値をカウントし、その累積値ＢをＳ２１０に出力する。ここで、本実施形態では、Ｓ２０８は閾値Ａ以下と判定された反転エコーデータの総数をカウントする構成であるが、これに限らず、例えば、閾値Ａ以下であると連続して判定された反転エコーデータの連続回数をカウントする構成であってもよい。この構成の場合、Ｓ２０８において閾値Ａ以下の反転エコーデータがカウントされていた状態において、次の反転エコーデータが閾値Ａよりも大きいと判定されると、それまでにＳ２０８で累積されていた累積値Ｂはリセットされる。そして、これ以降に初めて閾値Ａ以下であると判定された反転エコーデータから再度累積値Ｂがカウントされる。
【００５９】
Ｓ２１０では、Ｓ２０８から入力される累積値Ｂと特定の指定値Ｃとが比較される。本実施形態では、この特定の指定値Ｃは、「５」と設定されており、Ｓ２０８では、累積値Ｂが指定値「５」に達しているか否かが判定される。累積値Ｂが指定値「５」に達していない場合には、Ｓ２１６に進む。なお、この反転エコーデータが最後の反転エコーデータではない場合には、Ｓ２００に戻り、Ｓ２０８において最後にカウントされた反転エコーデータの深さ方向に位置する次の反転エコーデータに関してＳ２００以降のステップが実行される。そして、Ｓ２１０において累積値Ｂが指定値「５」を越えるまで、すなわち累積値が６になるまで上述の一連のステップが繰り返される。
【００６０】
Ｓ２１０において累積値が「５」を越えたと判定された場合、これは境界が検出されたことを意味する。この場合にはＳ２１２に進む。このＳ２１０は、Ｓ２０６で判定された反転エコーデータにおいて、ノイズ等によって閾値Ａ以下であると誤判定された反転エコーデータを排除し、本来の腕の実組織５２における反転エコーデータを選別し、後述のＳ２１２で的確な深さ位置に演算開始点を設定するために実行される。これにより、誤って演算開始点がカップリング体２０内に設定されてしまうことを未然に防止することができる。
【００６１】
Ｓ２１２では、演算開始点が設定される。この演算開始点は、Ｓ２０８において最後にカウントされた反転エコーデータに基づいて演算開始点が設定される。本実施形態では、Ｓ２１０において最後にカウントされた反転エコーデータに対し、その深さ方向における次の反転エコーデータを演算開始点に設定する。演算開始点が決定されると、累積値ＢがクリアされてＳ２１６に進む。Ｓ２１６では、Ｓ２０８において最後にカウントされた反転エコーデータが、このエコーデータ列４８における最後の反転エコーデータであるかが判定される。この反転エコーデータが最後の反転エコーデータではない場合にはＳ２００に戻り、その次の反転エコーデータすなわち演算開始点としての反転エコーデータが演算開始点決定部３６に入力され、Ｓ２０２に進む。ここで、Ｓ２０２では、演算開始点が決定されているか否かが判定されているが、このエコーデータ列４８における演算開始点はすでに決定されているので、Ｓ２１４に進む。
【００６２】
このようにＳ２１０において最後にカウントされた反転エコーデータの次の反転エコーデータが演算開始点として設定されることで、演算開始点を実時間処理下において決定することができるとともに、その演算開始点以降の反転エコーデータをリアルタイムに時系列順に演算部３８に出力することができる。したがって、リアルタイム性の高い３次元画像形成を実現することができる。なお、この構成によればカップリング体がより確実に除外される深さ位置に演算開始点を設定することができる。
【００６３】
Ｓ２１４では、演算開始点としての反転エコーデータが演算部３８に出力され、Ｓ２１６に進む。この演算開始点がこのエコーデータ列４８上の最後の反転エコーデータではない場合には、Ｓ２００に戻り、この演算開始点の次の反転エコーデータが演算開始点決定部３６に入力される。この反転エコーデータについて上述と同様にＳ２０２が実行され、Ｓ２０４を経てＳ２１４に進む。
【００６４】
以後、このエコーデータ列４８における反転エコーデータが、その深さ方向順に順次Ｓ２００、Ｓ２０２及びＳ２０４を経てＳ２１４に進む。これにより演算部３８では、ＲＯＩ５４内における反転エコーデータに関して時系列順にレンダリング演算がリアルタイムに実行されていく。このようにして上述の一連のステップが、エコーデータ列４８上の反転エコーデータに対して実行されていき、実行対象の反転エコーデータがＳ２１６において最後の反転エコーデータであると判定された場合、このエコーデータ列４８における演算処理が終了する。なお、この演算処理の終了する条件としては、演算処理対象の反転エコーデータがＲＯＩ５４における最後の反転エコーデータである場合や、レンダリング演算における不透明度の積算値が所定値に達するなど特定の終了条件を満たした場合等があげられる。
【００６５】
演算処理の終了時において算出されたレンダリング演算結果がそのエコーデータ列４８に対応するビーム対応画素値５６であり、ディスプレイ上に２次元マッピングされる。また、ビーム対応画素値５６が算出されると、上述のエコーデータ列４８の隣のエコーデータ列４８において、上述と同様のシーケンスが実行される。これにより、そのエコーデータ列４８のビーム対応画素値５６が算出され、２次元マッピングされる。この走査面４６におけるエコーデータ列全体に対して上述と同様のシーケンスが実行されると、この走査面４６の次の走査面４６において上述と同様のシーケンスが実行される。このようにして次々と上述と同様のシーケンスが実行され、３次元領域における全てのエコーデータ列のそれぞれに対応する複数のビーム対応画素値が算出され、２次元マッピングされる。これにより、図３に示されるような３次元領域がＸ−Ｙ平面に投影されたような、血液部分５０が描出された３次元画像５８が形成される。
【００６６】
本実施形態によれば、３次元エコーデータ取込空間におけるエコーデータからカップリング体２０におけるエコーデータを分離することができる。言い換えれば、血液部分５０におけるエコーデータからカップリング体２０におけるエコーデータを分離することができる。これにより、腕表面１４直下からの反転エコーデータのみを利用した血液部分５０の３次元画像を形成することができる。その結果、カップリング体２０の影響を受けない良好な３次元画像が得られる。
【００６７】
以上、本実施形態における演算開始点の決定処理方法について説明した。なお、本実施形態においては、図１に示されるように演算開始点決定部３６における演算開始点の決定処理に先立って、各エコーデータのエコー値がエコー値反転部３０によって反転される。しかしこれに限らず、例えば、演算開始点決定部３６において演算開始点が決定された後に、各エコーデータのエコー値を反転する構成としてもよい。
【００６８】
上述の実施形態では、各エコーデータ列における単一のエコーデータごとに演算開始点の決定判定を行っている。しかしこれに限らず、例えば、各エコーデータ列において、互いに連続する複数の反転エコーデータ（或いはエコーデータ）からなるエコーデータ群を定義し、このエコーデータ群ごとに境界検出や演算開始点の決定を行ってもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、カップリング体を有する超音波探触子を用いて被検体の３次元画像を形成する際に、カップリング体の影響を受けない３次元画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る超音波診断装置の概略的な全体構成を示すブロック図である。
【図２】 エコー値反転部に格納されているデータ反転関数の一例を示す図である。
【図３】 演算開始点決定部における決定処理及び演算部における演算処理を説明する図である。
【図４】 演算開始点の決定及び演算に関する処理を示すフローチャートである。
【図５】 従来において想定される演算開始点の決定処理を説明する図である。
【符号の説明】
１６ 超音波探触子、２２ 機械走査機構、２４ 機械走査制御部、２８ 送受信部、３０ エコー値反転部、３２ 反転関数選択部、３４ 決定条件設定部、３６ 演算開始点決定部、３８ 演算部、４０ パラメータ設定部、４２ 画像形成部、４４ 表示部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波診断装置に関し、特に３次元画像を形成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、血液透析に先立って或いは定期的に、血液を体外に取り出すための血管について、その状態を診断することが望ましい。すなわち、そのような血管に狭窄や閉塞等の不具合が起きていないかを確認しておく必要がある。血液透析では、一般的に腕の血管が利用されるが、従来においては、その血管の状態をＸ線造影法によって確認していた。近年、このＸ線造影法に代わる手法として、超音波を利用して血管の３次元画像具体的には血管内の血液部分の３次元画像を形成することが提案されている。
【０００３】
以下、図５を利用しながら説明する。図５には、被検体としての腕における２次元断層画像が示されている。ここで、符号１０８は、カップリング体１０２を有する超音波探触子である。このカップリング体１０２は変形自在の膜の内部に液体の音響媒体が充填された構成を有している。このカップリング体１０２を腕表面１００に当接させることによって、その当接面における空気層を排除することができる。このカップリング体１０２を介して腕に超音波ビームをＸ軸方向に電子リニア走査させてＸ−Ｚ平面に平行な走査面１１２を形成し、この走査面１１２から取り込まれるエコーデータに基づいて、２次元断層画像が形成される。実際には、この超音波探触子１０８がさらにＹ軸方向に機械走査されることによって、互いに平行な複数の走査面１１２が形成され、これらの集合体としての３次元領域が形成される。この３次元領域内におけるエコーデータに基づいて３次元画像が形成されるが、この３次元画像を形成するにあたっては、例えば特開平１０−３３５３８号公報に記述された３次元画像処理方法によるボリュームレンダリング演算を利用すればよい。
【０００４】
このボリュームレンダリング演算は、例えば胎児表面を描出するために、エコー値の大きいエコーデータを優位的に描出するような演算処理を行なっている。この演算は、各超音波ビーム上のエコーデータの列に沿って、各エコーデータごとに実行される。その演算結果は、そのエコーデータのＺ軸方向すなわち深さ方向に位置する隣のエコーデータに引き渡され、そのエコーデータにおけるボリュームレンダリング演算において利用される。このように、各エコーデータがエコーデータ列に沿って累積的に演算され、ある演算終了条件を満たした場合、そのときの演算結果がその超音波ビームに対応した画素値すなわちビーム対応画素値である。このようなビーム画素値を３次元領域内の各超音波ビームに関して算出し、それらを３次元マッピングすることによって３次元領域をＸ−Ｙ面に平行な投影面に投影したような３次元画像が形成される。
【０００５】
ここで、このボリュームレンダリング演算を用いると、他の３次元画像処理方法を利用する場合と同様に、エコー値の大きい生体組織がより顕著に描出された３次元画像が形成される。しかしながら、被検体の生体組織のうち血管内の血液部分１０４（以下血液部分と略称する）などの液体部分におけるエコーデータのエコー値は、液体部分以外の生体組織すなわち実組織１０６におけるエコーデータのエコー値に比べて小さい。したがって、エコー値の小さい血液部分１０４を描出した３次元画像を形成するためには、ボリュームレンダリング演算に先立って、特開平４−３４８７４５号公報に記載されているようにエコー値を反転することが望ましい。エコー値を反転することによって、血液部分１０４のエコー値は大きくなるとともに、実組織１０６のエコー値が小さくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、図５に示す２次元断層画面上の各エコーデータのエコー値を上述のように反転すると、内部に音響媒体が充填されたカップリング体１０２のエコー値もまた大きくなってしまう。上述したように、ボリュームレンダリング演算ではエコー値の大きなエコーデータが優位的に描出される。したがって、演算経路上にカップリング体１０２のエコーデータが含まれていると、このカップリング体１０２におけるエコーデータもボリュームレンダリング演算されてしまい、血液部分１０４がカップリング体１０２の中に埋没し、３次元画像として描出されなくなる。そこで、カップリング体１０２のエコーデータ部分を分離するために、演算範囲すなわち関心領域（ＲＯＩ）１１０を設定し、これによって、ボリュームレンダリング演算がなされる範囲を絞り込む方法が考えられる。ＲＯＩ１１０を設定することによって、ＲＯＩ１１０の上端を演算開始点として、Ｚ軸方向に各超音波ビームに沿って、ＲＯＩ１１０内におけるエコーデータがボリュームレンダリング演算される。
【０００７】
先ず、カップリング体１０２の部分をできる限り排除するために、図５（ａ）に示されるように、ＲＯＩ１１０の上辺が腕表面１００に接するように設定する場合について説明する。このようにＲＯＩ１１０を設定したとしても、カップリング体１０２の端部分１０２ａ及び１０２ｂがＲＯＩ１１０内に含まれてしまう。したがって、この端部分１０２ａ又は１０２ｂが演算経路上に含まれるエコーデータ列では、これらの端部分１０２ａ及び１０２ｂが、血液部分１０４と区別なくボリュームレンダリング演算されてしまう。その結果、３次元画像上で血液部分１０４はカップリング体１０２の下に隠れ、観察することができない。
【０００８】
次に、完全にカップリング体１０２の部分を排除するために、図５（ｂ）に示されるように、ＲＯＩ１１０を設定する場合について説明する。この場合、腕の表面付近存在する血液部分１０４ａ及び１０４ｂの一部もしくは全部がＲＯＩにより除外されてしまう。その結果、血液部分１０４の形状を正しく３次元画像として描出することができない。
【０００９】
なお、被検体が例えば腕の場合には、腕の肘関節から手首にわたる腕表面の形状はその長手方向において一様ではない。したがって、あらかじめ腕表面１００の形状に合ったＲＯＩを用意しておくことも困難である。
【００１０】
一方、腕表面１００とＲＯＩ１１０を一致させるために、医師等が２次元断層像を見ながら、腕表面１００の位置をなぞってＲＯＩの上端を直接入力設定する方法が考えられる。しかしながら、Ｙ軸方向に亘って形成される数多くの２次元断層画像のそれぞれに対してこの入力設定を行う必要があり、作業が煩雑となる。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、カップリング体を有する超音波探触子を用いて被検体の３次元画像を形成する際に、カップリング体の影響を受けない３次元画像を形成することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、被検体表面に当接される変形自在のカップリング体を介して被検体の３次元領域に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームごとにエコーデータ列を出力する超音波ビーム形成手段と、前記エコーデータ列を構成する各エコーデータのエコー値に基づいて、前記被検体と前記カップリング体との境界を前記エコーデータ列に沿って検出する境界検出部と、前記超音波ビームごとに検出された境界に基づいて、前記超音波ビームごとに前記カップリング体が除外される深さ位置に演算開始点を設定する演算開始点設定部と、前記エコーデータ列ごとにその前記演算開始点から深さ方向へ所定のレンダリング演算を実行し、各エコーデータ列ごとにビーム対応画素値を求める演算部と、前記ビーム対応画素値を２次元マッピングして、前記３次元領域を表わす３次元画像を形成する画像形成部と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、カップリング体におけるエコーデータのエコー値と、被検体内におけるエコーデータのエコー値との違いに基づいて、被検体表面としての境界が検出される。ここで、この境界は各超音波ビームごとすなわちエコーデータ列ごとに検出され、各境界に対してそれぞれカップリング体が排除される深さ位置に演算開始点が設定される。したがって、被検体表面の形状によらずにカップリング体の影響を受けない３次元画像を得ることができる。
【００１４】
ここで、境界検出部は、例えば、各エコーデータにおけるエコー値と、境界を検出するための閾値とを比較する構成であることが望ましい。しかし、これに限らず、例えば、隣り合うエコーデータ同士のエコー値の差分をとって、前記境界を検出するための閾値とその差分値とを比較する構成等であってもよい。なお、本発明の記載において、エコー値を輝度情報として表わした輝度値も含んでエコー値と表現されている。
【００１５】
本発明の好適な態様では、前記３次元領域内に関心領域を設定する関心領域設定部を含み、前記境界検出部は、前記関心領域内において前記境界を検出することを特徴とする。関心領域を設定することによって、境界検出に不必要なエコーデータを排除してエコーデータを絞り込むことができる。これにより、境界検出における演算処理量を軽減することができるとともに、境界検出に関する誤判定を低減することができる。
【００１６】
本発明の好適な態様では、更に、前記演算部は、前記関心領域内において前記所定のレンダリング演算を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の好適な態様では、前記所定のレンダリング演算に先立って、エコーデータ列を構成する各エコーデータごとにそのエコー値を所定のデータ反転関数に従って反転する反転部を含み、前記演算部は、その反転処理後のエコーデータから構成されるエコーデータ列に対して所定のレンダリング演算を実行することを特徴とする。ここで、データ反転関数は、反転テーブルとして装置内に格納されていることが望ましいが、これに限らず、いわゆる関数として装置内に格納されている構成であってもよい。また、データ反転関数は外部入力される構成であってもよい。
【００１８】
上記構成によれば、所定のレンダリング演算に先立ってエコーデータのエコー値が反転される。したがって、例えば、被検体内におけるエコー値の小さな生体組織に関して明りょうな３次元画像を形成することができる。このとき、カップリング体の内部が、例えば液体などのエコー値の小さい物質で満たされている場合であっても、カップリング体と被検体との境界が検出されることに変わりはない。
【００１９】
本発明の好適な態様では、更に、前記所定のデータ反転関数は、被検体内の実組織に対して血管内の血液部分を強調識別させる関数であることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の好適な態様では、前記反転部において用いられる前記所定のデータ反転関数を切り替える関数切替手段を含むことを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、３次元画像として描出したい生体組織に応じて、適切なデータ反転関数を適宜選択することができる。また、境界検出に先立ってエコー値の反転を行う態様にあっては、境界検出に最適なデータ反転関数を適宜選択することもできる。
【００２２】
本発明の好適な態様では、前記境界検出部は、前記カップリング体におけるエコーデータと前記被検体におけるエコーデータとを弁別するために設定された特定の閾値と、前記各エコーデータのエコー値とを比較し、その比較結果に基づいて前記境界の検出を行うことを特徴とする。
【００２３】
本発明の好適な態様では、更に、前記境界検出部において用いられる前記閾値を切り替える閾値切替手段を含むことを特徴とする。ここで閾値は、装置内に複数種類格納されている構成であってもよく、外部から入力する構成であってもよい。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る超音波診断装置の概略的な全体構成を示すブロック図である。本実施形態では、透析患者の血液透析に先立って、透析患者の腕における特定の血管の超音波診断を行うために、その特定の血管の３次元画像を形成する場合を例にとって説明する。もちろん、本発明は、他の部位における３次元画像を形成する場合にも適用可能である。
【００２６】
本実施形態における超音波診断装置は、大別して探触子走査ユニット１０と装置本体１２とから構成される。
【００２７】
探触子走査ユニット１０は、超音波ビームを２次元走査させることで３次元領域を形成する装置である。この探触子走査ユニット１０は、超音波ビームを電子走査して走査面を形成する超音波探触子１６を有している。探触子走査ユニット１０は、この超音波探触子１６を被検体としての腕表面１４に当接させながら、これを機械走査機構２２によって走査面と直交する方向に機械走査することで３次元領域を形成する。超音波探触子１６は、この３次元領域からエコーデータを取り込む。
【００２８】
装置本体１２は、上述の探触子走査ユニット１０に対してケーブルを介して接続されている。装置本体１２は、探触子走査ユニット１０から出力されるエコーデータを処理して超音波３次元画像を形成する装置であり、特に血液部分における３次元画像を形成する機器である。
【００２９】
なお、図１において、超音波ビーム形成手段としてのビーム形成ユニットの構成が符号１３で示され、本実施形態では、探触子走査ユニット１０、並びに装置本体１２内の機械走査制御部２４及び送受信部２８とからなる。
【００３０】
まず、探触子走査ユニット１０が有する構成について説明する。超音波探触子１６は、探触子本体１８とカップリング体２０とから構成されている。探触子本体１８の内部には、アレイ振動子を構成する複数の振動素子（図示せず）が内蔵されている。アレイ振動子によって超音波ビームが形成され、その超音波ビームを電子走査、すなわち複数形成すると走査面が形成される。また、超音波探触子１６は、各超音波ビームごとにエコーデータ列を取り込んで、これを装置本体１２側に出力する。本実施形態における超音波探触子１６の電子走査方式は、電子リニア走査方式である。なお、診断対象や状況に応じて、例えば電子セクタ走査方式などの他の電子走査方式における超音波探触子を適宜選択することが望ましい。
【００３１】
カップリング体２０は探触子本体１８の先端に設けられている。このカップリング体２０の外表面は、変形自在の膜状部材で形成されており、その内部には例えば蒸留水などの音響媒体が充填されている。したがって、このカップリング体２０は、腕表面１４に当接させることによって、腕の表面形状に応じて変形して密着する。したがって、超音波探触子１６と腕表面１４との間の空気層が排除されて、良好な超音波伝搬経路が確保される。また、探触子本体１８において形成された超音波ビームは、このカップリング体２０を介して電子走査され、良好な超音波画像を得ることができる。
【００３２】
機械走査機構２２は、機械走査制御部２４からの信号に基づいて、超音波探触子１６を電子走査することによって形成される走査面と直交する方向に超音波探触子１６を機械走査する機構である。なお、本実施形態では、超音波探触子１６を腕の長手方向に沿って機械走査する。これにより、腕の長手方向に亘る互いに平行な複数の走査面が順番に形成される。それぞれの走査面上のエコーデータに基づいて血管の走行状態を３次元的に表わした超音波画像が形成される。
【００３３】
なお、図中には示されていないが、探触子走査ユニット１０には、超音波探触子１６が機械走査されている位置を検出するための位置検出器が設けられており、超音波探触子１６の位置情報を装置本体１２側に出力する。この位置情報は後述の画像形成部４２において３次元画像を形成する際に利用される。
【００３４】
次に、装置本体１２が有する構成について説明する。装置本体１２には、キーボードやトラックボールなどからなる操作パネル３１が設けられている。この操作パネル３１は、反転関数選択部３２、決定条件設定部３４及びパラメータ設定部４０としての機能を有しており、医師等は、この操作パネル３１を用いて、エコー値反転部３０、演算開始点決定部３６及び演算部３８の指示等を入力することができる。また、本装置の動作に関する指示等も操作パネル３１から入力することができる。その動作指示が主制御部２６に出力される。ここで、主制御部２６は、本装置全体の動作制御を行うものである。
【００３５】
主制御部２６によって動作制御される機械走査制御部２４は、超音波探触子１６の機械走査を制御するための信号を機械走査機構２２に出力する。
【００３６】
送受信部２８は、超音波探触子１６内の各振動素子に対して送信信号を供給して超音波ビームを形成させる送信ビームフォーマとしての機能と、超音波探触子１６内の各振動素子からのエコーデータに対して整相加算処理を行って、超音波受信ビームを形成する受信ビームフォーマとしての機能を有する。また、必要に応じて検波回路などの所望の信号処理回路が各種設けられている。超音波探触子１６から出力されたエコーデータは送受信部２８において、各種演算処理された後にエコー値反転部３０に出力される。
【００３７】
エコー値反転部３０は、エコー値を反転する複数のデータ反転関数を有しており、入力された各エコーデータのエコー値を反転する。図２にこのデータ反転関数の一例を示す。ここで、Ｔ１は、エコー値反転部３０に入力されたエコー値を単純に反転するデータ反転関数であり、Ｔ２は、反転前においてエコー値が小さい領域を反転において特に強調させるデータ反転関数である。また、Ｔ３及びＴ４は、反転前においてエコー値が小さい領域を反転において特に強調させ、反転前においてエコー値の大きい領域を反転に伴ってカットするデータ反転関数である。Ｔ５は、入力されたエコー値を反転二値化するデータ反転関数である。なお、Ｔ６は、入力されたエコー値を反転しない場合におけるデータ関数を示しており、例えば、本超音波診断装置において通常の２次元断層画像や血管などの液体部分以外の生体組織の３次元画像を形成する際に利用される。なお、エコー値反転部３０は、上述の構成の代わりにこれらのデータ反転関数を実現するためにデータ反転テーブルを有する構成であってもよい。
【００３８】
本実施形態における操作パネル３１は、データ反転関数を選択する反転関数選択部３２としての機能を有する。したがって、医師等は、この操作パネル３１を用いて、これらのデータ反転関数の中から３次元画像形成時において血液部分が最も良く描出できる最適のデータ反転関数を適宜選択することができるとともに、必要に応じてデータ反転関数を切り替えることができる。送受信部２８から出力されたエコーデータは、操作パネル３１で選択された反転テーブルによってレベル反転され、演算開始点決定部３６に出力される。
【００３９】
演算開始点決定部３６は、演算開始点を決定する機能を有しており、境界検出部３５及び演算開始点設定部３７から構成される。この演算開始点とは、後述の演算部３８において実行されるレンダリング演算の開始点である。エコー値反転部３０から出力されたエコーデータは、先ず、境界検出部３５に入力される。境界検出部３５は、エコーデータ列ごとに腕表面１４としての境界を検出する。この境界は、このエコーデータ列を構成するエコーデータのエコー値の大きさに基づいて検出される。なお、この境界検出の具体的な方法については後に詳述する。境界検出部３５において境界検出がなされると、演算開始点設定部３７は、この境界に基づいて、各エコーデータ列ごとに演算開始点を設定する。この演算開始点は、各エコーデータ列上において、カップリング体２０が排除された深さ位置に設定される。演算開始点が設定すなわち決定されると、そのエコーデータ列上における演算開始点以降のエコーデータが、エコーデータ列に沿って時系列順に演算部３８に出力される。
【００４０】
ここで、この演算開始点を決定するための演算処理（以後、決定処理という）の際に、その決定処理を実行する範囲をある程度限定するために、決定条件設定部３４から演算範囲としての関心領域、すなわちＲＯＩを入力設定することができる。また、医師等は、この決定条件設定部３４を用いて、演算開始点の決定処理に必要とされる閾値Ａ及び指定値Ｃを入力設定することができる。この閾値Ａ及び指定値Ｃについては、後に図４を用いて詳述する。本実施形態では、操作パネル３１が決定処理設定部３４としての機能を有しており、この操作パネル３１によって上述のＲＯＩ、閾値Ａ及び指定値Ｃを入力する。
【００４１】
演算部３８は、演算開始点決定部３６から入力された各エコーデータ列における演算開始点以降のエコーデータに基づいて、エコーデータ列ごとに実時間処理可能なレンダリング演算を実行する。ここで、本実施形態におけるレンダリング演算とは、特開平１０−３３５３８号公報に記載された実時間処理可能な３次元画像処理方法におけるボリュームレンダリング演算である。しかしながら、例えば積算法等、エコーデータ列ごとに行われる他の３次元画像処理方法におけるレンダリング演算であってもよい。
【００４２】
レンダリング演算が実行されることによって、各エコーデータ列ごとにビーム対応画素値が算出される。このときのビーム対応画素値は、エコー値反転部３０においてエコー値が反転された反転エコーデータに基づいて算出されている。したがって、本来エコー値の小さい血液が特に描出されたビーム対応画素値となる。各エコーデータ列に対応する複数のビーム対応画素値が画像形成部４２に出力される。ちなみに、このレンダリング演算に必要とされる不透明度等のパラメータは、医師等によって、パラメータ設定部４０から試行錯誤的に入力設定される。本実施形態では、操作パネル３１がこのパラメータ設定部４０の機能を有している。
【００４３】
演算部３８は、上述のレンダリング演算だけでなく、エコーデータに含まれるドプラ情報を利用して、所望のドプラ演算を実行し、血流画像をカラー表示することを可能とする演算処理を行ってもよい。そのようにすれば、血管の狭窄や瘤などの診断精度を向上できる。
【００４４】
画像形成部４２は、演算部３８から出力されたビーム対応画素値を２次元マッピングして、血液部分の３次元画像を形成する。また、必要に応じて、ドプラ画像、Ｂモード画像又はＭモード画像等を形成する。表示部４４は、そのディスプレイ上に血液部分の３次元画像を表示する。また、必要に応じてこの３次元画像にドプラ画像を合成表示する。
【００４５】
本実施形態では、超音波探触子１６を機械走査機構２２によって機械走査させることで、３次元エコーデータ取込空間を形成する構成となっているが、機械走査機構２２の代わりに手作業によって超音波探触子１６を走査し、３次元エコーデータ取込空間を形成してもよい。この場合においても超音波探触子１６が手作業による走査位置を検出するための位置検出器を設け、超音波探触子１６の位置情報を主制御部２６や画像形成部４２等に出力し、３次元画像形成等に利用する。
【００４６】
次に、演算開始点決定部３６における決定処理及び演算部３８における演算処理について説明する。図３は、演算開始点決定部３６及び演算部３８における各演算処理を説明する図である。図３には、探触子本体１８及びカップリング体２０によって構成される超音波探触子１６が腕表面１４に当接されている状態が示されている。なお、腕はその腹部分を上にした状態に配置され、その腹部分の表面に超音波探触子１６が当接している。この探触子本体１８は、カップリング体２０を介してＺ軸方向に形成した超音波ビームをＸ軸方向に電子リニア走査する。したがって、超音波ビームがＸ軸方向に移動しつつ順次形成され、これにより、複数の超音波ビームが形成される。その結果、Ｘ−Ｚ面に平行な走査面４６が形成される。ちなみに、この超音波探触子１６は、さらにこの走査面４６と直交するＹ軸方向に機械走査されることによって、互いに平行な複数の走査面が順番に形成され、これらの集合体としての３次元領域が形成される。
【００４７】
なお、図中の走査面４６には、便宜的に、反転される前におけるエコーデータが示されている。図３では、エコー値の大きい部分が斜線部分で示されており、腕の内部における血液部分５０以外の生体組織、すなわち実組織５２の部分は、カップリング体２０及び血液部分５０よりもエコー値が大きい。実際には、これらのエコーデータは、それぞれ演算開始点決定部３６に入力される前に、そのエコー値が反転される。反転によって、カップリング体２０及び血液部分５０におけるエコー値は大きくなり、また実組織５２のエコー値は小さくなる。
【００４８】
演算開始点決定部３６による演算開始点の決定に先立って、ＲＯＩ５４が設定される。このＲＯＩ５４は、図に示されるように血液部分５０を含む生体組織とカップリング体２０とにまたがって設定される。なお本実施形態では、この設定されたＲＯＩ５４は、全ての走査面に共通して用いられる。しかし、これに限らず、各走査面ごとにそれぞれＲＯＩを設定する態様であってもよい。
【００４９】
演算開始点決定部３６は、各超音波ビーム上のエコーデータ列４８のうち、ＲＯＩ５４内におけるエコーデータについて演算開始点の決定処理を行う。このときの演算開始点の決定処理は、このエコーデータ列４８に沿って、エコーデータ列４８上の各エコーデータごとに深さ方向に時系列順に実行される。この決定処理の結果、演算開始点がカップリング体２０を排除する深さ位置に設定される。演算開始点が決定されると、演算部３８は演算開始点からエコーデータ列４８に沿って、各エコーデータごとに時系列順に逐次レンダリング演算がなされ、そのレンダリング演算結果としてビーム対応画素値５６が算出される。算出されたビーム対応画素値５６は、３次元領域がＸ−Ｙ平面に投影されるように２次元マッピングされる。また、このエコーデータ列４８におけるビーム対応画素値５６が算出されると、このエコーデータ列４８の隣のエコーデータ列４８について上述と同様の演算処理（決定処理を含む。）が実行される。これにより、そのエコーデータ列４８のビーム対応画素値５６が算出され、そのビーム対応画素値５６が２次元マッピングされる。このように次々と走査面４６内における各超音波ビームに対しそれぞれのビーム対応画素値５６が算出されて２次元マッピングされることによって、カップリング体２０の影響のない、血液部分５０の３次元画像が形成される。
【００５０】
次に、演算開始点決定部３６で実施される演算開始点の決定処理における原理の一実施形態を図４を用いながら説明する。図４は、主として演算開始点決定部３６における演算開始点の決定に関する処理を示すフローチャートである。
【００５１】
先ず、腕を探触子走査ユニット１０にセットして超音波診断装置の測定開始スイッチを操作する。これにより、超音波探触子１６は、超音波ビームを電子走査すると共に機械走査され、エコーデータを出力する。このエコーデータは、図１に示されるように送受信部２８を介してエコー値反転部３０に入力され、そのエコー値が反転される。
【００５２】
Ｓ２００では、図３に示される超音波ビーム方向に平行なエコーデータ列４８において、最初の反転エコーデータ、すなわち探触子本体１８に最も近い反転エコーデータが演算開始点決定部３６に入力される。
【００５３】
Ｓ２０２では、この反転エコーデータがＲＯＩ５４内のものであるか否かが判定される。ここで、反転エコーデータがＲＯＩ５４の領域外のものであると判定されると、Ｓ２１６に進む。なお、その反転エコーデータがそのエコーデータ列における最後の反転エコーデータではない場合には、Ｓ２００に戻る。これにより、このエコーデータ列４８上におけるこの反転エコーデータの次の反転エコーデータ、すなわち深さ方向における隣の反転エコーデータに関してＳ２００以降のステップが実行される。一方、Ｓ２０２において、反転エコーデータがＲＯＩ内であると判定されると、Ｓ２０４に進む。
【００５４】
Ｓ２０４では、このエコーデータ列４８において、演算開始点が決定しているか否かが判定される。演算開始点が決定されていないと判断された場合、Ｓ２０６に進む。一方、演算開始点が決定されていると判定された場合にはＳ２１４に進むが、これについては後に詳述する。
【００５５】
Ｓ２０６では、この反転エコーデータのエコー値、すなわち反転エコー値と閾値Ａとが比較される。この閾値Ａは、カップリング体２０と腕との境界、すなわち腕表面１４を検出するために設定された閾値であり、図３に示される実組織５２とカップリング体２０における反転エコー値の大きさの違いに基づいて設定される。さらに詳述すると、本実施形態においては、この閾値Ａは、カップリング体２０における反転エコー値の標準的な値よりも小さい値であり、また、実組織５２における反転エコー値の標準的な値よりも大きな値に設定されている。
【００５６】
したがって、Ｓ２０６において判定される反転エコー値がこの閾値Ａよりも大きい場合、その反転エコーデータは、カップリング体２０に位置するものであり、図３において、腕表面１４よりも探触子本体１８側にある反転エコーデータであると判定される。したがって、この場合には、Ｓ２１６に進む。なお、この反転エコーデータが最後の反転エコーデータではない場合には、Ｓ２００に戻る。これにより、このエコーデータ列４８上におけるこの反転エコーデータの深さ方向に位置する次の反転エコーデータに関してＳ２００以降のステップが実行される。
【００５７】
一方、Ｓ２０６において判定される反転エコー値が閾値Ａ以下であった場合、その反転エコーデータは、そのエコーデータ列４８における実組織５２に位置する最初の反転エコーデータである可能性が高い。この場合には、Ｓ２０８に進む。
【００５８】
Ｓ２０８では、Ｓ２０６において閾値Ａ以下であると判定された反転エコーデータの数を累積してその値をカウントし、その累積値ＢをＳ２１０に出力する。ここで、本実施形態では、Ｓ２０８は閾値Ａ以下と判定された反転エコーデータの総数をカウントする構成であるが、これに限らず、例えば、閾値Ａ以下であると連続して判定された反転エコーデータの連続回数をカウントする構成であってもよい。この構成の場合、Ｓ２０８において閾値Ａ以下の反転エコーデータがカウントされていた状態において、次の反転エコーデータが閾値Ａよりも大きいと判定されると、それまでにＳ２０８で累積されていた累積値Ｂはリセットされる。そして、これ以降に初めて閾値Ａ以下であると判定された反転エコーデータから再度累積値Ｂがカウントされる。
【００５９】
Ｓ２１０では、Ｓ２０８から入力される累積値Ｂと特定の指定値Ｃとが比較される。本実施形態では、この特定の指定値Ｃは、「５」と設定されており、Ｓ２０８では、累積値Ｂが指定値「５」に達しているか否かが判定される。累積値Ｂが指定値「５」に達していない場合には、Ｓ２１６に進む。なお、この反転エコーデータが最後の反転エコーデータではない場合には、Ｓ２００に戻り、Ｓ２０８において最後にカウントされた反転エコーデータの深さ方向に位置する次の反転エコーデータに関してＳ２００以降のステップが実行される。そして、Ｓ２１０において累積値Ｂが指定値「５」を越えるまで、すなわち累積値が６になるまで上述の一連のステップが繰り返される。
【００６０】
Ｓ２１０において累積値が「５」を越えたと判定された場合、これは境界が検出されたことを意味する。この場合にはＳ２１２に進む。このＳ２１０は、Ｓ２０６で判定された反転エコーデータにおいて、ノイズ等によって閾値Ａ以下であると誤判定された反転エコーデータを排除し、本来の腕の実組織５２における反転エコーデータを選別し、後述のＳ２１２で的確な深さ位置に演算開始点を設定するために実行される。これにより、誤って演算開始点がカップリング体２０内に設定されてしまうことを未然に防止することができる。
【００６１】
Ｓ２１２では、演算開始点が設定される。この演算開始点は、Ｓ２０８において最後にカウントされた反転エコーデータに基づいて演算開始点が設定される。本実施形態では、Ｓ２１０において最後にカウントされた反転エコーデータに対し、その深さ方向における次の反転エコーデータを演算開始点に設定する。演算開始点が決定されると、累積値ＢがクリアされてＳ２１６に進む。Ｓ２１６では、Ｓ２０８において最後にカウントされた反転エコーデータが、このエコーデータ列４８における最後の反転エコーデータであるかが判定される。この反転エコーデータが最後の反転エコーデータではない場合にはＳ２００に戻り、その次の反転エコーデータすなわち演算開始点としての反転エコーデータが演算開始点決定部３６に入力され、Ｓ２０２に進む。ここで、Ｓ２０２では、演算開始点が決定されているか否かが判定されているが、このエコーデータ列４８における演算開始点はすでに決定されているので、Ｓ２１４に進む。
【００６２】
このようにＳ２１０において最後にカウントされた反転エコーデータの次の反転エコーデータが演算開始点として設定されることで、演算開始点を実時間処理下において決定することができるとともに、その演算開始点以降の反転エコーデータをリアルタイムに時系列順に演算部３８に出力することができる。したがって、リアルタイム性の高い３次元画像形成を実現することができる。なお、この構成によればカップリング体がより確実に除外される深さ位置に演算開始点を設定することができる。
【００６３】
Ｓ２１４では、演算開始点としての反転エコーデータが演算部３８に出力され、Ｓ２１６に進む。この演算開始点がこのエコーデータ列４８上の最後の反転エコーデータではない場合には、Ｓ２００に戻り、この演算開始点の次の反転エコーデータが演算開始点決定部３６に入力される。この反転エコーデータについて上述と同様にＳ２０２が実行され、Ｓ２０４を経てＳ２１４に進む。
【００６４】
以後、このエコーデータ列４８における反転エコーデータが、その深さ方向順に順次Ｓ２００、Ｓ２０２及びＳ２０４を経てＳ２１４に進む。これにより演算部３８では、ＲＯＩ５４内における反転エコーデータに関して時系列順にレンダリング演算がリアルタイムに実行されていく。このようにして上述の一連のステップが、エコーデータ列４８上の反転エコーデータに対して実行されていき、実行対象の反転エコーデータがＳ２１６において最後の反転エコーデータであると判定された場合、このエコーデータ列４８における演算処理が終了する。なお、この演算処理の終了する条件としては、演算処理対象の反転エコーデータがＲＯＩ５４における最後の反転エコーデータである場合や、レンダリング演算における不透明度の積算値が所定値に達するなど特定の終了条件を満たした場合等があげられる。
【００６５】
演算処理の終了時において算出されたレンダリング演算結果がそのエコーデータ列４８に対応するビーム対応画素値５６であり、ディスプレイ上に２次元マッピングされる。また、ビーム対応画素値５６が算出されると、上述のエコーデータ列４８の隣のエコーデータ列４８において、上述と同様のシーケンスが実行される。これにより、そのエコーデータ列４８のビーム対応画素値５６が算出され、２次元マッピングされる。この走査面４６におけるエコーデータ列全体に対して上述と同様のシーケンスが実行されると、この走査面４６の次の走査面４６において上述と同様のシーケンスが実行される。このようにして次々と上述と同様のシーケンスが実行され、３次元領域における全てのエコーデータ列のそれぞれに対応する複数のビーム対応画素値が算出され、２次元マッピングされる。これにより、図３に示されるような３次元領域がＸ−Ｙ平面に投影されたような、血液部分５０が描出された３次元画像５８が形成される。
【００６６】
本実施形態によれば、３次元エコーデータ取込空間におけるエコーデータからカップリング体２０におけるエコーデータを分離することができる。言い換えれば、血液部分５０におけるエコーデータからカップリング体２０におけるエコーデータを分離することができる。これにより、腕表面１４直下からの反転エコーデータのみを利用した血液部分５０の３次元画像を形成することができる。その結果、カップリング体２０の影響を受けない良好な３次元画像が得られる。
【００６７】
以上、本実施形態における演算開始点の決定処理方法について説明した。なお、本実施形態においては、図１に示されるように演算開始点決定部３６における演算開始点の決定処理に先立って、各エコーデータのエコー値がエコー値反転部３０によって反転される。しかしこれに限らず、例えば、演算開始点決定部３６において演算開始点が決定された後に、各エコーデータのエコー値を反転する構成としてもよい。
【００６８】
上述の実施形態では、各エコーデータ列における単一のエコーデータごとに演算開始点の決定判定を行っている。しかしこれに限らず、例えば、各エコーデータ列において、互いに連続する複数の反転エコーデータ（或いはエコーデータ）からなるエコーデータ群を定義し、このエコーデータ群ごとに境界検出や演算開始点の決定を行ってもよい。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、カップリング体を有する超音波探触子を用いて被検体の３次元画像を形成する際に、カップリング体の影響を受けない３次元画像を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る超音波診断装置の概略的な全体構成を示すブロック図である。
【図２】 エコー値反転部に格納されているデータ反転関数の一例を示す図である。
【図３】 演算開始点決定部における決定処理及び演算部における演算処理を説明する図である。
【図４】 演算開始点の決定及び演算に関する処理を示すフローチャートである。
【図５】 従来において想定される演算開始点の決定処理を説明する図である。
【符号の説明】
１６ 超音波探触子、２２ 機械走査機構、２４ 機械走査制御部、２８ 送受信部、３０ エコー値反転部、３２ 反転関数選択部、３４ 決定条件設定部、３６ 演算開始点決定部、３８ 演算部、４０ パラメータ設定部、４２ 画像形成部、４４ 表示部。
Claims (8)
- 被検体表面に当接される変形自在のカップリング体を介して被検体の３次元領域に対して複数の超音波ビームを形成し、各超音波ビームごとにエコーデータ列を出力する超音波ビーム形成手段と、
前記エコーデータ列を構成する各エコーデータのエコー値に基づいて、前記被検体と前記カップリング体との境界を前記エコーデータ列に沿って検出する境界検出部と、
前記超音波ビームごとに検出された境界に基づいて、前記超音波ビームごとに前記カップリング体が除外される深さ位置に演算開始点を設定する演算開始点設定部と、
前記エコーデータ列ごとにその前記演算開始点から深さ方向へ所定のレンダリング演算を実行し、各エコーデータ列ごとにビーム対応画素値を求める演算部と、
前記ビーム対応画素値を２次元マッピングして、前記３次元領域を表わす３次元画像を形成する画像形成部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項１記載の超音波診断装置において、
前記３次元領域内に関心領域を設定する関心領域設定部を含み、
前記境界検出部は、前記関心領域内において前記境界を検出することを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項２記載の超音波診断装置において、
前記演算部は、前記関心領域内において前記所定のレンダリング演算を行うことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項１記載の超音波診断装置において、
前記所定のレンダリング演算に先立って、エコーデータ列を構成する各エコーデータごとにそのエコー値を所定のデータ反転関数に従って反転する反転部を含み、
前記演算部は、その反転処理後のエコーデータから構成されるエコーデータ列に対して所定のレンダリング演算を実行することを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項４記載の超音波診断装置において、
前記所定のデータ反転関数は、被検体内の実組織に対して血管内の血液部分を強調識別させる関数であることを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項４記載の超音波診断装置において、
前記所定のデータ反転関数を切り替える関数切替手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項１記載の超音波診断装置において、
前記境界検出部は、前記カップリング体におけるエコーデータと前記被検体におけるエコーデータとを弁別するために設定された特定の閾値と、前記各エコーデータのエコー値とを比較し、その比較結果に基づいて前記境界の検出を行うことを特徴とする超音波診断装置。 - 請求項７記載の超音波診断装置において、
前記閾値を切り替える閾値切替手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
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