JP5231840B2 - 超音波診断装置及び制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、超音波により生体内を画像化し診断を行う超音波診断装置及びその制御方法に関するものであり、特に超音波画像を立体的に表示する超音波診断装置及び制御プログラムに関する。

近年、超音波診断装置は、３次元的な走査による画像の収集、表示が可能となっている。また、被検体内の３次元領域（例えば、心臓を含む領域）を走査しながら、当該領域に関する２次元画像又は３次元画像をリアルタイムで表示する３次元リアルタイムイメージング法を用いた診断も普及してきている。

この３次元リアルタイムイメージング法において、より広域なボリューム走査領域（３次元領域の走査領域）を確保するために、所定のトリガと対応させて（例えばＥＣＧと同期させて）収集した小領域に関するボリューム（サブボリューム）データを、対応付けたトリガに基づいて繋ぎ合わせることで所望の範囲に関するボリュームデータを生成すると共に、時間情報に従ってサブボリュームデータを逐次更新することでリアルタイム性を維持する手法も開発されている（以下、この手法を「３次元トリガスキャンモード」と呼ぶ。）。

なお、本出願に関連する公知文献として、例えば特許文献１がある。

３次元トリガスキャンモードによる画像収集を行う場合、ユーザの作業負担が多いという問題がある。３次元トリガスキャンモードによって心臓を観察する場合、ＡＳＥ分割に対応したBasal/Mid/Apicalの３断面に対応する超音波画像を表示するのが一般的である。しかしながら、従来の超音波診断装置では、Basal/Mid/Apicalの３断面の位置合わせ、ボリュームレートを最適化するための走査範囲（すなわち、画角）の調整等を、３次元トリガスキャンモードによって実際に得られた画像を観察しながら行わなければならない。そのため、撮影時における作業量は多大なものとなり、ユーザへの負担を大きくしている。また、画像収集が上手く行かず、撮影時間が長引くことになれば、ユーザに加えて患者にも負担が掛かってしまう。
米国特許第６，５４４，１７５号明細書

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、３次元スキャンモードによる画像収集を行う場合において、従来に比してユーザの作業負担を軽減することができる超音波診断装置及び制御プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の局面に係る超音波診断装置は、３次元領域を超音波で３次元スキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置において、前記３次元スキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する入力部と、前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する決定部と、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する表示部と、を具備する超音波診断装置であって、前記３次元スキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得する画像取得部と、前記プリスキャン画像上に超音波の送受信方向に非平行な断面を設定する断面設定部と、をさらに備え、前記表示部は、前記取得されたプリスキャン画像に前記設定された断面の位置を表示し、前記入力部は、前記表示されたプリスキャン画像上で前記複数の走査条件のうちの少なくとも一つを設定又は変更する、ことを特徴とする。

本発明の第２の局面に係る超音波診断装置は、３次元領域を超音波で３次元トリガスキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置において、前記３次元トリガスキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する入力部と、前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する決定部と、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する表示部と、前記設定又は変更された走査条件に従って３次元トリガスキャンを実行する部であって、前記３次元領域を構成する複数のサブ領域をそれぞれ３次元スキャンすることにより複数のサブボリュームデータを収集し、前記収集された複数のサブボリュームデータを所定のトリガに基づいて繋ぎ合わせることによって前記３次元領域に関するボリュームデータを生成する画像取得部と、を具備する超音波診断装置であって、前記画像取得部は、前記３次元トリガスキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得し、前記表示部は、前記取得されたプリスキャン画像を表示し、前記入力部は、前記表示されたプリスキャン画像上で前記複数の走査条件のうちの一つであるサブボリューム数を設定又は変更する、ことを特徴とする。

本発明の第３の局面に係る超音波診断装置は、３次元領域を超音波で３次元スキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置において、前記３次元スキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得する画像取得部と、前記取得されたプリスキャン画像上で前記３次元スキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する入力部と、前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する決定部と、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する表示部と、を具備する超音波診断装置であって、前記画像取得部は、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件とに基づいて模擬的な３次元スキャンを実行して模擬スキャン画像を取得し、前記表示部は、前記取得された模擬スキャン画像を表示し、前記画像取得部は、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件とが確定された場合、前記確定された走査条件に基づいて前記３次元スキャンを実行する、ことを特徴とする。

本発明によれば、３次元スキャンモードによる画像収集を行う場合において、従来に比してユーザの作業負担を軽減することができる超音波診断装置及び制御プログラムを提供することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る超音波診断装置及び制御プログラムを図面に従って説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示す図である。図１に示すように、超音波診断装置１は、プローブＡ、装置本体Ｂ、及びインタフェイス部Ｃを具備する。

プローブＡは、装置本体Ｂからの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の振動子や、振動子に取り付けられる整合層、振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。プローブＡから被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射される。反射された超音波は、エコー信号としてプローブＡに受信される。エコー信号の振幅は、反射された不連続面を境とする２種の体内組織の音響インピーダンスの差に依存する。また、送信される超音波が、移動している血流や心臓壁等で反射された場合のエコー信号は、ドプラ効果により周波数偏移を受ける。

なお、プローブＡは、被検体の３次元領域の超音波走査を可能とするために、振動子をその配列方向の直交方向に沿って機械的に揺動させながら３次元領域を超音波走査するための構成、又は二次元的に配列された振動子を用いて電気的制御により３次元領域を超音波走査するための構成等を有する。前者の構成を採用する場合、３次元走査は、揺動回路によって行われる。そのため、検査者は、プローブＡを被検体に接触させるだけで、自動的に複数の二次元断層像を取得することができる。揺動速度は制御されるため、断面間の正確な距離を検知できる。後者の構成を採用する場合、原理的には、電気信号の遅延処理により、２次元走査と同様に電子的な３次元走査による超音波走査ができる。

インタフェイス部Ｃは、モニタ１１と入力装置１３とを具備している。

モニタ１１は、装置本体Ｂからのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報（Ｂモード画像）や、血流情報（平均速度画像、分散画像、パワー画像等）、これらの組み合わせを画像として表示する。

また、モニタ１１は、３次元トリガスキャンを支援するための機能（後述）に従う処理（３次元トリガスキャンを支援するための処理）において、各種走査条件、任意断面の位置、走査範囲を示す模型、及びこれらを設定・変更するための画面を表示する。

入力装置１３は、装置本体Ｂに接続され、オペレータからの各種指示、条件や関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件の設定指示等を装置本体Ｂにとりこむための各種スイッチや、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有する。例えば、ユーザが入力装置１３の終了ボタンやＦＲＥＥＺＥボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、超音波診断装置は一時停止状態になる。

また、入力装置１３は、３次元トリガスキャンを支援するための処理において、各種走査条件や、任意断面の位置や傾き、走査範囲を表す模型の方向等を設定・変更するためのスイッチ等を有する。

装置本体Ｂは、送信ユニット２１、受信ユニット２３、Ｂモード処理ユニット２５、ドプラ処理ユニット２７、画像生成ユニット２８、第１のメモリ２９、ボクセル変換ユニット３１、第２のメモリ３３、画像合成ユニット３５、記憶ユニット３７、プロセッサユニット（ＣＰＵ）３９、インタフェイスユニット４１を具備している。

送信ユニット２１は、図示しないトリガ発生回路、遅延回路、及びパルサ回路等を有する。パルサ回路は、所定のレート周波数ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）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。遅延回路は、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を、各レートパルスに与える。トリガ発生回路は、このレートパルスに基づくタイミングで、プローブＡに駆動パルスを印加する。

受信ユニット２３は、図示しないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器等を有する。アンプ回路は、プローブＡを介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅された各エコー信号に、受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、遅延時間を与えられたエコー信号を加算する。この加算により、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、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。

Ｂモード処理ユニット２５は、受信ユニット２３からエコー信号を受信し、受信したエコー信号を対数増幅し、包絡線検波等をし、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。このデータは、画像生成ユニット２８に送信され、反射波の強度を輝度で表現するＢモード画像としてモニタ１１に表示される。

ドプラ処理ユニット２７は、受信ユニット２３からエコー信号を受信し、受信したエコー信号を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について算出する。

画像生成ユニット２８は、Ｂモード処理ユニット２５、ドプラ処理ユニット２７、及び第２のメモリ３３から受け取った各種データに基づいて画像を生成する。なお、画像生成ユニット２８に入る前のデータは、生データと呼ばれることがある。

第１のメモリ２９は、Ｂモード処理ユニット２５又はドプラ処理ユニット２７からの生データを記憶する。

ボクセル変換ユニット３１は、第１のメモリ２９に記録された生データを用いて、所望の範囲に対応するボリュームデータ（又はサブボリュームデータ）を生成する。

第２のメモリ３３は、ボクセル変換ユニット３１において生成されたボリュームデータ（又はサブボリュームデータ）を記憶する。また、第２のメモリ３３は、プロセッサユニット３９からの指示に従って、複数のサブボリュームデータを所定のトリガに基づいて繋ぎ合わせ、所望の範囲に関するボリュームデータとして記憶する。さらに、第２のメモリ３３は、プロセッサユニット３９からの指示に従って、所望の範囲に関するボリュームデータの一部を構成するサブボリュームデータを、時間情報に従って更新する。

画像合成ユニット３５は、画像生成ユニット２８から受け取った画像を、種々のパラメータの文字情報や目盛、後述する走査条件や走査範囲を示す模型やＥＣＧ信号画像等と共に合成し、ビデオ信号としてモニタ１１に出力する。

記憶ユニット３７は、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体、及びこれらの媒体に記録された情報を読み出す装置である。記憶ユニット３７は、送受信条件、所定のスキャンシーケンス、３次元トリガスキャンを支援するための機能を実現するためのプログラム、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラム、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、ボディマーク生成プログラムその他のデータ群を保管する。記憶部ユニット３７内のデータは、インタフェイスユニット４１を経由して外部周辺装置へ転送することも可能である。

プロセッサユニット３９は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、超音波診断装置１の動作を制御する。プロセッサユニット３９は、記憶ユニット３７から３次元トリガスキャンを支援するための機能を実現するためのプログラム、所定のスキャンシーケンス、画像生成・表示等を実行するための制御プログラムを読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種処理に関する演算・制御等を実行する。

インタフェイスユニット４１は、入力装置１３、ネットワーク、新たな外部記憶装置（図示せず）に関するインタフェイスである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、インタフェイスユニット４１よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。

（３次元トリガスキャンを支援するための機能）
次に、超音波診断装置１が有する３次元トリガスキャンを支援するための機能について説明する。この機能は、走査条件をシミュレーションするための機能、断面位置を調整するための機能、走査範囲を視覚化するための機能、模擬的な３次元スキャンをするための機能に大きく分類することができる。以下、各機能について説明する。なお、３次元トリガスキャンは、所定のトリガに対応させて、３次元領域を構成する複数のサブ領域をそれぞれ３次元スキャンすることにより収集した複数のサブボリュームデータを、対応付けられた所定のトリガに基づいて繋ぎ合わせることによって当該３次元領域に関するボリュームデータを生成するスキャン方式である。

説明を具体的にするため、本実施形態では、画像診断の対象部位は心臓であるとする。また、説明を具体的にするため、３次元トリガスキャンによって得られるボリュームデータに対して設定される任意断面は、ボリュームデータから切り出される複数のＭＰＲ断面である。例えば、複数のＭＰＲ断面は、ＡＳＥ分割に対応したBasal/Mid/Apicalの３つのＣ面（すなわち、超音波の送受信方向に対して非平行な面）であるとする。また、３次元トリガスキャンモードの前段階に実施されるプリスキャンは、バイプレーンスキャンであるとする。しかしながら、本発明の技術的思想は、診断対象部位や、３次元トリガスキャンによって得られるボリュームデータに対して設定される任意断面、プリスキャンの種類に拘泥されない。例えば、ボリュームデータに対して設定される任意断面として、ＭＰＲ断面を採用することも可能である。

［走査条件をシミュレーションするための機能］
走査条件をシミュレーションするための機能とは、３次元トリガスキャンモードの前段階において、３次元トリガスキャンに用いられる互いに相関のある複数の走査条件の少なくとも一部が入力されると、残りの走査条件を計算し、入力された走査条件と計算された走査条件とを所定のレイアウトで表示するものである。

なお、３次元トリガスキャンに用いられる互いに相関のある走査条件は、走査範囲、走査線密度、フレームレート、ゲイン、周波数、ダイナミックレンジ、フィルタ設定、視野深度、フォーカス位置、サブボリューム数、ボリュームレート等である。

図２は、モニタ１１に表示される、設定・変更の対象とする走査条件、Ｃ面位置等の選択画面（ユーザインタフェイス）の一例を示す図である。図３は、走査条件をシミュレーションするための機能を説明するための図である。図３は、プリスキャンによって取得されたバイプレーン画像ＢＰ、及び３次元トリガスキャンに用いられる複数の走査条件ＣＤを表示したモニタ１１の画面の一例を示す。

例えば、図２に示した画面上で「Scan Range」が選択されると、走査範囲（すなわち、画角）が設定・変更可能な状態となる。この状態で、例えば図３のバイプレーン画像ＢＰ（のいずれか一方）に示された３次元走査範囲を示す線ＬＲのなす角がマウスや専用スイッチ等によって調整されると、プロセッサユニット３９は、調整後の３次元走査範囲を示す線ＬＲのなす角に基づいて、３次元トリガスキャンに関する走査範囲を設定又は変更する。

また、例えば図２に示した画面上で「Sub Volume Number」が選択されると、サブボリューム数が設定・変更可能な状態となる。この状態で、例えば入力装置１３から「サブボリューム数４」が入力された場合には、プロセッサユニット３９は、図３に示すように、バイプレーン像ＢＰ上にサブボリュームデータの境界を示す境界線ＬＢを、自動的にモニタ１１上に表示する。

さらに、例えば図２に示した画面上で「Density of Scan Lines」が選択されると、走査線密度が設定・変更可能な状態となる。プロセッサユニット３９は、入力装置１３からの数値入力等によって、３次元トリガスキャンに関する走査線密度を設定又は変更する。入力された各種走査条件は、モニタ１１上に例えば図３に示すレイアウトで自動的に表示される。

また、プロセッサユニット３９は、入力された幾つかの走査条件に基づいて計算又は決定可能な他の走査条件が存在する場合、これら他の走査条件の値を計算又決定はする。換言すれば、走査条件をシミュレーションするための機能においてプロセッサユニット３９は、入力された幾つかの走査条件に基づいて他の走査条件をシミュレーションし、その結果得られた値や条件等を入力された走査条件と共に表示する。

例えば、上述のように走査範囲や走査線密度、サブボリューム数の３つの走査条件の値が設定又は変更された場合、プロセッサユニット３９は、少なくともこれら３つの走査条件の値に基づいてボリュームレートの値を計算する。典型的には、ボリュームレートは、走査範囲、走査線密度、サブボリューム数、及び視野深度に基づいて計算される。計算されたボリュームレートの値は、プロセッサユニット３９によってモニタ１１の画面に自動的に表示される。

なお、ユーザによって直接入力されず、且つ入力された他の走査条件に基づいて計算することができない走査条件には、所定の値が自動的に入力される。また、プロセッサユニット３９は、例えば図２の画面上において未入力の走査条件に対応するボタンを反転表示するなどして、ユーザに積極的に未入力の走査条件の入力を促すようにしてもよい。また、入力された幾つかの走査条件を採用すると、他の走査条件が設定不可能となる場合（すなわち、相関する走査条件が両立しない場合）には、プロセッサユニット３９は、走査条件の入力値等がエラーである旨をモニタ１１の画面に表示させる。

［断面位置を調整するための機能］
断面位置を調整するための機能とは、３次元トリガスキャンによって得られるボリュームデータに対して設定される任意断面を、３次元トリガスキャンモードの前段階において任意の値や位置に設定・変更可能とするものである。３次元トリガスキャンモード時では、取得されたボリュームデータの設定・変更された断面に関する画像が表示される。

図４は、断面位置を調整するための機能を説明するための図である。図４は、プリスキャンによって取得されたバイプレーン画像ＢＰに設定されたBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰを表示したモニタ１１の画面の一例を示す。

例えば、図２に示した画面上において「C Plane Shift」が選択されると、Basal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの位置が設定・変更可能な状態となる。この状態で、例えば図４のバイプレーン画像ＢＰ（のいずれか一方）に示されたBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの位置がマウスや専用スイッチ等によって調整（平行移動）されると、プロセッサユニット３９は、３次元トリガスキャンによって取得されるボリュームデータの各断面位置を、調整後のBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの各位置に設定又は変更する。

また、例えば図２に示した画面上において「C Plane Rotation (A)」が選択されると、Basal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの傾きが設定・変更可能な状態となる。この状態で、例えば図４のバイプレーン画像ＢＰ上に示されたBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの傾きがマウスや専用スイッチ等によって調整されると、プロセッサユニット３９は、調整後のBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの各傾きに対応するように、３次元トリガスキャンによって得られるボリュームデータに対してBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰを設定又は変更する。

なお、Basal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの位置や傾きの調整は、いずれか一つの面を調整すると他の面も連動して調整されるようにしてもよいし、各面を個別に調整できるようにしてもよい。

この様にして、３次元トリガスキャンの前段階においてBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの各面が所望の位置、傾きに設定されると、プロセッサユニット３９は、３次元ボリュームスキャン時においては、設定されたBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの各面に対応する各断面をボリュームデータ上に設定し、各面に対応するＣモード画像及びバイプレーン画像を生成する。生成されたＣモード画像及びバイプレーン画像は、例えば図５に示すような形態で自動的に表示される。従って、ユーザは、３次元トリガスキャン時においてはBasal面ＣＢ、Mid面ＣＭ、Apical面ＣＰの各面の位置及び傾きの調整作業をする必要はない。

［走査範囲を視覚化するための機能］
走査範囲を視覚化するための機能とは、３次元トリガスキャンモードにおける走査範囲を、３次元トリガスキャンモードの前段階において視認可能とするためのものである。

図６は、走査範囲を視覚化するための機能を説明するための図である。図６は、図４に示した画面上に３次元トリガスキャンモードにおける走査範囲を模式的に表した走査範囲の模型Ｍを表示する例を示す。プロセッサユニット３９は、初期設定又は走査条件のシミュレーションするための機能を用いて設定・変更された走査範囲に基づいて、当該設定された走査範囲に対応する模型Ｍを生成しモニタ１１の画面に表示させる。

プロセッサユニット３９は、この画面上の位置とメモリ上の位置との対応付けに基づいて、模型Ｍとバイプレーン画像ＢＰとの空間的な位置を対応付ける。従って、例えば入力装置１３を介して画面上の模型Ｍを回転するとプロセッサユニット３９は、当該回転に連動してバイプレーン画像ＢＰを回転させる。また、例えば検査師等によりプローブＡが回転されることによってバイプレーン画像ＢＰが回転された場合、プロセッサユニット３９は、当該回転に連動して走査範囲模型Ｍが所定の向きに回転することになる。

なお、模型Ｍの表示形態は、上記例に拘泥されない。例えば、プロセッサユニット３９は、フレームレートの数値に応じて模型Ｍの色彩や模様を変化させてもよい。

［模擬的な３次元スキャンのための機能］
模擬的な３次元スキャンのための機能とは、走査条件をシミュレーションするための機能を用いて設定された各種走査条件に基づいて、模擬的に３次元スキャンするものである。模擬的な３次元スキャンは、走査条件をシミュレーションするための機能を用いて設定された、主に３次元スキャンに関する走査条件をシミュレーションするために行なわれる。模擬的な３次元スキャンは、走査条件をシミュレーションするための機能を用いて設定された、各種走査条件を利用するものであれば、どのような３次元スキャンでもよい。例えば、模擬的な３次元スキャンは、走査線やフレームを間引いたバイプレーンスキャンである。なお、プリスキャンは、模擬的な３次元スキャンではなく通常の２次元スキャンなので、模擬的な３次元スキャンによって得られる画像に比して高走査線密度を有する画像を得ることができる。また、３次元スキャン範囲外のスキャンは、２次元スキャン時の高密度なスキャンで行っても良く、また、フレームレートは、３次元スキャン時のフレームレートを模擬しなくてもよい。また、これら模擬的な３次元スキャンによって得られるデータを信号処理等によって補間してもよい。

模擬的な３次元スキャンによって取得された画像ＳＩは、図７に示すように走査条件をシミュレーションするための機能を用いて設定された走査範囲内に所定の形態で表示される。ユーザは、表示された画像を観察することで、３次元トリガスキャンの前段階において、迅速且つ簡便に３次元トリガスキャンによって得られる画像を予測することができる。

（動作）
次に、３次元トリガスキャンを支援するための処理を含む３次元トリガスキャンモードにおける超音波診断装置１の動作について説明する。

図８は、３次元トリガスキャンモードにおいて実行される各処理の流れを示すフローチャートである。図８に示すように、まず、プロセッサユニット３９は、３次元トリガスキャンモードの前段階において、初期設定を用いたバイプレーンによるプリスキャンを実行する（ステップＳ１）。

次に、既述の走査条件をシミュレーションするための機能を用いて、走査条件の設定・変更が実行される（ステップＳ２）。プロセッサユニット３９は、設定された各種走査条件、及び設定された走査範囲を示す模型をモニタ１１に表示する（ステップＳ３）。

次に、既述の断面位置を調整するための機能を用いてＣ面の位置、傾きの調整が実行される（ステップＳ４）。そして、設定された各種走査条件を用いた模擬的な３次元スキャンが実行される（ステップＳ５）。模擬的な３次元スキャンによって取得される画像は、モニタ１１の画面に所定の形態で表示される（ステップＳ６）。

以上の様に設定された各種走査条件、Ｃ面位置等を修正する場合には、ステップＳ１〜ステップＳ６の処理が繰り返される。一方、設定された各種走査条件、Ｃ面位置等を修正しない場合は、当該走査条件等を用いて３次元トリガスキャンが実行される。３次元トリガスキャンが実行されると、設定された各Ｃ面に対応するＣモード画像及びバイプレーン画像が、例えば図５に示すレイアウトで表示される（ステップＳ７）。

（効果）
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。

超音波診断装置１によれば、３次元トリガスキャンの前段階において、走査条件をシミュレーションするための機能を用いて各種走査条件をシミュレーションすることができる。当該シミュレーションの結果に応じて、所望の走査条件を変更することが可能である。従って、３次元トリガスキャンの前段階において、全ての走査条件を確認することができるため、３次元トリガスキャンにおけるユーザの作業負担を軽減することができる。

また、超音波診断装置１によれば、３次元トリガスキャンの前段階において、断面位置を調整するための機能によって、３次元トリガスキャンによって得られるボリュームデータを観察するための断面を、任意の位置や傾きに設定・変更することができる。従って、３次元トリガスキャンの段階でＣモード画像等の位置等を調整する必要がないため、３次元トリガスキャンにおけるユーザの作業負担を軽減することができる。

また、超音波診断装置１によれば、３次元トリガスキャンの前段階において、走査範囲を視覚化するための機能によって、３次元トリガスキャンモードにおける走査範囲を視認することができる。従って、実際の３次元トリガスキャンの段階で走査範囲を調整する必要がなく、その結果、３次元トリガスキャンにおけるユーザの作業負担を軽減することができる。

また、超音波診断装置１によれば、３次元トリガスキャンの前段階において、模擬的な３次元スキャン機能より、実際の３次元トリガスキャンにおいて収集される画像をシミュレーションした画像を視認することができる。従って、迅速且つ簡便に３次元トリガスキャンによって得られる画像を予測することができ、撮影のやり直し等を防止することができる。その結果、３次元トリガスキャンにおけるユーザ及び患者の作業負担を軽減することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。

（変形例１）
本実施形態では、３次元スキャンとして、スキャンの準備段階やスキャン時において特にユーザの作業負担が大きい３次元トリガスキャンを例に挙げて説明した。しかしながら本実施形態は、３次元スキャンを３次元トリガスキャンに限定する必要はなく、あらゆる３次元スキャン方式に利用することができる。例えば、本実施形態に係る３次元スキャンの方式は、通常の３次元スキャン、すなわち、所望の３次元領域の全体を直接に３次元スキャンする（すなわち、所望の３次元領域を複数のサブ領域に分割せずにスキャンする）ことによって、当該３次元領域に関するボリュームデータを取得する方式であってもよい。この通常の３次元スキャンにおけるボリュームレートは、上記の走査条件をシミュレーションするための機能においてプロセッサユニット３９により、少なくとも走査線密度と走査範囲とに基づいて計算される。

（変形例２）
また、装置本体Ｂの構成は、図１に示す構成に限定されない。例えば、変形例２に係る装置本体は、コントロールユニットを中枢として、送信ユニット２１、受信ユニット２３、Ｂモード処理ユニット２５、ドプラ処理ユニット２７、及び画像処理ユニットを備える。コントロールユニットは、プロセッサユニット（ＣＰＵ）３９、第３のメモリ、及び記憶ユニット３７を備えるハードウェアである。プロセッサユニット３９は、３次元トリガスキャン機能を実現するためのプログラムや、所定のスキャンシーケンス及び画像生成・表示等を実行するためのオペレーティングシステムを記憶ユニット３７から読み出し、第３のメモリ上に展開して、各種処理、演算、制御を実行する。第３のメモリは、Ｂモード処理ユニット２５やドプラ処理ユニット２７で生成されたＲＡＷデータを、走査線毎、走査断面毎、走査ボリューム毎、時系列のボリュームデータ毎等に記憶する。また、コントロールユニットは、トリガ情報、位置情報、時系列情報等に基づいてサブボリュームデータを繋ぎ合わせて所望の範囲のボリュームデータを生成する。この繋ぎ合わせ処理は、ＲＡＷデータの段階で行ってもよいし、後述するボクセル変換処理後のボリュームデータを用いてもよい。

画像処理ユニットは、２次元画像処理や３次元画像処理を行なう例えばＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等を備えるハードウェアである。画像処理ユニットは、Ｂモード処理ユニット２５やドプラ処理ユニット２７で生成されたデータとメモリに記憶されているデータとに基づいて、上記実施形態に係る種々のボリュームデータや画像を生成する。例えば、３次元トリガスキャンモードにおいて画像処理ユニットは、ＧＰＵの並列演算機能を用いてコントロールユニットに記憶されたＲＡＷデータに対するボクセル変換処理を高速に行うなどする。また、画像処理ユニットは、生成された所望の範囲のボリュームデータに基づいてＢ面やＣ面に関する画像を生成する。

このような構成によれば、各機能をＣＰＵやＧＰＵを用いた情報処理として実現できるので、高速な処理が可能でありながらも、汎用性の高いハードウェアを用いることができる。変形例２の装置本体は、汎用ハードウェアを用いているので、低コストでの製造が可能となる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

かくして本実施形態によれば、３次元スキャンモードによる画像収集を行う場合において、従来に比してユーザの作業負担を軽減することができる超音波診断装置及び制御プログラムを提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る超音波診断装置のブロック構成図を示す図。 図１のモニタに表示される、設定・変更対象とする走査条件やＣ面位置等を選択するための画面の一例を示す図。 図１のプロセッサユニットによる走査条件をシミュレーションするための機能を説明するための図であり、プリスキャンによって取得されたバイプレーン画像、及び３次元トリガスキャンに用いられる複数の走査条件が表示される画面の一例を示す図。 図１のプロセッサユニットによる断面位置を調整するための機能を説明するための図であり、プリスキャンによって取得されたバイプレーン画像に設定されたBasal面、Mid面、Apical面が表示される画面の一例を示す図。 図１のプロセッサユニットによる断面位置を調整するための機能を用いて設定され、３次元トリガスキャンにおいて自動的に表示されるBasal面、Mid面、Apical面の各面に対応するＣモード画像、及びバイプレーン画像を示す図。 図１のプロセッサユニットによる走査範囲を視覚化するための機能を説明するための図であり、図４に示す画面上に３次元トリガスキャンモードにおける走査範囲を模式的に表す模型が表示される画面の一例を示す図。 図１のプロセッサユニットによる走査条件をシミュレーションするための機能を用いて設定された走査範囲内に表示される、模擬的なトリガスキャンによって取得された画像の一例を示す図。 図１のプロセッサユニットによる制御のもとに行なわれる３次元トリガスキャンモードにおける処理の流れを示す図。

符号の説明

１…超音波診断装置、１１…モニタ、１３…入力装置、２１…送信ユニット、２３…受信ユニット、２５…Ｂモード処理ユニット、２７…ドプラ処理ユニット、２８…画像生成ユニット、２９…第１のメモリ、３１…ボクセル変換ユニット、３３…第２のメモリ、３５…画像合成ユニット、３７…記憶ユニット、３９…プロセッサユニット（ＣＰＵ）、４１…インタフェイスユニット、Ａ…プローブ、Ｂ…装置本体、Ｃ…インタフェイス部

Claims (21)

1. ３次元領域を超音波で３次元スキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置において、
   前記３次元スキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する入力部と、
   前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する決定部と、
   前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する表示部と、
   を具備する超音波診断装置であって、
   前記３次元スキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得する画像取得部と、
   前記プリスキャン画像上に超音波の送受信方向に非平行な断面を設定する断面設定部と、をさらに備え、
   前記表示部は、前記取得されたプリスキャン画像に前記設定された断面の位置を表示し、
   前記入力部は、前記表示されたプリスキャン画像上で前記複数の走査条件のうちの少なくとも一つを設定又は変更する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
2. ３次元領域を超音波で３次元トリガスキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置において、
   前記３次元トリガスキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する入力部と、
   前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する決定部と、
   前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する表示部と、
   前記設定又は変更された走査条件に従って３次元トリガスキャンを実行する部であって、前記３次元領域を構成する複数のサブ領域をそれぞれ３次元スキャンすることにより複数のサブボリュームデータを収集し、前記収集された複数のサブボリュームデータを所定のトリガに基づいて繋ぎ合わせることによって前記３次元領域に関するボリュームデータを生成する画像取得部と、
   を具備する超音波診断装置であって、
   前記画像取得部は、前記３次元トリガスキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得し、
   前記表示部は、前記取得されたプリスキャン画像を表示し、
   前記入力部は、前記表示されたプリスキャン画像上で前記複数の走査条件のうちの一つであるサブボリューム数を設定又は変更する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
3. ３次元領域を超音波で３次元スキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置において、
   前記３次元スキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得する画像取得部と、
   前記取得されたプリスキャン画像上で前記３次元スキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する入力部と、
   前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する決定部と、
   前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する表示部と、
   を具備する超音波診断装置であって、
   前記画像取得部は、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件とに基づいて模擬的な３次元スキャンを実行して模擬スキャン画像を取得し、
   前記表示部は、前記取得された模擬スキャン画像を表示し、
   前記画像取得部は、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件とが確定された場合、前記確定された走査条件に基づいて前記３次元スキャンを実行する、
   ことを特徴とする超音波診断装置。
4. 前記決定部は、少なくとも前記設定又は変更された走査条件のうちの走査範囲と走査線密度とに基づいて、前記複数の走査条件のうちの一つであるボリュームレートを決定し、
   前記表示部は、前記決定されたボリュームレートと、前記設定又は変更された走査範囲と、前記設定又は変更された走査線密度との少なくとも一つを、前記プリスキャン画像とともに表示する、
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
5. 前記複数の走査条件は、走査範囲、走査線密度、ボリュームレート、フレームレート、
   ゲイン、周波数、ダイナミックレンジ、フィルタ設定、視野深度、及びフォーカス位置のうちの少なくとも一つを含む、請求項１または３に記載の超音波診断装置。
6. 前記画像取得部は、前記プリスキャン画像としてバイプレーン画像を取得する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
7. 前記プリスキャン画像上に少なくとも一つの断面を設定する断面設定部をさらに備え、
   前記表示部は、前記設定された少なくとも一つの断面の位置を前記プリスキャン画像上に表示する、
   請求項２または３記載の超音波診断装置。
8. 前記断面設定部は、前記少なくとも一つの断面として、超音波の送受信方向に非平行な面を設定する、請求項７記載の超音波診断装置。
9. 前記画像取得部は、前記３次元スキャンによって、前記設定された少なくとも一つの断面に関する断面画像を取得し、
   前記表示部は、前記取得された少なくとも一つの断面画像を表示する、
   請求項７記載の超音波診断装置。
10. 前記プリスキャン画像上で、前記断面の位置及び傾きの少なくとも一方を変更する変更部をさらに備え、
    前記画像取得部は、前記３次元スキャンによって、変更後の前記断面に関する変更後の断面画像を取得し、
    前記表示部は、前記取得された変更後の断面画像を表示する、
    請求項７記載の超音波診断装置。
11. 前記表示部は、前記設定又は変更された走査条件のうちの走査範囲を模式的に表す模型を前記プリスキャン画像とともに表示する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
12. 前記模型と前記プリスキャン画像との間の空間的な位置を対応付ける対応付け部をさらに備え、
    前記表示部は、前記模型の移動指示がなされた場合、前記空間的な対応付けに基づいて前記プリスキャン画像を前記模型に連動して移動させる、
    請求項１１記載の超音波診断装置。
13. 前記画像取得部は、前記３次元スキャンとして、所定のトリガに対応させて、前記３次元領域を構成する複数のサブ領域をそれぞれ３次元スキャンすることにより収集した複数のサブボリュームデータを、前記所定のトリガに基づいて繋ぎ合わせることによって前記３次元領域に関するボリュームデータを生成する３次元トリガスキャンを実行する、請求項１または３記載の超音波診断装置。
14. 前記画像取得部は、前記３次元トリガスキャンの前段階において前記プリスキャンをして、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得し、
    前記表示部は、前記取得されたプリスキャン画像を表示し、
    前記入力部は、前記表示されたプリスキャン画像上で前記複数の走査条件のうちの一つである走査範囲を設定又は変更し、前記複数の走査条件のうちの一つである走査線密度とサブボリューム数とを設定又は変更する、
    請求項１３記載の超音波診断装置。
15. 前記決定部は、少なくとも前記設定又は変更された走査範囲と走査線密度とサブボリューム数とに基づいて、前記複数の走査条件のうちの一つであるボリュームレートを決定し、
    前記表示部は、前記決定されたボリュームレートと前記設定又は変更された走査線密度とサブボリューム数と走査範囲との少なくとも一つを、前記プリスキャン画像とともに表示する、
    請求項１４記載の超音波診断装置。
16. 前記複数の走査条件は、走査範囲、走査線密度、ボリュームレート、フレームレート、
    ゲイン、周波数、ダイナミックレンジ、フィルタ設定、視野深度、フォーカス位置、サブスキャンの範囲、及びサブボリューム数のうちの少なくとも一つを含む、請求項２または１３記載の超音波診断装置。
17. 前記画像取得部は、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件とをシミュレーションするために前記プリスキャン画像を取得する、請求項１乃至３の何れか一項に記載の超音波診断装置。
18. 前記画像取得部は、前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件とに基づいて模擬的なスキャンをして模擬スキャン画像を取得する、請求項１または２記載の超音波診断装置。
19. ３次元領域を超音波で３次元スキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置の制御プログラムであって、
    前記超音波診断装置に、
    前記３次元スキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する機能と、
    前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する機能と、
    前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する機能と、
    を実現させる制御プログラムであって、
    前記３次元スキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得する機能と、
    前記プリスキャン画像上に超音波の送受信方向に非平行な断面を設定する機能と、をさらに実現させ、
    前記表示する機能においては、前記取得されたプリスキャン画像に前記設定された断面の位置を表示し、
    前記設定又は変更する機能においては、前記表示されたプリスキャン画像上で前記複数の走査条件のうちの少なくとも一つを設定又は変更する、
    ことを特徴とする制御プログラム。
20. ３次元領域を超音波で３次元トリガスキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置の制御プログラムにおいて、
    前記超音波診断装置に、
    前記３次元トリガスキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する機能と、
    前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する機能と、
    前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する機能と、
    前記設定又は変更された走査条件に従って３次元トリガスキャンを実行する機能であって、前記３次元領域を構成する複数のサブ領域をそれぞれ３次元スキャンすることにより複数のサブボリュームデータを収集し、前記収集された複数のサブボリュームデータを所定のトリガに基づいて繋ぎ合わせることによって前記３次元領域に関するボリュームデータを生成する機能と、
    を実現させる制御プログラムであって、
    前記３次元トリガスキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得する機能と、
    前記取得されたプリスキャン画像を表示する機能と、
    前記表示されたプリスキャン画像上で前記複数の走査条件のうちの一つであるサブボリューム数を設定又は変更する機能と、
    をさらに実現させる制御プログラム。
21. ３次元領域を超音波で３次元スキャンすることによりボリュームデータを生成する超音波診断装置の制御プログラムにおいて、
    前記超音波診断装置に、
    前記３次元スキャンの前段階においてプリスキャンを実行して、前記３次元領域に交わる少なくとも一つの断面に関するプリスキャン画像を取得する機能と、
    前記取得されたプリスキャン画像上で前記３次元スキャンのための互いに相関する複数の走査条件のうちの少なくとも一つの走査条件を設定又は変更する機能と、
    前記設定又は変更された少なくとも一つの走査条件に基づいて、前記複数の走査条件のうちの他の走査条件を決定する機能と、
    前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件との少なくとも一つを表示する機能と、
    を実現させる制御プログラムであって、
    前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件とに基づいて模擬的な３次元スキャンを実行して模擬スキャン画像を取得する機能と、
    前記取得された模擬スキャン画像を表示する機能と、
    前記設定又は変更された走査条件と前記決定された走査条件とが確定された場合、前記確定された走査条件に基づいて前記３次元スキャンを実行する機能と、
    をさらに実現させる制御プログラム。

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