JP5337446B2 - 超音波画像診断装置、画像処理装置及び超音波画像診断支援プログラム - Google Patents

Description

本発明は、リアルタイムスキャン中に三次元画像を表示する超音波画像診断装置、画像処理装置及び超音波画像診断支援プログラムに関する。

超音波画像診断装置は超音波パルス反射法により、体表から生体内の軟組織の断層像を無侵襲に得る医用診断装置である。超音波画像診断装置は、他の医用診断装置に比べ、小型で安価、Ｘ線等の被曝がなく安全性が高い、血流イメージングが可能等の特長を有し、心臓、腹部、泌尿器及び産婦人科等で広く利用されている。

超音波の三次元画像を用いた検査ワークフローは、短時間で従来撮像していた複数のスライス面を収集し、検査後にオフラインＰＣ（ｐｅｒｓｏｎａｌ ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等で任意の断面を編集機能（Ｃｒｏｐ等）により切り出し検査することを想定していた。しかし、超音波画像診断装置の画像の分解性能では、心臓等の動いている物体に関しては検査中に三次元画像上で関心領域を描出できていないと検査後に画像を編集しても超音波の角度依存性の問題等で僧帽弁等の弁を視認できない場合がある。超音波のリアルタイム三次元表示では弁の把握が大きな臨床ニーズの一つであるので、弁の簡便な表示機能は重要である。そのためリアルタイムスキャン中に三次元画像の表示態様を編集して関心領域を表示させる必要がある。

三次元画像の表示態様をリアルタイムスキャン中に編集する技術として、
１）直交３断面画像と三次元画像とが表示された操作画面上でユーザインターフェースを用いて、直交する２つのＭＰＲ（任意断面を切り出した平面）画像上で画像の切り出しを行なう（Ｂｏｘ−Ｃｒｏｐ）、
２）直交３断面画像と三次元画像とが表示された操作画面上でユーザインターフェースを用いて、見たい位置の始点と終点を１断面（直交断面は中心角度で扱う）で指定する（Ｄ−Ｃｒｏｐ（登録商標））、等が挙げられる。

心臓の弁の描出の用途においてはＤ−Ｃｒｏｐが比較的容易な手法として用いられている。

なお、本発明に関連する従来技術として、次のようなものがある。
特開２００８−１４２５６８号公報

しかしながら、従来技術では、三次元画像の表示態様をリアルタイムスキャン中に編集する場合、片手（主に利き手）でプローブ走査を行ないながら、ポインティングデバイスを操作するのは非常に煩雑であり、時間がかかる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、三次元スキャン中の操作性を向上させることができる超音波画像診断装置、画像処理装置及び超音波画像診断支援プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る超音波画像診断装置は、上述した課題を解決するために、超音波パルスを送信すると共に、反射波を受信してエコー信号を発生する超音波プローブと、単一走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域のＢモード画像データを生成するＢモード画像生成部と、前記Ｂモード画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する検出部と、前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する領域・方向生成部と、複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、複数時相のボリュームデータを生成する再構成部と、前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する処理部と、前記三次元画像データを表示装置に表示させる表示制御部と、を有する。

また、本発明に係る超音波画像診断装置は、上述した課題を解決するために、超音波パルスを送信すると共に、反射波を受信してエコー信号を発生する超音波プローブと、複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域の複数時相のボリュームデータを生成する再構成部と、前記ボリュームデータの中に、所要断面を選択する選択部と、前記所要断面における断面画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する検出部と、前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する生成部と、前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する処理部と、前記三次元画像データを表示装置に表示させる表示制御部と、を有する。

本発明に係る画像処理装置は、上述した課題を解決するために、超音波プローブから超音波パルスを送信させると共に、前記超音波プローブで受信された反射波に基づくエコー信号を取得し、単一走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域のＢモード画像データを生成するＢモード画像生成部と、前記Ｂモード画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する検出部と、前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する領域・方向生成部と、複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、複数時相のボリュームデータを生成する再構成部と、前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する処理部と、前記三次元画像データを表示装置に表示させる表示制御部と、を有する。

また、本発明に係る画像処理装置は、上述した課題を解決するために、超音波プローブから超音波パルスを送信させると共に、前記超音波プローブで受信された反射波に基づくエコー信号を取得し、複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域の複数時相のボリュームデータを生成する再構成部と、前記ボリュームデータの中に、所要断面を選択する選択部と、前記所要断面における断面画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する検出部と、前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する生成部と、前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する処理部と、前記三次元画像データを表示装置に表示させる表示制御部と、を有する。

本発明に係る超音波画像診断支援プログラムは、上述した課題を解決するために、コンピュータに、超音波プローブから超音波パルスを送信させると共に、前記超音波プローブで受信された反射波に基づくエコー信号を取得し、単一走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域のＢモード画像データを生成する機能と、前記Ｂモード画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する機能と、前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する機能と、複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、複数時相のボリュームデータを生成する機能と、前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する機能と、前記三次元画像データを表示装置に表示させる機能と、を実現させる。

また、本発明に係る超音波画像診断支援プログラムは、上述した課題を解決するために、コンピュータに、超音波プローブから超音波パルスを送信させると共に、前記超音波プローブで受信された反射波に基づくエコー信号を取得し、複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域の複数時相のボリュームデータを生成する機能と、前記ボリュームデータの中に、所要断面を選択する機能と、前記所要断面における断面画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する機能と、前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する機能と、前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する機能と、前記三次元画像データを表示装置に表示させる機能と、を実現させる。

本発明に係る超音波画像診断装置、画像処理装置及び超音波画像診断支援プログラムによると、三次元スキャン中の操作性を向上させることができる。

本発明に係る超音波画像診断装置の実施形態について、添付図面を参照して説明する。なお、第１及び第２実施形態の超音波画像診断装置は、三次元スキャンに先立って二次元スキャンを行なう場合のものであり、第３及び第４実施形態の超音波画像診断装置は、三次元に先立って二次元スキャンを行なわない場合のものである。

図１は、第１実施形態の超音波画像診断装置のハードウェア構成を示す概略図である。

図１は、第１実施形態の超音波画像診断装置１０を示す。その超音波画像診断装置１０は、大きくは、超音波プローブ１１、装置本体１２、ディスプレイ１３及び操作パネル１４によって構成される。

超音波プローブ１１は、装置本体１２からの駆動パルスを基に患者Ｐの内部の三次元のスキャン領域に対して超音波パルスを送信すると共に、送信された超音波パルスに対応するエコーを受信して電気信号に変換する圧電振動子群を有する。超音波プローブ１１の圧電振動子群からスキャン領域に超音波パルスが送信されると、その超音波パルスによって形成される超音波ビームは、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。その反射されたエコーを圧電振動子群によって受信する。受信されたエコーは圧電振動子群にてエコー信号に変換される。エコー信号の振幅は、反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合、送信された超音波パルスに対応するエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。

超音波プローブ１１としては、例えば、機械式三次元プローブ及び２Ｄプローブ（マトリクスアレイプローブ）等が挙げられる。機械式三次元プローブは、Ｘ軸方向（アジマス方向）のみに多数（例えば、１００乃至２００個）配列された圧電振動子群を機械的に煽動可能なプローブであるか、Ｘ軸方向に多数、Ｙ軸方向（エレベーション方向）に少数（例えば、３個）配列された圧電振動子群を機械的に煽動可能なプローブである。また、２Ｄプローブは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に多数の圧電振動子が配列されたプローブである。

超音波プローブ１１が機械式三次元プローブである場合、超音波パルスをＸ軸方向に収束してＺ軸方向（深さ方向）に延びる適切な超音波ビームを形成させるために、Ｘ軸方向に多数配列された圧電振動子によって電子的にフォーカスを行なう。一方、超音波プローブ１１が機械式三次元プローブである場合、超音波パルスをＹ軸方向に収束してＺ軸方向に延びる適切な超音波ビームを形成させるために、Ｙ軸方向に１個の圧電振動子の超音波照射側に音響レンズを備えたり、圧電振動子を凹面振動子としたりすることが好適である。又は、超音波プローブ１１が機械式三次元プローブである場合、超音波パルスをＹ軸方向に収束してＺ軸方向に延びる適切な超音波ビームを形成させるために、Ｙ軸方向に少数の圧電振動子の超音波照射側に音響レンズを備えたり、焦点のＺ軸方向の位置に応じてＹ軸方向に少数の圧電振動子の駆動個数を変化させたりする。機械式三次元プローブを用いて複数走査断面をスキャンする場合、圧電振動子群を煽動させながら、超音波パルスによって形成される超音波ビームによって複数の２Ｄ断面（Ｘ−Ｚ断面）をスキャンする。

超音波プローブ１１が２Ｄプローブである場合、超音波パルスをＸ軸方向及びＹ軸方向に収束してＺ軸方向に延びる適切な超音波ビームを形成させるために、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に多数配列された圧電振動子によって電子的にフォーカスを行なう。２Ｄプローブを用いて複数走査断面をスキャンする場合、電子的に超音波パルスの送信面をＹ軸方向にずらしながら、超音波パルスによって形成される超音波ビームによって複数のＸ−Ｚ断面をスキャンする。

装置本体１２は、送受信回路２１、二次元画像生成回路２２、ＤＳＣ（ｄｉｇｉｔａｌ ｓｃａｎ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路２３、表示画像生成回路２４、画像メモリ２５、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）２６、内部記憶装置２７、ＩＦ（ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ）２８及び外部記憶装置２９を備える。なお、送受信回路２１、二次元画像生成回路２２、ＤＳＣ回路２３及び表示画像生成回路２４は、集積回路として構成されるものとして説明するが、それら全部又は一部はソフトウェア的にモジュール化されたソフトウェアプログラムの実行によって機能されるものであってもよい。

送受信回路２１は、図示しない送信回路及び受信回路を設ける。送信回路は、図示しないパルサ回路、送信遅延回路及びトリガ発生回路等を有する。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。また、送信遅延回路は、超音波をチャンネル毎にビーム状に集束し、かつ、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、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１１の圧電振動子に駆動パルスを印加する。

なお、送受信回路２１の送信回路は、ＣＰＵ２６の指示に従って、送信周波数、送信駆動電圧（音圧）、送信パルスレート、スキャン領域及びフラッシュ回数等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に音圧の変更については、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信部又は複数の電源部を電気的に切り替える機構によって実現される。

送受信回路２１の受信回路は、図示しないアンプ、受信遅延回路、Ａ／Ｄ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路及び加算回路等を有する。アンプでは、超音波プローブ１１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。受信遅延回路は、アンプによって増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。Ａ／Ｄ変換回路は、受信遅延回路から出力されるエコー信号をデジタル信号に変換する。加算回路は、デジタルのエコー信号に対して加算処理を行なう。加算回路による加算により、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。

二次元画像生成回路２２は、Ｂモード画像生成回路２２ａ及びカラードプラ画像生成回路２２ｂを有する。Ｂモード画像生成回路２２ａは、送受信回路２１の受信回路から出力されるエコー信号に対して対数増幅及び包絡線検波処理等を施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるＢモード画像データを生成する。また、カラードプラ画像生成回路２２ｂは、送受信回路２１の受信回路から出力されるエコー信号を基に速度情報を周波数解析し、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、分散及びパワー等の血流情報を含む血流画像データを生成する。

ＤＳＣ回路２３は、二次元画像生成回路２２から出力される超音波スキャンによる走査線信号列の画像データを、テレビ等に代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換する。

表示画像生成回路２４は、Ｄ／Ａ（ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ ａｎａｌｏｇ）変換回路等によって構成される。表示画像生成回路２４は、ＤＳＣ回路２３から出力されるＢモード画像データや血流画像データと各種パラメータとを合成してアナログ変換することで表示画像を生成する。また、表示画像生成回路２４は、ＣＰＵ２６から出力される後述する三次元画像と各種パラメータとを合成してアナログ変換することで表示画像を生成する。

画像メモリ２５は、二次元スキャンにおいて二次元画像生成回路２２から出力される単一走査断面に関するＢモード画像データを記憶する。また、画像メモリ２５は、三次元スキャンにおいて二次元画像生成回路２２から出力される複数走査断面に関するＢモード画像データを空間的に（厚さ方向に従って）配列し、スタックデータを形成して記憶する。画像メモリ２５は、複数時相（複数フレーム）のＢモード画像データや複数時相のスタックデータを記憶することができる。

ＣＰＵ２６は、半導体で構成された電子回路が複数の端子を持つパッケージに封入されている集積回路（ＬＳＩ）の構成をもつ制御装置である。ＣＰＵ２６は、内部記憶装置２７に記憶しているプログラムを実行する機能を有する。又は、ＣＰＵ２６は、外部記憶装置２９に記憶しているプログラム、ネットワークＮから転送されＩＦ２８で受信されて外部記憶装置２９にインストールされたプログラムを、内部記憶装置２７にロードして実行する機能を有する。

内部記憶装置２７は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）等の要素を兼ね備える構成をもつ記憶装置である。内部記憶装置２７は、ＩＰＬ（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｌｏａｄｉｎｇ）、ＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）及びデータを記憶したり、ＣＰＵ２６のワークメモリやデータの一時的な記憶に用いたりする機能を有する。

ＩＦ２８は、パラレル接続仕様やシリアル接続仕様に合わせたコネクタによって構成される。ＩＦ２８は、操作パネル１４、病院基幹のＬＡＮ（ｌｏｃａｌ ａｒｅａ ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮ、外部記憶装置２９及び操作パネル１４等に関するインターフェースである。装置本体１２によって取得された超音波画像等のデータや解析結果等は、ＩＦ２８によって、ネットワークＮを介して他の装置に転送可能である。

外部記憶装置２９は、磁性体を塗布又は蒸着した金属のディスクが読み取り装置（図示しない）に着脱不能で内蔵されている構成をもつ記憶装置である。外部記憶装置２９は、装置本体１２にインストールされたプログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）等も含まれる）を記憶する機能を有する。また、ＯＳに、ユーザに対する情報の表示にグラフィックを多用し、基礎的な操作を操作パネル１４によって行なうことができるＧＵＩを提供させることもできる。

内部記憶装置２７又は外部記憶装置２９は、本発明に係る超音波診断プログラム等の制御プログラムや、診断情報（患者ＩＤ（ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）及び医師の所見等）、診断プロトコル、送受信条件及びその他のデータ群を格納している。また、内部記憶装置２７又は外部記憶装置２９は、必要に応じて、画像メモリ２５に一時的に記憶される三次元画像の保管等にも使用される。さらに、内部記憶装置２７又は外部記憶装置２９に記憶されたデータは、ＩＦ２８を介してネットワークＮ網へ転送することも可能となっている。

ディスプレイ１３は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）等によって構成される。ディスプレイ１３は、表示画像生成回路２４からのビデオ信号のＢモード画像、三次元画像及びＭＰＲ（ｍｕｌｔｉ ｐｌａｎａｒ ｒｅｆｏｒｍａｔ）画像を、種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に動画像として表示する。

操作パネル１４は、トラックボール１４ａ、各種スイッチ１４ｂ、ボタン１４ｃ、マウス１４ｄ及びキーボード１４ｅ等によって構成される。操作パネル１４は、装置本体１２に接続され、ユーザ（操作者）からの各種指示、例えば、関心領域（ＲＯＩ：ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の設定指示、画質条件設定指示等を装置本体１２に入力する機能を有する。ユーザは、操作パネル１４を介して、超音波プローブ１１から送信される超音波パルスの送信周波数、送信駆動電圧（音圧）、送信パルスレート及びスキャン領域や、受信条件等を装置本体１２に入力することができる。

図２は、第１実施形態の超音波画像診断装置１０の機能を示すブロック図である。

図１に示すＣＰＵ２６がプログラムを実行することによって、超音波画像診断装置１０は、画像処理装置３０として機能する。画像処理装置３０は、インターフェース部３１、二次元スキャン制御部３２、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３、三次元スキャン制御部３４、三次元再構成部３５及びレンダリング処理部３６を有する。なお、第１実施形態では、各部３１乃至３６は、ソフトウェア的にモジュール化されたソフトウェアプログラムの実行によって機能されるものとして説明するが、それら全部又は一部は集積回路等のハードウェアで構成されるものであってもよい。

インターフェース部３１は、操作パネル１４を介した入力信号に従って、二次元スキャン制御部３２又は三次元スキャン制御部３４に、スキャンを行なわせるように指示する機能を有する。

二次元スキャン制御部３２は、インターフェース部３１からの指示に対応して、超音波プローブ１１の所要の煽動角度における単一スキャン断面に対して超音波を順次送信するように送受信回路２１を制御する機能と、送信超音波に対応するエコーを受信するように送受信回路２１を制御する機能とを有する。

レンダリング対象領域・投影方向設定部３３は、二次元スキャン制御部３２による制御によって画像メモリ２５に記憶されるＢモード画像を基に、レンダリング処理部３６によってボリュームレンダリング処理するためのレンダリング対象領域を設定する機能を有する。レンダリング対象領域・投影方向設定部３３は、心臓の心腔内の血流路を推定し、推定された血流路を見易い方向から三次元表示させるためのレンダリング対象領域・投影方向を設定する。

レンダリング対象領域・投影方向設定部３３は、心腔演算部３３ａ、弁検出部３３ｂ、第１血流路推定部３３ｃ及び判断部３３ｄを有する。

心腔演算部３３ａは、画像メモリ２５に記憶された、所要フレームに関するＢモード画像を基に、一般的な方法、例えば、心筋部分と心腔部分とを弁別する処理を行なうことで、心腔の外形を演算する機能を有する。この処理に当たっては、設定されるＲＯＩの範囲内において、又は三次元空間内に設定される三次元ＲＯＩ内において実行される。一般に心筋部分と心腔部分とは輝度レベルにおいて顕著な差があり、また心筋部分のエッジを検出するのは一般に容易であるため、この心腔演算処理によれば精度良く形態量の情報を取得できるという利点がある。

弁検出部３３ｂは、画像メモリ２５に記憶された、複数所要フレームに関するＢモード画像群を基に、一般的な方法、例えば、図３に示すようなフローチャートによる方法を用いることによって、僧帽弁（ＭＶ：ｍｉｔｒａｌ ｖａｌｖｅ）の検出を行なう。

図３によると、弁検出部３３ｂは、まず、所要フレームのＢモード画像の各画素の輝度値に任意の輝度値を乗じる（ステップＳ１）。次いで、弁検出部３３ｂは、ステップＳ１の処理が行なわれた画像を任意のスレッショルドを用いて２値化処理して複数の輪郭を抽出する（ステップＳ２）。次いで、弁検出部３３ｂは、ステップＳ２によって抽出された複数の輪郭から所要の大きさに該当する複数の輪郭を選択する（ステップＳ３）。次いで、弁検出部３３ｂは、ステップＳ３によって選択された複数の輪郭をそれぞれ矩形で囲み、各矩形内を２値画像化する（ステップＳ４）。次いで、弁検出部３３ｂは、ステップＳ４によって取得された複数の２値画像のうち、予め設定された僧帽弁の２値化パターン画像との一致度が最も高い２値画像を基に僧帽弁を検出する（ステップＳ５）。次いで、弁検出部３３ｂは、次のフレームに関する僧帽弁の検出を行なわずに、僧帽弁の検出動作を終了するか否かを判断する（ステップＳ６）。ステップＳ６の判断にてＮＯ、すなわち、弁検出部３３ｂが、次のフレームに関する僧帽弁の検出を行なうと判断する場合、ステップＳ１に戻り、次のフレームのＢモード画像の各画素の輝度値に任意の輝度値を乗じる。

一方、ステップＳ６の判断にてＹＥＳ、すなわち、弁検出部３３ｂが、次のフレームに関する僧帽弁の検出を行なわずに、僧帽弁の検出動作を終了すると判断する場合、動作を終了する。

図３に示すフローチャートによると、ステップＳ１乃至ステップＳ５の動作を繰り返すことで、各フレームに関するＢモード画像上の僧帽弁を検出することができる。

また、図２に示す第１血流路推定部３３ｃは、弁検出部３３ｂによって検出された僧帽弁を基に、レンダリング対象領域・投影方向を設定するための血流路を推定する機能を有する。

図４は、僧帽弁の検出に用いられた所要断面のＢモード画像の一例を示す図である。図５は、血流路の推定方法を説明するために、僧帽弁が最も閉じた状態にあるフレームに関する所要断面のＢモード画像の一部を示す模式図である。

図５に示すように、Ｂモード画像上の僧帽弁Ｍの付け根Ｍ１を基点として、最も閉じた状態にある僧帽弁Ｍの軸に直交して僧帽弁Ｍの長さｄ分だけ離れた位置に、血流路の線分の始点Ｑを設定する。なお、僧帽弁Ｍの付け根Ｍ１は、複数のフレームに関して、Ｂモード画像上の僧帽弁Ｍをそれぞれ検出することで、不動の点として求められる。

一方、始点Ｑから最も開いた状態にある僧帽弁Ｍの軸と平行な方向に、ｄ×ｎ（ｎ＝１，２，…）分だけ離れた位置に、血流路の線分の終点Ｒｎ（Ｒ１，Ｒ２，…）を設定する。

また、図２に示す判断部３３ｄは、図５に示すように、始点Ｑと終点Ｒｎとを結ぶ直線ＱＲｎと心腔の長軸Ｌとのなす角が閾値以内であるか否かを判断し、なす角が閾値以上である場合に、なす角が閾値になるように終点Ｒｎを補正する機能を有する。レンダリング対象領域・投影方向設定部３３は、判断部３３ｄから出力される始点Ｑ・終点Ｒを、Ｄ−Ｃｒｏｐ処理の始点・終点として扱う。すなわち、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３は、判断部３３ｄから出力される始点Ｑ−終点Ｒを投影方向として設定し、始点Ｑを通り投影方向に直交する断面ＦＱと、終点Ｒを通り投影方向に直交する断面ＦＲｎ（ＦＲ１，ＦＲ２，…）とによって形成される空間をレンダリング対象領域として設定する。なお、心腔演算部３３ａ及び判断部３３ｄは、超音波画像診断装置１０に必須の要件ではない。

三次元スキャン制御部３４は、インターフェース部３１からの指示に対応して、複数のスキャン断面に対して超音波を順次送信するように送受信回路２１を制御する機能と、送信超音波に対応するエコーを受信するように送受信回路２１を制御する機能とを有する。

三次元再構成部３５は、三次元スキャン制御部３４による制御によって画像メモリ２５に記憶されるスタックデータに対して補間処理等を施して、ボリュームデータを生成する機能を有する。

レンダリング処理部３６は、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３によって設定されたレンダリング対象領域・投影方向を基に、三次元再構成部３５によって生成されるボリュームデータに対してサーフェイスレンダリング処理・ボリュームレンダリング処理等のレンダリング処理を施して、三次元画像を生成する機能を有する。三次元画像は、ＤＳＣ回路２３を介してディスプレイ１３（図１に図示）に表示される。三次元スキャン制御部３４によって複数時相について超音波パルスの送受信を行なうことで、ディスプレイ１３には、三次元画像が略リアルタイムの動画として表示される。

図６は、三次元画像の表示例を示す図である。

図６は、レンダリング処理部３６によって生成されたサーフェイスレンダリング画像としての三次元画像と、直交三断面におけるＭＰＲ画像とを示している。また、ＭＰＲ画像上には、表示された三次元画像に対応するレンダリング対象領域・投影方向の基となる血流路の始点・終点が表示されている。なお、ユーザインターフェースを用いてＭＰＲ画像上の血流路の始点・終点を移動させレンダリング対象領域・投影方向を変更することで、三次元画像の表示を変更することができる。

第１実施形態の超音波画像診断装置１０によると、三次元スキャンに先行する二次元スキャンで取得されるＢモード画像を基に、心腔内の血流路を視認し易い三次元画像を生成・表示するためのレンダリング対象領域・投影方向を設定できる。よって、第１実施形態の超音波画像診断装置１０によると、Ｂモード画像を用いて設定されたレンダリング対象領域・投影方向を基に、三次元スキャン移行後に取得されるボリュームデータをレンダリング処理した三次元画像をプリセットとして表示することができるので、リアルタイムスキャン中に三次元画像の表示態様を基本的には手動編集する必要がないので、三次元スキャン中の操作性を向上させることができる。

図７は、第２実施形態の超音波画像診断装置１０Ａの機能を示すブロック図である。なお、第２実施形態の超音波画像診断装置１０Ａのハードウェア構成は、図１に示す第１実施形態の超音波画像診断装置１０と同様であるので、説明を省略する。

図１に示すＣＰＵ２６がプログラムを実行することによって、超音波画像診断装置１０Ａは、画像処理装置３０Ａとして機能する。画像処理装置３０Ａは、インターフェース部３１、二次元スキャン制御部３２、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３Ａ、三次元スキャン制御部３４、三次元再構成部３５及びレンダリング処理部３６を有する。なお、各部３１乃至３６は、ソフトウェア的にモジュール化されたソフトウェアプログラムの実行によって機能されるものとして説明するが、それら全部又は一部は集積回路等のハードウェアで構成されるものであってもよい。

レンダリング対象領域・投影方向設定部３３Ａは、心腔演算部３３ａ、弁検出部３３ｂ及び第２血流路推定部３３ｅを有する。

第２血流路推定部３３ｅは、心腔演算部３３ａによって演算された心腔の長軸と、弁検出部３３ｂによって検出された僧帽弁とを基に、レンダリング対象領域・投影方向を設定するための血流路を推定する機能を有する。

図８は、血流路の推定方法を説明するために、僧帽弁が最も閉じた状態にあるフレームに関する所要断面のＢモード画像の一部を示す模式図である。

図８に示すように、心腔の長軸Ｌの端であって僧帽弁Ｍに近い側の位置に、血流路の線分の始点Ｑ´を設定する。一方、長軸Ｌ上であって、始点Ｑ´からｄ×ｎ（ｎ＝１，２，…）分だけ離れた位置に、血流路の線分の終点Ｒ´ｎ（Ｒ´１，Ｒ´２，…）を設定する。レンダリング対象領域・投影方向設定部３３Ａは、第２血流路推定部３３ｅから出力される始点Ｑ・終点Ｒを、Ｄ−Ｃｒｏｐ処理の始点・終点として扱う。すなわち、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３Ａは、第２血流路推定部３３ｅから出力される始点Ｑ´−終点Ｒ´を投影方向として設定し、始点Ｑ´を通り投影方向に直交する断面ＦＱ´と、終点Ｒ´を通り投影方向に直交する断面ＦＲ´ｎ（ＦＲ´１，ＦＲ´２，…）とによって形成される空間をレンダリング対象領域として設定する。

なお、図７に示す超音波画像診断装置１０Ａにおいて、図２に示す超音波画像診断装置１０と同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

第２実施形態の超音波画像診断装置１０Ａによると、三次元スキャンに先行する二次元スキャンで取得されるＢモード画像を基に、心腔内の血流路を視認し易い三次元画像を生成・表示するためのレンダリング対象領域・投影方向を設定できる。よって、第２実施形態の超音波画像診断装置１０Ａによると、Ｂモード画像を用いて設定されたレンダリング対象領域・投影方向を基に、三次元スキャン移行後に取得されるボリュームデータをレンダリング処理した三次元画像をプリセットとして表示することができるので、リアルタイムスキャン中に三次元画像の表示態様を基本的には手動編集する必要がないので、三次元スキャン中の操作性を向上させることができる。

図９は、第３実施形態の超音波画像診断装置１０Ｂの機能を示すブロック図である。なお、第３実施形態の超音波画像診断装置１０Ｂのハードウェア構成は、図１に示す第１実施形態の超音波画像診断装置１０と同様であるので、説明を省略する。

図１に示すＣＰＵ２６がプログラムを実行することによって、超音波画像診断装置１０Ｂは、画像処理装置３０Ｂとして機能する。画像処理装置３０Ｂは、インターフェース部３１、二次元スキャン制御部３２、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３、三次元スキャン制御部３４、三次元再構成部３５、レンダリング処理部３６及び断面選択部３７を有する。なお、各部３１乃至３７は、ソフトウェア的にモジュール化されたソフトウェアプログラムの実行によって機能されるものとして説明するが、それら全部又は一部は集積回路等のハードウェアで構成されるものであってもよい。

断面選択部３７は、三次元再構成部３５によって生成されるボリュームデータの中に、所要断面（ＭＰＲ断面）を選択する機能を有する。断面選択部３７は、所要断面として、僧帽弁の像が最も大きく現れる断面を選択することが好適である。

なお、図９に示す超音波画像診断装置１０Ｂにおいて、図２に示す超音波画像診断装置１０と同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

第３実施形態の超音波画像診断装置１０Ｂによると、三次元スキャンで取得されるボリュームデータから選択されるＭＰＲ画像を基に、心腔内の血流路を視認し易い三次元画像を生成・表示するためのレンダリング対象領域・投影方向を設定できる。よって、第３実施形態の超音波画像診断装置１０Ｂによると、ＭＰＲ画像を用いて設定されたレンダリング対象領域・投影方向を基に、ボリュームデータをレンダリング処理した三次元画像をプリセットとして表示することができるので、リアルタイムスキャン中に三次元画像の表示態様を基本的には手動編集する必要がないので、三次元スキャン中の操作性を向上させることができる。

図１０は、第４実施形態の超音波画像診断装置１０Ｃの機能を示すブロック図である。なお、第４実施形態の超音波画像診断装置１０Ｃのハードウェア構成は、図１に示す第１実施形態の超音波画像診断装置１０と同様であるので、説明を省略する。

図１に示すＣＰＵ２６がプログラムを実行することによって、超音波画像診断装置１０Ｃは、画像処理装置３０Ｃとして機能する。画像処理装置３０Ｃは、インターフェース部３１、二次元スキャン制御部３２、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３Ａ、三次元スキャン制御部３４、三次元再構成部３５、レンダリング処理部３６及び断面選択部３７を有する。なお、各部３１乃至３７は、ソフトウェア的にモジュール化されたソフトウェアプログラムの実行によって機能されるものとして説明するが、それら全部又は一部は集積回路等のハードウェアで構成されるものであってもよい。

なお、図１０に示す超音波画像診断装置１０Ｃにおいて、図７に示す超音波画像診断装置１０Ａ及び図９超音波画像診断装置１０Ｂと同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。

第４実施形態の超音波画像診断装置１０Ｃによると、三次元スキャンで取得されるボリュームデータから選択されるＭＰＲ画像を基に、心腔内の血流路を視認し易い三次元画像を生成・表示するためのレンダリング対象領域・投影方向を設定できる。よって、第４実施形態の超音波画像診断装置１０Ｃによると、ＭＰＲ画像を用いて設定されたレンダリング対象領域・投影方向を基に、ボリュームデータをレンダリング処理した三次元画像をプリセットとして表示することができるので、リアルタイムスキャン中に三次元画像の表示態様を基本的には手動編集する必要がないので、三次元スキャン中の操作性を向上させることができる。

なお、超音波画像診断装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて、弁検出部３３ｂによって僧帽弁を検出する際、カラードプラ画像を用いて検出精度を向上させることができる。弁検出部３３ｂは、カラードプラ画像生成回路２２ｂによって生成されるカラードプラ画像を基にカラードプラ画像上の流速・分散が大きい領域を抽出し、その領域から閾値以内の距離にある領域の中から僧帽弁の検出を行なう。

図１１は、心臓に血流が流入するタイミングにおけるカラードプラ画像の一例を示す図である。

図１１に示すように、カラードプラ画像上で、流速・分散が大きい位置をブロック検索（図中のブロック内の流速＋分散を足し合わせて、最も総計値が高いブロックの中心座標を血流路と判定する）で抽出する。なお、カラードプラ画像上の流速・分散が大きい領域は時相によって移動するので、患者Ｐの心臓付近の体表に装着される心電計ユニット（図示しない）から出力される心電波形データに基づく任意のタイミング（拡張末期や収縮末期）や、Ｂモード画像を用いて推定された血流路との比較が必要となってくる。

また、超音波画像診断装置１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃにおいて、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３（レンダリング対象領域・投影方向設定部３３Ａ）は、判断部３３ｄ（第２血流路推定部３３ｅ）から出力される始点Ｑ・終点Ｒに基づく断面ＦＱ，ＦＲｎの各一部を、Ｂｏｘ−Ｃｒｏｐ処理のクリップ断面として扱ってもよい。すなわち、レンダリング対象領域・投影方向設定部３３は、判断部３３ｄから出力される始点Ｑ−終点Ｒを投影方向として設定し、始点Ｑを通り投影方向に直交する断面ＦＱの一部と、終点Ｒを通り投影方向に直交する断面ＦＲｎの一部とによって形成される直方体をレンダリング対象領域として設定する。

第１実施形態の超音波画像診断装置のハードウェア構成を示す概略図。 第２実施形態の超音波画像診断装置の機能を示すブロック図。 僧帽弁の検出動作を示すフローチャート。 僧帽弁の検出に用いられた所要断面のＢモード画像の一例を示す図。 血流路の推定方法を説明するために、僧帽弁が最も閉じた状態にあるフレームに関する所要断面のＢモード画像の一部を示す模式図。 三次元画像の表示例を示す図。 第２実施形態の超音波画像診断装置の機能を示すブロック図。 血流路の推定方法を説明するために、僧帽弁が最も閉じた状態にあるフレームに関する所要断面のＢモード画像の一部を示す模式図。 第３実施形態の超音波画像診断装置の機能を示すブロック図。 第４実施形態の超音波画像診断装置の機能を示すブロック図。 心臓に血流が流入するタイミングにおけるカラードプラ画像の一例を示す図。

符号の説明

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 超音波画像診断装置
１１ 超音波プローブ
１２ 装置本体
１３ ディスプレイ
１４ 操作パネル
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ 画像処理装置
３１ インターフェース部
３２ 二次元スキャン制御部
３３，３３Ａ レンダリング対象領域・投影方向設定部
３３ａ 心腔演算部
３３ｂ 弁検出部
３３ｃ 第１血流路推定部
３３ｄ 判断部
３３ｅ 第２血流路推定部
３４ 三次元スキャン制御部
３５ 三次元再構成部
３６ レンダリング処理部
３７ 断面選択部

Claims (19)

1. 超音波パルスを送信すると共に、反射波を受信してエコー信号を発生する超音波プローブと、
   単一走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域のＢモード画像データを生成するＢモード画像生成部と、
   前記Ｂモード画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する検出部と、
   前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する領域・方向生成部と、
   複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、複数時相のボリュームデータを生成する再構成部と、
   前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する処理部と、
   前記三次元画像データを表示装置に表示させる表示制御部と、
   を有することを特徴とする超音波画像診断装置。
2. 超音波パルスを送信すると共に、反射波を受信してエコー信号を発生する超音波プローブと、
   複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域の複数時相のボリュームデータを生成する再構成部と、
   前記ボリュームデータの中に、所要断面を選択する選択部と、
   前記所要断面における断面画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する検出部と、
   前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する生成部と、
   前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する処理部と、
   前記三次元画像データを表示装置に表示させる表示制御部と、
   を有することを特徴とする超音波画像診断装置。
3. 前記領域・方向生成部は、前記弁の長さから、前記レンダリング処理対象の領域の前記奥行方向の厚みを決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波画像診断装置。
4. 前記領域・方向生成部は、前記弁の付け根の位置と前記弁の長さとから、前記レンダリング処理対象の領域の前記奥行方向の厚みを決定することを特徴とする請求項３に記載の超音波画像診断装置。
5. 前記領域・方向生成部は、前記弁の付け根の位置と、閉じている状態である前記弁の軸長さとに基づいて、前記レンダリング処理対象の領域の前記奥行方向の厚みの始点を決定することを特徴とする請求項４に記載の超音波画像診断装置。
6. 前記領域・方向生成部は、前記始点と、開いている状態である前記弁の軸の方向とに基づいて、前記始点から延びる、前記レンダリング処理対象の領域の前記奥行方向を決定することを特徴とする請求項５に記載の超音波画像診断装置。
7. 前記領域・方向生成部は、血流路の方向を基準に、前記レンダリング処理対象の領域の前記奥行方向を決めることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波画像診断装置。
8. 前記選択部は、前記所要断面として、前記弁の像が最も大きく現れる断面を選択する構成とすることを特徴とする請求項２に記載の超音波画像診断装置。
9. 前記Ｂモード画像データ又は前記断面画像データを基に心腔の外形を演算する演算部と、
   前記心腔の長軸と、前記奥行方向とのなす角が閾値以内となるように前記奥行方向を補正する補正部と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の超音波画像診断装置。
10. 前記検出部は、前記エコー信号に基づくカラードプラ画像上の流速・分散が大きい位置を抽出し、その位置から閾値以内の距離にある領域の中から前記弁の像の検出を行なう構成とすることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の超音波画像診断装置。
11. 前記カラードプラ画像として、心電波形データに基づく心臓に血流が流入するタイミングにおけるカラードプラ画像を用いることを特徴とする請求項１０に記載の超音波画像診断装置。
12. 超音波プローブから超音波パルスを送信させると共に、前記超音波プローブで受信された反射波に基づくエコー信号を取得し、単一走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域のＢモード画像データを生成するＢモード画像生成部と、
    前記Ｂモード画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する検出部と、
    前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する領域・方向生成部と、
    複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、複数時相のボリュームデータを生成する再構成部と、
    前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する処理部と、
    前記三次元画像データを表示装置に表示させる表示制御部と、
    を有することを特徴とする画像処理装置。
13. 超音波プローブから超音波パルスを送信させると共に、前記超音波プローブで受信された反射波に基づくエコー信号を取得し、複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域の複数時相のボリュームデータを生成する再構成部と、
    前記ボリュームデータの中に、所要断面を選択する選択部と、
    前記所要断面における断面画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する検出部と、
    前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する生成部と、
    前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する処理部と、
    前記三次元画像データを表示装置に表示させる表示制御部と、
    を有することを特徴とする画像処理装置。
14. 前記選択部は、前記所要断面として、前記弁の像が最も大きく現れる断面を選択する構成とすることを特徴とする請求項１３に記載の画像処理装置。
15. 前記Ｂモード画像データ又は前記断面画像データを基に心腔の外形を演算する演算部と、
    前記心腔の長軸と、前記奥行方向とのなす角が閾値以内となるように前記奥行方向を補正する補正部と、
    をさらに有することを特徴とする請求項１２乃至１４のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。
16. 前記検出部は、前記エコー信号に基づくカラードプラ画像上の流速・分散が大きい位置を抽出し、その位置から閾値以内の距離にある領域の中から前記弁の像の検出を行なう構成とすることを特徴とする請求項１２乃至１５のうちいずれか一項に記載の画像処理装置。
17. 前記カラードプラ画像として、心電波形データに基づく心臓に血流が流入するタイミングにおけるカラードプラ画像を用いることを特徴とする請求項１６に記載の画像処理装置。
18. コンピュータに、
    超音波プローブから超音波パルスを送信させると共に、前記超音波プローブで受信された反射波に基づくエコー信号を取得し、単一走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域のＢモード画像データを生成する機能と、
    前記Ｂモード画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する機能と、
    前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する機能と、
    複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、複数時相のボリュームデータを生成する機能と、
    前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する機能と、
    前記三次元画像データを表示装置に表示させる機能と、
    を実現させることを特徴とする超音波画像診断支援プログラム。
19. コンピュータに、
    超音波プローブから超音波パルスを送信させると共に、前記超音波プローブで受信された反射波に基づくエコー信号を取得し、複数走査断面に関する前記エコー信号を基に、心臓を含む領域の複数時相のボリュームデータを生成する機能と、
    前記ボリュームデータの中に、所要断面を選択する機能と、
    前記所要断面における断面画像データを基に前記心臓内部の弁の像を検出する機能と、
    前記弁の像を基に、前記弁全体を含むように、奥行方向と、その奥行方向に厚みを有する三次元領域であるレンダリング処理対象の領域とを生成する機能と、
    前記複数時相の各ボリュームデータのうち前記レンダリング処理対象の領域を、前記奥行方向を投影方向としてレンダリング処理を実行することによって、三次元画像データを生成する機能と、
    前記三次元画像データを表示装置に表示させる機能と、
    を実現させることを特徴とする超音波画像診断支援プログラム。

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