JP5433240B2 - 超音波診断装置及び画像表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置及び画像表示装置に係り、特に、被検体に対する３次元走査によって収集したボリュームデータに基づいて仮想内視鏡画像データの生成と表示を行なう超音波診断装置及び画像表示装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに設けられた振動素子から発生する超音波を被検体内に放射し、被検体組織の音響インピーダンスの差異によって生ずる反射波を前記振動素子により受信して生体情報を収集するものであり、超音波プローブを体表に接触させるだけの簡単な操作で超音波画像データのリアルタイム表示が可能となるため、各種臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。

特に、近年では、複数の振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させる方法や複数の振動素子が２次元配列された超音波プローブを用いる方法によって被検体の診断対象部位に対する３次元走査を行ない、この３次元走査にて収集される３次元データ（ボリュームデータ）を用いて３次元画像データやＭＰＲ画像データを生成することにより更に高度な診断や治療が可能となっている。

一方、被検体に対する３次元走査によって得られたボリュームデータの管腔臓器内に観察者の視点を仮想的に設定し、この視点から観察される管腔臓器の内表面を仮想内視鏡画像データ（フライスルー画像データ）として観察する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

当該被検体の体外から収集されたボリュームデータに基づいて内視鏡的な画像データを生成する上述の方法によれば、検査時の被検体に対する侵襲度が大幅に低減され、更に、内視鏡スコープの挿入が困難な細い消化管や血管等の管腔臓器に対しても視点や視線方向を任意に設定することができるため、従来の内視鏡検査では不可能であった高精度の検査を安全且つ効率的に行なうことが可能となる。

特開２００５−１１０９７３号公報

上述の特許文献１に記載された方法によれば、内視鏡スコープの挿入が困難な細い管腔臓器に対してもその内表面を容易に観察することができる。しかしながら、この方法によって観察可能なのは内視鏡スコープによって収集される画像データ（内視鏡画像データ）と同様にして管腔臓器の表面状態に限定され、内部組織の性状を観察することは不可能である。このため、悪性腫瘍の病期（ステージ）判定において重要な臓器壁内に対する浸潤度や進達度等を正確に把握することができないという問題点を有していた。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、被検体から収集されたボリュームデータに基づいて診断対象部位に対する仮想内視鏡画像データとＭＰＲ（Multi-Planar-Reconstruction）画像データを同時に収集することが可能な超音波診断装置及び画像表示装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の超音波診断装置は、被検体に対する超音波走査によって収集したボリュームデータに基づいて仮想内視鏡画像データを生成する超音波診断装置において、前記ボリュームデータに対し視点及び視線方向を設定する視点・視線方向設定手段と、前記視点及び視線方向に基づいて前記ボリュームデータを処理し仮想内視鏡画像データを生成する仮想内視鏡画像データ生成手段と、前記仮想内視鏡画像データにマーカを配置することにより診断対象部位に対する観測方向を設定するマーカ配置手段を備え、前記マーカの配置された前記仮想内視鏡画像データに基づいて前記ボリュームデータの前記診断対象部位に対し基準点を設定する基準点設定手段と、前記基準点を含むように、前記ボリュームデータに対して１つあるいは複数のスライス断面を設定するＭＰＲ断面設定手段と、前記スライス断面における前記ボリュームデータに基づいてＭＰＲ画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成手段と、前記仮想内視鏡画像データ及び前記ＭＰＲ画像データを表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。

一方、請求項１２に係る本発明の画像表示装置は、医用画像診断装置を用いた超音波走査によって収集されたボリュームデータに基づいて仮想内視鏡画像データの生成と表示を行なう画像表示装置であって、前記ボリュームデータを保管するボリュームデータ保管手段と、前記ボリュームデータに対し視点及び視線方向を設定する視点・視線方向設定手段と、前記視点及び視線方向に基づいて前記ボリュームデータを処理し仮想内視鏡画像データを生成する仮想内視鏡画像データ生成手段と、前記仮想内視鏡画像データにマーカを配置することにより診断対象部位に対する観測方向を設定するマーカ配置手段を備え、前記マーカの配置された前記仮想内視鏡画像データに基づいて前記ボリュームデータの前記診断対象部位に対し基準点を設定する基準点設定手段と、前記基準点を含むように、前記ボリュームデータに対して１つあるいは複数のスライス断面を設定するＭＰＲ断面設定手段と、前記スライス断面における前記ボリュームデータのボクセルを抽出してＭＰＲ画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成手段と、前記仮想内視鏡画像データ及び前記ＭＰＲ画像データを表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、被検体から収集されたボリュームデータに基づいて診断対象部位に対する仮想内視鏡画像データとＭＰＲ画像データを同時に収集することができる。このため、管腔臓器等の診断対象部位における臓器表面と内部組織との比較観察が可能となり、診断精度と診断効率が大幅に向上する。

本発明の第１の実施例における超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。 同実施例の超音波診断装置が備える送受信部及び受信信号処理部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例の超音波プローブが備える振動素子の配列方向と超音波送受信方向を示す図。 同実施例の超音波診断装置が備えるボリュームデータ生成部の具体的な構成を示すブロック図。 同実施例におけるボリュームデータ生成領域とこのボリュームデータ生成領域の内部に設定される仮想内視鏡画像データ生成領域を示す図。 同実施例における仮想内視鏡画像データの診断対象部位に配置されるマーカを説明するための図。 同実施例のボリュームデータに設定された基準線及びこの基準線と管腔臓器の診断対象部位における内表面とが交叉する基準点を示す図。 同実施例のＭＰＲ断面設定部によって設定されるＭＰＲ断面を示す図。 同実施例の表示部に表示される表示データの具体例を示す図。 同実施例の表示部に表示される表示データの他の具体例を示す図。 同実施例における各種画像データの生成／表示手順を示すフローチャート。 本発明の第２の実施例における画像表示装置の全体構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明の第１の実施例における超音波診断装置は、先ず、被検体の３次元領域に対する超音波送受信によって得られたボリュームデータに対し視点及び視線方向（視野範囲の中心方向）を設定して仮想内視鏡画像データを生成し、この仮想内視鏡画像データに示された管腔臓器の診断対象部位（例えば、腫瘍等の疾患部位）に対しマーカを配置することにより観測方向を設定する。次いで、仮想内視鏡画像データの生成に用いられたボリュームデータの前記観測方向に対し視点を起点とする基準線を設定し、この基準線と交叉するボリュームデータのボクセル値と所定閾値とを比較することにより仮想内視鏡画像データにて示された診断対象部位の表面と基準線とが交叉する基準点をボリュームデータに対して設定する。そして、この基準点にて互いに直交する３つのスライス断面（ＭＰＲ断面）に対応したボリュームデータのボクセルを抽出して複数のＭＰＲ画像データを生成し、これらのＭＰＲ画像データを仮想内視鏡画像データと共に表示する。

尚、以下の実施例では、複数の振動素子が２次元配列された、所謂２次元アレイ超音波プローブによって収集した３次元的なＢモードデータに基づいてボリュームデータを生成し、このボリュームデータを用いて仮想内視鏡画像データ及びＭＰＲ画像データを生成する場合について述べるが、これに限定されない。例えば、２次元アレイ超音波プローブの替わりに振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させることによりボリュームデータを生成してもよく、又、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づいてボリュームデータを生成してもよい。

（装置の構成）
本実施例における超音波診断装置の構成につき図１乃至図１０を用いて説明する。尚、図１は、超音波診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図２及び図４は、この超音波診断装置が備えた送受信部／受信信号処理部及びボリュームデータ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。

図１に示す本実施例の超音波診断装置１００は、被検体の３次元領域に対して超音波パルス（送信超音波）を送信し前記被検体から得られた超音波反射波（受信超音波）を電気信号（受信信号）に変換する複数の振動素子を備えた超音波プローブ３と、被検体の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を超音波プローブ３の前記振動素子に供給しこれらの振動素子から得られる複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部２と、整相加算後の受信信号を信号処理して超音波データ（Ｂモードデータ）を生成する受信信号処理部４と、被検体に対する３次元走査によって得られた超音波データを超音波の送受信方向に対応させて配列し３次元データ（ボリュームデータ）を生成するボリュームデータ生成部５を備えている。

又、超音波診断装置１００は、後述の入力部１２が設定する視点及び視線方向の情報に基づいて上述のボリュームデータをレンダリング処理し仮想内視鏡画像データを生成する仮想内視鏡画像データ生成部６と、前記ボリュームデータのボクセル値を反転処理することにより管腔臓器の管腔内が強調表示された画像データ（以下では、キャビティ画像データと呼ぶ。）を生成するキャビティ画像データ生成部７と、入力部１２から供給されるマーカの位置情報に基づきボリュームデータの診断対象部位に対して基準点を設定する基準点設定部８と、前記基準点において互いに直交する３つのスライス断面を設定し、更に、入力部１２から供給される更新指示信号に基づいて前記ＭＰＲ断面の位置や方向を更新するＭＰＲ断面設定部９と、これらのＭＰＲ断面に対応するボリュームデータのボクセルを抽出してＭＰＲ画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成部１０を備えている。

更に、超音波診断装置１００は、仮想内視鏡画像データ、キャビティ画像データ及びＭＰＲ画像データを表示する表示部１１と、ボリュームデータに対する視点及び視線方向の設定、仮想内視鏡画像データの診断対象部位に対するマーカの配置、ＭＰＲ断面の更新、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部１２と、被検体の３次元領域に対する超音波送受信を制御する走査制御部１３と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１４を備えている。

以下に、本実施例の超音波診断装置１００が備える上述の各ユニットの詳細について説明する。

超音波プローブ３は、２次元配列されたＭ個の図示しない振動素子をその先端部に有し、前記先端部を被検体の体表に接触させて超音波の送受信を行なう。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス（駆動信号）を超音波パルス（送信超音波）に変換し、受信時には超音波反射波（受信超音波）を電気的な受信信号に変換する機能を有している。そして、これら振動素子の各々は、図示しないＭチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部２に接続されている。尚、本実施例では、Ｍ個の振動素子が２次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブ３を用いた場合について述べるが、リニア走査やコンベックス走査等に対応した超音波プローブを用いても構わない。

次に、図２に示す送受信部２は、超音波プローブ３の振動素子に対して駆動信号を供給する送信部２１と、振動素子から得られた受信信号に対して整相加算を行なう受信部２２を備えている。

送信部２１は、レートパルス発生器２１１と、送信遅延回路２１２と、駆動回路２１３を備え、レートパルス発生器２１１は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成して送信遅延回路２１２に供給する。送信遅延回路２１２は、送信に使用されるＭｔ個の振動素子と同数の独立な遅延回路から構成され、送信超音波を所定の深さに集束するための集束用遅延時間と所定方向（θｘｐ、θｙｑ）に送信するための偏向用遅延時間をレートパルスに与えて駆動回路２１３へ供給する。駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２と同数の独立な駆動回路を有し、超音波プローブ３にて２次元配列されたＭ個の振動素子の中から送信用として選択されたＭｔ（Ｍｔ≦Ｍ）個の振動素子を前記レートパルスに基づいて生成した駆動信号で駆動して被検体の体内に送信超音波を放射する。

一方、受信部２２は、超音波プローブ３に内蔵されたＭ個の振動素子の中から受信用として選択されたＭｒ（Ｍｒ≦Ｍ）個の振動素子に対応するＭｒチャンネルのＡ／Ｄ変換器２２１及び受信遅延回路２２２と加算器２２３を備えており、受信用の振動素子から供給されるＭｒチャンネルの受信信号は、Ａ／Ｄ変換器２２１にてデジタル信号に変換され、受信遅延回路２２２に送られる。

受信遅延回路２２２は、所定の深さからの受信超音波を集束するための集束用遅延時間と、所定方向（θｘｐ、θｙｑ）に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間をＡ／Ｄ変換器２２１から出力されるＭｒチャンネルの受信信号の各々に与え、加算器２２３は、受信遅延回路２２２からの受信信号を加算する。即ち、受信遅延回路２２２と加算器２２３により、所定方向から得られた受信信号は整相加算される。又、受信部２２の受信遅延回路２２２及び加算器２２３は、その遅延時間の制御によって複数方向に対する受信指向性を同時に形成する所謂並列同時受信を可能とし、並列同時受信法の適用により３次元走査に要する時間は大幅に短縮される。尚、上述の送受信部２が備える送信部２１及び受信部２２の一部は超音波プローブ３の内部に設けられていても構わない。

図３は、超音波プローブ３の中心軸をｚ軸とした直交座標系［ｘ、ｙ、ｚ］における超音波送受信方向（θｘｐ、θｙｑ）を示したものであり、この場合、振動素子３１はｘ軸方向及びｙ軸方向に２次元配列され、θｘｐ及びθｙｑは、ｘ−ｚ平面及びｙ−ｚ平面に投影された超音波送受信方向のｚ軸に対する角度を示している。そして、走査制御部１３から供給される走査制御信号に従って送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２における遅延時間が制御され、被検体の診断対象部位を含む３次元領域に対し超音波送受信が順次行なわれる。

図２へ戻って、受信信号処理部４は、受信部２２の加算器２２３から出力される整相加算後の受信信号を信号処理することによって超音波データとしてのＢモードデータを生成する機能を有し、前記受信信号を包絡線検波する包絡線検波器４１と、包絡線検波後の受信信号を対数変換する対数変換器４２を備えている。但し、包絡線検波器４１と対数変換器４２は順序を入れ替えて構成してもよい。

次に、図１に示したボリュームデータ生成部５の具体的な構成につき図４を用いて説明する。このボリュームデータ生成部５は、超音波データ記憶部５１、補間処理部５２及びボリュームデータ記憶部５３を備えている。

超音波データ記憶部５１には、当該被検体に対する３次元走査によって得られた受信信号に基づいて受信信号処理部４が生成した複数の超音波データがシステム制御部１４から供給される超音波送受信方向（θｘｐ、θｙｑ）の情報を付帯情報として順次保存される。一方、補間処理部５２は、超音波データ記憶部５１から読み出した複数の超音波データを超音波送受信方向（θｘｐ、θｙｑ）に対応させて配列することにより３次元超音波データを形成し、更に、この３次元超音波データを構成する不等間隔のボクセルを補間処理して等方的なボクセルで構成されるボリュームデータを生成する。そして、得られたボリュームデータは、ボリュームデータ記憶部５３に一旦保存される。

図１へ戻って、仮想内視鏡画像データ生成部６は、図示しない演算回路と記憶回路を備え、前記記憶回路にはボリュームデータを用いて仮想内視鏡画像データを生成するための演算処理プログラムが予め保管されている。そして、前記演算回路は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５３に保存されているボリュームデータと自己の記憶回路に保管されている演算処理プログラムを読み出し、入力部１２からシステム制御部１４を介して供給される視点及び視線方向の情報に基づいて前記ボリュームデータをレンダリング処理し仮想内視鏡画像データを生成する。

図５は、ボリュームデータ生成部５によって生成されたボリュームデータの生成領域Ｒｖとこのボリュームデータ生成領域Ｒｖの内部に設定される仮想内視鏡画像データの生成領域Ｒｆを示したものであり、例えば、ボリュームデータ生成部５によって生成された当該被検体のボリュームデータにおける図示しない管腔臓器の管腔内において視点Ｐｓとこの視点Ｐｓを起点とする視線方向Ｄｓが設定され、更に、視線方向Ｄｓを中心としたｘ’方向の視野範囲φｘ’ｍ及びｙ’方向の視野範囲φｙ’ｍが設定される。そして、仮想内視鏡画像データ生成部６の演算回路は、ボリュームデータ生成領域Ｒｖに設定された視野範囲φｘ’ｍ及びφｙ’ｍに含まれる仮想内視鏡画像データ生成領域Ｒｆのボリュームデータを抽出し、得られたボリュームデータを視点Ｐｓ及び視線方向Ｄｓに基づいてレンダリング処理し仮想内視鏡画像データを生成する。

尚、仮想内視鏡画像データ生成領域Ｒｆが形成される視線方向Ｄｓをｚ’軸とした直交座標系［ｘ’、ｙ’、ｚ’］は、ボリュームデータ生成領域Ｒｖが形成される直交座標系［ｘ、ｙ、ｚ］に対して任意に設定することが可能である。一方、上述の視点Ｐｓ及び視線方向Ｄｓの設定は、ボリュームデータ生成領域Ｒｖのボリュームデータを用いて生成されるＭＰＲ画像データの観測下にて行なってもよいが、このボリュームデータに対して暫定的に配置した視点Ｐｓ及び視線方向Ｄｓの位置や方向を順次更新し、このとき得られる仮想内視鏡画像データを観測することにより好適な視点Ｐｓ及び視線方向Ｄｓを設定してもよい。

次に、図１に示したキャビティ画像データ生成部７は、ボリュームデータ生成部５が生成したボリュームデータに所定の処理を施すことにより超音波反射波の振幅が極めて小さい管腔臓器の管腔内が強調表示される３次元的なキャビティ画像データを生成する。具体的には、前記ボリュームデータのボクセル値を反転処理（即ち、ボクセル値の大小関係を反転）し、反転処理されたボリュームデータに対してレンダリング処理を行なう。

一方、基準点設定部８は、表示部１１に表示された仮想内視鏡画像データの診断対象部位に対し入力部１２がマーカを配置することによって設定された観測方向の情報をシステム制御部１４を介して受信し、仮想内視鏡画像データの生成に用いられたボリュームデータの前記観測方向に対し上述の視点を起点とする基準線を設定する。

そして、この基準線と交叉するボリュームデータのボクセル値と所定の閾値αとを比較することにより仮想内視鏡画像データにて示された管腔臓器の診断対象部位における内表面と前記基準線とが交叉する基準点をボリュームデータに対して設定する。この場合、管腔臓器の内表面から得られる超音波反射波の振幅は、通常、他の部位から得られる超音波反射波の振幅より大きいため、基準線に沿って存在するボリュームデータのボクセル値を計測することにより基準線と管腔臓器の内表面との交点を示す基準点を設定することが可能となる。

次に、図６を用いて仮想内視鏡画像データの診断対象部位に対するマーカの配置について述べる。図６は、視線方向Ｄｓを中心とするｘ’方向の視野範囲φｘ’ｍ及びｙ’方向の視野範囲φｙ’ｍによって囲まれた仮想内視鏡画像データ生成領域Ｒｆ（図５参照）の仮想内視鏡画像データＩｖｅと、この仮想内視鏡画像データＩｖｅの観測方向（φｘ’ｏ、φｙ’ｏ）に示されている図示しない診断対象部位に対し入力部１２が配置したマーカＭｋを示している。尚、仮想内視鏡画像データＩｖｅの（φｘ’、φｙ’）におけるピクセルは、観測方向（φｘ’、φｙ’）に沿って存在するボリュームデータのボクセルに基づいて形成され、その横軸はφｘ’に対応し縦軸はφｙ’に対応している。

一方、図７は、仮想内視鏡画像データ生成領域Ｒｆのボリュームデータに対して設定された観測方向（φｘ’ｏ、φｙ’ｏ）の基準線Ｇｐと、基準線Ｇｐと管腔臓器内表面Ｓｉとが交叉する基準点Ｃｐを示しており、この図７に示すように、管腔臓器の仮想内視鏡画像データを得るためには、管腔臓器内表面Ｓｉによって囲まれた管腔内に視点Ｐｓが設定され、この視点Ｐｓを起点とする基準線Ｇｐが観測方向（φｘ’ｏ、φｙ’ｏ）に対して設定される。

再び図１へ戻って、ＭＰＲ断面設定部９は、上述の基準点Ｇｐにおいて互いに直交する３つのスライス断面を設定し、更に、入力部１２から供給される更新指示信号に基づいて前記ＭＰＲ断面の位置や方向を更新する。図８は、ＭＰＲ断面設定部９によって設定されるＭＰＲ断面を示したものであり、例えば、図５に示した仮想内視鏡画像データ生成領域Ｒｆの直交座標系［ｘ’、ｙ’、ｚ’］に基づいた３つのスライス断面が設定される。

即ち、図８に示すように基準点設定部８によって設定された基準点Ｃｐを含みｘ’−ｚ’平面に平行なＭＰＲ断面Ｐｍａ、ｙ’−ｚ’平面に平行なＭＰＲ断面Ｐｍｂ及びｘ’−ｙ’平面に平行なＭＰＲ断面Ｐｍｃが夫々設定される。そして、入力部１２からシステム制御部１４を介して更新指示信号が供給された場合、互いに直交するこれらのＭＰＲ断面は相対的な位置関係を維持した状態で所望の位置及び方向へ更新される。

次に、図１のＭＰＲ画像データ生成部１０は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５３に保存されたボリュームデータを読み出し、このボリュームデータに上述のＭＰＲ断面Ｐｍａ乃至Ｐｍｃを設定して３つのＭＰＲ画像データＩｍａ乃至Ｉｍｃを生成する。具体的には、ＭＰＲ断面Ｐｍａ乃至Ｐｍｃの各々に対応するボリュームデータに基づいてＭＰＲ画像データＩｍａ乃至Ｉｍｃを生成する。

一方、表示部１１は、図示しない表示データ生成部、データ変換部及びモニタを備え、前記表示データ生成部は、仮想内視鏡画像データ生成部６において生成された仮想内視鏡画像データＩｖｅ、ＭＰＲ画像データ生成部１０において生成されたＭＰＲ画像データＰｍａ乃至Ｐｍｃ及びキャビティ画像データ生成部７において生成されたキャビティ画像データの中から所望の画像データを入力部１２から供給される表示データ選択信号に基づいて選択し、選択した画像データに被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成する。一方、前記データ変換部は、前記表示データ生成部によって生成された表示データに対し表示フォーマット変換やＤ／Ａ変換等の変換処理を行なって前記モニタに表示する。

次に、表示部１１のモニタに表示される表示データの具体例につき図９及び図１０を用いて説明する。図９は、図８のＭＰＲ断面Ｐｍａにおいて生成されたＭＰＲ画像データＩｍａ（図９（ａ））、ＭＰＲ断面Ｐｍｂにおいて生成されたＭＰＲ画像データＩｍｂ（図９（ｂ））及びＭＰＲ断面Ｐｍｃにおいて生成されたＭＰＲ画像データＩｍｃ（図９（ｃ））と仮想内視鏡画像データＩｖｅ（図９（ｄ））を合成することによって生成された表示データを示しており、各々のＭＰＲ断面にて収集されたＭＰＲ画像データには管腔臓器Ｏｖの診断対象部位における内表面と観測方向（φｘ’ｏ、φｙ’ｏ）の基準線との交点を示す基準点Ｃｐとこの基準点Ｃｐを含む他のＭＰＲ断面が示され、仮想内視鏡画像データＩｖｅには基準点Ｃｐが示される。

そして、入力部１２に備えられた入力デバイスを用いて上述の画像データＩｍａ，Ｉｍｂ，Ｉｍｃ及びＩＶｅの何れかに示された基準点Ｃｐを所望の方向へ移動させた場合、この基準点Ｃｐの移動に連動して他の画像データに示されている基準点Ｃｐも移動し、更に、移動後の基準点Ｃｐを含む３つのスライス断面が設定される。そして、図９（ａ）乃至図９（ｃ）に示されたＭＰＲ画像データＩｍａ乃至Ｉｍｃは、新たに設定された上述のＭＰＲ断面にて生成されるＭＰＲ画像データによって更新される。

一方、図１０は、図９と同様にしてＭＰＲ断面Ｐｍａにおいて生成されたＭＰＲ画像データＩｍａ（図１０（ａ））、ＭＰＲ断面Ｐｍｃにおいて生成されたＭＰＲ画像データＩｍｃ（図１０（ｃ））及び仮想内視鏡画像データＩｖｅ（図１０（ｄ））とキャビティ画像データ生成部７において生成されたキャビティ画像データＩｃｖ（図１０（ｂ））を合成することによって得られる表示データを示しており、管腔臓器Ｏｖの診断対象部位における内表面と観測方向（φｘ’ｏ、φｙ’ｏ）の基準線との交点を示す基準点Ｃｐがキャビティ画像データＩｃｖに対しても付加される。そして、何れかの基準点Ｃｐを所望の方向へ移動させた場合、この基準点Ｃｐの移動に連動して他の画像データに表示されている基準点Ｃｐも移動し、図１０（ａ）及び図１０（ｃ）に示されたＭＰＲ画像データＩｍａ及びＩｍｃは、移動後の基準点Ｃｐを含むＭＰＲ断面にて新たに生成されたＭＰＲ画像データによって更新される。

入力部１２は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、ボリュームデータに対して視点及び視線方向を設定する視点・視線方向設定機能１２１、仮想内視鏡画像データの診断対象部位に対してマーカを配置するマーカ配置機能１２２及びＭＰＲ断面の位置や方向を更新するＭＰＲ断面更新機能１２３を有している。更に、被検体情報の入力、ボリュームデータ生成条件の設定、仮想内視鏡画像データ生成条件の設定、ＭＰＲ画像データ生成条件の設定、表示データの選択、閾値αの設定、視野範囲φｘ’ｍ及びφｙ’ｍの設定、各種コマンド信号の入力等が上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なわれる。

走査制御部１３は、当該被検体の３次元領域に対し超音波の送受信を順次行なうための遅延時間制御を送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２に対して行なう。一方、システム制御部１４は、図示しないＣＰＵと記憶回路を備え、前記記憶回路には、入力部１２において入力／設定／選択された上述の各種情報が保存される。そして、前記ＣＰＵは、上述の各種情報に基づいて超音波画像診断装置１００の各ユニットを統括的に制御し、仮想内視鏡画像データ、キャビティ画像データ及びＭＰＲ画像データの生成と表示を行なう。尚、上述のＣＰＵの替わりにＧＰＵやＡＳＩＣ等を用いても構わない。

（画像データの生成／表示手順）
次に、本実施例における各種画像データの生成／表示手順につき図１１のフローチャートを用いて説明する。

当該被検体に対する超音波検査に先立ち超音波診断装置１００の操作者は、入力部１２において被検体情報の入力、ボリュームデータ生成条件の設定、仮想内視鏡画像データ生成条件の設定、ＭＰＲ画像データ生成条件の設定、閾値αの設定、視野範囲φｘ’ｍ及びφｙ’ｍの設定、表示データの選択等を行なった後超音波プローブ３を被検体体表面の好適な位置に配置する（図１１のステップＳ１）。尚、ここでは、表示データの選択信号に基づいて選択された仮想内視鏡画像データ及びＭＰＲ画像データを図９の表示フォーマットで合成し表示データを生成する場合について述べるが、これに限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように仮想内視鏡画像データ、キャビティ画像データ及びＭＰＲ画像データを合成して表示データを生成してもよい。

上述の初期設定が終了したならば、操作者は、入力部１２にて検査開始コマンドを入力し（図１１のステップＳ２）、このコマンド信号がシステム制御部１４に供給されることにより、被検体の３次元領域に対するボリュームデータの収集が開始される。

即ち、図２に示した送信部２１のレートパルス発生器２１１は、システム制御部１４から供給される基準信号を分周してレートパルスを生成し送信遅延回路２１２に供給する。送信遅延回路２１２は、所定の深さに超音波を集束するための集束用遅延時間と、最初の送受信方向（θｘ１、θｙ１）に超音波を送信するための偏向用遅延時間を前記レートパルスに与え、このレートパルスをＭｔチャンネルの駆動回路２１３に供給する。次いで、駆動回路２１３は、送信遅延回路２１２から供給されたレートパルスに基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号を超音波プローブ３におけるＭｔ個の送信用振動素子に供給して被検体内に送信超音波を放射する。

放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる被検体の臓器境界面や組織にて反射し、超音波プローブ３に設けられたＭｒ個の受信用振動素子によって受信されＭｒチャンネルの電気的な受信信号に変換される。次いで、この受信信号は、受信部２２のＡ／Ｄ変換器２２１においてデジタル信号に変換され、更に、Ｍｒチャンネルの受信遅延回路２２２において所定の深さからの受信超音波を収束するための集束用遅延時間と送受信方向（θｘ１、θｙ１）からの受信超音波に対し強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間が与えられた後加算器２２３にて整相加算される。

そして、整相加算後の受信信号が供給された受信信号処理部４の包絡線検波器４１及び対数変換器４２は、この受信信号に対して包絡線検波と対数変換を行なって超音波データとしてのＢモードデータを生成し、ボリュームデータ生成部５の超音波データ記憶部５１に送受信方向（θｘ１、θｙ１）を付帯情報として保存する。

送受信方向（θｘ１、θｙ１）における超音波データの生成と保存が終了したならば、システム制御部１４は、送信部２１の送信遅延回路２１２及び受信部２２の受信遅延回路２２２における遅延時間を制御してθｘ方向にΔθｘ、θｙ方向にΔθｙずつ順次更新された送受信方向（θｘｐ、θｙｑ）（θｘｐ＝θｘ１＋（ｐ−１）Δθｘ（ｐ＝１〜Ｐ）、θｙｑ＝θｙ１＋（ｑ−１）Δθｙ（ｑ＝１〜Ｑ）、但し、送受信方向（θｘ１、θｙ１）を除く）の各々に対して同様の手順で超音波を送受信して３次元走査を行なう。そして、これらの送受信方向にて得られた超音波データも上述の送受信方向を付帯情報として超音波データ記憶部５１に保存する。

一方、ボリュームデータ生成部５の補間処理部５２は、超音波データ記憶部５１から読み出した複数の超音波データを送受信方向（θｘｐ、θｙｑ）（θｘｐ＝θｘ１＋（ｐ−１）Δθｘ（ｐ＝１〜Ｐ）、θｙｑ＝θｙ１＋（ｑ−１）Δθｙ（ｑ＝１〜Ｑ））に対応させて配列することにより３次元超音波データを形成し、更に、この３次元超音波データを補間処理してボリュームデータを生成する。そして、生成したボリュームデータをボリュームデータ記憶部５３に保存する（図１１のステップＳ３）。

次に、操作者は、入力部１２において上述のボリュームデータに対して暫定的な視点と視線方向を設定し、仮想内視鏡画像データ生成部６は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５３から読み出したボリュームデータを入力部１２からシステム制御部１４を介して供給される視点及び視線方向の情報に基づいてレンダリング処理し仮想内視鏡画像データを生成する。そして、表示部１１のモニタに表示された仮想内視鏡画像データの観測下で当該診断対象部位の診断に好適な視点及び視線方向を新たに設定する（図１１のステップＳ４及びステップＳ５）。

診断対象部位に対して良好な仮想内視鏡画像データが収集されたならば、操作者は、入力部１２の入力デバイスを用いて、表示部１１に表示された前記仮想内視鏡画像データの診断対象部位に対してマーカを配置する（図１１のステップＳ６）。

一方、基準点設定部８は、仮想内視鏡画像データに対するマーカの配置によって設定された診断対象部位に対する観測方向の情報に基づき前記仮想内視鏡画像データの生成に用いられたボリュームデータの前記観測方向に対し上述の視点を起点とする基準線を設定し、更に、この基準線と交叉するボリュームデータのボクセル値と閾値αとを比較することにより仮想内視鏡画像データにて示された管腔臓器の診断対象部位における内表面と前記基準線とが交叉する基準点をボリュームデータに対して設定する（図１１のステップＳ７）。

次に、ＭＰＲ断面設定部９は、上述の基準点において互いに直交する３つのスライス断面を設定し（図１１のステップＳ８）、ＭＰＲ画像データ生成部１０は、ボリュームデータ生成部５のボリュームデータ記憶部５３から読み出したボリュームデータに上述のＭＰＲ断面を設定する。そして、これらのＭＰＲ断面に対応したボリュームデータのボクセルを抽出して２次元的なＭＰＲ画像データを生成する（図１１のステップＳ９）。

ＭＰＲ画像データの生成が終了したならば、表示部１１は、仮想内視鏡画像データ生成部６において生成された仮想内視鏡画像データとＭＰＲ画像データ生成部１０において生成された３つのＭＰＲ画像データを合成し、更に、被検体情報等の付帯情報を付加して生成した表示データを自己のモニタに表示する（図１１のステップＳ１０）。

尚、異なる視野範囲やＭＰＲ断面等において上述の各種画像データを観測したい場合は、これらの設定を再度行なった後、上述と同様の手順によって仮想内視鏡画像データやＭＰＲ画像データの生成と表示を繰り返す。例えば、表示部１１のモニタに表示されたＭＰＲ画像データに付加されている基準点を入力部１２の入力デバイスを用いて移動させることにより、所望のＭＰＲ断面におけるＭＰＲ画像データを生成することができる。

以上述べた本発明の第１の実施例によれば、被検体から収集されたボリュームデータに基づいて診断対象部位に対する仮想内視鏡画像データと複数からなるＭＰＲ画像データを同時に収集することができる。このため、管腔臓器等の診断対象部位における臓器表面と内部組織との比較観察が可能となり、診断精度と診断効率が大幅に向上する。

特に、臓器表面の状態を仮想内視鏡画像データによって観察することにより、内視鏡スコープの挿入が困難な細い管腔臓器に対してもその内表面を容易に観察することができ、更に、仮想内視鏡画像データの生成に用いられるボリュームデータは、被検体の体外に配置された超音波プローブを用いて収集されるため検査時の被検体に対する侵襲度は極めて小さい。

一方、上述のＭＰＲ画像データが収集されるＭＰＲ断面はボリュームデータの診断対象部位に設定された基準点において形成され、操作者による前記基準点の更新に伴ってＭＰＲ断面の位置や方向も自動更新されるため、常に、所望の仮想内視鏡画像データとＭＰＲ画像データとを比較観察することができる。特に、前記基準点において互いに直交する３つのＭＰＲ断面を設定することにより当該診断対象部位の診断に有効な内部組織の詳細な情報を効率よく収集することができる。

又、管腔臓器の管腔内が強調表示されたキャビティ画像データを仮想内視鏡画像データやＭＰＲ画像データと比較表示することにより、管腔臓器に対する診断対象部位の正確な位置関係を把握することが可能となる。

次に本発明の第２の実施例について述べる。この第２の実施例における画像表示装置は、超音波診断装置やＸ線ＣＴ装置等の医用画像診断装置によって収集された当該被検体のボリュームデータに対し視点及び視線方向を設定して仮想内視鏡画像データを生成し、この仮想内視鏡画像データに示された管腔臓器の診断対象部位に対しマーカを配置することにより観測方向を設定する。次いで、仮想内視鏡画像データの生成に用いられたボリュームデータの前記観測方向に対し視点を起点とする基準線を設定し、この基準線と交叉するボリュームデータのボクセル値と所定閾値とを比較することにより仮想内視鏡画像データにて示された診断対象部位の表面と基準線とが交叉する基準点をボリュームデータに対して設定する。そして、この基準点にて互いに直交する３つのスライス断面に対応したボリュームデータのボクセルを抽出して複数のＭＰＲ画像データを生成し、これらのＭＰＲ画像データを仮想内視鏡画像データと共に表示する。

（装置の構成）
本実施例における画像表示装置の構成につき図１２を用いて説明する。尚、図１２は、本実施例における画像表示装置の全体構成を示すブロック図であり、図１に示した第１の実施例における超音波診断装置１００のユニットと同一の構成及び機能を有するユニットは同一の符号を付加し詳細な説明は省略する。

即ち、図１２に示す画像表示装置２００は、別途設置された医用画像診断装置からネットワークあるいは記憶媒体を介して供給される当該被検体のボリュームデータを保管するボリュームデータ保管部１５と、後述の入力部１２ａが設定する視点及び視線方向の情報に基づいて上述のボリュームデータをレンダリング処理し仮想内視鏡画像データを生成する仮想内視鏡画像データ生成部６と、前記ボリュームデータのボクセル値を反転処理することによりキャビティ画像データを生成するキャビティ画像データ生成部７と、入力部１２ａから供給されるマーカの位置情報に基づきボリュームデータの診断対象部位に対して基準点を設定する基準点設定部８と、前記基準点において互いに直交する３つのＭＰＲ断面を設定し、更に、入力部１２ａから供給される更新指示信号に基づいて前記ＭＰＲ断面の位置や方向を更新するＭＰＲ断面設定部９と、これらのＭＰＲ断面に対応するボリュームデータのボクセルを抽出してＭＰＲ画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成部１０を備えている。

更に、画像表示装置２００は、仮想内視鏡画像データ、キャビティ画像データ及びＭＰＲ画像データを表示する表示部１１と、ボリュームデータに対する視点及び視線方向の設定、仮想内視鏡画像データの診断対象部位に対するマーカの配置、ＭＰＲ断面の更新、更には、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部１２ａと、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部１４ａを備えている。

ボリュームデータ保管部１５は、別途設置された超音波診断装置やＸ線ＣＴ装置、更には、ＭＲＩ装置等の医用画像診断装置によって収集された当該被検体のボリュームデータを保管する。一方、入力部１２ａは、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、ボリュームデータに対して視点及び視線方向を設定する視点・視線方向設定機能１２１、仮想内視鏡画像データの診断対象部位に対してマーカを配置するマーカ配置機能１２２及びＭＰＲ断面の位置や方向を更新するＭＰＲ断面更新機能１２３を有している。更に、被検体情報の入力、仮想内視鏡画像データ生成条件の設定、ＭＰＲ画像データ生成条件の設定、表示データの選択、閾値αの設定、視野範囲φｘ’ｍ及びφｙ’ｍの設定、各種コマンド信号の入力等が上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なわれる。

そして、システム制御部１４ａは、入力部１２ａにおいて入力／設定／選択された各種情報に基づいて画像表示装置２００の各ユニットを統括的に制御し、仮想内視鏡画像データ、キャビティ画像データ及びＭＰＲ画像データの生成と表示を行なう。尚、本実施例における各種画像データの生成／表示手順は、図１１に示した画像データの生成／表示手順におけるステップＳ４乃至Ｓ１０と同様であるため説明は省略する。

以上述べた本発明の第２の実施例によれば、第１の実施例と同様にして、被検体から収集されたボリュームデータに基づいて診断対象部位に対する仮想内視鏡画像データと複数からなるＭＰＲ画像データを同時に収集することができる。このため、管腔臓器等の診断対象部位における臓器表面と内部組織との比較観察が可能となり、診断精度と診断効率が大幅に向上する。

一方、上述のＭＰＲ画像データが収集されるＭＰＲ断面はボリュームデータの診断対象部位に設定された基準点において形成され、操作者による前記基準点の更新に伴ってＭＰＲ断面の位置や方向も自動更新されるため、常に、所望の仮想内視鏡画像データとＭＰＲ画像データとを比較観察することができる。特に、前記基準点において互いに直交する３つのＭＰＲ断面を設定することにより当該診断対象部位の診断に有効な内部組織の詳細な情報を効率よく収集することができる。又、管腔臓器の管腔内が強調表示されたキャビティ画像データを仮想内視鏡画像データやＭＰＲ画像データと比較表示することにより、管腔臓器に対する診断対象部位の正確な位置関係を把握することが可能となる。

更に、別途設置された医用画像診断装置からネットワーク等を介して供給されるボリュームデータを用いて各種画像データの生成と表示を行なうことができるため、操作者は、時間や場所の制約をあまり受けることなく当該被検体に対する診断を効率よく行なうことができる。

以上、本発明の実施例について述べてきたが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、変形して実施することが可能である。例えば、上述の第１の実施例及び第２の実施例では、消化管や血管等の管腔臓器の管腔内に視点を設定して仮想内視鏡画像データを生成する場合について述べたが、診断対象部位は管腔臓器に限定されるものではなく、例えば、腹腔内に視点を設定することによって収集される仮想内視鏡画像データとＭＰＲ画像データに基づいて肝臓癌等に対する検査を行なってもよい。

又、ボリュームデータの診断対象部位に設定された基準点において互いに直交する３つのＭＰＲ断面Ｐｍａ乃至Ｐｍｃを形成し、これらＭＰＲ断面の各々においてＭＰＲ画像データＩｍａ乃至Ｉｍｃを生成する場合について述べたが、ＭＰＲ断面数は３つに限定されない。更に、管腔臓器の管腔内を強調表示するキャビティ画像データを仮想内視鏡画像データ及びＭＰＲ画像データと共に表示する場合について述べたが、仮想内視鏡画像データとＭＰＲ画像データとの比較表示であってもよい。

一方、上述の第１の実施例では、複数の振動素子が２次元配列された、所謂２次元アレイ超音波プローブによって収集した３次元的なＢモードデータに基づいてボリュームデータを生成し、このボリュームデータを用いて仮想内視鏡画像データ及びＭＰＲ画像データを生成する場合について述べたが、２次元アレイ超音波プローブの替わりに振動素子が１次元配列された超音波プローブを機械的に移動させることによりボリュームデータを生成してもよい。又、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づいてボリュームデータを生成しても構わない。

尚、仮想内視鏡画像データ及びＭＰＲ画像データの生成と表示に際し、これらの画像データのサイズ、位置及び方向が不適当な場合、入力部１２（１２ａ）は，直交座標系［ｘ’、ｙ’、ｚ’］やＭＰＲ断面の回転あるいは視野角度φｘ’ｍ及びφｙ’ｍの更新等により所望の仮想内視鏡画像データ及びＭＰＲ画像データを新たに生成してもよい。

２…送受信部
２１…送信部
２２…受信部
３…超音波プローブ
４…受信信号処理部
５…ボリュームデータ生成部
５１…超音波データ記憶部
５２…補間処理部
５３…ボリュームデータ記憶部
６…仮想内視鏡画像データ生成部
７…キャビティ画像データ生成部
８…基準点設定部
９…ＭＰＲ断面設定部
１０…ＭＰＲ画像データ生成部
１１…表示部
１２、１２ａ…入力部
１２１…視点、視線方向設定機能
１２２…マーカ配置機能
１２３…ＭＰＲ断面更新機能
１３…走査制御部
１４、１４ａ…システム制御部
１５…ボリュームデータ保管部
１００…超音波診断装置
２００…画像表示装置

Claims (12)

1. 被検体に対する超音波走査によって収集したボリュームデータに基づいて仮想内視鏡画像データを生成する超音波診断装置において、
   前記ボリュームデータに対し視点及び視線方向を設定する視点・視線方向設定手段と、
   前記視点及び視線方向に基づいて前記ボリュームデータを処理し仮想内視鏡画像データを生成する仮想内視鏡画像データ生成手段と、
   前記仮想内視鏡画像データにマーカを配置することにより診断対象部位に対する観測方向を設定するマーカ配置手段と、
   前記マーカの配置された前記仮想内視鏡画像データに基づいて前記ボリュームデータの前記診断対象部位に対し基準点を設定する基準点設定手段と、
   前記基準点を含むように、前記ボリュームデータに対して１つあるいは複数のスライス断面を設定するＭＰＲ断面設定手段と、
   前記スライス断面における前記ボリュームデータに基づいてＭＰＲ画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成手段と、
   前記仮想内視鏡画像データ及び前記ＭＰＲ画像データを表示する表示手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記基準点設定手段は、前記ボリュームデータの前記観測方向に対して設定した基準線と前記診断対象部位とが交叉する位置に前記基準点を設定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記基準点設定手段は、前記基準線と前記診断対象部位の表面とが交叉する位置に前記基準点を設定することを特徴とする請求項２記載の超音波診断装置。
4. 前記基準点設定手段は、前記基準線と交叉する前記ボリュームデータのボクセル値と所定閾値とを比較することにより前記診断対象部位の表面に対し前記基準点を設定することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
5. 前記基準点設定手段は、前記基準線と交叉する前記ボリュームデータのボクセル値と所定閾値とを比較することにより管腔臓器における前記診断対象部位の内表面に前記基準点を設定することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
6. 前記ＭＰＲ断面設定手段は、前記基準点において互いに直交する３つの前記スライス断面を設定することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
7. 前記表示手段は、前記仮想内視鏡画像データ及び前記ＭＰＲ画像データを並べて表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
8. 前記表示手段は、前記仮想内視鏡画像データにおいて設定された前記基準点を前記ＭＰＲ画像データ上においても表示することを特徴とする請求項７記載の超音波診断装置。
9. 前記ボリュームデータのボクセル値を反転処理することによってキャビティ画像データを生成するキャビティ画像データ生成手段を備え、前記表示手段は、前記仮想内視鏡画像データ、前記ＭＰＲ画像データ及び前記キャビティ画像データを並べて表示することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
10. ＭＰＲ断面更新手段を備え、前記ＭＰＲ断面更新手段は、前記表示手段において表示された前記仮想内視鏡画像データ及び前記ＭＰＲ画像データに付加されている前記基準点を移動することにより前記ＭＰＲ断面設定手段が設定した前記ＭＰＲ断面の位置や方向を更新することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
11. 前記基準点設定手段は、前記表示手段において表示された前記仮想内視鏡画像データ及び前記ＭＰＲ画像データの何れかに付加されている基準点の移動に連動させて他の画像データに付加されている基準点の位置を更新することを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
12. 医用画像診断装置を用いた超音波走査によって収集されたボリュームデータに基づいて仮想内視鏡画像データの生成と表示を行なう画像表示装置であって、
    前記ボリュームデータを保管するボリュームデータ保管手段と、
    前記ボリュームデータに対し視点及び視線方向を設定する視点・視線方向設定手段と、
    前記視点及び視線方向に基づいて前記ボリュームデータを処理し仮想内視鏡画像データを生成する仮想内視鏡画像データ生成手段と、
    前記仮想内視鏡画像データにマーカを配置することにより診断対象部位に対する観測方向を設定するマーカ配置手段と、
    前記マーカの配置された前記仮想内視鏡画像データに基づいて前記ボリュームデータの前記診断対象部位に対し基準点を設定する基準点設定手段と、
    前記基準点を含むように、前記ボリュームデータに対して１つあるいは複数のスライス断面を設定するＭＰＲ断面設定手段と、
    前記スライス断面における前記ボリュームデータのボクセルを抽出してＭＰＲ画像データを生成するＭＰＲ画像データ生成手段と、
    前記仮想内視鏡画像データ及び前記ＭＰＲ画像データを表示する表示手段と、
    を備えたことを特徴とする画像表示装置。

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