JP5461845B2 - 超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、超音波プローブを用いて超音波走査して得られた信号から三次元画像を生成する超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムに関する。

超音波診断装置において収集した三次元データから、被検体の時間的な変動周期を算出し、算出した変動周期を用いて、同じ心周期毎にデータを並び替えて表示するＳＴＩＣ（ｓｐａｔｉｏ ｔｅｍｐｏｒａｌ ｉｍａｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる技術がある。

ＳＴＩＣは、主に胎児心臓の三次元画像を得るために使用され、その特徴は心拍同期を必要とせず胎児心臓の動きをリアルタイムに表示できることである。ＳＴＩＣでは機械的に揺動するメカ４Ｄプローブを用いて、胎児心臓用に開発された４Ｄ超音波で心臓の周期的な変化を読み取ることにより、まず胎児の心周期（心拍値）としての心拍数を検出する。約１０秒間で心臓全体をスキャンし画像を取り込み、心周期に合わせてボリュームデータを合成し、１心周期の動画像を構築するシステムである。１秒間に１５０フレームの画像を取り込むため、１０秒間の１スキャンで１，５００枚の断層像のデータを保存することになる。同一心周期毎に約４０枚の断層像によって構成されるボリュームデータを基に三次元画像群を再構成し、三次元画像群を連続的に動かすことにより４Ｄ（四次元）表示を行なう。

ＳＴＩＣを用いた超音波診断装置として、以下のような技術が開示されている。

特開２００５−７４２２５号公報

しかしながら、従来技術においては、ボリュームデータに含まれる全データから解析サンプルデータを抽出して変動周期を推定しているため、例えば、胎児の心臓をスキャンした場合、実際の心周期と推定した心周期にズレが生じる場合がある。ズレの原因として、解析サンプルとして抽出したデータが心臓以外の部位を含むことにより、胎動や母体の心周期など胎児心臓の拍動以外の成分がノイズとして混入してしまうことが挙げられる。その影響により，自己相関又は高速フーリエ変換解析（ＦＦＴ）による、ピークの検出精度が低下してしまう問題がある。

また、従来の技術では、正しい心周期が算出されない場合には、二次元スキャン（ライブスキャン）まで戻ってボリュームデータを取りなおす必要があり、検査にかかる時間が増えるという問題があった。

本発明は、上述のような事情を考慮してなされたもので、心周期の推定精度を向上することができ、より簡便に胎児心臓の三次元画像を生成・表示することができる超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムを提供することを目的とする。

また、本発明は、上述のような事情を考慮してなされたもので、胎児に関する動画像のデータの生成効率を向上できる超音波診断装置及び超音波診断装置の制御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診断装置は、上述した課題を解決するために、三次元画像を表示するための表示用領域を設定する表示用領域設定手段と、超音波プローブを介して前記表示用領域に対して所定期間で１回の三次元スキャンが実行されると、複数心周期における複数の断層画像によって構成される１個の三次元データを生成する第１生成手段と、前記三次元データに含まれる１断層画像が走査線方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第１領域として求め、前記三次元データに含まれる１断層画像が前記走査線方向の直交方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第２領域として求め、前記三次元データが揺動方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第３領域として求めることで、前記第１、第２、及び第３の領域によって形成される領域を三次元の解析用領域として設定する解析用領域設定手段と、前記三次元データに含まれる前記三次元の解析用領域内の輝度の時間的な変動に対して解析を行なって周波数スペクトルを得る解析手段と、前記得られた周波数スペクトルを基に、パワーのピーク点を検出して胎児の心周期を算出する算出手段と、前記心周期を基に、前記三次元データから略同一心周期毎のデータセット群をそれぞれ生成する第２生成手段と、前記データセット群をそれぞれレンダリング処理して三次元画像群とし、前記三次元画像群を動画像として表示する表示手段と、を有する。

本発明に係る超音波診断装置の制御プログラムは、上述した課題を解決するために、コンピュータに、三次元画像を表示するための表示用領域を設定する機能と、超音波プローブを介して前記表示用領域に対して所定期間で１回の三次元スキャンが実行されると、複数心周期における複数の断層画像によって構成される１個の三次元データを生成する機能と、前記三次元データに含まれる１断層画像が走査線方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第１領域として求め、前記三次元データに含まれる１断層画像が前記走査線方向の直交方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第２領域として求め、前記三次元データが揺動方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第３領域として求めることで、前記第１、第２、及び第３の領域によって形成される領域を三次元の解析用領域として設定する機能と、前記三次元データに含まれる前記三次元の解析用領域内の輝度の時間的な変動に対して解析を行なって周波数スペクトルを得る機能と、前記得られた周波数スペクトルを基に、パワーのピーク点を検出して胎児の心周期を算出する機能と、前記心周期を基に、前記三次元データから略同一心周期毎のデータセット群をそれぞれ生成する機能と、前記データセット群をそれぞれレンダリング処理して三次元画像群とし、前記三次元画像群を動画像として表示する機能と、を実現させる。

本発明に係る超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムによれば、心周期の推定精度を向上することができ、より簡便に胎児心臓の三次元画像を生成・表示することができる。

また、本発明に係る超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムによれば、胎児に関する動画像のデータの生成効率を向上できる。

本実施形態の超音波診断装置の構成を示す概略図。 本実施形態の超音波診断装置の機能を示すブロック図。 Ａ面画像上で設定されるＡ面の解析用ＲＯＩの表示例を示す図。 Ｂ面画像上で設定されるＢ面の解析用ＲＯＩの表示例を示す図。 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、解析用ＲＯＩの自動設定方法の一例を示す概念図。 周波数スペクトルの一例を示す図。 心拍数が正しく算出される場合に生成される胎児心臓の三次元画像の概念図。 心拍数が正しく算出されない場合に生成される胎児心臓の三次元画像の概念図。 表示される動画像のうちスナップショットをマルチプレーン表示した一例を示す図。 本実施形態の超音波診断装置の第１の動作を示すフローチャート。 本実施形態の超音波診断装置の第２の動作を示すフローチャート。

本発明に係る超音波診断装置及び超音波診断装置の制御プログラムの実施形態について、添付図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の超音波診断装置の構成を示す概略図である。

図１は、ＳＴＩＣを利用する本実施形態の超音波診断装置１０を示す。その超音波診断装置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内の被検体を含む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、信号処理回路２２、画像生成回路２３、画像メモリ２４、ＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）２５、内部記憶装置２６、ＩＦ（ｉｎｔｅｒ ｆａｃｅ）２７及び外部記憶装置２８を備える。なお、本実施形態では、送受信回路２１、信号処理回路２２及び画像生成回路２３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、ＣＰＵ２５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、ＲＦ（ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号が生成される。

信号処理回路２２は、Ｂモード処理回路２２ａ及びドプラ処理回路２２ｂを備える。Ｂモード処理回路２２ａは、送受信回路２１から取得されるＲＦ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モード画像を生成する。その場合、検波周波数を変化させることで、映像化する周波数帯域を変えることができる。また、一つの受信データに対して、２つの検波周波数による検波処理を並列に行なうことも可能である。

ドプラ処理回路２２ｂは、送受信回路２１から取得されるＲＦ信号から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多点について求める。ドプラ処理回路２２ｂは、血流情報としての平均速度画像、分散画像、パワー画像及びこれらの組み合わせたドプラ画像を生成する。

画像生成回路２３は、信号処理回路２２から出力される超音波スキャンの走査線信号列の断面画像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の断面画像に変換する。画像生成回路２３は、画像を格納する記憶メモリ（図示しない）を搭載しており、例えば診断の後に操作者（ユーザ）が検査中に記録された画像を呼び出すことが可能となっている。また、画像生成回路２３は、断面画像を基にボリュームデータを形成する。

画像メモリ２４は、信号処理回路２２及び画像生成回路２３から出力される画像を記憶する記憶装置である。画像メモリ２４には、異なる送受信条件で得られた画像が並列に格納される。画像メモリ２４には、信号処理回路２２から出力されるいわゆるＲＡＷデータ（生データ）と呼ばれる変換前のデータ形式の断面画像や、その断面画像に基づくボリュームデータが記憶される。なお、画像メモリ２４は、画像生成回路２３から出力されるビデオフォーマット変換後のデータ形式の断面画像や、画像生成回路２３から出力される、ビデオフォーマット変換後のデータ形式の断面画像に基づくボリュームデータを記憶することもできる。

ＣＰＵ２５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。ＣＰＵ２５は、内部記憶装置２６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、ＣＰＵ２５は、外部記憶装置２８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ＩＦ２７で受信されて外部記憶装置２８にインストールされたプログラムを、内部記憶装置２６にロードして実行する機能を有する。

内部記憶装置２６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２６は、ＩＰＬ（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｌｏａｄｉｎｇ）、ＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）及びデータを記憶したり、ＣＰＵ２５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。

ＩＦ２７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。ＩＦ２７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２８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によって生成された画像は、ＩＦ２７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２８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２８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、操作者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（ｇｒａｐｈｉｃａｌ ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を提供させることもできる。

内部記憶装置２６又は外部記憶装置２８は、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。さらに、内部記憶装置２６又は外部記憶装置２８に記憶されたデータは、ＩＦ２７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、画像生成回路２３からのビデオ信号に基づいて、三次元データを種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に表示する機能を有する。

操作パネル１４は、キーボード１４ａ、マウス１４ｂ、トラックボール１４ｃ及びＴＣＳ（ｔｏｕｃｈ ｃｏｍｍａｎｄ ｓｃｒｅｅｎ）１４ｄ等によって構成される。操作パネル１４は、操作者からの各種指示、例えば、関心領域（ＲＯＩ：ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ）の設定指示等をＩＦ２７を介してＣＰＵ２５に入力する機能を有する。

図２は、本実施形態の超音波診断装置１０の機能を示すブロック図である。

図１に示すＣＰＵ２５がプログラムを実行することによって、超音波診断装置１０は、インターフェース部３１、二次元スキャン制御部３２、表示用ＲＯＩ設定部３３、三次元スキャン制御部３４、ボリュームデータ取得部３５、解析用ＲＯＩ設定部３６、解析処理部３７、心周期算出部３８、データセット生成部３９及びレンダリング処理部４０を有する。なお、本実施形態では、各部３１乃至４０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、ＧＵＩ等のインターフェースである。ＧＵＩは、操作者に対するディスプレイ１３へ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。

二次元スキャン制御部３２は、インターフェース部３１を介して操作パネル１４から二次元スキャンが指示されると、送受信回路２１を制御して、胎児の心臓付近を含む二次元領域に対して超音波を照射して、二次元スキャン（ライブスキャン）を実行させる機能を有する。

表示用ＲＯＩ設定部３３は、二次元スキャン制御部３２による二次元スキャン中、画像生成回路２３（図１に図示）を介して表示される二次元画像上で胎児の心臓を含む領域を三次元画像（４Ｄ表示）の表示用ＲＯＩとして設定する機能を有する。表示用ＲＯＩ設定部３３は、二次元画像の表示画面上で、操作パネル１４を用いた操作者によってインターフェース部３１を介して入力された信号に従って表示用ＲＯＩを設定する。

三次元スキャン制御部３４は、インターフェース部３１を介して操作パネル１４から三次元スキャンが指示されると、送受信回路２１を制御して、表示用ＲＯＩ設定部３３によって設定された表示用ＲＯＩを揺動（ｓｗｅｅｐ）方向にとった三次元領域に対して超音波を照射して、三次元スキャンを実行させる機能を有する。三次元スキャン制御部３４は、所定時間、例えば１０秒〜１５秒間をかけて胎児の心臓全体のスキャンを実行させる。

ボリュームデータ取得部３５は、三次元スキャン制御部３４によって画像メモリ２４に記憶された、表示用ＲＯＩによって形成されたボリュームデータを取得する（読み出す）機能を有する。

解析用ＲＯＩ設定部３６は、ボリュームデータ取得部３５によって取得されるボリュームデータの輝度情報を基に、心周期解析に用いる三次元の解析用ＲＯＩを設定する機能を有する。解析用ＲＯＩ設定部３６は、第１例として、ボリュームデータを基に、手動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定する。その場合、解析用ＲＯＩ設定部３６は、スキャン断面画像（Ａ面画像）を表示させ、そのＡ面画像上で、操作パネル１４を用いた操作者によってインターフェース部３１を介して入力された信号に従ってＡ面の解析用ＲＯＩを設定する。また、解析用ＲＯＩ設定部３６は、スキャン面に直交する断面の断面画像（Ｂ面画像）を表示させ、そのＢ面画像上で、操作パネル１４を用いた操作者によってインターフェース部３１を介して入力された信号に従ってＢ面の解析用ＲＯＩを設定する。

図３は、Ａ面画像上で設定されるＡ面の解析用ＲＯＩの表示例を示す図である。図４は、Ｂ面画像上で設定されるＢ面の解析用ＲＯＩの表示例を示す図である。

図３に示すＡ面画像上で操作者が操作パネル１４を操作して、表示されるＡ面の解析用ＲＯＩを示す枠を変形・移動させることで、解析用ＲＯＩ設定部３６は、Ａ面の解析用ＲＯＩを設定する。また、図４に示すＢ面画像上で操作者が操作パネル１４を操作して、表示されるＢ面の解析用ＲＯＩを示す枠を変形・移動させることで、解析用ＲＯＩ設定部３６は、Ｂ面の解析用ＲＯＩを設定する。

また、解析用ＲＯＩ設定部３６は、第２例として、ボリュームデータを基に、自動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定する。胎児心臓は激しく運動しており、高輝度の心壁と低輝度の心腔が時間的に交互に入れ替わるため、胎児心臓の存在する領域内は輝度の時間変動は大きい。そのため、胎児心臓の存在する領域は他の領域と比較して輝度の分散が大きくなるので、その輝度分散を求めることにより、胎児心臓の存在する領域を抽出することができる。

図５は、解析用ＲＯＩの自動設定方法の一例を示す概念図である。

図５（ａ）は、Ａ面画像を基に縦ラインに相当する輝度値群の分散値を求め、その分散値の大きさを縦ライン毎に色で区別する横方向輝度分散分布図である。Ａ面画像の縦ラインの輝度値の分散をＡ面画像の左端から右端まで求めていくと、図５（ａ）に示すように、胎児心臓の存在する領域では、その他の領域よりも求めた分散値が高くなる。そのため、図５（ａ）によると、全ての縦ラインの分散値の平均値等より求めた閾値を超えた分散値に相当する縦ライン群に胎児心臓が存在すると推測できるので、閾値を超えた分散値に相当する縦ライン群をＡ面の解析用ＲＯＩとして自動設定できる。

図５（ｂ）は、Ａ面画像を基に横ラインに相当する輝度値群の分散値を求め、その分散値の大きさを横ライン毎に色で区別する縦方向輝度分散分布図である。図５（ａ）を用いた説明と同様に、図５（ｂ）によると、全ての横ラインの分散値の平均値等より求めた閾値を超えた分散値に相当する横ライン群に胎児心臓が存在すると推測できるので、閾値を超えた分散値に相当する横ライン群をＡ面の解析用ＲＯＩとして自動設定できる。

図５（ｃ）は、Ｂ面画像を基に縦ラインに相当する輝度値群の分散値を求め、その分散値の大きさを縦ライン毎に色で区別する奥行方向輝度分散分布図である。図５（ａ）を用いた説明と同様に、図５（ｃ）によると、全ての縦ラインの分散値の平均値等より求めた閾値を超えた分散値に相当する縦ライン群に胎児心臓が存在すると推測できるので、閾値を超えた分散値に相当する縦ライン群をＢ面の解析用ＲＯＩとして自動設定できる。

図５（ａ）と図５（ｃ）、又は図５（ｂ）と図５（ｃ）によるバイプレーン表示上でＡ面の解析用ＲＯＩ及びＢ面の解析用ＲＯＩを設定することで、三次元の解析用ＲＯＩを自動的に設定することができる。なお、上述した三次元の解析用ＲＯＩの自動設定方法は一例であり、他の方法を用いて胎児心臓の存在領域を求め、三次元の解析用ＲＯＩを自動的に設定することは可能である。

図２に示す解析処理部３７は、解析用ＲＯＩ設定部３６によって設定された三次元の解析用ＲＯＩ内のデータを基に、信号強度の時間的な変動に対して自己相関又は高速フーリエ変換解析（ＦＦＴ）等の解析処理を行なう機能を有する。

心周期算出部３８は、解析処理部３７によって生成される解析結果としての周波数スペクトルを基に、パワーのピーク点を検出して胎児の心周期（１４０〜２００［ｂｐｍ］）を算出する機能を有する。

図６は、解析処理部３７による解析結果としての周波数スペクトルの一例を示す図である。

従来は、予め決められた周波数の範囲ｆ＿ｍｉｎ〜ｆ＿ｍａｘにおける各周波数でのパワー値から最大のピークｐ０を検出し、ピークｐ０の周波数ｆ０を胎児の心周期として心拍数を算出していた。なお、心拍数が正しく算出される（ピークｐ０の周波数ｆ０が胎児の心拍数と一致）場合に生成される胎児心臓の三次元画像の概念図を図７に示す。

しかし、胎動等のその他の周波数成分が混入してしまい、ピークｆ０の他にピークｆ１，ｆ２等のように別の周波数にも大きなパワー値が発生する場合がある。そのため、ピークｐ０よりもピークｐ１，ｐ２の成分が大きな場合には周波数ｆ０ではなく、心周期以外の周波数である周波数ｆ１，ｆ２を誤って実際の胎児の心拍数として算出してしまう。その結果、正しい心拍数でボリュームデータを再構成できずに適切な動画像が得られない。なお、心拍数が正しく算出されない（ピークｐ０の周波数ｆ０が胎児の心拍数と不一致）場合に生成される胎児心臓の三次元画像の概念図を図８に示す。

図２に示すデータセット生成部３９は、心周期算出部３８によって算出される心周期を基に、ボリュームデータ取得部３５によって取得されるボリュームデータから略同一心周期毎のデータセット群をそれぞれ生成する機能を有する。

レンダリング処理部４０は、各心周期のデータセット群をそれぞれレンダリング処理して三次元画像群とし、三次元画像群を動画像としてディスプレイ１３に表示させる機能を有する。図９は、表示される動画像のうちスナップショット（１枚の静止画）をマルチプレーン表示した一例を示す図である。

続いて、本実施形態の超音波診断装置の第１の動作（ステップ）について、図１０に示すフローチャートを用いて説明する。

操作者が操作パネル１４を用いて二次元スキャンを指示すると、超音波診断装置１０は送受信回路２１を制御して、胎児の心臓付近を含む二次元領域に対して超音波を照射して、二次元スキャン（ライブスキャン）を実行させる（ステップＳ１）。

ステップＳ１による二次元スキャン中、超音波診断装置１０は、画像生成回路２３を介して表示される二次元画像上で胎児の心臓を含む領域を、三次元画像の表示用ＲＯＩとして設定する（ステップＳ２）。ステップＳ２によって設定される表示用ＲＯＩは、二次元画像の表示画面上で、操作パネル１４を用いた操作者によって入力された信号に従ってなされる。

次いで、操作者が操作パネル１４を用いて三次元スキャンを指示すると、超音波診断装置１０は送受信回路２１を制御して、ステップＳ２によって設定された表示用ＲＯＩを揺動（ｓｗｅｅｐ）方向にとった三次元領域に対して超音波を照射して、三次元スキャンを実行させる（ステップＳ３）。ステップＳ３では、約１０秒間で胎児の心臓全体のスキャンを実行させる。

次いで、超音波診断装置１０は、ステップＳ３による三次元スキャンによって画像メモリ２４に記憶されたボリュームデータを取得する（ステップＳ４）。

次いで、超音波診断装置１０は、ステップＳ４によって取得されたボリュームデータを基に、心周期解析に用いる三次元の解析用ＲＯＩを設定する（ステップＳ５）。ステップＳ５による解析用ＲＯＩの設定は、上述したように、ボリュームデータを基に手動的に行なわれてもよいし、自動的に行なわれてもよい。

なお、ステップＳ５において、後述する図８に示すように、超音波診断装置１０が自動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定するか否かを判断し（ステップＳ５ａ）、ステップＳ５ａにてＹＥＳの場合に超音波診断装置１０が自動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定する（ステップＳ５ｂ）一方、ＮＯの場合に超音波診断装置１０が手動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定する（ステップＳ５ｃ）ものであってもよい。

次いで、超音波診断装置１０は、ステップＳ５によって設定された三次元の解析用ＲＯＩ内のデータを基に、信号強度の時間的な変動に対して自己相関又は高速フーリエ変換解析（ＦＦＴ）を行なう（ステップＳ６）。超音波診断装置１０は、ステップＳ６によって生成される解析結果としての周波数スペクトルを基に、パワーのピーク点を検出して胎児の心周期（１４０〜２００［ｂｐｍ］）を算出する（ステップＳ７）。

次いで、超音波診断装置１０は、ステップＳ７によって算出された心周期を基に、ボリュームデータから略同一心周期毎のデータセット群をそれぞれ生成する（ステップＳ８）。超音波診断装置１０は、各心周期のデータセット群をそれぞれレンダリング処理して三次元画像群とし、三次元画像群を動画像としてディスプレイ１３に表示させる（ステップＳ９）。

ここで、超音波診断装置１０は、操作パネル１４を用いた操作者によって入力された信号に従って、ステップＳ９によって表示された動画像が適正であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の判断でＹＥＳ、すなわち、ステップＳ９によって表示された動画像が図７に示すように適正であると判断する場合、超音波診断装置１０は、動作を終了する。

一方、ステップＳ１０の判断でＮＯ、すなわち、ステップＳ９によって表示された動画像が図８に示すように適正でないと判断する場合、表示される動画像を変更するために、超音波診断装置１０は、再び、二次元スキャンを実行する（ステップＳ１）。

続いて、本実施形態の超音波診断装置の第２の動作について、図１１に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図１１に示す本実施形態の超音波診断装置の第２の動作において、図１０に示す動作と同一動作には同一符号を付して説明を省略する。

超音波診断装置１０は、操作パネル１４を用いた操作者によって入力された信号に従って、自動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定するか否かを判断する（ステップＳ５ａ）。ステップＳ５ａの判断にてＹＥＳ、すなわち、自動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定すると判断する場合、超音波診断装置１０は、ステップＳ４によって取得されたボリュームデータを基に自動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定する（ステップＳ５ｂ）。

一方、ステップＳ５ａの判断にてＮＯ、すなわち、自動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定しないと判断する場合、超音波診断装置１０は、操作パネル１４を用いた操作者によって入力された信号に従って、手動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定する（ステップＳ５ｃ）。

また、超音波診断装置１０は、操作パネル１４を用いた操作者によって入力された信号に従って、ステップＳ９によって表示された動画像が適正であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の判断でＹＥＳ、すなわち、ステップＳ９によって表示された動画像が図７に示すように適正であると判断する場合、超音波診断装置１０は、動作を終了する。

一方、ステップＳ１０の判断でＮＯ、すなわち、ステップＳ９によって表示された動画像が図８に示すように適正でないと判断する場合、超音波診断装置１０は、操作パネル１４を用いた操作者によって入力された信号に従って、再スキャンを行なうか否かを判断する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判断にてＹＥＳ、すなわち、再スキャンを行なうと判断する場合、超音波診断装置１０は、再び、二次元スキャンを実行する（ステップＳ１）。

一方、ステップＳ１１の判断にてＮＯ、すなわち、再スキャンを行なわないと判断する場合、超音波診断装置１０は、操作パネル１４を用いた操作者によって入力された信号に従って、手動的に三次元の解析用ＲＯＩを設定する（ステップＳ５ｃ）。

本実施形態の超音波診断装置１０によると、解析用ＲＯＩ設定部３６によって心周期解析に用いる領域を限定することで、胎動など胎児心臓の拍動以外の成分による検出精度の低下を抑え、より高精度な解析を行なうことが可能となる。その結果、超音波診断装置１０によると、適切な三次元画像を表示（４Ｄ表示）することができる。すなわち、超音波診断装置１０によると、心周期の推定精度を向上することができ、より簡便に胎児心臓の三次元画像を生成・表示することができる。

また、本実施形態の超音波診断装置１０を用いた第２の動作（図１１に示すフローチャート）によると、表示される動画像が適正でないと判断する場合に再スキャン以外でも対応することができるので、胎児に関する動画像のデータの生成効率を向上できる。

１０ 超音波診断装置
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
２５ ＣＰＵ
３１ インターフェース部
３２ 二次元スキャン制御部
３３ 表示用ＲＯＩ設定部
３４ 三次元スキャン制御部
３５ ボリュームデータ取得部
３６ 解析用ＲＯＩ設定部
３７ 解析処理部
３８ 心周期算出部
３９ データセット生成部
４０ レンダリング処理部

Claims (6)

1. 三次元画像を表示するための表示用領域を設定する表示用領域設定手段と、
   超音波プローブを介して前記表示用領域に対して所定期間で１回の三次元スキャンが実行されると、複数心周期における複数の断層画像によって構成される１個の三次元データを生成する第１生成手段と、
   前記三次元データに含まれる１断層画像が走査線方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第１領域として求め、前記三次元データに含まれる１断層画像が前記走査線方向の直交方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第２領域として求め、前記三次元データが揺動方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第３領域として求めることで、前記第１、第２、及び第３の領域によって形成される領域を三次元の解析用領域として設定する解析用領域設定手段と、
   前記三次元データに含まれる前記三次元の解析用領域内の輝度の時間的な変動に対して解析を行なって周波数スペクトルを得る解析手段と、
   前記得られた周波数スペクトルを基に、パワーのピーク点を検出して胎児の心周期を算出する算出手段と、
   前記心周期を基に、前記三次元データから略同一心周期毎のデータセット群をそれぞれ生成する第２生成手段と、
   前記データセット群をそれぞれレンダリング処理して三次元画像群とし、前記三次元画像群を動画像として表示する表示手段と、
   を有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記複数心周期における複数の断層画像が得られるように揺動する、前記超音波プローブとしての機械式三次元プローブをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記超音波による二次元スキャンを実行して断層像を生成する手段をさらに有し、前記表示手段は、前記断層像を表示する構成とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記動画像を変更するか否かを入力可能な入力手段をさらに有し、前記入力手段によって前記動画像の変更が入力される場合、前記第１生成手段は、前記二次元スキャンを再び実行する構成とすることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記解析用領域設定手段は、前記三次元データの輝度情報の分散値を基に、前記三次元の解析用領域を設定する構成とすることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
6. コンピュータに、
   三次元画像を表示するための表示用領域を設定する機能と、
   超音波プローブを介して前記表示用領域に対して所定期間で１回の三次元スキャンが実行されると、複数心周期における複数の断層画像によって構成される１個の三次元データを生成する機能と、
   前記三次元データに含まれる１断層画像が走査線方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第１領域として求め、前記三次元データに含まれる１断層画像が前記走査線方向の直交方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第２領域として求め、前記三次元データが揺動方向で分割された複数の領域から輝度の時間的な変動が閾値より大きい領域を第３領域として求めることで、前記第１、第２、及び第３の領域によって形成される領域を三次元の解析用領域として設定する機能と、
   前記三次元データに含まれる前記三次元の解析用領域内の輝度の時間的な変動に対して解析を行なって周波数スペクトルを得る機能と、
   前記得られた周波数スペクトルを基に、パワーのピーク点を検出して胎児の心周期を算出する機能と、
   前記心周期を基に、前記三次元データから略同一心周期毎のデータセット群をそれぞれ生成する機能と、
   前記データセット群をそれぞれレンダリング処理して三次元画像群とし、前記三次元画像群を動画像として表示する機能と、
   を実現させることを特徴とする超音波診断装置の制御プログラム。

Images