JP5653146B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を利用し、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を表示する超音波診断装置及び超音波画像表示方法に関する。

超音波診断装置は、超音波探触子により被検体内部に超音波を送信し、被検体内部の生体組織から受信される受信信号に基づいて3次元断層画像と3次元弾性画像を得て表示することができる。

3次元断層画像に3次元弾性画像を重ねて表示する際に、3次元弾性画像の硬い部位又は軟らかい部位の形状や容積を認識できるように3次元断層画像の不透明度を設定することが行なわれている(例えば、特許文献1)。

特開2008-259605号公報

上記特許文献1には、3次元断層画像の不透明度を設定することが開示されているが、弾性ボリュームデータを分離してボリュームレンダリングを行なうことが開示されていない。そのため、特許文献1では、例えば、硬い部位と軟らかい部位が混合してボリュームレンダリングされ、3次元弾性画像が構成されてしまう。よって、操作者が硬い部位を観察したい場合、硬い部位が軟らかい部位に隠れてしまい、硬い部位の広がりを把握できない可能性があった。

本発明の目的は、弾性ボリュームデータを分離してボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成することにある。

本発明の目的を達成するため、本発明の超音波診断装置は、超音波を送受信する振動子を有する超音波探触子と、前記超音波探触子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、前記被検体からの反射エコー信号を受信する受信部と、前記反射エコー信号に基づく弾性値からなる弾性ボリュームデータをボリュームレンダリングすることにより3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部と、前記3次元弾性画像を表示する表示部とを備える超音波診断装置であって、前記弾性値のしきい値を設定する操作部を備え、前記3次元弾性画像構成部は、設定されたしきい値を基準にして、硬い部位と軟らかい部位とに分離された弾性ボリュームデータをさらに分離し、さらに分離した弾性ボリュームデータのボクセル値を元のボクセル値より大きなボクセル値に変換してボリュームレンダリングを行ない、前記3次元弾性画像を構成することを特徴とする。

本発明によれば、弾性ボリュームデータを分離してボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成することができる。

本発明の全体構成のブロック図を示す図。 本発明の実施例1における3次元弾性画像構成部118を示す図。 本発明の弾性ボリュームデータ分離部200を示す図。 本発明の表示部120の一表示形態を示す図。 本発明の表示部120の一表示形態を示す図。 本発明の表示部120の一表示形態を示す図。 本発明の実施例2における3次元弾性画像構成部118を示す図。 本発明の実施例3を示す図。 本発明の実施例4を示す図。 本発明の実施例5を示す図。 本発明の実施例6を示す図。

(実施例1)
本発明を適用した超音波診断装置100について、図1を用いて説明する。

図1に示すように、超音波診断装置100には、被検体101に当接させて用いる超音波探触子102と、超音波探触子102を介して被検体101に一定の時間間隔をおいて超音波を繰り返し送信させる送信部105と、被検体101から反射した反射エコー信号を受信する受信部106と、送信部105と受信部106を制御する送受信制御部107と、受信部106で受信された反射エコーを整相加算する整相加算部108とが備えられている。

超音波探触子102は、複数の振動子を配設して形成されており、被検体101に振動子を介して超音波を送受信する機能を有している。超音波探触子102は、矩形又は扇形をなす複数の振動子からなり、複数の振動子の配列方向と直交する方向に振動子を機械的に振り、超音波を3次元に送受信することができる。なお、超音波探触子102は、複数の振動子が2次元配列され、超音波の送受信を電子的に制御することができるものでもよい。

送信部105は、超音波探触子102の振動子を駆動して超音波を発生させるための送波パルスを生成する。送信部105は、送信される超音波の収束点をある深さに設定する機能を有している。また、受信部106は、超音波探触子102で受信した反射エコー信号について所定のゲインで増幅してRF信号すなわち受信信号を生成するものである。超音波送受信制御部107は、送信部105や受信部106を制御するためのものである。

整相加算部108は、受信部106で増幅されたRF信号の位相を制御し、1点又は複数の収束点に対し超音波ビームを形成してRF信号フレームデータ(ＲＡＷデータに相当)を生成するものである。

さらに、超音波診断装置100には、整相加算部108で生成されたRF信号フレームデータを記憶するデータ記憶部109と、データ記憶部109に記憶されたRF信号フレームデータに基づいて2次元断層画像を構成する2次元断層画像構成部113と、2次元断層画像構成部113で構成された2次元断層画像について、2次元断層画像の取得位置に基づいて3次元座標変換を行ない、断層ボリュームデータを生成する断層ボリュームデータ生成部114と、断層ボリュームデータの輝度と不透明度に基づいてボリュームレンダリングを行ない、3次元断層画像を構成する3次元断層画像構成部115と、データ記憶部109に記憶された複数のRF信号フレームデータに基づいて2次元弾性画像を構成する2次元弾性画像構成部116と、2次元弾性画像構成部116で構成される2次元弾性画像について、2次元弾性画像の取得位置に基づいて3次元座標変換を行ない、弾性ボリュームデータを生成する弾性ボリュームデータ生成部117と、弾性ボリュームデータの弾性値と不透明度に基づいてボリュームレンダリングを行い、3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部118と、2次元断層画像と2次元弾性画像とを合成したり、3次元断層画像と3次元弾性画像とを合成したりする合成処理部119と、合成処理部119で合成された合成画像、2次元断層画像等を表示する表示部120とが備えられている。

また、超音波診断装置100には、上記各構成要素を制御する制御部103と、制御部103に各種入力を行なう操作部104を備えている。操作部104は、キーボードやトラックボール等を備えている。

2次元断層画像構成部113は、制御部103における設定条件に基づいて、データ記憶部109から出力されるRF信号フレームデータを入力してゲイン補正、ログ圧縮、検波、輪郭強調、フィルタ処理等の信号処理を行ない、2次元断層画像を構成する。

超音波探触子2は、超音波の送受信と同時に送受信方向(θ、φ)を計測することができ、断層ボリュームデータ生成部114は、2次元断層画像の取得位置に相当する送受信方向(θ、φ)に基づいて、複数の2次元断層画像について3次元変換を行ない、断層ボリュームデータを生成する。

3次元断層画像構成部115は、断層ボリュームデータから3次元断層画像を構成する次式(1)〜(3)を用いてボリュームレンダリングを行なう。

Cout(i) = Cout(i-1)＋(1−Aout(i-1))・A(i)・C(i)・S(i) −(1)
Aout(i) = Aout(i-1)＋(1−Aout(i-1))・A(i) −(2)
A(i) = Opacity[C(i)] −(3)

C(i)は作成される2次元投影面上のある点から3次元断層画像を見た場合、視線上i番目に存在するボクセルの輝度値である。Cout(i)は、出力されるピクセル値である。例えば、視線上にNボクセルの輝度値が並んだとき、i =0〜N-1までを積算した輝度値Cout(N-1)が最終的に出力されるピクセル値となる。Cout(i-1)はi-1番目までの積算値を示す。

また、A(i)は視線上i番目に存在する輝度値の不透明度であり、上記(3)に示すとおり、0〜1.0の値をとる断層不透明度テーブル(断層オパシティテーブル)である。断層不透明度テーブルは、輝度値から不透明度を参照することによって、出力する2次元投影面(3次元断層画像)上への寄与率を決定する。

S(i)は、輝度C(i)とその周辺の画素値より求めた勾配より算定される陰影付けのための重み成分で、たとえば、光源とボクセルiを中心とした面の法線が一致する場合、もっとも強く反射するため1.0が与えられ、光源と法線が直交する場合には0.0が与えられるなどの強調効果を指し示す。

Cout(i)_、Aout(i) は、ともに0を初期値としている。上記(2)に示されるように、Aout(i)はボクセルを通過するたびに積算され1.0に収束される。よって、上記(1)に示されるようにi -1番目までの不透明度の積算値Aout(i-1)がおよそ1.0となった場合、i番目以降の輝度値C(i)は出力画像に反映されない。

2次元弾性画像構成部116は、データ記憶部109に記憶された複数のRF信号フレームデータから変位を計測する。そして、2次元弾性画像構成部116は、計測した変位に基づいて弾性値を演算し、2次元弾性画像を構成する。弾性値とは、歪み、弾性率、変位、粘性、歪み比等の弾性情報のいずれかである。

弾性ボリュームデータ生成部117は、2次元弾性画像の取得位置に相当する送受信方向(θ、φ)に基づいて、複数の2次元弾性画像について3次元変換を行ない、弾性ボリュームデータを生成する。

3次元弾性画像構成部118は、弾性値に基づいて弾性ボリュームデータを複数に分離し、分離された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する。具体的に、図2を用いて3次元弾性画像構成部118を説明する。

3次元弾性画像構成部118は、弾性ボリュームデータを弾性値に基づいて複数の弾性ボリュームデータに分離する弾性ボリュームデータ分離部200と、弾性ボリュームデータ分離部200で分離された一方の弾性ボリュームデータを記憶する第1弾性ボリュームデータ記憶部201と、第1ボリュームデータ記憶部201に記憶された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する第1弾性レンダリング演算部202と、弾性ボリュームデータ分離部200で分離された他方の弾性ボリュームデータを記憶する第2弾性ボリュームデータ記憶部205と、第2ボリュームデータ記憶部205に記憶された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する第2弾性レンダリング演算部206と、第1弾性レンダリング演算部202と第2弾性レンダリング演算部206から出力される複数の3次元弾性画像を合成する3次元弾性画像合成部207とからなる。

弾性ボリュームデータ分離部200について、図3を用いて説明する。弾性ボリュームデータ分離部200は、図3(a)又は図3(b)に示す分離手法を用いて弾性ボリュームデータを分離する。

図3(a)と図3(b)には、弾性ボリュームデータ生成部117から出力される弾性ボリュームデータにおける、歪み、弾性率等の弾性値及び頻度の関係を示すヒストグラムと、弾性ボリュームデータを分離するためのラインが示されている。
まず、図3(a)に示す弾性ボリュームデータの分離手法について説明する。曲線300は、弾性ボリュームデータの弾性値と頻度の関係を示すヒストグラムである。ライン302は、弾性ボリュームデータの内、最も硬い弾性値を示すマークである。ライン304は、弾性ボリュームデータの所定の基準値を示すマークである。ライン306は、弾性ボリュームデータの内、最も軟らかい弾性値を示すマークである。カラーバー308は、弾性ボリュームデータの所定の基準値を基準にして、青色と赤色に色分けされていることを示している。カラーバー308は、白黒図面であるためグラデーションが鮮明ではないが、例えば、青色(赤色)に色分けされた弾性値において、弾性値が高いほど青色(赤色)が濃くなり、弾性値が低いほど青色(赤色)が薄くなることが設定されている。

弾性ボリュームデータ分離部200は、弾性ボリュームデータの所定の基準値を基準にして、硬い部位と軟らかい部位とに弾性ボリュームデータを2つに分離する。所定の基準値とは、例えば、弾性ボリュームデータの平均値、中央値、最頻値等のいずれかである。弾性ボリュームデータの平均値は、弾性ボリュームデータの弾性値を全て加算し、弾性ボリュームデータの総数で割った値である。弾性ボリュームデータの中央値は、弾性ボリュームデータの弾性値において、最も硬い弾性値と最も軟らかい弾性値の中央に位置する値である。弾性ボリュームデータの最頻値は、曲線300で示されるヒストグラムにおいて最も頻度が高いところに位置する値である。

操作者は、操作部104の操作に基づく制御部103の制御によって、弾性ボリュームデータ分離部200に対し、弾性ボリュームデータを構成する弾性値の平均値、中央値、最頻値等の内、どの値を所定の基準値とするかを選択することができ、選択された値に基づいて基準値を設定させる。弾性ボリュームデータ分離部200は、設定された基準値を基準にして弾性ボリュームデータを分離する。なお、初期設定では、青色と赤色とによる弾性値の色付け幅が同じ幅になるため、弾性ボリュームデータの中央値が弾性ボリュームデータ分離部200に設定されている。

また、弾性ボリュームデータ分離部200は、上記のように設定された弾性ボリュームデータの所定の基準値を示すライン304を基準にして、硬い部位に該当する左側の弾性ボリュームデータを青色、軟らかい部位に該当する右側の弾性ボリュームデータを赤色に色付けされるように設定する。このように、分離された弾性ボリュームデータには、それそれ、弾性値に応じてカラー値(青色、赤色)が付与される。

図3(b)に示す弾性ボリュームデータの分離手法について説明する。図3(a)の分離手法と異なる点は、弾性ボリュームデータ分離部200は、青色以外の色から青色に変わる位置、赤色以外の色から赤色に変わる位置を基準値とし、硬い部位と軟らかい部位とに弾性ボリュームデータを2つに分離する点である。

曲線300とライン302とライン304とライン306については、図3(a)と同様であるため、説明を省略する。ライン310は、弾性ボリュームデータの内、青色以外の色から青色に変わる位置を示すマークである。ライン312は、弾性ボリュームデータの内、赤色以外の色から赤色に変わる位置を示すマークである。カラーバー314は、弾性ボリュームデータの所定の基準値を基準にして、青色と赤色と緑色に色分けされていることを示している。カラーバー314は、白黒図面であるためグラデーションが鮮明ではないが、例えば、青色(赤色、緑色)に色分けされた弾性値において、弾性値が高いほど青色(赤色、緑色)が濃くなり、弾性値が低いほど青色(赤色、緑色)が薄くなることが設定されている。

本実施例では、最も硬い弾性値から所定値分(例えば20％)軟らかい弾性値の位置を青色以外の色から青色に変わる位置とする。また、最も軟らかい弾性値から所定値分(例えば20％)硬い弾性値の位置を赤色以外の色から赤色に変わる位置とする。

弾性ボリュームデータ分離部200は、最も硬い弾性値から所定値分軟らかい弾性値の位置である基準値を基準にして、基準値の弾性値よりも硬い弾性値を持つ弾性ボリュームデータを分離する。そして、弾性ボリュームデータ分離部200は、分離された弾性ボリュームデータに青色を付与する。つまり、硬い部位の弾性値(ライン302とライン310の間の弾性値)の弾性ボリュームデータについては青色が付与される。

弾性ボリュームデータ分離部200は、最も軟らかい弾性値から所定値分硬い弾性値の位置である基準値を基準にして、基準値の弾性値よりも軟らかい弾性値を持つ弾性ボリュームデータを分離する。そして、弾性ボリュームデータ分離部200は、分離された弾性ボリュームデータに赤色を付与する。つまり、軟らかい部位の弾性値(ライン312とライン306の間の弾性値)の弾性ボリュームデータについては赤色が付与される。

なお、青色以外の色若しくは赤色以外の色とは、緑色である。緑色が付与されている部位は、弾性ボリュームデータにおいて平均的な硬さを持つ部位である。

また、上記では、弾性ボリュームデータ分離部200が分離された弾性ボリュームデータに色情報を付与したが、弾性ボリュームデータ生成部117が弾性ボリュームデータを生成する際に弾性値に応じて色情報を付与してもよい。弾性ボリュームデータ分離部200は、弾性ボリュームデータ生成部117で付与された色情報(RGB値)に基づいて弾性ボリュームデータを分離することもできる。

第1弾性ボリュームデータ記憶部201は、弾性ボリュームデータ分離部200において所定の基準値を基準にして分離された硬い部位(青色)に相当する弾性ボリュームデータを記憶する。

第1弾性レンダリング演算部202は、硬い部位(青色)に相当する弾性ボリュームデータについて、下記式(4)〜(6)を用いてボリュームレンダリングを行ない、硬い部位(青色)の3次元弾性画像を作成する。

｛数2｝
Eout(i) = Eout(i-1)＋(1−Aout(i-1))・A(i)・E (i)・S(i) −(4)
Aout(i) = Aout(i-1)＋(1−Aout(i-1))・A(i) −(5)
A(i) = Opacity[E (i)] −(6)
E(i)は作成される2次元投影面上のある点から3次元弾性画像を見た場合の視線上i番目に存在する弾性値である。Eout(i)は、出力されるピクセル値である。例えば、視線上にNボクセルの弾性値が並んだとき、i =0〜N-1まで弾性値を積算した積算値Eout(N-1)が 最終的に出力されるピクセル値となる。Eout(i-1)はi-1番目までの積算値を示す。また、A(i)は視線上i番目に存在する弾性値の不透明度であり、式(6)に示す弾性不透明度テーブルである。

S(i)は弾性値E(i)とその周辺の弾性値より求めた勾配より算定される陰影付けのための重み成分で、たとえば、光源とボクセルiを中心とした面の法線が一致する場合、もっとも強く反射するため1.0が与えられ、光源と法線が直交する場合には0.0が与えられるなどの強調効果を指し示す。

Eout(i)_、Aout(i) はともに0を初期値とし、式(5)に示される様にAout(i)はボクセルを通過するたびに積算され1.0に収束する。よって、式(4)に示されるようにi -1番目までのボクセルの不透明度の積算値Aout(i-1)が≒1.0となった場合、i番目以降のボクセル値E(i)は出力画像に反映されない。

第2弾性ボリュームデータ記憶部205は、弾性ボリュームデータ分離部200において所定の基準値を基準にして分離された軟らかい部位(赤色)に相当する弾性ボリュームデータを記憶する。

第2弾性レンダリング演算部206は、軟らかい部位(赤色)に相当する弾性ボリュームデータについて、上記式(4)〜(6)を用いてボリュームレンダリングを行ない、軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像を作成する。

3次元弾性画像合成部207は、第1弾性レンダリング演算部202と第2弾性レンダリング演算部206から出力される複数の3次元弾性画像を合成する。合成処理部119は、合成された3次元弾性画像と3次元断層画像を合成する。具体的に、図4〜図6を用いて3次元弾性画像合成部207を説明する。

3次元弾性画像合成部207は、図4に示すように、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402とが並列に表示部120に表示されるように合成することができる。よって、操作者は、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402をそれぞれ比較して確認することができる。

また、3次元弾性画像合成部207は、図5に示すように、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402を表示画素毎に重ね合わせて表示部120に表示されるように合成することができる。表示部120には、合成された3次元弾性画像の他に硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402のどちらかを優先表示するための優先表示設定部500が表示されている。

優先表示設定部500には、硬い部位(青色)と軟らかい部位(赤色)を選択したことを示す選択マーク502が表示されている。図5では、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400が優先表示されるように設定されている。

図5のように、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400が優先表示されるように設定された場合、3次元弾性画像合成部207は、軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402を背面にし、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400を前面にして表示する。つまり、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400が軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402上に上書きされて表示されることになる。よって、操作者は、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402が合成されても、硬い部位(青色)を常に確認することができる。

また、3次元弾性画像合成部207は、図6に示すように、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402とが表示画素毎に加算されて表示されるように合成することができる。

3次元弾性画像合成部207は、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402を設定された設定割合αで表示画素毎に加算して次式を用いて合成する。設定割合αとは、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402のそれぞれの半透明度(透過性)を設定するものであり、操作部104の操作に基づく制御部103の制御によって任意に設定される。設定割合αは、0以上1以下である。

｛数3｝
(合成された3次元弾性画像Ｒ)＝
(1−α)×(硬い部位の3次元弾性画像Ｒ)＋α×(軟らかい部位の3次元弾性画像Ｒ)
(合成された3次元弾性画像Ｇ)＝
(1−α)×(硬い部位の3次元弾性画像Ｇ)＋α×(軟らかい部位の3次元弾性画像Ｇ)
(合成された3次元弾性画像Ｂ)＝
(1−α)×(硬い部位の3次元弾性画像Ｂ)＋α×(軟らかい部位の3次元弾性画像Ｂ)
よって、操作者は、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400における硬さ情報と、軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402における硬さ情報とを相互に確認することができる。

図6には、設定割合αを設定するための割合設定部600と設定割合を変更するための割合設定バー602が表示されている。割合設定バー602を中央より左側に寄せると、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400が軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402に対して強調されるように、3次元弾性画像合成部207はαの値を小さくする。割合設定バー602を中央より右側に寄せると、軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402が硬い部位(青色)の3次元弾性画像400に対して強調されるように、3次元弾性画像合成部207はαの値を大きくする。

例えば、割合設定バー602を中央にすると、αの値は0.5になり、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400と軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402がそれぞれ半透明に表示される。割合設定バー602を左端にすると、αの値は0になり、硬い部位(青色)の3次元弾性画像400のみが表示される。割合設定バー602を右端にすると、αの値は1になり、軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402のみが表示される。

合成処理部119は、図示しないが、並列、重ね合わせ、又は加算されて合成される硬い部位(青色)の3次元弾性画像400及び軟らかい部位(赤色)の3次元弾性画像402と、3次元断層画像を表示画素毎にそれぞれ合成して表示することができる。3次元弾性画像400及び3次元弾性画像402と3次元断層画像の合成とは、例えば、3次元弾性画像400及び3次元弾性画像402を半透明にして3次元断層画像上に表示して、3次元弾性画像400及び3次元弾性画像402における硬さ情報と3次元断層画像における組織情報とが相互に確認できるように表示することを意味する。

なお、図4〜図6に示す表示部120の表示形態の切り換えについては、操作部104の操作に基づく制御部103の制御によって、行なうことができる。

以上、本発明の実施例1によれば、弾性ボリュームデータを分離してボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成することができ、操作者は、硬い部位、軟らかい部位を相互に把握することができる。

(実施例2)
ここで、実施例2を図1〜図7を用いて説明する。実施例1と異なる点は、弾性ボリュームデータの所定の基準値を基準にして、硬い部位(青色)と軟らかい部位(赤色)の他に平均的な硬さを持つ部位(緑色)について弾性ボリュームデータを分離し、分離された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する点である。具体的に、図7を用いて3次元弾性画像構成部118を説明する。

3次元弾性画像構成部118は、弾性ボリュームデータを弾性値に基づいて、硬い部位(青色)、軟らかい部位(赤色)、平均的な硬さを持つ部位(緑色)に弾性ボリュームデータを分離する弾性ボリュームデータ分離部700と、弾性ボリュームデータ分離部700で分離された硬い部位(青色)に相当する弾性ボリュームデータを記憶する第1弾性ボリュームデータ記憶部201と、第1ボリュームデータ記憶部201に記憶された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する第1弾性レンダリング演算部202と、弾性ボリュームデータ分離部700で分離された軟らかい部位(赤色)に相当する弾性ボリュームデータを記憶する第2弾性ボリュームデータ記憶部205と、第2ボリュームデータ記憶部205に記憶された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する第2弾性レンダリング演算部206と、弾性ボリュームデータ分離部700で分離された平均的な硬さを持つ部位(緑色)に相当する弾性ボリュームデータを記憶する第3弾性ボリュームデータ記憶部701と、第3ボリュームデータ記憶部701に記憶された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する第3弾性レンダリング演算部702と、第1弾性レンダリング演算部202と第2弾性レンダリング演算部206と第3弾性レンダリング演算部702から出力される複数の3次元弾性画像を合成する3次元弾性画像合成部703とからなる。

弾性ボリュームデータ分離部700は、図3(b)に示す弾性ボリュームデータの分離手法を用いて弾性ボリュームデータを分離する。弾性ボリュームデータ分離部700は、青色以外の色から青色に変わる位置、赤色以外の色から赤色に変わる位置を基準値とし、硬い部位と軟らかい部位と平均的な硬さを持つ部位とに弾性ボリュームデータを3つに分離する。

第1弾性ボリュームデータ記憶部201と第1弾性レンダリング演算部202と第2弾性ボリュームデータ記憶部205と第2弾性レンダリング演算部206とについては、実施例1で説明したため、説明は省略する。

弾性ボリュームデータ分離部700は、最も硬い弾性値から所定値分軟らかい弾性値の位置である第1基準値と、最も軟らかい弾性値から所定値分硬い弾性値の位置である第2基準値とを基準にして、第1基準値と第2基準値の間に相当する平均的な硬さを持つ部位の弾性ボリュームデータを分離する。そして、弾性ボリュームデータ分離部700は、分離された弾性ボリュームデータに緑色を付与する。つまり、平均的な硬さを持つ部位の弾性値(ライン310とライン312の間の弾性値)の弾性ボリュームデータについては緑色が付与される。

第3弾性ボリュームデータ記憶部701は、弾性ボリュームデータ分離部701において所定の基準値を基準にして分離された平均的な硬さを持つ部位(緑色)に相当する弾性ボリュームデータを記憶する。

第3弾性レンダリング演算部703は、平均的な硬さを持つ部位(緑色)に相当する弾性ボリュームデータについて、上記式(4)〜(6)を用いてボリュームレンダリングを行ない、平均的な硬さを持つ部位(緑色)の3次元弾性画像を作成する。

3次元弾性画像合成部703は、第1弾性レンダリング演算部202と第2弾性レンダリング演算部206と第3弾性レンダリング演算部702から出力される複数の3次元弾性画像を合成する。具体例については、図4〜図6の表示形態と同様であり、2つの画像合成パラメータを3つの画像合成パラメータに置き換えるのみであるので、説明は省略する。

以上、本発明の実施例2によれば、弾性ボリュームデータを分離してボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成することができ、操作者は、硬い部位、軟らかい部位、平均的な硬さを持つ部位を相互に把握することができる。

なお、実施例1では、弾性ボリュームデータを2つに分離し、実施例2では、弾性ボリュームデータを3つに分離したが、弾性ボリュームデータを4つ以上に分離してもよい。

(実施例3)
ここで、実施例3を主に図8を用いて説明する。実施例1、2と異なる点は、弾性値のしきい値を設定する操作部104を備え、3次元弾性画像構成部118は、硬い部位と軟らかい部位とに分離された弾性ボリュームデータをさらに分離して、かつ分離した弾性ボリュームデータのボクセル値を元のボクセル値より大きなボクセル値に変換してボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する点である。

図8(a)〜(c)は、弾性ボリュームデータを分離するしきい値を設定する形態である。これらの形態は表示部120に表示されている。操作者は、操作部104を介して弾性ボリュームデータを分離するためのしきい値を設定する。そして、3次元弾性画像構成部118は設定されたしきい値を基準にして弾性ボリュームデータを分離し、分離された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する。

弾性ボリュームデータ分離部200によって硬い部位に該当する弾性ボリュームデータと軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータに分離されており、第1弾性ボリュームデータ記憶部201は硬い部位に該当する弾性ボリュームデータを記憶し、第2弾性ボリュームデータ記憶部205は、軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータを記憶している。

操作者は、操作部104を介して、硬い部位に該当する弾性ボリュームデータに対して第1しきい値を設定し、軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータに対して第2しきい値を設定する。

図8(a)に示すように、歪み、弾性率等の弾性値及び頻度の関係を示すヒストグラム801に第1しきい値802と第2しきい値803を設定する。操作者はヒストグラム801を参照することによって、例えば、ヒストグラム801のピークとなる弾性値を含むように第1しきい値802と第2しきい値803を設定することができる。制御部103は、第1しきい値802に対応する弾性値αと第2しきい値803に対応する弾性値βを検出する。

制御部103は、検出された第1しきい値802に対応する弾性値αを第1弾性レンダリング演算部202に伝達する。第1弾性レンダリング演算部202は、第1弾性ボリュームデータ記憶部201に記憶されている硬い部位に該当する弾性ボリュームデータから、設定された第1しきい値802に対応する弾性値αより硬い弾性値を有したボクセル値を255、弾性値αより軟らかい弾性値を有したボクセル値を0として弾性ボリュームデータ804を抽出する。第1弾性レンダリング演算部202は抽出された弾性ボリュームデータ804に対して、ボリュームレンダリングを行なう。

弾性値αより硬い弾性値を有したボクセル値を元のボクセル値より大きなボクセル値に変換する利点を述べる。図8(a)のように硬い部位のみを抽出した弾性ボリュームデータ804の持つ弾性値は小さな値となる。式(4)において弾性値E(i)に乗算されるA(i),S(i)は1.0以下の値をとるので、式(4)第二項の計算結果はE(i)以下の値となる。従って、E(i)が小さな値の場合、レンダリング演算によって更に小さな値となってしまい、表示が困難となってしまう。そこで、弾性値αより硬い弾性値を有したボクセル値を元のボクセル値より大きなボクセル値に変換することでボリュームレンダリングに適した形で演算が行うことができる。本実施例ではボクセル値を255に変換した例を示したが、硬い部位の弾性値を認識できるように適切に表示されるくらい大きなボクセル値であればよい。

また、制御部103は、検出された第2しきい値803に対応する弾性値βを第2弾性レンダリング演算部206に伝達する。第2弾性レンダリング演算部206は、第2弾性ボリュームデータ記憶部205に記憶されている軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータから、設定された第2しきい値803に対応する弾性値より軟らかい弾性値を有した弾性ボリュームデータ805を抽出してボリュームレンダリングを行なう。軟らかい部位は弾性値が大きいことが多いが、硬い部位同様に任意の大きな値に変換してからボリュームレンダリングを行ってもよい。

つまり、硬い部位に該当する弾性ボリュームデータからは、第1しきい値802より硬い弾性ボリュームデータ804が抽出されて、3次元弾性画像が構成される。軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータからは、第2しきい値803より軟らかい弾性ボリュームデータ805が抽出されて、3次元弾性画像が構成される。

また、図8(b)のように、弾性ボリュームデータを色付け設定するカラーバー806に第1しきい値807と第2しきい値808を設定することができる。制御部103は、カラーバー806の色相に対応する弾性値α又は弾性値βを検出する。また、図8(c)のように、歪み、弾性率等の弾性値α又は弾性値βを操作部104で直接入力してもよい。制御部103は、弾性値α又は弾性値βを検出する。制御部103で検出された弾性値α又は弾性値βを用いた第1弾性レンダリング演算部202と第2弾性レンダリング演算部206のボリュームレンダリングは、上記と同様であるため、説明は省略する。

以上、本発明の実施例3によれば、硬い部位に該当する弾性ボリュームデータ又は軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータをしきい値に基づいてさらに分離して所望の弾性ボリュームデータを抽出して、3次元弾性画像を構成することができる。よって、診断に不必要な硬さの3次元弾性画像を削除し、診断に必要な硬さの3次元弾性画像を構成することができる。

(実施例4)
ここで、実施例4を主に図9を用いて説明する。実施例1〜3と異なる点は、弾性値のヒストグラムの特性に基づいて弾性値のしきい値を設定し、しきい値を基準にして分離された弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像を構成する点である。

弾性ボリュームデータ分離部200は、弾性ボリュームデータの所定の基準値を基準にして、硬い部位と軟らかい部位とに弾性ボリュームデータを2つに分離している。

図9には、弾性ボリュームデータ生成部117から出力される弾性ボリュームデータにおける、歪み、弾性率等の弾性値及び頻度の関係を示すヒストグラム900と、弾性ボリュームデータを分離するための複数のラインが示されている。

ライン901は、弾性ボリュームデータの内、最も硬い弾性値を示すマークである。ライン902は、弾性ボリュームデータの内、最も軟らかい弾性値を示すマークである。ライン903は、弾性ボリュームデータの平均値を示すマークである。ライン904は、弾性ボリュームデータの最頻値を示すマークである。

弾性ボリュームデータ分離部200は、弾性ボリュームデータのヒストグラム900の最頻値を基準にして、弾性ボリュームデータを分離する。例えば、最頻値±所定値を弾性ボリュームデータの弾性値範囲が設定される。所定値は操作者が操作部104を介して設定することができる。また、ヒストグラム900に基づく統計値を用いて所定値を設定することもできる。第1弾性レンダリング演算部202は、設定された弾性値範囲の弾性ボリュームデータについて、ボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像が構成される。

また、図9に示すように、最頻値の次の第2の最頻値を示すライン907を基準にしたライン902からライン908の第2弾性値範囲を分離してもよい。第2弾性レンダリング演算部206は、第2弾性値範囲の弾性ボリュームデータについて、ボリュームレンダリングを行ない、3次元弾性画像が構成される。第2弾性値範囲は平均値より軟らかい部位に該当するので、カラーバー906を用いて赤色で色づけされる。

なお、本実施例では第2の最頻値までの形態を説明したが、第3、第4の最頻値を用いてもよい。また、最頻値の弾性値と第2の最頻値に該当する弾性値の比を算出し、表示部120に表示することができる。

(実施例5)
ここで、実施例5を主に図10を用いて説明する。実施例1〜4と異なる点は、3次元弾性画像構成部118は、硬い部位と軟らかい部位とに分離された弾性ボリュームデータに基づく3次元弾性画像を3次元弾性画像用カラーバーを用いて立体的に色付けを行う点である。

表示部120には、3次元弾性画像構成部118で構成された3次元弾性画像10と、2次元弾性画像構成部116で構成された2次元弾性画像12が表示される。3次元弾性画像10上には、2次元弾性画像12の断面を示す断面マーク11が表示される。

また、表示部120には、3次元弾性画像の色付けを設定するための3次元弾性画像用カラーバー15,16と、2次元弾性画像の色付けを設定するための2次元弾性画像用カラーバー17が表示される。3次元弾性画像用カラーバー15は、1つのカラーバーの形態を示すものであり、3次元弾性画像用カラーバー16は、2つのカラーバーの形態を示すものであり、いずれか一方が表示部120に表示される。3次元弾性画像用カラーバー15,16と2次元弾性画像用カラーバー17は、色付け特性が異なるように設定されている。3次元弾性画像用カラーバー15,16は、3次元弾性画像が立体的に表示されるように設定されている。2次元弾性画像用カラーバー17は、反射エコー信号に基づく弾性値からなる2次元弾性画像の弾性値の分布が明確に表示されるように設定されている。

弾性ボリュームデータ分離部200によって硬い部位に該当する弾性ボリュームデータと軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータに分離されている。そして、3次元弾性画像構成部118(弾性ボリュームデータ分離部200)は、3次元弾性画像用カラーバー15,16に基づいて硬い部位に該当する弾性ボリュームデータに対し、硬さを示す色(青色)と立体性を示す色(黒色)を付与し、軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータに対し、軟らかさを示す色(赤色)と立体性を示す色(黒色)を付与する。

3次元弾性画像用カラーバー15,16は、レンダリング後のピクセル値が小さいほど黒色を強調し、ピクセル値が大きいほど青色(赤色)を強調するように設定されている。これは式(4)よりS(i)が1.0に近いほど明るく、0.0に近いほど暗くなる効果を表すためである。

なお、上記で説明した3次元弾性像用カラーバー15,16では、縦軸に硬さと陰影の情報を付与したが、縦軸に硬さ、横軸に陰影の情報を2次元に分離して付与する3次元弾性画像用カラーバーであってもよい。

このように、弾性ボリュームデータを硬い部位と軟らかい部位に分離した上で、3次元弾性画像用カラーバー15,16によって色付けを行なうことにより、3次元弾性画像が立体的に表示されるようになる。

また、2次元弾性画像用カラーバー17は、2次元弾性画像を光の３原色すなわち赤、緑、青の色コードから構成される硬さ又は軟らかさを示す色に変換するものである。2次元弾性画像用カラーバー17は、赤色が生体組織の軟らかい部分を示し、青色が硬い部分を示し、緑色がその中間の硬さを示している。図示はしないが、2次元弾性画像用カラーバー17の赤色と緑色の間、緑色と青色の間は、境界がなく、グラデーションで繋がっている。2次元弾性画像は2次元弾性画像用カラーバー17によって設定される色に基づいて弾性値を把握できるようになっている。つまり、2次元弾性画像の弾性値の分布が明確に表示することができる。

よって、3次元弾性画像用カラーバー15,16と2次元弾性画像用カラーバー17は、色付け特性が異なるように設定されているため、診断に適した3次元弾性画像と2次元弾性画像を表示することができる。

(実施例6)
ここで、実施例6を主に図11を用いて説明する。実施例1〜5と異なる点は、2次元弾性画像構成部116から出力された2次元弾性画像の弾性値に基づいて複数の硬さ部位に分離する弾性データ分離部20を備える点である。

実施例1〜5では、弾性ボリュームデータ生成部117から出力される弾性ボリュームデータを弾性ボリュームデータ分離部200が複数の弾性ボリュームデータに分離する例を示したが、図11に示すように弾性ボリュームデータを作成する前に、弾性データを分離し、分離された弾性データから弾性ボリュームデータを作成してもよい。

弾性データ分離部20は、2次元弾性画像構成部116から出力された2次元弾性画像の弾性値に基づいて複数の硬さ部位に分離する。第1弾性ボリュームデータ生成部21は弾性データ分離部20で分離された一方の2次元弾性画像を用いて弾性ボリュームデータを生成し、第2弾性ボリュームデータ生成部22は弾性データ分離部20で分離された他方の2次元弾性画像を用いて弾性ボリュームデータを生成する。弾性データ分離部20の分離手法は実施例1〜5と同様のものとする。

100 超音波診断装置、102 超音波探触子、103 制御部、104 操作部、105 送信部、106 受信部、107 送受信制御部、108 整相加算部、109 データ記憶部、113 2次元断層画像構成部、114 断層ボリュームデータ生成部、115 3次元断層画像構成部、116 2次元弾性画像構成部、117 弾性ボリュームデータ生成部、118 3次元弾性画像構成部、119 合成処理部、120 表示部

Claims (11)

1. 超音波を送受信する振動子を有する超音波探触子と、前記超音波探触子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、前記被検体からの反射エコー信号を受信する受信部と、前記反射エコー信号に基づく弾性値からなる弾性ボリュームデータをボリュームレンダリングすることにより３次元弾性画像を構成する３次元弾性画像構成部と、前記３次元弾性画像を表示する表示部とを備える超音波診断装置であって、
   前記弾性値のしきい値を設定する操作部を備え、前記３次元弾性画像構成部は、設定されたしきい値を基準にして、硬い部位と軟らかい部位とに分離された弾性ボリュームデータをさらに分離し、さらに分離した弾性ボリュームデータのボクセル値を元のボクセル値より大きなボクセル値に変換してボリュームレンダリングを行ない、前記３次元弾性画像を構成することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記弾性値のヒストグラムの特性に基づいて前記しきい値が設定され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３次元弾性画像構成部は、前記しきい値を基準にして、硬い部位と軟らかい部位とに前記弾性ボリュームデータを分離する弾性ボリュームデータ分離部を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
4. 前記弾性ボリュームデータ分離部は、前記硬い部位に該当する弾性ボリュームデータを青色、前記軟らかい部位に該当する弾性ボリュームデータを赤色に色付けされるように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. 前記硬い部位に相当する弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行なう第１弾性レンダリング演算部と、前記軟らかい部位に相当する弾性ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行なう第２弾性レンダリング演算部とを備えることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
6. 前記第１弾性レンダリング演算部と前記第２弾性レンダリング演算部から出力される複数の３次元弾性画像を合成する３次元弾性画像合成部を備えることを特徴とする請求項５記載の超音波診断装置。
7. 前記弾性ボリュームデータ分離部は、前記硬い部位と前記軟らかい部位と平均的な硬さを持つ部位とに前記弾性ボリュームデータを分離することを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
8. 前記３次元弾性画像構成部は、硬い部位と軟らかい部位とに分離された前記弾性ボリュームデータに基づく３次元弾性画像を３次元弾性画像用カラーバーを用いて立体的に色付けを行うことを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
9. 前記３次元弾性画像構成部は、前記３次元弾性画像用カラーバーに基づいて硬い部位に該当する前記弾性ボリュームデータに対し、硬さを示す色と立体性を示す色を付与し、軟らかい部位に該当する前記弾性ボリュームデータに対し、軟らかさを示す色と立体性を示す色を付与することを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。
10. 前記３次元弾性画像用カラーバーは、硬い部位に該当する前記弾性ボリュームデータのレンダリング後のピクセル値が小さいほど黒色を強調し、レンダリング後のピクセル値が大きいほど青色を強調し、軟らかい部位に該当する前記弾性ボリュームデータのレンダリング後のピクセル値が小さいほど黒色を強調し、レンダリング後のピクセル値が大きいほど赤色を強調するように設定されていることを特徴とする請求項９記載の超音波診断装置。
11. 前記３次元弾性画像用カラーバーと、前記反射エコー信号に基づく弾性値からなる２次元弾性画像に色付けを行う２次元弾性画像用カラーバーは、色付け特性が異なるように設定されていることを特徴とする請求項８記載の超音波診断装置。

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