JP6033701B2 - 超音波診断装置及びその制御プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、被検体に対して超音波を送信して得られたエコー信号に基づくデータを複数フレーム合成した合成データを作成する超音波診断装置及びその制御プログラムに関する。
例えば、超音波画像において血流を観察しようとした場合、超音波の送受信面の位置や撮像タイミングによっては、一フレームの超音波画像に血流が限定的にしか描出されないことがある。そこで、エコー信号に基づくデータを複数フレーム合成した合成データを作成し、この合成データに基づく超音波画像を表示する超音波診断装置が、例えば特許文献１に開示されている。
前記合成データは、例えば複数フレームのデータのうち、最大の輝度を示すデータからなる。また、前記複数フレームのデータは、被検体の三次元領域の複数の位置において取得されたデータ群（ボリュームデータ：Ｖｏｌｕｍｅ Ｄａｔａ）や、被検体における一断面について得られた時間的に異なるデータである。このような複数フレームのデータを合成することにより、一フレームの超音波画像では得ることができない血管構造を把握することができる。
ところで、超音波画像においては、血管の拍動や体動などが原因で、モーションアーチファクトと呼ばれるノイズが発生することがある。合成されるデータに、このようなノイズが一フレームでも含まれると、合成データに基づいて表示される超音波画像は、血管構造を把握することが困難な画質の画像になってしまう。
上述の課題を解決するためになされた一の観点の発明は、被検体に対して超音波を送信して得られたエコー信号に基づくデータを、複数フレーム合成した合成データを作成する合成データ作成部と、前記合成データに基づく超音波画像が表示される表示部と、前記超音波画像におけるモーションアーチファクトの量に関する指標を、前記データに基づいてフレーム毎に算出する指標算出部と、を備え、前記合成データ作成部は、前記指標が所定の基準を満たす一部又は全部のフレームのデータを使って合成した合成データを作成することを特徴とする超音波診断装置である。
また、他の観点の発明は、前記一の観点の発明において、操作者が、前記所定の基準を設定する操作部を備えることを特徴とする超音波診断装置である。
上記一の観点の発明によれば、前記モーションアーチファクトの量に関する指標が前記所定の基準を満たす一部又は全部のフレームのデータを使って合成した合成データが得られるので、モーションアーチファクトの観点から所望の画質の超音波画像を表示することができる。
また、他の観点の発明によれば、操作者が所望の画質の超音波画像を表示させることができるように、前記操作部によって前記所定の基準を設定することができる。
以下、本発明の実施形態について図１〜図７に基づいて詳細に説明する。図１に示す超音波診断装置１は、超音波プローブ２、送受信ビームフォーマ３、エコーデータ処理部４、表示制御部５、表示部６、操作部７、制御部８及び記憶部９を備える。
前記超音波プローブ２は、アレイ状に配置された複数の超音波振動子（図示省略）を有して構成され、この超音波振動子によって被検体に対して超音波を送信し、そのエコー信号を受信する。
前記送受信ビームフォーマ３は、前記超音波プローブ２から所定の走査条件で超音波を送信するための電気信号を、前記制御部８からの制御信号に基づいて前記超音波プローブ２に供給する。また、前記送受信ビームフォーマ３は、前記超音波プローブ２で受信したエコー信号について、Ａ／Ｄ変換、整相加算処理等の信号処理を行ない、信号処理後のエコーデータを前記エコーデータ処理部４へ出力する。
前記エコーデータ処理部４は、前記送受信ビームフォーマ３から出力されたエコーデータに対し、超音波画像を作成するための信号処理などを行なう。例えば、前記エコーデータ処理部４は、Ｂモード処理を行なう。また、前記エコーデータ処理部４は、Ｂモード処理のほか、被検体内において血流等の組織の動きを示すデータを得るための処理として、カラードプラ処理を行なう。
ここで、組織の動きには、血流のほか、モーションアーチファクトの原因となる血管の拍動や体動などによる生体組織の動きも含まれる。
前記Ｂモード処理は、対数圧縮処理、包絡線検波処理等を含む。前記Ｂモード処理によってＢモードデータが作成される。
前記カラードプラ処理は、直交検波処理、ＭＴＩフィルタ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ）処理、自己相関演算処理等を含む。前記カラードプラ処理により、カラードプラデータが作成される。
前記表示制御部５は、図２に示すように、画像データ作成部５１、指標算出部５２、合成部５３、表示画像制御部５４を有している。前記画像データ作成部５１は、前記Ｂモードデータをスキャンコンバータ（Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によって走査変換してＢモード画像データを作成する。また、前記画像データ作成部５１は、前記カラードプラデータを走査変換して、カラードプラ画像データを作成する。
前記指標算出部５２は、前記カラードプラ画像データに基づいて、モーションアーチファクトの量に関する指標をフレーム毎に算出する（指標算出機能）。詳細は後述する。前記指標算出部は、本発明における指標算出部の実施の形態の一例である。
前記合成部５３は、合成データ作成機能を実行する。具体的には、前記合成部５３は、一フレームの前記Ｂモード画像データと一フレームの前記カラードプラ画像データとを合成して、一フレームの第一合成画像データを作成する。また、前記合成部５３は、複数フレームの前記カラードプラ画像データを合成して、一フレームの合成カラードプラ画像データを作成する。さらに、前記合成部５３は、一フレームの前記合成カラードプラ画像データと一フレームの前記Ｂモード画像データとを合成して、一フレームの第二合成画像データを作成する。
前記合成部５３は、前記指標が所定の基準を満たすフレームのカラードプラ画像データを合成する。所定の基準は、所望の画質の超音波画像（カラードプラ画像）を得ることができるように設定される。詳細は後述する。前記合成部５３は、本発明における合成データ作成部の実施の形態の一例である。
前記表示画像制御部５４は、前記第一合成画像データ又は前記第二合成画像データに基づいて、図３に示すように、Ｂモード画像ＢＩ上にカラードプラ画像ＣＩが重畳された超音波画像ＵＩを前記表示部６に表示させる（表示画像制御機能）。前記カラードプラ画像ＣＩは、Ｂモード画像ＢＩに設定された関心領域Ｒ内に表示されている。
前記表示部６は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）などで構成される。前記操作部７は、特に図示しないが、操作者が指示や情報を入力するためのキーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）、ダイヤル（ｄｉａｌ）及びポインティングデバイス（ｐｏｉｎｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）などを含んで構成されている。前記操作部７は、本発明における操作部の実施の形態の一例である。
前記制御部８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、前記記憶部９に記憶された制御プログラムを読み出し、前記指標算出機能、前記合成データ作成機能、前記表示画像制御機能のほか、前記超音波診断装置１の各部における機能を実行させる。
前記記憶部９は、例えばＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）や半導体メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）などである。
さて、本例の超音波診断装置１の作用について、図４のフローチャートに基づいて説明する。先ず、ステップＳ１では、操作者は、前記超音波プローブ２によって被検体に対する超音波の送受信を開始し、エコー信号を取得する。操作者は、前記超音波プローブ２を被検体の体表面上において移動して、三次元領域における複数フレームのエコー信号（ボリュームデータ）を取得してもよい。また、操作者は、被検体における一断面について、時間的に異なる複数フレームのエコー信号を取得してもよい。
次に、ステップＳ２では、超音波の送受信によって得られたエコー信号に基づいて作成されるＢモード画像データ及びカラードプラ画像データに基づいて、前記合成部５３が前記第一合成画像データを作成する。そして、前記表示画像制御部５４が、前記第一合成画像データに基づいて、Ｂモード画像ＢＩにカラードプラ画像ＣＩが重畳された超音波画像ＵＩを、前記表示部６に表示させる。
前記Ｂモード画像データ、前記カラードプラ画像データ及び前記第一合成画像データは、前記記憶部９に記憶される。
次に、ステップＳ３では、操作者は、前記第二合成画像データに基づく超音波画像ＵＩを表示させる。操作者が前記操作部７を用いて、前記第二合成画像データに基づく超音波画像ＵＩを表示させる入力を行なうと、前記合成部５３は、前記記憶部９に記憶された前記カラードプラ画像データに基づいて、合成カラードプラ画像データを作成する。そして、前記合成部５３は、前記合成カラードプラ画像データとＢモード画像データとを合成して、前記第二合成画像データを作成する。
前記合成カラードプラ画像データの作成について説明する。前記指標算出部５２は、各フレームの前記カラードプラ画像データに対し、モーションアーチファクトの量に関する指標を算出する。この指標は、前記カラードプラ画像において、モーションアーチファクトが存在する度合を示す指標である。
ここで、カラードプラ画像など、被検体内の組織の動きを示す超音波画像において、モーションアーチファクトが多くなれば、一フレームのエコー信号に基づいて得られる被検体内の組織の動きを示すデータの量が多くなる。そこで、本例では、一フレームのエコー信号に基づいて得られる被検体内の組織の動きを示すデータの量に関する指標を、前記指標とする。前記カラードプラ画像データは、被検体内の組織の動きを示すデータである。従って、前記指標算出部５２は、前記指標として、図５に示すように、カラードプラ画像ＣＩにおいて設定された指標算出用関心領域ｒ内において、カラードプラ画像データが存在する割合を算出する。
具体的には、前記指標算出用関心領域ｒ内の全画素の数をＰ１、カラードプラ画像データが存在する画素（カラードプラ画像が表示されるピクセル）の数をＰ２とすると、指標ＩＮは、下記（式１）により算出される。
ＩＮ＝Ｐ２／Ｐ１ ・・・（式１）
ＩＮ＝Ｐ２／Ｐ１ ・・・（式１）
前記（式１）によって算出される前記指標ＩＮは、モーションアーチファクトが多くなるほど、大きい値になる。
前記合成部５３は、複数フレームのカラードプラ画像データに対し、最大値投影処理（ＭＩＰ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を行なって、前記合成カラードプラ画像データを作成する。すなわち、前記合成部５３は、複数フレームのカラードプラ画像データのうち、空間的に対応する画素において最大データ値を選択して、一フレームの前記合成カラードプラ画像データを作成する。
ただし、前記合成部５３は、図６に示すように、複数フレームのカラードプラ画像データＤＤのうち、前記指標ＩＮが閾値ＩＮｔｈ以上のカラードプラ画像データＤＤｅを除外して最大値投影処理を行なう。すなわち、本例では、複数フレームのカラードプラ画像データＤＤのうち、前記指標ＩＮが所定の基準を満たす一部のフレームのデータ（最大値のデータ）を使って、前記合成カラードプラ画像データが作成される。
前記閾値ＩＮｔｈは、操作者による前記操作部７の入力によって設定される。例えば、前記閾値ＩＮｔｈは、前記操作部７のダイヤルを回すことにより、所望の値に設定することができるようになっていてもよい。
より詳細に説明すると、図７には、各フレームにおける前記指標ＩＮの推移を表すグラフＧが示されており、横軸はフレーム（フレーム番号）を示し、縦軸は指標ＩＮを示す。閾値ＩＮｔｈ以上のフレームｆｌＨＩＧＨのカラードプラ画像データは最大値投影処理の対象外になり、閾値ＩＮｔｈ未満のフレームｆｌＬＯＷのカラードプラ画像データのみが最大値投影処理の対象になる。前記フレームｆｌＬＯＷのカラードプラ画像データが、本発明において、指標についての所定の基準を満たすフレームのデータの一例である。
操作者がダイヤルを回すことにより、前記閾値ＩＮｔｈが上下動する。前記閾値ＩＮｔｈが高く設定されるほど、より多くのフレームのカラードプラ画像データが反映された合成カラードプラ画像データが作成される。ただし、この場合、より多くのモーションアーチファクトが混入する。一方、前記閾値ＩＮｔｈが低く設定されるほど、モーションアーチファクトがより排除された合成カラードプラ画像データが作成される。ただし、この場合、合成カラードプラ画像データに反映されるフレーム数は少なくなるため、カラードプラ画像は合成の効果が小さい画質の画像になる。操作者は、前記表示部６を見ながら、モーションアーチファクトを抑制しつつ、合成の効果も有する所望の画質のカラードプラ画像が得られるように、ダイヤルを回して閾値ＩＮｔｈを設定する。これにより、操作者は、モーションアーチファクトが抑制されつつも、できるだけ多くのフレームのカラードプラ画像データが反映された所望の画質のカラードプラ画像を表示させることができる。
次に、実施形態の変形例について説明する。先ず、第一変形例について説明する。前記指標算出部５２は、各フレームにおけるカラードプラ画像データのデータ値を積分することによって、前記指標ＩＮを算出してもよい。すなわち、第一変形例において、前記指標ＩＮは、前記カラードプラ画像データの積分値である。
次に、第二変形例について説明する。前記合成部５３は、最大値投影処理の代わりに、前記指標ＩＮが前記閾値ＩＮｔｈ未満の複数フレームのカラードプラ画像データであって、空間的に対応する画素のデータを加算平均することにより、前記合成カラードプラ画像データを作成してもよい。すなわち、前記指標ＩＮが所定の基準を満たす全部のフレームのカラードプラ画像データを使って前記合成カラードプラ画像データが作成される。
以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、本発明はその主旨を変更しない範囲で種々変更実施可能なことはもちろんである。例えば、前記指標算出部５２は、前記カラードプラ画像データの代わりに、ローデータ（ｒａｗ ｄａｔａ）である前記カラードプラデータに基づいて前記指標ＩＮを算出してもよい。例えば、前記指標算出部５２は、カラードプラデータを積分して前記指標ＩＮを算出してもよい。
また、前記合成部５３は、カラードプラ画像データに変換される前の前記カラードプラデータを合成してもよい。
前記指標算出部５２及び前記合成部５３は、前記表示制御部５に設けられていなくてもよい。
前記閾値ＩＮｔｈは、予め設定されていてもよい。この場合も、前記閾値ＩＮｔｈは、モーションアーチファクトを抑制しつつ、合成の効果も有する画質のカラードプラ画像が得られる値に設定される。
また、前記エコーデータ処理部４が、Ｂモード処理のほかに行なう処理は、被検体内の組織の動きを示すデータを得るための処理であればよく、カラードプラ処理に限られるものではない。例えば、被検体内の組織の動きを示すデータを得るための処理として、パワードプラ処理、Ｂフロー処理、造影データ処理など、他の血流イメージング用のモードによるエコー信号の信号処理のいずれかを行なってもよい。
前記パワードプラ処理は、直交検波処理、ＭＴＩフィルタ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ）処理等を含む。前記パワードプラ処理により、パワードプラデータが作成される。この場合、このパワードプラデータが走査変換されたパワードプラ画像データが前記Ｂモード画像データと合成され、Ｂモード画像上にパワードプラ画像が重畳された超音波画像が表示される。また、複数フレームのパワードプラ画像データ又はパワードプラデータが合成され、その合成データに基づくパワードプラ画像がＢモード画像上に重畳して表示される。さらに、前記指標ＩＮは、前記パワードプラ画像データ又は前記パワードプラデータに基づいて算出される。
前記Ｂフロー処理は、ｃｏｄｅｄ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎの手法により、静止している生体組織からの信号を排除し、血流などの動きのある部分の信号を抽出するための処理である。前記Ｂフロー処理により、Ｂフローデータが作成される。この場合、このＢフローデータが走査変換されたＢフロー画像データが前記Ｂモード画像データと合成され、Ｂモード画像上にＢフロー画像が表示された超音波画像が表示される。また、複数フレームのＢフロー画像データ又はＢフローデータが合成され、その合成データに基づくＢフロー画像がＢモード画像上に表示される。さらに、前記指標ＩＮは、前記Ｂフロー画像データ又は前記Ｂフローデータに基づいて算出される。
前記造影データ処理は、被検体に投与された造影剤が強調された造影画像を作成するための処理を行なって造影データを作成する。例えば、前記造影データ処理は、エコー信号の高調波成分を抽出するためのフィルタ処理である。また、前記造影データ処理は、パルスインバージョン（Ｐｕｌｓｅ Ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ）法によって造影剤からのエコー信号を抽出する処理であってもよい。あるいは、前記造影データ処理は、異なる振幅の超音波を送信して得られたエコー信号に基づくエコーデータを減算して造影剤からの信号成分を抽出する処理（振幅変調法：Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）であってもよい。
造影データが作成される場合、この造影データが走査変換された造影画像データが前記Ｂモード画像データと合成され、Ｂモード画像上に造影画像が表示された超音波画像が表示される。また、複数フレームの造影画像データ又は造影データが合成され、その合成データに基づく造影画像がＢモード画像上に表示される。ただし、造影画像は、Ｂモード画像と並列に表示されてもよい。
また、造影データが作成される場合、前記指標ＩＮは、前記造影画像データ又は前記造影データに基づいて算出される。
１ 超音波診断装置
６ 表示部
７ 操作部
５２ 指標算出部
５３ 合成部（合成データ作成部）
６ 表示部
７ 操作部
５２ 指標算出部
５３ 合成部（合成データ作成部）
Claims (10)
- 被検体に対して超音波を送信して得られたエコー信号に基づくデータであって血流イメージング用のモードによって得られた複数フレームのデータを記憶する記憶部と、
該記憶部に記憶された前記データを複数フレーム合成した合成データを作成する合成データ作成部と、
前記合成データに基づく超音波画像が表示される表示部と、
前記超音波画像におけるモーションアーチファクトの量に関する指標を、前記データに基づいてフレーム毎に算出する指標算出部と、
操作者が、前記指標についての所定の基準を調節する操作部と、
を備え、
前記合成データ作成部は、前記記憶部に記憶された複数フレームのデータに対して、前記指標が前記所定の基準を満たすか否かを判定し、前記指標が前記所定の基準を満たす一部又は全部のフレームのデータを使って合成した合成データを作成する
ことを特徴とする超音波診断装置。 - 前記指標は、血流イメージング用のモードによる前記エコー信号の信号処理によって得られるデータに基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
- 前記血流イメージング用のモードは、カラードプラ画像、パワードプラ画像、Ｂフロー画像又は造影画像を得るためのモードであ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。
- 前記合成データ作成部は、前記指標が所定の基準を満たす複数フレームのデータのうち、空間的に対応する位置における最大値のデータを使って合成を行ない、一フレームの前記合成データを作成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記合成データ作成部は、空間的に対応する位置における前記エコー信号に基づくデータを複数フレーム加算平均して、一フレームの前記合成データを作成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記指標は、前記エコー信号に基づいて血流イメージング用のモードによって得られるデータに基づいて作成された超音波画像において、前記データが存在する画素の数に基づいて算出されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記指標は、前記エコー信号に基づいて血流イメージング用のモードによって得られるデータの積分値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記複数フレームのデータは、前記被検体の三次元領域において得られたボリュームデータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 前記複数フレームのデータは、前記被検体における一断面についての時間的に異なるデータであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
- 操作部を備えた超音波診断装置の制御プログラムであって、
該制御プログラムは、コンピュータに、
被検体に対して超音波を送信して得られたエコー信号に基づくデータであって血流イメージング用のモードによって得られた複数フレームのデータを記憶する記憶部に記憶された前記データを、複数フレーム合成した合成データを作成する合成データ作成機能と、
前記合成データに基づく超音波画像を表示部に表示させる表示画像制御機能と、
前記超音波画像におけるモーションアーチファクトの量に関する指標を、前記データに基づいてフレーム毎に算出する指標算出機能と、を実行させるものであって、
前記合成データ作成機能は、前記記憶部に記憶された複数フレームのデータに対して、前記指標が所定の基準を満たすか否かを判定し、前記指標が前記所定の基準を満たす一部又は全部のフレームのデータを使って合成した合成データを作成するものであり、
前記操作部においては、前記所定の基準を調節可能である
ことを特徴とする超音波診断装置の制御プログラム。
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