WO2010024023A1 - 超音波診断装置及び超音波画像表示方法 - Google Patents

超音波診断装置及び超音波画像表示方法 Download PDF

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WO2010024023A1
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elastic
signal frame
unit
image
frame data
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康治 脇
栗原　浩
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株式会社 日立メディコ
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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and an ultrasonic image display method for displaying an elastic image indicating the hardness or softness of a biological tissue of a subject using ultrasonic waves.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus transmits ultrasonic waves inside the subject using an ultrasonic probe, and constructs and displays, for example, a tomographic image based on a received signal received from a living tissue inside the subject.
  • the reception signal received from the living tissue inside the subject is measured by the ultrasonic probe, and the displacement of each part of the living body is obtained from the RF signal frame data of two reception signals having different measurement times.
  • An elastic image indicating the elastic modulus of the living tissue is constructed based on the displacement data (for example, Patent Document 1).
  • the position sensor that measures the position and tilt of the ultrasound probe simultaneously with the transmission and reception of ultrasound, and generates volume data from position information acquired by the position sensor and a plurality of two-dimensional tomographic images, Displaying a three-dimensional tomographic image is performed (for example, Patent Document 2).
  • Patent Document 1 is limited to constructing a two-dimensional elastic image, and does not specifically disclose constructing a three-dimensional elastic image. Therefore, in order to construct a three-dimensional elasticity image, a large amount of calculation and a memory capacity are required, which cannot be realized by extending the technology of the three-dimensional tomographic image construction disclosed in Patent Document 2.
  • An object of the present invention is to construct and display a three-dimensional elastic image showing the hardness or softness of a living tissue of a subject.
  • an ultrasonic probe that transmits and receives ultrasonic waves to and from a subject using a vibrator, a transmission unit that transmits ultrasonic waves via the ultrasonic probe, and the subject
  • a reception unit that receives a reflected echo signal from the receiver, an RF signal frame data storage unit that stores RF signal frame data based on the reflected echo signal received by the reception unit, and at least stored in the RF signal frame data storage unit
  • the RF signal frame data selection unit that selects the two RF signal frame data, the elasticity information calculation unit that calculates strain or elastic modulus based on the selected RF signal frame data, and the elasticity information calculation unit
  • An elastic image forming unit that forms two-dimensional elastic image data based on strain or elastic modulus, and an elastic volume that generates elastic volume data from the plurality of the two-dimensional elastic image data
  • Providing a data creation unit, an ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that it comprises a three-dimensional elastic image constructing unit for constructing a 3-dimensional elastic image
  • a three-dimensional elastic image showing the hardness or softness of the biological tissue of the subject can be constructed and displayed.
  • FIG. 3 is a diagram showing a form for creating two-dimensional elasticity image data according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a form for creating two-dimensional elasticity image data according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a form for creating two-dimensional elasticity image data according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a form for creating two-dimensional elasticity image data according to a sixth embodiment of the present invention.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus includes an ultrasonic probe 2 that is used while being in contact with the subject 1, and a repetition of the subject 1 via the ultrasonic probe 2 at time intervals.
  • Transmitter 3 for transmitting ultrasonic waves
  • receiver 4 for receiving time-series reflected echo signals generated from subject 1
  • ultrasonic transmission / reception control for controlling transmission and reception between transmitter 3 and receiver 4
  • a phasing addition unit 6 for phasing and adding the reflected echo signals received by the reception unit 4.
  • the ultrasonic probe 2 is formed by arranging a plurality of transducers, and has a function of transmitting / receiving ultrasonic waves to / from the subject 1 via the transducers.
  • the ultrasonic probe 2 can transmit and receive ultrasonic waves by mechanically swinging the transducers in a direction orthogonal to the arrangement direction of a plurality of transducers having a rectangular or fan shape.
  • the ultrasonic probe 2 has a position sensor that measures the tilt of the vibrator simultaneously with transmission / reception of the ultrasonic wave, and outputs the tilt of the vibrator as a frame number.
  • the ultrasonic probe 2 may be one in which a plurality of transducers are two-dimensionally arranged and the ultrasonic transmission / reception direction can be electronically controlled.
  • the ultrasonic probe 2 mechanically or electronically shakes and transmits / receives ultrasonic waves in a direction orthogonal to the arrangement direction of a plurality of rectangular or fan-shaped transducers that transmit / receive ultrasonic waves.
  • the transmission unit 3 generates a transmission pulse for driving the transducer of the ultrasonic probe 2 to generate an ultrasonic wave.
  • the transmission unit 3 has a function of setting a convergence point of transmitted ultrasonic waves to a certain depth.
  • the receiving unit 4 amplifies the reflected echo signal received by the ultrasonic probe 2 with a predetermined gain to generate an RF signal, that is, a received signal.
  • the ultrasonic transmission / reception control unit 5 is for controlling the transmission unit 3 and the reception unit 4.
  • the phasing / adding unit 6 inputs the RF signal amplified by the receiving unit 4 and performs phase control, and forms an ultrasonic beam at one or a plurality of convergence points to generate RF signal frame data.
  • the tomographic image construction unit 7 receives the RF signal frame data from the phasing addition unit 6 and performs signal processing such as gain correction, log compression, detection, contour enhancement, and filter processing to obtain tomographic image data. . Further, the monochrome scan converter 8 performs coordinate system conversion of the tomographic image data in order to display the tomographic image data synchronized with the ultrasonic scanning by the scanning method of the image display unit 13.
  • the two-dimensional tomographic image storage unit 9 stores the tomographic image data output from the monochrome scan converter 8 together with the frame number.
  • the transducer is mechanically shaken in a direction orthogonal to the arrangement direction of a plurality of transducers that form a rectangle or a sector, and ultrasonic waves are transmitted and received.
  • the tomographic image data is acquired.
  • FIG. 2 (a) is a diagram showing that the two-dimensional tomographic image data is regarded as one line in the frame direction and the tomographic image data is acquired three-dimensionally.
  • FIG. 2 (b) is a diagram showing that the two-dimensional tomographic image data is acquired three-dimensionally.
  • the frame number associates the position (tilt) of a plurality of transducers with tomographic image data.
  • the first frame number in the scan in the A direction is “1”, and the last frame number is “n”.
  • the tomographic image data with the frame number “1” is first stored in the two-dimensional tomographic image storage unit 9, and then the tomographic image data with the frame number “2” is stored in the two-dimensional tomographic image storage unit 9. Finally, the tomographic image data of the frame number “n” is stored in the two-dimensional tomographic image storage unit 9.
  • the first frame number in the scan in the B direction is set to “n”
  • the last frame number is set to “1”
  • the tomographic image data is stored in the two-dimensional tomographic image storage unit 9.
  • the monochrome volume data creation unit 10 reads the tomographic image data for n frames stored in the two-dimensional tomographic image storage unit 9, and creates the monochrome volume data by arranging them sequentially for each scan plane. In this way, monochrome volume data for rendering, which is a set of tomographic image data in the subject, is configured.
  • the black and white 3D tomographic image construction unit 11 reads the black and white volume data from the black and white volume data creation unit 10 and projects the black and white volume data onto a plane to form a black and white 3D tomographic image. Specifically, the monochrome three-dimensional tomographic image construction unit 11 obtains image information of each point from the luminance value and opacity corresponding to each point (coordinate) of the monochrome volume data. Then, for example, a monochrome three-dimensional tomographic image is constructed using a volume rendering method that calculates the brightness value and opacity of the monochrome volume data in the line-of-sight direction in the depth direction and gives light and shade according to the following equation.
  • ⁇ outi Output of i-th opacity
  • ⁇ ini Input of i-th opacity
  • ⁇ i Output of i-th opacity
  • C outi Output of i-th brightness value
  • C ini Input of i-th brightness value
  • C i I-th luminance value
  • a monochrome three-dimensional tomographic image is constructed using the volume rendering method.
  • a surface rendering method that gives light and shade according to the inclination angle formed by the image of each point with respect to the surface corresponding to the viewpoint position, and the viewpoint You may use the voxel method which gives a light / dark according to the depth of the target object seen from the position.
  • a black and white 3D tomographic image and a color 3D elastic image which will be described later, are combined, displayed in parallel, or switched, and a switching composition unit 12; a black and white 3D tomographic image, a color 3D elastic image, a black and white 3D
  • An image display unit 13 that displays a combined image obtained by combining the tomographic image and the color three-dimensional elasticity image is provided.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus includes an RF signal frame data storage unit 20 that stores the RF signal frame data output from the phasing addition unit 6, and at least two RF signals stored in the RF signal frame data storage unit 20.
  • the RF signal frame data selection unit 21 for selecting signal frame data From the RF signal frame data selection unit 21 for selecting signal frame data, the displacement calculation unit 22 for measuring the displacement of the living tissue of the subject 1 from the two RF signal frame data, and the displacement information measured by the displacement calculation unit 22
  • An elastic information calculation unit 23 for obtaining elastic information such as strain or elastic modulus, an elastic image configuration unit 24 that constitutes two-dimensional elastic image data from the strain or elastic modulus calculated by the elastic information calculation unit 23, and an elastic image configuration unit 24 Is provided with an elastic scan converter 25 that performs coordinate system conversion for displaying the two-dimensional elastic image data output from the image display unit 13 using the scanning method.
  • a two-dimensional elastic image storage unit 26 that further stores two-dimensional elastic image data output from the elastic scan converter 25, and an elastic volume data generation unit that generates elastic volume data from a plurality of two-dimensional elastic image data 27 and a three-dimensional elastic image constructing unit 28 for constructing a color three-dimensional elastic image from the elastic volume data.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus includes a control unit 31 that controls each component and an input unit 30 that performs various inputs to the control unit 31.
  • the input unit 30 includes a keyboard, a trackball, and the like.
  • the RF signal frame data storage unit 20 sequentially stores the RF signal frame data generated from the phasing addition unit 6 in time series.
  • 3 and 4 are diagrams showing details of the RF signal frame data storage unit 20.
  • the RF signal frame data storage unit 20 includes a storage medium 200 that stores RF signal frame data related to scanning in the A direction, and a storage medium 201 that stores RF signal frame data related to scanning in the B direction. ing.
  • Fig. 3 (a) shows the relationship between the RF signal frame data and the frame number in the scan in the A direction
  • Fig. 3 (c) associates the RF signal frame data in the A direction scan with the frame number
  • 2 shows a storage form of the storage medium 200 of the RF signal frame data storage unit 20 to be stored
  • Fig. 3 (b) shows the relationship between the RF signal frame data and the frame number in the scan in the B direction
  • Fig. 3 (d) associates the RF signal frame data in the B direction scan with the frame number.
  • 2 shows a form of another storage medium 201 of the RF signal frame data storage unit 20 to be stored.
  • the storage medium 200 stores the RF signal frame data with “1” as the first frame number in the scan in the A direction and “n” as the last frame number. Specifically, the RF signal frame data with the frame number “1” in the scan in the A direction is first stored in the storage medium 200, and then the RF signal frame data with the frame number “2” is stored in the storage medium 200. . Finally, the RF signal frame data of frame number “n” is stored in the storage medium 200.
  • the storage medium 201 stores the RF signal frame data with “n” as the first frame number in the scan in the B direction and “1” as the last frame number. Specifically, the RF signal frame data of frame number “n” in the scan in the B direction is first stored in the storage medium 201, and then the RF signal frame data of frame number “n ⁇ 1” is stored in the storage medium 201. Is done. Finally, the RF signal frame data with the frame number “1” is stored in the storage medium 201.
  • the RF signal frame data storage unit 20 includes the two storage media 200 and 201.
  • the RF signal frame data may be distributed and stored in one storage medium.
  • the RF signal frame data selection unit 21 selects the RF signal frame data of the frame number “N” stored in the storage medium 200 of the RF signal frame data storage unit 20.
  • N is an integer of 1 to n. Then, the RF signal frame data selection unit 21 has the same frame number “N” as the RF signal frame data read from the storage medium 200, and the RF signal frame data of the frame number “N” stored in the storage medium 201. Select.
  • the displacement measuring unit 22 performs one-dimensional or two-dimensional correlation processing from the selected RF signal frame data of the frame number “N”, and the displacement or movement vector in the biological tissue corresponding to each point of the RF signal frame data. That is, a one-dimensional or two-dimensional displacement distribution regarding the direction and magnitude of the displacement is obtained.
  • a block matching method is used to detect the movement vector.
  • the block matching method divides an image into blocks consisting of, for example, M ⁇ M pixels, focuses on the block in the region of interest, searches the previous frame for the block that most closely matches the block of interest, and refers to this Then, predictive coding, that is, processing for determining the sample value by the difference is performed.
  • the elasticity information calculation unit 23 is a strain of the living tissue corresponding to each point (coordinate) on the image from the measurement value output from the displacement measurement unit 22, for example, the movement vector and the pressure value output from the pressure measurement unit 26. And elastic modulus is calculated to generate elasticity information. At this time, the distortion is calculated by spatially differentiating the movement amount of the living tissue, for example, the displacement. Further, when the elastic modulus is calculated by the elastic information calculation unit 23, the pressure information acquired by the pressure measurement unit 29 connected to the pressure sensor (not shown) of the ultrasonic probe 2 is sent to the elastic information calculation unit 23. Output. The elastic modulus is calculated by dividing the change in pressure by the change in strain.
  • the Young's modulus is a ratio of a simple tensile stress applied to the object and a strain generated in parallel with the tension.
  • the elasticity image constructing unit 24 performs various image processing such as smoothing processing in the coordinate plane, contrast optimization processing, and smoothing processing in the time axis direction between frames for the calculated elasticity value (strain, elasticity modulus, etc.). To construct two-dimensional elasticity image data.
  • the elastic scan converter 25 has a function of performing coordinate system conversion for displaying the two-dimensional elastic image data output from the elastic image construction unit 24 by the scanning method of the image display unit 13.
  • the two-dimensional elastic image storage unit 26 stores the two-dimensional elastic image data together with the frame number “N”.
  • the RF signal frame data selection unit 21 has the same frame numbers “1” to “n” stored in the storage medium 200 and the storage medium 201 of the RF signal frame data storage unit 20.
  • Each of the RF signal frame data is selected, and as described above, a series of processing is performed in the displacement measurement unit 22, the elasticity information calculation unit 23, the elasticity image construction unit 24, and the elasticity scan converter 25.
  • the two-dimensional elastic image storage unit 26 stores two-dimensional elastic image data of a series of frame numbers “1” to “n”.
  • FIG. 5 shows a form of creating two-dimensional elastic image data of frame numbers “1” to “n”.
  • 5 (a) and 5 (b) show a mode in which RF signal frame data of frame numbers “1” to “n” in the A direction and the B direction are read from the storage medium 200 and the storage medium 201.
  • (d) shows a state in which the two-dimensional elastic image data of the frame numbers “1” to “n” is stored in the two-dimensional elastic image storage unit 26.
  • the two-dimensional elasticity image data of frame numbers “1” to “n” is stored in the two-dimensional elasticity image storage unit 26.
  • the elastic volume data creation unit 27 creates elastic volume data from a plurality of two-dimensional elastic image data.
  • the two-dimensional elastic image data for n frames stored in the two-dimensional elastic image storage unit 26 is read out and arranged in order for each scan plane to generate elastic volume data.
  • elastic volume data for rendering which is a set of two-dimensional elastic image data in the subject, is configured.
  • the three-dimensional elasticity image constructing unit 28 obtains image information of each point from the elasticity value (one of strain, elastic modulus, etc.) corresponding to each point of the elastic volume data and opacity, and constructs a three-dimensional elasticity image. To do.
  • a three-dimensional elasticity image is constructed using a volume rendering method that calculates the elasticity value of the elasticity volume data in the line-of-sight direction in the depth direction according to the following equation.
  • the line-of-sight direction is the same as the line-of-sight direction in the volume rendering process or the like of the black and white three-dimensional tomographic image construction unit 11.
  • the three-dimensional elastic image construction unit 28 assigns three primary colors of light, that is, a red (R) value, a green (G) value, and a blue (B) value, to image information constituting the three-dimensional elastic image.
  • the three-dimensional elastic image forming unit 28 gives a red code to a portion where the strain is large compared to the surroundings or a portion where the elastic modulus is small, and applies a blue code to a portion where the distortion is small or the elastic modulus is large compared to the surroundings. Processing such as granting is performed.
  • the switching composition unit 12 includes an image memory, an image processing unit, and an image selection unit.
  • the image memory stores the black and white 3D tomographic image output from the black and white 3D tomographic image construction unit 11 and the color 3D elastic image output from the 3D elastic image construction unit 28 together with time information. is there.
  • the image processing unit synthesizes the black and white 3D tomographic image data and the color 3D elastic image data secured in the image memory by changing the synthesis ratio.
  • the image processing unit reads black and white 3D tomographic image data and color 3D elastic image data at the same viewpoint position from the image memory.
  • the image processing unit synthesizes the black and white 3D tomographic image data and the color 3D elastic image data, but the black and white 3D tomographic image data and the color 3D elastic image data are image data after volume rendering processing or the like. In effect, each is added two-dimensionally.
  • the red (R) value, the green (G) value, the blue (B) value of the color 3D elastic image data, and the monochrome 3D tomographic image data are added.
  • ⁇ is a coefficient not less than 0 and not more than 1, and can be arbitrarily set by the input unit 30.
  • the image selection unit selects an image to be displayed on the image display unit 10 from black and white 3D tomographic image data, color 3D elastic image data in the volume memory, and composite image data of the image processing unit.
  • the image display unit 13 displays the composite image, the monochrome three-dimensional tomographic image, or the color three-dimensional elastic image combined by the switching combining unit 12 in parallel.
  • a three-dimensional elastic image showing the hardness or softness of the biological tissue of the subject can be constructed and displayed.
  • FIG. 1 (Second embodiment: Co-directional correlation) Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 6 to 8.
  • FIG. The difference from the first embodiment is that two-dimensional elastic image data is created using RF signal frame data in scanning in the same direction.
  • FIG. 6 shows an example of a storage medium 200 and a storage medium 202 for storing RF signal frame data in the scan in the A direction. Since the storage forms of the storage media 200 to 203 are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • the RF signal frame data storage unit 20 includes a storage medium 200 and a storage medium 202 for storing RF signal frame data in the scan in the A direction, and an RF signal frame in the scan in the B direction.
  • a storage medium 201 for storing data and a storage medium 203 are provided.
  • the storage medium 202 stores RF signal frame data of frame numbers “1” to “n” in the next scan in the A direction stored in the storage medium 200.
  • the storage medium 203 stores RF signal frame data of frame numbers “1” to “n” in the next B-direction scan stored in the storage medium 201.
  • FIG. 8 shows a form in which two-dimensional elastic image data of frame numbers “1” to “n” is created.
  • RF signal frame data of frame numbers “1” to “n” in the A direction are read from the storage medium 200 and the storage medium 202.
  • the RF signal frame data selection unit 21 uses the same frame numbers “1” to “n” stored in the storage medium 200 and the storage medium 202 of the RF signal frame data storage unit 20. Each RF signal frame data is selected.
  • the two-dimensional elasticity image data is configured through the displacement measurement unit 22, the elasticity information calculation unit 23, the elasticity image configuration unit 24, and the elasticity scan converter 25.
  • the two-dimensional elastic image storage unit 26 stores two-dimensional elastic image data of a series of frame numbers “1” to “n” as shown in FIG. 8 (e).
  • RF signal frame data of frame numbers “1” to “n” in the B direction is read from the storage medium 201 and the storage medium 203.
  • the RF signal frame data selection unit 21 uses the same frame numbers “1” to “n” stored in the storage medium 201 and the storage medium 203 of the RF signal frame data storage unit 20. Each RF signal frame data is selected.
  • the two-dimensional elasticity image data is configured through the displacement measurement unit 22, the elasticity information calculation unit 23, the elasticity image configuration unit 24, and the elasticity scan converter 25.
  • the two-dimensional elastic image storage unit 26 stores two-dimensional elastic image data of a series of frame numbers “1” to “n” as shown in FIG. 8 (f).
  • the elastic volume data creating unit 27 creates elastic volume data from a plurality of two-dimensional elastic image data.
  • the two-dimensional elastic image data for n frames stored in the two-dimensional elastic image storage unit 26 is read out and arranged in order for each scan plane to generate elastic volume data.
  • elastic volume data for rendering which is a set of two-dimensional elastic image data in the subject, is configured.
  • the three-dimensional elasticity image construction unit 28 obtains image information of each point from the elasticity value (any one of strain, elastic modulus, etc.) corresponding to each point of the elastic volume data and opacity, and obtains the three-dimensional elasticity image. Configure. Note that the details of the three-dimensional elastic image construction unit 28 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.
  • a three-dimensional elastic image showing the hardness or softness of the biological tissue of the subject can be constructed and displayed.
  • the RF signal frame data storage unit 20 includes a storage medium 200 for storing RF signal frame data in the scan in the A direction.
  • the RF signal frame data with the frame number “1” in the scan in the A direction is first stored in the storage medium 200, and then the RF signal frame data with the frame number “2” is stored in the storage medium 200. Finally, the RF signal frame data of the frame number “n” is stored in the storage medium 200.
  • new RF signal frame data in the next scan in the A direction is directly output from the phasing adder 6 to the RF signal frame data selector 21.
  • the RF signal frame data selection unit 21 outputs the RF signal frame data of the same frame numbers “1” to “n” as the RF signal frame data of the frame numbers “1” to “n” newly output from the phasing addition unit 6. Are read from the storage medium 200, respectively. Then, the RF signal frame data read from the storage medium 200 to the RF signal frame data selection unit 21 is replaced with new RF signal frame data and stored in the storage medium 200.
  • the two-dimensional elastic image storage unit 26 stores two-dimensional elastic image data of a series of frame numbers “1” to “n”.
  • the elastic volume data creation unit 27 creates elastic volume data from a plurality of two-dimensional elastic images.
  • the two-dimensional elastic image data for n frames stored in the two-dimensional elastic image storage unit 26 is read out and arranged in order for each scan plane to generate elastic volume data.
  • elastic volume data for rendering which is a set of two-dimensional elastic image data in the subject, is configured.
  • the three-dimensional elasticity image construction unit 28 obtains image information of each point from the elasticity value (any one of strain, elastic modulus, etc.) corresponding to each point of the elastic volume data and opacity, and obtains the three-dimensional elasticity image. Configure. Note that the details of the three-dimensional elastic image construction unit 28 are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted here.
  • the capacity of the RF signal frame data storage unit can be reduced, and a three-dimensional elastic image showing the hardness or softness of the biological tissue of the subject can be constructed and displayed.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus includes an ultrasonic probe 2 that is used in contact with the subject 1, and the subject 1 is repeatedly passed through the ultrasonic probe 2 at time intervals.
  • a transmitter 3 for transmitting ultrasonic waves
  • a receiver 4 for receiving time-series reflected echo signals generated from the subject 1
  • an ultrasonic transmission / reception controller 5 for switching between transmission and reception of the transmitter 3 and the receiver 4
  • a phasing addition unit 6 for phasing and adding the reflected echo signals received by the reception unit 4.
  • the detailed configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the tomographic image construction unit 7 receives the RF signal frame data from the phasing addition unit 6 and performs signal processing such as gain correction, log compression, detection, contour enhancement, and filter processing to obtain tomographic image data. .
  • the tomographic volume data creating unit 40 creates tomographic volume data by arranging the tomographic image data in the scan direction in correspondence with the frame numbers “1” to “n”.
  • the tomographic volume scan converter 42 performs coordinate system conversion of the tomographic image volume data in order to display the tomographic volume data synchronized with the ultrasonic scanning by the scanning method of the image display unit 13.
  • the ultrasonic diagnostic apparatus includes an RF signal frame data storage unit 20 that stores the RF signal frame data output from the phasing addition unit 6, and at least two RF signals stored in the RF signal frame data storage unit 20.
  • the RF signal frame data selection unit 21 for selecting signal frame data the displacement calculation unit 22 for measuring the displacement of the living tissue of the subject 1 from the two RF signal frame data, and the displacement information measured by the displacement calculation unit 22
  • Elastic information calculation unit 23 for obtaining elastic information such as strain or elastic modulus
  • elastic image construction unit 24 that constitutes two-dimensional elastic image data from the strain or elastic modulus calculated by elastic information calculation unit 23, and two-dimensional elastic image data
  • an elastic volume data generating unit 41 that generates elastic volume data from the above
  • an elastic volume scan converter 48 that performs coordinate system conversion of the elastic volume data.
  • the detailed configuration other than the elastic volume data creation unit 41 and the elastic volume scan converter 48 is the same as that of the first embodiment.
  • the elastic volume data creating unit 46 creates 3D elastic volume data by arranging 2D elastic image data in the scanning direction in correspondence with the frame numbers “1” to “n”.
  • the elastic volume scan converter 48 performs coordinate system conversion of the elastic volume data in order to display the elastic volume data synchronized with the ultrasonic scanning by the scanning method of the image display unit 13.
  • the switching composition unit 44 includes a volume memory and an image processing unit.
  • the volume memory stores tomographic volume data output from the tomographic volume scan converter 42 and elastic volume data output from the elastic volume scan converter 48 together with time information.
  • the image processing unit synthesizes tomographic volume data and elastic volume data secured in the volume memory for each coordinate. Further, the image processing unit performs volume rendering on the synthesized volume data. Specifically, the image processing unit obtains image information of each point from the opacity, luminance value, and elasticity value corresponding to each point of the composite volume data.
  • the image processing unit assigns three primary colors of light, that is, a red (R) value, a green (G) value, and a blue (B) value, to the elastic volume data.
  • the image processing unit for example, gives a red code to a place where the strain is large compared to the surrounding area or a place where the elastic modulus is small, and gives a blue code to a place where the strain is small or a place where the elastic modulus is large.
  • the image display unit 13 displays the colored composite image. According to this embodiment, a three-dimensional elasticity image can be constructed and displayed.
  • the three-dimensional elastic image construction unit 28 adjusts the opacity of the elastic volume data when obtaining the image information of each point from the elasticity value and opacity corresponding to each point of the elastic volume data. Specifically, in the present embodiment, the opacity is increased in a hard portion of elastic volume data having a smaller distortion or a larger elastic modulus (for example, 300 kPa or more) than the surroundings.
  • the three-dimensional elasticity image constructing unit 28 constructs a three-dimensional elasticity image by using a volume rendering method that calculates the elasticity value of the elastic volume data in the line-of-sight direction in the depth direction, for example, according to the following formula.
  • ⁇ is a value that varies according to strain or elastic modulus.
  • ⁇ is a value that is inversely proportional to the strain and proportional to the elastic modulus.
  • processing is performed in the same manner as in the first embodiment, and the switching composition unit 12 synthesizes the black and white 3D tomographic image data and the color 3D elastic image data secured in the image memory by changing the composition ratio,
  • the composite image is displayed on the display unit 13.
  • the image display unit 13 displays the synthesized image, the black and white three-dimensional tomographic image, or the color three-dimensional elasticity image synthesized by the switching synthesis unit 12.
  • the tumor or the like can be displayed with emphasis.
  • the storage medium 206 stores a predetermined range of RF signal frame data in the scan in the A direction.
  • the storage medium 206 stores the RF signal frame data between “a” as the first frame number and “a + b” as the last frame number.
  • “A” and “a + b” are integers of 1 to n.
  • the storage medium 207 stores RF signal frame data in a predetermined range with “a + b” as the first frame number in the scan in the B direction and “a” as the last frame number.
  • the RF signal frame data selection unit 21 selects the RF signal frame data of the same frame numbers “a” to “a + b” stored in the storage medium 206 and the storage medium 207 of the RF signal frame data storage unit 20, respectively, and As described above, a series of processing is performed in the displacement measurement unit 22, the elasticity information calculation unit 23, the elasticity image construction unit 24, and the elasticity scan converter 25. Since these processes are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted here.
  • the 2D elastic image storage unit 26 stores 2D elastic image data of frame numbers “a” to “a + b”.
  • FIG. 12 shows a form in which two-dimensional elastic image data of frame numbers “a” to “a + b” is created.
  • 12 (a) and 12 (b) show a form in which RF signal frame data of frame numbers “a” to “a + b” in the A direction and the B direction are read from the storage medium 205 and the storage medium 206.
  • (d) shows a state in which the two-dimensional elastic image data of the frame numbers “a” to “a + b” is stored in the two-dimensional elastic image storage unit 26.
  • the two-dimensional elasticity image data of frame numbers “a” to “a + b” is stored in the two-dimensional elasticity image storage unit 26.
  • the elastic volume data creation unit 27 creates elastic volume data from a plurality of two-dimensional elastic images.
  • the two-dimensional elastic image data for b frames stored in the two-dimensional elastic image storage unit 26 is read out and arranged in order for each scan plane to generate elastic volume data.
  • elastic volume data for rendering which is a set of two-dimensional elastic image data in the subject, is configured.
  • the three-dimensional elastic image construction unit 28 obtains image information of each point from the elasticity value and opacity corresponding to each point of the elastic volume data. Then, the three-dimensional elastic image constructing unit 28 constructs a three-dimensional elastic image by using a volume rendering method that calculates the elastic value of the elastic volume data in the visual line direction in the depth direction.
  • the image memory of the switching synthesizer 12 includes black and white 3D tomographic images with frame numbers “1” to “n” output from the black and white 3D tomographic image forming unit 11 and frame numbers output from the 3D elastic image forming unit 28.
  • a color three-dimensional elastic image of “a” to “a + b” is stored together with time information.
  • the image processing unit combines black and white 3D tomographic image data and color 3D elastic image data secured in the image memory by changing the combining ratio in the range of frame numbers “a” to “a + b”.
  • the image display unit 13 displays the synthesized image synthesized by the switching synthesis unit 12.
  • the frame numbers “a” to “a + b” can be arbitrarily set by the input unit 30.
  • the amount of elastic calculation can be reduced by partially forming a color three-dimensional elastic image.

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Abstract

　被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示する超音波診断装置及び超音波画像表示方法を提供する。被検体1に超音波を振動子で送受信する超音波探触子2と、超音波探触子2を介して超音波を送信する送信部3と、被検体1からの反射エコー信号を受信する受信部4と、該受信部4により受信された反射エコー信号に基づくRF信号フレームデータを記憶するRF信号フレームデータ記憶部20と、少なくとも2つの前記RF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部21と、選択されたRF信号フレームデータに基づいて、歪み又は弾性率を演算する弾性情報演算部23と、弾性情報演算部23により求めた歪み又は弾性率に基づいて2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部24と、複数の2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部26と、弾性ボリュームデータから3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部28とを備えることを特徴とする超音波診断装置である。

Description

超音波診断装置及び超音波画像表示方法
　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、例えば断層画像を構成して表示する。また、超音波探触子で被検体内部の生体組織から受信される受信信号を計測し、計測時間が異なる2つの受信信号のRF信号フレームデータから生体各部の変位を求める。そして、その変位データに基づいて生体組織の弾性率を示す弾性画像を構成することが行なわれている(例えば、特許文献1)。
　また、超音波の送受信と同時に超音波探触子の位置と傾きを計測する位置センサを有し、位置センサにより取得される位置情報と複数の2次元断層画像とから、ボリュームデータを生成し、3次元断層画像を表示していることが行なわれている(例えば、特許文献2)。
特開2000-060853号公報 特開2006-271523号公報
　しかしながら、特許文献1では、2次元弾性画像を構成することに留まっており、3次元弾性画像を構成することについては具体的には開示されていない。そのため、3次元弾性画像を構成するためには、多くの演算量とメモリ容量が必要であり、特許文献2の3次元断層画像構成の技術の拡張で実現可能となるものではない。
　本発明の目的は、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明では、被検体に超音波を振動子で送受信する超音波探触子と、前記超音波探触子を介して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、該受信部により受信された反射エコー信号に基づくRF信号フレームデータを記憶するRF信号フレームデータ記憶部と、RF信号フレームデータ記憶部に記憶された少なくとも2つの前記RF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部と、選択されたRF信号フレームデータに基づいて、歪み又は弾性率を演算する弾性情報演算部と、前記弾性情報演算部により求めた歪み又は弾性率に基づいて2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部と、複数の前記2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部と、前記弾性ボリュームデータ作成部によって作成された前記弾性ボリュームデータから3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部とを備えることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
　よって、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成することができる。
　本発明によれば、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
本発明の全体構成のブロック図を示す図。 本発明の断層画像データの記憶形態を示す図。 本発明の第1の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第1の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第1の実施形態の2次元弾性画像データを作成する形態を示す図。 本発明の第2の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第2の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第1の実施形態の2次元弾性画像データを作成する形態を示す図。 本発明の第3の実施形態を示す図。 本発明の第4の実施形態を示す図。 本発明の第6の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第6の実施形態の2次元弾性画像データを作成する形態を示す図。
　(第1の実施形態：逆方向相関)
　本発明を適用してなる超音波診断装置について、図1を用いて説明する。図1に示すように、超音波診断装置には、被検体1に当接させて用いる超音波探触子2と、超音波探触子2を介して被検体1に時間間隔をおいて繰り返し超音波を送信する送信部3と、被検体1から発生する時系列の反射エコー信号を受信する受信部4と、送信部3と受信部4の送信と受信を切り換える制御を行なう超音波送受信制御部5と、受信部4で受信された反射エコー信号を整相加算する整相加算部6とが備えられている。
　超音波探触子2は、複数の振動子を配設して形成されており、被検体1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。この超音波探触子2は、矩形又は扇形をなす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、超音波を送受信することができる。また、超音波探触子2は、超音波の送受信と同時に振動子の傾きを計測する位置センサを有しており、振動子の傾きをフレームナンバーとして出力する。なお、超音波探触子2は、複数の振動子が2次元配列され、超音波送受信方向を電子的に制御することができるものでもよい。
　このように、超音波探触子2は、超音波送受信する矩形又は扇形をなす複数の振動子の配列方向と直交する方向に機械的又は電子的に振るとともに、超音波を送受信する。送信部3は、超音波探触子2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3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4は、超音波探触子2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5は、送信部3や受信部4を制御するためのものである。
　整相加算部6は、受信部4で増幅されたRF信号を入力して位相制御し、一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を生成するものである。
　断層画像構成部7は、整相加算部6からの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、断層画像データを得るものである。また、白黒スキャンコンバータ8は、超音波走査に同期した断層画像データを画像表示部13の走査方式で表示するために、断層画像データの座標系変換を行なう。
　2次元断層画像記憶部9は、図2に示すように、白黒スキャンコンバータ8から出力される断層画像データをフレームナンバーとともに記憶する。ここでは、矩形又は扇形をなす複数の振動子の配列方向と直交する方向に機械的に振動子を振り、超音波を送受信しており、A方向又はB方向のスキャンに対して、nフレームの断層画像データを取得しているものである。
　図2(a)は、2次元断層画像データをフレーム方向に1ラインとみなし、断層画像データを3次元的に取得していることを示す図である。図2(b)は、2次元断層画像データを3次元的に取得していることを示す図である。
　フレームナンバーは、図2(a)に示すように、複数の振動子の位置(傾き)と断層画像データとを対応付けられるものである。A方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“1”とし、最後のフレームナンバーを“n”としている。フレームナンバー“1”の断層画像データが最初に2次元断層画像記憶部9に記憶され、次にフレームナンバー“2” の断層画像データが2次元断層画像記憶部9に記憶される。そして、最後にフレームナンバー“n” の断層画像データが2次元断層画像記憶部9に記憶される。また、B方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“n”とし、最後のフレームナンバーを“1”とし、断層画像データが2次元断層画像記憶部9に記憶される。
　白黒ボリュームデータ作成部10は、2次元断層画像記憶部9に記憶されたnフレーム分の断層画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて白黒ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の断層画像データの集合であるレンダリング用の白黒ボリュームデータが構成される。
　白黒3次元断層画像構成部11は、白黒ボリュームデータ作成部10から白黒ボリュームデータを読み出し、白黒ボリュームデータを平面に投影して白黒3次元断層画像を構成する。具体的には、白黒3次元断層画像構成部11は、白黒ボリュームデータの各点(座標)に対応する輝度値と不透明度から各点の画像情報を求める。そして、例えば下記式による、視線方向の白黒ボリュームデータの輝度値と不透明度を深さ方向に演算して濃淡を与えるボリュームレンダリング法を用いて白黒3次元断層画像を構成する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　　　αouti ：i番目の不透明度の出力
　　　αini   ：i番目の不透明度の入力
　　　αi     ：i番目の不透明度
　　　Couti   ：i番目の輝度値の出力
　　　Cini    ：i番目の輝度値の入力
　　　Ci      ：i番目の輝度値
　なお、上記では、ボリュームレンダリング法を用いて白黒3次元断層画像を構成したが、各点の画像が視点位置に該当する面に対してなす傾斜角に応じて濃淡を与えるサーフェスレンダリング法や、視点位置からみた対象物の奥行きに応じて濃淡を与えるボクセル法を用いてもよい。
　また、白黒3次元断層画像と後述するカラー3次元弾性画像を合成したり、並列に表示させたり、切替えを行なう切替合成部12と、白黒3次元断層画像、カラー3次元弾性画像、白黒3次元断層画像とカラー3次元弾性画像が合成された合成画像を表示する画像表示部13とが備えられている。
　さらに、超音波診断装置には、整相加算部6から出力されるRF信号フレームデータを記憶するRF信号フレームデータ記憶部20と、RF信号フレームデータ記憶部20に記憶された、少なくとも2つのRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部21と、2つのRF信号フレームデータから被検体1の生体組織の変位を計測する変位演算部22と、変位演算部22で計測された変位情報から歪み又は弾性率などの弾性情報を求める弾性情報演算部23と、弾性情報演算部23で演算した歪み又は弾性率から2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部24と、弾性画像構成部24から出力される2次元弾性画像データに、画像表示部13の走査方式で表示するための座標系変換を行なう弾性スキャンコンバータ25を備えている。
　本実施形態では、さらに弾性スキャンコンバータ25から出力された2次元弾性画像データを記憶する2次元弾性画像記憶部26と、複数の2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部27と、弾性ボリュームデータからカラー3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部28とを備えている。
　また、超音波診断装置には、各構成要素を制御する制御部31と、制御部31に各種入力を行なう入力部30を備えている。入力部30は、キーボードやトラックボール等を備えている。
　RF信号フレームデータ記憶部20は、整相加算部6から時系列に生成されるRF信号フレームデータを順次記憶する。図3、図4は、RF信号フレームデータ記憶部20の詳細を示す図である。本実施形態では、RF信号フレームデータ記憶部20は、A方向のスキャンに関するRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体200と、B方向のスキャンに関するRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体201とを有している。
　図3(a)は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータとフレームナンバーとの関係を示すものであり、図3(c)は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータをフレームナンバーと対応付けて記憶するRF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体200の記憶形態を示すものである。図3(b)は、B方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータとフレームナンバーとの関係を示すものであり、図3(d)は、B方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータをフレームナンバーと対応付けて記憶するRF信号フレームデータ記憶部20のもう1つの記憶媒体201の形態を示すものである。
　記憶媒体200は、A方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“1”とし、最後のフレームナンバーを“n”としてRF信号フレームデータを記憶する。具体的には、A方向のスキャンにおけるフレームナンバー“1”のRF信号フレームデータが最初に記憶媒体200に記憶され、次にフレームナンバー“2”のRF信号フレームデータが記憶媒体200に記憶される。そして、最後にフレームナンバー“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体200に記憶される。
　記憶媒体201は、B方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“n”とし、最後のフレームナンバーを“1”としてRF信号フレームデータを記憶する。具体的には、B方向のスキャンにおけるフレームナンバー“n”のRF信号フレームデータが最初に記憶媒体201に記憶され、次にフレームナンバー“n－1”のRF信号フレームデータが記憶媒体201に記憶される。そして、最後にフレームナンバー“1”のRF信号フレームデータが記憶媒体201に記憶される。
　なお、上記では、RF信号フレームデータ記憶部20は2つの記憶媒体200,201を有したが、1つの記憶媒体にRF信号フレームデータを振り分けて記憶させてもよい。
　図4に示すように、RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体200に記憶されたフレームナンバー“N”のRF信号フレームデータを選択する。Nは1以上n以下の整数である。そして、RF信号フレームデータ選択部21は、記憶媒体200から読み出されたRF信号フレームデータと同じフレームナンバー“N”である、記憶媒体201に記憶されたフレームナンバー“N”のRF信号フレームデータを選択する。
　そして、変位計測部22は、選択されたフレームナンバー“N”のRF信号フレームデータから1次元或いは2次元相関処理を行って、RF信号フレームデータの各点に対応する生体組織における変位や移動ベクトルすなわち変位の方向と大きさに関する1次元又は2次元変位分布を求める。ここで、移動ベクトルの検出にはブロックマッチング法を用いる。ブロックマッチング法とは、画像を例えばM×M画素からなるブロックに分け、関心領域内のブロックに着目し、着目しているブロックに最も近似しているブロックを前のフレームから探し、これを参照して予測符号化すなわち差分により標本値を決定する処理を行なう。
　弾性情報演算部23は、変位計測部22から出力される計測値、例えば移動ベクトルと、圧力計測部26から出力される圧力値とから画像上の各点(座標)に対応する生体組織の歪みや弾性率を演算し、弾性情報を生成するものである。このとき、歪みは、生体組織の移動量、例えば、変位を空間微分することによって算出される。また、弾性情報演算部23において弾性率を演算する場合、超音波探触子2の圧力センサ(図示しない。)に接続された圧力計測部29によって取得された圧力情報を弾性情報演算部23に出力する。弾性率は、圧力の変化を歪みの変化で除することによって計算される。
　例えば、変位計測部22により計測された変位をL(X)、圧力計測部29により計測された圧力をP(X)とすると、歪みΔS(X)は、L(X)を空間微分することによって算出することができるから、ΔS(X)＝ΔL(X)／ΔXという式を用いて求められる。また、弾性率のヤング率Ym(X)は、Ym＝(ΔP(X))／ΔS(X)という式によって算出される。このヤング率Ymから画像の各点に相当する生体組織の弾性率が求められるので、2次元弾性画像を連続的に得ることができる。なお、ヤング率とは、物体に加えられた単純引張り応力と、引張りに平行に生じる歪みに対する比である。
　弾性画像構成部24は、算出された弾性値(歪み、弾性率等)に対し、座標平面内におけるスムージング処理、コントラスト最適化処理や、フレーム間における時間軸方向のスムージング処理等の様々な画像処理を行ない、2次元弾性画像データを構成する。
　弾性スキャンコンバータ25は、弾性画像構成部24から出力される2次元弾性画像データに画像表示部13の走査方式で表示するための座標系変換を行なう機能を有したものである。2次元弾性画像記憶部26は、2次元弾性画像データをフレームナンバー“N”とともに記憶する。
　このように、図4に示すように、RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体200と記憶媒体201に記憶された同じフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータをそれぞれ選択して、上記の通り、変位計測部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25において一連の処理を行なう。
2次元弾性画像記憶部26は、一連のフレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データを記憶する。図5は、フレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データを作成する形態を示すものである。図5(a)(b)は、A方向及びB方向におけるフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体200と記憶媒体201から読み出される形態を示すものであり、図5(d)は、フレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に記憶された状態を示すものである。
　そして、図5(c)に示すように、新たにA方向にスキャンが行なわれた場合、記憶媒体200に記憶されたフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータが新たにA方向にスキャンしたフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータに書き換えられる。そして、図5(b)(c)に示すように、A方向及びB方向における同じフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体200と記憶媒体201から読み出され、図5(e)に示すように、図5(d)の形態と同様にして弾性演算が行なわれ、フレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に記憶される。また、新たにB方向にスキャンが行なわれた場合も同様であり、A方向及びB方向のスキャンが順次繰り返され、フレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に順次記憶される。
　弾性ボリュームデータ作成部27は、複数の2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する。2次元弾性画像記憶部26に記憶されたnフレーム分の2次元弾性画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて弾性ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の2次元弾性画像データの集合であるレンダリング用の弾性ボリュームデータが構成される。
　3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値(歪み、弾性率等のいずれか1つ)と不透明度から各点の画像情報を求め、3次元弾性画像を構成する。例えば下記式による、視線方向の弾性ボリュームデータの弾性値を深さ方向に演算するボリュームレンダリング法を用いて3次元弾性画像を構成する。なお、この視線方向は、白黒3次元断層画像構成部11のボリュームレンダリング処理等における視線方向と同一方向である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　　　αouti ：i番目の不透明度の出力
　　　αini   ：i番目の不透明度の入力
　　　αi     ：i番目の不透明度
　　　Eouti    ：i番目の弾性値の出力
　　　Eini     ：i番目の弾性値の入力
　　　Ei       ：i番目の弾性値
　また、3次元弾性画像構成部28は、3次元弾性画像を構成する画像情報に光の3原色すなわち赤(R)値、緑(G)値、青(B)値を付与する。3次元弾性画像構成部28は、例えば、歪みが周囲に比べて大きい箇所又は弾性率が小さい箇所に赤色コードを付与し、歪みが周囲に比べて小さい箇所又は弾性率が大きい箇所に青色コードを付与するなどの処理を行なう。
　(並列表示・重ねあわせ表示)
　切換合成部12は、画像メモリと、画像処理部と、画像選択部とを備えて構成されている。ここで、画像メモリは、白黒3次元断層画像構成部11から出力される白黒3次元断層画像と3次元弾性画像構成部28から出力されるカラー3次元弾性画像とを時間情報とともに格納するものである。
　また、画像処理部は、画像メモリに確保された白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データとを合成割合を変更して合成するものである。画像処理部は、同じ視点位置における白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データを画像メモリから読み出す。そして、画像処理部は、白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データを合成するが、白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データはボリュームレンダリング処理等後の画像データであるため、実質的にはそれぞれ2次元的に加算されることとなる。
　具体的には、例えば下記数式に示すように、各点において、カラー3次元弾性画像データの赤(R)値、緑(G)値、青(B)値と、白黒3次元断層画像データの赤(R)値、緑(G)値、青(B)値とをそれぞれ加算する。なお、αは0以上1以下の係数であり、入力部30で任意に設定することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　例えば、上記αを0又は1とすることにより、白黒3次元断層画像データ又はカラー3次元弾性画像データのみを抽出することもできる。画像選択部は、ボリュームメモリ内の白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データ及び画像処理部の合成画像データのうちから画像表示部10に表示する画像を選択するものである。
画像表示部13は、切換合成部12で合成された合成画像、白黒3次元断層画像又はカラー3次元弾性画像を並列に表示する。
　以上、本実施形態によれば、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
　(第2の実施形態：同方向相関)
　次に第2の実施形態について図1、図6～図8を用いて説明する。第1の実施形態と異なる点は、同方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを用いて2次元弾性画像データを作成する点である。
　図6は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体200と記憶媒体202の一例を示すものである。記憶媒体200～203の記憶形態については、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。具体的には、図7に示すように、RF信号フレームデータ記憶部20は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体200と記憶媒体202と、B方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体201と記憶媒体203とを備えている。
　記憶媒体202は、記憶媒体200に記憶されている次のA方向のスキャンにおけるフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータが記憶されている。記憶媒体203は、記憶媒体201に記憶されている次のB方向のスキャンにおけるフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータが記憶されている。
　図8は、フレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データを作成する形態を示すものである。図8(a)(c)に示すように、A方向におけるフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体200と記憶媒体202から読み出される。具体的には、図7に示すように、RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体200と記憶媒体202に記憶された同じフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータをそれぞれ選択する。そして、変位計測部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25を経て2次元弾性画像データを構成する。変位計測部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25に関しては、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。そして、2次元弾性画像記憶部26は、図8(e)に示すように、一連のフレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データを記憶する。
　また、図8(b)(d)に示すように、B方向におけるフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体201と記憶媒体203から読み出される。具体的には、図7に示すように、RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体201と記憶媒体203に記憶された同じフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータをそれぞれ選択する。そして、変位計測部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25を経て2次元弾性画像データを構成する。そして、2次元弾性画像記憶部26は、図8(f)に示すように、一連のフレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データを記憶する。
　そして、弾性ボリュームデータ作成部27は、複数の2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する。2次元弾性画像記憶部26に記憶されたnフレーム分の2次元弾性画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて弾性ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の2次元弾性画像データの集合であるレンダリング用の弾性ボリュームデータが構成される。
　また、3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値(歪み、弾性率等のいずれか1つ)と不透明度から各点の画像情報を求め、3次元弾性画像を構成する。なお、3次元弾性画像構成部28の詳細は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　以上、本実施形態によれば、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
　(第3の実施形態：1つの記憶媒体)
　次に第3の実施形態について図1、9を用いて説明する。第1の実施形態、第2の実施形態と異なる点は、RF信号フレームデータ記憶部20は1つの記憶媒体を有している点である。
　図9に示すように、RF信号フレームデータ記憶部20は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体200を備えている。A方向のスキャンにおけるフレームナンバー“1”のRF信号フレームデータが最初に記憶媒体200に記憶され、次にフレームナンバー“2” のRF信号フレームデータが記憶媒体200に記憶される。そして、最後にフレームナンバー“n” のRF信号フレームデータが記憶媒体200に記憶される。
　そして、次のA方向のスキャンにおける新たなRF信号フレームデータは、整相加算部6からダイレクトにRF信号フレームデータ選択部21に出力される。RF信号フレームデータ選択部21は、整相加算部6から新たに出力されたフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータと同じフレームナンバー“1”～“n”のRF信号フレームデータを記憶媒体200からそれぞれ読み出す。そして、記憶媒体200からRF信号フレームデータ選択部21に読み出されたRF信号フレームデータが、新たなRF信号フレームデータに置き換えられて記憶媒体200に記憶される。
　RF信号フレームデータ選択部21によって選択されたフレームナンバー“1”～“n”のそれぞれにおける2つのRF信号フレームデータに基づいて、変位計測部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25を経て2次元弾性画像データを構成する。変位計測部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25に関しては、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。そして、2次元弾性画像記憶部26は、一連のフレームナンバー“1”～“n”の2次元弾性画像データを記憶する。
　そして、弾性ボリュームデータ作成部27は、複数の2次元弾性画像から弾性ボリュームデータを作成する。2次元弾性画像記憶部26に記憶されたnフレーム分の2次元弾性画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて弾性ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の2次元弾性画像データの集合であるレンダリング用の弾性ボリュームデータが構成される。
　また、3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値(歪み、弾性率等のいずれか1つ)と不透明度から各点の画像情報を求め、3次元弾性画像を構成する。なお、3次元弾性画像構成部28の詳細は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　本実施形態によれば、RF信号フレームデータ記憶部の容量を低減させて、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
　(第4の実施形態：ボリュームデータから3次元画像)
　次に第4の実施形態について図10を用いて説明する。第1の実施形態～第3の実施形態と異なる点は、断層ボリュームデータと弾性ボリュームデータから3次元合成画像を構成する点である。
　本発明を適用してなる超音波診断装置について、図10を用いて説明する。図10に示すように、超音波診断装置には、被検体1に当接させて用いる超音波探触子2と、超音波探触子2を介して被検体1に時間間隔をおいて繰り返し超音波を送信する送信部3と、被検体1から発生する時系列の反射エコー信号を受信する受信部4と、送信部3と受信部4の送信と受信を切り換える超音波送受信制御部5と、受信部4で受信された反射エコー信号を整相加算する整相加算部6とが備えられている。詳細な構成については、第1の実施形態と同様である。
　断層画像構成部7は、整相加算部6からの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、断層画像データを得るものである。断層ボリュームデータ作成部40は、フレームナンバー“1”～“n”に対応させて断層画像データをスキャン方向に並べることによって、断層ボリュームデータを作成する。断層ボリュームスキャンコンバータ42は、超音波走査に同期した断層ボリュームデータを画像表示部13の走査方式で表示するために、断層画像ボリュームデータの座標系変換を行なう。
　さらに、超音波診断装置には、整相加算部6から出力されるRF信号フレームデータを記憶するRF信号フレームデータ記憶部20と、RF信号フレームデータ記憶部20に記憶された、少なくとも2つのRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部21と、2つのRF信号フレームデータから被検体1の生体組織の変位を計測する変位演算部22と、変位演算部22で計測された変位情報から歪み又は弾性率などの弾性情報を求める弾性情報演算部23と、弾性情報演算部23で演算した歪み又は弾性率から2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部24と、2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部41と、弾性ボリュームデータの座標系変換を行なう弾性ボリュームスキャンコンバータ48とを備えている。弾性ボリュームデータ作成部41と弾性ボリュームスキャンコンバータ48以外の詳細な構成については、第1の実施形態と同様である。
　弾性ボリュームデータ作成部46は、フレームナンバー“1”～“n”に対応させて2次元弾性画像データをスキャン方向に並べることによって、3次元弾性ボリュームデータを作成する。弾性ボリュームスキャンコンバータ48は、超音波走査に同期した弾性ボリュームデータを画像表示部13の走査方式で表示するために、弾性ボリュームデータの座標系変換を行なう。
　切換合成部44は、ボリュームメモリと、画像処理部とを備えて構成されている。ここで、ボリュームメモリは、断層ボリュームスキャンコンバータ42から出力される断層ボリュームデータと弾性ボリュームスキャンコンバータ48から出力される弾性ボリュームデータとを時間情報とともに格納するものである。
　そして、画像処理部は、ボリュームメモリに確保された断層ボリュームデータと弾性ボリュームデータとを座標毎に合成する。さらに、画像処理部は、合成された合成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。具体的には、画像処理部は、合成ボリュームデータの各点に対応する不透明度、輝度値と弾性値から各点の画像情報を求める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　また、画像処理部は、弾性ボリュームデータに光の3原色すなわち赤(R)値、緑(G)値、青(B)値を付与する。画像処理部は、例えば、歪みが周囲に比べて大きい箇所又は弾性率が小さい箇所に赤色コードを付与し、歪みが周囲に比べて小さい箇所又は弾性率が大きい箇所に青色コードを付与するなどの処理を行なう。そして、画像表示部13は、色付けされた合成画像を表示する。　
　本実施形態によれば、3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
　(第5の実施形態：硬いところ不透明度ＵP)
　次に第5の実施形態について図1を用いて説明する。第1の実施形態～第4の実施形態と異なる点は、不透明度を調整する点である。
　3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値と不透明度から各点の画像情報を求めるとき、弾性ボリュームデータの不透明度を調整する。具体的には、本実施形態では、周囲に比べて歪みが小さい又は弾性率が大きい(例えば300ｋPa以上)弾性ボリュームデータの硬い部位における不透明度を高める。
　そして、3次元弾性画像構成部28は、例えば下記式による、視線方向の弾性ボリュームデータの弾性値を深さ方向に演算するボリュームレンダリング法を用いて3次元弾性画像を構成する。なお、βは歪み又は弾性率に応じて変化する値である。例えば、βは歪みに反比例し、弾性率に比例する値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 　そして、第1の実施形態と同様に処理し、切換合成部12は、画像メモリに確保された白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データとを合成割合を変更して合成し、画像表示部13に合成画像の表示を行なう。画像表示部13は、切換合成部12で合成された合成画像、白黒3次元断層画像又はカラー3次元弾性画像を表示する。
　本実施形態によれば、硬い箇所が不透明度を高くして表示されるため、腫瘍等を強調して表示することができる。
　(第6の実施形態：選択表示)
　次に第6の実施形態について図1、図11、12を用いて説明する。第1の実施形態～第5の実施形態と異なる点は、部分的にカラー3次元弾性画像を構成する点である。
　図11に示すように、記憶媒体206は、A方向のスキャンにおける、所定範囲のRF信号フレームデータを記憶する。記憶媒体206は、最初のフレームナンバーを“a”とし、最後のフレームナンバーを“a＋b”としてその間のRF信号フレームデータを記憶する。“a”、“a＋b”は1～nの整数である。記憶媒体207も同様に、B方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“a＋b”とし、最後のフレームナンバーを“a”として、所定範囲のRF信号フレームデータを記憶する。
　RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体206と記憶媒体207に記憶された同じフレームナンバー“a”～“a＋b”のRF信号フレームデータをそれぞれ選択して、上記の通り、変位計測部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25において一連の処理を行なう。これらの処理に関しては、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
　2次元弾性画像記憶部26は、フレームナンバー“a”～“a＋b”の2次元弾性画像データを記憶する。図12は、フレームナンバー“a”～“a＋b”の2次元弾性画像データを作成する形態を示すものである。図12(a)(b)は、A方向及びB方向におけるフレームナンバー“a”～“a＋b”のRF信号フレームデータが記憶媒体205と記憶媒体206から読み出される形態を示すものであり、図12(d)は、フレームナンバー“a”～“a＋b”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に記憶された状態を示すものである。
　そして、図12(c)に示すように、新たにA方向にスキャンが行なわれた場合、記憶媒体206に記憶されたフレームナンバー“a”～“a＋b”のRF信号フレームデータが新たにA方向にスキャンした時のフレームナンバー“a”～“a＋b”のRF信号フレームデータに書き換えられる。そして、図12(b)(c)に示すように、A方向及びB方向における同じフレームナンバー“a”～“a＋b”のRF信号フレームデータが記憶媒体206と記憶媒体207から読み出され、図12(e)に示すように、図12(d)の形態と同様にして弾性演算が行なわれ、フレームナンバー“a”～“a＋b”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に記憶される。また、新たにB方向にスキャンが行なわれた場合も同様であり、A方向及びB方向のスキャンが順次繰り返され、フレームナンバー“a”～“a＋b”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に順次記憶される。
　弾性ボリュームデータ作成部27は、複数の2次元弾性画像から弾性ボリュームデータを作成する。2次元弾性画像記憶部26に記憶されたbフレーム分の2次元弾性画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて弾性ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の2次元弾性画像データの集合であるレンダリング用の弾性ボリュームデータが構成される。
　また、3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値と不透明度から各点の画像情報を求める。そして、3次元弾性画像構成部28は、視線方向の弾性ボリュームデータの弾性値を深さ方向に演算するボリュームレンダリング法を用いて3次元弾性画像を構成する。
　切換合成部12の画像メモリは、白黒3次元断層画像構成部11から出力されるフレームナンバー“1”～“n”の白黒3次元断層画像と3次元弾性画像構成部28から出力されるフレームナンバー“a”～“a＋b”のカラー3次元弾性画像とを時間情報とともに格納する。また、画像処理部は、画像メモリに確保された白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データとをフレームナンバー“a”～“a＋b”の範囲で合成割合を変更して合成する。画像表示部13は、切換合成部12で合成された合成画像を表示する。なお、フレームナンバー“a”～“a＋b”は、入力部30で任意に設定することができる。
　本実施形態によれば、部分的にカラー3次元弾性画像を構成させることにより、弾性演算量を減らすことができる。また、注目したい3次元弾性画像のみを表示することができる。
　1　被検体、2　超音波探触子、3　送信部、4　受信部、5　超音波送受信制御部、6　整相加算部、7　断層画像構成部、8　白黒スキャンコンバータ、9　2次元断層画像記憶部、10　白黒ボリュームデータ作成部、11　白黒3次元断層画像構成部、12　切替合成部、13　画像表示部、20　RF信号フレームデータ記憶部、21　RF信号フレームデータ選択部、22　変位演算部、23　弾性情報演算部、24　弾性画像構成部、25　カラースキャンコンバータ、26　2次元弾性画像記憶部、27　弾性ボリュームデータ作成部、28　カラー3次元弾性画像構成部

Claims (15)

  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、
    　該受信部により受信された反射エコー信号に基づくRF信号フレームデータを記憶するRF信号フレームデータ記憶部と、
    　RF信号フレームデータ記憶部に記憶された少なくとも2つの前記RF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部と、
    　選択されたRF信号フレームデータに基づいて、歪み又は弾性率を演算する弾性情報演算部と、
    　前記弾性情報演算部により求めた歪み又は弾性率に基づいて2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部と、
    　複数の前記2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部と、
    　前記弾性ボリュームデータ作成部によって作成された前記弾性ボリュームデータから3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部とを備えることを特徴とする超音波診断装置。
  2. 　前記超音波探触子は、矩形又は扇形をなす複数の振動子の配列方向と直交する方向に振動子が傾くように構成されていることを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
  3. 　前記超音波探触子は、前記振動子の傾きを計測する位置センサを有し、前記振動子の傾きをフレームナンバーとして出力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RF信号フレームデータ記憶部は、一方向にスキャンされる一連のRF信号フレームデータを前記振動子の傾きに対応付けられたフレームナンバーとともに記憶する記憶媒体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。
  5. 　新たに一方向にスキャンが行なわれた場合、前記記憶媒体に記憶された前記RF信号フレームデータは新たにスキャンされたRF信号フレームデータに書き換えられることを特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。
  6. 　前記RF信号フレームデータ選択部は、同じ前記フレームナンバーのRF信号フレームデータを前記RF信号フレームデータ記憶部から出力して選択することを特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。
  7. 　前記RF信号フレームデータ選択部は、異なる方向のスキャンにおける2つのRF信号フレームデータを選択することを特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。
  8. 　前記RF信号フレームデータ選択部は、同方向のスキャンにおける2つのRF信号フレームデータを選択することを特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。
  9. 　前記RF信号フレームデータから断層画像を構成する断層画像構成部と、
    　複数の前記断層画像から断層ボリュームデータを作成する断層ボリュームデータ作成部と、前記断層ボリュームデータから3次元断層画像を構成する3次元断層画像構成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。
  10. 　前記3次元弾性画像構成部は、前記弾性ボリュームデータの各点に対応する不透明度と前記歪み又は前記弾性率に基づいて各点の画像情報を求め、3次元弾性画像を構成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. 　新たに一方向にスキャンが行なわれた場合、新たに取得されたRF信号フレームデータは、前記RF信号フレームデータ選択部は、新たなRF信号フレームデータと同じフレームナンバーのRF信号フレームデータを記憶媒体から読み出すことを特徴とする請求項4記載の超音波診断装置。
  12. 　前記弾性ボリュームデータと断層ボリュームデータを合成した合成ボリュームデータの各点に対応する不透明度、輝度値と弾性値から各点の画像情報を求める画像処理部を備えることを特徴とする請求項9記載の超音波診断装置。
  13. 　前記3次元弾性画像構成部は、前記歪み又は前記弾性率に応じて前記3次元弾性画像の不透明度を調整することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
  14. 　前記RF信号フレームデータ記憶部は、一方向にスキャンされる一連のRF信号フレームデータの内、所定範囲のRF信号フレームデータを前記振動子の傾きに対応付けられたフレームナンバーとともに記憶する記憶媒体を備え、
    　前記3次元弾性画像構成部は、所定範囲におけるRF信号フレームデータを用いて3次元弾性画像を構成することを特徴とする請求項1記載の超音波診断装置。
  15. 　被検体に超音波を送受信するステップと、
    　該受信部により受信された反射エコー信号に基づく少なくとも2つの前記RF信号フレームデータを選択するステップと
    　選択されたRF信号フレームデータに基づいて、歪み又は弾性率を演算する弾性情報演算するステップと、
    　前記歪み又は弾性率に基づいて2次元弾性画像データを構成するステップと、
    　複数の前記2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成するステップと、
    　前記弾性ボリュームデータから3次元弾性画像を構成するステップを含む超音波画像表示方法。
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