JP2007075333A

JP2007075333A - 超音波診断装置

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Publication number: JP2007075333A
Application number: JP2005266738A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ito; 安啓伊藤
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2025-09-14
Also published as: JP4537300B2

Abstract

【課題】超音波診断装置において、フレーム間においてマッチング処理を用いて関心部位のトラッキングを行う場合に、マッチング処理の精度を高める。
【解決手段】前フレーム上に関心部位を中心として基準エリアＳが設定され、一方、後フレーム上において探索範囲Ｕ内における各位置に参照エリアＲ１〜Ｒｎが設定される。各参照エリアと各基準エリアとの間でマッチング演算が実行され、その実行結果に基づいて適合参照エリアが判定される。これによって組織の動きが解析される。基準エリア及び参照エリアはその深さ位置に応じてサイズが変更される。二つのエリアのサイズが一致しない場合、倍率調整が行われる。
【選択図】図３

Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、運動する組織を追跡するためのフレーム間における局所的なマッチング処理に関する。

例えば心臓に対する超音波診断においては、疾病を診断するため、心臓における特定の関心部位（例えば特定の心壁部位）が心拍に従ってどのように運動するのかを解析することが求められる。そのための手法として、トラッキング処理が知られている。同処理では、一般に、時間的に隣接する２つのフレーム（画像に相当）間においてパターンマッチング等が実行される。

具体的には、基準となる第１フレーム上において関心部位を包摂する基準エリアが設定され、それと比較される第２フレーム上において、基準エリア位置（例えば中心座標）を基準として基準エリアよりも大きな探索範囲が設定される。第２フレーム上では、探索範囲内における各位置に参照エリアが順次設定され、基準エリアと各位置の参照エリアとの間でマッチング処理（例えば相互相関演算、重心位置比較演算）が実行される。マッチング処理の結果が最良となった時点における参照エリアの位置を判定することにより、フレーム間において関心部位（基準エリア内の組織）がどの方向にどの程度運動したのかを解析できる。マッチング処理の結果が最良となった時点における参照エリアが、次のフレーム間におけるマッチング処理で、新しい基準エリア（更新後の基準エリア）とみなされ、上記同様の過程が繰り返される。これによって、最終的には、フレーム列として構成される動画像から、関心部位の運動軌跡が求められる。

特許文献１には、超音波画像のパターンマッチングにおいて、基準エリア（テンプレートエリア）のサイズを最適化することが示されているが、基準エリアの位置に応じてそのサイズを可変することについては記載されていない。特許文献２、３にも関心部位のトラッキング（追跡）が示されているが、基準エリアのサイズを可変することについては記載されていない。

特開２００４−３１３２９１号公報特開２００４−３１３５３５号公報米国特許第６８６３６５５号明細書

従来においては、基準エリア（及び参照エリア）は一般に矩形の形状を有し、その形状及びサイズは動的に変更されていない。しかしながら、例えば、セクタ走査やコンベックス走査などにおいては、表示座標系から見て、深さ位置に応じてビーム間隔が広がり、画像の各部分がビーム走査方向に沿って流れる、つまり像歪みが生じる傾向にある。あるいは、超音波ビームプロファイル（深さ方向に変化するビーム形状）に着目すると、特にフォーカス点よりも深い側では、深さ位置が増大するほど、ビーム幅が広がる傾向にあるので、これによって、大なり小なりビーム走査方向に沿って像ボケが生じる傾向にある。一般的に見ても、ビーム走査面上における送受信環境は均一ではなく、同じ形状で同じ大きさの物体であっても、ビーム走査面上における物***置（特に深さ位置）に応じて、見かけ上、画像化される像の形状や大きさが変動する。

従って、フレーム間において、各エリアのサイズを常に一定にしてマッチング処理を行うと、あるいは、全く同じ形状及び同じサイズをもった基準エリア及び参照エリアの間でマッチング処理を行うと、必ずしも良好な処理結果を得られない場合がある。寧ろ、マッチング処理の目的から見て、各エリアの形態を積極的に整合させた方がよい場合があり得る。

本発明の目的は、関心部位のトラッキングのためにフレーム間でマッチング処理を実行する場合において、適切なマッチング処理を行えるようにすることにある。

本発明の他の目的は、ビーム走査面上における固有事情を考慮してマッチング処理の精度を向上することにある。

（１）本発明は、超音波ビームの繰り返し走査により得られた２つのフレーム間で関心部位をトラッキングするためのトラッキング処理部を有する超音波診断装置において、前記トラッキング処理部は、第１フレーム上において関心部位を含む基準エリアを設定する基準エリア設定手段と、第２フレーム上において、エリア位置を段階的にシフトさせながら、参照エリアを順次設定する参照エリア設定手段と、前記基準エリアと前記順次設定される参照エリアとの間でマッチング処理を順次実行するマッチング処理手段と、前記マッチング処理を順次実行した結果に基づいて、フレーム間における前記関心部位についての運動情報を得る運動情報解析手段と、前記基準エリアの位置に応じて当該基準エリアの形態が変更されるようにする形態制御手段と、を含むことを特徴とする。

上記構成によれば、時間的に隣接するあるいは異なるフレーム間で、具体的には、基準エリア（画像データ）と各位置の参照エリア（画像データ）との間でマッチング処理が実行され、その結果として、関心部位の運動情報が得られる。各フレームは輝度画像あるいはドプラ画像に相当するが、後述するように、座標変換後のデータを用いてマッチング処理を行うようにしてもよいし、座標変換前のデータを用いてマッチング処理を行うようにしてもよい。また、各フレームは電子セクタ走査、電子コンベックス走査などによって形成された走査面に相当するものであるのが望ましいが、電子リニア走査などによって形成された走査面に相当するものであってもよい。マッチング処理は、２つの局所画像間における整合度合いを求め、そして最適な整合状態となる位置的関係を判定するものである。その手法としては、画像間の相関演算をあげることができ、それ以外には画像重心位置の比較（重心間距離の評価）などをあげることができる。何らかの画像特徴量の一致度合いが評価される。

上記構成においては、基準エリアの形態がその位置に応じて変更される。すなわち、従来においては基準エリアの形態がマッチング処理の進行に伴って一定であったが、本発明によれば、基準エリアの形態を動的に変更することができる。よって、基準エリアの形態を画一的に維持することに伴う問題を解消又は軽減できる。エリア変更ルールについては各種のものをあげることができ、いずれにしても、画像の特質を考慮してより適切なマッチング処理を行えるように基準エリアの形態が設定されるように構成するのが望ましい。

基準エリアの形態としては、例えば、そのサイズ、形状などをあげることができる。サイズとしては、ビーム走査方向サイズ及びビーム深さ方向のサイズがある。例えば、基準エリアの位置に応じてそのビーム方向サイズを変更して画像上における像のボケ、流れあるいは歪みを考慮したエリア設定が行われるようにしてもよい。基準エリアの初期設定時にその形態の適応的設定が行われる他、基準エリアの更新時にも形態の適応的設定が行われるようにするのが望ましい。

後述するように、基準エリアと参照エリアは両者が比較されるという面で密接な関係を有しており、基準エリアの形態変更に際して参照エリアの形態も変更されるようにするのが望ましい。あるフレーム間で最適マッチング状態となった適合参照エリアがそのまま次のフレーム間で基準エリアとして利用されるのであれば、参照エリアの形態変更は同時に基準エリアの形態変更をもたらす。参照エリアの移動範囲を画定する探索範囲についてもその形態が動的に変更されるように構成するのが望ましい。

（２）望ましくは、前記マッチング処理の結果が最良となった時の参照エリアの位置が更新後の基準エリアの位置として定められ、前記基準エリアの更新時にその形態が更新される。この場合、マッチング処理の結果が最良となった適合参照エリアをそのまま更新後の基準エリアとみなすようにしてもよいし、適合参照エリアの位置だけを更新後の基準エリアの位置として引き継がせるようにしてもよい。後者の場合には、基準エリアの位置によって基準エリアの形態が更新される。

望ましくは、前記形態制御手段は、前記参照エリアの位置に応じて、前記参照エリアの形態が変更されるようにする。第２フレーム上に最初に参照エリアを設定する場合、その形態は、基準エリアの形態と同じにされるかあるいは参照エリアの位置を考慮してそれ独自に設定される。探索範囲内において参照エリアを移動させる場合、最初に設定された形態を維持するようにしてもよいし、よりきめ細かく移動位置に応じてその形態を変更させるようにしてもよい。

望ましくは、前記マッチング処理手段は、前記マッチング処理に際して、前記基準エリアの形態と前記参照エリアの形態とを揃える形態補正手段を含む。基準エリアと参照エリアの形態（つまり形状やサイズ）が異なる場合、そのままマッチング処理を行うのは困難となるため、形態相違を補償するものである。例えば、倍率調整などが考えられ、その場合に、ビーム走査方向及び深さ方向の一方についてだけ倍率調整を行うようにしてもよい。但し、基準エリアと参照エリアとの間でそのままマッチング処理を行えるならば上記調整は不要となる。

望ましくは、前記超音波ビームの走査方式は、扇状のビーム走査面を形成する走査方式であり、少なくとも前記基準エリア及び前記参照エリアは、表示座標系から見て扇状又は台形の形状を有し、前記基準エリアの深さ位置に応じて前記基準エリアについての少なくともビーム走査方向サイズが変更され、且つ、前記参照エリアの深さ位置に応じて前記参照エリアについての少なくともビーム走査方向サイズが変更される。この種のビーム走査面が形成される場合、どうしても超音波画像が特に深部においてビーム走査方向に流れる傾向にある。同じサイズの物体であっても、それが存在する深さ位置によって、その物体の見え方は大なり小なり相違する。そこで、上記構成によれば、各エリアのビーム方向サイズが変更されるので、上記問題に起因するマッチング不良の問題を軽減することができる。

望ましくは、前記扇状のビーム走査面における超音波ビーム間隔の広がりに応じて、前記基準エリア及び前記参照エリアにおけるビーム走査方向サイズが変更される。望ましくは、超音波ビームプロファイルに応じて、前記基準エリア及び前記参照エリアにおけるビーム走査方向サイズが変更される。

望ましくは、前記第２フレーム上において前記基準エリアよりも大きいサイズを有する探索範囲を設定する探索範囲設定手段を含み、前記探索範囲内において前記参照エリアが順次設定され、前記形態制御手段は、前記基準エリアの位置に応じて前記探索範囲の形態が変更されるようにする。

望ましくは、前記マッチング処理は、送受波座標系から表示座標系への座標変換が行われた後のデータに基づいて実行される。望ましくは、前記マッチング処理は、送受波座標系から表示座標系への座標変換が行われる前のデータに基づいて実行される。

以上説明したように、本発明によれば、フレーム間において適切なマッチング処理を行える。あるいは、本発明によれば、ビーム走査面上における固有事情を考慮してマッチング処理の精度を向上できる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。

プローブ１０は体表面上に当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられるものである。プローブ１０は本実施形態において図示されていないアレイ振動子を有している。アレイ振動子は複数の振動素子からなるものである。複数の振動素子は直線的に配列されており、あるいは、円弧状に配列されている。アレイ振動子によって、超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。その電子走査方式としては電子セクタ走査、コンベックス走査、電子リニア走査などを挙げることができる。なお、プローブ１０にいわゆる２Ｄアレイ振動子を設けることもできる。

送受信部１２は送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマとして機能する。送受信部１２は、送信時において複数の振動素子に対して所定の遅延関係を持った複数の送信信号を供給する。これによってアレイ振動子において送信ビームが形成される。受信時においてはアレイ振動子から出力される複数の受信信号が送受信部１２に入力され、それらの受信信号に対して整相加算処理が実行される。これによって電子的に受信ビームが形成される。整相加算後の受信信号は、図１に示されるようにエコー信号処理部１４及びドプラ信号処理部１６に出力されている。

エコー信号処理部１４はＢモード画像、Ｍモード画像及びカラーフローマッピング（ＣＦＭ）画像を形成するモードにおいて機能するものであり、受信信号に対して検波、対数変換、などの各処理を実行する。すなわち受信信号を輝度信号に変換する処理を実行する。これにより得られた各超音波ビームに対応するビームデータはデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）２０に出力される。これに伴って、各ビームデータはシネメモリ１８に格納される。

シネメモリ１８はリングバッファの構造を有し、フリーズ後の状態において、保存されたデータを読み出して再生するための記憶部である。このシネメモリ１８を利用して所定時相の画像を表示したり、あるいは一定期間内の動画像を表示したりすることができる。シネメモリ１８にはエコー信号処理部１４から出力されるビームデータとともに、後に説明するドプラ信号処理部１６から出力されるドプラ情報（速度情報）も格納される。その情報は超音波ビームを単位として格納されるものであり、その意味においてはビームデータである。

ＤＳＣ２０は、入力されるデータに対して座標変換、補間処理などを実行する。座標変換にあたっては、送受波座標系から表示座標系への変換を実行する。すなわち、電子セクタ走査などにおいては、各データがビームアドレスと深さアドレスとによって特定されており、一方、表示画面上においては直交座標が採用されているため、このＤＳＣ２０によって座標変換が行われている。このＤＳＣ２０によって超音波画像、特にＢモード画像が形成され、その画像データはトラッキング処理部２４に出力され、また表示処理部２８へ出力されている。

一方、上述したドプラ信号処理部１６は、受信信号に対して直交検波、自己相関演算、速度演算などを実行する。すなわち血流画像あるいは組織運動画像を形成するための信号処理を実行している。ドプラ信号処理部１６から出力される信号は、上記のようにシネメモリ１８に格納される他、ＤＳＣ２２に出力されている。ＤＳＣ２２は上記ＤＳＣ２０と同様の機能を有するものであり、ＤＳＣ２２の処理結果として２次元の血流画像あるいは組織画像が構築される。その画像データはトラッキング処理部２６に出力される他、表示処理部２８へ送られている。

トラッキング処理部２４とトラッキング処理部２６は、入力されるデータに相違があるものの、その処理内容自体は互いに同じである。トラッキング処理部２４，２６は、時間的に隣接する二つのフレーム間において関心組織の運動を追跡する機能を具備する。これについては後に図２以降の各図を用いて説明する。トラッキング処理部２４，２６の処理結果は関心部位の運動情報を表すものであり、その情報は制御部３２に送られる他、必要に応じて表示処理部２８へ出力される。例えば、関心部位の動きを何らかの画像情報として表示する場合には、表示処理部２８がその画像を形成する。

表示処理部２８には、上述したように、Ｂモード画像などの輝度画像のデータ、ドプラ情報に基づく血流画像あるいは組織画像のデータが入力されている。表示処理部２８は、入力された画像に対して表示処理を実行する。その表示処理はユーザによって選択されたモードに従ったものであり、例えばＣＦＭモードが選択されている場合には、白黒のＢモード画像上にカラーの血流画像が合成される。表示処理部２８から出力される画像データは表示器３０に送られ、表示器３０の画面上には超音波画像が表示される。

制御部３２は、図１に示される各構成の動作制御を行っている。特に、制御部３２はトラッキング処理部２４，２６の制御を行っている。制御部３２には操作パネル３４が接続されている。操作パネル３４はキーボードやトラックボールなどを有するものであり、ユーザは、操作パネル３４を利用してトラッキング処理における条件や値を入力することが可能である。

次に、トラッキング処理部２４，２６の処理内容について説明する。

図２にはトラッキング処理を開始する最初のフレームである初期フレーム５２が示されている。トラッキング処理はシネメモリ上に格納された各フレームのデータに対して行われるものであり、具体的には時系列順で整列したフレーム列における各フレーム間において実行されるものである。リアルタイムで取得されるフレーム列に対してトラッキング処理を適用することも可能である。初期フレーム５２は図示されるように扇形の形態を有している。この初期フレーム５２は電子セクタ走査を行うことによって形成されたものである。初期フレーム５２はユーザによって任意の時相を指定することによって選択することが可能である。初期フレーム５２に対して、ユーザによって、トラッキング対象となる関心部位を指定すると、その指定された位置すなわち座標を中心として最初の基準エリアが設定される。一つの関心部位を設定するようにしてもよいし、複数の関心部位を同時に設定できるように構成してもよい。関心部位は、例えば心臓における特定の心壁部位などに設定され、例えば心筋梗塞が疑われる部位にその関心部位を設定すれば当該部位の時間的な動きをトラッキング処理によって抽出することができ、その処理結果から当該部位の運動状態を評価することが可能である。

本実施形態においては基準エリアが設定される位置、特に深さ位置、に応じて基準エリアのサイズが可変制御されている。具体的には、図２においてＰ１，Ｐ２，Ｐ３はそれぞれユーザによって指定された関心部位を表しており、それらを中心としてそれぞれ基準エリアＳ１，Ｓ２，Ｓ３が設定されているが、従来方法のように各基準エリアの形態あるいはサイズは同一ではなく、基準エリアの深さ位置が深くなればなるほど基準エリアのサイズが大きくなっている。すなわち、フレーム上における浅い位置に関心部位を設定した場合よりも、フレーム上における深い位置に関心部位を設定した場合の方が、基準エリアのサイズが大きくなっている。この場合において、サイズを決定する関数としては各種のものが考えられるが、例えば、超音波ビーム（送受総合ビーム）のビームプロファイルに従った関数を採用することができる。すなわち、送信フォーカス点を超えた深さにおいてはビームの広がりが顕著となるため、そのビームの広がりに応じて基準エリアのビーム走査方向サイズを増大させるものである。送信フォーカス点よりも手前側の深さ範囲においては上記のサイズを維持するようにしてもよいし、よりきめ細かく変更制御するようにしてもよい。ビームプロファイルは周知のように送信フォーカス点の深さに依存するため、ビームプロファイルに基づくサイズの可変制御が煩雑であるならば、より簡便には、走査面上におけるビーム間隔の広がりに応じて基準エリアのサイズを増大させることも可能である。図２においてはそのような条件に従ってサイズが設定された複数の基準エリアＳ１，Ｓ２，Ｓ３が示されている。

また、本実施形態においては、従来のように単純な矩形の基準エリアが設定されるのではなく、扇状あるいは台形の形態をもった基準エリアＳ１，Ｓ２，Ｓ３が設定されている。各基準エリアの左右の側辺はビーム方向に一致しており、各基準エリアの上辺及び下辺はビーム走査方向をなす円弧に相当している。このような構成によれば、特に座標変換前においてマッチング処理を行う場合において有利となる。

初期フレーム上においていずれかの地点に基準エリアが設定されると、その初期フレームの次のフレーム（後フレーム）との間において、マッチング処理が実行される。そして、そのマッチング処理が各フレーム間ごとに繰り返し実行されることになる。

図３には、マッチング処理の内容が概念図として示されている。（Ａ）には前フレームの部分拡大図が示されており、（Ｂ）には後フレームの部分拡大図が示されている。前フレーム上には基準エリアＳが設定されている。前フレームが初期フレームであればその基準エリアＳはユーザによって設定された関心部位Ｐを基準として設定された初期基準エリアとなる。後に説明するように更新後の基準エリアが自動的に設定され、その基準エリアの中心位置は追跡している関心部位に相当する。（Ａ）に示す前フレームにおいて、基準エリアＳは上記のように扇状あるいは台形の形態を有しており、ｒ方向すなわち深さ方向の幅はΔｒ₀で表されており、ビーム走査方向の幅がΔθ₀で表されている。

一方、（Ｂ）に示される後フレームにおいては、基準エリアＳを中心としてそのサイズよりも大きなサイズをもった探索範囲Ｕが設定される。そして、その探索範囲Ｕ内においてエリア位置を順次シフトさせながら参照エリアＲ１〜Ｒｎが順次設定される。参照エリアの移動経路は任意に設定できるが、例えばジグザグスキャンに沿った経路上の各位置において参照エリアが設定されるようにしてもよい。図においてはＲ１が最初の参照エリアを示しており、Ｒｎがｎ番目の最後の参照エリアを示している。いずれにしても各参照エリアと基準エリアＳとの間において画像のマッチング演算が実行される。例えば、相関演算が実行され、あるいは画像重心間の距離演算が実行される。これに関する手法としては各種の公知手法をあげることができる。

各参照エリアと基準エリアとの間でマッチング処理を行った結果を相互に比較し、最良のマッチングが得られた時点の参照エリア（適合参照エリア）が特定される。その適合参照エリアの位置を認識することにより、関心部位の移動ベクトルを求めることが可能となる。（Ｂ）において、例えば参照エリアＲｎが適合参照エリアであれば、図示のように基準エリアの中心をなす関心部位Ｐと参照エリアＲｎの中心位置Ｑとを結ぶベクトルＶが求まる。これ自体は公知の手法である。本実施形態においては、上述したように、初期基準エリアの他に更新後の基準エリアについてもその位置に応じて形態が適応的に設定される。これに伴い、参照エリアについてもその形態、特にサイズが適応的に設定される。この場合において、探索範囲Ｕ内における各位置において設定される参照エリアの形態をそれに対比される基準エリアの形態と全く同一とすることもできるし、探索エリアＵ内における位置に応じて各参照エリアの形態を動的に可変することもできる。前者によれば演算量を削減でき、後者によればより背景画像に適合した、きめ細かなサイズ調整を行える。

基準エリアの形態と参照エリアの形態とが異なる場合、そのままマッチング演算を行うのが困難であれば、両者の形態を整合させる形態補正を行うのが望ましい。例えば、一方のエリア画像に対して倍率変更処理を適用し、これによって二つのエリアのサイズあるいは形態を合致させるようにすればよい。倍率の調整は、深さ方向及びビーム走査方向の両方について行うこともできるが、一方についてのみ行うこともできる。図３においては、Δｒ₁とΔｒ₂との対比、及び、Δθ₁とΔθ₂との対比から明らかなように、深さ方向及びビーム走査方向の両方向にサイズの可変が行われている。このような場合には、それぞれの方向において個別的に縮尺を調整して各参照エリアと基準エリアとが整合するようにすればよい。なお、既に説明したように、電子セクタ走査においては特にビーム走査方向に画像が流れて像が見かけ上大きく表示される傾向があるため、特にビーム走査方向についてサイズの可変を行うようにするのが望ましい。

図４には、図１に示したトラッキング処理部２４，２６の動作がフローチャートとして例示されている。まず、Ｓ１０１では、ユーザによって基準エリア及び参照エリアについてのサイズの初期値が入力される。この初期値はサイズの動的可変にあたって基準となるものである。Ｓ１０２では、シネメモリから読み出された画像を画面上に表示させながらユーザによってトラッキング処理を行うべき初期フレームが選択される。そして、Ｓ１０３では、その初期フレームすなわち初期画像上において座標を指定することにより関心部位が指定される。

Ｓ１０４では、初期フレーム上に基準エリアが設定される。具体的には、基準エリアの中心位置として関心部位が設定される。また、基準エリアのサイズは、当該基準エリアの位置に応じて可変設定される。例えば、図２に示したように深さ位置が大きくなればなるほど、特にビーム走査方向について大きなサイズが設定されるように構成するのが望ましい。

Ｓ１０５では、前フレーム（初期フレームを含む）に対比される後フレーム上において探索範囲が設定される。この場合において、探索範囲の中心位置はＳ１０４で設定された基準エリアの位置として定められ、また探索範囲のサイズは基準エリアの位置に応じて可変設定される。すなわち、基準エリアのサイズが増大した場合には探索範囲についてもそのサイズが増大されることになる。

Ｓ１０６では、後フレーム上に参照エリアが順次設定される。その場合において、参照エリアの位置は探索範囲内において所定の経路に沿って順次設定される。参照エリアのサイズは二つの方式によって制御でき、この場合においてＡ方式が採用される場合には上記同様の条件に従って探索範囲内における参照エリアの位置に応じて当該参照エリアのサイズがきめ細かく調整される。一方、Ｂ方式が採用される場合には、参照エリアのサイズとしては基準エリアのサイズが採用され、参照エリアの移動に際してもそのサイズは不変となる。いずれの方式を採用するのかについては、装置の構成を考慮して定めるのが望ましく、あるいはユーザによって選択させるようにしてもよい。

Ｓ１０７においては、上記のＡ方式が採用される場合において、基準エリアの画像と参照エリアの画像との間において倍率の調整が行われる。すなわち二つのサイズを合致させてマッチング演算を可能にするものである。Ｓ１０８では、マッチング演算が実行される。特に本実施形態においてはパターンマッチング演算が実行されており、画像内容の一致度が相関値あるいは評価値として求められる。Ｓ１０９では、探索範囲内における全位置に参照エリアを設定したか否かが判断され、全ての位置に設定されていなければ、上記のＳ１０６からの各工程が繰り返し実行される。

一方、Ｓ１０９において、全ての位置について参照エリアが設定されたことが判定されると、Ｓ１１０においては、各参照エリアごとに求められた相関値あるいは評価値に基づいて最もマッチング結果が良好となった適合参照エリアが判定される。そしてＳ１１１においては、適合参照エリアの位置に基づいて上述したように関心部位の運動ベクトルが演算される。Ｓ１１２では、上記の処理を続行させるか否かが判断され、続行される場合にはＳ１１３が実行される。

Ｓ１１３においては、新しいフレーム間における前フレーム上に基準エリアが設定される。すなわち基準エリアの更新が行われる。この場合において、Ａ方式が選択される場合には、適合参照エリアがそのまま基準エリアとみなされる。すなわち、上記のＡ方式においては各参照エリアのサイズが既に可変設定されているためである。一方、Ｂ方式が選択される場合には、基準エリアの位置として上記の適合参照エリアの位置が採用され、一方、基準エリアのサイズは上記条件に従って基準エリアの位置に応じて適応的に設定される。上述したように、特に基準エリアの深さ位置に応じてビーム走査方向におけるサイズが可変設定される。Ｓ１１３が実行された後、上記のＳ１０５が実行されることになり、それ以降の各工程が繰り返し実行される。

図１に示す構成例においては、座標変換後においてトラッキング処理が行われていたが、座標変換前にトラッキング処理を行うことも可能である。すなわち、トラッキング処理部２４，２６の後段にＤＳＣ２０，２２を設けるものである。このような構成によれば、トラッキング処理は送受波座標系に従って行われることになる。

具体的には、図５に示されるビームデータ列５３は座標変換前の複数のビームデータ５４によって構成されるものである。Ｓ１０は前フレーム上に設定される基準エリアを示しており、Ｕ１０は後フレーム上に設定される探索範囲を表しており、Ｒ１０はその探索範囲内において設定された一つの参照エリアを示している。図示されるように、表示座標系上において扇状あるいは台形状のエリアが設定される場合、送受波座標系上においては各エリアは概念的には矩形のエリアとなり、すなわちビームアドレスと深さアドレスの双方向に整合したデータ配列となり、マッチング処理を容易に行える。この場合において、Ｓ１０、Ｓ１１及びＳ１２の相互対比から明らかなように、送受波座標系上において同一形状のエリア（基準エリア）を設定したとしても表示座標系では各エリアの位置に応じてサイズが変動することになる。したがって、図５に示されるような設定方法ではかえって深い部位におけるエリアサイズが増大し過ぎてしまうような場合には、送受波座標系上では各エリアのサイズを深さ方向に応じて小さくするようにしてもよい。あるいは、より積極的に大きくするようにしてもよい。留意すべき点は、送受波座標系上においてエリアのサイズが見かけ上一定であったとしても表示座標系上においてはエリアサイズは変動するということである。したがって、いずれの座標系を基準にする場合においても上記で説明したような超音波画像固有の問題に対応した適切なエリアが設定されるようにその可変制御を行うのが望ましい。

以上の実施形態においては電子セクタ走査が行われていたが、図６に示されるように電子リニア走査が行われる場合においても本発明を適用することができる。（Ａ）には前フレームが示されており、（Ｂ）には後フレームが示されている。前フレーム上において基準エリアの幾つかの例がＳ４，Ｓ５，Ｓ６で示されている。それらの基準エリアにおけるｘ方向の幅がＷ４，Ｗ５，Ｗ６で表されており、ｙ方向の幅がＤ４，Ｄ５，Ｄ６で表されている。ここで、Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６は同じ大きさであるが、ｘ方向の幅についてはＷ５＜Ｗ４＜Ｗ６という関係となる。すなわち、基準エリアの位置が深くなれば深くなるほどビーム走査方向における幅が増大されている。基準エリアが設定されると、（Ｂ）に示されるように設定された基準エリア（例えばＳ４）を中心として探索範囲Ｕ１が設定され、その範囲内における各位置に参照エリアが設定されることになる。そして上述同様に各参照エリアと各基準エリアとの間においてマッチング処理が実行される。上記実施形態と同様に、探索範囲Ｕ１内における参照エリアの位置に応じて参照エリアのサイズを可変設定するようにしてもよい。あるいは、適合を参照エリアが判定された後、その位置に応じて基準エリアを設定する場合に、その位置に応じたサイズを与えるようにしてもよい。

本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。初期フレーム上における基準エリアの設定を説明するための図である。前フレームと後フレームとの間において行われるマッチング処理を説明するための図である。図１に示したトラッキング処理部の動作を説明するためのフローチャートである。送受波座標系上におけるマッチング処理を説明するための図である。電子リニア走査の場合におけるマッチング処理を説明するための図である。

符号の説明

１０プローブ、１２送受信部、１８シネメモリ、２４，２６トラッキング処理部、２８表示処理部、３２制御部。

Claims

超音波ビームの繰り返し走査により得られた２つのフレーム間で関心部位をトラッキングするためのトラッキング処理部を有する超音波診断装置において、
前記トラッキング処理部は、
第１フレーム上において関心部位を含む基準エリアを設定する基準エリア設定手段と、
第２フレーム上において、エリア位置を段階的にシフトさせながら、参照エリアを順次設定する参照エリア設定手段と、
前記基準エリアと前記順次設定される参照エリアとの間でマッチング処理を順次実行するマッチング処理手段と、
前記マッチング処理を順次実行した結果に基づいて、フレーム間における前記関心部位についての運動情報を得る運動情報解析手段と、
前記基準エリアの位置に応じて当該基準エリアの形態が変更されるようにする形態制御手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記マッチング処理の結果が最良となった時の参照エリアの位置が更新後の基準エリアの位置として定められ、
前記基準エリアの更新時にその形態が更新される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記形態制御手段は、前記参照エリアの位置に応じて、前記参照エリアの形態が変更されるようにする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３記載の装置において、
前記マッチング処理手段は、前記マッチング処理に際して、前記基準エリアの形態と前記参照エリアの形態とを揃える形態補正手段を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３記載の装置において、
前記超音波ビームの走査方式は、扇状のビーム走査面を形成する走査方式であり、
少なくとも前記基準エリア及び前記参照エリアは、表示座標系から見て扇状又は台形の形状を有し、
前記基準エリアの深さ位置に応じて前記基準エリアについての少なくともビーム走査方向サイズが変更され、且つ、前記参照エリアの深さ位置に応じて前記参照エリアについての少なくともビーム走査方向サイズが変更される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項５記載の装置において、
前記扇状のビーム走査面における超音波ビーム間隔の広がりに応じて、前記基準エリア及び前記参照エリアにおけるビーム走査方向サイズが変更される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項５記載の装置において、
超音波ビームプロファイルに応じて、前記基準エリア及び前記参照エリアにおけるビーム走査方向サイズが変更される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記第２フレーム上において前記基準エリアよりも大きいサイズを有する探索範囲を設定する探索範囲設定手段を含み、
前記探索範囲内において前記参照エリアが順次設定され、
前記形態制御手段は、前記基準エリアの位置に応じて前記探索範囲の形態が変更されるようにする、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記マッチング処理は、送受波座標系から表示座標系への座標変換が行われた後のデータに基づいて実行される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記マッチング処理は、送受波座標系から表示座標系への座標変換が行われる前のデータに基づいて実行される、
ことを特徴とする超音波診断装置。