JP2009131420A - 超音波画像診断装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】心拍同期3次元走査法における手ぶれの影響を低減する。
【解決手段】被検体の広範囲な3次元領域S0を分割して複数からなる3次元サブ領域S1乃至S4を設定し、更に、これら3次元サブ領域の各々を中心とし、隣接する3次元サブ領域の端部が含まれる大きさを有した3次元走査領域P1乃至P4を設定する。そして、これらの3次元走査領域の各々に対し超音波送受信を行なって複数のサブボリュームデータVd1乃至Vd4を収集する。次いで、隣接した3次元走査領域が互いに重なる領域のサブボリュームデータに対し相互相関演算を適用してこれらサブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出し、更に、この位置ズレに基づいて補正された3次元走査領域の位置情報に基づいてサブボリュームデータを合成することにより前記広範囲な3次元領域におけるボリュームデータを生成する。
【選択図】図4
【解決手段】被検体の広範囲な3次元領域S0を分割して複数からなる3次元サブ領域S1乃至S4を設定し、更に、これら3次元サブ領域の各々を中心とし、隣接する3次元サブ領域の端部が含まれる大きさを有した3次元走査領域P1乃至P4を設定する。そして、これらの3次元走査領域の各々に対し超音波送受信を行なって複数のサブボリュームデータVd1乃至Vd4を収集する。次いで、隣接した3次元走査領域が互いに重なる領域のサブボリュームデータに対し相互相関演算を適用してこれらサブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出し、更に、この位置ズレに基づいて補正された3次元走査領域の位置情報に基づいてサブボリュームデータを合成することにより前記広範囲な3次元領域におけるボリュームデータを生成する。
【選択図】図4
Description
本発明は、超音波画像診断装置に係り、特に、心拍同期3次元走査法の適用により広範囲な3次元領域に対するボリュームデータの収集を可能とする超音波画像診断装置に関する。
超音波画像診断装置は、複数の振動素子が配列された超音波プローブを用いて被検体の複数方向に対し超音波送受信を行ない、このとき得られた反射波に基づいて生成した画像データをモニタ上に表示するものである。この装置は、超音波プローブの先端部を体表に接触させるだけの簡単な操作で体内の2次元画像データや3次元画像データをリアルタイムで観測することができるため各種臓器の形態診断や機能診断に広く用いられている。
3次元画像データの収集を目的とした従来の3次元走査では、複数の振動素子が1次元配列された超音波プローブをその配列方向に対して垂直な方向に移動あるいは回動させながら被検体の3次元領域に対し超音波を送受信し、このとき収集したボリュームデータをレンダリング処理することにより3次元画像データの生成を行なってきた。又、近年では、複数の振動素子が2次元配列された超音波プローブ(2次元アレイ超音波プローブ)が実用化されている。この2次元アレイ超音波プローブの使用により3次元領域に対する超音波の送受信は全て電子的な制御で行なうことができるため、3次元走査に要する時間は大幅に短縮され、検査における操作性は著しく向上した。
しかしながら、所望の3次元領域に対する超音波の送受信によって3次元データ(ボリュームデータ)を収集する場合、極めて多くの送受信を繰り返す必要があり、しかも夫々の送受信に要する時間は、被検体の体内を伝播する超音波の音速と最大撮影深度によって略決定されるため空間分解能に優れたボリュームデータの収集に多くの時間が要求される。
一方、被検体内の複数方向からの反射波を同時に受信する、所謂、並列同時受信法によって画像データのリアルタイム性を向上させる方法が開発され、この方法を上述の3次元走査に適用することによりボリュームデータの収集に要する時間を短縮することが可能となる。しかしながら、心臓等の拍動性移動の有る臓器に対する3次元走査では多くの並列受信数が要求され、これを実現するためには装置の回路構成が極めて複雑になるという問題点を有していた。
このような問題点を解決するために、被検体の診断対象部位を含む3次元領域を複数の3次元サブ領域に分割し、これらの3次元サブ領域から収集された時系列的なボリュームデータ(以下では、サブボリュームデータと呼ぶ。)を心拍時相に基づいて合成する心拍同期3次元走査法(Triggered Volume Scan)が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
上述の方法では、3次元領域を構成する複数の3次元サブ領域に対し所定期間(例えば、1心拍期間)の3次元走査を順次行ない、このとき得られたサブボリュームデータに心拍時相情報を付加して一旦保存する。そして、複数の3次元サブ領域に対するサブボリュームデータの収集が完了したならば、同一の心拍時相において収集されたサブボリュームデータを合成することによって各心拍時相における3次元領域のボリュームデータを生成し、更に、これらのボリュームデータを処理して時系列的なボリュームレンダリング画像データ等の3次元画像データや所望スライス断面におけるMPR(Multi Planar Reconstruction)画像データを生成することにより、前記診断対象部位の所望心拍時相における3次元的な情報を動画像あるいは静止画像として観察することが可能となる。
米国特許第6544175号明細書
既に述べたように、心拍同期3次元走査法を適用して3次元サブ領域の各々から収集したサブボリュームデータを心拍時相情報に基づいて合成することにより、広範囲な3次元領域に対する時系列的なボリュームデータの生成が可能となる。
しかしながら、心拍同期させながら複数の3次元サブ領域におけるサブボリュームデータを順次収集する際に手ぶれ等によって被検体に対する超音波プローブの相対的位置が変化した場合、予め設定された3次元サブ領域と異なる領域においてサブボリュームデータの収集が行なわれる。このため、これらのサブボリュームデータを合成して得られたボリュームデータに基づいて3次元画像データやMPR画像データを生成する際、これらの画像データに不連続な領域が発生し、画質が劣化するという問題点を有していた。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、心拍同期3次元走査法を適用して複数のサブボリュームデータを順次収集し、得られたこれらのサブボリュームデータを心拍時相情報に基づいて合成することにより広範囲な3次元領域に対する時系列的なボリュームデータを生成する際、サブボリュームデータの収集中に手ぶれ等によって超音波プローブの位置が変化した場合においても正確なボリュームデータの生成が可能な超音波画像診断装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項1に係る本発明の超音波画像診断装置は、被検体の診断対象部位に対して設定された複数の3次元走査領域に対し心拍同期3次元走査法を適用して前記被検体の広範囲な3次元領域におけるボリュームデータを収集する超音波画像診断装置において、隣接する前記3次元走査領域の端部が互いに重複するように前記被検体に対する超音波の3次元走査を制御する走査制御手段と、前記3次元走査領域の各々に対する超音波送受信によって得られた受信信号に基づいてサブボリュームデータを生成するサブボリュームデータ生成手段と、前記隣接する3次元走査領域の重複領域に対応した前記サブボリュームデータの2次元データあるいは3次元データに基づいて前記サブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出する位置ズレ検出手段と、検出した前記位置ズレに基づいて位置補正された前記サブボリュームデータを合成してボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段とを備えたことを特徴としている。
又、請求項3に係る本発明の超音波画像診断装置は、被検体の診断対象部位を含む3次元領域を分割して設定された複数の3次元走査領域に対し心拍同期3次元走査法を適用して前記被検体の広範囲な3次元領域におけるボリュームデータを収集する超音波画像診断装置において、前記複数の3次元走査領域に対する超音波の3次元走査を制御する走査制御手段と、前記3次元走査領域に対する超音波送受信によって得られた受信信号に基づいてサブボリュームデータを生成するサブボリュームデータ生成手段と、隣接する前記3次元走査領域の各々における境界領域に対応した前記サブボリュームデータの2次元データあるいは3次元データに基づいて前記サブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出する位置ズレ検出手段と、検出した前記位置ズレに基づいて位置補正された前記サブボリュームデータを合成してボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段とを備えたことを特徴としている。
本発明によれば、心拍同期3次元走査法を適用して複数のサブボリュームデータを順次収集し、得られたこれらのサブボリュームデータを心拍時相情報に基づいて合成することにより広範囲な3次元領域に対する時系列的なボリュームデータを生成する際、サブボリュームデータの収集中に手ぶれ等によって超音波プローブの位置が変化した場合においても正確なボリュームデータの生成が可能となる。従って、前記ボリュームデータに基づいて生成される3次元画像データやMPR画像データ等の画質を向上させることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
以下に述べる本発明の実施例では、先ず、被検体の診断対象部位に対する広範囲な3次元領域を所定方向に所定間隔で分割して複数からなる3次元サブ領域を設定し、更に、これら3次元サブ領域の各々を中心とし、隣接する3次元サブ領域の端部が含まれる大きさを有した領域(以下では、3次元走査領域と呼ぶ。)を設定する。そして、これらの3次元走査領域の各々に対し所定心拍期間の3次元走査を行なって複数のサブボリュームデータを収集する。次いで、隣接した3次元走査領域が互いに重なる領域(以下では、重複領域と呼ぶ、)から収集されるサブボリュームデータに対し相互相関演算を適用してこれらサブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出し、更に、この位置ズレに基づいて補正された3次元走査領域の位置情報に基づいてサブボリュームデータを合成することにより前記広範囲な3次元領域に対するボリュームデータを生成する。
尚、以下の実施例では、上述の3次元走査領域に対する超音波の送受信によって得られた受信信号を処理してBモードデータを生成し、このBモードデータに基づいて3次元走査領域のサブボリュームデータを生成する場合について述べるが、カラードプラデータ等の他の超音波データに基づいてサブボリュームデータを生成してもよい。
(装置の構成)
本発明の実施例における超音波画像診断装置の構成と基本的な動作につき図1乃至図6を用いて説明する。尚、図1は、超音波画像診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図2及び図5は、この超音波画像診断装置が備える送受信部/受信信号処理部及びサブボリュームデータ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。
本発明の実施例における超音波画像診断装置の構成と基本的な動作につき図1乃至図6を用いて説明する。尚、図1は、超音波画像診断装置の全体構成を示すブロック図であり、図2及び図5は、この超音波画像診断装置が備える送受信部/受信信号処理部及びサブボリュームデータ生成部の具体的な構成を示すブロック図である。
図1に示す超音波画像診断装置100は、被検体の診断対象部位が配置された3次元領域に対し超音波パルス(送信超音波)を送信し、この送信によって得られた超音波反射波(受信超音波)を電気信号(受信信号)に変換する複数個の振動素子が2次元配列された超音波プローブ3と、前記被検体の所定方向に対して超音波パルスを送信するための駆動信号を前記振動素子に供給し、これらの振動素子から得られた複数チャンネルの受信信号を整相加算する送受信部2と、整相加算後の受信信号を処理してBモードデータを生成する受信信号処理部4と、前記被検体の3次元領域に対して設定された複数の3次元サブ領域の各々を中心とする3次元走査領域にて収集されたBモードデータを3次元走査領域の位置情報及び心拍時相情報と共に超音波送受信方向に対応させて保存しサブボリュームデータを生成するサブボリュームデータ生成部5を備えている。
又、超音波画像診断装置100は、隣接する3次元走査領域の各々にて生成されたサブボリュームデータの重複領域に対し相互相関演算を行なってこれらサブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出する位置ズレ検出部6と、前記サブボリュームデータに付帯されている3次元走査領域の位置情報を前記位置ズレに基づいて補正する位置情報補正部7と、補正された3次元走査領域の位置情報と上述の心拍時相情報に基づいて複数のサブボリュームデータを合成し広範囲な3次元領域に対するボリュームデータを生成するボリュームデータ生成部8と、ボリュームデータ生成部8から供給されるボリュームデータに基づいてMPR画像データや3次元画像データを生成する画像データ生成部9と、画像データ生成部9によって生成されたMPR画像データや3次元画像データを表示する表示部10を備えている。
更に、超音波画像診断装置100は、被検体情報の入力、サブボリュームデータ生成条件や画像データ生成条件の設定、3次元領域の設定やサブボリュームデータに対する関心領域の設定、各種コマンド信号の入力等を行なう入力部11と、複数からなる3次元サブ領域を中心として設定された3次元走査領域に対して超音波送受信を行なうための制御を送受信部2に対して行なう走査制御部12を備え、更に、当該被検体の心電波形を計測する生体信号計測ユニット13と、この心電波形に基づいて心拍時相を検出する心拍時相検出部14と、上述の各ユニットを統括的に制御するシステム制御部15を備えている。
超音波プローブ3は、2次元配列されたM個の図示しない振動素子をその先端部に有し、前記先端部を被検体の体表に接触させて超音波の送受信を行なう。振動素子は電気音響変換素子であり、送信時には電気パルス(駆動信号)を超音波パルス(送信超音波)に変換し、又、受信時には超音波反射波(受信超音波)を電気的な受信信号に変換する機能を有している。そして、これら振動素子の各々は、図示しないMチャンネルの多芯ケーブルを介して送受信部2に接続されている。尚、本実施例では、M個の振動素子が2次元配列されたセクタ走査用の超音波プローブ3を用いた超音波画像診断装置100について述べるが、リニア走査やコンベックス走査等に対応した超音波プローブを用いても構わない。
次に、図2に示す送受信部2は、超音波プローブ3の振動素子に対して駆動信号を供給する送信部21と、振動素子から得られた受信信号に対して整相加算を行なう受信部22を備えている。
送信部21は、レートパルス発生器211と、送信遅延回路212と、駆動回路213を備え、レートパルス発生器211は、送信超音波の繰り返し周期を決定するレートパルスを生成して送信遅延回路212に供給する。送信遅延回路212は、送信に使用されるMt個の振動素子と同数の独立な遅延回路から構成され、送信超音波を所定の深さに集束するための集束用遅延時間と所定方向(θp、φq)に送信するための偏向用遅延時間を上記レートパルスに与えて駆動回路213へ供給する。駆動回路213は、送信遅延回路212と同数の独立な駆動回路を有しており、超音波プローブ3にて2次元配列されたM個の振動素子の中から送信用として選択されたMt(Mt≦M)個の振動素子を駆動し、被検体の体内に送信超音波を放射する。
一方、受信部22は、超音波プローブ3に内蔵されたM個の振動素子の中から受信用として選択されたMr(Mr≦M)個の振動素子に対応するMrチャンネルのA/D変換器221及び受信遅延回路222と加算器223を備えており、受信用の振動素子から供給されたMrチャンネルの受信信号は、A/D変換器221にてデジタル信号に変換され、受信遅延回路222に送られる。
受信遅延回路222は、所定の深さからの受信超音波を集束するための集束用遅延時間と、所定方向(θp、φq)に対して受信指向性を設定するための偏向用遅延時間をA/D変換器221から出力されるMrチャンネルの受信信号の各々に与え、加算器223は、受信遅延回路222からの受信信号を加算する。即ち、受信遅延回路222と加算器223により、所定方向から得られた受信信号は整相加算される。又、受信部22の受信遅延回路222及び加算器223は、その遅延時間の制御によって複数方向に対する受信指向性を同時に形成する所謂並列同時受信を可能とし、この並列同時受信法の適用により3次元走査に要する時間は大幅に短縮される。尚、上述の送受信部2が備える送信部21及び受信部22の一部は超音波プローブ3の内部に設けられていても構わない。
図3は、超音波プローブ3の中心軸をz軸とした直交座標(x−y−z)における超音波送受信方向(θp、φq)を示したものであり、この場合、振動素子はx軸方向及びy軸方向に2次元配列され、θp及びφqは、x−z平面及びy−z平面に投影された超音波送受信方向のz軸に対する角度を示している。そして、走査制御部12から供給される走査制御信号に従って送信部21の送信遅延回路212及び受信部22の受信遅延回路222における遅延時間が制御され、複数の3次元サブ領域の各々を中心として設定された所定サイズの3次元走査領域に対して超音波送受信が順次行なわれる。
次に、当該被検体の3次元領域を分割することによって設定される複数の3次元サブ領域とこれら3次元サブ領域の各々を中心としてその端部が重複するように設定される3次元走査領域につき図4を用いて説明する。
図4(a)は、被検体の診断対象部位に設定された3次元領域S0及び3次元サブ領域S1乃至S4を示しており、例えば、3次元領域S0を所定のサブ領域数N(N=4)あるいは最大3次元サブ領域幅ΔSでy方向に分割することによって4つの3次元サブ領域S1乃至S4が設定される。一方、図4(b)は、3次元サブ領域S1乃至S4の各々を中心としてその端部が重複するように設定される3次元走査領域P1乃至P4を示している。但し、図4(b)では説明を容易にするために、図4(a)のy−z平面に平行な断面Cにおける3次元サブ領域S1乃至S4と3次元走査領域P1乃至P4の切断面を用いて3次元サブ領域と3次元走査領域の関係を示している。
即ち、図4(b)においてy方向の最大3次元領域幅RyをN(N=4)分割することにより最大3次元サブ領域幅ΔSを有する3次元サブ領域S1乃至S4が設定され、これら3次元サブ領域S1乃至S4の各々を覆うように所定の最大3次元走査領域幅ΔP(ΔP>ΔS)を有する3次元走査領域P1乃至P4が設定される。そして、3次元走査領域P1乃至P4の各々は、その端部がy方向において隣接する他の3次元走査領域の端部と重なるように設定され、従って、隣接した3次元走査領域から収集されるサブボリュームデータの端部は同一診断対象部位の3次元情報によって形成される。尚、本実施例では、隣接した3次元走査領域の各々が互いに重なる端部の3次元領域を重複領域と呼び、この重複領域に対して設定される3次元的な関心領域のデータを関心領域データと呼ぶ。
図2へ戻って、受信信号処理部4は、超音波データとしてのBモードデータを生成する機能を有し包絡線検波器41と対数変換器42を備えている。包絡線検波器41は、受信部22の加算器223から供給される整相加算後の受信信号を包絡線検波し、対数変換器42は、包絡線検波された受信信号の振幅を対数変換してBモードデータを生成する。尚、包絡線検波器41と対数変換器42は順序を入れ替えて構成してもよい。
次に、図1に示したサブボリュームデータ生成部5の具体的な構成につき図5のブロック図を用いて説明する。このサブボリュームデータ生成部5は、超音波データ記憶部51、補間処理部52及びサブボリュームデータ記憶部53を備えている。
超音波データ記憶部51には、3次元走査領域の各々に対する超音波送受信によって得られた受信信号に基づいて受信信号処理部4が生成した時系列的なBモードデータが超音波送受信方向(θp、φq)を付帯情報として順次保存される。一方、補間処理部52は、前記超音波データ記憶部51から3次元走査領域単位で読み出した複数のBモードデータを超音波送受信方向に対応させて配列することにより3次元Bモードデータを形成し、更に、この3次元Bモードデータを構成する不等間隔のボクセルを補間処理して等方的なボクセルで構成される時系列的なサブボリュームデータを生成する。そして、3次元走査領域の各々に対して生成された上述のサブボリュームデータは、システム制御部15から供給される3次元走査領域の位置情報や後述の心拍時相検出部14から供給される当該被検体の心拍時相情報を付帯情報としてサブボリュームデータ記憶部53に保存される。但し、サブボリュームデータにおいて位置ズレが発生した場合、サブボリュームデータ記憶部53においてサブボリュームデータと共に保存されている3次元走査領域の位置情報は後述の位置情報補正部7によって補正され、補正後の位置情報が前記サブボリュームデータの付帯情報として新たに保存される。同様にして、超音波データ記憶部51においてBモードデータと共に保存されている超音波送受信方向の情報は補正後の位置情報に基づいて変換され前記超音波データの付帯情報として新たに保存される。
再び図1へ戻って、位置ズレ検出部6は図示しない演算回路を備え、例えば、図4の3次元走査領域P1から収集されるサブボリュームデータVd1と隣接する3次元走査領域P2から収集されるサブボリュームデータVd2をサブボリュームデータ生成部5のサブボリュームデータ記憶部53から読み出す。そして、サブボリュームデータVd1とサブボリュームデータVd2との重複領域に対し所定サイズの3次元的な関心領域を設定し、サブボリュームデータVd1の前記関心領域から抽出される関心領域データとサブボリュームデータVd2との演算処理によりサブボリュームデータVd1に対するサブボリュームデータVd2の相対的な位置ズレを検出する。尚、2次元画像データ等に対する位置ズレ検出法として各種の方法が従来より提案されており、ここでは、相互相関法を適用した位置ズレ検出法につき図6を用いて説明する。
図6において、3次元走査領域P1から収集されたサブボリュームデータVd1の前記重複領域に設定された3次元的な関心領域Ro1における関心領域データの信号強度(輝度)をA(p、q、r)(p=1〜P,q=1〜Q、r=1〜R)、3次元走査領域P1に隣接する3次元走査領域P2から収集されるサブボリュームデータVd2の前記重複領域におけるボクセルの信号強度をB(p、q、r)とすれば、サブボリュームデータVd1に対するサブボリュームデータVd2の位置ズレを検出するための評価関数βAB(j、k、s)は、次式(1)によって示される。
そして、サブボリュームデータVd1の前記重複領域に設定された関心領域Ro1をサブボリュームデータVd2に対しp方向、q方向及びr方向に逐次移動させながら上式(1)の評価関数γAB(j、k、s)を算出し、j=jx、k=kx及びs=sxにおいてγAB(j、k、s)がピーク値を有した場合、サブボリュームデータVd2は、サブボリュームデータVd1に対しp方向にjxボクセル分、q方向にkxボクセル分、r方向にsxボクセル分だけ位置ズレしたものとして検出される。但し、上式(1)におけるNは、関心領域データにおけるp方向のボクセル数P、q方向のボクセル数Q及びr方向のボクセル数Rの積を示している。
尚、図6では、サブボリュームデータVd1の関心領域データとサブボリュームデータVd2との相互相関演算によりサブボリュームデータVd1に対するサブボリュームデータVd2の位置ズレを検出する場合について述べたが、3次元走査領域P3から収集されるサブボリュームデータVd3のサブボリュームデータVd2に対する位置ズレや3次元走査領域P4から収集されるサブボリュームデータVd4のサブボリュームデータVd3に対する位置ズレも同様の手順によって検出される。
一方、図1の位置情報補正部7は、サブボリュームデータ生成部5のサブボリュームデータ記憶部53においてサブボリュームデータと共に保存されている3次元走査領域の位置情報を読み出す。次いで、位置ズレ検出部6において検出された位置ズレの情報に基づいて3次元走査領域の位置情報を補正し、補正した3次元走査領域の位置情報をサブボリュームデータ記憶部53に保存する。即ち、サブボリュームデータの付帯情報として保存されていた補正前の3次元走査領域の位置情報は、位置情報補正部7から供給された補正後の3次元走査領域の位置情報に更新される。
次に、ボリュームデータ生成部8は、図示しない演算回路とボリュームデータ記憶回路を備えている。前記演算回路は、サブボリュームデータ生成部5のサブボリュームデータ記憶部53に保存されているサブボリュームデータとその付帯情報である心拍時相情報及び補正後の3次元走査領域の位置情報を読み出し、これらの付帯情報に基づき3次元走査領域の各々にて収集された複数のサブボリュームデータを合成して広範囲な3次元領域に対する時系列的なボリュームデータを生成する。そして、得られたボリュームデータは前記ボリュームデータ記憶回路に一旦保存される。
画像データ生成部9は、図示しないMPR画像データ生成部と3次元画像データ生成部を備えている。前記MPR画像データ生成部は、ボリュームデータ生成部8のボリュームデータ記憶回路に保存されている時系列的なボリュームデータを読み出し、このボリュームデータの中から予め設定されたMPR画像断面に対応するボクセルを抽出して時系列的なMPR画像データを生成する。
一方、前記3次元画像データ生成部は、ボリュームデータ生成部8から供給されるボリュームデータをレンダリング処理してボリュームレンダリング画像データやサーフィスレンダリング画像データ等の3次元画像データを生成する機能を有し、例えば、不透度・色調設定部とレンダリング処理部を備えている。そして、前記不透明度・色調設定部は、ボリュームデータのボクセル値に基づいて各ボクセルの不透明度や色調を設定し、前記レンダリング処理部は、前記不透明度・色調設定部によって設定された不透明度や色調の情報に基づいてボリュームデータをレンダリング処理し3次元画像データを生成する。
次に、表示部10は、図示しない表示データ生成部、データ変換部及びモニタを備え、前記表示データ生成部は、画像データ生成部9の前記MPR画像データ生成部において生成された所望MPR画像断面のMPR画像データや前記3次元画像データ生成部において生成された3次元画像データに被検体情報等の付帯情報を付加して表示データを生成する。そして、前記データ変換部は、前記表示データ生成部によって生成された表示データに対しD/A変換と表示フォーマット変換を行なって前記モニタに表示する。
入力部11は、操作パネル上に表示パネルやキーボード、トラックボール、マウス、選択ボタン、入力ボタン等の入力デバイスを備え、サブボリュームデータの重複領域に対し関心領域を設定する関心領域設定部111及び診断対象部位を含む3次元領域を設定する3次元領域設定部112を有している。又、被検体情報の入力、サブボリュームデータ生成条件の設定、画像データの生成条件や表示条件の設定、MPR画像断面の設定、サブ領域数Nあるいは最大3次元サブ領域幅ΔSの設定、最大3次元走査領域幅ΔPの設定、更には、各種コマンド信号の入力等も上述の表示パネルや入力デバイスを用いて行なわれる。
走査制御部12は、心拍同期3次元走査が適用された当該被検体の3次元領域にて設定される上述の複数からなる3次元走査領域(例えば、図4(b)のP1乃至P4)に対して超音波送受信を順次行なうための遅延時間制御を送信部21の送信遅延回路212及び受信部22の受信遅延回路222に対して行なう。
生体信号計測ユニット13は、当該被検体の心電波形を計測する機能を有し、被検体体表面に装着され心電波形を検出する計測用電極と、この計測用電極が検出した心電波形を所定の振幅に増幅する増幅回路と、増幅された心電波形をデジタル信号に変換するA/D変換器(何れも図示せず)を備えている。
一方、心拍時相検出部14は、生体信号計測ユニット13から供給される心電波形に基づいて心拍時相を検出する。具体的には、先ず、心電波形のピーク値を計測することによってR波の位置を検出し、次いで、時間方向に隣接する2つのR波の間隔(R−R間隔)を所定の時間間隔で分割することによって心拍時相を検出する。そして、このとき検出された心拍時相の情報は、サブボリュームデータ生成部5において生成されるサブボリュームデータに付帯情報として付加される。
次に、システム制御部15は、図示しないCPUと記憶回路を備え、前記記憶回路には、入力部11にて入力/設定された上述の各種情報が保存される。そして、前記CPUは、上述の入力/設定情報に基づいて超音波画像診断装置100の各ユニットを制御し、診断対象部位に対する3次元領域の設定、前記3次元領域に対する3次元サブ領域及び3次元走査領域の設定、前記3次元走査領域におけるサブボリュームデータの収集とこれらサブボリュームデータの合成によるボリュームデータの生成、更には、前記ボリュームデータに基づく3次元画像データの生成と表示を行なう。
(心拍同期3次元走査法による画像データの生成手順)
次に、心拍同期3次元走査法の適用によって当該被検体から収集される複数のサブボリュームデータに基づいた画像データの生成手順につき図7のフローチャートを用いて説明する。
次に、心拍同期3次元走査法の適用によって当該被検体から収集される複数のサブボリュームデータに基づいた画像データの生成手順につき図7のフローチャートを用いて説明する。
心拍同期3次元走査法による3次元画像データの生成に先立ち、超音波画像診断装置100の操作者は、入力部11において被検体情報の入力、サブボリュームデータ生成条件の設定、画像データの生成条件や表示条件の設定、MPR画像断面の設定、サブ領域数Nあるいは最大3次元サブ領域幅ΔSの設定、最大3次元走査領域幅ΔPの設定等を必要に応じて行なう。そして、これらの入力情報や設定情報は、システム制御部15の記憶回路に保存される(図7のステップS1)。
上述の初期設定が終了したならば、操作者は、過去の検査データ等に基づき当該被検体の診断対象部位に対してボリュームデータを収集するための3次元領域S0を入力部11の3次元領域設定部112において設定する。この3次元領域S0の設定情報を3次元領域設定部112から受信したシステム制御部15は、既に設定されているサブ領域数Nあるいは最大3次元サブ領域幅ΔSに基づいて3次元領域S0をN分割して3次元サブ領域S1乃至SNを設定し(図7のステップS2)、更に、3次元サブ領域S1乃至SNの各々を中心とし最大3次元走査領域幅ΔP(ΔP>ΔS)を有する3次元走査領域P1乃至PNを設定する(図7のステップS3)。
次いで、操作者は、心拍同期3次元走査法による3次元画像データの生成開始コマンドを入力部11にて入力し、このコマンド信号がシステム制御部15へ供給されることにより3次元画像データの生成と表示が開始される(図7のステップS4)。
最初の3次元走査領域P1に対するサブボリュームデータの生成に際し、図2に示した送信部21のレートパルス発生器211は、システム制御部15から供給される基準信号を分周してレートパルスを生成し送信遅延回路212に供給する。送信遅延回路212は、所定の深さに超音波を集束するための集束用遅延時間と、3次元走査領域P1における最初の超音波送受信方向(θ1、φ1)に超音波を送信するための偏向用遅延時間を前記レートパルスに与え、このレートパルスをMtチャンネルの駆動回路213に供給する。次いで、駆動回路213は、送信遅延回路212から供給されたレートパルスに基づいて駆動信号を生成し、この駆動信号を超音波プローブ3に設けられたMt個の送信用振動素子に供給して被検体内に送信超音波を放射する。
放射された送信超音波の一部は、音響インピーダンスの異なる被検体の臓器境界面や組織にて反射し、超音波プローブ3に設けられたMr個の受信用振動素子によって受信されてMrチャンネルの電気的な受信信号に変換される。次いで、この受信信号は、受信部22のA/D変換器221においてデジタル信号に変換され、更に、Mrチャンネルの受信遅延回路222において所定の深さからの受信超音波を収束するための集束用遅延時間と超音波送受信方向(θ1、φ1)からの受信超音波に対し強い受信指向性を設定するための偏向用遅延時間が与えられた後加算器223にて整相加算される。そして、整相加算後の受信信号が供給された受信信号処理部4の包絡線検波器41及び対数変換器42は、この受信信号に対して包絡線検波と対数変換を行なってBモードデータを生成し、得られたBモードデータは、超音波送受信方向(θ1、φ1)を付帯情報としてサブボリュームデータ生成部5の超音波データ記憶部51に保存される。
次いで、システム制御部15は、送信部21の送信遅延回路212及び受信部22の受信遅延回路222における遅延時間を制御してθ方向にΔθ、φ方向にΔφずつ順次更新された3次元走査領域P1の超音波送受信方向(θp、φq)(θp=θ1+(p−1)Δθ(p=2〜P)、φq=φ1+(q−1)Δφ(q=2〜Q))の各々に対し同様の手順で超音波を送受信して3次元走査を行なう。そして、各々の送受信方向にて得られたBモードデータも上述の超音波送受信方向を付帯情報としてサブボリュームデータ生成部5の超音波データ記憶部51に保存される。
そして、3次元走査領域P1に対するBモードデータの生成と保存が終了したならば、サブボリュームデータ生成部5の補間処理部52は、超音波データ記憶部51から読み出した時系列的な複数のBモードデータを超音波送受信方向(θp、φq)(θp=θ1+(p−1)Δθ(p=1〜P)、φq=φ1+(q−1)Δφ(q=1〜Q))に対応させて配列することにより3次元Bモードデータを形成し、更に、この3次元Bモードデータを構成する不等間隔のボクセルを補間処理して等方的なボクセルで構成されるサブボリュームデータVd1を生成する。次いで、3次元走査領域P1において収集されたサブボリュームデータVd1は、心拍時相検出部14から供給される当該被検体の心拍時相情報やシステム制御部15から供給される3次元走査領域P1の位置情報を付帯情報としてサブボリュームデータ生成部5のサブボリュームデータ記憶部53に保存される(図7のステップS5)。
更に、同様の手順によって3次元走査領域P2乃至PNに対し超音波を送受信してサブボリュームデータVd2乃至VdNを生成し、得られたサブボリュームデータVd2乃至VdNも心拍時相情報や3次元走査領域P2乃至PNの位置情報を付帯情報としてサブボリュームデータ生成部5のサブボリュームデータ記憶部53に保存される(図7のステップS5)。
サブボリュームデータVd1乃至VdNの生成と保存が終了したならば、位置ズレ検出部6は、先ず、3次元走査領域P1から収集されたサブボリュームデータVd1と隣接する3次元走査領域P2から収集されたサブボリュームデータVd2をサブボリュームデータ生成部5のサブボリュームデータ記憶部53から読み出す。そして、サブボリュームデータVd1とサブボリュームデータVd2との重複領域に対し所定サイズの3次元的な関心領域を設定し、サブボリュームデータVd1の前記関心領域から抽出される関心領域データとサブボリュームデータVd2との相互相関演算によりサブボリュームデータVd1に対するサブボリュームデータVd2の相対的な位置ズレを検出する。
更に、サブボリュームデータVd2と3次元走査領域P2に隣接する3次元走査領域P3から収集されるサブボリュームデータVd3、・・・3次元走査領域PN−1から収集されるサブボリュームデータVdN−1と3次元走査領域PN−1に隣接する3次元走査領域PNから収集されるサブボリュームデータVdNの各々に対しても上述と同様の手順によって相対的な位置ズレを検出する(図7のステップS6)。
そして、位置ズレ検出部6よりサブボリュームデータVd2乃至VdNの位置ズレ情報を受信した位置情報補正部7は、サブボリュームデータ生成部5のサブボリュームデータ記憶部53においてサブボリュームデータVd2乃至VdNと共に保存されている3次元走査領域の位置情報を読み出す。次いで、位置ズレ検出部6から供給されたサブボリュームデータVd2乃至VdNの位置ズレ情報に基づいて3次元走査領域の位置情報を補正し、サブボリュームデータ記憶部53に保存されていた補正前の3次元走査領域の位置情報を補正後の3次元走査領域の位置情報によって更新する(図7のステップS7)。
次に、ボリュームデータ生成部8の演算回路は、サブボリュームデータ生成部5のサブボリュームデータ記憶部53に保存されているサブボリュームデータとその付帯情報である心拍時相情報及び補正後の3次元走査領域の位置情報を読み出し、これらの付帯情報に基づき3次元走査領域の各々にて収集された複数のサブボリュームデータを合成して広範囲な3次元領域に対する時系列的なボリュームデータを生成する。そして、得られたボリュームデータを自己のボリュームデータ記憶回路に一旦保存する(図7のステップS8)。
一方、画像データ生成部9は、ボリュームデータ生成部8のボリュームデータ記憶回路に保存されている時系列的なボリュームデータを読み出す。そして、所定のMPR画像断面におけるMPR画像データや3次元画像データを生成し、表示部10のモニタに動画像あるいは所望心拍時相における静止画像として表示する(図7のステップS9)。
(変形例)
次に、本実施例の変形例につき図8を用いて説明する。上述の実施例では被検体の3次元領域をN分割して複数からなる3次元サブ領域を設定し、これら3次元サブ領域の各々を中心とし、その端部が重複するように設定した3次元走査領域から収集されるサブボリュームデータの重複領域に対し相互相関演算を適用して前記サブボリュームデータの位置ズレを検出する場合について述べたが、本変形例では、上述の3次元サブ領域を3次元走査領域に設定し、隣接する3次元走査領域の境界面あるいはその近傍から収集される2つの2次元データに対し相互相関演算を適用してサブボリュームデータの位置ズレを検出する。
次に、本実施例の変形例につき図8を用いて説明する。上述の実施例では被検体の3次元領域をN分割して複数からなる3次元サブ領域を設定し、これら3次元サブ領域の各々を中心とし、その端部が重複するように設定した3次元走査領域から収集されるサブボリュームデータの重複領域に対し相互相関演算を適用して前記サブボリュームデータの位置ズレを検出する場合について述べたが、本変形例では、上述の3次元サブ領域を3次元走査領域に設定し、隣接する3次元走査領域の境界面あるいはその近傍から収集される2つの2次元データに対し相互相関演算を適用してサブボリュームデータの位置ズレを検出する。
図8(a)は、図4(a)と同様に被検体の診断対象部位に設定された3次元領域S0及び3次元サブ領域S1乃至S4を示しており、例えば、3次元領域S0を所定のサブ領域数N(N=4)あるいは最大3次元サブ領域幅ΔSでy方向に分割することによって4つの3次元サブ領域S1乃至S4が設定される。一方、図4(b)は、3次元サブ領域S1乃至S4に設定された3次元走査領域P1乃至P4とこれらの境界面あるいはその近傍から収集される6つの2次元データQ1b、Q2a、Q2b、Q3a、Q3b及びQ4aを示している。但し、この図8(b)でも説明を容易にするために、図8(a)のy−z平面に平行な断面Cにおける3次元走査領域P1乃至P4及び2次元データの切断面を用いて隣接する3次元走査領域の境界面あるいはその近傍から収集される2次元データを示している。
即ち、図8(b)において、y方向の最大3次元領域幅RyをN(N=4)分割することにより最大3次元走査領域幅ΔPを有する3次元走査領域P1乃至P4を設定し、これら3次元走査領域P1乃至P4に対する超音波送受信によってサブボリュームデータVd1乃至Vd4を生成する。次いで、3次元走査領域P1と3次元走査領域P2との境界面あるいはその近傍における2次元データQ1b及びQ2aをサブボリュームデータVd1及びサブボリュームデータVd2に基づいて生成し、得られた2つの2次元データQ1b及びQ2aに対し相互相関演算を適用してサブボリュームデータVd1に対するサブボリュームデータVd2の位置ズレを検出する。
同様にして、3次元走査領域P2と3次元走査領域P3及び3次元走査領域P3と3次元走査領域P4との境界面あるいはその近傍における2次元データQ2b、Q3a、Q3b及びQ4aをサブボリュームデータVd2乃至Vd4に基づいて生成する。そして、2次元データQ2b及び2次元データQ3aの相互相関演算によりサブボリュームデータVd2に対するサブボリュームデータVd3の位置ズレを検出し、2次元データQ3b及び2次元データQ4aの相互相関演算によりサブボリュームデータVd3に対するサブボリュームデータVd4の位置ズレを検出する。
尚、本変形例の相互相関演算に用いられる2つの2次元データ(例えば、2次元データQ1bと2次元データQ2a)は被検体の同一部位から収集されるものではないが、極めて近接した部位から収集されるため略同一の2次元データとして取り扱うことが可能である。この方法によれば、2次元データに対して相互相関演算が行われるため、3次元データに対して相互相関演算を行なう上述の実施例と比較して位置ズレ検出に要する時間が大幅に短縮され、3次元画像データの表示における時間的な連続性を改善することができる。
以上述べた本発明の実施例によれば、心拍同期3次元走査法を適用して複数のサブボリュームデータを順次収集し、得られた複数のサブボリュームデータを心拍時相情報に基づいて合成することにより広範囲な3次元領域に対する時系列的なボリュームデータを生成する際、サブボリュームデータの収集中に手ぶれ等によって超音波プローブの位置が変化した場合においても正確なボリュームデータの生成が可能となる。従って、前記ボリュームデータに基づいて生成される3次元画像データやMPR画像データ等の画質を向上させることができる。又、手ぶれによるサブボリュームデータの再収集が不要となるため、検査効率が改善され被検体や操作者に対する負担が軽減される。
特に、サブボリュームデータが収集される3次元走査領域は、その端部が隣接する他の3次元走査領域の端部と重複するように設定されるため、被検体の同一診断対象部位における3次元情報が含まれた2つのサブボリュームデータに対して相互相関演算を適用することが可能となり、サブボリュームデータ間の相対的な位置ズレを正確に検出することができる。
又、サブボリュームデータと共に保存されている3次元走査領域の位置情報及び超音波送受信方向の情報は上述の位置ズレに基づいて補正された3次元走査領域の位置情報及びこの位置情報に基づいて変換された超音波送受信方向に更新されるため、これらの超音波データやサブボリュームデータを繰り返しあるいは再度用いてボリュームデータを生成する場合には、サブボリュームデータの位置ズレ検出や3次元走査領域の位置情報補正を省略することができる。従って、ボリュームデータの生成に要する時間を短縮することが可能となる。
一方、上述の変形例によれば、2次元データに対して相互相関演算が行われるため、位置ズレ検出に要する時間が大幅に短縮される。従って、ボリュームデータの生成に要する時間が更に短縮され、このボリュームデータに基づいて生成される時系列的な3次元画像データの表示における時間的な連続性を改善することができる。
以上、本発明の実施例及びその変形例について述べてきたが、本発明は、上述の実施例及びその変形例に限定されるものではなく、更に変形して実施することが可能である。例えば、上述の実施例では、隣接した2つのサブボリュームデータにおける重複領域において3次元的な関心領域を設定し、この関心領域から得られる3次元データに基づいてサブボリュームデータ間の相対的な位置ズレを検出する場合について述べたが、前記重複領域に対し2次元的な関心領域を所望の方向に設定し、この関心領域から得られる2次元データに基づいてサブボリュームデータ間の位置ズレを検出してもよい。この方法によれば、位置ズレ検出に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。
又、過去の検査データ等に基づき当該被検体の診断対象部位に対し3次元領域を設定する場合について述べたが、サブボリュームデータの収集に先行してシングルプレーン法あるいはマルチプレーン法により2次元画像データを収集し、これらの2次元画像データに基づいて前記3次元領域を設定してもよく、又、3次元走査によって収集される暫定的な3次元画像データに基づいて前記3次元領域を設定してもよい。
一方、上述の変形例では、隣接する3次元走査領域の境界面あるいはその近傍から収集される2つの2次元データを相互相関演算してサブボリュームデータ間の相対的な位置ズレを検出する場合について述べたが、前記3次元走査領域の境界面あるいはその近傍から収集される2つの3次元データを相互相関演算してサブボリュームデータ間の位置ズレを検出しても構わない。
更に、上述の実施例及びその変形例では、相互相関法の適用によってサブボリュームデータ間の相対的な位置ズレを検出する方法について述べたが、サブボリュームデータ間の差分値を算出し、この差分値の絶対値和あるいは2乗和が最小となる関心領域の移動量を検出する方法(ここでは、差分和最小法と呼ぶ。)やエントロピー法等の他の方法を適用してサブボリュームデータ間の位置ズレを検出してもよい。
2…送受信部
21…送信部
211…レートパルス発生器
212…送信遅延回路
213…駆動回路
22…受信部
221…A/D変換器
222…受信遅延回路
223…加算器
3…超音波プローブ
4…受信信号処理部
41…包絡線検波器
42…対数変換器
5…サブボリュームデータ生成部
51…超音波データ記憶部
52…補間処理部
53…サブボリュームデータ記憶部
6…位置ズレ検出部
7…位置情報補正部
8…ボリュームデータ生成部
9…画像データ生成部
10…表示部
11…入力部
111…関心領域設定部
112…3次元領域設定部
12…走査制御部
13…生体信号計測ユニット
14…心拍時相検出部
15…システム制御部
100…超音波画像診断装置
21…送信部
211…レートパルス発生器
212…送信遅延回路
213…駆動回路
22…受信部
221…A/D変換器
222…受信遅延回路
223…加算器
3…超音波プローブ
4…受信信号処理部
41…包絡線検波器
42…対数変換器
5…サブボリュームデータ生成部
51…超音波データ記憶部
52…補間処理部
53…サブボリュームデータ記憶部
6…位置ズレ検出部
7…位置情報補正部
8…ボリュームデータ生成部
9…画像データ生成部
10…表示部
11…入力部
111…関心領域設定部
112…3次元領域設定部
12…走査制御部
13…生体信号計測ユニット
14…心拍時相検出部
15…システム制御部
100…超音波画像診断装置
Claims (9)
- 被検体の診断対象部位に対して設定された複数の3次元走査領域に対し心拍同期3次元走査法を適用して前記被検体の広範囲な3次元領域におけるボリュームデータを収集する超音波画像診断装置において、
隣接する前記3次元走査領域の端部が互いに重複するように前記被検体に対する超音波の3次元走査を制御する走査制御手段と、
前記3次元走査領域の各々に対する超音波送受信によって得られた受信信号に基づいてサブボリュームデータを生成するサブボリュームデータ生成手段と、
前記隣接する3次元走査領域の重複領域に対応した前記サブボリュームデータの2次元データあるいは3次元データに基づいて前記サブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出する位置ズレ検出手段と、
検出した前記位置ズレに基づいて位置補正された前記サブボリュームデータを合成してボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段とを
備えたことを特徴とする超音波画像診断装置。 - 前記走査制御手段は、前記被検体の広範囲な3次元領域を分割して設定された複数の3次元サブ領域の各々を基準とし、隣接する3次元サブ領域の端部を含んだ前記3次元走査領域に対する3次元走査を制御することを特徴とする請求項1記載の超音波画像診断装置。
- 被検体の診断対象部位を含む3次元領域を分割して設定された複数の3次元走査領域に対し心拍同期3次元走査法を適用して前記被検体の広範囲な3次元領域におけるボリュームデータを収集する超音波画像診断装置において、
前記複数の3次元走査領域に対する超音波の3次元走査を制御する走査制御手段と、
前記3次元走査領域に対する超音波送受信によって得られた受信信号に基づいてサブボリュームデータを生成するサブボリュームデータ生成手段と、
隣接する前記3次元走査領域の各々における境界領域に対応した前記サブボリュームデータの2次元データあるいは3次元データに基づいて前記サブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出する位置ズレ検出手段と、
検出した前記位置ズレに基づいて位置補正された前記サブボリュームデータを合成してボリュームデータを生成するボリュームデータ生成手段とを
備えたことを特徴とする超音波画像診断装置。 - 前記位置ズレに基づいて前記3次元走査領域の位置情報を補正する位置情報補正手段を備え、前記ボリュームデータ生成手段は、補正された前記3次元走査領域の位置情報に基づいて前記サブボリュームデータを合成し前記ボリュームデータを生成することを特徴とする請求項1又は請求項3に記載した超音波画像診断装置。
- 前記3次元走査領域に対する超音波送受信によって得られた受信信号を処理してBモードデータ及びカラードプラデータの少なくとも何れかを超音波データとして生成する受信信号処理手段を備え、前記サブボリュームデータ生成手段は、前記受信信号処理手段によって生成された前記超音波データに基づいて前記サブボリュームデータを生成することを特徴とする請求項1又は請求項3に記載した超音波画像診断装置。
- 前記位置ズレ検出手段は、前記隣接する3次元走査領域の重複領域あるいは境界領域に対応したサブボリュームデータの2次元データあるいは3次元データに対し相互相関法、差分和最小法あるいはエントロピー法の何れかを適用して前記サブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出することを特徴とする請求項1又は請求項3に記載した超音波画像診断装置。
- 前記隣接する3次元走査領域の重複領域あるいは境界領域に対応した前記サブボリュームデータに対し関心領域を設定する関心領域設定手段を備え、前記位置ズレ検出手段は、前記サブボリュームデータの前記関心領域から得られる2次元データあるいは3次元データに基づいて前記サブボリュームデータの相対的な位置ズレを検出することを特徴とする請求項1又は請求項3に記載した超音波画像診断装置。
- 前記サブボリュームデータ生成手段は、前記3次元走査領域に対する超音波送受信方向の情報を付帯情報として前記超音波データを保存する超音波データ記憶手段を備え、前記位置情報補正手段は、前記超音波データ記憶手段に保存されていた超音波送受信方向の情報を前記補正された3次元走査領域の位置情報に基づいて更新することを特徴とする請求項4記載の超音波画像診断装置。
- 前記サブボリュームデータ生成手段は、前記3次元走査領域の位置情報を付帯情報として前記サブボリュームデータを保存するサブボリュームデータ記憶手段を備え、前記位置情報補正手段は、前記サブボリュームデータ記憶手段に保存されていた3次元走査領域の位置情報を前記補正された3次元走査領域の位置情報に更新することを特徴とする請求項4記載の超音波画像診断装置。
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- 2007-11-29 JP JP2007309458A patent/JP2009131420A/ja not_active Withdrawn
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