JP2010119587A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スキャン中における超音波プローブの位置ずれを簡便に検出できる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】超音波診断装置１は、周期的に変動する体内部位の変動状態を参照しつつ、体内部位の基準断面における複数の時相の基準断層画像データを生成し、各基準断層画像データと時相とを対応付けて記憶する。超音波診断装置１は、基準断面を含む複数の断面における断層画像データを順次に生成する。このとき、超音波診断装置１は、体内部位の変動状態に基づいて、基準断面が超音波スキャンされたときの体内部位の時相を特定し、特定された時相に対応する基準断層画像データを、記憶された複数の基準断層画像データのうちから選択する。超音波診断装置１は、基準断面の断層画像データと選択された基準断層画像データとの相関値を演算し、この相関値に基づいて超音波プローブ２の位置ずれに関する情報を呈示する。
【選択図】図１

Description

この発明は、被検体内に超音波を送信し、その反射波を受信して被検体内を画像化する超音波診断装置に関する。特に、この発明は、超音波のスキャン中に発生する超音波プローブの位置ずれを検出する技術に関するものである。

超音波診断装置は、たとえば心臓のように周期的に変動する体内部位の診断に利用されている。心臓の超音波診断では、心電同期と呼ばれる手法が広く用いられている（たとえば特許文献１を参照）。心電同期とは、被検体の心電図を取得しながら超音波画像を取得し、その心電波形と超音波画像とを同期表示させる診断手法である。それにより、心臓の時相に応じた心臓の状態を観察することが可能になる。

近年、ＳＴＩＣ（ｓｐａｔｉｏ−ｔｅｍｐｏｒａｌ ｉｍａｇｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる技術が注目を集めている（たとえば特許文献２を参照）。ＳＴＩＣとは、たとえば超音波プローブを移動（揺動、回転、平行移動等）させつつ計測を行って体内部位の断層画像データを多数生成し、これら断層画像データを時相毎にまとめて各時相の３次元画像データを生成する技術である。これら３次元画像データをそれぞれレンダリングして順次に表示することにより、体内部位の３次元動画像の観察が可能になる。

ＳＴＩＣにおける超音波のスキャン時間はかなり長くなるのが一般的である。たとえば、超音波プローブを食道に挿入して心臓を観察する場合（たとえば特許文献３、４を参照）、超音波プローブの回転方向への分解能を考慮すると、心臓全体をスキャンするのに６０秒程度の時間が必要である（つまり、１心拍１秒と仮定し、回転方向への分解能を３度に設定すると、１８０÷３＝６０秒となる）。

このようにスキャン時間が長くなると、超音波プローブの位置がスキャン中にずれてしまうことが想定される。位置ずれが発生すると、時相毎の３次元画像や３次元動画像に歪みが生じてしまう。

超音波プローブの位置ずれに対処する技術としては、たとえば特許文献５、６に記載されたものが知られている。特許文献５に記載の技術は、複数の断層画像データのうちの基準の断層画像データを回転させつつ他の断層画像データとの間の相関値を求めることにより相関値が最大となる回転角度を求め、この回転角度だけ基準の断層画像データに回転処理を施すものである。また、特許文献６に記載の技術は、位置センサにより超音波プローブの位置を検出し、その検出結果をボリュームデータの生成処理に反映させるものである。

特開２００８−１１３７９９号公報 特開２００５−７４２２５号公報 特開２００６−１０１９０１号公報 特開２００６−３１２１０３号公報 特開平１０−２４８８４４号公報 特開２００７−２４４５７５号公報

このように、超音波プローブの位置ずれに対処する様々な技術が開発されているにも拘わらず、ＳＴＩＣに対して有効な技術は未だ知られていないのが現状である。すなわち、ＳＴＩＣにおいては複数の断層画像データを並べ替える処理が伴うが、この処理を経て得られる各時相のボリュームデータに対して特許文献５の技術をどのように適用するかが不明である。

また、体腔内に超音波プローブを挿入して検査を行う際には、位置センサが取り付けられた超音波プローブの使用は想定しにくく、特許文献６の技術を適用することは困難である。

この発明は、このような問題を解決するために為されたものであり、その目的は、超音波のスキャン中における超音波プローブの位置ずれを簡便に検出することが可能な超音波診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、周期的に変動する体内部位の変動状態を検出する検出手段と、前記体内部位を超音波でスキャンする超音波プローブを含み、当該スキャン結果に基づいて断層画像データを生成する生成手段と、前記検出される変動状態を参照しつつ、前記体内部位の所定の基準断面における、前記変動の１周期に含まれる複数の時相のそれぞれの基準断層画像データを前記生成手段に生成させる制御手段と、該生成された各基準断層画像データと時相とを対応付けて記憶する記憶手段と、前記所定の基準断面を含む複数の断面における断層画像データが前記生成手段によって順次に生成されるときに、前記検出手段により検出される変動状態に基づいて、前記所定の基準断面が前記超音波でスキャンされたときの前記体内部位の時相を特定する特定手段と、前記記憶された複数の基準断層画像データのうちから、前記特定された時相に対応する基準断層画像データを選択する選択手段と、前記複数の断面のうちの前記所定の基準断面の断層画像データと、前記選択された基準断層画像データとの相関値を演算する演算手段と、前記演算された相関値に基づいて前記超音波プローブの位置ずれに関する情報を呈示する呈示手段と、を備えることを特徴とする超音波診断装置である。

この発明に係る超音波診断装置は、周期的に変動する体内部位の変動状態を参照しつつ、体内部位の基準断面における複数の時相の基準断層画像データをそれぞれ生成し、生成された各基準断層画像データと時相とを対応付けて記憶する。更に、この超音波診断装置は、基準断面を含む複数の断面における断層画像データを順次に生成する。このとき、超音波診断装置は、体内部位の変動状態に基づいて、基準断面が超音波でスキャンされたときの体内部位の時相を特定し、特定された時相に対応する基準断層画像データを、記憶された複数の基準断層画像データのうちから選択する。そして、超音波診断装置は、基準断面の断層画像データと選択された基準断層画像データとの相関値を演算し、この相関値に基づいて超音波プローブの位置ずれに関する情報を呈示する。

このような超音波診断装置によれば、基準断面における画像データの相関値を逐次に求めて超音波プローブの位置ずれに関する情報を呈示できるので、超音波スキャン中における超音波プローブの位置ずれを簡便に検出することが可能である。

この発明に係る超音波診断装置の実施の形態の一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［構成］
この実施形態に係る超音波診断装置の構成例を図１及び図２に示す。超音波診断装置１は、超音波プローブ２、送受信部３、信号処理部４、データ記憶部５、画像生成部６、画像記憶部７、制御部８、ユーザインターフェイス（ＵＩ）９、及び画像処理部１２を備えている。

また、超音波診断装置１は心電計２０を備えている。心電計２０は、従来と同様の構成を有し、被検体の心臓の動態を表す心電図（心電波形）を取得して制御部８に入力する。心電計２０は、この発明の「検出手段」の一例であり、周期的に変動する体内部位、すなわち心臓の変動状態を検出するものである。

超音波プローブ２としては、たとえば１次元アレイプローブや２次元アレイプローブが用いられる。１次元アレイプローブは、１列に配列された複数の超音波振動子を備え、当該配列方向（走査方向）に沿って超音波を１次元方向に走査することが可能である。２次元アレイプローブは、２次元的に配列された複数の超音波振動子を備え、超音波を２次元方向に走査することが可能である。

超音波プローブ２の振動子部２ａは、従来と同様に、複数の超音波振動子とともに、音響レンズ、音響整合層、電極、バッキング材などを含んで構成される。振動子部２ａは、送受信部３からの電気信号に基づいて超音波を発信する。更に、振動子部２ａは、この超音波の被検体からの反射波を受信する。

超音波プローブ２には移動機構２ｂが設けられている。移動機構２ｂは振動子部２ａを移動させる。移動機構２ｂは、振動子部２ａを回転移動させるものであってもよいし、揺動させるものであってもよいし、平行移動させるものであってもよい。なお、移動機構２ｂによる振動子部２ａの移動態様は、これらに限定されるものではない。移動機構２ｂによって超音波プローブ２を移動させつつ超音波走査を行うことにより、被検体内の３次元領域を走査することが可能となる。移動機構２ｂとしては、たとえば特許文献３、４に記載されたものや、特開２００７−３０１０３０号公報、特開２００８−７３０８５号公報、特開２００８−９９７３２号公報に記載されたものなど、任意の構成を採用できる。

なお、２次元アレイプローブを用いる場合には、それ自身により被検体内の３次元領域を超音波走査できるので、上記のような移動機構２ｂを設ける必要はない。

送受信部３は送信部と受信部とを備えている。送受信部３は、振動子部２ａに電気信号を供給して超音波を発生させる。振動子部２ａは、発生された超音波の反射波を受信して電気信号（エコー信号）を出力する。送受信部３は、このエコー信号を受信する。

送受信部３の送信部は、図示しないクロック発生回路、送信遅延回路、パルサ回路などを備えている。クロック発生回路は、超音波信号の送信タイミングや送信周波数を決めるクロック信号を発生する。送信遅延回路は、超音波の送信時に遅延を掛けて送信フォーカスを実施する。パルサ回路は、各振動子に対応した個別経路（チャンネル）の数分のパルサを備え、遅延が掛けられた送信タイミングで駆動パルスを発生し、超音波プローブ２の各振動子に電気信号を供給する。

送受信部３の受信部は、図示しないプリアンプ回路、Ａ／Ｄ変換回路、受信遅延回路、加算回路などを備えている。プリアンプ回路は、超音波プローブ２の各振動子から出力されたエコー信号を受信チャンネルごとに増幅する。Ａ／Ｄ変換回路は、増幅されたエコー信号をＡ／Ｄ変換する。受信遅延回路は、Ａ／Ｄ変換後のエコー信号に対して受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算回路は、遅延時間が与えられたエコー信号を加算する。この加算処理により、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。送受信部３によって加算処理された信号はＲＦデータなどと呼ばれる。

信号処理部４はＢモード処理部を備えている。Ｂモード処理部は、エコー信号の振幅情報の画像化処理を実行し、エコー信号からＢモード超音波ラスタデータ（断層画像データ）を生成する。より具体的に説明すると、Ｂモード処理部は、送受信部３から送られる受信信号に対してバンドパスフィルタ処理を行い、その出力信号の包絡線を検波し、検波されたデータに対して対数変換による圧縮処理を施す。また、信号処理部４は、ドプラ処理部を備えていてもよい。ドプラ処理部は、例えば、送受信部３から送られる信号を位相検波することによりドプラ偏移周波数成分を取り出し、取り出された成分にＦＦＴ処理を施すことにより血流速度を表すドプラ周波数分布を生成する。更に、信号処理部４は、ＣＦＭ（Ｃｏｌｏｒ Ｆｌｏｗ Ｍａｐｐｉｎｇ）処理部を備えていてもよい。ＣＦＭ処理部は、血流情報の映像化を行い、カラー超音波ラスタデータを生成する。血流情報は、速度、分布、パワーなどの２値化情報として得られる。送受信部３から出力される信号は、いずれかの処理部にて処理が施される。信号処理部４は、信号処理後の超音波ラスタデータをデータ記憶部５に出力する。

データ記憶部５は、メモリやハードディスク等の記憶装置を含んで構成され、信号処理部４により生成された超音波ラスタデータを記憶する。

画像生成部６は、データ記憶部５から超音波ラスタデータを読み込み、空間座標に基づく座標系のデータに変換する（デジタルスキャンコンバージョン）。例えば、画像生成部６は、Ｂモード処理部から出力された信号処理後のデータに対してスキャンコンバージョン処理を施すことで、被検体内の組織の形態を表すＢモード画像データ（断層画像データ）を生成する。一例として、被検体の２次元の断面（スキャン面）を超音波で走査した場合、画像生成部６は、このスキャン面における組織の形態を表わす断層画像データを生成する。画像生成部６は、この断層画像データを画像記憶部７に出力する。また、被検体の断層画像をライブ表示する場合には、画像生成部６は断層画像データを制御部８に出力する。

画像記憶部７は、メモリやハードディスク等の記憶装置を含んで構成され、画像生成部６からの断層画像データを記憶する。また、画像記憶部７は、所定の付帯情報を断層画像データに付帯させて記憶する。付帯情報としては、たとえば、断層画像データが取得された日時を表す情報や、被検体に関する情報（患者情報）などがある。

また、心電計２０から心電波形が入力される場合（つまり心電同期検査を行う場合）、制御部８は、断層画像データと心電波形とを同期させる。すなわち、制御部８は、各断層画像データに対し、それが取得されたタイミングにおける時相を対応付ける。制御部８は、当該対応付けがなされた断層画像データと時相情報とを画像記憶部７に記憶させる。

制御部８は、画像生成部６から断層画像データを受け、この断層画像データに基づく断層画像を表示部１０に表示させる。また、制御部８は、画像記憶部７に記憶されている断層画像データを読み込み、この断層画像データに基づく断層画像を表示部１０に表示させる。なお、図２に示す制御部８の構成については後述する。

ユーザインターフェイス（ＵＩ）９は、表示部１０と操作部１１を備えている。表示部１０は、ＣＲＴや液晶ディスプレイなどの表示装置を含んで構成される。表示部１０の画面には、断層画像や３次元画像などの超音波画像、更には、超音波画像に関連する各種の情報が表示される。表示部１０は、この発明の「呈示手段」の一例である。呈示手段による情報の呈示方法は、視覚的な情報に限定されるものではない。たとえば、呈示手段は、音声情報や印刷情報のように、任意の形態の情報を出力するものであってよい。操作部１１は、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス、各種スイッチ、各種ボタン、キーボード、又はＴＣＳ（Ｔｏｕｃｈ Ｃｏｍｍａｎｄ Ｓｃｒｅｅｎ）などを含んで構成される。

前述のように、超音波診断装置１は、被検体内の３次元領域を超音波で走査可能に構成されている。このような３次元走査が行われる場合、信号処理部４は、３次元走査により取得されたデータ（ボリュームデータ）をデータ記憶部５に出力し、データ記憶部５はボリュームデータを記憶する。画像生成部６は、データ記憶部５（又は画像記憶部７）からボリュームデータを読み込み、このボリュームデータにボリュームレンダリングを施すことで、被検体内の組織を立体的に表現する画像データを生成する。また、画像生成部６は、ボリュームデータにＭＰＲ処理（Ｍｕｌｔｉ Ｐｌａｎｎａｒ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）を施すことにより、任意の断面における画像データ（ＭＰＲ画像データ）を生成することもできる。

画像処理部１２は、各種の画像データに対して様々な画像処理を施す。処理対象となる画像データの例として、断層画像データやボリュームデータなどがある。画像処理の例としては、ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）等の画像領域を画像データ中に設定する処理や、画像領域のサイズを計測する処理などがある。画像処理部１２の３次元（３Ｄ）画像データ合成部１３については後述する。なお、３Ｄ画像データ合成部１３は、この発明の「合成手段」の一例である。

図２を参照し、超音波診断装置１の構成を更に詳しく説明する。制御部８には、スキャン制御部８１、時相特定部８２、データ選択部８３、相関演算部８４、相関判定部８５、表示制御部８６及び異常検出部８７が設けられている。

スキャン制御部８１は、移動機構２ｂと送受信部３とをそれぞれ制御することにより、被検体に対する超音波スキャンを実行させる。スキャン制御部８１は、たとえばオペレータが指定した超音波スキャン態様に応じて移動機構２ｂ及び送受信部３を制御することにより、複数のスキャン態様を選択的に実行させることが可能である。特に、スキャン制御部８１は、ＳＴＩＣにおける３次元走査を実行させる。

超音波診断装置１が実行するＳＴＩＣでは、心臓の所定の断面（基準断面）について、被検体の心臓の複数の時相のそれぞれの断層画像データ（基準断層画像データ）を取得する。この処理は、心電計２０により得られる心電波形を参照しつつ実行される。基準断面は、１つ以上の所定数（たとえば２つ）設定される。また、時相は、離散的に設定することもできるし、連続的に設定することもできる。前者の例としては、Ｐ波、Ｑ波、Ｒ波、Ｓ波、Ｔ波のような特徴的なタイミングを記録する方法がある。後者の例としては、心周期における時刻を記録する方法がある。この一例として、心周期（たとえばＲＲ間隔）が１秒である場合に、所定のタイミング（Ｒ波）からの経過時刻（０秒以上、１秒未満）を記録することができる。

制御部８は、生成された各基準断面における各基準断層画像データと、その時相とを対応付けて画像記憶部７に記憶させる。画像記憶部７は、この発明の「記憶手段」の一例である。

この実施形態に係るＳＴＩＣでは、上記基準断面を含む複数の断面を順次に超音波でスキャンする。このとき、心電計２０によって心臓の変動状態が検出される。時相特定部８２は、これら複数の断面における断層画像データが順次に生成されるときに、並行して取得される心電波形に基づいて、各基準断面が超音波でスキャンされたときの心臓の時相を特定する。時相特定部８２は、この発明の「特定手段」の一例である。

時相特定部８２が実行する処理について、より詳しく説明する。時相特定部８２には、スキャン制御部８１による超音波スキャンの状況を表す情報（スキャン状況情報）と、心電計２０により得られる心電波形とが、それぞれリアルタイムで入力される。また、超音波スキャンを実行して断層画像データを生成する際には、従来と同様に、生成される各断層画像データに対してスキャン状況情報が対応づけられる。それにより、各断層画像データに対応する断面位置が特定される（よって、スキャン状況情報と断面位置情報とを同一視できる）。

時相特定部８２は、基準断面に相当するスキャン状況情報が入力されたときに、これと同時に入力された心電波形に示す時相を当該スキャン状況情報に対応づける。それにより、各基準断面をスキャンしたときの時相が特定される。なお、心臓の変動タイミングが離散的に特定される場合（前述）には、たとえば、スキャン状況情報の入力タイミングに最も近い時相を対応づけるように構成することが可能である。

データ選択部８３は、画像記憶部７に記憶された複数の基準断層画像データのうちから、時相特定部８２により特定された時相に対応する基準断層画像データを選択する。この処理は、時相特定部８２により特定された時相及び基準断面の断面位置と、記憶された複数の基準断層画像データに対応づけられた時相及び基準断面の断面位置とを照合することにより容易に実行できる。データ選択部８３は、この発明の「選択手段」の一例である。

相関演算部８４は、スキャン対象となる複数の断面のうちの基準断面の断層画像データと、データ選択部８３により選択された基準断層画像データとの相関値を演算する。この演算処理としては、たとえば、特開平５−７５９２号公報、特開２００３−２３５８４０号公報、特開２００８−１３２０９４号公報に記載された手法など、従来の任意の手法を用いることが可能である。相関演算部８４は、この発明の「演算手段」の一例である。

相関判定部８５は、相関演算部８４により演算された相関値が閾値以下であるか否か判定する。この閾値は事前に設定されている。

表示制御部８６は、表示部１０を制御して各種情報を表示させる。特に、表示制御部８６は、相関演算部８４により演算された相関値や、相関判定部８５による判定結果に基づいて、超音波プローブ２の位置ずれに関する情報（位置ずれ情報）を表示させる。位置ずれ情報の例としては、相関値自身や、判定結果に基づく警告情報（位置ずれが大きい旨のメッセージ等）などがある。また、断層画像データに基づく画像とともに位置ずれ情報を表示させてもよい。

異常検出部８７は、心電計２０により検出される心電波形に基づいて、心臓の変動の異常を検出する。この処理は、たとえば、心電計２０から入力される心電波形を解析し、医学分野において認知されている各種の波形の異常に該当するか否か判定することにより実行できる。

異常検出部８７により異常が検出されると、制御部８は、超音波プローブ２等を制御して、上記の各基準断面における新たな基準断層画像データを生成させる。なお、基準断面は、被検体の心臓を基準に設定されるものではなく、超音波プローブ２によるスキャン位置に応じて決定される。たとえば、振動子部２ａを回転させつつ超音波スキャンを行う場合には、振動子部２ａの所定の基準位置からの回転角度（たとえば０度、９０度）として基準断面が設定される。

なお、超音波診断装置１は、この発明の「生成手段」の例として、超音波プローブ２、送受信部３、信号処理部４、データ記憶部５及び画像生成部６を含んでいる。また、超音波診断装置１は、この発明の「制御手段」として、スキャン制御部８１、相関判定部８５、異常検出部８７等を含んでいる。

[動作]
超音波診断装置１の動作について説明する。

〔第１の動作例〕
図３に示すフローチャートは、超音波診断装置１の動作の一例を表している。この動作例では、振動子部２ａが回転するタイプの経食道プローブを用いて心臓のＳＴＩＣを実施する場合について説明する。

まず、被検者の食道に超音波プローブ２を挿入して適当な位置に配置させる。この状態で、所定の基準断面における心臓の基準断層画像データを１心拍分（１心周期分）取得する（Ｓ１）。

この動作例では、図４に示すように、４つの基準断面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのそれぞれについて、１心拍分の断層画像データを取得する。基準断面Ａと基準断面Ｂ、基準断面Ｂと基準断面Ｃ、基準断面Ｃと基準断面Ｄ、および、基準断面Ｄと基準断面Ａは、それぞれ角度４５度を成して交差している。

基準断面Ａ〜Ｄのスキャンは、たとえば次のようにして実行される。心電計２０は、被検体の心電波形を取得して制御部８にリアルタイムで入力する。スキャン制御部８１は、たとえばＲ波が入力されるとともに基準断面Ａのスキャンを開始させ、次のＲ波が入力されるとともにスキャンを終了させる。スキャン制御部８１は、この間（ＲＲ間隔）に基準断面Ａを複数回スキャンする。それにより、異なる複数の時相の基準断層画像データが得られる。制御部８は、各基準断層画像データを得るためのスキャン時に入力された心電波形を参照することにより、各基準断層画像データに時相情報を対応づける。そして、制御部８は、時相情報が対応づけられた各基準断層画像データを、基準断面Ａの識別情報（基準断面情報）に対応づけて画像記憶部７に記憶させる。他の各基準断面Ｂ、Ｃ、Ｄについても同様にスキャンを行って異なる複数の時相の基準断層画像データを取得し、各基準断層画像データを時相情報及び基準断面情報に対応づけて画像記憶部７に記憶させる。

なお、各基準断面Ａ〜Ｄのスキャン態様は上記のものに限定されるものではない。たとえば、スキャンの開始や終了のタイミングは、心電波形を参照して決定される必要はなく、各基準断面Ａ〜Ｄのスキャンタイミングと心電波形（時相）とを対応づけることが可能な任意の手法を適用できる。

このようにして記憶される基準断層画像データのデータ構造の例を図５に示す。画像記憶部７には、各基準断面Ａ，Ｂ、Ｃ、Ｄに対応するフォルダ７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが記憶される。基準断面Ａのフォルダ７ａには、各時相ｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）に対応する基準断層画像データａｉが格納される（両側矢印は対応関係を表している）。他の各フォルダ７ｂ、７ｃ、７ｄについても同様である。

基準断層画像データが取得されたら本計測を開始する（Ｓ２）。本計測は、オペレータの指示（操作）に応じて開始するようにしてもよいし、基準断層画像データが取得されたことに対応して自動的に開始するようにしてもよい。

本計測は、たとえば次のようにして実行される。スキャン制御部８１は、必要に応じ、移動機構２ｂを制御して、所定のスキャン開始位置（たとえば基準断面Ａに相当する位置）に振動子部２ａを移動させる。このとき、スキャン開始位置において振動子部２ａが一定速度で回転するようにスキャン開始位置の直前の位置に振動子部２ａを移動させるようにしてもよい。また、心電計２０は、被検体の心臓の心電波形の検出を開始する。なお、ステップ１から継続して心電波形を検出するようにしてもよい。

スキャン制御部８１は、送受信部３を制御して振動子部２ａに超音波の送受信を開始させるとともに、移動機構２ｂを制御して振動子部２ａの回転を開始させる（Ｓ３）。この動作例では、図４に示す基準断面Ａからスキャンからスキャンを開始し、超音波プローブ２側から見て時計回りに振動子部２ａを回転させるものとする。それにより、基準断面Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、この順序でスキャンされる。なお、基準断面Ａ〜Ｄ以外の断面（たとえば基準断面Ａと基準断面Ｂとの間の断面）についてもスキャンを実行可能である。特に、３次元画像データを生成する場合には、基準断面Ａ〜Ｄ以外の断面についてもスキャンが行われる。

このように、スキャン制御部８１は、上記のように振動子部２ａを回転させつつ、基準断面Ａ〜Ｄを含む複数の断面（ここでは４つ以上の断面）を順次にスキャンさせる。それにより、これら複数の断面における断層画像データが順次に生成される（Ｓ４）。画像生成部６は、これら断層画像データを制御部８に順次に入力する。

時相特定部８２は、心電計２０から入力される心電波形に基づいて、各基準断面Ａ〜Ｄがスキャンされたときの心臓の時相を特定する（Ｓ５）。

次に、データ選択部８３は、画像記憶部７に記憶された基準断層画像データのうちから、時相特定部８２により特定された時相に対応する基準断層画像データを選択する（Ｓ６）。この処理は、前述の基準断面情報と時相情報とを照合することにより実行される。

続いて、相関演算部８４は、本計測で得られた基準断面の断層画像データと、データ選択部８３により選択された基準断層画像データとの相関値を演算する（Ｓ７）。

表示制御部８６は、演算された相関値を表示部１０に表示させる（Ｓ８）。このとき、ステップ１で得られた基準断層画像データに基づく画像や、本計測で得られた基準断層画像データに基づく画像を、相関値とともに表示させることも可能である。

また、基準断面Ａ〜Ｄに対応する４つの相関値のうちの任意のものを表示させることが可能である。たとえば、４つの相関値全てを表示させることもできるし、これらのうちから選択された相関値のみを表示させることもできる。後者の一例として、４つの相関値のうちの最小の相関値を選択的に表示させることができる。また、相関値が所定値（たとえば上記の閾値）以下の相関値のみを表示させるようにしてもよい。

また、所定値以下の相関値が存在する場合に、所定の警告情報を表示させるようにしてもよい。この警告情報の例としては、超音波プローブ２の位置ずれが大きい旨のメッセージや、好適な画像が取得されなかった旨のメッセージや、再計測を促すメッセージなどがある。

〔第２の動作例〕
図６に示すフローチャートを参照しつつ、超音波診断装置１の第２の動作例を説明する。

まず、第１の動作例と同様に、各基準断面Ａ〜Ｄにおける心臓の基準断層画像データを１心拍分取得する（Ｓ１１）。

本計測が開始されると（Ｓ１２）、スキャン制御部８１は、超音波の送受信及び振動子部２ａの回転を開始させる（Ｓ１３）。それにより、基準断面Ａ〜Ｄを含む複数の断面の断層画像データが順次に生成される（Ｓ１４）。

各基準断面Ａ〜Ｄがスキャンされる度に、つまり基準断面の断層画像データが生成される度に、時相特定部８２は、当該基準断面がスキャンされたときの心臓の時相を特定し（Ｓ１５）、データ選択部８３は、特定された時相に対応する基準断層画像データを選択する（Ｓ１６）。

更に、相関演算部８４は、本計測で得られた当該基準断面の断層画像データと、選択された基準断層画像データとの相関値を演算する（Ｓ１７）。相関判定部８５は、この相関値が閾値以下であるか判定する（Ｓ１８）。ここで、相関値の演算結果や判定結果を表示させることが可能である。

所定のスキャン終了位置（上記スキャン開始位置から振動子部２ａを１８０度回転させた位置）までスキャンする間に、相関値が閾値以下であると判定された場合（Ｓ１８：Ｙｅｓ）、スキャン制御部８１は、送受信部３及び移動機構２ｂを制御して各基準断面Ａ〜Ｄを再度スキャンさせる。それにより、各基準断面Ａ〜Ｄにおける新たな基準断層画像データが生成される（Ｓ１９）。

続いて、スキャン制御部８１は、移動機構２ｂを制御し、ステップ１７で演算された相関値に対応する基準断面の１つ前の基準断面の直前の断面まで超音波のスキャン位置を戻す（Ｓ２０）。そして、スキャン制御部８１は、当該スキャン位置からスキャンを再開させる。それにより、複数の断面の断層画像データの生成が再開される（Ｓ２１）。

ここで、図７を参照しつつステップ２０、２１の処理の例を説明する。基準断面Ｄにおける相関値が閾値以下であると判定されたものとする。判定処理は基準断面Ｄのスキャンの後に為されるので、当該判定結果は基準断面Ｄ以降の断面位置をスキャンしているときに得られる。ここでは、図７（Ａ）に示すように、基準断面Ｄと基準断面Ａとの間にスキャン位置Ｈがあるときに判定結果が得られたものとする。

この判定結果を受けて、スキャン制御部８１は、図７（Ｂ）に示すように、基準断面Ｄの１つ前の基準断面Ｃの直前の断面位置（再開位置）までスキャン位置Ｈを戻す。このとき、図７に示す方向、つまり、それまでのスキャン位置Ｈの回転方向に沿ってスキャン位置Ｈを再開位置に移動させてもよいし、これとは逆方向にスキャン位置Ｈを回転させて再開位置に移動させてもよい。

なお、基準断面Ｄにおいて相関値が閾値以下となったということは、基準断面Ｃと基準断面Ｄとの間において超音波プローブ２の位置ずれが発生したことを意味する。したがって、少なくとも基準断面Ｃまで戻ってスキャンを再開することが望ましい。また、基準断面Ｃと再開位置との間の領域（重複領域）は、複数の３次元画像データを貼り合わせるときの「のりしろ」として利用できる（後述）。更に、スキャン再開後に振動子部２ａの回転速度が基準断面Ｃ以前に一定になるだけの余裕を持たせるように再開位置を設定することが望ましい。すなわち、再開位置は、３次元画像データの貼り合わせの精度や、移動機構２ｂが振動子部２ａに印可するトルクなどを考慮して決定することができる。

一方、相関値が閾値以下であると判定されなかった場合（Ｓ１８：Ｎｏ）、すなわち相関値が閾値を超えると判定された場合、ステップ１９〜２１を経ずにステップ２２に移行する。

スキャン制御部８１は、被検体の検査対象領域（たとえばＲＯＩ）のスキャンが終了したか否か判断する（Ｓ２２）。この処理は、たとえば、ステップ１８において「Ｙｅｓ」と判定されずに振動子部２ａが１回転（つまり１８０度回転）されたか否かを判定することにより行うことができる。

スキャンが再開され（Ｓ２１）、かつ、スキャンが終了していないと判断された場合（Ｓ２２：Ｎｏ）、新たな基準断面を含む複数の断面についての断層画像データ（新たな断層画像データ）を順次に生成し（Ｓ１４）、新たな基準断面がスキャンされたときの心臓の時相を特定し（Ｓ１５）、特定された時相に対応する新たな基準断層画像データを選択し（Ｓ１６）、基準断面の新たな断層画像データと新たな基準断層画像データとの相関値を演算する（Ｓ１７）。以降、上記と同様にステップ１８〜２２の処理を実行する。このようにして生成された複数の断層画像データは画像記憶部７に記憶される。

他方、相関値が閾値を超えると判断され（Ｓ１８：Ｎｏ）、かつ、スキャンが終了していないと判断された場合（Ｓ２２：Ｎｏ）、ステップ２２で「Ｙｅｓ」と判断されるまで、つまり検査対象領域のスキャンが終了するまで、上記と同様にステップ１４〜ステップ２２の処理を実行する。このようにして生成された複数の断層画像データは画像記憶部７に記憶される。

検査対象領域のスキャンが終了すると（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、画像生成部６は、生成された複数の断層画像データを読み出して３次元部分画像データを生成する（Ｓ２３）。３次元部分画像データは、従来のボリュームデータの生成処理と同様に、当該３次元部分画像データの相当領域に含まれる断層画像データ群に基づいて生成される。

３次元部分画像データは、検査対象領域の少なくとも一部（全体でもよい）の形態や機能を表す画像データである。ステップ１８において少なくとも一度は「Ｙｅｓ」と判定された場合、「Ｙｅｓ」と判定された回数に１を足した個数の３次元部分画像データが生成される。これら３次元部分画像データは、検査対象領域の異なる部分（一部重複している：上記重複領域）の形態等を表す画像データである。一方、ステップ１８において一度も「Ｙｅｓ」と判定されなかった場合には、検査対象領域全体を表す一つの３次元画像データが生成される。このようにして生成された３次元（部分）画像データは画像記憶部７に記憶される。

ステップ１８において少なくとも一度は「Ｙｅｓ」と判定された場合、３Ｄ画像データ合成部１３は、複数の３次元部分画像データを画像記憶部７から読み出し、これらを合成して検査対象領域全体の３次元画像データを生成する（Ｓ２４）。この合成処理は、たとえば、上記重複領域における画像データの相関値が最大になるように、隣接する３次元部分画像データ同士を貼り合わせることにより実行される。なお、ステップ１８において一度も「Ｙｅｓ」と判定されなかった場合には、ステップ２４を実行する必要はない。

画像生成部６は、検査対象領域全体の３次元画像データ（ボリュームデータ）をレンダリングして、表示用の３次元画像データを生成する。表示制御部８６は、この３次元画像データに基づく画像を表示部１０に表示させる（Ｓ２５）。

ここで、ステップ１８において少なくとも一度は「Ｙｅｓ」と判定された場合の処理の一例を説明する。この場合、検査対象領域の複数の部分領域のそれぞれについて、断層画像データ群が得られる。各断層画像データ群は、相関値が閾値以下と判定された基準断面とその１つ前の基準断面の直前の断面とに挟まれた領域における複数の断層画像データを含んでいる。画像生成部６は、各部分領域について、当該断層画像データ群に基づいて３次元部分画像データを生成する。３Ｄ画像データ合成部１３は、これら複数の３次元部分画像データを貼り合わせて検査対象領域全体の３次元画像データを生成する。

一例として、図７に示す場合について説明する。ここで、基準断面Ｄにおいてのみ「Ｙｅｓ」と判定されたとする。この場合、基準断面Ａと基準断面Ｃとに挟まれた領域における断層画像データ群（第１の断層画像データ群）と、基準断面Ｃの直前の断面位置（上記再開位置）と基準断面Ｄとに挟まれた領域における断層画像データ群（第２の断層画像データ群）とが得られる。ここで、再開位置と基準断面Ｃとに挟まれた領域は、上記重複領域に相当する。

画像生成部６は、第１の断層画像データ群に基づいて３次元部分画像データ（第１の３次元画像データ）を生成し、第２の断層画像データ群に基づいて３次元部分画像データ（第２の３次元画像データ）を生成する。３Ｄ画像データ合成部１３は、第１の３次元画像データの重複領域の画像データと、第２の３次元画像データの重複領域の画像データと位置関係を変更しつつ相関値を演算し、相関値が最大になるような位置関係を決定する。そして、３Ｄ画像データ合成部１３は、決定された位置関係で各々の重複領域の画像データを貼り合わせるようにして、第１の３次元画像データと第２の３次元画像データとを合成する。それにより、検査対象領域全体の３次元画像データが生成される。

上記処理において、相関値が所定値以上になるように重複領域の画像データの位置関係を決定するようにしてもよい。また、指定された画像領域について相関値を演算することにより位置関係を決定するように構成することも可能である。たとえば、重複領域のうち、心臓の輪郭部分（心臓壁に相当する画像領域）だけを相関値の演算対象領域に指定することができる。また、１つ以上の所定形状の領域（たとえば矩形領域）を指定するようにしてもよい。

逆に、相関値の演算対象に含めたくない画像領域を指定し、その指定領域を重複領域から除外して相関値を演算するようにしてもよい。この除外対象としては、たとえば動きの大きい心臓弁に相当する画像領域などがある。また、１つ以上の所定形状の領域（たとえば矩形領域）を除外対象として指定するようにしてもよい。

なお、画像領域の指定は、オペレータが手作業で行ってもよいし、画像データを解析して自動的に行うようにしてもよい。前者の場合、たとえば、断層画像データ群や３次元部分画像データに基づく画像を表示部１０に表示させ、この表示画像中の所望の領域を操作部１１を用いて指定することが可能である。

上記第１の動作例や第２の動作例において、特に基準断層画像データを取得する際に、異常拍動の検出を行い、異常が検出されたときに、基準断層画像データを取り直すように構成することが可能である。異常拍動の検出は、異常検出部８７により行う。それにより、異常な状態の基準断層画像データを使用することにより、３次元画像データの生成処理や合成処理の精度や確度の向上を図ることができ、更には画像診断の精度や確度の向上を図ることができる。

[作用・効果]
この実施形態に係る超音波診断装置１の作用及び効果を説明する。

超音波診断装置１は、周期的に変動する体内部位の変動状態を参照しつつ、体内部位の基準断面における複数の時相の基準断層画像データをそれぞれ生成し、生成された各基準断層画像データと時相とを対応付けて記憶する。更に、超音波診断装置１は、基準断面を含む複数の断面における断層画像データを順次に生成する。このとき、超音波診断装置１は、体内部位の変動状態に基づいて、基準断面が超音波スキャンされたときの体内部位の時相を特定し、特定された時相に対応する基準断層画像データを、記憶された複数の基準断層画像データのうちから選択する。そして、超音波診断装置１は、基準断面の断層画像データと選択された基準断層画像データとの相関値を演算し、この相関値に基づいて超音波プローブ２の位置ずれに関する情報を呈示する。

このように作用する超音波診断装置１によれば、基準断面における画像データの相関値を逐次に求めて超音波プローブ２の位置ずれに関する情報を呈示できるので、超音波スキャン中における超音波プローブ２の位置ずれを簡便に検出することが可能である。このように超音波プローブ２の位置ずれに関する客観的な情報を逐次に呈示することにより、超音波プローブ２の位置ずれが発生した状態で検査を行ってしまう事態を回避でき、画像診断の精度や確度の向上を図ることが可能である。

また、超音波診断装置１は、演算された相関値が閾値以下であるか否か判定し、閾値以下であると判定された場合には、基準断面における新たな前記基準断層画像データを生成するように作用する。それにより、超音波プローブ２の位置ずれが発生した場合であっても、検査を円滑に行うことが可能となる。

また、超音波診断装置１は、各基準断面における各時相の基準断層画像データを生成する。更に、超音波診断装置１は、複数の断面の断層画像データを順次に生成するときに、各基準断面がスキャンされたときの時相を特定し、各基準断面についての基準断層画像データを選択し、各基準断面についての相関値を演算する。そして、超音波診断装置１は、相関値が閾値以下であると判定された場合に、各基準断面における新たな基準断層画像データを生成し、更に、当該相関値に対応する基準断面の１つ前の基準断面の直前の断面までスキャン位置を戻して複数の断面の断層画像データの生成を再開する。それにより、超音波プローブ２の位置ずれが発生した場合であってもスムースに検査を再開できる。

また、超音波診断装置１は、相関値が閾値以下と判定されたときに、当該基準断面と上記直前の断面とに挟まれた領域における断層画像データ群に基づいて第１の３次元画像データを生成するとともに、上記１つ前の基準断面と更に前の基準断面とに挟まれた領域における断層画像データ群に基づいて第２の３次元画像データを生成する。更に、超音波診断装置１は、上記１つ前の基準断面と上記直前の断面との間の領域（重複領域）における画像データの相関値が最大になるように、第１の３次元画像データと第２の３次元画像データとを合成する。それにより、検査対象領域全体の３次元画像データが生成される。このような超音波診断装置１によれば、隣接する３次元画像データを高確度、高精度で位置あわせすることができ、画像診断の確度や精度の向上を図ることが可能である。

この発明に係る超音波診断装置の実施の形態の概略構成の一例を表すブロック図である。 この発明に係る超音波診断装置の実施の形態の概略構成の一例を表すブロック図である。 この発明に係る超音波診断装置の実施形態の動作の一例を表すフローチャートである。 この発明に係る超音波診断装置の実施形態における基準断面の一例を表す概略図である。 この発明に係る超音波診断装置の実施形態における基準断層画像データの記憶態様の一例を表す概略図である。 この発明に係る超音波診断装置の実施形態の動作の一例を表すフローチャートである。 この発明に係る超音波診断装置の実施形態の動作の一例を説明するための概略図である。

符号の説明

１ 超音波診断装置
２ 超音波プローブ
２ａ 振動子部
２ｂ 移動機構
３ 送受信部
４ 信号処理部
５ データ記憶部
６ 画像生成部
７ 画像記憶部
８ 制御部
８１ スキャン制御部
８２ 時相特定部
８３ データ選択部
８４ 相関演算部
８５ 相関判定部
８６ 表示制御部
８７ 異常検出部
９ ユーザインターフェイス
１０ 表示部
１１ 操作部
１２ 画像処理部
１３ ３Ｄ画像データ合成部
２０ 心電計

Claims (6)

1. 周期的に変動する体内部位の変動状態を検出する検出手段と、
   前記体内部位を超音波でスキャンする超音波プローブを含み、当該スキャン結果に基づいて断層画像データを生成する生成手段と、
   前記検出される変動状態を参照しつつ、前記体内部位の所定の基準断面における、前記変動の１周期に含まれる複数の時相のそれぞれの基準断層画像データを前記生成手段に生成させる制御手段と、
   該生成された各基準断層画像データと時相とを対応付けて記憶する記憶手段と、
   前記所定の基準断面を含む複数の断面における断層画像データが前記生成手段によって順次に生成されるときに、前記検出手段により検出される変動状態に基づいて、前記所定の基準断面が前記超音波でスキャンされたときの前記体内部位の時相を特定する特定手段と、
   前記記憶された複数の基準断層画像データのうちから、前記特定された時相に対応する基準断層画像データを選択する選択手段と、
   前記複数の断面のうちの前記所定の基準断面の断層画像データと、前記選択された基準断層画像データとの相関値を演算する演算手段と、
   前記演算された相関値に基づいて前記超音波プローブの位置ずれに関する情報を呈示する呈示手段と、
   を備えることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記制御手段は、前記演算された相関値が閾値以下であるか否か判定し、前記閾値以下であると判定された場合に、前記生成手段を制御して、前記所定の基準断面における新たな前記基準断層画像データを生成させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記所定の基準断面は、複数の基準断面を含み、
   前記制御手段は、各基準断面における前記複数の時相のそれぞれの基準断層画像データを前記生成手段に生成させ、
   前記複数の断面の断層画像データが前記生成手段により順次に生成されているとき、前記各基準断面が前記超音波でスキャンされる度に、前記特定手段は当該基準断面がスキャンされたときの時相を特定し、前記選択手段は当該基準断面についての前記基準断層画像データを選択し、前記演算手段は当該基準断面についての前記相関値を演算し、前記制御手段は当該相関値が前記閾値以下であるか判定し、
   当該相関値が前記閾値以下であると判定された場合、前記制御手段は、前記生成手段を制御し、前記各基準断面における前記新たな基準断層画像データを生成させ、更に、当該相関値に対応する基準断面の１つ前の基準断面の直前の断面まで前記超音波のスキャン位置を戻して前記複数の断面の断層画像データの生成を再開させる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波診断装置。
4. 前記生成手段は、前記制御手段により前記閾値以下と判定されたときに、当該基準断面と前記直前の断面とに挟まれた領域における断層画像データ群に基づいて第１の３次元画像データを生成するとともに、前記１つ前の基準断面と更に前の基準断面とに挟まれた領域における断層画像データ群に基づいて第２の３次元画像データを生成し、
   前記１つ前の基準断面と前記直前の断面との間における画像データの相関値が最大になるように、前記第１の３次元画像データと第２の３次元画像データとを合成する合成手段を備える、
   ことを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記制御手段は、前記検出手段により検出される変動状態に基づいて前記変動の異常を検出し、前記異常が検出されたときに、前記生成手段を制御して、前記所定の基準断面における新たな前記基準断層画像データを生成させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
6. 前記超音波プローブは、複数の超音波振動子と、前記複数の超音波振動子を移動させて超音波によるスキャン位置を変更する移動機構とを備え、
   前記所定の基準断面は、前記移動される前記複数の超音波振動子の位置により決定される、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。

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