JP2013121453A - 超音波診断装置及び画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元の血流の速度情報をカラー表示する際に実際の奥行き感で表現することができる超音波診断装置及び画像処理装置を提供すること。
【解決手段】実施の形態の超音波診断装置においては、重み付け処理部は、被検体に対して３次元的に送信された超音波が被検体内に含まれる流体にて反射された反射波信号それぞれから算出された各パワーデータに対して、３次元画像を生成する際の視点位置からの距離に応じた重み付けを行う。正規化処理部は、重み付けが行われた各パワーデータに対して所定の正規化処理を行う。乗算器は、反射波信号それぞれから算出された各速度データに、同一位置の正規化処理済みのパワーデータを乗算する。第１レンダリング処理部は、乗算処理済みの速度データに対してレンダリング処理を行うとともに、速度データに基づいて色付けを行うことで３次元画像を生成する。
【選択図】図３

Description

本発明の実施の形態は、超音波診断装置及び画像処理装置に関する。

従来、超音波診断装置は、超音波プローブから超音波を送信し、被検体の内部組織から反射された反射波信号を受信することによって、被検体内の組織構造の断層像（Ｂモード画像）を生成して表示する。さらに、従来の超音波診断装置は、超音波のドプラ効果を利用して被検体内の血流が存在する範囲とともに、血流の速度、分散、パワー等の血流情報を色によって識別可能に表示するカラードプラ画像を生成して表示する。

また、近年、超音波診断装置においては、３次元のボリュームデータを収集する超音波診断装置が実用化されている。かかる超音波診断装置は、収集したボリュームデータに対してボリュームレンダリングを行うことで３次元の情報を反映した２次元画像を作成し、作成した２次元画像をモニタ上に表示する。例えば、超音波診断装置は、３次元の情報を反映したＢモード画像や、カラードプラ画像を生成して、表示する。

また、近年、複数の視点から撮影された多視差画像を表示することで立体視可能な画像を表示するモニタが実用化されており、観察者がモニタに表示された画像を立体的に認識することができるようになった。しかしながら、従来のレンダリング処理では、３次元の血流の速度情報をカラー表示する際に、実際の奥行き感で表現することが困難であった。

特開２００２−１３６５１９号公報

本発明が解決しようとする課題は、３次元の血流の速度情報をカラー表示する際に、実際の奥行き感で表現することができる超音波診断装置及び画像処理装置を提供することである。

実施の形態の超音波診断装置は、重み付け手段と、正規化手段と、乗算手段と、第１レンダリング処理手段とを備える。重み付け手段は、被検体に対して３次元的に送信された超音波が前記被検体内に含まれる流体にて反射された反射波信号それぞれから算出された各パワーデータに対して、３次元画像を生成する際の視点位置からの距離に応じた重み付けを行う。正規化手段は、重み付けが行われた各パワーデータに対して所定の正規化処理を行う。乗算手段は、前記反射波信号それぞれから算出された各速度データに、同一位置の正規化処理済みのパワーデータを乗算する。第１レンダリング処理手段は、乗算処理済みの速度データに対してレンダリング処理を行うとともに、当該速度データに基づいて色付けを行うことで、前記３次元画像を生成する。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。 図２Ａは、従来技術に係る課題を説明するための第１の図である。 図２Ｂは、従来技術に係る課題を説明するための第２の図である。 図２Ｃは、従来技術に係る課題を説明するための第３の図である。 図３は、第１の実施形態に係る画像生成部の構成の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係る重み付け処理部による処理を説明するための図である。 図５は、第１の実施形態に係る正規化処理部による処理の一例を説明するための図である。 図６は、第１の実施形態に係る第１レンダリング処理部によって生成されるカラードプラ画像の一例を示す図である。 図７は、第１の実施形態に係る超音波診断装置による処理の手順を示すフローチャートである。 図８は、第２の実施形態に係る画像生成部の構成の一例を示す図である。 図９Ａは、一般的な血流の特性を説明するための図である。 図９Ｂは、第２の実施形態に係るＭＩＰ処理部による処理の一例を説明するための図である。 図１０は、第２の実施形態に係る超音波診断装置による処理の手順を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
まず、本実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る超音波診断装置１の構成を説明するための図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、超音波プローブ１１と、入力装置１２と、モニタ１３と、装置本体１００とを有する。

超音波プローブ１１は、複数の圧電振動子を有し、これら複数の圧電振動子は、後述する装置本体１００が有する送受信部１１０から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ１１は、被検体Ｐからの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ１１は、圧電振動子に設けられる整合層と、圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材などを有する。なお、超音波プローブ１１は、装置本体１００と着脱自在に接続される。

超音波プローブ１１から被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ１１が有する複数の圧電振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁などの表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。

ここで、本実施形態は、１次元超音波プローブの複数の圧電振動子を機械的に揺動する超音波プローブ１１や複数の圧電振動子が格子状に２次元で配置された２次元超音波プローブである超音波プローブ１１により、被検体Ｐを３次元でスキャンする。

入力装置１２は、装置本体１００と接続され、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボールなどを有する。かかる入力装置１２は、超音波診断装置１の操作者からの各種設定要求を受け付け、受け付けた各種設定要求を装置本体１００に転送する。例えば、入力装置１２は、関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）の設定要求や、カラーゲインの設定要求、ボリュームレンダリング処理を行う際の視点位置の設定要求を操作者から受け付ける。

モニタ１３は、超音波診断装置１の操作者が入力装置１２を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、装置本体１００において生成された超音波画像などを表示したりする。具体的には、モニタ１３は、後述する画像生成部１３０から入力されるビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報や血流情報を画像として表示する。

なお、モニタ１３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）、プラズマ、ＯＬＥＤ（Organic light Emitting Diode）及びＬＥＤ（Light Emitting Diode）などのモニタであってもよい。また、モニタ１３は、レンチキュラーレンズ等の光線制御子を用いることで、例えば、９視差画像等の多視差画像を観察者が裸眼にて立体視可能とする立体表示モニタであってもよい。さらに、モニタ１３は、２視差画像を表示することで、両眼視差による立体視を可能とする立体表示モニタであってもよい。例えば、２視差モニタとしては、シャッター方式により立体表示を行なう立体表示モニタや、偏光メガネ方式により立体表示を行なう装置、視差バリア方式により立体表示を行なう装置等がある。

装置本体１００は、超音波プローブ１１が受信した反射波に基づいて超音波画像を生成する装置である。かかる装置本体１００は、図１に示すように、送受信部１１０と、信号処理部１２０と、画像生成部１３０と、画像メモリ１４０と、内部記憶部１５０と、制御部１６０とを有する。

送受信部１１０は、トリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路などを有し、超音波プローブ１１に駆動信号を供給する。パルサ回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、遅延回路は、超音波プローブ１１から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルサ回路が発生する各レートパルスに対し与える。また、トリガ発生回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１１に駆動信号（駆動パルス）を印加する。すなわち、遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面からの送信方向を任意に調整する。

なお、送受信部１１０は、後述する制御部１６０の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧などを瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、または、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。

また、送受信部１１０は、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器などを有し、超音波プローブ１１が受信した反射波信号に対して各種処理を行なって反射波データを生成する。アンプ回路は、反射波信号をチャンネルごとに増幅してゲイン補正処理を行なう。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正された反射波信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータに受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、Ａ／Ｄ変換器によって処理された反射波信号の加算処理を行なって反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

信号処理部１２０は、送受信部１１０からゲイン補正処理、Ａ／Ｄ変換処理および加算処理が行なわれた処理済み反射波信号である反射波データを受信する。そして、信号処理部１２０は、対数増幅、包絡線検波処理などを行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。

また、信号処理部１２０は、送受信部１１０から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワーなどの移動体情報を多点について抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。

より具体的には、信号処理部１２０は、組織ドプラ法（ＴＤＩ：Tissue Doppler Imaging）及びカラードプラ法（ＣＤＩ:Color Doppler Imaging）を実行可能な処理部である。すなわち、信号処理部１２０は、走査範囲内にある組織の運動情報（組織運動情報）を取得して、組織の動態を示す組織ドプラ画像を生成するための組織ドプラデータを生成する処理部である。また、信号処理部１２０は、走査範囲内にある血流の運動情報（血流運動情報）を取得して、血流の動態を示すカラードプラ画像を生成するためのカラードプラデータを生成する処理部である。

なお、第１の実施形態に係る信号処理部１２０は、２次元の反射波データおよび３次元の反射波データの両方について処理可能である。すなわち、第１の実施形態に係る信号処理部１２０は、３次元の反射波データから３次元のＢモードデータを生成することができる。また、第１の実施形態に係る信号処理部１２０は、３次元の反射波データから３次元のドプラデータを生成することができる。

画像生成部１３０は、信号処理部１２０が生成したデータから超音波画像を生成する。すなわち、画像生成部１３０は、信号処理部１２０が生成したＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像を生成する。なお、画像生成部１３０は、信号処理部１２０が生成した３次元のＢモードデータから、３次元のＢモード画像を生成することも可能である。

また、画像生成部１３０は、信号処理部１２０が生成したドプラデータから移動体情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。なお、画像生成部１３０は、信号処理部１２０が生成した３次元のドプラデータから、３次元のカラードプラ画像を生成することも可能である。また、画像生成部１３０は、超音波画像に、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディーマークなどを合成した合成画像を生成することもできる。

ここで、画像生成部１３０は、一般的には、超音波走査の走査線信号列を、テレビなどに代表されるビデオフォーマットの走査線信号列に変換（スキャンコンバート）し、表示用画像としての超音波画像を生成する。具体的には、画像生成部１３０は、超音波プローブ１１による超音波の走査形態に応じて座標変換や、補間処理を行なうことで、表示用画像としての超音波画像を生成する。また、画像生成部１３０は、スキャンコンバート以外に種々の画像処理として、例えば、スキャンコンバート後の複数の画像フレームを用いて、輝度の平均値画像を再生成する画像処理（平滑化処理）や、画像内で微分フィルタを用いる画像処理（エッジ強調処理）などを行なう。

画像メモリ１４０は、画像生成部１３０が生成した超音波画像を記憶するメモリである。また、画像メモリ１４０は、信号処理部１２０が生成したデータを記憶することも可能である。 また、画像メモリ１４０は、画像生成部１３０の処理結果を記憶する。

内部記憶部１５０は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見など）や、診断プロトコルや各種ボディーマークなどの各種データを記憶する。また、内部記憶部１５０は、必要に応じて、画像メモリ１４０が記憶する画像の保管などにも使用される。

さらに、内部記憶部１５０は、外部装置から転送された各種医用画像の保管にも使用される。具体的には、内部記憶部１５０は、外部装置から転送された画像データを記憶する。例えば、内部記憶部１５０は、他の超音波診断装置にて生成された画像データを記憶する。また、内部記憶部１５０が記憶するデータは、インターフェースを経由して、外部の周辺装置（外部装置）へ転送することができる。

なお、本実施形態は、操作者が所望する画像データがフレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read Only Memory）、ＭＯ（Magneto Optical）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの記憶媒体を介して、内部記憶部１５０に格納される場合であっても適用可能である。また、本実施形態は、操作者が所望する画像データを記憶する記憶装置が、内部記憶部１５０以外に設置される場合であっても適用可能である。

制御部１６０は、情報処理装置（計算機）としての機能を実現する制御プロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）であり、超音波診断装置１の処理全体を制御する。具体的には、制御部１６０は、入力装置１２を介して操作者から入力された各種設定要求や、内部記憶部１５０から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送受信部１１０、信号処理部１２０及び画像生成部１３０の処理を制御する。また、制御部１６０は、画像メモリ１４０が記憶する超音波画像や、内部記憶部１５０が記憶する各種画像、又は、画像生成部１３０による処理を行なうためのＧＵＩ、画像生成部１３０の処理結果などをモニタ１３にて表示するように制御する。また、制御部１６０は、操作者から入力装置１２を介して受け付けた画像データが外部装置からネットワーク及びインターフェースを介して内部記憶部１５０に転送されるように制御する。

以上、第１の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係る超音波診断装置は、以下、詳細に説明する画像生成部１３０の処理により、３次元の血流の速度情報をカラー表示する際に、実際の奥行き感で表現することができる超音波診断装置及び画像処理装置を提供することができるように構成されている。

ここで、まず、従来技術において、３次元の血流の速度情報をカラー表示する際に、実際の奥行き感で表現することが困難であることについて、図２Ａ〜２Ｃを用いて説明する。図２Ａは、従来技術に係る課題を説明するための第１の図である。図２Ａにおいては、血流の速度をカラー表示する際に、超音波プローブに近づく方向に流れている血流を赤で示し、超音波プローブから遠ざかる方向に流れている血流を青で示し、流速が速いほど高輝度で表現する３次元のカラードプラ画像を示す。例えば、従来技術においては、血流の速度によって色の明るさを変化させていることから、図２Ａの矢印２１血流と矢印２２の血流とに示すように、実際にどちらの血流が手前に位置し、どちらの血流が後方に位置するのかが明確ではなく、奥行き感が表現されていない。

図２Ｂは、従来技術に係る課題を説明するための第２の図である。図２Ｂにおいては、血流のパワー画像を血流方向で色付けしたＡＤＦ（Advanced Dynamic Flow）の図を示す。例えば、従来技術においては、図２Ｂに示すように、血流方向で色付けされているため同色系の色で濃淡がなく、カラー画像の奥行き感が表現されていない。

図２Ｃは、従来技術に係る課題を説明するための第３の図である。図２Ｃにおいては、従来技術によりカラー表示した血流速度が同程度の２本の血流を示す。例えば、従来技術では、血流速度が同程度の場合には、図２Ｃに示すように、画像の奥行き感が表現されないため、血流２３及び血流２４が相互にどのような位置関係になっているのかを把握することができない。

上述したように、従来技術においては、カラー画像を３次元表示させて立体視させようとした場合であっても、奥行き方向で色の変化がないため、奥行き感が表現できず、いわゆる、書き割り現象が生じてしまう。これは、例えば、複数の視点から撮影された多視差画像を表示することで、立体視可能な画像を表示するモニタを用いても同様に生じてしまう。書き割り現象について図２Ｃを用いて説明すると、血流２３及び血流２４の位置関係として、実際には、血流２３が血流２４の前面にある部分と背面にある部分とが混在しているにも関わらず、血流２３と血流２４とが同一平面上、或いは、異なる平面上に位置しているように見えてしまう。

そこで、本実施形態では、以下に詳細に記載する画像生成部１３０の処理により、３次元の血流の速度情報をカラー表示する際に、実際の奥行き感で表現することができる超音波診断装置及び画像処理装置を提供することを可能にする。

図３は、第１の実施形態に係る画像生成部１３０の構成の一例を示す図である。画像生成部１３０は、図３に示すように、レンダリング処理部１３１を有する。レンダリング処理部１３１は、図３に示すように、重み付け処理部１３１ａと、正規化処理部１３１ｂと、乗算器１３１ｃと、第１レンダリング処理部１３１ｄとを有する。

重み付け処理部１３１ａは、被検体に対して超音波を３次元的に送信され、被検体内に含まれる流体にて反射された反射波信号それぞれから算出された各パワーデータに対して、３次元画像を生成する際の視点位置からの距離に応じた重み付けを行う。具体的には、重み付け処理部１３１ａは、図３に示すように、信号処理部１２０によって算出されたパワーデータに対して視点位置からの距離に応じた重み付けを行うことで、パワーデータに奥行き方向の情報を反映させる。

図４は、第１の実施形態に係る重み付け処理部１３１ａによる処理を説明するための図である。図４においては、被検体を超音波で３次元走査することにより取得された３次元データ２００を示す。また、図４の点３０は、３次元画像を生成する際の視点位置を示す。また、図４の点３１及び点３２は、反射波信号が得られた位置であるサンプル点を示す。

例えば、重み付け処理部１３１ａは、サンプル点３１のパワーデータに対して、距離３１ａに応じた重み付けを行う。また、重み付け処理部１３１ａは、サンプル点３２のパワーデータに対して、距離３２ａに応じた重み付けを行う。同様に、重み付け処理部１３１ａは、３次元データ２００に含まれる全てのサンプル点のパワーデータに対して、視点位置３０からの距離に応じた重み付けを行う。

図３に戻って、正規化処理部１３１ｂは、重み付けが行われた各パワーデータに対して任意の正規化処理を行う。図５は、第１の実施形態に係る正規化処理部１３１ｂによる処理の一例を説明するための図である。図５においては、視点位置からの距離の最小値を０、最大値を１とした場合の正規化を示す。例えば、正規化処理部１３１ｂは、図５の直線３３に示すように、重み付けが行われた各パワーデータに対して線形変換を行う。或いは、正規化処理部１３１ｂは、図５の曲線３４に示すように、重み付けが行われた各パワーデータに対してＳ字形状となる変換処理を行う。

図３に戻って、乗算器１３１ｃは、反射波信号それぞれから算出された各速度データに、当該反射波信号それぞれで正規化処理が行われたパワーデータをそれぞれ乗算する。具体的には、乗算器１３１ｃは、図３に示すように、信号処理部１２０によって算出された速度データに、正規化処理部１３１ｂによって正規化された同一サンプル点のパワーデータを重畳させる。

例えば、乗算器１３１ｃは、図４に示すサンプル点３１の速度データに、サンプル点３１の正規化処理後のパワーデータを重畳させる。同様に、乗算器１３１ｃは、３次元データ２００に含まれる全てのサンプル点について、それぞれ速度データに正規化処理後のパワーデータを重畳させる。

第１レンダリング処理部１３１ｄは、パワーデータが乗算された速度データに基づいて色付けを行った３次元画像を生成する。具体的には、第１レンダリング処理部１３１ｄは、図３に示すように、乗算器１３１ｃによってパワーデータが乗算された速度データを用いてレンダリング処理を行うことで、カラードプラ画像を生成する。ここで、第１レンダリング処理部１３１ｄは、レンダリング処理として、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection：最大値投影法）処理、或いは、ボリュームレンダリング処理を実行する。

なお、ＭＩＰ処理とは、３次元データにおいて、視点位置から放射状に発せられた視線上の各値で最大値を用いるレンダリング方法である。また、ボリュームレンダリング処理とは、視点からの光線が各ボクセルを通過する際の減衰および陰影の状況を考慮して、各ボクセル値に基づく不透明度とシェーディング値を算出した後、不透明度とシェーディング値の乗算演算を視点から投影方向に連続的に行って、３次元の情報を反映させた投影面の２次元画像を生成するレンダリング方法である。

すなわち、第１レンダリング処理部１３１ｄは、以下に示す式（１）又は式（２）の処理のうちのどちらかを実行する。なお、以下の式におけるＶ（ｄ）は速度データを示し、Ｐ（ｄ）はパワーデータを示し、Ｗｔ（ｄ）は重み付けを示し、ｄは奥行きを示す。また、ＶＲはボリュームレンダリング処理を示し、ＭＩＰはＭＩＰ処理を示す。

[Ｖ（ｄ）×｜Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）｜]_VR …（１）

[Ｖ（ｄ）×｜Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）｜]_MIP …（２）

式（１）に示すように、第１レンダリング処理部１３１ｄは、パワーデータ「Ｐ（ｄ）」に重み付け「Ｗｔ（ｄ）」が乗算された「Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）」に対して正規化された「｜Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）｜」を、速度データ「Ｖ（ｄ）」に乗算させたカラードプラデータ[Ｖ（ｄ）×｜Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）｜]に対してボリュームレンダリング処理を実行する。

或いは、式（２）に示すように、第１レンダリング処理部１３１ｄは、パワーデータ「Ｐ（ｄ）」に重み付け「Ｗｔ（ｄ）」が乗算された「Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）」に対して正規化された「｜Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）｜」を、速度データ「Ｖ（ｄ）」に乗算させたカラードプラデータ[Ｖ（ｄ）×｜Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）｜]に対してＭＩＰ処理を実行する。

ここで、第１レンダリング処理部１３１ｄは、レンダリング処理を実行するとともに、奥行き方向の情報が反映されたパワーデータが重畳された速度データに基づいて、色付けを行う。ここで、第１レンダリング処理部１３１ｄは、奥行き情報が反映された速度データの速度マップを用いて色付けを行う。すなわち、第１レンダリング処理部１３１ｄは、パワーデータが重畳された速度データの値に対して予め割り振られた色を用いて色付けを行う。例えば、第１レンダリング処理部１３１ｄは、視点位置からの距離が近いほど明るく表現され、視点位置からの距離が遠くなるに従って暗くなるように表現された速度マップを用いて色付けを行う。

図６は、第１の実施形態に係る第１レンダリング処理部１３１ｄによって生成されるカラードプラ画像の一例を示す図である。図６においては、本手法を用いて図２Ｃと同じカラードプラ画像を生成した場合について示す。図６に示すように、第１レンダリング処理部１３１ｄによって生成されるカラードプラ画像は、画像の奥行き感が向上され、血流２３と血流２４との位置関係を把握することができる。例えば、図６の右側においては、血流２４が血流２３よりも手前に位置することが表現される。一方、図６の左側においては、血流２４が血流２３よりも奥に位置することが表現される。

なお、第１レンダリング処理部１３１ｄは、図３に示すように、組織データを用いてレンダリング処理を行い、３次元のＢモード画像を生成することも可能である。すなわち、第１レンダリング処理部１３１ｄは、３次元のＢモード画像に、上述した奥行き方向の情報を反映した３次元のカラードプラ画像を重ねて表示させることができる。また、上述した奥行き方向の情報を反映したカラードプラ画像の生成は、超音波診断装置１の操作者によって任意に実行させることができる。例えば、奥行き方向の情報を反映したカラードプラ画像を生成させるモードとして奥行き付加モードを設定し、操作者が奥行き付加モードをＯＮ・ＯＦＦすることで、自由に切替させることが可能である。

次に、図７を用いて、第１の実施形態に係る超音波診断装置１の処理について説明する。図７は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１による処理の手順を示すフローチャートである。なお、図７においては、信号処理部１２０によって速度データやパワーデータなどのカラードプラデータが算出された後の処理について示す。

図７に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１においては、奥行き付加モードがＯＮであると（ステップＳ１０１肯定）、重み付け処理部１３１ａは、信号処理部１２０によって算出されたサンプル点ごとのパワーデータに、３次元のカラードプラ画像を生成する際の視点位置からの距離に応じた重み付け処理を実行する（ステップＳ１０２）。

そして、正規化処理部１３１ｂは、重み付け処理部１３１ａによって重み付け処理が実行されたサンプル点ごとのパワーデータに正規化処理を実行する（ステップＳ１０３）。その後、乗算器１３１ｃは、信号処理部１２０によって算出されたサンプル点ごとの速度データに正規化処理後のパワーデータを乗算する（ステップＳ１０４）。

そして、第１レンダリング処理部１３１ｄは、パワーデータが乗算された速度データを用いてボリュームレンダリング処理及び色付け処理を実行して（ステップＳ１０５）、処理を終了する。なお、奥行き付加モードがＯＦＦの場合には（ステップＳ１０１否定）、超音波診断装置１は、パワーデータが乗算されていない速度データを用いてボリュームレンダリング処理及び色付け処理を実行する（ステップＳ１０６）。

上述したように、第１の実施形態によれば、重み付け処理部１３１ａは、被検体に対して３次元的に送信された超音波が被検体内に含まれる流体にて反射された反射波信号それぞれから算出された各パワーデータに対して、３次元の情報を反映させた２次元画像である３次元画像を生成する際の視点位置からの距離に応じた重み付けを行う。そして、正規化処理部１３１ｂは、重み付けが行われた各パワーデータに対して所定の正規化処理を行う。そして、乗算器１３１ｃは、反射波信号それぞれから算出された各速度データに、同一位置の正規化処理済みのパワーデータを乗算する。そして、第１レンダリング処理部１３１ｄは、乗算処理済みの速度データに対してレンダリング処理を行うとともに、当該速度データに基づいて色付けを行うことで、３次元画像を生成する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１は、３次元のカラー画像に奥行き方向の情報を反映させることができ、３次元の血流の速度情報をカラー表示する際に、実際の奥行き感で表現することを可能にする。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、乗算器１３１ｃによって速度データとパワーデータとを重畳した後に、ボリュームレンダリング処理又はＭＩＰ処理を実行する場合について説明した。第２の実施形態では、乗算器１３１ｃによって速度データとパワーデータとを重畳する前に、速度データ及びパワーデータそれぞれに対して、ボリュームレンダリング処理又はＭＩＰ処理を実行する場合について説明する。

まず、第２の実施形態に係る画像生成部１３０ａの構成の一例を説明する。図８は、第２の実施形態に係る画像生成部１３０ａの構成の一例を示す図である。図８に示すように、画像生成部１３０ａは、第１の実施形態に係る画像生成部１３０と比較して、第２レンダリング処理部１３２ａと、ＭＩＰ処理部１３２ｂと、色付け処理部１３２ｃとを新たに有する点が異なる。以下、これらを中心に説明する。

ここで、まず、第２の実施形態の概要について説明する。第２の実施形態では、血管内における血流の特性を考慮して、カラー画像の奥行き感を向上させる場合について説明する。図９Ａは、一般的な血流の特性を説明するための図である。図９Ａにおいては、１本の血管と血管内の血液の流速を示す。矢印３５及び３６は、血管内における血液の流速を示す。すなわち、矢印が長いほど流速が速いことを示す。

図９Ａに示すように、血管内の血液の流速は、一般的に、血管の中心部で速く、血管壁に近いほど遅くなる。これは、血液が血管内を流れる際に、血液と血管壁との摩擦が生じるためである。そして、カラードプラ画像を用いて血液の流速や血行動態を診断する場合、医師などは、血管中心部の流速の速い部分の画像により診断を行う。

そこで、第２の実施形態では、血管内で流速の速い部分の速度データを用いたカラー画像の奥行き感を向上させる場合について説明する。第２レンダリング処理部１３２ａは、視点位置からの距離に応じた重み付けが行われたパワーデータを用いてレンダリング処理を行う。具体的には、第２レンダリング処理部１３２ａは、重み付け処理部１３１ａによって重み付けが行われたパワーデータに対してボリュームレンダリング処理又はＭＩＰ処理を実行する。

なお、正規化処理部１３１ｂは、処理内容は第１の実施形態と同様であるが、第２レンダリング処理部１３２ａによって算出されたレンダリング処理後の値に対して正規化処理を実行する。

ＭＩＰ処理部１３２ｂは、速度データを用いてレンダリング処理を行う。具体的には、ＭＩＰ処理部１３２ｂは、速度データを用いてＭＩＰ処理を実行する。図９Ｂは、第２の実施形態に係るＭＩＰ処理部１３２ｂによる処理の一例を説明するための図である。図９Ｂにおいては、被検体を超音波で３次元走査することにより取得された３次元データ２００を示す。また、図９Ｂの矢印は視線を示す。

例えば、ＭＩＰ処理部１３２ｂは、図９Ｂに示すように、視線上の任意の範囲ごとにＭＩＰ処理を実行する。一例を挙げると、ＭＩＰ処理部１３２ｂは、図９Ｂに示す範囲３７ａに含まれるサンプル点の速度データを用いてＭＩＰ処理を実行する。また、ＭＩＰ処理部１３２ｂは、視線上の範囲３７ｂに含まれるサンプル点の速度データを用いてＭＩＰ処理を実行する。同様に、ＭＩＰ処理部１３２ｂは、全ての視線上の任意の範囲についてそれぞれＭＩＰ処理を実行する。これにより視線上の流速の速い速度データが抽出されることとなる。なお、視線上の範囲は操作者によって任意に設定される。

図８に戻って、乗算器１３１ｃは、ＭＩＰ処理された各速度データに、正規化処理が行われたパワーデータをそれぞれ乗算する。すなわち、速度データのレンダリング処理後の値と、奥行き方向の情報が反映されたパワーデータのレンダリング処理後の値とを乗算する。色付け処理部１３２ｃは、乗算器１３１ｃによる処理後の値に基づいて、色付け処理を行う。

上述した第２の実施形態に係るレンダリング処理部１３２は、以下に示す式（３）又は式（４）の処理のうちのどちらかを実行する。

[Ｖ（ｄ）]_MIP×｜[Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）]_MIP｜ …（３）

[Ｖ（ｄ）]_MIP×｜[Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）]_VR｜ …（４）

すなわち、式（３）に示すように、レンダリング処理部１３２は、パワーデータ「Ｐ（ｄ）」に重み付け「Ｗｔ（ｄ）」を乗算し、乗算後の値に対してＭＩＰ処理を行う「[Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）]_MIP」。そして、レンダリング処理部１３２は、ＭＩＰ処理後の値を正規化「｜[Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）]_MIP｜」し、正規化した値をＭＩＰ処理後の速度データ「[Ｖ（ｄ）]_MIP」に乗算する。

或いは、式（４）に示すように、レンダリング処理部１３２は、パワーデータ「Ｐ（ｄ）」に重み付け「Ｗｔ（ｄ）」を乗算し、乗算後の値に対してＶＲ処理を行う「[Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）]_VR」。そして、レンダリング処理部１３２は、ＶＲ処理後の値を正規化「｜[Ｐ（ｄ）×Ｗｔ（ｄ）]_VR｜」し、正規化した値をＭＩＰ処理後の速度データ「[Ｖ（ｄ）]_MIP」に乗算する。

次に、図１０を用いて、第２の実施形態に係る超音波診断装置１の処理について説明する。図１０は、第２の実施形態に係る超音波診断装置１による処理の手順を示すフローチャートである。なお、図１０においては、信号処理部１２０によって速度データやパワーデータなどのカラードプラデータが算出された後の処理について示す。

図１０に示すように、第２の実施形態に係る超音波診断装置１においては、奥行き付加モードがＯＮであると（ステップＳ２０１肯定）、重み付け処理部１３１ａは、信号処理部１２０によって算出されたサンプル点ごとのパワーデータに、３次元のカラードプラ画像を生成する際の視点位置からの距離に応じた重み付け処理を実行する（ステップＳ２０２）。

そして、第２レンダリング処理部１３２ａは、重み付け処理が実行されたパワーデータに対してＭＩＰ処理又はボリュームレンダリング処理を実行する（ステップＳ２０３）。その後、正規化処理部１３１ｂは、第２レンダリング処理部１３２ａによってＭＩＰ処理又はボリュームレンダリング処理後のパワーデータに正規化処理を実行する（ステップＳ２０４）。

さらに、ＭＩＰ処理部１３２ｂは、信号処理部１２０によって算出されたサンプル点ごとの速度データに対してＭＩＰ処理を実行する（ステップＳ２０５）。その後、乗算器１３１ｃは、ＭＩＰ処理後の速度データに正規化処理後のパワーデータを乗算する（ステップＳ２０６）。

そして、色付け処理部１３２ｃは、パワーデータが重畳された速度データに基づいて、色付け処理を実行して（ステップＳ２０７）、処理を終了する。なお、奥行き付加モードがＯＦＦの場合には（ステップＳ２０１否定）、超音波診断装置１は、パワーデータが乗算されていない速度データを用いてボリュームレンダリング処理及び色付け処理を実行する（ステップＳ２０８）。また、上述した処理の手順では、正規化処理後に速度データのＭＩＰ処理を実行する場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではなく、速度データに対するＭＩＰ処理を先に行なう場合であってもよいし、或いは、パワーデータに対する処理と速度データに対する処理とを平行して行なう場合であってもよい。

上述したように、第２の実施形態によれば、第２レンダリング処理部１３２ａは、視点位置からの距離に応じた重み付けが行われた各パワーデータに対してボリュームレンダリング処理又はＭＩＰ処理を行う。そして、ＭＩＰ処理部１３２ｂは、速度データに対してＭＩＰ処理を行う。そして、正規化処理部１３１ｂは、レンダリング処理としてＭＩＰ処理又はボリュームレンダリング処理された各パワーデータに対して任意の正規化処理を行う。そして、乗算器１３１ｃは、レンダリング処理としてＭＩＰ処理された各速度データに、同一位置の正規化処理済みのパワーデータを乗算する。従って、第２の実施形態に係る超音波診断装置１は、同一血管内に血液において流速の速い速度データを抽出することができ、血管内で流速の速い部分の速度データを用いたカラー画像の奥行き感を向上させることを可能にする。

（第３の実施形態）
さて、これまで第１及び２の実施形態について説明したが、上述した第１及び第２の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。

上述した第１及び第２の実施形態では、超音波診断装置によってカラー画像が生成される場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、ワークステーションなどの画像処理装置がカラー画像を生成する場合であってもよい。かかる場合には、画像処理装置が、画像生成部１３０を備え、超音波診断装置によって収集された３次元データを保管先（例えば、超音波診断装置、画像保管装置、自装置が備える記憶装置など）から読み出し、読み出した３次元データを用いてカラー画像を生成する。或いは、超音波診断装置以外の医用画像診断装置（例えば、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置）が画像生成部１３０を備え、超音波診断装置によって収集された３次元データからカラー画像を生成する場合であってもよい。

以上説明したとおり、第１の実施形態、第２の実施形態及び第３の実施形態によれば、本実施形態の超音波診断装置及び画像処理装置は、３次元のカラー画像の奥行き感を向上させることを可能にする。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波診断装置
１３０ 画像生成部
１３１ レンダリング処理部
１３１ａ 重み付け処理部
１３１ｂ 正規化処理部
１３１ｃ 乗算器
１３１ｄ 第１レンダリング処理部

Claims (3)

1. 被検体に対して３次元的に送信された超音波が前記被検体内に含まれる流体にて反射された反射波信号それぞれから算出された各パワーデータに対して、３次元画像を生成する際の視点位置からの距離に応じた重み付けを行う重み付け手段と、
   重み付けが行われた各パワーデータに対して所定の正規化処理を行う正規化手段と、
   前記反射波信号それぞれから算出された各速度データに、同一位置の正規化処理済みのパワーデータを乗算する乗算手段と、
   乗算処理済みの速度データに対してレンダリング処理を行うとともに、当該速度データに基づいて色付けを行うことで、前記３次元画像を生成する第１レンダリング処理手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記各速度データ及び前記視点位置からの距離に応じた重み付けが行われた各パワーデータそれぞれに対してレンダリング処理を行う第２レンダリング処理手段をさらに備え、
   前記正規化手段は、前記レンダリング処理として最大値投影処理又はボリュームレンダリング処理された前記各パワーデータに対して所定の正規化処理を行い、
   前記乗算手段は、前記レンダリング処理として最大値投影処理された前記各速度データに、同一位置の正規化処理済みのパワーデータを乗算す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. 被検体に対して３次元的に送信された超音波が前記被検体内に含まれる流体にて反射された反射波信号それぞれから算出された各パワーデータに対して、３次元画像を生成する際の視点位置からの距離に応じた重み付けを行う重み付け手段と、
   重み付けが行われた各パワーデータに対して所定の正規化処理を行う正規化手段と、
   前記反射波信号それぞれから算出された各速度データに、同一位置の正規化処理済みのパワーデータを乗算する乗算手段と、
   乗算処理済みの速度データに対してレンダリング処理を行うとともに、当該速度データに基づいて色付けを行うことで、前記３次元画像を生成する第１レンダリング処理手段と、
   を備えたことを特徴とする画像処理装置。

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