JP5269427B2 - 超音波診断装置、画像診断装置、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、例えば生体内を画像化して診断を行う為の超音波診断装置、画像診断装置、及びプログラムに関し、特に超音波を用いて生体内を立体的に画像化して表示する超音波診断装置、画像診断装置、及びプログラムに関する。

超音波診断装置によれば、被検体の断層画像をリアルタイムに観察することができる。近年、３次元画像データの高速な収集／表示が可能な超音波診断装置の開発が急速に進んでおり、３次元断層画像や３次元断層画像による動画を収集／表示可能な超音波診断装置も提供されている。

ところで、例えば心臓やその近傍領域の診断の為には、十分な時間分解能で且つリアルタイムな断層画像を得ることが必要である。これは、心臓の動きが早いことによる。従って、心臓及びその近傍領域の診断の為には、超音波診断装置は必須の診断装置であり、その重要性は近年更に増している。

しかしながら、超音波診断装置は次のような課題を有する。すなわち、例えばＣＴ装置やＭＲＩ装置等の大型の画像診断装置と比較すると、観察できる視野範囲が狭い。つまり、超音波診断装置によれば、関心部位の周囲を含む広範な領域を観察し難く、例えば心臓等の臓器全体を観察することは困難である。

更には、心臓及びその近傍領域においては、肺及び肋骨等の超音波が透過しにくい障害物が存在する。この為、超音波診断装置によって心臓を観察する場合、当該心臓の周囲を囲んでいる肺及び肋骨の存在により、超音波を用いて観察できるエコーウインドが限定され、当該心臓全体を一カ所のエコーウインドから観察することが非常に困難となる。

つまり、超音波診断装置によれば、被検体の心臓全体を明瞭に表す断層診断画像を収集／表示することが困難である。従って、現状では心臓の各部分や患者の個人差に応じて、検査者が、最も適したエコーウインド選択して当該心臓の検査を行っている。なお、このような超音波による心臓の検査には種々の検査技術が必要であり、その習熟には当然ながら時間を要す。また、検査そのものにも時間を要してしまう。

なお、近年、ＣＴ装置及びＭＲＩ装置等の大型の画像診断装置によっても、心電同期による断層画像収集等を利用して心臓の３次元断層診断画像を詳細に収集／表示することが可能である。従って、例えばＣＴ装置及びＭＲＩ装置等の種々のモダリティ装置により取得した心臓の断層画像を、超音波診断装置で取得した心臓の断層画像と比較検討することによる診断も行われている。

しかしながら、例えばＣＴ装置等による３Ｄ断層画像と超音波診断装置による３Ｄ断層画像とを比較検討する場合、超音波診断装置による３Ｄ断層画像では収集／表示できる領域が限定的な為、ＣＴ装置等による３Ｄ断層画像と同じ部位を示す領域を発見することが困難である。また超音波診断装置による３Ｄ断層画像を並べて表示させた場合でも、個々の表示領域が限定的であるので、比較検討が困難である。

上述したような事情に鑑みて、例えば特許文献１には次のような技術が提案されている。すなわち、特許文献１には、凹型円筒面状に配列された複数の振動素子からなるアレイ振動子と、上記アレイ振動子に接続された送受信手段と、を含み、上記複数の振動素子は、円筒中心軸方向に整列した複数の振動素子列によって構成され、上記各振動素子列は、円周方向に整列した複数の振動素子によって構成され、上記送受信手段は、上記円筒中心軸方向に電子セクタ走査又は電子リニア走査としての第１電子走査を実行し、且つ、上記円周方向に電子リニア走査としての第２電子走査を実行する超音波診断装置が開示されている。この特許文献１に開示された超音波診断装置によれば、生体内の構造体の隙間から超音波の送受波を良好に行うことができる。
特開２００６−１２２６５７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている技術によれば、被検体における肋骨間に挿入しやすい形状に改良された２Ｄアレイプローブが提供されるものの、その特殊な形状の為に製造困難である。また、特許文献１に開示されている技術は、超音波照射角度や超音波照射深度による画質改善を可能とする技術でもなく、上述したような課題を根本的に解決するに至っていない。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、例えば心臓のように動きの激しい臓器等を含む領域であっても、当該臓器等及びその近傍領域において、エコーウインドが限定されずに当該臓器等全体を明瞭に表示する三次元画像を高速に収集／表示することができる超音波診断装置、画像診断装置、及びプログラムを提供することを目的とする。

一実施形態に係る超音波診断装置は、被検体における同一領域を、互いに異なる複数のエコーウインドから、少なくとも一部重複領域を設けるように超音波スキャンを複数回行い、それぞれの上記エコーウインドからの超音波スキャンにより、それぞれ時間的に連続した複数の３次元画像データから成る３次元画像データ群を収集する超音波診断装置であって、上記被検体における上記３次元画像データ群を収集する為の画像データ収集手段と、上記画像データ収集手段により上記３次元画像データ群が収集される際に、上記被検体の心臓動作に同期した心臓同期信号及び上記被検体の呼吸動作に同期した呼吸同期信号のうち少なくとも一方の同期信号を収集する生体信号収集手段と、上記心臓同期信号または上記呼吸同期信号に同期して同時相で収集された上記３次元画像データ群について、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集したそれぞれの上記３次元画像データ同士の重複領域を検出し、該重複領域に基づいて、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集した上記３次元画像データ同士を結合処理することで、時間的に連続し且つ各々の上記３次元画像データよりも拡大された表示領域を有する複数のパノラマ３次元画像データから成るパノラマ３次元画像データ群を生成する画像処理手段と、を具備し、上記画像処理手段は、画像相関検出法による同一部位検索処理により上記重複領域を検出し、且つ上記同一部位が互いに重なり合うように上記３次元画像データ同士の位置合わせを行う相関検出手段と、上記相関検出手段による処理結果に基づいて、上記３次元画像データに対して座標変換を施す変換手段と、上記変換手段により座標変換された上記３次元画像データを用いて上記結合処理を行う結合手段と、上記３次元画像データ中の上記同一部位を示す領域を、上記３次元画像データ同士のそれぞれに対応するＭＰＲ像を用いて複数のセグメントに分割するセグメント分割手段と、上記セグメント分割手段により分割されたセグメント毎に上記各ＭＰＲ像を比較することで、上記結合処理に係る３次元画像データを選択する選択手段と、を有すること、を特徴とするものである。
一実施形態に係る画像診断装置は、被検体における同一領域を、互いに異なる複数のエコーウインドから、少なくとも一部重複領域を設けるようにスキャンを複数回行い、それぞれの上記エコーウインドからのスキャンにより、それぞれ時間的に連続した複数の３次元画像データから成る３次元画像データ群を収集する画像診断装置であって、上記被検体における上記３次元画像データ群を収集する為の画像データ収集手段と、上記画像データ収集手段により上記３次元画像データ群が収集される際に、上記被検体の心臓動作に同期した心臓同期信号または上記被検体の呼吸動作に同期した呼吸同期信号を収集する為の生体信号収集手段と、上記心臓同期信号または上記呼吸同期信号に同期して同時相で収集された上記３次元画像データについて、上記互いに異なるエコーウインドからのスキャンにより収集したそれぞれの上記３次元画像データ同士の重複領域を検出し、該重複領域に基づいて、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集した上記３次元画像データ同士を結合処理し、時間的に連続し且つ各々の上記３次元画像データよりも拡大された表示領域を有する複数のパノラマ３次元画像データから成るパノラマ３次元画像データ群を生成する画像処理手段と、を具備し、上記画像処理手段は、画像相関検出法による同一部位検索処理により上記重複領域を検出し、且つ上記同一部位が互いに重なり合うように上記３次元画像データ同士の位置合わせを行う相関検出手段と、上記相関検出手段による処理結果に基づいて、上記３次元画像データに対して座標変換を施す変換手段と、上記変換手段により座標変換された上記３次元画像データを用いて上記結合処理を行う結合手段と、上記３次元画像データ中の上記同一部位を示す領域を、上記３次元画像データ同士のそれぞれに対応するＭＰＲ像を用いて複数のセグメントに分割するセグメント分割手段と、上記セグメント分割手段により分割されたセグメント毎に上記各ＭＰＲ像を比較することで、上記結合処理に係る３次元画像データを選択する選択手段と、を有すること、を特徴とするものである。
一実施形態に係るプログラムは、被検体における同一領域を、互いに異なる複数のエコーウインドから、少なくとも一部重複領域を設けるように超音波スキャンを複数回行い、それぞれの上記エコーウインドからの超音波スキャンにより、それぞれ時間的に連続した複数の３次元画像データから成る３次元画像データ群を収集する超音波診断装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記コンピュータに、上記被検体における上記３次元画像データ群を収集させる為の画像データ収集機能と、上記画像データ収集手段により上記３次元画像データ群が収集される際に、上記被検体の心臓動作に同期した心臓同期信号及び上記被検体の呼吸動作に同期した呼吸同期信号のうち少なくとも一方の同期信号を収集させる生体信号収集機能と、上記心臓同期信号または上記呼吸同期信号に同期して同時相で収集された上記３次元画像データ群について、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集したそれぞれの上記３次元画像データ同士の重複領域を検出し、該重複領域に基づいて、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集した上記３次元画像データ同士を結合処理させることで、時間的に連続し且つ各々の上記３次元画像データよりも拡大された表示領域を有する複数のパノラマ３次元画像データから成るパノラマ３次元画像データ群を生成させる画像処理機能と、を実現させ、上記画像処理機能においては、画像相関検出法による同一部位検索処理により上記重複領域を検出させ、且つ上記同一部位が互いに重なり合うように上記３次元画像データ同士の位置合わせを実行させる相関検出機能と、上記相関検出機能による処理結果に基づいて、上記３次元画像データに対して座標変換を実行させる変換機能と、上記変換機能により座標変換された上記３次元画像データを用いて上記結合処理を実行させる結合機能と、上記３次元画像データ中の上記同一部位を示す領域を、上記３次元画像データ同士のそれぞれに対応するＭＰＲ像を用いて複数のセグメントに分割させるセグメント分割機能と、上記セグメント分割手段により分割されたセグメント毎に上記各ＭＰＲ像を比較させることで、上記結合処理に係る３次元画像データを選択させる選択機能と、を実現させること、を特徴とするものである。

本発明によれば、例えば心臓のように動きの激しい臓器等を含む領域であっても、当該臓器等及びその近傍領域において、エコーウインドが限定されずに当該臓器等全体を明瞭に表示する三次元画像を高速に収集／表示することができる超音波診断装置、画像診断装置、及びプログラムを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１は、本一実施形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す図である。同図に示すように、超音波診断装置１は、超音波探触子３と、送受信ユニット５と、信号処理ユニット７と、コントロールユニット９と、画像処理ユニット１１と、を具備する。なお、上記画像処理ユニット１１から出力される画像データ等は、ディスプレイ１３に表示される。

上記超音波探触子３は、超音波の送信及び受信を行なう為のトランスデューサ３ｂを備えている。例えば図２に示すように、上記超音波探触子３からの２次元走査ラインを矢印３ｃの方向にずらして走査していき、該走査によって３次元走査空間領域３ｄを形成していく。

上記送受信ユニット５は、送信回路と受信回路とＡ／Ｄ変換回路とを含む。

上記送信回路は、上記トランスデューサ３ｂに印加する複数の駆動信号を生成し、上記コントロールユニット９によって選択された送信遅延パターンに基づいて、複数の駆動信号にそれぞれの遅延時間を与える。なお、上記送信回路を、超音波探触子３から送信される超音波が超音波ビームを形成するように、複数の駆動信号の遅延量を調節して超音波用探触子３に供給するように構成しても良いし、超音波探触子３から一度に送信される超音波が被検体の撮像領域全体に届くように、複数の駆動信号を超音波用探触子３に供給するように構成しても良い。

上記受信回路は、超音波探触子３からそれぞれ出力される複数の検出信号を増幅し、上記コントロールユニット９によって選択された受信遅延パターンに基づいて複数の検出信号にそれぞれの遅延時間を与え、それらの検出信号を加算することにより、受信フォーカス処理を行う。この受信フォーカス処理によって、超音波エコーの焦点が絞り込まれた音線信号（以下、「ＲＦ信号」ともいう）が形成される。

上記Ａ／Ｄ変換回路は、アナログＲＦ信号をディジタルＲＦ信号（以下、「ＲＦデータ」ともいう）に変換する。

上記信号処理ユニット７は、ＲＦデータに対して、ＳＴＣ（Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｔｉｍｅ ｇａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）によって、超音波の反射位置の深度に応じて距離による減衰の補正をした後、包絡線検波処理を施して画像データを生成する。

上記コントロールユニット９は、当該超音波診断装置１全体を統括的に制御する。なお、図１に示すように、上記コントロールユニット９には心臓内にて測定される心臓のＥＣＧ(心電計；ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｐｈ)信号が入力される。

上記画像処理ユニット１１は、上記信号処理ユニット７から出力された画像データに対して所定の画像処理を施して上記ディスプレイ１３へ出力する。なお、この画像処理ユニット１１による処理は本一実施形態に係る超音波診断装置の主な特徴の一つであるので、後に詳述する。

以上説明したように、本一実施形態に係る超音波診断装置１においては、上記超音波探触子３を用いた超音波の高速な３次元走査と、上記送受信ユニット５及び上記信号処理ユニット７による処理とによって３次元超音波画像データ（以降、３Ｄ画像データと称する）を収集する。

以下、本一実施形態に係る超音波診断装置の特徴部の理解を助ける為に、本一実施形態に係る超音波診断装置の主な特徴の一つである合成パノラマ４Ｄ画像データ（詳細は後述）の生成処理の概略を説明する。

まず、３Ｄ画像データの収集の際には、上述したようにＥＣＧ信号を同時に収集する。そして、このように高速で収集した複数の３Ｄ画像データを、時間的に連続した３Ｄ画像データ（以降、便宜的に４Ｄ画像データと称する）として、上記ＥＣＧ信号と共に上記画像処理ユニット１１に取り込み、当該画像処理ユニット１１にて後述する画像処理を施す。

なお、上記４Ｄ画像データの収集については、走査範囲に重複部位のある少なくとも２カ所以上の異なるエコーウインドから実施する。

そして、互いに異なる複数の上記エコーウインドから収集した４Ｄ画像データを構成する３Ｄ画像データについて、上記重複部位の相対的な位置を適合させる為に、本一実施形態においては画像相関による位置検索を行う。これにより、３Ｄ画像データ中から上記重複部位のうち相対的に適合する部位を見つけ出し、互いに重なり合うように位置調整を行うことで結合位置を決定することができる。

さらに、上記４Ｄ画像データ同士の重複部位を複数のセグメントに分割する。そして、分割した各セグメントに対して、何れのエコーウインドから収集した画像データが最も適切な画像データであるかを決定し、該最も適切な画像データを選択する。

そして、上記選択した画像データを用いて、上記心臓や呼吸の動きに同期した信号の同時相における上記異なるエコーウインドから収集した３Ｄ画像データの重複部位について位置合わせを行って合成処理（結合処理）をし、時間的に連続し且つ各々の上記３次元画像データよりも拡大された表示領域を有する複数のパノラマ３次元画像データから成る合成パノラマ４Ｄ画像データを作成する。

さらに、上記重複部位の位置合わせに関する情報である相互位置情報を用いて、他の全ての時相（心拍同期時相、呼吸同期時相）の３Ｄデータに対しても３Ｄデータの結合を実施する。

なお、上記４Ｄ画像データの収集時に所定のランドマークを設定し、画像相関による位置検索時に、上記ランドマークを用いる。

また、互いに異なる複数の上記エコーウインドから収集した３Ｄ画像データ（４Ｄ画像データ）の結合を行う際に、上記重複部位を明示する為に上記重複部位とその他の部位とで異なる色で上記ディスプレイ１３上に示す。

以下、上記コントロールユニット９及び上記画像処理ユニット１１による上記合成パノラマ４Ｄ画像データの合成処理について、図３Ａ乃至図３Ｃに示すフローチャートを参照して詳述する。図４は心臓領域を示す模式図である。

なお、以降説明する各処理において、３次元パノラミックモードによる画像収集を実行する際には、その前に２Ｄモードで収集部位の確認を行う。また、３次元パノラミックモードによる３次元走査で画像収集を実行する際の上記ディスプレイ１３における表示画面は、３Ｄ画像の収集表示画面である。この表示画面のレイアウトについては、収集する３Ｄの主断面ＭＰＲ像（例えば図５及び図６参照）を含む表示画面のレイアウトであればよい。

まず、４Ｄ画像データ及びＥＣＧ信号の収集を行う（ステップＳ１）。具体的には、このステップＳ１においては次のような処理を行う。

すなわち、上記ステップＳ１においては、超音波探触子３を用いて傍胸骨エコーウインドから（図４に符号Ｐ１で示すエコーウインドから）３次元走査を行って４Ｄ画像データ１０１（図５参照）の収集を行い、且つ同時にＥＣＧ信号の波形データの収集を行う。つまり、４Ｄ画像データ及びＥＣＧ信号の波形データの収集を行う。

このようにして収集した４Ｄ画像データ１０１を、一旦図７に示す複数画面（図７に示す例では４画面）レイアウトのうちの一画面として上記ディスプレイ１３上に表示させる。

上記ステップＳ１における処理の後、取得した４Ｄ画像データのうち、合成の画像相関を検索する為のポイントとしてランドマーク（Ｌａｎｄｍａｒｋ）５１を設定する（ステップＳ２）。

続いて、上記超音波探触子３を移動し、心尖部から（図４に符号Ｐ２で示すエコーウインドから）、再び３次元走査を行って４Ｄ画像データ（図６参照）１０３の収集及びＥＣＧ信号の波形データの収集を行う（ステップＳ３）。

上記ステップＳ３における処理を終えた後、取得した４Ｄ画像データのうち、合成の画像相関を検索する為のポイントとしてランドマーク５１を設定する（ステップＳ４）。

このようにして収集した４Ｄ画像データ１０３を、上記ステップＳ１において取得した４Ｄ画像データ１０１と同様に、一旦図７に示す複数画面（図７に示す例では４画面）レイアウトのうちの一画面として、上記ステップＳ１において取得した４Ｄ画像データ１０１と並べて配置したレイアウトで上記ディスプレイ１３上に表示させる（ステップＳ５）。

さらに、上記超音波探触子３を移動し、心基部から（図４に符号Ｐ３で示すエコーウインドから）、再び３次元走査を行って４Ｄ画像データ１０５（図７参照）の収集及びＥＣＧ信号の波形データの収集を行う（ステップＳ６）。

上記ステップＳ６における処理の後、取得した４Ｄ画像データのうち、合成の画像相関を検索する為のポイントとしてランドマークを設定する（ステップＳ７）。

続いて、上述したように設定したランドマーク５１の周辺領域において、次のように画像相関検出処理を行う。

まず、図示はしていないが、上記ステップＳ１、上記ステップＳ３、及び上記ステップＳ６において取得した各々の４Ｄ画像データを並べて配置したレイアウトで上記ディスプレイ１３上に表示させる（ステップＳ８）。

ここで、上記４Ｄ画像データ１０１及び上記４Ｄ画像データ１０３のうち何れか一方の４Ｄ画像データ（ここでは、上記４Ｄ画像データ１０１とする）を構成する３Ｄ画像データ（ＭＰＲ像）を、上記ランドマーク５１を含む形態で設定する。そして、該設定した３Ｄ画像データとＥＣＧ信号のＲ波に対して同時相且つ最も相似な３Ｄ画像データを、もう一方の４Ｄ画像データ（ここでは、上記４Ｄ画像データ１０３とする）を構成する３Ｄ画像データ中から、上記ランドマーク５１近傍に関して相関を検出して検索する（ステップＳ９及びステップＳ１０）。

なお、上述した例では、上記設定した３Ｄ画像データとＥＣＧ信号のＲ波に対して同時相である３Ｄ画像データについて上記検索を行うとしたが、他にも例えば拡張末期タイミングの３Ｄ画像データについて上記検索を行っても勿論よい。

なお、相関検出の具体的な方法としては、例えば最大エントロピー法と称されている画像相関検出法が有効な方法であると言える。この最大エントロピー法は、３次元空間の中から最も類似している領域を検索することで相関検出を行う方法である。

また、全ての時相あるいは位置心拍中の複数時相でパターンマッチングを行うなどして、より高精度な位置合わせも可能である。

上記ステップＳ９及び上記ステップＳ１０における処理によって、最も互いに相関する３Ｄ画像データを検出すると、該検出した２枚の３Ｄ画像データの重ね合わせ処理により、４Ｄ画像データ間相互の相対的な位置を算出する（ステップＳ１１）。

続いて、上記ステップＳ１１において算出した上記相対的な位置に基づいて、上記４Ｄ画像データ１０３全体を、上記４Ｄ画像データ１０１の座標列に変換する（ステップＳ１２）。さらに、上記４Ｄ画像データ１０１と上記４Ｄ画像データ１０３とのうち互いに重なり合う部分（以降、重複領域と称する）を、例えば図８に示すように、それ以外の領域とは異なる色（図８においては重複領域５３を斜線のハッチングで示している）で表示する（ステップＳ１３）。

ここで、上記４Ｄ画像データ１０１と、上記ステップＳ６において収集した上記４Ｄ画像データ１０５とについて、上記ステップＳ９乃至上記ステップＳ１３における処理と同様の処理を行って（ステップＳ１４乃至ステップＳ１８）、上記４Ｄ画像データ１０１と上記ステップＳ６において収集した上記４Ｄ画像データとの重複領域を、例えば図９に示すように、それ以外の領域とは異なる色（図９においては重複領域５３を斜線のハッチングで示している）で表示する。

同様に、上記４Ｄ画像データ１０３と上記ステップＳ６において収集した上記４Ｄ画像データ１０５との重複領域を、それ以外の領域とは異なる色で表示し（ステップＳ１９）、さらに上記４Ｄ画像データ１０１と上記４Ｄ画像データ１０３と上記ステップＳ６において収集した上記４Ｄ画像データ１０５との重複領域を、それ以外の領域とは異なる色で表示する（ステップＳ２０）。

なお、各々の上記重複領域と、それら重複領域の外側領域との境界領域に於いて、例えばＧａｕｓｓフィルタやメディアンフィルタ等によるフィルタ処理によって画像補間を行ってもよい。

上述したステップにおける処理によって、互いに異なるエコーウインドから４Ｄ画像データ収集を行い、且つそれら４Ｄ画像データ同士の重複領域を検出した後、それら重複領域を複数のセグメントに分割する（ステップＳ２１）。

具体的には、このステップＳ２１においては、例えばＭＰＲ像上でユーザが分割線を設定する等の手段によりセグメント分割を行う。なお、上記セグメント間の境界領域において、例えばＧａｕｓｓフィルタやメディアンフィルタ等によるフィルタ処理によって画像補間を行ってもよい。

上記ステップＳ２１において分割した各セグメント毎に、何れのエコーウインドから収集した画像データが、後述する結合処理に最も適した画像データであるかを決定し、該最も適切な画像データを選択する（ステップＳ２２）。つまり、本一実施形態においては、択一的に画像データを選択するのではなく、具体的には次のようにして最も適切な画像データを選択する。

すなわち、上記ステップＳ２２における画像データの選択方法としては、例えば次の２つの方法が考えられる。

第１に、ユーザが、選択候補の画像データについてＭＰＲ像上で目視により選択する方法を挙げることができる。この際、各々の画像データを並べて上記ディスプレイ１３上に表示することが有効である。さらには、合成（結合）処理後のイメージとして４Ｄ画像データを作成／再生して比較するとしても勿論よい。なお、例えば当該選択候補の画像データに対して周波数変換を施し、その結果に基づいて高周波成分を選択するという方法を挙げることもできる。

第２に、オートフォーカス技術を用いて選択する方法を挙げることができる。この方法によれば、上記コントロールユニット９と上記画像処理ユニット１１とにより上記選択の処理を実行できる為、ユーザは関与せずに最も適切な画像データが選択される。

ところで、例えば心臓等の動きが速い／大きい臓器等を観察する場合、他の人体部位を観察する場合に比べて、一般に鮮明な画像データを得難い。さらに、３Ｄ画像データの場合、深さ方向の分解能は高いが方位方向の分解能は低くなる傾向にある。この為、同じ人体部位を観察する場合であっても、画像データの収集に用いたエコーウインドによって、画質が大きく異なる場合がある。

このような事情に鑑みて、本一実施形態においては、上記ステップＳ２２における処理を行うことで、合成（結合）処理に係る画像データとしてより良好な画像データを選択する。この処理により、全体の視野が広がるだけでなく、画質向上にも大きく寄与する。なお、上記手法の他、例えば上記結合処理に係る３次元画像データとして、平均輝度値が最も高い３次元画像データを選択することも可能である。

上記ステップＳ２２における処理の後、上記選択した画像データの合成処理（結合処理）を行って、合成パノラマ４Ｄ画像データを作成する（ステップＳ２３）。具体的には、例えば各エコーウインドから収集した４Ｄ画像データがボクセル化されている場合には、上記ステップＳ１７において座標変換した各ボクセルに対して、全てを包括する同一座標のボクセルにリサンプリングすることで、合成パノラマ４Ｄ画像データを作成する。

そして、上記ステップＳ２３において作成した合成パノラマ４Ｄ画像データを、例えばＭＰＲ像やレンダリング像として、上記ディスプレイ１３に表示する（ステップＳ２４）。さらに、上記ステップＳ２３において作成した合成パノラマ４Ｄ画像データを、記憶手段（不図示）に記憶させる（ステップＳ２５）。なお、この際には、当該合成パノラマ４Ｄ画像データの基になった画像データ、及びそれらの重複領域を示す相互位置データを、当該合成パノラマ４Ｄ画像データと共に上記記憶手段（不図示）に記憶させても勿論よい。

ところで、上記コントロールユニット９及び上記画像処理ユニット１１による上述した一連の画像処理は、プログラム化することで、或いはプログラム化した後当該プログラムを記憶媒体に読み込むことによって、超音波診断装置１とは独立したソフトウェア製品単体としての販売、配布も容易になり、また本一実施形態に係る技術を他のハードウェア上で利用することも可能となる。

以上説明したように、本一実施形態によれば、例えば心臓のように動きの激しい臓器等を含む領域であっても、当該臓器等及びその近傍領域において、エコーウインドが限定されずに当該臓器等全体を明瞭に表示する三次元画像を高速に収集／表示することができる超音波診断装置、画像診断装置、及びプログラムを提供することができる。

具体的には、本一実施形態によれば、例えば心臓やその周辺部位等の画像データ収集の為のエコーウインドが限られる領域に於いても、３Ｄ（４Ｄ）画像データの結合により広範囲の３Ｄ（４Ｄ）画像データを作成することができる。

また、本一実施形態によれば、少なくとも１カ所以上で上記重複部位の位置合わせを実施した際の相互位置情報を用いて、他の全ての時相（心拍時相、呼吸同期時相）の３Ｄ画像データに対しても３Ｄ画像データの結合を行うことで、簡易な処理で合成パノラマ４Ｄ画像データを作成することができる。

さらには、互いに異なる複数のエコーウインドから収集した３Ｄ画像データに対して、上記重複領域の相対的な位置を適合させる為の手段として、上述したように画像相関による位置検索を行うことで、安価且つ容易に３Ｄ画像データの結合が可能となる。また、上述したようにランドマークを用いることで、容易且つ高速に上述した位置合わせを行うことが可能となる。なお、ランドマークを用いた位置合わせ方法は容易且つ正確な方法ではあるが、パターンマッチング等の形態自動認識等によるランドマークを用いない位置合わせ方法も存在する。

また、本一実施形態によれば、互いに異なる複数のエコーウインドから収集した３Ｄ画像データに対して、上記重複領域の相対的な位置を適合させた後、上記重複領域とそれ以外の領域とを互いに異なる色で表示するので、ユーザは上記重複領域を容易に認識することができる。

さらに、本一実施形態によれば、上述したように画像選択機能（上記ステップＳ２２）を有する。これにより、容易に良好な画像の選択ができ、全体として明瞭な結合画像（上記合成パノラマ４Ｄ画像データ）を作成することができる。

なお、上述したように、上記重複領域を複数のセグメントに分割してセグメント毎に画像選択を行える為、全体としてさらに良好な結合画像（上記合成パノラマ４Ｄ画像データ）を作成することができる。

また、本一実施形態によれば、上述したようなフィルタ処理を行うことで、上述したような各々の境界領域における連続性を改善している。

以上、一実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。

例えば、上記重複領域を検出する為に、上記超音波探触子３に位置センサを設けても勿論よい。

さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。

本発明の一実施形態に係る超音波診断装置の一構成例を示す図。 超音波プローブを示す図。 ４Ｄ画像データの合成処理のフローチャートの第１部分を示す図。 ４Ｄ画像データの合成処理のフローチャートの第２部分を示す図。 ４Ｄ画像データの合成処理のフローチャートの第３部分を示す図。 心臓領域を示す模式図。 傍胸骨のエコーウインドから３次元走査を行って収集した４Ｄ画像データの一例を示す図。 心尖部のエコーウインドから３次元走査を行って収集した４Ｄ画像データの一例を示す図。 ４Ｄ画像データ収集時の表示画面のレイアウト例を示す図。 異なるエコーウインドから収集した４Ｄ画像データ同士の互いに重なり合う部分を、それ以外の部分とは異なる色で表示する一例を示す図。 異なるエコーウインドから収集した４Ｄ画像データ同士の互いに重なり合う部分を、それ以外の部分とは異なる色で表示する一例を示す図。

符号の説明

１…超音波診断装置、 ３…超音波探触子、 ３ｂ…トランスデューサ、 ３ｃ…２次元走査ライン、 ３ｄ…３次元走査空間領域、 ４Ｄ…合成パノラマ、 ５…送受信ユニット、 ７…信号処理ユニット、 ９…コントロールユニット、 １１…画像処理ユニット、 １３…ディスプレイ、 ５１…ランドマーク、 ５３…重複領域。

Claims (10)

1. 被検体における同一領域を、互いに異なる複数のエコーウインドから、少なくとも一部重複領域を設けるように超音波スキャンを複数回行い、それぞれの上記エコーウインドからの超音波スキャンにより、それぞれ時間的に連続した複数の３次元画像データから成る３次元画像データ群を収集する超音波診断装置であって、
   上記被検体における上記３次元画像データ群を収集する為の画像データ収集手段と、
   上記画像データ収集手段により上記３次元画像データ群が収集される際に、上記被検体の心臓動作に同期した心臓同期信号及び上記被検体の呼吸動作に同期した呼吸同期信号のうち少なくとも一方の同期信号を収集する生体信号収集手段と、
   上記心臓同期信号または上記呼吸同期信号に同期して同時相で収集された上記３次元画像データ群について、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集したそれぞれの上記３次元画像データ同士の重複領域を検出し、該重複領域に基づいて、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集した上記３次元画像データ同士を結合処理することで、時間的に連続し且つ各々の上記３次元画像データよりも拡大された表示領域を有する複数のパノラマ３次元画像データから成るパノラマ３次元画像データ群を生成する画像処理手段と、
   を具備し、
   上記画像処理手段は、
   画像相関検出法による同一部位検索処理により上記重複領域を検出し、且つ上記同一部位が互いに重なり合うように上記３次元画像データ同士の位置合わせを行う相関検出手段と、
   上記相関検出手段による処理結果に基づいて、上記３次元画像データに対して座標変換を施す変換手段と、
   上記変換手段により座標変換された上記３次元画像データを用いて上記結合処理を行う結合手段と、
   上記３次元画像データ中の上記同一部位を示す領域を、上記３次元画像データ同士のそれぞれに対応するＭＰＲ像を用いて複数のセグメントに分割するセグメント分割手段と、
   上記セグメント分割手段により分割されたセグメント毎に上記各ＭＰＲ像を比較することで、上記結合処理に係る３次元画像データを選択する選択手段と、
   を有すること、
   を特徴とする超音波診断装置。
2. 上記画像処理手段における上記結合手段は、
   上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより、上記心臓同期信号または上記呼吸同期信号に同期して同時相に収集した上記３次元画像データ同士の結合処理を、一時相において実施した後、該一時相における結合処理で用いた上記座標変換に係る情報を、他の時相における上記結合処理に適用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. 上記座標変換手段により座標変換された３次元画像データと、該３次元画像データと結合処理される３次元画像データとを、上記被検体における同一部位を示す領域が互いに重なり合った状態で表示する表示手段と、
   上記表示手段により表示される上記３次元画像データのうち、上記同一部位を示す領域を、他の部位を示す領域とは異なる色で表示する表示色変更手段と、
   を含むことを特徴とする請求項２又は３記載の超音波診断装置。
4. 上記画像データ収集手段による上記３次元画像データ群の収集時に、上記３次元画像データ中における所定箇所にランドマーク表示を付加するランドマーク付加手段を含み、
   上記相関検出手段は、上記ランドマーク付加手段により付加された上記ランドマーク表示を参照して、上記同一部位の検索を行うことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
5. 上記選択手段は、上記結合処理に係る３次元画像データとして、平均輝度値が最も高い３次元画像データを選択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。
6. 上記選択手段は、上記結合処理に係る３次元画像データとして、ユーザからの選択操作に応答して上記結合処理に係る３次元画像データを選択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。
7. 上記選択手段は、周波数変換された上記各３次元画像データに基づいて、高周波成分を有する３次元画像データを上記結合処理に係る３次元画像データとして選択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。
8. 上記選択手段は、オートフォーカス技術を用いて上記結合処理に係る３次元画像データを選択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。
9. 被検体における同一領域を、互いに異なる複数のエコーウインドから、少なくとも一部重複領域を設けるようにスキャンを複数回行い、それぞれの上記エコーウインドからのスキャンにより、それぞれ時間的に連続した複数の３次元画像データから成る３次元画像データ群を収集する画像診断装置であって、
   上記被検体における上記３次元画像データ群を収集する為の画像データ収集手段と、
   上記画像データ収集手段により上記３次元画像データ群が収集される際に、上記被検体の心臓動作に同期した心臓同期信号または上記被検体の呼吸動作に同期した呼吸同期信号を収集する為の生体信号収集手段と、
   上記心臓同期信号または上記呼吸同期信号に同期して同時相で収集された上記３次元画像データについて、上記互いに異なるエコーウインドからのスキャンにより収集したそれぞれの上記３次元画像データ同士の重複領域を検出し、該重複領域に基づいて、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集した上記３次元画像データ同士を結合処理し、時間的に連続し且つ各々の上記３次元画像データよりも拡大された表示領域を有する複数のパノラマ３次元画像データから成るパノラマ３次元画像データ群を生成する画像処理手段と、
   を具備し、
   上記画像処理手段は、
   画像相関検出法による同一部位検索処理により上記重複領域を検出し、且つ上記同一部位が互いに重なり合うように上記３次元画像データ同士の位置合わせを行う相関検出手段と、
   上記相関検出手段による処理結果に基づいて、上記３次元画像データに対して座標変換を施す変換手段と、
   上記変換手段により座標変換された上記３次元画像データを用いて上記結合処理を行う結合手段と、
   上記３次元画像データ中の上記同一部位を示す領域を、上記３次元画像データ同士のそれぞれに対応するＭＰＲ像を用いて複数のセグメントに分割するセグメント分割手段と、
   上記セグメント分割手段により分割されたセグメント毎に上記各ＭＰＲ像を比較することで、上記結合処理に係る３次元画像データを選択する選択手段と、
   を有すること、
   を特徴とする画像診断装置。
10. 被検体における同一領域を、互いに異なる複数のエコーウインドから、少なくとも一部重複領域を設けるように超音波スキャンを複数回行い、それぞれの上記エコーウインドからの超音波スキャンにより、それぞれ時間的に連続した複数の３次元画像データから成る３次元画像データ群を収集する超音波診断装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
    前記コンピュータに、
    上記被検体における上記３次元画像データ群を収集させる為の画像データ収集機能と、
    上記画像データ収集手段により上記３次元画像データ群が収集される際に、上記被検体の心臓動作に同期した心臓同期信号及び上記被検体の呼吸動作に同期した呼吸同期信号のうち少なくとも一方の同期信号を収集させる生体信号収集機能と、
    上記心臓同期信号または上記呼吸同期信号に同期して同時相で収集された上記３次元画像データ群について、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集したそれぞれの上記３次元画像データ同士の重複領域を検出し、該重複領域に基づいて、上記互いに異なるエコーウインドからの超音波スキャンにより収集した上記３次元画像データ同士を結合処理させることで、時間的に連続し且つ各々の上記３次元画像データよりも拡大された表示領域を有する複数のパノラマ３次元画像データから成るパノラマ３次元画像データ群を生成させる画像処理機能と、
    を実現させ、
    上記画像処理機能においては、
    画像相関検出法による同一部位検索処理により上記重複領域を検出させ、且つ上記同一部位が互いに重なり合うように上記３次元画像データ同士の位置合わせを実行させる相関検出機能と、
    上記相関検出機能による処理結果に基づいて、上記３次元画像データに対して座標変換を実行させる変換機能と、
    上記変換機能により座標変換された上記３次元画像データを用いて上記結合処理を実行させる結合機能と、
    上記３次元画像データ中の上記同一部位を示す領域を、上記３次元画像データ同士のそれぞれに対応するＭＰＲ像を用いて複数のセグメントに分割させるセグメント分割機能と、
    上記セグメント分割手段により分割されたセグメント毎に上記各ＭＰＲ像を比較させることで、上記結合処理に係る３次元画像データを選択させる選択機能と、
    を実現させること、
    を特徴とするプログラム。

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