JP5271615B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、三次元画像化の開始深度を自動的に決定して三次元画像化を開始する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置における三次元超音波画像形成技術として、レイキャスティング手法が良く知られている。この手法は、医療分野（特に産婦人科）において胎児の三次元画像を描出するのに広く用いられている。ここで、胎児の三次元画像を描出する場合、単純にレイキャスティング法を用いると、三次元画像化対象の胎児を覆っている、三次元画像化対象でない胎盤や子宮壁などを描出してしまうため、所望とする胎児の三次元画像を描出することができない。したがって、従来法では、医師あるいは超音波技師が手動にて胎児を遮蔽する胎盤や子宮壁などを取り除くクリッピング操作を行う必要があった。このクリッピング操作は、医師あるいは超音波技師にとって 非常に手間と時間を要するものであり、以前から自動化が望まれている技術であった。

そこで、下記の特許文献１が示す自動遮蔽物除去手法が提案されている。図７は、特許文献１に記載されている従来の自動遮蔽物除去手段を備えた三次元超音波画像診断装置のブロック図を示す。図７において、送受信器７０１は二次元アレイ探触子７００を介した超音波ビームの被検体への送信及び被検体からの反射波を受信し、検波回路７０２は送受信器７０１からの受信信号の検波を行う。三次元画像処理部７０３は検波回路７０２からの受信信号からボリュームデータを生成し、レイキャスティング演算を行って三次元画像を生成する。表示部７０４は三次元画像処理部７０３にて生成された三次元画像を表示する。移動平均器７０５は検波回路７０２にて処理された受信信号を平滑化し、比較器７０６は移動平均器７０５により平滑化された信号と、羊水を判定するための所定の閾値ＴＨと比較して受信信号レベルの落ち込み部分を判断する。レイキャスティング開始位置設定部７０７は比較器７０６にて判断された受信信号レベルの落ち込み部分（羊水部分）に基づいてレイキャスティング開始位置を決定し、三次元画像処理部７０３に出力する。

ここで、従来技術としての自動遮蔽物除去に関わる部分は、図７において点線にて囲まれた部分である。以下、この部分に関して詳細な説明を行う。比較器７０６は、受信信号レベルの深度方向の落ち込み部分（羊水部分）を検出するために２つのアルゴリズム（Ａ）、（Ｂ）を選択できるようにしている。アルゴリズム（Ａ）は図８に示すように、受信信号レベル（輝度値）の深度方向の落ち込み部分をそのまま検出するアルゴリズムであり、比較器７０６は、受信信号を深度方向に順次走査し、閾値ＴＨ＝Ｅ１（＜Ｅ２）より受信信号が低くなった時点の受信信号深度Ｄ１を記憶する。次に、 比較器７０６は、更に深度方向に走査を進めながら、今度は、閾値ＴＨ＝Ｅ２より受信信号が高くなった時点での受信信号深度Ｄ２を記憶する。受信信号の走査が終了した時点で、受信信号深度Ｄ１、Ｄ２はレイキャスティング開始位置設定部７０７に出力される。

アルゴリズム（Ｂ）は図９に示すように、図８に示す深度方向の受信信号レベル（輝度値）を積分して累積輝度値を求め、累積輝度値の傾き（微分値）に基づいて受信信号レベルの深度方向の落ち込み部分（羊水部分）を間接的に検出するアルゴリズムであり、比較器７０６は、比較処理を行う前に受信信号を深度方向に累計加算を行う。次に、比較器７０６は、先に生成した累計加算における傾きを閾値ＴＨ＝Ｆ１、Ｆ２（Ｆ１＜Ｆ２）と比較することでアルゴリズム（Ａ）と同様に、受信信号深度Ｄ１、Ｄ２を求める。まず、比較器７０６は、受信信号の累計加算値の傾きを深度方向に順次走査し、受信信号の累計加算値の傾きが閾値ＴＨ＝Ｆ１より小さくなった時点の受信信号深度Ｄ１を記憶する。 次に、比較器７０６は、更に深度方向に走査を進めながら、今度は、受信信号の累計加算値の傾きが閾値Ｆ２より大きくなった時点での受信信号深度Ｄ２を記憶する。受信信号の累計加算値の走査が終了した時点で、受信信号深度Ｄ１、Ｄ２は、レイキャスティング開始位置設定部７０７に出力される。

レイキャスティング開始位置設定部７０７では、比較器７０６にて求められた受信信号深度Ｄ１、Ｄ２の中間深度＝（Ｄ１＋Ｄ２）／２をレイキャスティング開始深度Ａとし、三次元画像処理部７０３に出力する。このため、三次元画像処理部７０３はレイキャスティング開始深度Ａより浅い位置の遮蔽物と一部の羊水を三次元画像化せず、レイキャスティング開始深度Ａより深い位置の一部の羊水と胎児を三次元画像化する。以上説明したとおり、従来法では比較器７０６、レイキャスティング開始位置設定部７０７を備えることで、羊水部分となる受信信号の落ち込み部分を判断し、胎児を覆っている胎盤や子宮壁など（遮蔽物）を自動的に除去して、胎児のみの描出を行なっている。
特開２００１−１４５６３１号公報（図４、図６）

しかしながら、前記従来の構成では、比較器７０６に対して深度方向の輝度曲線に対する閾値レベルＴＨ＝Ｅ１、Ｅ２、あるいは深度方向の累積加算輝度曲線に対する傾きの閾値ＴＨ＝Ｆ１、Ｆ２を必要とするため、これらの閾値パラメータを入力受信信号に応じて最適化する必要が生じる。例えば図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、遮蔽物と胎児間に存在する羊水が胎児の***物などによって濁っている場合を想定する。ちなみに、羊水が胎児の***物などによって濁ることは一般的なことであり、この事象を無視することはできないことをあえて記述しておく。ここで羊水が濁っている場合は、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、超音波受信信号の輝度曲線及び累積加算輝度曲線はともに、羊水の部分で閾値ＴＨ＝Ｅ１、ＴＨ＝Ｆ１より低くならず、正確なレイキャスティング開始位置Ａの特定が困難となる。したがって、遮蔽物を除去するためには、羊水の濁り具合に応じて適切な閾値を求める必要があることになる。

ここで、遮蔽物除去条件となる閾値の性質について更に考察を行う。 輝度曲線及び累積加算輝度曲線に対する閾値ＴＨ＝Ｅ１、ＴＨ＝Ｆ１は、絶対的パラメータであるため、曲線における輝度値や輝度変化（曲線微分値）に極めて依存する値である。このため、閾値判定を行う前に必ず曲線の平滑化処理を必要とする。また、平滑化処理を施したとしても、曲線にある程度のバイアスが加算された場合や、曲線変化が小さい場合には、遮蔽物除去の閾値として正常に作用しないことになる。したがって、輝度値そのものや輝度値変化を閾値として採用するのは、適切ではないと考える。

本発明は、前述の従来の課題を解決するもので、胎児などの三次元画像化対象と、胎児の遮蔽物である胎盤あるいは子宮壁などの三次元画像化対象でない部位の間に存在する羊水などの濁り具合に左右されることなく三次元画像化開始深度を正確に決定することができる超音波診断装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、三次元画像化の開始深度を自動的に決定して三次元画像化を開始する超音波診断装置において、
超音波受信信号の深度方向の輝度値を累積してそれぞれの累積加算値が略同じ値となるように前記超音波受信信号の深度方向を複数の深度区間に分割する分割手段と、
前記分割手段により分割されて得られた複数の深度区間のうち区間長が長い上位の複数の深度区間を三次元画像化開始候補区間として選択し、前記複数の三次元画像化開始候補区間のうち最も深度の浅い三次元画像化開始候補区間を三次元画像化開始区間として選択し、前記三次元画像化開始区間内の所定の深度を前記三次元画像化の開始深度として決定する開始深度決定手段と、
前記開始深度決定手段により決定された前記三次元画像化の開始深度から三次元画像化を開始して、前記超音波受信信号の三次元画像を生成する三次元画像化手段とを、
備えた構成とした。

また、前記分割手段は、前記三次元ボリュームデータからレイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列を取得し、ボクセルデータ列の始点からボクセルデータと所定の積算係数との積の累積加算を行いながらボクセルデータ列を走査してゆき、累積加算値が所定の閾値を越えた時点で、累積加算値を初期化して、その時点でのボクセルデータ列における深度を記録する処理をボクセルデータ列終点まで繰り返すことでレイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列を複数の深度区間に分割する構成とした。

また、前記開始深度決定手段は、前記分割手段により分割されて得られた複数の深度区間を区間長順に並べ替えて上位Ｎ個（Ｎは１以上の整数とする）の深度区間をレイキャスティング開始候補区間とし、前記レイキャスティング開始候補区間のうち最も深度が浅い区間をレイキャスティング開始区間として選択し、前記レイキャスティング開始区間内のあらかじめ設定された深度をレイキャスティング開始深度として決定する構成とした。

また、前記開始深度決定手段は、前記分割手段により分割されて得られた複数の深度区間を区間長順に並べ替えて上位Ｎ個（Ｎは１以上の整数）の三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間を決定し、
前記Ｎ個の三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間すべてがあらかじめ設定された区間長以下である場合に、三次元画像化又はレイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列の先頭位置を三次元画像化開始位置又はレイキャスティング開始位置として決定し、
前記Ｎ個の三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間にあらかじめ設定された区間長より長い三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間がある場合に、前記あらかじめ設定された区間長より長い三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間のうち最も深度が浅い区間内のあらかじめ設定された位置を三次元画像化開始深度又はレイキャスティング開始深度として決定する構成とした。

また、ユーザが前記三次元画像化開始候補区間の数を前記開始深度決定手段に設定するための候補区間数設定手段と、
前記候補区間数設定手段により設定された前記三次元画像化開始候補区間の数に基づいて前記開始深度決定手段が決定した前記三次元画像化の開始深度に対応する色づけ画像を、前記三次元画像化手段により生成された三次元画像と重畳する手段とを更に備えた構成とした。

この構成により、胎児などの三次元画像化対象と、胎児の遮蔽物である胎盤あるいは子宮壁などの三次元画像化対象でない部位の間に存在する羊水などの濁り具合に左右されることなく三次元画像化開始深度を正確に決定することができる。また、決定された三次元画像化開始深度がユーザの所望の位置でない場合に変更することができる。

本発明によれば、胎児などの三次元画像化対象と、胎児の遮蔽物である胎盤あるいは子宮壁などの三次元画像化対象でない部位の間に存在する羊水などの濁り具合に左右されることなく三次元画像化開始深度を正確に決定することができる。特に積分法を用いて輝度曲線を解析するので、輝度あるいは輝度変化（微分値）を閾値として用いる従来手法に比べ安定した解を得ることができる。また、開始深度を決定する際に区間長並べ替えを施すので、分割区間の相対的な性質について比較することができるため、更に安定した解を求めることが可能となる。

また、算出した開始深度がユーザの意図する位置と異なっている場合でも、三次元画像上に現在の開始深度を色づけした画像を重畳することで、ユーザの意図する位置と異なっていることを認識しやすくすることができ、また、超音波診断装置のユーザインターフェースを用いて開始深度を変更したいボクセルデータ列を指定し、開始候補区間数Ｎを変更することで簡便に開始深度を変更することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明に係る三次元超音波画像診断装置の第１の実施の形態を示すブロック図である。図１において、二次元アレイ探触子１０１は、接触する対象物に対して二次元方向に超音波ビームを送信し、対象物から反射波を受信する。送受信制御手段１０２は、二次元アレイ探触子１０１に対して超音波ビームの送受信方向制御（ビームフォーミング）及び受信信号の整相加算を行い、受信音響データを生成する。信号処理部１０３は、送受信制御手段１０２にて処理された受信音響データに対してフィルタ処理及び検波処理などを行う。ボリュームデータ生成手段１０４は、信号処理部１０３からの受信音響データを受け取り、二次元探触子１０１の形状や受信音響データの受信方向といった座標パラメータを用いて三次元直交座標系に座標変換を行うことでボリュームデータを生成する。

レイキャスティング方向設定手段１０５は、トラックボールなどの入力デバイスからパラメータに従って、ボリュームデータ生成手段１０４により生成されたボリュームデータに対するレイキャスティング方向（三次元画像化方向）を決定する。レイキャスティングデータ取得手段１０６は、レイキャスティング方向設定手段１０５にて決定されたレイキャスティング方向に沿って、ボリュームデータ生成手段１０４により生成されたボリュームデータからレイキャスティングの対象となるボクセルデータ列を取得する。分割手段は、積分法を用いて累積加算値が略同じ値となるように超音波受信信号の深度方向を複数の深度区間に分割する。なお、本実施の形態では、前述の分割手段を区間分割手段１０７を用いて説明する。開始深度決定手段１０８は後述するように、区間分割手段１０７にて生成された分割区間の区間長を解析してレイキャスティング開始深度Ａを決定する。三次元画像化手段は、開始深度決定手段１０８で決定されたレイキャスティング開始深度Ａから、レイキャスティングデータ取得手段１０６により取得されたボクセルデータ列に対してレイキャスティング演算処理を行い、三次元画像化する。なお、本発明の実施の形態では、前述の三次元画像化手段をレイキャスティング演算手段１０９を用いて説明する。表示手段１１０は、レイキャスティング演算手段１０９の処理結果をモニタなどに表示する。

次に、本発明の第１の実施の形態における三次元超音波画像診断装置の動作について説明する。まず、対象物を含む被検体を走査するために、送受信制御手段１０２が超音波ビームの送信方向制御（ビームフォーミング）を行うことで、二次元アレイ探触子１０１から被検体に向けて超音波ビームが送信される。送信された超音波ビームは、被検体における音響境界にて反射し、再びで二次元アレイ探触子１０１に戻ってくる。二次元探触子１０１は、被検体からの反射波を受信し、受信波を電気的な受信信号に変換して送受信制御手段１０２に出力する。送受信制御手段１０２は、二次元アレイ探触子１０１からの受信信号について整相加算を行うことで受信音響データを生成するとともに、送受信した音響ビームの方向情報を受信音響データに付加して信号処理部１０３に出力する。

信号処理部１０３は、受信音響データに対して帯域通過フィルタ処理を施してノイズ成分を除去した後、検波処理を行うことで、受信音響データのパワー成分を抽出し、ボリュームデータ生成手段１０４に出力する。ボリュームデータ生成手段１０４は、受信音響データに付加された音響ビームの方向情報を監視して、三次元の被検体全域の走査開始から終了までの受信音響データをすべて記憶する。被検体全域の走査が終了した時点で、ボリュームデータ生成手段１０４は、二次元探触子１０１の形状や受信音響データに付加された音響ビームの方向情報などの座標パラメータに基づいて座標変換を行い、三次元直交座標系ボリュームデータを生成する。

レイキャスティング方向設定手段１０５は、ユーザが所望するボリュームデータに対する視線方向をトラックボールなどの入力デバイスを用いて指示することで、ボリュームデータに対するレイキャスティング方向を決定し、レイキャスティングデータ取得手段１０６に出力する。レイキャスティングデータ取得手段１０６は、レイキャスティング方向に沿ってボリュームデータからレイキャスティングの対象となるボクセルデータ列を取得して、区間分割手段１０７及びレイキャスティング演算手段１０９に出力する。

区間分割手段１０７は、レイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列に対して、ボクセルデータ列の始点からボクセル輝度値とあらかじめ設定されている積算係数Ｃとの積を累積加算（積分処理）しながらボクセルデータ列を走査してゆき、累積加算値が所定の閾値Ｔ１を越えた時点で、累積加算値を零に初期化して、その時点でのボクセルデータ列における深度を記録する。この処理をボクセルデータ終点まで繰り返し実施することでレイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列を深度方向に複数の分割区間に分割し、その分割情報を開始深度決定手段１０８に出力する。

開始深度決定手段１０８は、複数の分割区間を区間長が長い順番に並べ替えを行い、上位Ｎ個（Ｎは１以上の整数とする）のレイキャスティング開始候補区間を決定する。次に、このＮ個のレイキャスティング開始候補区間のうち最も浅い深度であるレイキャスティング候補区間をレイキャスティング開始区間Ｓとして選択し、レイキャスティング開始区間Ｓ内のあらかじめ設定されている所定深度をレイキャスティング開始深度Ａとするか、又は上位Ｎ個のレイキャスティング開始候補区間すべてがあらかじめ設定された区間長以下の場合は、レイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列の先頭位置をレイキャスティング開始深度Ａとしてレイキャスティング演算手段１０９に引き渡す。

ここで、開始深度決定手段１０８で決定される最終的なレイキャスティング開始深度Ａの決定方法については、システムであらかじめ設定された比率係数αを用いて算出する。比率係数αは、レイキャスティング開始区間Ｓの長さを１に正規化した場合に、レイキャスティング開始区間Ｓのどこを最終的なレイキャスティング開始深度Ａとして設定するかを示す値であり、
・α＝０．０ならレイキャスティング開始区間Ｓの先頭位置、
・α＝０．５ならレイキャスティング開始区間Ｓの中間位置、
・α＝１．０ならレイキャスティング開始区間Ｓの最終位置
をレイキャスティング開始深度Ａとする。次に、レイキャスティング演算手段１０９は、開始深度決定手段１０８で設定されたレイキャスティング開始深度Ａからボクセルデータ列を走査しながらレイキャスティング演算を実施することで被検体の三次元画像を生成し、表示手段１１０に出力する。

図２を用いながら詳細に説明する。また、説明を簡単にするために、あらかじめ設定されるパラメータについては、積算係数Ｃ＝１、レイキャスティング開始候補区間数Ｎ＝３、比率係数α＝０．５としておく。図２におけるグラフは、レイキャスティングデータ取得手段１０６から入力されるボクセルデータ列に対する深度方向のボクセル輝度値プロファイルの一例である。ボクセルデータ列に対して区間分割手段１０７で処理すると、深度方向は分割区間Ｓ０から分割区間Ｓ９に分割される。ここでは積算係数Ｃ＝１であることから分割区間Ｓ０から分割区間Ｓ８までの各区間面積は閾値Ｔ１とほぼ同一になる。（分割区間Ｓ９に関しては、閾値Ｔ１を満たさないうちにボクセルデータ列の終点に到達する可能性があるため、必ずしも区間面積が分割区間Ｓ０〜Ｓ８と同一になるとは限らない）。開始深度決定手段１０８にて算出された分割区間長は、ボクセル輝度値プロファイルにおいてボクセル輝度値が低く推移した場合は相対的に長くなり、ボクセル輝度値が高く推移した場合は、相対的に短くなる性質をもつことになる。すなわち、羊水部分を含む分割区間Ｓ５の長さは、遮蔽物や胎児を含む区間Ｓ０〜Ｓ４、Ｓ６より相対的に長くなるといえる。

次に、開始深度決定手段１０８は、区間分割手段１０７で分割された分割区間Ｓ０からＳ８まで（分割区間Ｓ９については関しては、閾値Ｔ１を満たさないうちにボクセルデータ列の終点に到達する可能性があるため、必ずしも区間面積が分割区間Ｓ０からＳ８までと同一になるとは限らないことから解析対象から外す）を区間長の長い順に並べ替える。ここで、羊水部分を含む分割区間Ｓ５の長さは、遮蔽物や胎児を含む区間Ｓ０〜Ｓ４、Ｓ６より相対的に長くなることから、区間長が長い順に並べ替えることは、羊水区間Ｓ５を含む可能性が高い分割区間順に並べ替えを行うことと等価になる。

ここではＮ＝３であることから、上位３個の分割区間Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８をレイキャスティング演算手段１０９におけるレイキャスティング開始深度Ａを含むレイキャスティング開始候補区間として選択する。次に、３個のレイキャスティング開始候補区間Ｓ５、Ｓ７、Ｓ８を深度順に並べ替え、最も浅い深度となるレイキャスティング開始候補区間Ｓ５をレイキャスティング開始区間Ｓとして選択する。そして、比率係数α＝０．５であることから、レイキャスティング開始区間Ｓ（＝Ｓ５）における中間点をレイキャスティング開始深度Ａとし、レイキャスティング演算手段１０９に引き渡すことで、遮蔽物が除去された胎児の三次元画像を表示することができる。

かかる構成によれば、区間分割手段１０７を用いてボクセルデータ列を深度方向に複数の分割区間Ｓ０〜Ｓ９に分割し、開始深度決定手段１０８を用いて分割区間Ｓ０〜Ｓ９の区間長及び分割区間Ｓ０〜Ｓ９の深度関係を解析することにより、区間長が長くなる羊水部分を検出するので、自動的に遮蔽物を除去した胎児の三次元画像を提供することが可能になる。

次に、レイキャスティング開始区間Ｓとして「区間長が最も長い開始候補区間」ではなく、「最も浅い深度となるレイキャスティング開始候補区間Ｓ５」を選択する理由について説明する。ここで、図３はボクセル輝度値プロファイルの他の例を示し、胎児部分を含む区間Ｓ６より深い区間Ｓ７の輝度値が羊水区間Ｓ５より低い。羊水部分を含む分割区間Ｓ５の区間長は、胎児部分を含む分割区間Ｓ６の区間長より相対的に長くなるが、図３では、レイキャスティング開始候補区間Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７を区間長順に並べ替えを行うと、Ｓ７＞Ｓ５＞Ｓ８の関係となる。ここでは、胎児部分の区間Ｓ５をレイキャスティング演算対象としなければならないので、単純に「最も区間長の長いレイキャスティング開始候補区間Ｓ７」をレイキャスティング開始区間Ｓとしても、胎児の三次元画像を生成することはできない。したがって、胎児の三次元画像を生成するには候補区間Ｓ５を選択する必要がある。そこで、区間長順に並べ替え後の上位Ｎ個を選択し、そのうちの「最も浅い深度にあるレイキャスティング開始候補区間Ｓ５」をレイキャスティング開始区間Ｓとすれば、胎児の三次元画像を生成することが可能になる。ここで、Ｎの値が非常に重要な要素となり得るが、胎児の三次元構造は、比較的単純であるためＮの値は特殊なケースを除き、安定した値として設定することができる。

図４に区間分割手段１０７における動作を説明するためのフローチャートを示す。図４において、まず、ボクセルデータ列をレイキャスティング取得手段１０６から取得し（ステップＳ１）、次いで深度Ｄを０に初期化するとともに分割区間長Ｓiのインデックスｉを０に初期化する（ステップＳ２）。次いで深度Ｄを区間開始深度Ｄstartに代入し（ステップＳ３）、次いで累積加算値Ｓｕｍを０に初期化する（ステップＳ４）。次いで、ステップＳ１で取得したボクセルデータ列から深度Ｄのボクセルデータを取得し（ステップＳ５）、次いでこれを深度ＤのボクセルデータＶとして取得する（ステップＳ６）。

次いで、
累積加算値Ｓｕｍ＝累積加算値Ｓｕｍ＋ボクセルデータＶ×積算係数Ｃ
を算出し（ステップＳ７）、次いで
累積加算値Ｓｕｍ＞閾値Ｔ１
か否かをチェックする（ステップＳ８）。そして、Ｓｕｍ＞Ｔ１でない場合には深度Ｄがボクセルデータ列の最終か否かをチェックし（ステップＳ９）、最終でない場合には深度Ｄを１つインクリメントし（ステップＳ１０）、次いでステップＳ５に戻って次の深度に対する処理を繰り返す。ステップＳ９で深度Ｄがボクセルデータ列の最終の場合にはこの処理を終了する。

また、ステップＳ８においてＳｕｍ＞Ｔ１の場合には、深度Ｄを区間終了深度Ｄendに代入し（ステップＳ１１）、次いで
分割区間長Ｓi＝区間終了深度Ｄend−区間開始深度Ｄstart
を算出する（ステップＳ１２）。次いで分割区間長Ｓiのインデックスｉを１つインクリメントし（ステップＳ１３）、次いで深度Ｄを１つインクリメントし（ステップＳ１１４）、次いでステップＳ３に戻って次の分割区間に対する処理を繰り返す。

図５に開始深度決定手段１０８における動作を説明するためのフローチャートを示す。図５において、すべての分割区間長Ｓiを取得し（ステップＳ２１）、次いですべての分割区間長Ｓiが閾値Ｓt以下であるか否かをチェックする（ステップＳ２２）。もしそうであれば、レイキャスティング開始深度Ａをボクセルデータ列の先頭に設定し（ステップＳ２７）、次いで処理を終了する。

他方、ステップＳ２２においてすべての分割区間長Ｓiが閾値Ｓt以下でない場合、すべての分割区間長Ｓiを区間長でソート（Sort）し（ステップＳ２３）、次いで区間長でソートされた分割区間長Ｓiのうち、区間長が上位Ｎ個のレイキャスティング開始候補区間を抽出する（ステップＳ２５）。次いで区間長が上位Ｎ個のレイキャスティング開始候補区間のうち、最も区間開始深度Ｄstartが浅いレイキャスティング開始候補区間をレイキャスティング開始区間として選択し（ステップＳ２５）、次いで比率係数αに応じてレイキャスティング開始区間内のレイキャスティング開始深度Ａを算出し（ステップＳ２６）、次いで処理を終了する。

＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明の第２の実施の形態における三次元超音波画像診断装置を示すブロック図である。図５において、二次元アレイ探触子１０１と、送受信制御手段１０２と、信号処理部１０３と、ボリュームデータ生成手段１０４と、レイキャスティング方向設定手段１０５と、レイキャスティングデータ取得手段１０６と、区間分割手段１０７と、開始深度決定手段１０８と、レイキャスティング演算手段１０９は、図１と同じ構成である。レイキャスティング候補区間数設定手段５１０により、開始深度決定手段１０８で利用されるレイキャスティング候補区間数Ｎをユーザが設定する。レイキャスティング開始深度画像生成手段５１１は、開始深度決定手段１０８にて決定されたレイキャスティング開始深度Ｐに対応する色づけ画像を生成する。重畳手段５１３は、レイキャスティング演算手段１０９で生成した三次元画像とレイキャスティング開始深度画像生成手段５１１で生成したレイキャスティング開始深度Ｐに対応する色づけ画像を重畳した画像を生成する。表示手段５１２は、重畳手段５１３からの出力を表示する。

次に、本発明の第２の実施の形態における三次元超音波画像診断装置の動作について説明する。遮蔽物除去に関する動作は、本発明の第１の実施の形態における動作と同一であるので、ここでは説明を省略し、新たに追加変更したレイキャスティング候補区間数設定手段５１０、レイキャスティング開始深度画像生成手段５１１、表示手段５１２、重畳手段５１３に関する動作を中心に説明する。

まず、１回目の遮蔽物除去動作においては、レイキャスティング候補区間数設定手段５１０は、すべてのレイキャスティングの対象となるボクセルデータ列に対して、同一のレイキャスティング候補区間数Ｎ＝Ｂを開始深度決定手段１０８に設定し、遮蔽物除去を実施する。この場合、開始深度決定手段１０８は、レイキャスティング候補区間数Ｎ＝Ｂでレイキャスティング開始位置を算出するので、この結果を用いてレイキャスティング演算手段１０９は三次元画像を生成する。レイキャスティング開始深度画像生成手段５１１は、レイキャスティング開始深度に対応する色づけ画像を生成し、重畳手段５１３は、これらの画像を重畳し、表示手段５１２に出力する。ここで、画像の重畳とはアルファブレンディング表示を意味し、三次元画像上にレイキャスティング開始深度に対応する色づけ画像が透過表示されることを意味する。

次に、ユーザは、この重畳画像を見ることで、三次元画像が正しく遮蔽物除去されたものであるかどうかを判断する。この際、レイキャスティング開始深度に対応する色づけ画像を重畳しているため、三次元画像とレイキャスティング開始深度の関係を同時に把握することできるため、正しく遮蔽物除去ができていない領域を簡単に認識することが可能となる。

次に、ユーザは、正しく遮蔽物除去ができていない領域に対してトラックボールなどのポインティングデバイスを用いて指定し、指定された領域を正しく遮蔽物除去ができていない領域を指定することでレイキャスティング候補区間数設定手段５１０に、その領域情報を引き渡す。レイキャスティング候補区間数設定手段５１０は、引き渡された領域情報に基づいて、領域内となるレイキャスティングの対象となるボクセルデータ列に対するレイキャスティング候補区間数ＮをＢからＣに変更する。変更量については、あらかじめシステムに設定されたパラメータに従って設定する。レイキャスティング候補区間数設定手段５１０は変更したレイキャスティングの対象となるボクセルデータ列に対するレイキャスティング候補区間数Ｎ＝Ｃを開始深度決定手段１０８に設定し、開始深度決定手段１０８は、更新されたレイキャスティング候補区間数Ｎ＝Ｃを用いて区間解析を実施して、レイキャスティング開始深度を算出し、レイキャスティング演算手段１０９とレイキャスティング開始深度画像生成手段５１１に引き渡す。

最後に、レイキャスティング演算手段１０９で三次元画像を生成し、レイキャスティング開始深度画像生成手段５１１でレイキャスティング開始深度に対応する色づけ画像を生成し、重畳手段５１３にてこれらの画像を重畳し、表示手段５１２に表示する。ユーザはこの操作を繰り返すことで、遮蔽物除去が完全になされた三次元画像を取得することが可能になる。

なお、第１及び第２の実施の形態では、被検体を三次元的に走査する探触子として電子走査式の二次元アレイ探触子１０１を用いたが、この二次元アレイ探触子１０１の代わりに一次元アレイ探触子を機械的に駆動するハイブリッド探触子、あるいは、単一探触子を二次元的に駆動する機械式探触子を用いてもよい。
なお、第１及び第２の実施の形態では、三次元画像化形成技術としてレイキャスティング手法を用いて説明したが、サーフェスレンダリングなど他の三次元画像化形成技術を用いても同様の効果を得ることができる。

なお、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又はすべてを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。例えば、バイオ技術の適用などが可能性としてあり得る。

本発明は、高精度な自動遮蔽物除去機能を有し、産婦人科領域における胎児を覆っている胎盤や子宮壁などの遮蔽物を自動的に排除し、胎児のみを描出する方法として有用である。また、産婦人科領域だけなく他の診療分野においても有用であり、特に循環器科領域における心室内の僧帽弁描出などの用途にも応用できる。さらに、モダリティに関しても超音波診断装置に限らず、ＣＴあるいはＭＲＩなどにも応用できる。さらに、医療分野だけでなく産業用途に対しても応用可能である。

本発明の第１の実施の形態における超音波診断装置全体のブロック図 本発明の第１の実施の形態におけるボクセル輝度値プロファイルの一例と、区間分割及び区間解析を示す説明図 本発明の第１の実施の形態におけるボクセル輝度値プロファイルの他の例と、区間分割及び区間解析を示す説明図 本発明の第１の実施の形態における区間分割手段の動作を説明するためのフローチャート 本発明の第１の実施の形態における開始深度決定手段の動作を説明するためのフローチャート 本発明の第２の実施の形態における超音波診断装置全体のブロック図 従来の超音波診断装置におけるブロック図 従来の遮蔽物除去アルゴリズム（Ａ）を示す説明図 従来の遮蔽物除去アルゴリズム（Ｂ）を示す説明図 本発明が解決しようとする課題を示す説明図

符号の説明

１０１ 二次元アレイ探触子
１０２ 送受信制御手段
１０３ 信号処理部
１０４ ボリュームデータ生成手段
１０５ レイキャスティング方向設定手段
１０６ レイキャスティングデータ取得手段
１０７ 区間分割手段
１０８ 開始深度決定手段
１０９ レイキャスティング演算手段
１１０ 表示手段
５１０ レイキャスティング候補区間数設定手段
５１１ レイキャスティング開始深度画像生成手段
５１２ 表示手段
５１３ 重畳手段
７０１ 送受信器
７０２ 検波回路
７０３ 三次元画像処理部
７０４ 表示部
７０５ 移動平均器
７０６ 比較器
７０７ レイキャスティング開始位置設定部

Claims (5)

1. 三次元画像化の開始深度を自動的に決定して三次元画像化を開始する超音波診断装置において、
   超音波受信信号の深度方向の輝度値を累積してそれぞれの累積加算値が略同じ値となるように前記超音波受信信号の深度方向を複数の深度区間に分割する分割手段と、
   前記分割手段により分割されて得られた複数の深度区間のうち区間長が長い上位の複数の深度区間を三次元画像化開始候補区間として選択し、前記複数の三次元画像化開始候補区間のうち最も深度の浅い三次元画像化開始候補区間を三次元画像化開始区間として選択し、前記三次元画像化開始区間内の所定の深度を前記三次元画像化の開始深度として決定する開始深度決定手段と、
   前記開始深度決定手段により決定された前記三次元画像化の開始深度から三次元画像化を開始して、前記超音波受信信号の三次元画像を生成する三次元画像化手段とを、
   備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記分割手段は、三次元ボリュームデータからレイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列を取得し、ボクセルデータ列の始点からボクセルデータと所定の積算係数との積の累積加算を行いながらボクセルデータ列を走査してゆき、累積加算値が所定の閾値を越えた時点で、累積加算値を初期化して、その時点でのボクセルデータ列における深度を記録する処理をボクセルデータ列終点まで繰り返すことでレイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列を複数の深度区間に分割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. 前記開始深度決定手段は、前記分割手段により分割されて得られた複数の深度区間を区間長順に並べ替えて上位Ｎ個（Ｎは１以上の整数とする）の深度区間をレイキャスティング開始候補区間とし、前記レイキャスティング開始候補区間のうち最も深度が浅い区間をレイキャスティング開始区間として選択し、前記レイキャスティング開始区間内のあらかじめ設定された深度をレイキャスティング開始深度として決定す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. 前記開始深度決定手段は、前記分割手段により分割されて得られた複数の深度区間を区間長順に並べ替えて上位Ｎ個（Ｎは１以上の整数）の三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間を決定し、
   前記Ｎ個の三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間すべてがあらかじめ設定された区間長以下である場合に、三次元画像化又はレイキャスティング演算対象となるボクセルデータ列の先頭位置を三次元画像化開始位置又はレイキャスティング開始位置として決定し、
   前記Ｎ個の三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間にあらかじめ設定された区間長より長い三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間がある場合に、前記あらかじめ設定された区間長より長い三次元画像化開始候補区間又はレイキャスティング開始候補区間のうち最も深度が浅い区間内のあらかじめ設定された位置を三次元画像化開始深度又はレイキャスティング開始深度として決定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の超音波診断装置。
5. ユーザが前記三次元画像化開始候補区間の数を前記開始深度決定手段に設定するための候補区間数設定手段と、
   前記候補区間数設定手段により設定された前記三次元画像化開始候補区間の数に基づいて前記開始深度決定手段が決定した前記三次元画像化の開始深度に対応する色づけ画像を、前記三次元画像化手段により生成された三次元画像と重畳する重畳手段とを、
   更に備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の超音波診断装置。

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