JP5284123B2 - 超音波診断装置および位置情報取得プログラム - Google Patents

Description

本発明は、超音波診断装置および位置情報取得プログラムに関する。

従来より、超音波診断装置は、Ｘ線診断装置やＸ線コンピュータ断層撮影装置などの他の医用画像診断装置に比べ、簡便な操作性、被爆のおそれがない非侵襲性などの利点を備えた装置として、今日の医療において、心臓、肝臓、腎臓、乳腺、筋肉など、様々な生体組織の検査や診断に利用されている。

ここで、超音波診断装置は、被検体に対して超音波プローブから超音波を送信し、当該被検体の内部組織から反射された超音波の反射波に基づき超音波画像を生成する。

例えば、近年、乳がんの早期発見を目的として推奨されている***超音波検査などの超音波診断装置を用いた検査において、超音波プローブは、病変部の観察に最適な位置を探索するため、医師や技師により被検体の***表面にて移動・回転される。したがって、超音波画像に描出されている病変部の位置を医師が把握するためには、超音波画像の生成時における超音波プローブの位置情報を取得することが重要となる。

そこで、超音波プローブの位置情報を取得するために、磁気信号を発生する磁場発生コイルを被検体が横臥する寝台に取り付け、磁気センサを超音波プローブに取り付けた超音波診断装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。かかる超音波診断装置では、磁場発生コイルが発生した磁気信号を検出する磁気センサが、磁場発生コイルに対する磁気センサの座標位置を算出することで、超音波プローブの位置情報が取得される。

また、超音波プローブの位置情報を取得するために、光学センサを超音波プローブに取り付けた超音波診断装置も知られている（例えば、非特許文献１参照）。かかる超音波診断装置では、被検体の検査部位上に固定したカラーパターンを光学センサが読込むことで、超音波プローブの位置情報が取得される。

このようにして取得された超音波プローブの位置情報は、例えば、ボディマークとして超音波画像とともにモニタに表示され、画像診断を行なう医師は、参照する超音波画像の検査部位における位置を容易に把握することができる。なお、ボディマークとは、超音波画像の生成時において被検体に対して超音波プローブを当てた位置や向きを大まかに示す概略図のことである。

特開２００６−２４６９７４号公報 特開２００７−２４４５７５号公報

色センサを用いた***検査用探触子位置検出システムの開発：日本超音波医学会第８１回学術集会講演抄録集，Ｓ２８３，２００８年５月

ところで、上記した従来の技術は、簡易に超音波プローブの位置情報を取得できないという課題があった。すなわち、上記した従来の技術では、磁気センサや光学センサなどの位置センサを超音波プローブに追加する必要があるため、超音波診断装置の構成が複雑になり、製造コストが増加してしまう。

そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、超音波画像の生成時における超音波プローブの位置情報を簡易に取得することが可能になる超音波診断装置および位置情報取得プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、被検体に対して超音波プローブから送信した超音波の反射波に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、前記超音波プローブから送信される前記超音波の深度を、観察対象領域より深部に設定したうえで時系列に沿って生成された複数の超音波画像から動き情報を取得し、当該取得した動き情報における心拍に由来する運動成分と呼吸に由来する運動成分との強度比から当該超音波プローブによる走査が行なわれている臓器の左右を識別し、識別した結果を位置情報として取得する位置情報取得手段と、前記位置情報取得手段によって取得された前記位置情報を所定の表示部に表示するように制御する表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２記載の本発明は、被検体に対して超音波プローブから送信した超音波の反射波に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、前記超音波プローブから送信される前記超音波の深度を、観察対象領域より深部に設定したうえで、前記超音波を３次元にて走査して生成された３次元超音波画像にて描出される肋骨の走行方向を画像解析により検出し、当該検出した肋骨の走行方向を当該超音波プローブの位置情報として取得する位置情報取得手段と、前記位置情報取得手段によって取得された前記位置情報を所定の表示部に表示するように制御する表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項８記載の本発明は、超音波画像を生成するために被検体に対して超音波を送信する超音波プローブの位置情報を取得する位置情報取得方法をコンピュータに実行させる位置情報取得プログラムであって、前記超音波プローブから送信される前記超音波の深度を、観察対象領域より深部に設定したうえで時系列に沿って生成された複数の超音波画像から動き情報を取得し、当該取得した動き情報における心拍に由来する運動成分と呼吸に由来する運動成分との強度比から当該超音波プローブによる走査が行なわれている臓器の左右を識別し、識別した結果を位置情報として取得する位置情報取得手順と、前記位置情報取得手順によって取得された前記位置情報を所定の表示部に表示するように制御する表示制御手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、請求項９記載の本発明は、超音波画像を生成するために被検体に対して超音波を送信する超音波プローブの位置情報を取得する位置情報取得方法をコンピュータに実行させる位置情報取得プログラムであって、前記超音波プローブから送信される前記超音波の深度を、観察対象領域より深部に設定したうえで、前記超音波を２次元にて走査して生成された３次元超音波画像に描出された肋骨の走行方向を画像解析により検出し、当該検出した肋骨の走行方向を当該超音波プローブの位置情報として取得する位置情報取得手順と、前記位置情報取得手順によって取得された前記位置情報を所定の表示部に表示するように制御する表示制御手順と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

請求項１、２、８または９記載の本発明によれば、超音波画像の生成時における超音波プローブの位置情報を簡易に取得することが可能になる。

図１は、本実施例における超音波診断装置の構成を説明するための図である。 図２は、本実施例における画像処理部の構成を説明するための図である。 図３は、本実施例におけるボリュームデータを説明するための図である。 図４は、Ａ面、Ｂ面およびＣ面について説明するための図である。 図５は、左右識別部を説明するための図である。 図６は、左右識別部の処理結果を用いたボディマーク生成部の処理を説明するための図である。 図７は、走行方向検出部が実行する第一の方法を説明するための図である。 図８は、走行方向検出部が実行する第二の方法を説明するための図（１）である。 図９は、走行方向検出部が実行する第二の方法を説明するための図（２）である。 図１０は、走行方向検出部による超音波プローブの位置検出方法を説明するための図である。 図１１は、走行方向検出部の処理結果を用いたボディマーク生成部の処理を説明するための図である。 図１２は、本実施例における超音波診断装置の処理を説明するためのフローチャートである。 図１３は、本実施例における第一の変形例を説明するための図である。 図１４は、本実施例における第二の変形例を説明するための図である。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る超音波診断装置および位置情報取得プログラムの好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下では、この発明に係る位置情報取得プログラムを実行する超音波診断装置を実施例として説明する。

まず、本実施例における超音波診断装置の構成について説明する。図１は、本実施例における超音波診断装置の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施例における超音波診断装置は、超音波プローブ１と、モニタ２と、入力装置３と、装置本体１０とから構成される。

超音波プローブ１は、一列に配置された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１０が有する送信部１１から供給される駆動信号に基づき超音波を発生するとともに、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１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。

超音波プローブ１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１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、本実施例における超音波プローブ１は、圧電振動子を機械的に揺動させるための揺動モータと揺動回路とを有し、複数の圧電振動子の揺動により被検体Ｐを３次元で走査することができる。すなわち、操作者は、本実施例における超音波プローブ１を被検体Ｐに接触させるだけで、自動的に、被検体Ｐを複数の断面にて連続して走査した３次元反射波データ（ボリュームデータ）を取得することができる。また、被検体Ｐを３次元で走査する場合は、制御された揺動速度から、断面間の正確な距離も検知できる。

なお、本発明は、超音波プローブ１が、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場合であっても適用可能である。２次元超音波プローブを用いることにより、超音波診断装置は、原理的に、従来の１次元プローブにより２次元反射波データを取得する場合と、ほぼ同じ時間で、ボリュームデータを取得することができる。

モニタ２は、超音波診断装置の操作者が入力装置３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１０において生成された超音波画像を表示したりする。

入力装置３は、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し、超音波診断装置の操作者からの各種設定要求を受け付け、装置本体１０に対して受け付けた各種設定要求（例えば、関心領域の設定要求など）を転送する。例えば、操作者が、入力装置３の「終了ボタン」や「ＦＲＥＥＺＥボタン」を押下すると、超音波の送受信が終了し、超音波診断装置は、一時停止状態となる。

装置本体１０は、超音波プローブ１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り、図１に示すように、送信部１１と、受信部１２と、Ｂモード処理部１３と、ドプラ処理部１４と、画像処理部１５と、画像メモリ１６と、画像合成部１７と、制御部１８と、内部記憶部１９とを有する。

送信部１１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１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１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の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１に駆動信号（駆動パルス）を印加する。

また、送信部１１は、後述する制御部１８の制御に基づいて、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。なお、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。

受信部１２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１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、反射波信号を増幅してゲイン補正処理を行ない、Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正された反射波信号をＡ／Ｄ変換して受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与え、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。ここで、本実施例では、受信部１２は、３次元反射波データを生成する。

このように、送信部１１および受信部１２は、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。

Ｂモード処理部１３は、受信部１２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け取り、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。ここで、本実施例では、Ｂモード処理部１３は、３次元反射波データから３次元Ｂモードデータを生成する。

ドプラ処理部１４は、受信部１２から受け取っ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。ここで、本実施例では、ドプラ処理部１４は、３次元反射波データから３次元ドプラデータを生成する。

画像処理部１５は、超音波画像を生成する画像生成部１５１と、画像生成部１５１が生成した超音波画像を解析して、当該超音波画像の生成時における超音波プローブ１の被検体Ｐにおける位置情報を解析する位置解析部１５２とを有する。

画像生成部１５１は、Ｂモード処理部１３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モード画像や、ドプラ処理部１４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、または、これらの組み合わせ画像としてのドプラ画像を超音波画像として生成する。

ここで、画像生成部１５１は、一般的には、超音波スキャンの走査線信号列を、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、表示画像としての超音波画像を生成する。また、画像生成部１５１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。

さらに、画像生成部１５１は、３次元Ｂモードデータや３次元ドプラデータなどの３次元反射波データを受け取った場合、３次元再構成アルゴリズムを用いてボリュームレンダリングなどの処理を行なって３次元超音波画像を再構成する。

なお、画像生成部１５１の画像生成処理と、位置解析部１５２の解析処理とについては、後に詳述する。

画像メモリ１６は、画像生成部１５１が生成した超音波画像を記憶するメモリである。

画像合成部１７は、画像生成部１５１が生成した超音波画像を、種々のパラメータの文字情報、目盛り、ボディマークなどと合成し、ビデオ信号としてモニタ２に出力する。

制御部１８は、超音波診断装置における処理全体を制御する。具体的には、制御部１８は、入力装置３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１９から読込んだ各種制御プログラムに基づき、送信部１１、受信部１２、Ｂモード処理部１３、ドプラ処理部１４および画像処理部１５の処理を制御したり、画像メモリ１６が記憶する超音波画像や、画像合成部１７が合成した画像などをモニタ２にて表示するように制御したりする。

内部記憶部１９は、超音波送受信、画像処理およ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マークなどの各種データを記憶する。また、内部記憶部１９は、必要に応じて、画像メモリ１６が記憶する画像の保管などにも使用される。なお、内部記憶部１９が記憶するデータは、図示しないインターフェース回路を経由して、外部の周辺装置へ転送するができる。

このように、本実施例における超音波診断装置は、超音波プローブ１から送信した超音波の反射波に基づいて超音波画像を生成するが、以下で詳細に説明する画像生成部１５１および位置解析部１５２の処理により、超音波画像の生成時における超音波プローブの位置情報を簡易に取得することが可能になることに主たる特徴がある。

画像生成部１５１および位置解析部１５２の処理について、図２〜１１を用いて説明する。なお、図２は、本実施例における画像処理部の構成を説明するための図であり、図３は、本実施例におけるボリュームデータを説明するための図であり、図４は、Ａ面、Ｂ面およびＣ面について説明するための図であり、図５は、左右識別部を説明するための図であり、図６は、左右識別部の処理結果を用いたボディマーク生成部の処理を説明するための図であり、図７は、走行方向検出部が実行する第一の方法を説明するための図であり、図８および９は、走行方向検出部が実行する第二の方法を説明するための図であり、図１０は、走行方向検出部による超音波プローブの位置検出方法を説明するための図であり、図１１は、走行方向検出部の処理結果を用いたボディマーク生成部の処理を説明するための図である。

なお、以下では、***超音波検査において、超音波プローブ１が被検体Ｐの***を３次元にて走査して、３次元の反射波データが生成される場合について説明する。

図２に示すように、本実施例における画像処理部１５の画像生成部１５１は、表示用画像生成部１５１ａと、解析用画像生成部１５１ｂとを有する。また、本実施例における画像処理部１５の位置解析部１５２は、左右識別部１５２ａと、走行方向検出部１５２ｂと、ボディマーク生成部１５２ｃとを有する。

ここで、本実施例において、超音波プローブ１の位置情報を解析するために、超音波プローブ１から送信される超音波の深度は、検査を行なう被検体Ｐの***より深部、具体的には、被検体Ｐの肋骨より深部に、制御部１８により自動的に設定される。例えば、検査用深度が「４ｃｍ」であったとしても、超音波プローブ１は、深度「７ｃｍ」まで超音波を送信し、受信部１２は、解析用深度「７ｃｍ」までの３次元反射波データを生成する。

そして、表示用画像生成部１５１ａは、図３に示すように、検査用深度までの３次元反射波データから生成された３次元Ｂモードデータを表示用ボリュームデータとし、表示用ボリュームデータから、医師が画像診断を行なうためにモニタ２に表示される表示用超音波画像（ボリュームレンダリング画像や断面画像など）を生成する。

また、解析用画像生成部１５１ｂは、図３に示すように、肋骨より深部の情報を含む解析用深度すべての３次元反射波データから生成された３次元Ｂモードデータを解析用ボリュームデータとし、解析用ボリュームデータから、位置解析部１５２が画像解析を行なうための解析用超音波画像を生成する。具体的には、解析用画像生成部１５１ｂは、解析用超音波画像として、各種断面画像を生成する。

ここで、超音波診断装置において、３次元超音波画像から断面画像が生成される際の３種類の断面（Ａ面、Ｂ面およびＣ面）について説明する。まず、Ａ面とは、図４に示すように、機械的に揺動する超音波プローブ１において、圧電振動子が配列される方向と、超音波の送信方向とで構築される断面のことである。また、Ｂ面とは、図４に示すように、圧電振動子が配列される方向と、揺動方向で構築される断面のことである。また、Ｃ面とは、図４に示すように、超音波の送信方向に対して垂直方向にある断面のことである。

まず、解析用画像生成部１５１ｂは、時系列に沿って順次生成される解析用ボリュームデータそれぞれからＡ面、Ｂ面またはＣ面における複数の断面画像を時系列に沿って生成する。なお、この時点では、超音波プローブ１の位置が、操作者によって被検体Ｐの***における初期位置（例えば、被検体Ｐの腋から斜め下４５度の方向）にて固定されているとする。

そして、左右識別部１５２ａは、解析用画像生成部１５１ｂによって生成された時系列に沿った複数の断面を用いて、超音波プローブ１による走査が行なわれている***の左右を識別する。

ここで、図５の（Ａ）に示すように、被検体Ｐの胸部における周期的な動きには、左胸では肺運動と心臓運動とがあるのに対し、右胸では肺運動のみとなる。

そこで、左右識別部１５２ａは、超音波ビームが左の***に対して走査されているのか、右の***に対して走査されているのかを識別するために、図５の（Ｂ）に示すように、同一位置のＡ面またはＢ面における肋間より深部に位置する領域、あるいは、肋間より深部に位置する同一位置のＣ面を、時間軸に沿って画像解析することで、周期的動き成分を取得して、左右識別および識別結果の信頼度の算出を行なう。

例えば、左右識別部１５２ａは、時系列に沿った複数のＡ面像それぞれにおける特徴点を抽出して、特徴点の時系列に沿った周期的動き成分を取得する。そして、左右識別部１５２ａは、取得した周期的動き成分において、約１秒間周期の動き成分（心拍由来）の強度が、約５秒間周期の動き成分の強度（呼吸由来）に対して所定の比率（例えば、６０％）以上となるならば「左」と識別し、約５秒間周期の動き成分（呼吸由来）の強度が、約１秒間周期の動き成分（心拍由来）の強度に対して所定の比率（例えば、６０％）以上となるならば「右」と識別する。そして、左右識別部１５２ａは、例えば、識別するために用いた強度比に応じて信頼度を算出する。

そして、ボディマーク生成部１５２ｃは、左右識別部１５２ａの識別結果に基づいて、例えば、図６に示すように、左胸用ボディマークまたは右胸用ボディマークと、上述した超音波プローブ１の初期位置を示すプローブ位置マークとが合成されたボディマークを生成する。なお、ボディマーク生成部１５２ｃは、これらボディマークを、内部記憶部１９から取得する。

そして、画像合成部１７は、表示用画像生成部１５１ａが生成した表示用画像と、ボディマーク生成部１５２ｃが生成したプローブ位置マーク付きボディマークとを合成した合成画像を生成する。そして、モニタ２は、制御部１８の制御に基づいて、画像合成部１７が生成した合成画像を表示する。これにより、操作者は、手動でボディマークを入力することなく、自動的に左右いずれかのボディマーク合成された表示用画像を参照することができる。

左右識別部１５２ａが左右を識別したのち、解析用画像生成部１５１ｂは、走行方向検出部１５２ｂが肋骨の走行方向を画像処理により検出するための画像を生成する。具体的には、解析用画像生成部１５１ｂは、走行方向検出部１５２ｂが実行する走行方向検出方法（第一の方法および第二の方法）に応じて、異なる断面画像を生成する。

まず、走行方向検出部１５２ｂが第一の方法を実行する場合について説明する。第一の方法において解析用画像生成部１５１ｂは、超音波プローブ１が初期位置に固定されている時点のいずれかで生成された解析用ボリュームデータを、複数のＡ面にて切断した「複数のＡ面画像」、および／または、複数のＢ面にて切断した「複数のＢ面画像」を生成する。なお、以下では、解析用画像生成部１５１ｂにより、「複数のＡ面画像」が生成された場合について説明する。

ここで、被検体Ｐの肋骨を確実に含むＡ面画像においては、図７の（Ａ）に示すように、肋骨表面における超音波の強い反射により、肋骨表面の部分が高輝度となり、肋骨表面より深部が低輝度の陰影となる。また、Ａ面画像においては、陰影の境界線が、超音波ビームと平行しているために直線にて描出される。

そこで、まず、走行方向検出部１５２ｂは、Ａ面画像おいて肋骨表面および陰影部分以外の肋間部分などに描出されたスペックルを除去するために、平滑化処理を行なう（図７の（Ａ）の（１）参照）。

そして、走行方向検出部１５２ｂは、平滑化処理済みのＡ面画像に対し、肋骨領域と肋間領域との境界を検出するためのＳｏｂｅｌフィルタにより境界線抽出処理を行なう（図７の（Ａ）の（２）参照）。なお、本発明は、走行方向検出部１５２ｂが、境界線抽出処理として、Ｓｏｂｅｌフィルタでなく、Ｈｏｕｇｈ変換法を用いる場合でも適用可能である。

そして、走行方向検出部１５２ｂは、Ｓｏｂｅｌフィルタ処理済みＡ面画像から、肋骨のエッジ位置を抽出する（図７の（Ａ）の（３）参照）。これにより、走行方向検出部１５２ｂは、図７の（Ａ）に示すように、１本の肋骨における２つのエッジを抽出する。なお、走行方向検出部１５２ｂは、Ａ面画像に２つ以上の肋骨が含まれる場合でも、エッジ間の距離に基づいて、肋骨ごとの２つのエッジを区別することができる。

そして、走行方向検出部１５２ｂは、図７の（Ｂ）に示すように、同一の解析用ボリュームデータから生成されたＡ面画像それぞれに対して、上述した処理を行なう。これにより、走行方向検出部１５２ｂは、解析用ボリュームデータに含まれている肋骨の走行方向を、同一肋骨の空間的連続特性を利用して検出する。

なお、第一の方法は、「複数のＢ面画像」を用いる場合であっても、「複数のＡ面画像」および「複数のＢ面画像」を両方用いる場合であっても実行可能である。

続いて、走行方向検出部１５２ｂが第二の方法を実行する場合について説明する。第二の方法において解析用画像生成部１５１ｂは、超音波プローブ１が初期位置に固定されている時点のいずれかで生成された解析用ボリュームデータから、図８に示すように、肋骨より深部において、Ｃ面における厚み付きＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）画像を生成する。

ここで、Ｃ面における厚み付きＭＩＰ画像においては、肋骨より深部の情報が含まれるため、以下の特徴を有する。肋間組織の投影部分に対し、肋骨表面より下の影の部分（以下、肋骨影と記す）の輝度値は、低くなる。このため、Ｃ面における厚み付きＭＩＰ画像においては、図８に示すように、肋間組織の投影部分と肋骨影とが交互に並ぶため、肋骨の走行方向が、縞模様として描出される。

そこで、第二の方法を実行する走行方向検出部１５２ｂは、Ｃ面における厚み付きＭＩＰ画像において、例えば、輝度値の低い領域に中心点を設定し、設定した中心点を通る関心線分ごとに、当該関心線分を通る画素の輝度値のヒストグラムを生成する。例えば、図８に示すように、走行方向検出部１５２ｂは、設定した中心点を中心に関心線分を回転させて、「関心線分１、関心線分２、関心線分３、・・・」におけるヒストグラムをそれぞれ生成する。

例えば、走行方向検出部１５２ｂは、図９の（Ａ）に示すように、関心線分１、２および３のヒストグラムを生成する。そして、走行方向検出部１５２ｂは、生成した関心線分ごとのヒストグラムを解析して、肋骨の走行方向を検出する。例えば、走行方向検出部１５２ｂは、図９の（Ａ）に示すように、ヒストグラムにおいて低輝度の頻度が最も高くなる関心線分３の方向を、肋骨の走行方向として検出する。

なお、走行方向検出部１５２ｂは、図９の（Ｂ）に示すように、中心点を輝度値の高い肋骨組織領域に設定した場合、高輝度の頻度が最も高くなる関心線分の方向を、肋骨の走行方向として検出する。

ここで、第二の方法は、Ｃ面における厚み付きＭＩＰ画像を生成するための範囲に肋骨より深部の領域が含まれるならば、肋骨表面より上部が含まれる場合であっても、肋骨影の情報が反映されるので実行可能である。また、第二の方法は、関心線分を用いる場合に限定されるものではなく、Ｃ面における厚み付きＭＩＰ画像を構成する画素すべての輝度値を解析して肋骨の走行方向を検出する場合であってもよい。

そして、初期位置における肋骨の走行方向が検出されたのちに、図１０の（Ａ）に示すように、操作者が被検体Ｐの***において、超音波プローブ１を回転させて新たなボリュームデータの収集が行なわれると、走行方向検出部１５２ｂは、第一の方法または第二の方法により、肋骨の走行方向検出処理を繰り返して実行する。

例えば、走行方向検出部１５２ｂは、図１０の（Ｂ）に示すように、初期位置における肋骨の走行方向が検出されたのちに時系列に沿って収集された解析用ボリュームデータであるボリュームデータ１、２、３それぞれにおいて第一の方法または第二の方法により、肋骨の走行方向を検出して、初期位置から超音波プローブ１の位置を確定する。

すなわち、走行方向検出部１５２ｂは、ボリュームデータ１において検出した肋骨の走行方向と、初期位置にて検出した肋骨の走行方向との相対的変化を算出して、超音波プローブ１の初期位置からの相対的な移動量（回転角度）を取得することで、ボリュームデータ１生成時における超音波プローブ１の位置を確定する。

同様に、走行方向検出部１５２ｂは、ボリュームデータ２において検出した肋骨の走行方向と、ボリュームデータ１において検出した肋骨の走行方向との相対的変化を算出して、ボリュームデータ１生成時における超音波プローブ１の確定位置からの相対的な移動量（回転角度）を取得することで、ボリュームデータ２生成時における超音波プローブ１の位置を確定する。

そして、ボディマーク生成部１５２ｃは、図１１に示すように、走行方向検出部１５２ｂによって新規に生成されたボリュームデータごとに確定された超音波プローブの位置情報にしたがって、プローブ位置マークを初期位置から時系列に沿って回転させる。

これにより、画像合成部１７は、表示用画像生成部１５１ａによって生成された表示用画像と、初期位置からプローブ位置マーク付きが回転されたボディマークとを合成した合成画像を生成し、モニタ２は、制御部１８の制御に基づいて、合成画像を表示する。

次に、図１２を用いて、本実施例における超音波診断装置の処理について説明する。図１２は、本実施例における超音波診断装置の処理を説明するためのフローチャートである。

図１２に示すように、本実施例における超音波診断装置は、初期位置に超音波プローブ１が配置されたのち、３次元超音波画像の撮影開始要求を受け付けると（ステップＳ１０１肯定）、ボリュームデータ（解析用ボリュームデータ）を収集する（ステップＳ１０２）。なお、本実施例においては、ステップＳ１０８が終了するまでは、超音波プローブ１の位置は、初期位置にて固定された状態で、解析用ボリュームデータが時系列に沿って順次収集される。

そして、表示用画像生成部１５１ａは、解析用ボリュームデータにおける表示用ボリュームデータから表示用画像を生成する（ステップＳ１０３）。なお、表示用画像生成部１５１ａは、時系列に沿って収集される表示用ボリュームデータごとに表示用画像を順次生成しており、生成された表示用画像は、画像合成部１７において、パラメータの文字情報や目盛りなどと合成されて、モニタ２にて表示されている。

続いて、左右識別部１５２ａは、解析用画像生成部１５１ｂが解析用ボリュームデータから時系列に沿って順次生成した断面画像から、走査されている***の左右を識別する（ステップＳ１０４）。すなわち、左右識別部１５２ａは、時系列に沿って生成される断面画像の肋骨より深部にある領域の周期的動き成分から、心拍由来の周期的動き成分と呼吸由来の周期的動き成分と強度比を算出して、左右を識別する。

そののち、走行方向検出部１５２ｂは、第一の方法、または第二の方法により、超音波プローブ１が初期位置に固定されている時点のいずれかで生成された解析用ボリュームデータから、初期位置における肋骨の走行方向を検出する（ステップＳ１０５）。

そして、ボディマーク生成部１５２ｃは、左右識別部１５２ａの識別結果に基づいて、右胸用または左胸用のいずれかのボディマークと、初期位置における超音波プローブ１の位置を示すプローブ位置マークとを合成したボディマークを生成する（ステップＳ１０６）。

続いて、画像合成部１７は、表示用画像生成部１５１ａが生成した最新の表示用画像と、ボディマーク生成部１５２ｃが生成したボディマークとを合成し（ステップＳ１０７）、制御部１８は、画像合成部１７が生成した合成画像をモニタ２にて表示するように制御する（ステップＳ１０８）。

ここで、操作者は、モニタ２を参照して、プローブ位置マーク付きのボディマークが表示されたことを確認すると、超音波プローブ１の回転走査を行なって撮影を継続するか、撮影を終了するかを判断する。例えば、撮影を終了する場合、操作者は、入力装置３の終了ボタンを押下する。

ここで、制御部１８は、操作者から入力装置３を介して撮影終了要求を受け付けると（ステップＳ１０９肯定）、処理を終了する。

一方、制御部１８は、ステップＳ１０８ののちに撮影終了要求を受け付けなかった場合（ステップＳ１０９否定）、新規のボリュームデータ（解析用ボリュームデータ）が収集されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。

ここで、新規のボリュームデータが収集されていない場合（ステップＳ１１０否定）、超音波診断装置は、待機状態となる。

一方、新規のボリュームデータが収集された場合（ステップＳ１１０肯定）、表示用画像生成部１５１ａは、新規の解析用ボリュームデータにおける表示用ボリュームデータから表示用画像を生成し（ステップＳ１１１）、走行方向検出部１５２ｂは、第一の方法、または第二の方法により、新規の解析用ボリュームデータから肋骨の走行方向を検出する（ステップＳ１１２）。

そして、走行方向検出部１５２ｂは、ステップＳ１１２にて検出した肋骨の走行方向の前回検出した肋骨の走行方向に対する相対的変化から、前回収集したボリュームデータ生成時における超音波プローブ１の位置からの相対的な移動量（回転角度）を取得することで、新規のボリュームデータ生成時における超音波プローブ１の位置を確定する（ステップＳ１１３）。なお、走行方向検出部１５２ｂは、最初にステップＳ１１３の処理を行なう場合、ステップＳ１１２にて検出した肋骨の走行方向と、ステップＳ１０５にて検出した初期位置における肋骨の走行方向に対する相対的変化から、超音波プローブ１の位置を確定する。

そののち、ボディマーク生成部１５２ｃは、走行方向検出部１５２ｂが確定した超音波プローブ１の位置に基づいて、右胸用または左胸用のいずれかのボディマークと、現時点での超音波プローブ１の位置を示すプローブ位置マークとを合成したボディマークを生成する（ステップＳ１１４）。

続いて、画像合成部１７は、ステップＳ１１１において表示用画像生成部１５１ａが生成した表示用画像と、ボディマーク生成部１５２ｃが生成したボディマークとを合成し（ステップＳ１１５）、制御部１８は、画像合成部１７が生成した合成画像をモニタ２にて表示するように制御する（ステップＳ１１６）。

そののち、ステップＳ１０９に戻って、制御部１８は、操作者から入力装置３を介して撮影終了要求を受け付けたか否かを判定し、撮影終了要求を受け付けなかった場合（ステップＳ１０９否定）、超音波診断装置は、ステップＳ１１０以降の処理を実行する。

上述してきたように、本実施例では、解析用画像生成部１５１ｂは、***超音波検査時において超音波プローブ１が肋骨より深部まで超音波を送信して収集された解析用ボリュームデータから、時系列に沿った断面画像を生成し、左右識別部１５２ａは、時系列に沿って生成された断面画像の肋骨より深部にある領域の周期的動き成分から、心拍由来の周期的動き成分と呼吸由来の周期的動き成分と強度比を算出して、走査対象となっている***の左右を識別する。

そして、走行方向検出部１５２ｂは、解析用画像生成部１５１ｂが同一解析用ボリュームデータから生成した複数のＡ面画像それぞれに対してエッジ抽出処理を行なうことで、肋骨の走行方向を検出する（第一の方法）。あるいは、走行方向検出部１５２ｂは、解析用画像生成部１５１ｂが同一解析用ボリュームデータから生成したＣ面における厚み付きＭＩＰ画像にて設定した複数の関心線分における輝度値のヒストグラムを解析して、肋骨の走行方向を検出する（第二の方法）。

さらに、走行方向検出部１５２ｂは、解析用ボリュームデータが収集されるごとに肋骨の走行方向を検出することで、走行方向の相対的移動量と、超音波プローブ１の初期位置とから、超音波プローブ１の位置を確定する。ボディマーク生成部１５２ｃは、左右識別部１５２ａが識別した結果に基づく、右胸用ボディマークまたは左胸用ボディマークと、走行方向検出部１５２ｂが確定した超音波プローブ１の位置を示すプローブ位置マークとを合成したボディマークを生成する。そして、画像合成部１７は、解析用ボリュームデータにおける観察対象領域にある表示用ボリュームデータから表示用画像生成部１５１ａが生成した表示用画像と、ボディマーク生成部１５２ｃが生成したボディマークとを合成した合成画像を生成して、合成画像がモニタ２に表示される。

したがって、画像処理のみで、操作者が手動で右胸用ボディマークまたは左胸用ボディマークを設定する必要がなく、超音波診断装置における画像処理のみで走査対象となっている***の左右および超音波プローブ１の位置を確定してボディマークをプローブ位置マークとともに表示するので、上記した主たる特徴の通り、超音波画像の生成時における超音波プローブの位置情報を簡易に取得することが可能になる。

また、超音波プローブ１の位置情報とともに、肋骨より深部の情報が除かれた表示用画像のみが表示されるので、医師による画像診断を妨げることが回避される。

なお、上記した実施例では、超音波プローブ１の初期位置と、肋骨の走行方向の相対的変化とに基づいて、超音波プローブ１の位置を確定する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、検出した肋骨の走行方向と、正常人体における肋骨の解剖学的情報とに基づいて、超音波プローブ１の位置を確定する場合であってもよい。これについて、図１３を用いて説明する。なお、図１３は、本実施例における第一の変形例を説明するための図である。

すなわち、第一の変形例において、走行方向検出部１５２ｂは、図１３に示すように、解析用画像生成部１５１ｂが生成したＣ面における厚み付きＭＩＰ画像から「肋骨の走行方向、肋骨の走行方向の曲率および肋骨の間隔」を検出する。そして、走行方向検出部１５２ｂは、図１３に示すように、「肋骨の走行方向、肋骨の走行方向の曲率および肋骨の間隔」と、内部記憶部１９に格納されている正常人体の骨格情報とを比較することで、超音波プローブ１の位置を確定する。

これにより、超音波プローブ１の初期位置を設定することなく、超音波画像の生成時における超音波プローブの位置情報を簡易に取得することが可能になる。

また、本実施例では、肋骨の走行方向を超音波プローブ１の位置確定のために用いる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、肋骨の走行方向を超音波画像を表示するために用いる場合であってもよい。これについて、図１４を用いて説明する。なお、図１４は、本実施例における第二の変形例を説明するための図である。

すなわち、第二の変形例において、走行方向検出部１５２ｂが解析用ボリュームデータごとに肋骨の走行方向を検出して、肋骨の走行方向の相対的変化を取得すると、表示用画像生成部１５１ａは、図１４に示すように、肋骨の走行方向の相対的変化に応じて、例えば、表示用ボリュームデータそれぞれから生成したＣ面画像を重ね合わせたパノラマ画像を生成する。

これにより、超音波プローブ１の移動範囲を網羅した超音波画像が表示されるので、医師による超音波画像を用いた画像診断の効率を向上させることが可能になる。

なお、上記した実施例において図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。

以上のように、本発明に係る超音波診断装置および位置情報取得プログラムは、被検体に対して超音波プローブから送信した超音波の反射波に基づいて超音波画像を生成する場合に有用であり、特に、超音波画像の生成時における超音波プローブの位置情報を簡易に取得することに適する。

１ 超音波プローブ
２ モニタ
３ 入力装置
１０ 装置本体
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ Ｂモード処理部
１４ ドプラ処理部
１５ 画像処理部
１５１ 画像生成部
１５１ａ 表示用画像生成部
１５１ｂ 解析用画像生成部
１５２ 位置解析部
１５２ａ 左右識別部
１５２ｂ 走行方向検出部
１５２ｃ ボディマーク生成部
１６ 画像メモリ
１７ 画像合成部
１８ 制御部
１９ 内部記憶部

Claims (9)

1. 被検体に対して超音波プローブから送信した超音波の反射波に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記超音波プローブから送信される前記超音波の深度を、観察対象領域より深部に設定したうえで時系列に沿って生成された複数の超音波画像から動き情報を取得し、当該取得した動き情報における心拍に由来する運動成分と呼吸に由来する運動成分との強度比から当該超音波プローブによる走査が行なわれている臓器の左右を識別し、識別した結果を位置情報として取得する位置情報取得手段と、
   前記位置情報取得手段によって取得された前記位置情報を所定の表示部に表示するように制御する表示制御手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体に対して超音波プローブから送信した超音波の反射波に基づいて超音波画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記超音波プローブから送信される前記超音波の深度を、観察対象領域より深部に設定したうえで、前記超音波を３次元にて走査して生成された３次元超音波画像にて描出される肋骨の走行方向を画像解析により検出し、当該検出した肋骨の走行方向を当該超音波プローブの位置情報として取得する位置情報取得手段と、
   前記位置情報取得手段によって取得された前記位置情報を所定の表示部に表示するように制御する表示制御手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
3. 前記位置情報取得手段は、前記３次元超音波画像において前記超音波の走査線を通る断面画像それぞれに対して肋骨領域と肋間領域との境界を検出するためのフィルタ処理を行なって前記肋骨の走行方向を検出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. 前記位置情報取得手段は、前記３次元超音波画像において前記超音波の走査線に直交する断面画像を構成する画素の画素値に基づいて、前記肋骨の走行方向を検出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。
5. 前記位置情報取得手段は、時系列に沿って前記３次元超音波画像が生成されるごとに、当該３次元超音波画像における前記肋骨の走行方向を検出して、当該検出した肋骨の走行方向の相対的変化から前記超音波プローブの相対的な移動量を取得し、
   前記表示制御手段は、前記位置情報取得手段によって取得された前記超音波プローブの相対的な移動量に基づいて、既に表示している当該超音波プローブの位置情報を移動させて前記所定の表示部に表示するように制御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。
6. 前記位置情報取得手段は、前記３次元超音波画像における前記肋骨の走行方向を検出して、当該検出した肋骨の走行方向と正常人体における肋骨の解剖学的情報とに基づいて、前記超音波プローブの位置を確定し、
   前記表示制御手段は、前記位置情報取得手段によって確定された前記超音波プローブの位置を所定の表示部に表示するように制御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。
7. 前記表示制御手段は、前記位置情報取得手段によって取得された前記位置情報を、前記観察対象領域における反射波のみから生成された超音波画像とともに前記所定の表示部に表示するように制御することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波診断装置。
8. 超音波画像を生成するために被検体に対して超音波を送信する超音波プローブの位置情報を取得する位置情報取得方法をコンピュータに実行させる位置情報取得プログラムであって、
   前記超音波プローブから送信される前記超音波の深度を、観察対象領域より深部に設定したうえで時系列に沿って生成された複数の超音波画像から動き情報を取得し、当該取得した動き情報における心拍に由来する運動成分と呼吸に由来する運動成分との強度比から当該超音波プローブによる走査が行なわれている臓器の左右を識別し、識別した結果を位置情報として取得する位置情報取得手順と、
   前記位置情報取得手順によって取得された前記位置情報を所定の表示部に表示するように制御する表示制御手順と、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする位置情報取得プログラム。
9. 超音波画像を生成するために被検体に対して超音波を送信する超音波プローブの位置情報を取得する位置情報取得方法をコンピュータに実行させる位置情報取得プログラムであって、
   前記超音波プローブから送信される前記超音波の深度を、観察対象領域より深部に設定したうえで、前記超音波を２次元にて走査して生成された３次元超音波画像に描出された肋骨の走行方向を画像解析により検出し、当該検出した肋骨の走行方向を当該超音波プローブの位置情報として取得する位置情報取得手順と、
   前記位置情報取得手順によって取得された前記位置情報を所定の表示部に表示するように制御する表示制御手順と、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする位置情報取得プログラム。

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