JP5417047B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動される超音波プローブを介して被検体の検査部位を繰り返し３次元走査する超音波診断装置に関する。

超音波診断装置は、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子をリアルタイム表示で得られる。また、システムの規模がＸ線診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置など他の診断機器に比べて小さく、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行え、簡便な診断手法であるといえる。また、超音波はＸ線などのように被曝の影響がないため、超音波診断装置は、産科や在宅医療等においても使用することができる。

近年は、機械的に揺動可能な超音波振動子を有するメカニカルプローブや２次元的に配列された超音波振動子を有する２次元アレイプローブによって、ボリューム走査が可能になっている。また一方で、より広域な走査領域に関するボリュームデータセットを取得する手段としてパノラミックビュー（Panoramic View）と称される技術も開発されている。パノラミックビューは、超音波プローブを平行移動させながら検査部位を複数方向から走査し、得られた複数のボリュームデータセットを繋ぎ合わせて、単一のボリュームデータセットを取得する技術である。このように取得されたボリュームデータセットにより、広域の走査領域が観察可能となっている。

しかし、超音波診断装置は、他の診断機器に比して１走査に関する走査領域が小さい。そのため、ユーザは、超音波画像を観察するだけでは、検査部位上における超音波画像の位置を判断し難い場合がある。特に乳腺等の方向性の不明瞭な部位においては、その傾向が顕著となる。そのため、診断結果として超音波画像やボリュームデータセットを保存する場合、これら超音波画像やボリュームデータセットに対して、走査位置が示されたボディマークを手動操作で貼付して記録するのが通例である。しかし特にボリュームデータセットに対して表示（観察）断面位置やスキャンしたプローブの位置等を手動でいちいちボディマークを入力するのは煩雑であり、自動化が期待されている。

ボディマークは、人体の標準的な形状を示すマークであり、個々人の人体形状を反映したものではない。従って、標準的な形状を示すボディマーク上に個々人に関する超音波画像やボリュームデータの位置を指し示しても、その正確性に欠ける。特に、***のような形状の変化しやすい検査部位において、その傾向が強まる。従って、ユーザは、検査部位上における超音波画像やボリュームデータセットの位置を把握し難い。

本発明の目的は、超音波診断の効率の向上を可能とする超音波診断装置を提供することにある。

本実施形態の第１局面に係る超音波診断装置は、移動される超音波プローブを介して被検体の検査部位を超音波で繰り返し３次元走査する超音波診断装置において、前記超音波プローブからのエコー信号に基づいて、前記検査部位に含まれる複数の走査領域に関する複数のサブボリュームデータセットをそれぞれ生成するサブボリュームデータセット生成部と、前記サブボリュームデータに基づいて、超音波画像のデータを生成する画像生成部と、前記生成された複数のサブボリュームデータセットを前記複数の走査領域間の位置関係に従って結合し、単一の結合ボリュームデータセットを生成する結合ボリュームデータセット生成部と、前記生成された結合ボリュームデータセットを画像処理して前記検査部位に関するボディマークを生成するボディマーク生成部と、前記生成されたボディマークを前記超音波画像とともに表示し、前記生成された超音波画像の前記ボディマーク上での断面位置を前記ボディマーク上に表示する表示部と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、超音波画像の診断効率の向上を可能とする超音波診断装置を提供することにある。

本発明の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図。 本実施形態に係る４Ｄパノラミックビューにおける超音波走査と、その超音波走査により生成されるサブボリュームデータセットとの関係を示す図。 図１の結合ボリュームデータセット生成部により結合処理を説明するための図。 図１の表示制御部により表示される超音波画像と３次元ボディマークとの表示例を示す図。 図４の３次元ボディマーク上に表示される断面位置マークとプローブマークとの表示例を示す図。 本実施形態の変形例に係る３次元ボディマークの一例を示す図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る超音波診断装置を説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す図である。図１に示すように超音波診断装置は、超音波プローブ１１、走査制御部１３、送信部１５、受信部１７、Ｂモード処理部１９、Ｂモード画像生成部２１、ドプラ処理部２３、ドプラ画像生成部２５、記憶部２７、サブボリュームデータセット生成部２９、結合ボリュームデータセット生成部３１、ボディマーク生成部３３、３次元画像処理部３５、表示制御部３７、表示部３９、入力部４１、ネットワークインターフェース部４３、及びシステム制御部４５を備える。

超音波プローブ１１は、２次元状に配列された複数の振動子を有している。超音波プローブ１１は、送信部１５からの駆動信号を受けて被検体に向けて超音波を送信する。被検体に送信された超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射される。反射された超音波は、エコー信号として超音波プローブ１１に受信される。このエコー信号の振幅は、反射された不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波が、移動している血流や心臓壁等の移動体の表面で反射された場合、エコー信号は、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分に依存した周波数偏移を受ける。なお、超音波プローブ１１は、３次元走査が可能であれば、必ずしも２次元アレイ型である必要はない。例えば、超音波プローブ１１は、機械的に揺動可能な１次元アレイ型であってもよい。

走査制御部１３は、送信部１５と受信部１７とを制御して走査領域を超音波で繰り返し３次元走査する。走査領域は、複数の走査面により構成され、走査面は、複数の走査線により構成される。走査制御部１３は、例えば、１つの走査面内の複数の走査線を１本ずつ順番に端から端まで超音波走査することにより、１つの走査面を２次元走査する。このようにして走査制御部１３は、例えば、１つの走査領域内の複数の走査面を一面ずつ順番に端から端まで超音波で２次元走査することにより、１つの走査領域を３次元走査する。

本実施形態における検査部位の広さは、１回の３次元走査により走査可能な走査領域に収まりきらないほど広いとする。このような広範囲な検査部位を超音波走査するため、ユーザは、検査部位の全体が超音波走査されるように超音波プローブ１１を移動させる。このように走査制御部１３は、ユーザにより移動される超音波プローブ１１を介して検査部位を超音波で繰り返し３次元走査する。このように超音波プローブ１１を移動させながら広範囲の走査領域を超音波走査し、この広範囲の走査領域を１枚の画像（あるいはボリュームデータ）で可視化する技術は、４Ｄパノラミックビューと呼ばれている。以下、１回の３次元走査で走査可能な走査領域をサブ走査領域、４Ｄパノラミックビューの走査対象領域の全体、すなわちサブ走査領域の集合をフル走査領域と呼ぶことにする。

送信部１５は、走査制御部１３による制御に従って、超音波プローブ１１に超音波を繰り返し発生させる。より詳細には、送信部１５は、図示しないレートパルス発生回路、送信遅延回路、及び駆動パルス発生回路等を有している。レートパルス発生回路は、所定のレート周波数ｆｒＨｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、レートパルスをチャンネル毎に繰り返し発生する。遅延回路は、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束させ且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を各レートパルスに与える。駆動パルス発生回路は、各遅延されたレートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１１に駆動パルスを印加する。駆動パルスの印加を受けた超音波プローブ１１は、超音波を発生する。

なお送信部１５は、走査制御部１３による制御に従って所定の走査シーケンスを実行するために、送信周波数や送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。例えば、送信駆動電圧の変更機能は、瞬間的にその値を切替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は複数の電気ユニットを電気的に切替え可能な機構によって実現される。

受信部１７は、走査制御部１３による制御に従って、超音波プローブ１１からエコー信号を繰り返し受信し、走査線毎のエコー信号を生成する。より詳細には、受信部１７は、図示しないアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、受信遅延回路、及び加算器等を有している。アンプ回路は、超音波プローブ１１からのエコー信号を受信し、受信されたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたエコー信号をチャンネル毎にアナログ信号からデジタル信号に変換する。受信遅延回路は、デジタル信号に変換されたエコー信号に対し、チャンネル毎にビーム状に集束させ且つ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、遅延時間が与えられた各エコー信号を加算する。この加算処理により、エコー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、受信指向性と送信指向性とにより超音波ビームが形成される。１つの超音波ビームは、１つの超音波走査線に対応する。走査線毎のエコー信号は、Ｂモード処理部１９とドプラ処理部２３とに供給される。

Ｂモード処理部１９は、受信部１７からのエコー信号を包絡線検波し、包絡線検波されたエコー信号を対数圧縮することで、エコー信号の強度を輝度で表現するＢモード信号のデータを生成する。生成されたＢモード信号のデータは、Ｂモード画像生成部２１に供給される。

Ｂモード画像生成部２１は、Ｂモード処理部１９からのＢモード信号に基づいて走査面に関するＢモード画像のデータを生成する。具体的には、Ｂモード画像生成部２１は、Ｂモード信号のデータをその走査線の位置情報に従ってメモリ上に２次元的に配置し、走査線間のＢモード信号を補間する。この配置処理と補間処理とによって、複数のピクセルから構成されるＢモード画像のデータが生成される。Ｂモード画像を構成するピクセルのそれぞれは、由来するＢモード信号の強度に応じた輝度値を有する。生成されたＢモード画像のデータは、記憶部２７に供給される。

ドプラ処理部２３は、受信部１７からのエコー信号を周波数解析し、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、平均速度や分散、パワー等の情報をカラーで表現するドプラ信号のデータを生成する。生成されたドプラ信号のデータは、ドプラ画像生成部２５に供給される。

ドプラ画像生成部２５は、ドプラ処理部２３からのドプラ信号に基づいて走査面に関するドプラ画像のデータを生成する。具体的には、ドプラ画像生成部２５は、ドプラ信号のデータをその走査線の位置情報に従ってメモリ上に２次元的に配置し、走査線間のドプラ信号を補間する。この配置処理と補間処理とによって、複数のピクセルから構成されるドプラ画像のデータが生成される。ドプラ画像を構成する各ピクセルのそれぞれは、由来するドプラ信号の強度に応じたカラー値を有する。生成されたドプラ画像のデータは、記憶部２７に供給される。

なお、Ｂモード画像生成部２１やドプラ画像生成部２５に供給される以前のデータは、生データと呼ばれることがある。

記憶部２７は、Ｂモード画像生成部２１からのＢモード画像のデータや、ドプラ画像生成部２５からのドプラ画像のデータを記憶する。また、記憶部２７は、サブボリュームデータセット生成部２９により生成されたＢモードサブボリュームデータやドプラサブボリュームデータ、結合ボリュームデータセット生成部３１により生成されたＢモード結合ボリュームデータセットやドプラ結合ボリュームデータ、３次元画像処理部３５により生成された各種２次元画像のデータを記憶する。さらに記憶部２７は、ボディマーク生成部３３により生成された、本実施形態に特有のボディマークのデータを記憶する。また、記憶部２７は、システム制御部４５により実行される種々のプログラムを記憶している。

サブボリュームデータセット生成部２９は、Ｂモード信号に基づいてサブ走査領域に関するボリュームデータ（以下、Ｂモードサブボリュームデータセットと呼ぶことにする）を生成する。具体的には、サブボリュームデータセット生成部２９は、Ｂモード画像をその走査面の位置情報に従ってメモリ上に３次元的に配置し、走査面間のＢモード画像のデータを補間する。この配置処理と補間処理とによって、複数のボクセルから構成されるＢモードサブボリュームデータセットが生成される。各ボクセルは、由来するＢモード信号の強度に応じたボクセル値を有する。同様に、サブボリュームデータセット生成部２９は、ドプラ信号に基づいてサブ走査領域に関するボリュームデータ（以下、ドプラサブボリュームデータセットと呼ぶことにする）を生成する。なお、Ｂモードサブボリュームデータセットとドプラサブボリュームデータセットとを特に区別しないときは、まとめてサブボリュームデータセットと呼ぶことにする。３次元走査が繰り返されることにより、サブボリュームデータセット生成部２９は、複数のサブ走査領域に関する複数のサブボリュームデータセットを生成する。

結合ボリュームデータセット生成部３１は、複数のＢモードサブボリュームデータセットを複数のサブ走査領域間の位置関係に従って結合し、フル走査領域に関する単一のボリュームデータセット（以下、Ｂモード結合ボリュームデータセットと呼ぶことにする）を生成する。同様に、結合ボリュームデータセット生成部３１は、複数のドプラサブボリュームデータセットを互いの位置関係に従って結合し、フル走査領域に関する単一のボリュームデータセット（以下、ドプラ結合ボリュームデータセットと呼ぶことにする）を生成する。結合ボリュームデータセットの生成方法の詳細については、後述する。なお、Ｂモード結合ボリュームデータセットとドプラ結合ボリュームデータセットとを特に区別しないときは、まとめて結合ボリュームデータセットを呼ぶことにする。

ボディマーク生成部３３は、Ｂモード結合ボリュームデータセットを画像処理してフル走査領域に関する２次元の画像のデータを生成する。このボディマーク生成部３３により生成された画像は、本実施形態においてボディマークとして用いられる。以下、この画像を、３次元ボディマークと呼ぶことにする。３次元ボディマークの生成処理の詳細については、後述する。

３次元画像処理部３５は、Ｂモード結合ボリュームデータセットを３次元画像処理し、２次元のＢモード表示画像のデータを生成する。また、３次元画像処理部３５は、ドプラ結合ボリュームデータセットを３次元画像処理し、２次元のドプラ表示画像のデータを生成する。３次元画像処理としては、ＭＰＲ（multi planar reconstruction）処理や投影処理、ボリュームレンダリング、サーフェスレンダリング等が挙げられる。

表示制御部３７は、表示対象のＢモード画像やドプラ画像、Ｂモード表示画像、ドプラ表示画像と３次元ボディマークとを表示部３９に表示する。以下、これら表示対象のＢモード画像やドプラ画像、Ｂモード表示画像、ドプラ表示画像を区別しないときは、まとめて超音波画像と呼ぶことにする。また、表示制御部３７は、時系列の超音波画像を連続的に表示（シネ表示）したり、種々のパラメータの文字やメモリ等を表示したりすることも可能である。さらに、表示制御部３７は、表示中の超音波画像と結合ボリュームデータセットとの位置関係をユーザに提示するために、３次元ボディマークに種々のマークを重ねて表示する。これら表示処理の詳細については、後述する。

表示部３９は、例えばＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等の表示デバイスを備える。

入力部４１は、ユーザからの指示に従って、スキャン条件の入力や、各種コマンド信号の入力などを行う。具体的には、入力部４１は、キーボード、マウス、各種ボタン、タッチキーパネル等の入力デバイスを備える。

ネットワークインターフェース部４３は、記憶部２７に記憶されている種々の超音波画像やサブボリュームデータセット、結合ボリュームデータセット、３次元ボディマークのデータ、あるいは種々の計算結果等を図示しないネットワークを介して他の外部装置に転送することができる。

システム制御部４５は、情報処理装置（計算機）としての機能を有し、本実施形態に係る超音波診断装置の各部の動作を制御する。システム制御部４５は、超音波走査や画像・ボリュームデータセット生成、３次元ボディマーク生成、マーク表示等を実行するための各種プログラムを記憶部２７から読み出して自身が有するメモリ上に展開し、各種プログラムに従った処理を実行する。

以下、本実施形態に係る超音波診断装置の動作の詳細について説明する。以下、動作説明を具体的に行なうため、本実施形態に係る検査部位は***であり、本実施形態の動作を乳がん検診の状況のもとで説明する。なお、本実施形態は、***のみを処理対象とするものではなく、例えば、肝臓や膵臓等のあらゆる部位を処理対象とすることができる。

（４Ｄパノラミックビューにおける超音波走査）
まず、４Ｄパノラミックビューにおける超音波走査について説明する。４Ｄパノラミックビューは、いわゆる２Ｄパノラミックビューを３次元に拡張したものである。図２は、４Ｄパノラミックビューにおける超音波走査とサブボリュームデータセットＳＶとの関係を示す図である。図２に示すように、ユーザは、***の全体が３次元走査されるように超音波プローブ１１を移動させる。より詳細には、ユーザは、１つのサブ走査領域ＳＲの３次元走査が終了する毎に超音波プローブ１１を次のサブ走査領域ＳＲに移動させる。このようにユーザは、３次元走査の進行に応じて超音波プローブ１１を断続的に移動させる。この際、ユーザは、時間的に隣り合うサブ走査領域ＳＲに同一の走査領域が含まれるように、すなわち一部重なるように超音波プローブ１１を移動させる。

***検査において超音波プローブ１１は、例えば、図２に示すように円周状に移動され、一周すると超音波走査が終了する。超音波走査の開始位置は、特に限定されず、どこから始めてもよい。なお、本実施形態においては、超音波プローブ１１の移動軌跡を時計の文字盤に見立てて、超音波走査の開始位置を１２時の位置と呼び、その反対側を６時の位置と呼ぶことにする。なお、超音波プローブ１１は、円周状でなくとも、四角状やジグザグ状等どのような軌跡で移動させても構わない。

このようにして、走査制御部１３によりサブ走査領域ＳＲが超音波で３次元走査されるたびに、この３次元走査されたサブ走査領域ＳＲに関するサブボリュームデータセットＳＶがサブボリュームデータ生成部２９により生成される。例えば、ｎ個のサブ走査領域ＳＶが３次元走査されるとすると、ｎ個のサブボリュームデータセットＳＶが生成される。なお、各サブボリュームデータセットは、個別の画像空間上に配置される。各画像空間は、個別の座標系により規定される。

（結合ボリュームデータセットの生成処理）
このようにして生成されたフル走査領域に関する複数のサブボリュームデータセットに基づいて、結合ボリュームデータセット生成部３１は、結合ボリュームデータセットを生成する。

図３は、結合ボリュームデータ生成部３１による結合ボリュームデータセットの生成処理（結合処理）を説明するための図である。図３に示すように、結合処理は、繋ぎ合わせ処理と補間処理とからなる。繋ぎ合わせ処理において、まず、時間的に隣り合う２つのサブボリュームデータセットが読み出される。ここで時刻の早い方をサブボリュームデータセットＳＶ１、時刻の遅い方をサブボリュームデータセットＳＶ２とする。この２つのサブボリュームデータセットＳＶ１、ＳＶ２は、空間的に連続している。つまり、２つのサブボリュームデータセットＳＶ１、ＳＶ２は、解剖学的に同一な走査領域を含んでいる。結合ボリュームデータセット生成部３１は、この同一走査領域を利用してサブボリュームデータセットＳＶ１とサブボリュームデータセットＳＶ２とを繋ぎ合わせる。

より詳細には、例えば、サブボリュームデータセットＳＶ２をサブボリュームデータセットＳＶ１に重ねて移動させながら相関係数を計算する。なおこの処理は、２つのサブボリュームデータセットＳＶ１、ＳＶ２の何れかの画像空間、例えば、サブボリュームデータセットＳＶ１の画像空間のもとで行なわれる。そして相関係数が最大となるときのサブボリュームデータセットＳＶ１に対するサブボリュームデータセットＳＶ２の相対位置を計算する。相対位置は、例えば、各サブボリュームデータセットＳＶ１、ＳＶ２の中心間の位置で計算される。そして計算された相対位置を利用して、サブボリュームデータセットＳＶ２を構成する各ボクセルのボクセル値を、それに対応するサブボリュームデータセットＳＶ１の画像空間上のボクセルのボクセル値に置き換える。これにより、サボリュームデータセットＳＶ１とサブボリュームデータセットＳＶ２とが繋ぎ合わされる。なお、計算された各サブボリュームデータセットＳＶ１、ＳＶ２の相対位置は、記憶部２７に記憶される。この時、相関係数は、ドプラ用のデータを併せて持っていたとしても、Ｂモードのデータを使うことが望ましい。

このようにして連続する２つのサブボリュームデータセットＳＶ１、ＳＶ２の相関を利用して、全てのサブボリュームデータセット（図３においてＳＶ１〜ＳＶ７）を繋ぎ合わせる。次に、空間的に隣り合うサブボリュームデータセット間のデータの欠落箇所を内挿処理や外挿処理により補間する。より詳細には、欠落箇所の近傍にある複数のボクセル値に基づいて欠落箇所のボクセルのボクセル値を線形的又は非線形的に補間する。この補間処理により結合ボリュームデータセットＶＤが生成される。なお、結合ボリュームデータセット内の各ボクセルには、由来するサブボリュームデータセットの識別子、オリジナルのＢモード画像（或いはオリジナルのドプラ画像）の識別子が割り付けられる。

上述のように、サブボリュームデータセットを結合する際、連続する２つのサブボリュームデータセット間の相対位置が計算される。この相対位置を利用して、複数のサブボリュームデータセットのうちの基準のサブボリュームデータセット（以下、基準サブボリュームデータセットと呼ぶことにする）に対する他のサブボリュームデータセットの相対位置（以下、絶対位置と呼ぶことにする）を計算することができる。

（絶対位置の計算処理）
絶対位置は、各サブボリュームデータセット間の相対位置の正確性の向上や位置関係の把握を容易にさせるために利用される。この絶対位置は、連続する２つのサブボリュームデータセット間の相対位置を利用して結合ボリュームデータセット生成部３１により計算される。なお基準サブボリュームデータセットは、典型的には、初めに生成されたサブボリュームデータセット、すなわち１２時の方向に関するサブボリュームデータセットに自動的に設定される。しかし、ユーザにより入力部４１を介して選択された任意のサブボリュームデータセットを、基準サブボリュームデータセットに設定することも可能である。

以下に、基準サブボリュームデータセットに対する他のサブボリュームデータセットの相対位置（絶対位置）の計算例を示す。上述のように、結合ボリュームデータセットの生成過程において、連続する２つのサブボリュームデータセット間の相対位置が計算され、記憶される。例えば、ｎ個のサブボリュームデータセットがある場合、ｎ個の相対位置が計算される。なお、基準ボリュームデータセットの相対位置は、例えば、基準ボリュームデータセットの中心位置に設定される。各サブボリュームデータセットの絶対位置を計算するため、計算対象のサブボリュームデータセットから基準ボリュームデータセットまでの全ての相対位置の総和を計算する。例えば、３番目に生成されたサブボリュームデータセットの絶対位置は、１番目、２番目、及び３番目に生成されたサブボリュームデータセットの相対位置の総和により計算される。このようにして各サブボリュームデータセットの絶対位置が計算される。計算された絶対位置は、そのサブボリュームデータセットに関連付けて記憶部２７に記憶される。

この絶対位置を利用して、実空間上における位置と同様の位置にサブボリュームデータセットを画像空間上に配置することができる。例えば、画像空間上において基準サブボリュームデータセットを実際と同様の１２時の位置に配置することで、画像空間上における結合ボリュームデータセットの向きを実空間上における向きと同様にすることができる。これにより、位置関係の把握が容易になる。このような基準サブボリュームデータセットの１２時の位置への配置は、ユーザにより入力部４１を介して配置可能である。しかし、ユーザの手間を減らすために、自動的に配置されるとするのがよい。

また、***検査の場合、結合ボリュームデータセット、より詳細には、それに由来する超音波画像を観察するだけでは、その***が左右どちらのものであるのかが判別できない。従って、生成された結合ボリュームデータセットに左右を識別するための情報を割り付ける。この情報を自動的に割り付けるため、例えば、超音波走査の方法にルールを設けると良い。具体的には、右回りに超音波走査された場合は右胸、左回りに超音波走査された場合は左胸というルール設定する。そして結合ボリュームデータセット生成部３１は、結合ボリュームデータセットに含まれるサブボリュームデータセットの識別子とボクセルの絶対位置とに基づいて、その結合ボリュームデータセットが右胸に関するものであるのか、あるいは左胸に関するものであるのかを判別する。そして右胸であると判別された場合、その結合ボリュームデータセットに右胸である旨の情報を関連付け、左胸であると判別された場合、その結合ボリュームデータセットに左胸である旨の情報を関連付ける。

上記の結合処理は、２つのサブボリュームデータセット間の相関を利用した。しかしながら本実施形態は、これに限定する必要はない。例えば、磁気センサや光センサ等の位置センサにより検出された超音波プローブの位置情報を利用して結合処理を行なっても構わない。この場合、時間的に隣り合うサブ走査領域に解剖学的に同一な走査領域を含ませる必要はない。

（３次元ボディマークの生成処理）
結合ボリュームデータセットが生成されると、ボディマーク生成部３３により３次元ボディマークの生成処理が行なわれる。まずボディマーク生成部３３は、結合ボリュームデータセットにレンダリング処理をし、レンダリング画像のデータを生成する。レンダリング処理としては、サーフェスレンダリングやボリュームレンダリング等が可能である。以下、レンダリング処理としては、本実施形態において特に有用と思われるサーフェスレンダリングであるとする。サーフェスレンダリングを行なう際には、視点位置と視線方向（すなわち、生成される３次元ボディマークの向き）を設定する必要がある。この視点位置や視線方向は、予め設定されているとしても、ユーザにより入力部４１を介して任意に設定されるとしてもよい。

レンダリング画像が生成されると、ボディマーク生成部３３は、レンダリング画像を所定の縮小率で縮小処理し、縮小画像のデータを生成する。生成された縮小画像のマトリクスサイズは、レンダリング画像のマトリクスサイズよりも小さい。縮小処理は、一般に普及されるアルゴリズムにより行なわれ、例えば、平均画素法や、ニアレストネイバー法、バイリニア法、バイキュービック法が採用される。縮小率や縮小画像のマトリクスサイズは、予め設定されているとしても、ユーザにより入力部４１を介して任意に設定されるとしてもよい。このようにして生成された縮小画像のデータは、３次元ボディマークとして記憶部２７に記憶される。

（表示処理）
次に表示画像制御部３７による３次元ボディマークの表示処理と各種マークの表示処理とについてそれぞれ説明する。まず３次元ボディマークの表示処理から説明する。

図４は、サーフェスレンダリングにより生成された３次元ボディマークＢＭと超音波画像Ｉとの表示画面のレイアウト例を示す図である。図４に示すように、３次元ボディマークＢＭは、超音波走査中における実際の被検体の***（片方の***）を描写したボディマークである。３次元ボディマークＢＭは、典型的には、表示中の超音波画像Ｉの位置や方向の把握を支援するためにあるので、***の外観を描写したものがよい。従って、３次元ボディマークＢＭの視点位置は、***表面の外側に設定されるのがよい。これによりユーザは、３次元ボディマークＢＭを観察することで、被検体の***の外観を把握することができる。

位置の把握を容易にするために、３次元ボディマークＢＭの初期方向は、１２時の位置が表示画面上の上方向、６時の位置が表示画面上の下方向に配置されるのが好ましい。結合ボリュームデータセットの生成処理中に、ユーザが入力部４１を介してそのように配置するとしてもよい。

超音波画像として、Ｂモード画像のデータ及びドプラ画像のデータに基づくサーフェスレンダリング画像やボリュームレンダリング画像を表示する場合がある。この場合、表示されているサーフェスレンダリング画像やボリュームレンダリング画像の視線方向と３次元ボディマークの視線方向とは、典型的には、初期的に一致している。ユーザは、入力部４１を介して表示されているサーフェスレンダリング画像やボリュームレンダリング画像の視線方向を回転することが考えられる。この場合、３次元ボディマークの視線方向を、表示部３９に表示されているサーフェスレンダリング画像やボリュームレンダリング画像の視線方向に連動するとしてもよい。この場合、表示部３９に表示されているサーフェスレンダリング画像やボリュームレンダリング画像が入力部４１を介して回転されるたびに、表示される３次元ボディマークも連動して自動的に回転される。

なお、超音波画像のマトリクスサイズが大きく、表示画面内に表示しきれない場合、超音波画像を縮小して表示したり、ユーザにより入力部４１を介して設定されたＲＯＩのみを切り出して表示したりするとよい。

次にマークの表示処理について説明する。本実施形態に係るマークの種類は、３次元ボディマークＢＭの向きを示すための向きマークや超音波画像の位置を示す位置マーク等がある。

（向きマークの表示処理）
図４に示すように、３次元ボディマークＢＭの所定位置に上下左右を把握するための向きマークがマーキングされる。例えば、図４の「１２」は、１２時の方向、「Ｌ」は左胸、「６」は６時の方向であることを表している。具体的には、上述したように結合ボリュームデータセットのボクセルには、絶対位置や相対位置、由来するサブボリュームデータセットの識別子が割り付けられている。表示制御部３７は、これら情報から１２時の方向に位置するボクセルと６時の方向に位置するボクセルとをそれぞれ特定する。そして表示制御部３７は、特定された各ボクセルの位置に対応する３次元ボディマークＢＭの各位置に「１２」のマークや「６」のマークを表示する。

（位置マークの表示処理）
図４に示す超音波画像ＩがＢモード画像生成部２１により生成されたオリジナルのＢモード画像や、ドプラ画像生成部２５により生成されたオリジナルのドプラ画像、３次元画像処理部３５により生成されたＭＰＲ画像の場合、これら超音波画像Ｉの断面位置を示す断面位置マークを３次元ボディマークＢＭ上に表示するとよい。以下、説明を具体的に行なうために、表示（観察）する超音波画像はオリジナルのＢモード画像であるとする。

図５は、３次元ボディマーク上に表示された位置マークの表示例を示す図である。図５に示すように、３次元ボディマーク上にオリジナルのＢモード画像の断面位置を示す断面位置マークＣＭが表示される。上述のように結合ボリュームデータセットのボクセルにはオリジナルのＢモード画像の識別子が割り付けられている。従って、この識別子に基づいて３次元ボディマークＢＭ上におけるオリジナルのＢモード画像の断面位置を特定することができる。そして表示制御部３７は、特定された３次元ボディマークＢＭ上の断面位置に断面位置マークＣＭを表示する。断面位置マークＣＭは、例えば、３次元ボディマークＢＭ上の他の領域と異なる色や輝度で表示させたり、点滅させたりするとよい。また、断面位置マークＣＭは、断面位置を示すものでなくても、断面位置の輪郭や角のみを示すものであってもよい。もちろん、ユーザが入力部４１を介して断面位置を変更した場合、変更後の表示断面に連動して断面位置マークＣＭの位置も動く。もちろんこの機能は、表示断面がオリジナルのＢモード画像に限定されるものではない。

このように、３次元ボディマークＢＭに断面位置マークＣＭを表示することで、表示中の超音波画像が被検体の***のどこを可視化したものであるかをユーザに明瞭に提示することができる。この要因としては、例えば、３次元ボディマークＢＭが、従来のボディマークのような人体の標準的な形状を表現したものではなく、検査対象の被検体の形状を表現したものだからである。***は、被検体によって形状や大きさも異なり、さらに同一の被検体であっても検査の仕方によっても異なる。検査時に取得された結合ボリュームデータセットに基づいて３次元ボディマークを生成することで、検査毎に最適なボディマーク（３次元ボディマーク）を提示することができる。また、上述のように、基準サブボリュームデータセットが表示画面上の所定位置（上述の例では奥）に配置されるように設定しておくことで、３次元ボディマークの初期的な向きを一定にすることができる。これによりユーザは、超音波画像が***のどの位置を可視化したものであるのかを容易に判別できる。

また、乳がん検診においては、乳腺の観察が重要である。乳腺は複雑に走行しているので、超音波画像を見ただけでその乳腺が***のどこに位置しているのかを判別することは難しい。しかし、３次元ボディマークや、その３次元ボディマークに超音波画像の位置マークが重ねて表示されることで、ユーザは、観察している乳腺の***における位置を容易に把握することができる。

さらに、断面位置マークＣＭに対応する超音波画像を取得するための超音波プローブの位置や向きを示すためのプローブマークＰＭを３次元ボディマークＢＭに表示するとよい。プローブマークＰＭの位置は超音波画像の断面の位置に応じて、プローブマークＰＭ向きは超音波画像の断面の向きに応じて表示制御部３７により決定される。具体的には、超超音波画像をオリジナルのＢモード画像として取得するような位置及び向きで、プローブマークＰＭを表示する。このプローブマークＰＷを表示することにより、ユーザは、超音波画像の位置や向きをより容易に把握することが可能となる。

超音波画像がＭＰＲ画像の場合、複数の断面位置に関する複数のＭＰＲ画像を１画面に表示する場合がある。この場合、これら複数の断面を互いに異なる色や輝度で表示するとよい。例えば、超音波診断においては、よく３つの断面に関する３つのＭＰＲ画像を１画面に表示することで、検査部位が診断される。この場合、３断面全ての色や輝度を異なる色で表示するとよい。これにより、各断面の位置を明瞭且つ容易に把握することできる。

また、超音波画像Ｉとしてサーフェスレンダリング画像やボリュームレンダリング画像を表示する場合、これら超音波画像の表示領域（３次元ＲＯＩ）を示すＲＯＩマークを３次元ボディマークＢＭ上に表示するとよい。この場合、超音波画像の位置をより把握しやすくするために、超音波画像の視線方向を示す視線方向マークも３次元ボディマークＢＭ上に表示するとよい。

かくして本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波診断の効率の向上を可能とする。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

（変形例１）
４Ｄパノラミックビューにおいて、両側の***をそれぞれ超音波走査する場合がある。この場合、超音波走査は片方ずつ２回に分けて行なわれるので、結合ボリュームデータセットは２つ生成される。変形例１に係る結合ボリュームデータセット生成部３１は、この２つの結合ボリュームデータセットを結合して、両方の***に関する単一の結合ボリュームデータセットを生成する。変形例１において、片方の***に関する結合ボリュームデータセットを片側結合ボリュームデータセット、両方の***に関する結合ボリュームデータセットを両側結合ボリュームデータセットと呼ぶことにする。片側結合ボリュームデータセットの結合方法は、様々な方法が考えられえる。例えば、予め設定された間隔、あるいはユーザにより入力部４１を介して設定された間隔をあけて２つの片側結合ボリュームデータセットを結合する方法がある。また、超音波プローブ１１に位置センサが設けられている場合、この位置センサから供給される位置情報に従って結合してもよい。また、両方の***の超音波走査を１回で行なわれた場合、本実施形態において説明したように各サブボリュームデータセット間の相関を用いて両側結合ボリュームデータセットを生成してもよい。

そしてボディマーク生成部３３は、生成された両側結合ボリュームデータセットを上述のように画像処理して、図６に示すような、両方の***に関する３次元ボディマークのデータを生成する。この両方の***に関する３次元ボディマークには、本実施形態において記載した全ての表示処理が適用可能である。例えば、表示されている超音波画像の断面位置マークや視線方向マーク、ＲＯＩマーク、プローブマーク、あるいは向きマークを変形例に係る３次元ボディマークに表示させることができる。なお、図６の「Ｒ」は、右側の***であることを示すマークである。

また両側結合ボリュームデータセットに基づいて両側の***を網羅する一枚の超音波画像のデータを生成することができる。１枚の画像で両側の***を超音波診断できるので、観察しているのがどちら側の胸であるのかを容易に判別できる。また、両側の***を１画面に表示させるために必要であった、それぞれの片側結合ボリュームデータセットに断面位置を設定する手間が削減される。従って、両側の***に関する広範囲の超音波画像を表示することで診断効率の向上が期待される。

（変形例２）
超音波診断における血流の可視化の方法の１つに、造影剤を用いる造影モードがある。この造影モードにおいては、被検体の所定部位に造影剤を投与し、所定部位近傍に当てられた超音波プローブ１１を介して繰り返し３次元走査する。そして得られたエコー信号からハーモニック信号を抽出し、抽出されたハーモニック信号に基づいてハーモニック画像のデータを生成する。なお、ハーモニック（高調波）信号は、主に造影剤からのエコー信号からなる。従って、生成されたハーモニック画像には、造影剤により造影された血流のみしか描出されない。なお、エコー信号には、ハーモニック信号の他にファンダメンタル信号が含まれる。ファンダメンタル（基準波）信号は、エコー信号の中心周波数であり、送信波の中心周波数と同じである。ファンダメンタル信号は、主に組織からのエコー信号からなる。

本実施形態においてこの造影モードを活用する場合を考えると、ハーモニック信号に基づくサブボリュームデータセット（以下、ハーモニックサブボリュームデータセットと呼ぶことにする）が相対位置の計算に用いられる。ハーモニックサブボリュームデータセットには、血流のみが描出されているため、連続する２つのサブボリュームデータセット間の相対位置の計算精度が低くなってしまう。

そこで本実施形態の変形例２に係るＢモード処理部１９は、フィルタを用いてエコー信号からファンダメンタル（基本波）信号とハーモニック（高調波）信号とを抽出する。抽出されたファンダメンタル信号とハーモニック信号とはＢモード処理部１９に供給される。Ｂモード処理部１９は、供給されたファンダメンタル信号に基づいて走査面に関するファンダメンタル画像のデータを生成する。また、Ｂモード処理部１９は、供給されたハーモニック信号に基づいて、同一の走査面に関するハーモニック画像のデータを生成する。そしてサブボリュームデータセット生成部２９は、複数のファンダメンタル画像に基づいてサブ走査領域に関するファンダメンタルサブボリュームデータセットを生成し、同様に、複数のハーモニック画像に基づいてサブ走査領域に関するハーモニックサブボリュームデータセットを生成する。

結合ボリュームデータセット生成部３１は、複数のファンダメンタルサブボリュームデータセットを互いの相対位置に従って結合し、フル走査領域に関する単一のファンダメンタル結合ボリュームデータセットを生成する。同様に結合ボリュームデータセット生成部３１は、複数のハーモニックサブボリュームデータセットを互いの相対位置に従って結合し、フル走査領域に関する単一のハーモニック結合ボリュームデータセットを生成する。結合処理の際に用いられる相対位置は、主に組織成分からなるファンダメンタルサブボリュームデータセットを用いて計算される。従って、通常の造影モードのようにハーモニックサブボリュームデータセットを用いる場合に比して、相対位置の計算精度が向上する。

変形例２においては、ボディマーク生成部３３は、***を明瞭に表示するため、ファンダメンタル結合ボリュームデータセットに基づいて３次元ボディマークのデータを生成する。ハーモニック画像（造影像）を表示する場合、その断面位置が変形例２に係る３次元ボディマークに表示される。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、超音波診断の効率の向上を可能とする超音波診断装置の提供を実現することができる。

１１…超音波プローブ、１３…走査制御部、１５…送信部、１７…受信部、１９…Ｂモード処理部、２１…Ｂモード画像生成部、２３…ドプラ処理部、２５…ドプラ画像生成部、２７…記憶部、２９…サブボリュームデータセット生成部、３１…結合ボリュームデータセット生成部、３３…ボディマーク生成部、３５…３次元画像処理部、３７…表示制御部、３９…表示部、４１…入力部、４３…ネットワークインターフェース部、４５…システム制御部

Claims (9)

1. 移動される超音波プローブを介して被検体の検査部位を超音波で繰り返し３次元走査する超音波診断装置において、
   前記超音波プローブからのエコー信号に基づいて、前記検査部位に含まれる複数の走査領域に関する複数のサブボリュームデータセットをそれぞれ生成するサブボリュームデータセット生成部と、
   前記サブボリュームデータに基づいて、超音波画像のデータを生成する画像生成部と、
   前記生成された複数のサブボリュームデータセットを前記複数の走査領域間の位置関係に従って結合し、単一の結合ボリュームデータセットを生成する結合ボリュームデータセット生成部と、
   前記生成された結合ボリュームデータセットを画像処理して前記検査部位に関するボディマークを生成するボディマーク生成部と、
   前記生成されたボディマークを前記超音波画像とともに表示し、前記生成された超音波画像の前記ボディマーク上での断面位置を前記ボディマーク上に表示する表示部と、
   を具備することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記結合ボリュームデータセット生成部は、互いに隣接するサブボリュームデータセットの相対位置を付帯させて前記複数サブボリュームデータセットを生成するものであって、
   前記位置関係として、前記互いに隣接するサブボリュームデータセットの相対位置に基づいて、前記サブボリュームデータセット各々の絶対位置を、前記位置関係として計算すること、
   を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記結合ボリュームデータを記憶する記憶部をさらに具備し、
   前記結合ボリュームデータセット生成部は、
   前記検査部位に対する前記超音波プローブの移動方向および移動順序と、前記相対位置と前記絶対位置とに基づいて、予め設定された検査部位を判別し、
   前記記憶部は、前記判別された検査部位を示す情報を、前記結合ボリュームデータセットに関連付けて記憶すること
   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。
4. 前記ボディマーク生成部は、前記結合ボリュームデータセットを所定の視線位置及び方向でレンダリング処理してレンダリング画像のデータを生成し、前記生成されたレンダリング画像を縮小することにより前記ボディマークを生成する、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. 前記結合ボリュームデータセットと視線方向とに基づいて、前記超音波画像としてレンダリング画像を生成する３次元画像処理部と、
   前記視線方向を入力する入力部とをさらに具備し、
   前記ボディマーク生成部は、
   前記入力された視線方向に連動して前記方向を変更して、前記ボディマークを生成すること、
   を特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
6. 前記画像生成部は、
   前記エコー信号に基づいて、２次元超音波画像を生成し、
   前記３次元画像処理部は、
   前記結合ボリュームデータセットに基づいて断面変換画像を生成し、
   前記表示部は、
   前記表示される超音波画像が前記２次元超音波画像または前記断面変換画像である場合、前記２次元超音波画像または前記断面変換画像の断面位置を示す断面位置マーカを、前記ボディマーク上に表示すること、
   を特徴とする請求項５に記載の超音波診断装置。
7. 前記表示部は、
   前記レンダリング画像の表示領域を前記ボディマーク上に表示すること、
   を特徴とする請求項５または６に記載の超音波診断装置。
8. 前記表示部は、前記超音波画像を取得するための超音波プローブの位置及び方向を示すマークを、前記断面位置に応じて前記ボディマーク上に表示する、請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。
9. 前記サブボリュームデータセット生成部は、前記エコー信号に含まれる基本波成分に基づいて前記複数の走査領域に関する複数の基本波サブボリュームデータセットを生成し、前記エコー信号に含まれる高調波成分に基づいて前記複数の走査領域に関する複数の高調波サブボリュームデータセットを生成し、
   前記結合ボリュームデータセット生成部は、前記生成された複数の基本波サブボリュームデータセットに基づいて単一の基本波結合ボリュームデータセットを生成し、前記生成された複数の高調波サブボリュームデータセットに基づいて単一の高調波結合ボリュームデータセットを生成し、
   前記ボディマーク生成部は、前記生成された基本波結合ボリュームデータに基づいて前記ボディマークを生成し、
   前記画像生成部は、前記生成された高調波結合ボリュームデータセットに基づいて前記超音波画像のデータを生成する、
   請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の超音波診断装置。

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