JP5470253B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

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Description

本発明は、超音波を利用し、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す弾性画像を表示する超音波診断装置及び超音波画像表示方法に関する。
超音波診断装置は、超音波探触子により被検体内部に超音波を送信し、被検体内部の生体組織から受信される受信信号に基づいて、例えば断層画像を構成して表示する。また、超音波探触子で被検体内部の生体組織から受信される受信信号を計測し、計測時間が異なる2つの受信信号のRF信号フレームデータから生体各部の変位を求める。そして、その変位データに基づいて生体組織の弾性率を示す弾性画像を構成することが行なわれている(例えば、特許文献1)。
また、超音波の送受信と同時に超音波探触子の位置と傾きを計測する位置センサを有し、位置センサにより取得される位置情報と複数の2次元断層画像とから、ボリュームデータを生成し、3次元断層画像を表示していることが行なわれている(例えば、特許文献2)。
特開2000-060853号公報 特開2006-271523号公報
しかしながら、特許文献1では、2次元弾性画像を構成することに留まっており、3次元弾性画像を構成することについては具体的には開示されていない。そのため、3次元弾性画像を構成するためには、多くの演算量とメモリ容量が必要であり、特許文献2の3次元断層画像構成の技術の拡張で実現可能となるものではない。
本発明の目的は、振動子列をその直交方向に位置を移動させて複数の2次元弾性画像データを求め、複数の2次元弾性画像データを用いた方法で被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することにある。
上記目的を達成するため、本発明では、超音波を送受信する振動子が複数配列された振動子列を有し、該振動子列が矩形又は扇形をなす振動子の配列方向と直交する方向に複数の異なる位置となるように構成される超音波探触子と、前記超音波探触子に設けられ、複数の異なる前記振動子列の位置を計測し、計測された各位置毎にフレームナンバーを出力するように構成される位置センサと、前記超音波探触子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、前記被検体からの反射エコー信号を受信する受信部と、該受信部により受信された反射エコー信号に基づいて前記振動子列がその直交する一方向にスキャンされる一連のRF信号フレームデータの個々のRF信号フレームデータと前記フレームナンバーとを記憶するRF信号フレームデータ記憶部と、前記RF信号フレームデータ記憶部に記憶されたRF信号フレームデータのうち異なる前記直交方向の前記振動子列のスキャンにおける2つの同じフレームナンバーのRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部と、選択された2つの同じフレームナンバーのRF信号フレームデータ間の変位を算出する変位算出部と、前記算出された変位に基づいて、歪み又は弾性率を演算する弾性情報演算部と、前記弾性情報演算部により求めた歪み又は弾性率に基づいて複数のフレームナンバーの2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部と、複数のフレームナンバーの前記2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部と、前記弾性ボリュームデータ作成部によって作成された前記弾性ボリュームデータから3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部と、を備え、前記RF信号フレームデータ記憶部は、新たな前記直交方向のうちの一方向に前記振動子列のスキャンが行なわれた場合、前記RF信号フレームデータを新たなスキャンされたRF信号フレームデータに書き換えられることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
また、本発明では、超音波を送受信する振動子が複数配列された振動子列を有し、該振動子列が矩形又は扇形をなす振動子の配列方向と直交する方向に複数の異なる位置となるように構成される超音波探触子と、前記超音波探触子に設けられ、複数の異なる前記振動子列の位置を計測し、計測された各位置毎にフレームナンバーを出力するように構成される位置センサと、前記超音波探触子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、前記被検体からの反射エコー信号を受信する受信部と、該受信部により受信された反射エコー信号に基づいて前記振動子列がその直交する一方向にスキャンされる一連のRF信号フレームデータの個々のRF信号フレームデータと前記フレームナンバーとを記憶するRF信号フレームデータ記憶部と、前記RF信号フレームデータ記憶部に記憶されたRF信号フレームデータのうち同じ前記直交方向の前記振動子列のスキャンにおける2つの同じフレームナンバーのRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部と、選択された２つの同じフレームナンバーのRF信号フレームデータ間の変位を算出する変位算出部と、前記算出された変位に基づいて、歪み又は弾性率を演算する弾性情報演算部と、前記弾性情報演算部により求めた歪み又は弾性率に基づいて複数のフレームナンバーの2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部と、複数のフレームナンバーの前記2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部と、前記弾性ボリュームデータ作成部によって作成された前記弾性ボリュームデータから3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部と、を備え、前記RF信号フレームデータ記憶部は、新たな前記直交方向のうちの一方向に前記振動子列のスキャンが行なわれた場合、前記RF信号フレームデータを新たなスキャンされたRF信号フレームデータに書き換えられることを特徴とする超音波診断装置を提供する。
本発明によれば、振動子列をその直交方向に位置を移動させて複数の2次元弾性画像データを求め、複数の2次元弾性画像データを用いた方法で被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
本発明の全体構成のブロック図を示す図。 本発明の断層画像データの記憶形態を示す図。 本発明の第1の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第1の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第1の実施形態の2次元弾性画像データを作成する形態を示す図。 本発明の第2の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第2の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第1の実施形態の2次元弾性画像データを作成する形態を示す図。 本発明の第3の実施形態を示す図。 本発明の第4の実施形態を示す図。 本発明の第6の実施形態のRF信号フレームデータ記憶部の詳細を示す図。 本発明の第6の実施形態の2次元弾性画像データを作成する形態を示す図。
(第1の実施形態：逆方向相関)
本発明を適用してなる超音波診断装置について、図1を用いて説明する。図1に示すように、超音波診断装置には、被検体1に当接させて用いる超音波探触子2と、超音波探触子2を介して被検体1に時間間隔をおいて繰り返し超音波を送信する送信部3と、被検体1から発生する時系列の反射エコー信号を受信する受信部4と、送信部3と受信部4の送信と受信を切り換える制御を行なう超音波送受信制御部5と、受信部4で受信された反射エコー信号を整相加算する整相加算部6とが備えられている。
超音波探触子2は、複数の振動子を配設して形成されており、被検体1に振動子を介して超音波を送受信する機能を有している。この超音波探触子2は、矩形又は扇形をなす複数の振動子の配列方向と直交する方向に振動子を機械的に振り、超音波を送受信することができる。また、超音波探触子2は、超音波の送受信と同時に振動子の傾きを計測する位置センサを有しており、振動子の傾きをフレームナンバーとして出力する。なお、超音波探触子2は、複数の振動子が2次元配列され、超音波送受信方向を電子的に制御することができるものでもよい。
このように、超音波探触子2は、超音波送受信する矩形又は扇形をなす複数の振動子の配列方向と直交する方向に機械的又は電子的に振るとともに、超音波を送受信する。送信部3は、超音波探触子2の振動子を駆動して超音波を発生させるための送波パルスを生成する。送信部3は、送信される超音波の収束点をある深さに設定する機能を有している。また、受信部4は、超音波探触子2で受信した反射エコー信号について所定のゲインで増幅してRF信号すなわち受信信号を生成するものである。超音波送受信制御部5は、送信部3や受信部4を制御するためのものである。
整相加算部6は、受信部4で増幅されたRF信号を入力して位相制御し、一点又は複数の収束点に対し超音波ビームを形成してRF信号フレームデータを生成するものである。
断層画像構成部7は、整相加算部6からのRF信号フレームデータを入力してゲイン補正、ログ圧縮、検波、輪郭強調、フィルタ処理等の信号処理を行ない、断層画像データを得るものである。また、白黒スキャンコンバータ8は、超音波走査に同期した断層画像データを画像表示部13の走査方式で表示するために、断層画像データの座標系変換を行なう。
2次元断層画像記憶部9は、図2に示すように、白黒スキャンコンバータ8から出力される断層画像データをフレームナンバーとともに記憶する。ここでは、矩形又は扇形をなす複数の振動子の配列方向と直交する方向に機械的に振動子を振り、超音波を送受信しており、A方向又はB方向のスキャンに対して、nフレームの断層画像データを取得しているものである。
図2(a)は、2次元断層画像データをフレーム方向に1ラインとみなし、断層画像データを3次元的に取得していることを示す図である。図2(b)は、2次元断層画像データを3次元的に取得していることを示す図である。
フレームナンバーは、図2(a)に示すように、複数の振動子の位置(傾き)と断層画像データとを対応付けられるものである。A方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“1”とし、最後のフレームナンバーを“n”としている。フレームナンバー“1”の断層画像データが最初に2次元断層画像記憶部9に記憶され、次にフレームナンバー“2” の断層画像データが2次元断層画像記憶部9に記憶される。そして、最後にフレームナンバー“n” の断層画像データが2次元断層画像記憶部9に記憶される。また、B方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“n”とし、最後のフレームナンバーを“1”とし、断層画像データが2次元断層画像記憶部9に記憶される。
白黒ボリュームデータ作成部10は、2次元断層画像記憶部9に記憶されたnフレーム分の断層画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて白黒ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の断層画像データの集合であるレンダリング用の白黒ボリュームデータが構成される。
白黒3次元断層画像構成部11は、白黒ボリュームデータ作成部10から白黒ボリュームデータを読み出し、白黒ボリュームデータを平面に投影して白黒3次元断層画像を構成する。具体的には、白黒3次元断層画像構成部11は、白黒ボリュームデータの各点(座標)に対応する輝度値と不透明度から各点の画像情報を求める。そして、例えば下記式による、視線方向の白黒ボリュームデータの輝度値と不透明度を深さ方向に演算して濃淡を与えるボリュームレンダリング法を用いて白黒3次元断層画像を構成する。
Figure 0005470253
 αouti ：i番目の不透明度の出力
αini ：i番目の不透明度の入力
αi ：i番目の不透明度
Couti ：i番目の輝度値の出力
Cini ：i番目の輝度値の入力
Ci ：i番目の輝度値
なお、上記では、ボリュームレンダリング法を用いて白黒3次元断層画像を構成したが、各点の画像が視点位置に該当する面に対してなす傾斜角に応じて濃淡を与えるサーフェスレンダリング法や、視点位置からみた対象物の奥行きに応じて濃淡を与えるボクセル法を用いてもよい。
また、白黒3次元断層画像と後述するカラー3次元弾性画像を合成したり、並列に表示させたり、切替えを行なう切替合成部12と、白黒3次元断層画像、カラー3次元弾性画像、白黒3次元断層画像とカラー3次元弾性画像が合成された合成画像を表示する画像表示部13とが備えられている。
さらに、超音波診断装置には、整相加算部6から出力されるRF信号フレームデータを記憶するRF信号フレームデータ記憶部20と、RF信号フレームデータ記憶部20に記憶された、少なくとも2つのRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部21と、2つのRF信号フレームデータから被検体1の生体組織の変位を計測する変位演算部22と、変位演算部22で計測された変位情報から歪み又は弾性率などの弾性情報を求める弾性情報演算部23と、弾性情報演算部23で演算した歪み又は弾性率から2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部24と、弾性画像構成部24から出力される2次元弾性画像データに、画像表示部13の走査方式で表示するための座標系変換を行なう弾性スキャンコンバータ25を備えている。
本実施形態では、さらに弾性スキャンコンバータ25から出力された2次元弾性画像データを記憶する2次元弾性画像記憶部26と、複数の2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部27と、弾性ボリュームデータからカラー3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部28とを備えている。
また、超音波診断装置には、各構成要素を制御する制御部31と、制御部31に各種入力を行なう入力部30を備えている。入力部30は、キーボードやトラックボール等を備えている。
RF信号フレームデータ記憶部20は、整相加算部6から時系列に生成されるRF信号フレームデータを順次記憶する。図3、図4は、RF信号フレームデータ記憶部20の詳細を示す図である。本実施形態では、RF信号フレームデータ記憶部20は、A方向のスキャンに関するRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体200と、B方向のスキャンに関するRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体201とを有している。
図3(a)は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータとフレームナンバーとの関係を示すものであり、図3(c)は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータをフレームナンバーと対応付けて記憶するRF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体200の記憶形態を示すものである。図3(b)は、B方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータとフレームナンバーとの関係を示すものであり、図3(d)は、B方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータをフレームナンバーと対応付けて記憶するRF信号フレームデータ記憶部20のもう1つの記憶媒体201の形態を示すものである。
記憶媒体200は、A方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“1”とし、最後のフレームナンバーを“n”としてRF信号フレームデータを記憶する。具体的には、A方向のスキャンにおけるフレームナンバー“1”のRF信号フレームデータが最初に記憶媒体200に記憶され、次にフレームナンバー“2”のRF信号フレームデータが記憶媒体200に記憶される。そして、最後にフレームナンバー“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体200に記憶される。
記憶媒体201は、B方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“n”とし、最後のフレームナンバーを“1”としてRF信号フレームデータを記憶する。具体的には、B方向のスキャンにおけるフレームナンバー“n”のRF信号フレームデータが最初に記憶媒体201に記憶され、次にフレームナンバー“n−1”のRF信号フレームデータが記憶媒体201に記憶される。そして、最後にフレームナンバー“1”のRF信号フレームデータが記憶媒体201に記憶される。
なお、上記では、RF信号フレームデータ記憶部20は2つの記憶媒体200,201を有したが、1つの記憶媒体にRF信号フレームデータを振り分けて記憶させてもよい。
図4に示すように、RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体200に記憶されたフレームナンバー“N”のRF信号フレームデータを選択する。Nは1以上n以下の整数である。そして、RF信号フレームデータ選択部21は、記憶媒体200から読み出されたRF信号フレームデータと同じフレームナンバー“N”である、記憶媒体201に記憶されたフレームナンバー“N”のRF信号フレームデータを選択する。
そして、変位演算部22は、選択されたフレームナンバー“N”のRF信号フレームデータから1次元或いは2次元相関処理を行って、RF信号フレームデータの各点に対応する生体組織における変位や移動ベクトルすなわち変位の方向と大きさに関する1次元又は2次元変位分布を求める。ここで、移動ベクトルの検出にはブロックマッチング法を用いる。ブロックマッチング法とは、画像を例えばM×M画素からなるブロックに分け、関心領域内のブロックに着目し、着目しているブロックに最も近似しているブロックを前のフレームから探し、これを参照して予測符号化すなわち差分により標本値を決定する処理を行なう。
弾性情報演算部23は、変位演算部22から出力される計測値、例えば移動ベクトルと、圧力計測部26から出力される圧力値とから画像上の各点(座標)に対応する生体組織の歪みや弾性率を演算し、弾性情報を生成するものである。このとき、歪みは、生体組織の移動量、例えば、変位を空間微分することによって算出される。また、弾性情報演算部23において弾性率を演算する場合、超音波探触子2の圧力センサ(図示しない。)に接続された圧力計測部29によって取得された圧力情報を弾性情報演算部23に出力する。弾性率は、圧力の変化を歪みの変化で除することによって計算される。
例えば、変位演算部22により計測された変位をL(X)、圧力計測部29により計測された圧力をP(X)とすると、歪みΔS(X)は、L(X)を空間微分することによって算出することができるから、ΔS(X)＝ΔL(X)／ΔXという式を用いて求められる。また、弾性率のヤング率Ym(X)は、Ym＝(ΔP(X))／ΔS(X)という式によって算出される。このヤング率Ymから画像の各点に相当する生体組織の弾性率が求められるので、2次元弾性画像を連続的に得ることができる。なお、ヤング率とは、物体に加えられた単純引張り応力と、引張りに平行に生じる歪みに対する比である。
弾性画像構成部24は、算出された弾性値(歪み、弾性率等)に対し、座標平面内におけるスムージング処理、コントラスト最適化処理や、フレーム間における時間軸方向のスムージング処理等の様々な画像処理を行ない、2次元弾性画像データを構成する。
弾性スキャンコンバータ25は、弾性画像構成部24から出力される2次元弾性画像データに画像表示部13の走査方式で表示するための座標系変換を行なう機能を有したものである。2次元弾性画像記憶部26は、2次元弾性画像データをフレームナンバー“N”とともに記憶する。
このように、図4に示すように、RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体200と記憶媒体201に記憶された同じフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータをそれぞれ選択して、上記の通り、変位演算部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25において一連の処理を行なう。
2次元弾性画像記憶部26は、一連のフレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データを記憶する。図5は、フレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データを作成する形態を示すものである。図5(a)(b)は、A方向及びB方向におけるフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体200と記憶媒体201から読み出される形態を示すものであり、図5(d)は、フレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に記憶された状態を示すものである。
そして、図5(c)に示すように、新たにA方向にスキャンが行なわれた場合、記憶媒体200に記憶されたフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータが新たにA方向にスキャンしたフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータに書き換えられる。そして、図5(b)(c)に示すように、A方向及びB方向における同じフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体200と記憶媒体201から読み出され、図5(e)に示すように、図5(d)の形態と同様にして弾性演算が行なわれ、フレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に記憶される。また、新たにB方向にスキャンが行なわれた場合も同様であり、A方向及びB方向のスキャンが順次繰り返され、フレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に順次記憶される。
弾性ボリュームデータ作成部27は、複数の2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する。2次元弾性画像記憶部26に記憶されたnフレーム分の2次元弾性画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて弾性ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の2次元弾性画像データの集合であるレンダリング用の弾性ボリュームデータが構成される。
3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値(歪み、弾性率等のいずれか1つ)と不透明度から各点の画像情報を求め、3次元弾性画像を構成する。例えば下記式による、視線方向の弾性ボリュームデータの弾性値を深さ方向に演算するボリュームレンダリング法を用いて3次元弾性画像を構成する。なお、この視線方向は、白黒3次元断層画像構成部11のボリュームレンダリング処理等における視線方向と同一方向である。
Figure 0005470253
 αouti ：i番目の不透明度の出力
αini ：i番目の不透明度の入力
αi ：i番目の不透明度
Eouti ：i番目の弾性値の出力
Eini ：i番目の弾性値の入力
Ei ：i番目の弾性値
また、3次元弾性画像構成部28は、3次元弾性画像を構成する画像情報に光の3原色すなわち赤(R)値、緑(G)値、青(B)値を付与する。3次元弾性画像構成部28は、例えば、歪みが周囲に比べて大きい箇所又は弾性率が小さい箇所に赤色コードを付与し、歪みが周囲に比べて小さい箇所又は弾性率が大きい箇所に青色コードを付与するなどの処理を行なう。
(並列表示・重ねあわせ表示)
切換合成部12は、画像メモリと、画像処理部と、画像選択部とを備えて構成されている。ここで、画像メモリは、白黒3次元断層画像構成部11から出力される白黒3次元断層画像と3次元弾性画像構成部28から出力されるカラー3次元弾性画像とを時間情報とともに格納するものである。
また、画像処理部は、画像メモリに確保された白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データとを合成割合を変更して合成するものである。画像処理部は、同じ視点位置における白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データを画像メモリから読み出す。そして、画像処理部は、白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データを合成するが、白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データはボリュームレンダリング処理等後の画像データであるため、実質的にはそれぞれ2次元的に加算されることとなる。
具体的には、例えば下記数式に示すように、各点において、カラー3次元弾性画像データの赤(R)値、緑(G)値、青(B)値と、白黒3次元断層画像データの赤(R)値、緑(G)値、青(B)値とをそれぞれ加算する。なお、αは0以上1以下の係数であり、入力部30で任意に設定することができる。
Figure 0005470253
 例えば、上記αを0又は1とすることにより、白黒3次元断層画像データ又はカラー3次元弾性画像データのみを抽出することもできる。画像選択部は、ボリュームメモリ内の白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データ及び画像処理部の合成画像データのうちから画像表示部10に表示する画像を選択するものである。
画像表示部13は、切換合成部12で合成された合成画像、白黒3次元断層画像又はカラー3次元弾性画像を並列に表示する。
以上、本実施形態によれば、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
(第2の実施形態：同方向相関)
次に第2の実施形態について図1、図6〜図8を用いて説明する。第1の実施形態と異なる点は、同方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを用いて2次元弾性画像データを作成する点である。
図6は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体200と記憶媒体202の一例を示すものである。記憶媒体200〜203の記憶形態については、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。具体的には、図7に示すように、RF信号フレームデータ記憶部20は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体200と記憶媒体202と、B方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体201と記憶媒体203とを備えている。
記憶媒体202は、記憶媒体200に記憶されている次のA方向のスキャンにおけるフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータが記憶されている。記憶媒体203は、記憶媒体201に記憶されている次のB方向のスキャンにおけるフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータが記憶されている。
図8は、フレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データを作成する形態を示すものである。図8(a)(c)に示すように、A方向におけるフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体200と記憶媒体202から読み出される。具体的には、図7に示すように、RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体200と記憶媒体202に記憶された同じフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータをそれぞれ選択する。そして、変位演算部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25を経て2次元弾性画像データを構成する。変位演算部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25に関しては、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。そして、2次元弾性画像記憶部26は、図8(e)に示すように、一連のフレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データを記憶する。
また、図8(b)(d)に示すように、B方向におけるフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータが記憶媒体201と記憶媒体203から読み出される。具体的には、図7に示すように、RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体201と記憶媒体203に記憶された同じフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータをそれぞれ選択する。そして、変位演算部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25を経て2次元弾性画像データを構成する。そして、2次元弾性画像記憶部26は、図8(f)に示すように、一連のフレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データを記憶する。
そして、弾性ボリュームデータ作成部27は、複数の2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する。2次元弾性画像記憶部26に記憶されたnフレーム分の2次元弾性画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて弾性ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の2次元弾性画像データの集合であるレンダリング用の弾性ボリュームデータが構成される。
また、3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値(歪み、弾性率等のいずれか1つ)と不透明度から各点の画像情報を求め、3次元弾性画像を構成する。なお、3次元弾性画像構成部28の詳細は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
以上、本実施形態によれば、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
(第3の実施形態：1つの記憶媒体)
次に第3の実施形態について図1、9を用いて説明する。第1の実施形態、第2の実施形態と異なる点は、RF信号フレームデータ記憶部20は1つの記憶媒体を有している点である。
図9に示すように、RF信号フレームデータ記憶部20は、A方向のスキャンにおけるRF信号フレームデータを記憶する記憶媒体200を備えている。A方向のスキャンにおけるフレームナンバー“1”のRF信号フレームデータが最初に記憶媒体200に記憶され、次にフレームナンバー“2” のRF信号フレームデータが記憶媒体200に記憶される。そして、最後にフレームナンバー“n” のRF信号フレームデータが記憶媒体200に記憶される。
そして、次のA方向のスキャンにおける新たなRF信号フレームデータは、整相加算部6からダイレクトにRF信号フレームデータ選択部21に出力される。RF信号フレームデータ選択部21は、整相加算部6から新たに出力されたフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータと同じフレームナンバー“1”〜“n”のRF信号フレームデータを記憶媒体200からそれぞれ読み出す。そして、記憶媒体200からRF信号フレームデータ選択部21に読み出されたRF信号フレームデータが、新たなRF信号フレームデータに置き換えられて記憶媒体200に記憶される。
RF信号フレームデータ選択部21によって選択されたフレームナンバー“1”〜“n”のそれぞれにおける2つのRF信号フレームデータに基づいて、変位演算部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25を経て2次元弾性画像データを構成する。変位演算部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25に関しては、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。そして、2次元弾性画像記憶部26は、一連のフレームナンバー“1”〜“n”の2次元弾性画像データを記憶する。
そして、弾性ボリュームデータ作成部27は、複数の2次元弾性画像から弾性ボリュームデータを作成する。2次元弾性画像記憶部26に記憶されたnフレーム分の2次元弾性画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて弾性ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の2次元弾性画像データの集合であるレンダリング用の弾性ボリュームデータが構成される。
また、3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値(歪み、弾性率等のいずれか1つ)と不透明度から各点の画像情報を求め、3次元弾性画像を構成する。なお、3次元弾性画像構成部28の詳細は、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
本実施形態によれば、RF信号フレームデータ記憶部の容量を低減させて、被検体の生体組織の硬さ又は軟らかさを示す3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
(第4の実施形態：ボリュームデータから3次元画像)
次に第4の実施形態について図10を用いて説明する。第1の実施形態〜第3の実施形態と異なる点は、断層ボリュームデータと弾性ボリュームデータから3次元合成画像を構成する点である。
本発明を適用してなる超音波診断装置について、図10を用いて説明する。図10に示すように、超音波診断装置には、被検体1に当接させて用いる超音波探触子2と、超音波探触子2を介して被検体1に時間間隔をおいて繰り返し超音波を送信する送信部3と、被検体1から発生する時系列の反射エコー信号を受信する受信部4と、送信部3と受信部4の送信と受信を切り換える超音波送受信制御部5と、受信部4で受信された反射エコー信号を整相加算する整相加算部6とが備えられている。詳細な構成については、第1の実施形態と同様である。
断層画像構成部7は、整相加算部6からのRF信号フレームデータを入力してゲイン補正、ログ圧縮、検波、輪郭強調、フィルタ処理等の信号処理を行ない、断層画像データを得るものである。断層ボリュームデータ作成部40は、フレームナンバー“1”〜“n”に対応させて断層画像データをスキャン方向に並べることによって、断層ボリュームデータを作成する。断層ボリュームスキャンコンバータ42は、超音波走査に同期した断層ボリュームデータを画像表示部13の走査方式で表示するために、断層画像ボリュームデータの座標系変換を行なう。
さらに、超音波診断装置には、整相加算部6から出力されるRF信号フレームデータを記憶するRF信号フレームデータ記憶部20と、RF信号フレームデータ記憶部20に記憶された、少なくとも2つのRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部21と、2つのRF信号フレームデータから被検体1の生体組織の変位を計測する変位演算部22と、変位演算部22で計測された変位情報から歪み又は弾性率などの弾性情報を求める弾性情報演算部23と、弾性情報演算部23で演算した歪み又は弾性率から2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部24と、2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部41と、弾性ボリュームデータの座標系変換を行なう弾性ボリュームスキャンコンバータ48とを備えている。弾性ボリュームデータ作成部41と弾性ボリュームスキャンコンバータ48以外の詳細な構成については、第1の実施形態と同様である。
弾性ボリュームデータ作成部46は、フレームナンバー“1”〜“n”に対応させて2次元弾性画像データをスキャン方向に並べることによって、3次元弾性ボリュームデータを作成する。弾性ボリュームスキャンコンバータ48は、超音波走査に同期した弾性ボリュームデータを画像表示部13の走査方式で表示するために、弾性ボリュームデータの座標系変換を行なう。
切換合成部44は、ボリュームメモリと、画像処理部とを備えて構成されている。ここで、ボリュームメモリは、断層ボリュームスキャンコンバータ42から出力される断層ボリュームデータと弾性ボリュームスキャンコンバータ48から出力される弾性ボリュームデータとを時間情報とともに格納するものである。
そして、画像処理部は、ボリュームメモリに確保された断層ボリュームデータと弾性ボリュームデータとを座標毎に合成する。さらに、画像処理部は、合成された合成ボリュームデータについてボリュームレンダリングを行なう。具体的には、画像処理部は、合成ボリュームデータの各点に対応する不透明度、輝度値と弾性値から各点の画像情報を求める。
Figure 0005470253
 また、画像処理部は、弾性ボリュームデータに光の3原色すなわち赤(R)値、緑(G)値、青(B)値を付与する。画像処理部は、例えば、歪みが周囲に比べて大きい箇所又は弾性率が小さい箇所に赤色コードを付与し、歪みが周囲に比べて小さい箇所又は弾性率が大きい箇所に青色コードを付与するなどの処理を行なう。そして、画像表示部13は、色付けされた合成画像を表示する。
本実施形態によれば、3次元弾性画像を構成し、表示することができる。
(第5の実施形態：硬いところ不透明度ＵP)
次に第5の実施形態について図1を用いて説明する。第1の実施形態〜第4の実施形態と異なる点は、不透明度を調整する点である。
3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値と不透明度から各点の画像情報を求めるとき、弾性ボリュームデータの不透明度を調整する。具体的には、本実施形態では、周囲に比べて歪みが小さい又は弾性率が大きい(例えば300ｋPa以上)弾性ボリュームデータの硬い部位における不透明度を高める。
そして、3次元弾性画像構成部28は、例えば下記式による、視線方向の弾性ボリュームデータの弾性値を深さ方向に演算するボリュームレンダリング法を用いて3次元弾性画像を構成する。なお、βは歪み又は弾性率に応じて変化する値である。例えば、βは歪みに反比例し、弾性率に比例する値である。
Figure 0005470253
 そして、第1の実施形態と同様に処理し、切換合成部12は、画像メモリに確保された白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データとを合成割合を変更して合成し、画像表示部13に合成画像の表示を行なう。画像表示部13は、切換合成部12で合成された合成画像、白黒3次元断層画像又はカラー3次元弾性画像を表示する。
本実施形態によれば、硬い箇所が不透明度を高くして表示されるため、腫瘍等を強調して表示することができる。
(第6の実施形態：選択表示)
次に第6の実施形態について図1、図11、12を用いて説明する。第1の実施形態〜第5の実施形態と異なる点は、部分的にカラー3次元弾性画像を構成する点である。
図11に示すように、記憶媒体206は、A方向のスキャンにおける、所定範囲のRF信号フレームデータを記憶する。記憶媒体206は、最初のフレームナンバーを“a”とし、最後のフレームナンバーを“a＋b”としてその間のRF信号フレームデータを記憶する。“a”、“a＋b”は1〜nの整数である。記憶媒体207も同様に、B方向のスキャンにおける最初のフレームナンバーを“a＋b”とし、最後のフレームナンバーを“a”として、所定範囲のRF信号フレームデータを記憶する。
RF信号フレームデータ選択部21は、RF信号フレームデータ記憶部20の記憶媒体206と記憶媒体207に記憶された同じフレームナンバー“a”〜“a＋b”のRF信号フレームデータをそれぞれ選択して、上記の通り、変位演算部22、弾性情報演算部23、弾性画像構成部24、弾性スキャンコンバータ25において一連の処理を行なう。これらの処理に関しては、第1の実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
2次元弾性画像記憶部26は、フレームナンバー“a”〜“a＋b”の2次元弾性画像データを記憶する。図12は、フレームナンバー“a”〜“a＋b”の2次元弾性画像データを作成する形態を示すものである。図12(a)(b)は、A方向及びB方向におけるフレームナンバー“a”〜“a＋b”のRF信号フレームデータが記憶媒体205と記憶媒体206から読み出される形態を示すものであり、図12(d)は、フレームナンバー“a”〜“a＋b”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に記憶された状態を示すものである。
そして、図12(c)に示すように、新たにA方向にスキャンが行なわれた場合、記憶媒体206に記憶されたフレームナンバー“a”〜“a＋b”のRF信号フレームデータが新たにA方向にスキャンした時のフレームナンバー“a”〜“a＋b”のRF信号フレームデータに書き換えられる。そして、図12(b)(c)に示すように、A方向及びB方向における同じフレームナンバー“a”〜“a＋b”のRF信号フレームデータが記憶媒体206と記憶媒体207から読み出され、図12(e)に示すように、図12(d)の形態と同様にして弾性演算が行なわれ、フレームナンバー“a”〜“a＋b”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に記憶される。また、新たにB方向にスキャンが行なわれた場合も同様であり、A方向及びB方向のスキャンが順次繰り返され、フレームナンバー“a”〜“a＋b”の2次元弾性画像データが2次元弾性画像記憶部26に順次記憶される。
弾性ボリュームデータ作成部27は、複数の2次元弾性画像から弾性ボリュームデータを作成する。2次元弾性画像記憶部26に記憶されたbフレーム分の2次元弾性画像データを読み出し、スキャン面毎に順次並べて弾性ボリュームデータを作成する。このように、被検体内の2次元弾性画像データの集合であるレンダリング用の弾性ボリュームデータが構成される。
また、3次元弾性画像構成部28は、弾性ボリュームデータの各点に対応する弾性値と不透明度から各点の画像情報を求める。そして、3次元弾性画像構成部28は、視線方向の弾性ボリュームデータの弾性値を深さ方向に演算するボリュームレンダリング法を用いて3次元弾性画像を構成する。
切換合成部12の画像メモリは、白黒3次元断層画像構成部11から出力されるフレームナンバー“1”〜“n”の白黒3次元断層画像と3次元弾性画像構成部28から出力されるフレームナンバー“a”〜“a＋b”のカラー3次元弾性画像とを時間情報とともに格納する。また、画像処理部は、画像メモリに確保された白黒3次元断層画像データとカラー3次元弾性画像データとをフレームナンバー“a”〜“a＋b”の範囲で合成割合を変更して合成する。画像表示部13は、切換合成部12で合成された合成画像を表示する。なお、フレームナンバー“a”〜“a＋b”は、入力部30で任意に設定することができる。
本実施形態によれば、部分的にカラー3次元弾性画像を構成させることにより、弾性演算量を減らすことができる。また、注目したい3次元弾性画像のみを表示することができる。
1 被検体、2 超音波探触子、3 送信部、4 受信部、5 超音波送受信制御部、6 整相加算部、7 断層画像構成部、8 白黒スキャンコンバータ、9 2次元断層画像記憶部、10 白黒ボリュームデータ作成部、11 白黒3次元断層画像構成部、12 切替合成部、13 画像表示部、20 RF信号フレームデータ記憶部、21 RF信号フレームデータ選択部、22 変位演算部、23 弾性情報演算部、24 弾性画像構成部、25 カラースキャンコンバータ、26 2次元弾性画像記憶部、27 弾性ボリュームデータ作成部、28 カラー3次元弾性画像構成部

Claims (8)

  1. 超音波を送受信する振動子が複数配列された振動子列を有し、該振動子列が矩形又は扇形をなす振動子の配列方向と直交する方向に複数の異なる位置となるように構成される超音波探触子と、
    前記超音波探触子に設けられ、複数の異なる前記振動子列の位置を計測し、計測された各位置毎にフレームナンバーを出力するように構成される位置センサと、
    前記超音波探触子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、
    前記被検体からの反射エコー信号を受信する受信部と、
    該受信部により受信された反射エコー信号に基づいて前記振動子列がその直交する一方向にスキャンされる一連のRF信号フレームデータの個々のRF信号フレームデータと前記フレームナンバーとを記憶するRF信号フレームデータ記憶部と、
    前記RF信号フレームデータ記憶部に記憶されたRF信号フレームデータのうち異なる前記直交方向の前記振動子列のスキャンにおける2つの同じフレームナンバーのRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部と、
    選択された２つの同じフレームナンバーのRF信号フレームデータ間の変位を算出する変位算出部と、
    前記算出された変位に基づいて、歪み又は弾性率を演算する弾性情報演算部と、
    前記弾性情報演算部により求めた歪み又は弾性率に基づいて複数のフレームナンバーの2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部と、
    複数のフレームナンバーの前記2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部と、
    前記弾性ボリュームデータ作成部によって作成された前記弾性ボリュームデータから3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部と、を備え、
    前記RF信号フレームデータ記憶部は、新たな前記直交方向のうちの一方向に前記振動子列のスキャンが行なわれた場合、前記RF信号フレームデータを新たなスキャンされたRF信号フレームデータに書き換えられることを特徴とする超音波診断装置。
  2. 超音波を送受信する振動子が複数配列された振動子列を有し、該振動子列が矩形又は扇形をなす振動子の配列方向と直交する方向に複数の異なる位置となるように構成される超音波探触子と、
    前記超音波探触子に設けられ、複数の異なる前記振動子列の位置を計測し、計測された各位置毎にフレームナンバーを出力するように構成される位置センサと、
    前記超音波探触子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、
    前記被検体からの反射エコー信号を受信する受信部と、
    該受信部により受信された反射エコー信号に基づいて前記振動子列がその直交する一方向にスキャンされる一連のRF信号フレームデータの個々のRF信号フレームデータと前記フレームナンバーとを記憶するRF信号フレームデータ記憶部と、
    前記RF信号フレームデータ記憶部に記憶されたRF信号フレームデータのうち同じ前記直交方向の前記振動子列のスキャンにおける2つの同じフレームナンバーのRF信号フレームデータを選択するRF信号フレームデータ選択部と、
    選択された２つの同じフレームナンバーのRF信号フレームデータ間の変位を算出する変位算出部と、
    前記算出された変位に基づいて、歪み又は弾性率を演算する弾性情報演算部と、
    前記弾性情報演算部により求めた歪み又は弾性率に基づいて複数のフレームナンバーの2次元弾性画像データを構成する弾性画像構成部と、
    複数のフレームナンバーの前記2次元弾性画像データから弾性ボリュームデータを作成する弾性ボリュームデータ作成部と、
    前記弾性ボリュームデータ作成部によって作成された前記弾性ボリュームデータから3次元弾性画像を構成する3次元弾性画像構成部と、を備え、
    前記RF信号フレームデータ記憶部は、新たな前記直交方向のうちの一方向に前記振動子列のスキャンが行なわれた場合、前記RF信号フレームデータを新たなスキャンされたRF信号フレームデータに書き換えられることを特徴とする超音波診断装置。
  3. 前記RF信号フレームデータから断層画像データを構成する断層画像構成部と、
    複数の前記断層画像データから断層ボリュームデータを作成する断層ボリュームデータ作成部と、前記断層ボリュームデータから3次元断層画像を構成する3次元断層画像構成部とを備えたことを特徴とする請求項1又は２記載の超音波診断装置。
  4. 前記3次元弾性画像構成部は、前記弾性ボリュームデータの各点に対応する不透明度と前記歪み又は前記弾性率に基づいて各点の画像情報を求め、3次元弾性画像を構成することを特徴とする請求項1又は２記載の超音波診断装置。
  5. 前記RF信号フレームデータ選択部は、新たなRF信号フレームデータと同じフレームナンバーのRF信号フレームデータを前記RF信号フレームデータ記憶部から読み出すことを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
  6. 前記弾性ボリュームデータと断層ボリュームデータを合成した合成ボリュームデータの各点に対応する不透明度、輝度値と弾性値から各点の画像情報を求める画像処理部を備えたことを特徴とする請求項３記載の超音波診断装置。
  7. 前記3次元弾性画像構成部は、前記歪み又は前記弾性率に応じて前記3次元弾性画像の不透明度を調整することを特徴とする請求項1又は２に記載の超音波診断装置。
  8. 前記RF信号フレームデータ記憶部は、一方向に前記振動子列がスキャンされる一連のRF信号フレームデータの内、所定範囲のRF信号フレームデータを前記フレームナンバーとともに記憶し、
    前記3次元弾性画像構成部は、所定範囲におけるRF信号フレームデータを用いて3次元弾性画像を構成することを特徴とする請求項1又は２に記載の超音波診断装置。
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