(57)【要約】【課題】超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性を向上させること。【解決手段】表示用ＲＯＩと弁観察用ＲＯＩとが投影方向とともに入力されると、ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、表示用ＲＯＩにおいて、ボリュームレンダリング処理により、第一の画像を生成し、レイトレーシング処理部１２３ｂは、弁観察用ＲＯＩにおいて、レートトレーシング処理により、第二の画像を生成する。そして、画像合成部１３は、第一の画像および第二の画像を合成して合成画像を生成し、画像合成部１３が生成した合成画像は、モニタ表示される。【選択図】        図２
2010188118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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生成した超音波画像を所定の表示部にて表示する際の関心領域である第一の関心領域と、前記第一の関心領域と重複し当該超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域とを投影方向とともに所定の入力部から受け付けた場合に、前記第一の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで第一の画像を生成し、前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を前記第二の関心領域における超音波画像から生成する画像処理部と、
前記画像処理部によって生成された前記第一の画像および前記第二の画像を前記所定の表示部にて重畳表示するように制御する表示制御部と、
を備える超音波診断装置。
【請求項２】
前記画像処理部は、前記第二の関心領域における超音波画像を前記投影方向とは反対側に位置する光源により当該投影方向に沿った投影面に対してレイトレーシング処理することで前記第二の画像を生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記画像処理部は、前記第二の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理する際に当該第二の関心領域における投影面に対し反対側にある面を描出するための色調を前記第一の画像を描出するために用いる色調とは異なるようにして第二の画像を生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記画像処理部は、時系列に沿って生成される複数の超音波画像のうち、特定時相にある超音波画像から前記第二の画像を生成する請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
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生成した超音波画像を所定の表示部にて表示する際の関心領域である第一の関心領域と、前記第一の関心領域と重複し当該超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域とを投影方向とともに所定の入力部から受け付けた場合に、前記第一の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで第一の画像を生成し、前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を前記第二の関心領域における超音波画像から生成する画像処理部と、
前記画像処理部によって生成された前記第一の画像および前記第二の画像を前記所定の表示部にて重畳表示するように制御する表示制御部と、
を備える超音波画像処理装置。
【請求項６】
超音波画像に基づく第一の関心領域における画像を投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することにより第一の画像を生成し、前記超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域における画像から前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を生成する画像処理部を備える超音波画像処理装置。
【請求項７】
前記画像処理部は、前記第二の関心領域における超音波画像を前記投影方向とは反対側に位置する光源により当該投影方向に沿った投影面に対してレイトレーシング処理することで前記第二の画像を生成する請求項６に記載の超音波画像処理装置。
【請求項８】
前記画像処理部は、前記第二の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理する際に当該第二の関心領域における投影面に対し反対側にある面を描出するための色調を前記第一の画像を描出するために用いる色調とは異なるようにして第二の画像を生成する請求項６に記載の超音波画像処理装置。
【請求項９】
前記画像処理部は、時系列に沿って生成される複数の超音波画像のうち、特定時相にある超音波画像から前記第二の画像を生成する請求項６に記載の超音波画像処理装置。
【請求項１０】
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生成した被検体の超音波画像を所定の表示部にて表示する際の関心領域である第一の関心領域と、前記第一の関心領域と重複し当該超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域とを投影方向とともに所定の入力部から受け付けた場合に、前記第一の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで第一の画像を生成し、前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を前記第二の関心領域における超音波画像から生成する画像生成ステップと、
前記画像生成ステップによって生成された前記第一の画像および前記第二の画像を前記所定の表示部にて重畳表示するように制御する表示制御ステップと、
を備える画像処理方法。
【請求項１１】
超音波画像に基づく第一の関心領域における画像を投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで生成された第一の画像と、前記超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域における画像から生成された前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像とを重畳表示する画像表示方法。
【請求項１２】
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生成した被検体の超音波画像を所定の表示部にて表示する際の関心領域である第一の関心領域と、前記第一の関心領域と重複し当該超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域とを投影方向とともに所定の入力部から受け付けた場合に、前記第一の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで生成された第一の画像および前記第二の関心領域における超音波画像から生成された前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を前記所定の表示部にて重畳表示するように制御する表示制御ステップを備える画像表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置、超音波画像処理装置、画像処理方法および画像表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボリュームデータからレンダリング処理により、３次元の情報を反映させた２次元画像を生成することが行なわれている。例えば、超音波を３次元的に走査させて３次元の超音波画像を生成する超音波診断装置（例えば、特許文献１を参照）においては、医師による画像診断が行なわれる際に、レンダリング処理により３次元の超音波画像から２次元の超音波画像が生成され、生成された２次元の超音波画像がモニタに表示される。
【０００３】
ここで、レンダリング処理の代表的な手法としては、レイトレーシング法とボリュームレンダリング法が挙げられる。
【０００４】
レイトレーシング法は、ボリュームデータの各ボクセルにおいて構造物の表面に該当する部分を特定して、構造物の表面として特定した部分の角度を算出する。そして、視点において設定された仮想的な光源から発せられた光が、各ボクセルにおいて特定された構造物の表面に反射しながら投影面に到達した反射光の輝度値を合計することで、３次元の情報を反映させた投影面の２次元画像を生成する。レイトレーシング法では、構造物の表面により生じる光の反射を擬似的にシミュレーションを実行するので、構造物の陰影を自然に表現することができる。
【０００５】
また、ボリュームレンダリング法は、視点からの光線が各ボクセルを通過する際の減衰および陰影の状況を考慮して、各ボクセル値に基づく不透明度とシェーディング値を算出した後、不透明度とシェーディング値の乗算演算を視点から投影方向に連続的に行って、３次元の情報を反映させた投影面の２次元画像を生成する。ボリュームレンダリング法では、対象物の立体構造が輝度もしくは色の変化によって視覚的に表現される。
【０００６】
ここで、光源からの光をトレースするために処理時間がかかるレイトレーシング法とボリュームレンダリング法とを比較すると、ボリュームレンダリング法は、処理手順が簡略化される。このため、一般的には、３次元の超音波画像を生成する超音波診断装置おいては、２次元超音波画像を表示する際のリアルタイム性を確保するために、レンダリング処理としてボリュームレンダリング法が用いられている。
【０００７】
例えば、超音波診断装置により、心臓弁を観察する場合、ボリュームレンダリング法では、心臓弁の輪郭が暗い色で表示されることで、心臓弁の構造を視覚的に認識することができる。また、ボリュームレンダリング法を行う場合、関心領域を限定したり、閾値処理を実行したりすることで不要な信号を除去して、心臓弁の構造を更に視覚的に認識することができる。
【０００８】
具体的には、心臓弁を観察したい場合、心臓弁と視点の間に遮蔽物となる構造物（例えば、心壁など）がある場合、ボリュームレンダリング法を行う関心領域を調整して遮蔽物を除去するようにすれば、医師は、遮蔽物に視界をさえぎられることなく心臓弁を観察することができる。また、ボリュームレンダリング法では、ノイズとなる低信号により心臓弁の視認性が低下する場合、閾値処理でノイズを除去することで、医師による心臓弁の視認性を向上することができる。
【０００９】
このように、ボリュームレンダリング法を行なう際に、関心領域や閾値処理を最適化することで、医師は、遮蔽物やノイズにより視界がさえぎられることなく心臓弁を観察することができる。例えば、心臓弁が開いた状態では、閉じた心臓弁によって遮蔽されていた心臓弁後方の構造物が見えるようになる。しかし、ボリュームレンダリング法によって生成された２次元の超音波画像においては、心臓弁と心臓弁の後方の構造物とは似たような色で表現されるため、被検体の心臓において心臓弁の閉鎖不全が生じているか否かを診断する場合、さらに関心領域を調整する必要がある。具体的には、関心領域の端部を心臓弁の前後にある心腔部分となるように調整すれば、心臓弁の前後に視界をさえぎる構造物は存在しないため、心臓弁が開いた状態では、背景色が見える状態になり、背景色が見えるか否かを判断することで、心臓弁の開閉を認識することができる。
【００１０】
このように、ボリュームレンダリング法を行なう関心領域を調整することで、医師は、３次元の超音波画像からボリュームレンダリング法により生成した２次元超音波画像を用いて心臓弁における開閉状況を確認することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−１３２６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、上記した従来の技術は、心臓弁における開閉状況を確認することが困難な場合があるといった課題があった。すなわち、関心領域の端部を心臓弁の前後にある心腔部分となるように調整したとしても、心臓弁の閉鎖不全が小さい場合、心臓弁の輪郭部分は、背景色と同様に暗い色で表示される。このため、リアルタイム性を確保するために用いられるボリュームレンダリング法においては、心臓弁の構造物の間にて視認された背景色が、心腔部分に由来するのか、心臓弁の輪郭部分に由来するのかを判別することが困難となってしまう。
【００１３】
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、超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性を向上させることが可能となる超音波診断装置、超音波画像処理装置、画像処理方法および画像表示方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
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、超音波診断装置が、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生成した超音波画像を所定の表示部にて表示する際の関心領域である第一の関心領域と、前記第一の関心領域と重複し当該超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域とを投影方向とともに所定の入力部から受け付けた場合に、前記第一の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで第一の画像を生成し、前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を前記第二の関心領域における超音波画像から生成する画像処理部と、前記画像処理部によって生成された前記第一の画像および前記第二の画像を前記所定の表示部にて重畳表示するように制御する表示制御部と、を備える。
【００１５】
また、請求項５記載の本発明は、超音波画像処理装置が、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生成した超音波画像を所定の表示部にて表示する際の関心領域である第一の関心領域と、前記第一の関心領域と重複し当該超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域とを投影方向とともに所定の入力部から受け付けた場合に、前記第一の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで第一の画像を生成し、前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を前記第二の関心領域における超音波画像から生成する画像処理部と、前記画像処理部によって生成された前記第一の画像および前記第二の画像を前記所定の表示部にて重畳表示するように制御する表示制御部と、を備える。
【００１６】
また、請求項６記載の本発明は、超音波画像処理装置が、超音波画像に基づく第一の関心領域における画像を投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することにより第一の画像を生成し、前記超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域における画像から前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を生成する画像処理部を備える。
【００１７】
また、請求項１０記載の本発明は、画像処理方法が、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生成した被検体の超音波画像を所定の表示部にて表示する際の関心領域である第一の関心領域と、前記第一の関心領域と重複し当該超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域とを投影方向とともに所定の入力部から受け付けた場合に、前記第一の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで第一の画像を生成し、前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を前記第二の関心領域における超音波画像から生成する画像生成ステップと、前記画像生成ステップによって生成された前記第一の画像および前記第二の画像を前記所定の表示部にて重畳表示するように制御する表示制御ステップと、を備える。
【００１８】
また、請求項１１記載の本発明は、画像表示方法が、超音波画像に基づく第一の関心領域における画像を投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで生成された第一の画像と、前記超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域における画像から生成された前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像とを重畳表示する。
【００１９】
また、請求項１２記載の本発明は、画像表示方法が、波プローブから送信した超音波の反射波に基づいて生成した被検体の超音波画像を所定の表示部にて表示する際の関心領域である第一の関心領域と、前記第一の関心領域と重複し当該超音波画像に含まれる所定の対象物を観察するための関心領域である第二の関心領域とを投影方向とともに所定の入力部から受け付けた場合に、前記第一の関心領域における超音波画像を前記投影方向に沿った投影面に対してボリュームレンダリング処理することで生成された第一の画像および前記第二の関心領域における超音波画像から生成された前記所定の対象物の動きを識別可能な第二の画像を前記所定の表示部にて重畳表示するように制御する表示制御ステップを備える。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１、５、６、１０、１１、１２記載の本発明によれば、超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、実施例１に係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】図２は、実施例１に係るレンダリング処理部の構成を説明するための図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施例１に係る表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩを説明するための図（１）である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施例１に係る表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩを説明するための図（２）である。
【図４Ａ】図４Ａは、実施例１に係る第二の画像および合成画像を説明するための図（１）である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施例１に係る第二の画像および合成画像を説明するための図（２）である。
【図５】図５は、実施例１に係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６】図６は、実施例２に係るレンダリング処理部の構成を説明するための図である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施例２に係る表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩを説明するための図（１）である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施例２に係る表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩを説明するための図（２）である。
【図８】図８は、実施例２に係る合成画像を説明するための図である。
【図９】図９は、実施例３に係る超音波診断装置の構成を説明するための図である。
【図１０】図１０は、実施例３に係る第二の画像が生成される時相を説明するための図である。
【図１１】図１１は、実施例３に係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。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、超音波画像処理装置、画像処理方法および画像表示方法の好適な実施例を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２３】
まず、実施例１に係る超音波診断装置の構成について説明する。図１は、実施例１に係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、実施例１に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１と、入力装置２と、モニタ３と、装置本体１０とから構成される。
【００２４】
超音波プローブ１は、複数の振動子セルが集積された複数の超音波振動子を内蔵する。各超音波振動子は、超音波を発生し、発生した超音波を被検体内に超音波ビームとして送信するとともに、被検体の内部組織からの反射波の信号を受信する。
【００２５】
なお、本実施例においては、超音波振動子がマトリックス（格子）状に配置された２次元超音波プローブを超音波プローブ１として用いることで、被検体内を３次元で走査する場合について説明する。ただし、本発明は、超音波振動子が一列に配置された１次元超音波プローブを超音波プローブ１とし、一列に配置された超音波振動子を揺動させることで、被検体内を３次元で走査する場合であっても適用可能である。
【００２６】
モニタ３は、装置本体１０において生成された超音波画像などを表示したり、超音波診断装置の操作者である医師や技師などからコマンドを受け付けるためのＧＵＩ（Graphical  User  Interface）を表示したりするためのモニタを有する表示装置である。
【００２７】
入力装置２は、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備え、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て、装置本体１０に対して、受け付けた各種設定要求を入力する装置である。
【００２８】
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、送受信部１１と、画像処理部１２と、画像合成部１３と、画像メモリ１４と、システム制御部１５とを有する。
【００２９】
送受信部１１は、超音波プローブ１と接続され、後述するシステム制御部１５による制御のもと、所定の遅延時間ごとに高電圧パルスを発生する。送受信部１１が発生した高電圧パルスは、超音波プローブ１に内蔵される超音波振動子に順次印加され、これにより、各超音波振動子において超音波が発生する。
【００３０】
また、送受信部１１は、超音波プローブ１が受信した反射波の信号に対してゲイン補正処理、Ａ／Ｄ変換処理および整相加算処理を行ない、反射波データを生成する。具体的には、送受信部１１は、被検体を３次元に走査した３次元の反射波データを生成する。
【００３１】
画像処理部１２は、後述するシステム制御部１５による制御のもと、送受信部１１が生成した３次元の反射波データから各種画像処理を実行して各種画像データを生成する処理部であり、画像生成部１２１と、断面画像処理部１２２と、レンダリング処理部１２３とを有する。
【００３２】
画像生成部１２１は、送受信部１１が生成した３次元反射波データから３次元超音波画像を生成する。
【００３３】
断面画像処理部１２２は、画像生成部１２１が生成した３次元超音波画像から所定の断面方向に対応するＭＰＲ（Multi Planer Reconstruction）画像を生成する。
【００３４】
レンダリング処理部１２３は、画像生成部１２１が生成した３次元超音波画像からレンダリング処理により、３次元の情報を反映させた所定の投影面における２次元の画像（以下、レンダリング画像と記す）を生成する。なお、レンダリング処理部１２３については、後に詳述する。
【００３５】
画像合成部１３は、後述するシステム制御部１５による制御のもと、画像処理部１２によって生成された各種画像データを合成した合成画像データを生成する。
【００３６】
画像メモリ１４は、画像処理部１２によって生成された画像データや、画像合成部１３によって生成された合成画像データを記憶する。
【００３７】
システム制御部１５は、上述した送受信部１１、画像処理部１２および画像合成部１３の処理を、入力装置２から入力された各種設定要求に基づき制御する。
【００３８】
なお、操作者から入力装置２を介して入力される各種設定要求としては、例えば、送受信部１１において発生される高電圧パルスの設定要求や、断面画像処理部１２２においてＭＰＲ画像が生成される際の断面方向の設定要求や、レンダリング処理部１２３においてレンダリング画像が生成される際の投影面を定めるための投影方向の設定要求や、画像合成部１３において合成画像データが生成される際の合成対象となる画像データの設定要求などが挙げられる。また、システム制御部１５は、画像メモリ１４が記憶する画像データおよび合成画像データを、操作者から入力装置２を介して入力される表示要求などに基づいて、モニタ３に表示させる。
【００３９】
ここで、実施例１に係る超音波診断装置は、被検体の心臓を３次元に走査した３次元反射波データから生成された画像データをモニタ３に表示する際に、以下に説明するレンダリング処理部１２３の処理を実行することにより、超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性を向上させることが可能となることに主たる特徴がある。以下、この主たる特徴について、図２〜図４を用いて説明する。なお、図２は、実施例１に係るレンダリング処理部の構成を説明するための図であり、図３Ａおよび図３Ｂは、実施例１に係る表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩを説明するための図であり、図４Ａおよび図４Ｂは、実施例１に係る第二の画像および合成画像を説明するための図である。
【００４０】
図２に示すように、実施例１に係るレンダリング処理部１２３は、ボリュームレンダリング処理部１２３ａと、レイトレーシング処理部１２３ｂとを有する。
【００４１】
ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、画像生成部１２１が生成した３次元超音波画像からボリュームレンダリング処理によりレンダリング画像を生成し、レイトレーシング処理部１２３ｂは、画像生成部１２１が生成した３次元超音波画像からレイトレーシング処理によりレンダリング画像を生成する。
【００４２】
ここで、操作者が入力装置２を介して断面方向の設定要求およびＭＰＲ画像表示要求を入力すると、システム制御部１５の制御により、断面画像処理部１２２は、設定された断面方向におけるＭＰＲ画像を生成し、モニタ３は、断面画像処理部１２２によって生成されたＭＰＲ画像を表示する。
【００４３】
そして、操作者は、モニタ３に表示されたＭＰＲ画像を参照し、被検体の心臓が描出された３次元超音波画像のレンダリング画像をモニタ３にて表示する際の関心領域（ＲＯＩ：Region of Interest）である表示用ＲＯＩ（図３の（Ａ）の点線枠参照）と、表示用ＲＯＩと重複し、被検体の心臓における心臓弁を観察するためのＲＯＩである弁観察用ＲＯＩ（図３の（Ａ）の実線枠参照）とを、投影面を規定するための投影方向とともに、入力装置２を介して入力する。
【００４４】
ここで、システム制御部１５は、ＭＰＲ画像を参照した操作者により設定された「２次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」を、３次元超音波画像における「３次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」として変換する。例えば、システム制御部１５は、図３の（Ａ）に示すように、２次元の表示用ＲＯＩが設定される際に入力された点線を通り投影方向に直行する平行２断面に挟まれる３次元超音波画像の領域を、３次元の表示用ＲＯＩとして変換する。
【００４５】
また、システム制御部１５は、図３Ｂに示すように、２次元の弁観察用ＲＯＩが設定される際に入力された四角が投影方向を回転軸として回転された円柱にある３次元超音波画像の領域を、３次元の弁観察用ＲＯＩとして変換する。ここで、３次元の弁観察用ＲＯＩにおいては、図３Ｂに示すように、投影方向とは反対側に位置する仮想的な面光源が設定される。なお、仮想的な面光源の説明については、後述する。
【００４６】
なお、弁観察用ＲＯＩは、心臓弁が仮想的な面光源と投影面との間に位置するように設定される。また、弁観察用ＲＯＩは、レイトレーシング処理の負荷を軽減するために、表示用ＲＯＩより狭い領域として設定されることが望ましい。
【００４７】
なお、ＭＰＲ画像にて入力設定された２次元のＲＯＩから変換される３次元のＲＯＩの領域は、球面、平面、または球面および平面により囲まれた領域など、操作者により任意に設定することができる。
【００４８】
図２に戻って、ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、システム制御部１５による制御のもと、３次元の表示用ＲＯＩにおける３次元超音波画像を投影方向にある投影面に対してボリュームレンダリング処理することで第一の画像を生成する。具体的には、ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、投影方向により設定される視点から投影面へと向かう光線が３次元超音波画像の各ボクセルを通過する際の減衰および陰影状況を描出するために、各ボクセル値に基づく不透明度とシェーディング値を算出する。そして、ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、算出した不透明度とシェーディング値の乗算演算を視点から投影面へと投影方向に沿って連続的に行なうことで、３次元の表示用ＲＯＩにおけるボリュームレンダリング画像を第一の画像として生成する。
【００４９】
レイトレーシング処理部１２３ｂは、システム制御部１５による制御のもと、心臓弁の動き（開閉状況）を識別可能な第二の画像を３次元の弁観察用ＲＯＩにおける３次元超音波画像から生成する。すなわち、レイトレーシング処理部１２３ｂは、システム制御部１５による制御のもと、３次元の弁観察用ＲＯＩにおける３次元超音波画像を仮想的な面光源により投影面に対してレイトレーシング処理することで第二の画像を生成する。具体的には、レイトレーシング処理部１２３ｂは、３次元超音波画像の各ボクセルにおいて構造物（心壁、弁など）の表面に該当する部分を特定して、構造物の表面として特定した部分の角度を算出する。そして、レイトレーシング処理部１２３ｂは、仮想的な面光源から発せられた光が、各ボクセルにおいて特定された構造物の表面に反射しながら投影面に到達した反射光の輝度値を合計することで、３次元の弁観察用ＲＯＩにおけるレイトレーシング画像を第一の画像として生成する。
【００５０】
すなわち、レイトレーシング処理においては、図４の（Ａ）に示すように、面光源からの光が心臓弁の表面によって反射されるので、例えば、弁閉鎖不全によりわずかに心臓弁が開いている状態であっても、心臓弁が開いていることが、視点において光の漏れとして検出される。
【００５１】
画像合成部１３は、ボリュームレンダリング処理部１２３ａによって生成された第一の画像と、レイトレーシング処理部１２３ｂによって生成された第二の画像とを合成した合成画像を生成する。これにより、合成画像においては、例えば、図４の（Ｂ）に示すように、第一の画像のみでは心臓弁の開閉状況が明確でない場合でも、第二の画像に由来する心臓弁の隙間から漏れた反射光により、弁閉鎖不全によりわずかに開いている心臓弁の状態が描出される。
【００５２】
システム制御部１５は、画像合成部１３が生成した合成画像を画像メモリ１４に格納するように制御するとともに、モニタ３にて表示するように制御する。
【００５３】
次に、図５を用いて、実施例１に係る超音波診断装置の処理について説明する。図５は、実施例１に係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。なお、図５では、被検体に対する超音波の３次元走査によって時系列に沿って生成される３次元超音波画像（ボリュームデータ）に対して、上述した「第一の画像、第二の画像および合成画像」の生成処理がリアルタイムに実行される場合を説明する。
【００５４】
図５に示すように、実施例１に係る超音波診断装置は、スキャンが開始され、３次元超音波画像のＭＰＲ画像にて、表示用ＲＯＩと弁観察用ＲＯＩとが投影方向とともに入力装置２を介して操作者により設定されると（ステップＳ５０１のＹｅｓ）、システム制御部１５は、「２次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」を「３次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」に変換したうえで、新たなボリュームデータが生成されたか否かを判定する（ステップＳ５０２）。
【００５５】
ここで、新たなボリュームデータが生成されない場合（ステップＳ５０２のＮｏ）、システム制御部１５は、新たなボリュームデータが生成されるまで待機する。一方、新たなボリュームデータが生成された場合（ステップＳ５０２のＹｅｓ）、システム制御部１５は、レンダリング処理部１２３および画像合成部１３の処理を開始させる。
【００５６】
すなわち、ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、システム制御部１５による制御のもと、（３次元の）表示用ＲＯＩにおいて、ボリュームレンダリング処理により、第一の画像を生成する（ステップＳ５０３）。
【００５７】
そして、レイトレーシング処理部１２３ｂは、システム制御部１５による制御のもと、（３次元の）弁観察用ＲＯＩにおいて、レイトレーシング処理により、第二の画像を生成する（ステップＳ５０４）。
【００５８】
そののち、画像合成部１３は、第一の画像および第二の画像を合成して合成画像を生成し（ステップＳ５０５）、システム制御部１５は、画像合成部１３が生成した合成画像を、モニタ３にて表示するように制御する（ステップＳ５０６）。
【００５９】
そして、システム制御部１５は、スキャン終了要求を操作者から入力装置２を介して受け付けたか否かを判定し（ステップＳ５０７）、スキャン終了要求を受け付けなかった場合（ステップＳ５０７のＮｏ）、ステップＳ５０２に戻って、新たなボリュームデータが生成されるまで待機する。
【００６０】
一方、システム制御部１５は、スキャン終了要求を受け付けた場合（ステップＳ５０７のＹｅｓ）、処理を終了する。
【００６１】
上述してきたように、実施例１では、表示用ＲＯＩと弁観察用ＲＯＩとが投影方向とともに入力されると、ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、システム制御部１５による制御のもと、表示用ＲＯＩにおいて、ボリュームレンダリング処理により、第一の画像を生成し、レイトレーシング処理部１２３ｂは、システム制御部１５による制御のもと、弁観察用ＲＯＩにおいて、レイトレーシング処理により、第二の画像を生成する。そして、画像合成部１３は、第一の画像および第二の画像を合成して合成画像を生成し、システム制御部１５は、画像合成部１３が生成した合成画像を、モニタ３にて表示するように制御する。
【００６２】
したがって、合成画像において、第一の画像により心臓弁の構造が描出され、視点方向から見て心臓弁の後方に面光源が設定されるレイトレーシング画像である第二の画像により心臓弁が閉じていないことが、反射光が漏れて見える様子として明瞭に描出されるため、上記した主たる特徴の通り、超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性を向上させることが可能となる。また、弁観察用ＲＯＩに限定してレイトレーシング処理を行うため、レイトレーシング処理によるリアルタイム性の低下を抑制して、画像診断用の合成画像を速やかに生成および表示することができる。
【００６３】
なお、本実施例に係るボリュームレンダリング処理およびレイトレーシング処理を併用して合成画像を生成および表示する対象物としては、心臓弁の他にも、様々な対象物に対して適用可能である。また、本実施例は、表示用ＲＯＩが弁観察用ＲＯＩと同一である場合であっても適用可能である。更に、本実施例では、レイトレーシング処理の光源が面光源以外の光源（例えば、点光源、線光源、多面体光源など）であっても適用可能である。
【実施例２】
【００６４】
実施例２では、心臓弁の動き（開閉状況）を識別可能な第二の画像を実施例１とは異なる方法により３次元の弁観察用ＲＯＩにおける３次元超音波画像から生成する場合について、図６〜８を用いて説明する。ここで、図６は、実施例２に係るレンダリング処理部の構成を説明するための図であり、図７Ａおよび図７Ｂは、実施例２に係る表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩを説明するための図であり、図８は、実施例２に係る合成画像を説明するための図である。
【００６５】
図６に示すように、実施例２に係るレンダリング処理部１２３は、実施例１とは異なり、レイトレーシング処理部１２３ｂの代わりに第二のボリュームレンダリング処理部１２３ｃを有する。すなわち、実施例２においては、第二のボリュームレンダリング処理部１２３ｃの処理により、心臓弁の動き（開閉状況）を識別可能な第二の画像が３次元の弁観察用ＲＯＩにおける３次元超音波画像から生成される。
【００６６】
まず、図７の（Ａ）に示すように、実施例２においては、実施例１と同様に、３次元超音波画像から生成されたＭＰＲ画像をモニタ３に表示し、ＭＰＲ画像を参照した操作者により、「２次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」が投影方向とともに設定される。そして、システム制御部１５は、「２次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」を「３次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」に変換する。
【００６７】
なお、弁観察用ＲＯＩは、心臓弁が投影面と投影面の反対側の面と間に位置するように設定される。また、弁観察用ＲＯＩは、心臓弁が閉鎖時に重なり合う領域を投影面の視点から見た場合、遮蔽物（例えば、心壁など）がなるべく含まれないように設定されることが望ましい。また、本実施例は、表示用ＲＯＩが弁観察用ＲＯＩと同一である場合であっても適用可能である。
【００６８】
ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、実施例１と同様に、３次元の表示用ＲＯＩにおける３次元超音波画像をボリュームレンダリング処理することで、第一の画像を生成する。
【００６９】
第二のボリュームレンダリング処理部１２３ｃは、３次元の弁観察用ＲＯＩにおける３次元超音波画像をボリュームレンダリング処理することで、第二の画像を生成する。ここで、第二のボリュームレンダリング処理部１２３ｃは、図７の（Ｂ）に示すように、投影面とは反対側の面を描出する色調を第一の画像を描出する際の色調（例えば、グレースケール）とは異なる色調（例えば、赤）としたうえで、第二の画像を生成する。これにより、第二の画像においては、心臓弁が閉じていない部分を赤の背景色として描出することができる。なお、背景色は、操作者によって任意に設定することができる。
【００７０】
画像合成部１３は、ボリュームレンダリング処理部１２３ａが生成した第一の画像と、第二のボリュームレンダリング処理部１２３ｃが生成した第二の画像とを合成して、合成画像を生成する。これにより、合成画像においては、例えば、図８に示すように、第一の画像のみでは心臓弁の開閉状況が明確でない場合でも、第二の画像に由来する赤の背景色によって、弁閉鎖不全が原因で僅かに開いている心臓弁の状態が鮮明に描出される。
【００７１】
システム制御部１５は、画像合成部１３が生成した合成画像を画像メモリ１４に格納するように制御するとともに、モニタ３にて表示するように制御する。
【００７２】
なお、実施例２に係る超音波診断装置の処理の手順は、図５を用いて説明した実施例１に係る超音波診断装置の処理の手順において、ステップＳ５０４における第二の画像の生成処理が、３次元の弁観察用ＲＯＩにおける投影面とは反対側の面の色調を変化させたえうでのボリュームレンダリング処理である以外は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００７３】
上述したように、実施例２では、弁観察用ＲＯＩにある３次元超音波画像に対してボリュームレンダリング処理を実行する際に、弁観察用ＲＯＩの投影面とは反対側の面を描出する色調を異ならせるため、第二の画像では、心臓弁が閉じていない部分が背景色として明確に描出されるため、超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性を向上させることが可能となる。また、レイトレーシング処理を行なわないため、実施例２は実施例１と比較して、リアルタイム性が低下することを回避して、画像診断用の合成画像をより速やかに生成および表示することができる。
【実施例３】
【００７４】
実施例３では、第二の画像を特定時相においてのみ生成する場合について、図９および図１０を用いて説明する。ここで、図９は、実施例３に係る超音波診断装置の構成を説明するための図であり、図１０は、実施例３に係る第二の画像が生成される時相を説明するための図である。
【００７５】
図９に示すように、実施例３に係る超音波診断装置は、実施例１と同様の構成となるが、被検体に装着され、被検体の心電波形を測定する心電計４を備える点が実施例１と異なる。以下、これを中心に説明する。
【００７６】
ここで、僧房弁が閉鎖する時相は、心臓の収縮期に相当する。したがって、僧房弁における閉鎖不全を診断する場合、医師にとっては、心臓のすべての時相を時系列に沿って観察するとともに、収縮期の状態のみを観察することが重要となる。
【００７７】
そこで、実施例３のシステム制御部１５は、心電計４が測定した心電波形を解析し、図１０に示すように、収縮期に相当する期間のみ、弁観察用ＲＯＩにおいて３次元超音波画像からレイトレーシング処理により第二の画像を生成するように、レイトレーシング処理部１２３ｂを制御する。
【００７８】
次に、図１１を用いて、実施例３に係る超音波診断装置の処理について説明する。図１１は、実施例３に係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。
【００７９】
図１１に示すように、実施例３に係る超音波診断装置は、スキャンが開始され、３次元超音波画像のＭＰＲ画像にて、表示用ＲＯＩと弁観察用ＲＯＩとが投影方向とともに入力装置２を介して操作者により設定されると（ステップＳ１１０１のＹｅｓ）、システム制御部１５は、「２次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」を「３次元の表示用ＲＯＩおよび弁観察用ＲＯＩ」に変換したうえで、新たなボリュームデータが生成されたか否かを判定する（ステップＳ１１０２）。
【００８０】
ここで、新たなボリュームデータが生成されない場合（ステップＳ１１０２のＮｏ）、システム制御部１５は、新たなボリュームデータが生成されるまで待機する。一方、新たなボリュームデータが生成された場合（ステップＳ１１０２のＹｅｓ）、システム制御部１５は、レンダリング処理部１２３および画像合成部１３の処理を開始させる。
【００８１】
すなわち、ボリュームレンダリング処理部１２３ａは、システム制御部１５による制御のもと、（３次元の）表示用ＲＯＩにおいて、ボリュームレンダリング処理により、第一の画像を生成する（ステップＳ１１０３）。
【００８２】
ここで、システム制御部１５は、心電計４が測定した現時点の心電波形が収縮期の位相であるか否かを判定する（ステップＳ１１０４）。
【００８３】
現時点の心電波形が収縮期の位相でない場合（ステップＳ１１０５のＮｏ）、システム制御部１５は、第一の画像のみを表示するように制御する（ステップＳ１１０８）。
【００８４】
一方、現時点の心電波形が収縮期の位相である場合（ステップＳ１１０５のＹｅｓ）、レイトレーシング処理部１２３ｂは、システム制御部１５による制御のもと、（３次元の）弁観察用ＲＯＩにおいて、レイトレーシング処理により、第二の画像を生成する（ステップＳ１１０５）。
【００８５】
その後、画像合成部１３は、第一の画像および第二の画像を合成して合成画像を生成し（ステップＳ１１０６）、システム制御部１５は、画像合成部１３が生成した合成画像を、モニタ３にて表示するように制御する（ステップＳ１１０７）。
【００８６】
そして、ステップＳ１１０７またはステップＳ１１０８の処理が実行されたのち、システム制御部１５は、スキャン終了要求を操作者から入力装置２を介して受け付けたか否かを判定し（ステップＳ１１０９）、スキャン終了要求を受け付けなかった場合（ステップＳ１１０９のＮｏ）、ステップＳ１１０２に戻って、新たなボリュームデータが生成されるまで待機する。
【００８７】
一方、システム制御部１５は、スキャン終了要求を受け付けた場合（ステップＳ１１０９のＹｅｓ）、処理を終了する。
【００８８】
なお、本実施例では、第一の画像のみを表示する場合と、合成画像を表示する場合とが混在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、合成画像のみを表示する場合であってもよい。すなわち、ステップＳ１１０２の判定が肯定である場合、ただちに位相の判定処理を行なって、位相が収縮期である場合にのみ、第一の画像、第二の画像、合成画像を生成して、合成画像のみを表示させる場合であってもよい。
【００８９】
また、本実施例では、レイトレーシング処理によって第二の画像を生成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、実施例２で説明したように、背景色の色調を変化させたうえでボリュームレンダリング処理により第二の画像を生成する場合であってもよい。
【００９０】
また、本実施例では、特定位相においてのみ第二の画像を生成して、合成画像を表示する場合について説明したが、特定位相であるか否かに関わらず第二の画像を生成して、特定位相においてのみ合成画像を表示する場合であってもよい。
【００９１】
また、本実施例では、僧房弁の開閉状況を診断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、大動脈弁の開閉状況を診断する場合であってもよい。この場合、第二の画像は、心臓の拡張期において生成される。
【００９２】
上述してきたように、実施例３では、心臓弁が開く時相では通常のボリュームレンダリング画像（第一の画像）のみが表示され、心臓弁が閉じる時相では合成画像が表示され、その結果、レイトレーシング画像（第二の画像）により、閉鎖不全を起こして心臓弁が閉じていない場合のみ、反射光の漏れが描出されるので、超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性をさらに向上させることが可能となる。また、レイトレーシング処理が特定位相のみに限定されるため、実施例１と比較して、リアルタイム性の低下をより抑制して、画像診断用の合成画像をより速やかに生成および表示することができる。
【００９３】
また、特定位相の第二の画像を実施例２で説明した方法により生成する場合でも、心臓弁が開く時相では通常のボリュームレンダリング画像（第一の画像）のみが表示されるので、心臓弁が正常に開いているならば背景色は変化せず、また、心臓弁が閉じる時相では合成画像が表示され、その結果、第二の画像により、閉鎖不全を起こして心臓弁が閉じていない場合のみ、異なる背景色が見えるので、超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性をさらに向上させることが可能となる。
【００９４】
なお、上述した実施例１〜３では、超音波診断装置において、第一の画像、第二の画像および合成画像を生成して、生成した合成画像を表示する場合について説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、超音波診断装置が生成した３次元超音波画像を用いて、本発明に係る画像表示プログラムを実行する画像処理装置が第一の画像、第二の画像および合成画像を生成し、合成画像を表示する場合であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上のように、本発明に係る超音波診断装置、超音波画像処理装置、画像処理方法および画像表示方法は、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生成した超音波画像を所定の表示部に表示する場合に有用であり、特に、超音波画像における心臓弁の開閉状況の視認性を向上させることに適する。
【符号の説明】
【００９６】
１  超音波プローブ
２  入力装置
３  モニタ
４  心電計
１０  装置本体
１１  送受信部
１２  画像処理部
１２１  画像生成部
１２２  断面画像処理部
１２３  レンダリング処理部
１２３ａ  ボリュームレンダリング処理部
１２３ｂ  レイトレーシング処理部
１２３ｃ  第二のボリュームレンダリング処理部
１３  画像合成部
１４  画像メモリ
１５  システム制御部
【図１】
2010188118.tif 000003
【図２】
2010188118.tif 000004
【図３Ａ】
2010188118.tif 000005
【図３Ｂ】
2010188118.tif 000006
【図４Ａ】
2010188118.tif 000007
【図４Ｂ】
2010188118.tif 000008
【図５】
2010188118.tif 000009
【図６】
2010188118.tif 000010
【図７Ａ】
2010188118.tif 000011
【図７Ｂ】
2010188118.tif 000012
【図８】
2010188118.tif 000013
【図９】
2010188118.tif 000014
【図１０】
2010188118.tif 000015
【図１１】
2010188118.tif 000016