(57)【要約】【課題】追跡精度の劣化を抑制しつつ、ボリュームデータを圧縮符号化してスペックルトラッキングを行える超音波診断装置の提供【解決手段】受信信号を受信する送受信手段（２）と、受信信号に基づいて、位置情報と強度とをセットにしたボリュームデータを時々刻々と生成するボリュームデータ取得部（３）と、生成したボリュームデータからスペックルを追跡する追跡手段（４）と、を含む超音波診断装置（１）である。追跡手段（４）は、生成したボリュームデータからスペックル及びスペックルを含む所定の範囲であるスペックル範囲を抽出するスペックル抽出部（４１）と、抽出したスペックル範囲の強度データを符号化する符号化部（４２、４４）と、を備え、符号化部（４２、４４）は、スペックルの位置から離れるに従って値が下がっていく閾値を用いて、スペックル範囲の強度データを符号化することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定部に超音波を送信するとともに、前記被測定部からの受信信号を受信する送受信手段と、
前記受信信号に基づいて、位置情報と強度とをセットにしたボリュームデータを時々刻々と生成するボリュームデータ取得部と、
生成したボリュームデータからスペックルを追跡する追跡手段と、を含む超音波診断装置であって、
前記追跡手段は、
生成したボリュームデータからスペックル及び前記スペックルを含む所定の範囲であるスペックル範囲を抽出するスペックル抽出部と、
抽出したスペックル範囲の強度データを符号化する符号化部と、を備え、
前記符号化部は、スペックルの位置から離れるに従って値が下がっていく閾値を用いて、前記スペックル範囲の強度データを符号化することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記ボリュームデータ取得部がボリュームデータを生成する任意の時点を第１時点とし、前記第１時点から所定時間経過した時点を第２時点とすると、
前記スペックル抽出部は、前記第１時点におけるスペックル及びスペックル範囲を抽出し、
前記符号化部は、前記第１時点及び前記第２時点におけるスペックル範囲の強度データを符号化して、第１符号データ及び第２符号データをそれぞれ取得し、
前記追跡手段は、位置合わせ部を備え、
前記位置合わせ部は、前記第１符号データ及び前記第２符号データに基づいて、位置合わせすることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記スペックル範囲は、ｘｙ平面及びｙｚ平面に限定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。
【請求項４】
前記スペックル範囲は、ｘｙｚ空間に限定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。
【請求項５】
所定の位置情報のボリュームデータの強度データを符号化することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検体の被測定部に向けて超音波を入射し、その被測定部から反射した受信信号を受信し、この受信信号を元にボリュームデータを生成し、さらにこれを元に被測定部を示す画像を表示する超音波診断装置が使用されている。
【０００３】
この被測定部を示す画像の一つの例として、非特許文献１に開示されるように、心臓の壁体を白い斑点状に示す画像がある。特許文献１では、この画像についてのボリュームデータをパターンマッチング処理して、このような斑点（スペックル）の動きを追跡する、スペックルトラッキングを行える超音波診断装置が開示されている。かかる超音波処理装置では、スペックルトラッキングにより、被測定部である心筋領域の、心臓の壁体運動を求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１７７４９４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"心エコーの最新動向  Ａｒｔｉｄａ（商標）の先進の壁運動解析技術"、［online］,2008年5月、川岸  哲也、［平成24年11月22日検索］、インターネット（http://www.innervision.co.jp/suite/toshiba/supplement/0805/01cardiac_2/index.html）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ボリュームデータは、位置情報と信号の強度の情報を少なくとも含み、多くのデータ量を有する。また、パターンマッチング処理は、多くの演算量を必要とする処理である。従って、ボリュームデータをパターンマッチング処理してスペックルトラッキングを行うためには、大規模な回路を使用する必要がある。一方、ボリュームデータを閾値により符号化しデータ圧縮した上でスペックルトラッキングを行うことが考えられるものの、追跡精度が大きく劣化してしまうことがあった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、追跡精度の劣化を抑制しつつ、ボリュームデータを圧縮符号化してスペックルトラッキングを行える超音波診断装置を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の超音波診断装置は、
被測定部に超音波を送信するとともに、前記被測定部からの受信信号を受信する送受信手段と、
前記受信信号に基づいて、位置情報と強度とをセットにしたボリュームデータを時々刻々と生成するボリュームデータ取得部と、
生成したボリュームデータからスペックルを追跡する追跡手段と、を含む超音波診断装置であって、
前記追跡手段は、
生成したボリュームデータからスペックル及び前記スペックルを含む所定の範囲であるスペックル範囲を抽出するスペックル抽出部と、
抽出したスペックル範囲の強度データを符号化する符号化部と、を備え、
前記符号化部は、スペックルの位置から離れるに従って値が下がっていく閾値を用いて、前記スペックル範囲の強度データを符号化することを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、閾値を用いることで、ボリュームデータを圧縮できる。また、閾値は、スペックルの位置から離れるに従って値が下がっていくので、スペックルの特徴を精度良く残したままボリュームデータを圧縮できる。すなわち、追跡精度の劣化を抑制しつつ、ボリュームデータを圧縮してスペックルトラッキングを行うことができる。
【００１０】
前記ボリュームデータ取得部がボリュームデータを生成する任意の時点を第１時点とし、前記第１時点から所定時間経過した時点を第２時点とすると、
前記スペックル抽出部は、前記第１時点におけるスペックル及びスペックル範囲を抽出し、
前記符号化部は、前記第１時点及び前記第２時点におけるスペックル範囲の強度データを符号化して、第１符号データ及び第２符号データをそれぞれ取得し、
前記追跡手段は、位置合わせ部を備え、
前記位置合わせ部は、前記第１符号データ及び前記第２符号データに基づいて、位置合わせすることを特徴としてもよい。
【００１１】
さらに、前記スペックル範囲は、ｘｙ平面及びｙｚ平面に限定することを特徴としてもよい。また、前記スペックル範囲は、ｘｙｚ空間に限定することを特徴としてもよい。さらに、所定の位置情報のボリュームデータの強度データを符号化してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、追跡精度の劣化を抑制しつつ、ボリュームデータを圧縮符号化してスペックルトラッキングを行える超音波診断装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態にかかる超音波診断装置の構成図である。
【図２】スペックルの抽出方法及びスペックル範囲の圧縮符号化についての説明するための説明図である。
【図３】第１時点におけるスペックル範囲スペックル範囲の一例についての模式図である。
【図４】閾値の一例を示す図である。
【図５】第２時点におけるスペックル範囲の圧縮符号化についての説明するための説明図である。
【図６】第２時点におけるスペックル範囲の一例についての模式図である。
【図７】３次元一括追従方式を説明するための説明図である。
【図８】スペックル範囲の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、図１乃至６を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、図１を用いて第１実施形態にかかる発明の構成を示す。図１は、情報端末７に接続される超音波診断装置１の構成を概略的に示す。
【００１５】
超音波診断装置１は、被検体の被測定部に超音波を送受信して得られた受信信号を元にスペックルトラッキングを行える超音波診断装置である。図１に示すように、超音波診断装置１は、送受信手段２と、ボリュームデータ取得部３と、追跡手段４と、制御部５と、記憶部６とを含む。
【００１６】
送受信手段２は、送信ユニット２１と、探触子２２と、受信ユニット２３とを含む。送受信手段２は、被測定部に超音波を送信し、被測定部から反射した信号を受信する送受信手段として機能する。詳細には、送信ユニット２１は、後述する制御部５から制御信号を受け、探触子２２に超音波を発生させるための電気信号を適宜供給する。探触子２２は、被測定部に向けて送信し、被測定部から反射した信号を受信する。受信ユニット２３は、後述する制御部５から制御信号を受けて、探触子２２の受信した信号に増幅処理や加算処理を適宜施し、受信信号を出力する。
【００１７】
ボリュームデータ取得部３は、受信ユニット２３からの受信信号からボリュームデータ生成する。ここで、得られるボリュームデータは、少なくとも位置情報と受信信号の強度についてのデータを含む。
【００１８】
追跡手段４は、生成したボリュームデータからスペックルを追跡する手段として機能する。追跡手段４は、スペックル抽出部４１と、第１圧縮符号化部４２と、バッファ４３と、第２圧縮符号化部４４と、位置合わせ部４５とを含む。
【００１９】
スペックル抽出部４１は、生成したボリュームデータからスペックル及びスペックルを含む所定の範囲であるスペックル範囲を抽出する。
【００２０】
第１圧縮符号化部４２及び第２圧縮符号化部４４は、抽出したスペックル範囲の強度データを、スペックルの位置から離れるに従って値が下がっていく閾値を用いて、符号化する。ここで、ボリュームデータ取得部によりボリュームデータを生成する任意の時点を第１時点とし、第１時点から所定時間経過した時点を第２時点とすると、第１圧縮符号化部４２は、第１時点におけるスペックル範囲の強度データを符号化して、第１符号データを取得する。また、第２圧縮符号化部４４は、第２時点におけるスペックル範囲の強度データを符号化して、第２符号データを取得する。
【００２１】
バッファ４３は、第１符号データを一時的に記憶し、適切なタイミングで位置合わせ部４５に出力する。位置合わせ部４５は、第１符号データ及び第２符号データに基づいて、位置合わせする。
【００２２】
制御部５は、図示しない演算処理部、一時記憶部などを含む。また、制御部５は、記憶部６に記憶される制御プログラム（後述）に従って、送信ユニット２１及び受信ユニット２３などを制御する制御信号を必要に応じて出力する。
【００２３】
記憶部６は、超音波診断装置１の送信ユニット２１や受信ユニット２３などを制御するための制御プログラムやスペックルの追跡結果についてのデータを記憶する。
【００２４】
情報端末７は、インターフェイスを介して、制御部５に接続される。情報端末７は、図示しないキーボードやマウスなどの入力装置や、液晶ディスプレイやプリンタなどの出力装置を含むパーソナルコンピュータである。情報端末７は、スペックルの追跡結果についてのデータに関する信号を受けて、出力装置により出力する。これにより、超音波診断装置１の操作者は、スペックルの追跡結果を確認することができる。
【００２５】
（動作方法）
続いて、図１を参照しつつ、図２乃至図６を用いて超音波診断装置１の動作を説明する。以下、例として、２次元合成追従方式を用いてスペックルトラッキングを行う場合を説明する。２次元合成追従方式は、例えば、ｘｚ平面及びｙｚ平面の２平面においてスペックルの位置変化を求めて、これらの２平面における位置変化から、ｘｙｚ空間における位置変化を求める方式である。以下では、まず、ｘｚ平面においてスペックルの位置変化を求める動作について説明する。
【００２６】
図２は、スペックルの抽出方法及び第１時点における圧縮符号化の方法を模式的に示す。図３は、ｘｚ平面上のスペックル範囲の一例を示す。図４は、閾値の一例を示す。図５は、第２時点における圧縮符号化の方法を模式的に示す。図６は、ｘｚ平面上の移動候補範囲を示す。
【００２７】
制御部５からの制御信号を受けて、送受信手段２は、被検体の被測定部から反射した受信信号を受信する。
【００２８】
次いで、ボリュームデータ取得部３は、受信した受信号を元にボリュームデータを時々刻々と生成する。ここでのボリュームデータは、スペックルのｘｙｚ空間における位置を示す３次元直交座標データと、信号の強度データに対応する輝度データとを含む。ここでの輝度データは、例えば、輝度データとしてよく使用される２５６段階のデータ、すなわち、８ビットのデータで構成されている。
【００２９】
次いで、スペックル抽出部４１は、スペックルを抽出する。例えば、図２に示すように、任意の輝度値より高く、さらにその近傍において極大値を示す箇所を選択し、これをスペックルとして抽出する。ここで、抽出したスペックルを抽出スペックルとする。
【００３０】
次いで、第１圧縮符号化部４２は、抽出スペックルの位置データに基づき、第１時点におけるスペックル範囲の強度データについて、閾値を用いて圧縮符号化し、ｘｚ平面の第１符号データを得ることができる。例えば、図３に示すように、スペックル範囲Ｓｚは、ｘｚ平面上の抽出スペックルＳａの位置を中心とする５行５列の計２５点のうち抽出スペックルＳａを除く画素、つまり、Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ２４を含む範囲とする。強度データに対応する輝度値Ｓ（i）は、抽出スペックルからの距離iにおける輝度値である。また、閾値Ａ（i）は、抽出スペックルからの距離iを変数とする関数である。ここで、iは、少なくともｚ座標値を変数とする関数である。閾値Ａ（i）は、スペックルの位置から離れるに従って値が下がっていく値である。閾値Ａ（i）は、例えば、距離iが０となる位置、すなわち抽出スペックルの位置において最大値を示し、距離iを増加させるにつれて減少する関数を用いることができ、閾値Ａ（i）は、図４に示すように、ｘｚ平面において、閾値は抽出スペックルの位置から遠ざかるに従って下がっていく。なお、閾値Ａ（i）を示す関数として、例えば、ガウシアン関数、三角形関数、階段状関数を用いてもよい。圧縮符号化は、以下の数式１を用いて行う。
【数１】
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この数式１により、輝度値Ｓ（i）が閾値Ａ（i）を上回ると「０」と符号化し、輝度値Ｓ（i）が閾値と同じ、又は、閾値Ａ（i）を下回ると「１」と符号化して圧縮符号化して、圧縮符号値ａ１、ａ２、…、ａ２４を得る。例えば、図２に示すように、スペックル範囲に含まれるＳ１１〜Ｓ１４について圧縮符号化して、１、１、１、０と圧縮符号値ａ１１〜ａ１４を得る。
【００３１】
ここで、圧縮符号値ａ１１〜ａ１４は、「０」及び「１」で構成される２段階のデータである。つまり、２５６段階のデータである輝度データは、符号化により、２段階である符号データに変換される。すなわち、ボリュームデータを圧縮して、ボリュームデータの８分の１のデータ容量を有するｘｚ平面の第１符号データを得ることができる。得られたｘｚ平面の第１符号データはバッファ４３に送る。
【００３２】
バッファ４３は、ｘｚ平面の第１符号データを一時的に記憶し、タイミングに応じて、位置合わせ部４５に送る。
【００３３】
第２圧縮符号化部４４は、第１時点から第２時点までに抽出スペックルの移動可能な範囲（第２時点におけるスペックル範囲）の強度データについて、閾値を用いて圧縮符号化する。予め、抽出スペックルが第１時点から第２時点までに移動可能範囲は、例えば、ある基準値を超える輝度値を有する範囲としてもよい。ここでは、図６に示すように、ここでの移動可能範囲Ｃｚは、ｘｚ平面上のスペックルの位置を中心とする３行３列の計９点を含み、詳細には、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１２、Ｓａ、Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８とする。第２圧縮符号化部４４は、第１圧縮符号化部４２と異なり、抽出スペックルの代わりに、この計９点の位置データそれぞれに基づき、第２時点におけるスペックル範囲（移動候補範囲）の強度データについて、閾値を用いて圧縮符号化する。また、閾値Ａ（ｊ）は、抽出スペックルの代わりに、移動候補位置からの距離ｊを変数とする関数である。圧縮符号化は、以下の数式２を用いて行う。
【数２】
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について、圧縮符号化を行う。つまり、この例では、移動可能範囲Ｃｚ、つまり、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１２、Ｓａ、Ｓ１３、Ｓ１６、Ｓ１７、Ｓ１８のそれぞれ移動候補位置について圧縮符号化を行う。これにより、第２符号データを得る。これにより、それぞれの移動候補位置の計９点について、それぞれｂ１、ｂ２、…、ｂ２４を有する第２符号データを得ることができる。例えば、図５に示すように、移動候補位置をＳａとした場合、第２時点におけるスペックル範囲に含まれるＳ１１〜Ｓ１４について圧縮符号化して、１、１、１、０と圧縮符号値ｂ１１〜ｂ１４を得る。
【００３４】
位置合わせ部４５は、例えば、第１符号データ及び第２符号データを相関処理して行うことができ、位置合わせをする。まず、以下の数式３を用いて、第１符号データと、各移動候補位置の第２符号データとの各点における排他的論理和の和Ｋを求める。
【数３】
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この排他的論理和の和Ｋが最少となる第２符号データの移動候補位置を、第２時点におけるスペックルの移動位置と判定する。これにより、ｘｚ平面上の第２時点におけるスペックルの移動位置を求めることができる。同様に、上記した手順を行うことによって、ｙｚ平面上の第２時点におけるスペックルの移動位置を求めることができる。また、ｙｚ平面上及びｘｚ平面上の第２時点におけるスペックルの移動位置から、第１時点から第２時点におけるスペックルの移動位置の変化を求めることができる。このスペックル移動位置変化を繰り返し求めることで、スペックルトラッキングを行うことができる。圧縮符号化したデータを用いることで、ボリュームデータの時間経過に従う量の変動やノイズが生じても、ロバスト性を保持してスペックルトラッキングを行うことができる。スペックルトラッキングの結果は、制御部５を介して情報端末７の出力装置に出力され、操作者に確認される。
【００３５】
以上、本発明により、閾値を用いることで、ボリュームデータを圧縮できる。また、閾値は、スペックルの位置から離れるに従って値が下がっていくので、スペックルの特徴を精度良く残したままボリュームデータを圧縮できる。すなわち、追跡精度の劣化を抑制しつつ、ボリュームデータを圧縮してスペックルトラッキングを行うことができる。これにより、リアルタイムでスペックルトラッキングを行い得る。また、小型の回路を用いても、十分な処理速度を確保でき、スペックルトラッキングを行うことができる。さらに、回路の小型化に伴って、超音波診断装置の消費電力を低減することができる。一方、圧縮符号化したデータを用いるので、ボリュームデータの時間経過に従う量の変動やノイズに対してロバスト性を有する。
【００３６】
次に、２次元合成追従方式によるスペックルトラッキングについて説明をしたが、以下、３次元一括追従方式と呼ばれる方式について説明する。図７は、３次元一括追従方式について説明するための説明図を示す。図７に示すように、３次元一括追従方式は、ｘｙｚ空間について、相関処理を一括して行って位置変化を求める方式である。ここでは、スペックル範囲及び移動候補範囲の一辺の画素数をＭとすると、排他的論理和の和Ｋを計算する数Ｎは、Ｍ×Ｍ×Ｍ−１個である。一方、２次元合成追従方式によるスペックルトラッキングでは、排他的論理和の和Ｋを計算する数Ｎは、Ｍ×Ｍ−１個である。例えば、Ｍを５とすると、２次元合成追従方式によるスペックルトラッキングにおいて数Ｎは２４である一方で、３次元一括追従方式によるスペックルトラッキングにおいて数Ｎは１２４である。上記した２次元合成追従方式と比較して、演算量が増大するものの、ボリュームデータを圧縮符号化しているので、スペックルトラッキングを行う上で必要とする演算処理速度を十分に確保した上で、追跡精度を高めることができる。
【００３７】
なお、所定の位置情報のボリュームデータの強度データを符号化してもよい。例えば、図８に示すように、ｘｚ平面上の抽出スペックルＳａの位置を中心とする９行９列の計８１点のうち、ボリュームデータを一つ置きに間引くようにして、圧縮符号化してもよい。すなわち、図８に示すように、この例のスペックル範囲は、Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓ２４の計２４点を範囲としてもよい。
【００３８】
また、本実施形態においては、例として、追跡手段を一つ備える超音波診断装置について説明したが、抽出するスペックルの数やスペックル範囲の大きさに応じて、追跡手段４を多数備える超音波診断装置でもよい。これにより、多数のスペックルについてスペックルトラッキングを行える。また、第２圧縮符号化部４４を、第１圧縮符号化部４２と比較して多く備え、それぞれ並列に接続するようにしてもよい。このような超音波診断装置であれば、追跡精度の劣化を抑制しつつ、さらに早い処理速度で演算でき、スペックルトラッキングを行える。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    超音波診断装置、２    送受信手段、３        ボリュームデータ取得部、
４    追跡手段、５    制御部、６    記憶部、７    情報端末、
２１    送信ユニット、２２    探触子、２３    受信ユニット、
４１    スペックル抽出部、４２    第１圧縮符号化部、４３    バッファ、
４４        第２圧縮符号化部、４５    位置合わせ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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