(57)【要約】【課題】プローブの動きに合わせて、関心領域を立体的にかつ簡易に観察できる超音波画像を提供する。【解決手段】超音波診断装置は、被検体に超音波を送信し、その反射波を受信するプローブと、前記プローブの位置及び姿勢を検出する検出部（Ｓ１）と、前記プローブにより受信した反射波に基づいて断層像を生成する画像生成部（Ｓ２）と、前記画像生成部により生成した断層像を、前記超音波の送信時に前記検出部により検出したプローブの位置及び姿勢に対応付けて記憶するメモリー（Ｓ３）と、前記プローブの位置及び姿勢に対応付けて前記メモリーに記憶した、時系列の複数の断層像を、各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じた合成条件により合成し、１つの合成画像を生成する合成部（Ｓ５、Ｓ６）と、前記合成部により生成した合成画像を表示する表示部（Ｓ７）と、を備える。【選択図】図２
2018187092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送信し、その反射波を受信するプローブと、
前記プローブの位置及び姿勢を検出する検出部と、
前記プローブにより受信した反射波に基づいて断層像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成した断層像を、前記超音波の送信時に前記検出部により検出したプローブの位置及び姿勢に対応付けて記憶するメモリーと、
前記プローブの位置及び姿勢に対応付けて前記メモリーに記憶した、時系列の複数の断層像を、各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じた合成条件により合成し、１つの合成画像を生成する合成部と、
前記合成部により生成した合成画像を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記合成部は、前記画像生成部により断層像を生成するごとに、生成した前記プローブの位置及び姿勢が最新の断層像と、当該最新の断層像と時系列で連続する過去の複数の断層像とを、前記メモリーから取得して合成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。
【請求項３】
前記合成部は、前記プローブの位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなったとき、前記合成画像において、前記画像生成部により生成した最新の断層像に対する過去の断層像の強調度が小さい合成条件により合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。
【請求項４】
前記合成部は、前記合成画像として、前記複数の断層像を１又は複数の視点から見たときの合成画像を生成し、前記視点の座標位置を前記各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じて移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記合成部は、前記プローブの位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなったとき、前記視点の座標位置の移動速度を高速化し、前記画像生成部により生成した最新の断層像の視点に合わせることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記画像生成部は、複数種類の断層像を生成し、
前記合成部は、前記複数種類の断層像を合成して１つの合成画像を生成し、前記断層像の種類ごとに合成条件を決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記複数種類の断層像は、Ｂモード画像とカラードプラー画像を含み、
前記合成部は、前記合成画像において、過去のＢモード画像より過去のカラードプラー画像の強調度が大きい合成条件により合成することを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記複数種類の断層像は、Ｂモード画像と穿刺針画像を含み、
前記合成部は、前記合成画像において、過去のＢモード画像より過去の穿刺針画像の強調度が大きい合成条件により合成することを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
プローブにより、被検体に超音波を送信し、その反射波を受信するステップと、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するステップと、
前記プローブにより受信した反射波に基づいて断層像を生成するステップと、
前記生成した断層像を、前記超音波の送信時に前記検出したプローブの位置及び姿勢に対応付けてメモリーに記憶するステップと、
前記プローブの位置及び姿勢に対応付けて前記メモリーに記憶した、時系列の複数の断層像を、各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じた合成条件により合成し、１つの合成画像を生成するステップと、
前記生成した合成画像を表示部により表示するステップと、
を含むことを特徴とする合成画像の表示方法。
【請求項１０】
コンピューターに、
プローブにより、被検体に超音波を送信し、その反射波を受信するステップと、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するステップと、
前記プローブにより受信した反射波に基づいて断層像を生成するステップと、
前記生成した断層像を、前記超音波の送信時に前記検出したプローブの位置及び姿勢に対応付けてメモリーに記憶するステップと、
前記プローブの位置及び姿勢に対応付けて前記メモリーに記憶した、時系列の複数の断層像を、各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じた合成条件により合成し、１つの合成画像を生成するステップと、
前記生成した合成画像を表示部により表示するステップと、
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置、合成画像の表示方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置では、被検体の体表面をプローブで走査することにより、２次元の断層像を表示できるだけでなく、プローブの位置や姿勢を検出することで２次元の断層像から３次元画像を構築して表示することができる（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００３】
３次元画像において被検体内部の特定部位を観察する際には、ユーザーがその特定部位を関心領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）として指定する必要がある（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１２４１４８号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０２４１２号公報
【特許文献３】特開２０１５−２１７３０６号公報
【特許文献４】特開２０１０−１６７０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
３次元画像において立体構造の関心領域を指定する操作は簡単ではないため、プローブの走査と並行して、トラックボールやタッチパネル等の入力デバイスを操作して関心領域を指定することは難しかった。関心領域を指定する操作に集中するためには、プローブの走査を中断しなければならず、使い勝手が良くなかった。
【０００６】
本発明の課題は、プローブの動きに合わせて、関心領域を立体的にかつ簡易に観察できる超音波画像を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、
被検体に超音波を送信し、その反射波を受信するプローブと、
前記プローブの位置及び姿勢を検出する検出部と、
前記プローブにより受信した反射波に基づいて断層像を生成する画像生成部と、
前記画像生成部により生成した断層像を、前記超音波の送信時に前記検出部により検出したプローブの位置及び姿勢に対応付けて記憶するメモリーと、
前記プローブの位置及び姿勢に対応付けて前記メモリーに記憶した、時系列の複数の断層像を、各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じた合成条件により合成し、１つの合成画像を生成する合成部と、
前記合成部により生成した合成画像を表示する表示部と、
を備えることを特徴とする超音波診断装置が提供される。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、
前記合成部は、前記画像生成部により断層像を生成するごとに、生成した前記プローブの位置及び姿勢が最新の断層像と、当該最新の断層像と時系列で連続する過去の複数の断層像とを、前記メモリーから取得して合成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が提供される。
【０００９】
請求項３に記載の発明によれば、
前記合成部は、前記プローブの位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなったとき、前記合成画像において、前記画像生成部により生成した最新の断層像に対する過去の断層像の強調度が小さい合成条件により合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が提供される。
【００１０】
請求項４に記載の発明によれば、
前記合成部は、前記合成画像として、前記複数の断層像を１又は複数の視点から見たときの合成画像を生成し、前記視点の座標位置を前記各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じて移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置が提供される。
【００１１】
請求項５に記載の発明によれば、
前記合成部は、前記プローブの位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなったとき、前記視点の座標位置の移動速度を高速化し、前記画像生成部により生成した最新の断層像の視点に合わせることを特徴とする請求項４に記載の超音波診断装置が提供される。
【００１２】
請求項６に記載の発明によれば、
前記画像生成部は、複数種類の断層像を生成し、
前記合成部は、前記複数種類の断層像を合成して１つの合成画像を生成し、前記断層像の種類ごとに合成条件を決定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の超音波診断装置が提供される。
【００１３】
請求項７に記載の発明によれば、
前記複数種類の断層像は、Ｂモード画像とカラードプラー画像を含み、
前記合成部は、前記合成画像において、過去のＢモード画像より過去のカラードプラー画像の強調度が大きい合成条件により合成することを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置が提供される。
【００１４】
請求項８に記載の発明によれば、
前記複数種類の断層像は、Ｂモード画像と穿刺針画像を含み、
前記合成部は、前記合成画像において、過去のＢモード画像より過去の穿刺針画像の強調度が大きい合成条件により合成することを特徴とする請求項６に記載の超音波診断装置が提供される。
【００１５】
請求項９に記載の発明によれば、
プローブにより、被検体に超音波を送信し、その反射波を受信するステップと、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するステップと、
前記プローブにより受信した反射波に基づいて断層像を生成するステップと、
前記生成した断層像を、前記超音波の送信時に前記検出したプローブの位置及び姿勢に対応付けてメモリーに記憶するステップと、
前記プローブの位置及び姿勢に対応付けて前記メモリーに記憶した、時系列の複数の断層像を、各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じた合成条件により合成し、１つの合成画像を生成するステップと、
前記生成した合成画像を表示部により表示するステップと、
を含むことを特徴とする合成画像の表示方法が提供される。
【００１６】
請求項１０に記載の発明によれば、
コンピューターに、
プローブにより、被検体に超音波を送信し、その反射波を受信するステップと、
前記プローブの位置及び姿勢を検出するステップと、
前記プローブにより受信した反射波に基づいて断層像を生成するステップと、
前記生成した断層像を、前記超音波の送信時に前記検出したプローブの位置及び姿勢に対応付けてメモリーに記憶するステップと、
前記プローブの位置及び姿勢に対応付けて前記メモリーに記憶した、時系列の複数の断層像を、各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じた合成条件により合成し、１つの合成画像を生成するステップと、
前記生成した合成画像を表示部により表示するステップと、
を実行させるためのプログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プローブの動きに合わせて、関心領域を立体的にかつ簡易に観察できる超音波画像を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態の超音波診断装置の主な構成を機能ごとに示すブロック図である。
【図２】超音波診断装置において、複数の断層像を合成するときの処理手順を示すフローチャートである。
【図３】第１メモリーと第２メモリーの保存例を示す図である。
【図４】合成部において、合成条件を決定するときの処理手順を示すフローチャートである。
【図５Ａ】最新のフレームの強調度が過去よりも大きく、過去のフレームの強調度が均等な合成条件を示す図である。
【図５Ｂ】各フレームの強調度が最新から過去へさかのぼるほど減衰する合成条件を示す図である。
【図５Ｃ】各フレームの強調度が均等な合成条件を示す図である。
【図５Ｄ】最新のフレームのみ表示する合成条件を示す図である。
【図６Ａ】プローブの位置又は姿勢が大きく変化する前の各フレームの合成条件を示す図である。
【図６Ｂ】プローブの位置又は姿勢の変化量が小さくなった後、１フレーム生成したときの各フレームの合成条件を示す図である。
【図６Ｃ】プローブの位置又は姿勢の変化量が小さくなった後、２フレーム生成したときの各フレームの合成条件を示す図である。
【図６Ｄ】プローブの位置又は姿勢の変化量が小さくなった後、３フレーム生成したときの各フレームの合成条件を示す図である。
【図６Ｅ】プローブの位置又は姿勢の変化量が小さくなった後、４フレーム生成したときの各フレームの合成条件を示す図である。
【図６Ｆ】プローブの位置又は姿勢の変化量が小さくなった後、５フレーム生成したときの各フレームの合成条件を示す図である。
【図７Ａ】プローブを円弧状に動かしたときの合成画像の一例を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ａに示す合成画像に使用した各断層像のフレームを示す図である。
【図８】プローブを断層面に平行に動かしたときの合成画像の一例を示す図である。
【図９】移動する視点の座標位置の一例を示す図である。
【図１０】プローブの位置又は姿勢の変化量が小さくなったときの視点の座標位置の一例を示す図である。
【図１１】複数種類の断層像を生成する場合の超音波診断装置の主な構成を機能ごとに示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の超音波診断装置、合成画像の表示方法及びプログラムの実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態である超音波診断装置１の主な構成を機能ごとに示している。
図１に示すように、超音波診断装置１は、プローブ１０、送受信部２１、画像生成部２２、第１メモリー２３、合成部２４、検出部３１、第２メモリー３２、制御部４１、記憶部４２、操作部４３、表示部４４等を備えて構成されている。
なお、図１において、黒の矢印は各構成部を接続するバスを表し、白の矢印はデータや信号の流れを表している。各構成部間では、黒の矢印で表すバスを介して、データや信号の受け渡しを行ってもよいし、白の矢印で表すように接続して受け渡しを行ってもよい。
【００２１】
プローブ１０は、一次元又は二次元に配列された複数の振動子を備えて構成されている。振動子としては圧電変換素子を使用することができる。プローブ１０は、送受信部２１から駆動信号が出力されると、各振動子により当該駆動信号に応じた超音波を送信し、被検体の内部を超音波で走査する。また、プローブ１０は、超音波を送信した被検体からの反射波を受信し、当該反射波を電気信号に変換して出力する。
【００２２】
プローブ１０の構造は特に限定されず、コンベックス型、リニア型等を使用でき、一次元方向に配列された複数の振動子が揺動する構造であってもよい。また、プローブ１０のスキャン方式についても電子スキャン方式、機械スキャン方式等のいずれを採用してもよい。
【００２３】
送受信部２１は、駆動信号を生成してプローブ１０に出力し、プローブ１０において超音波を送信させる。例えば、断層像を生成する場合、送受信部２１は、制御部４１により指示された遅延パターンにしたがって、プローブ１０の各振動子に対する駆動信号を遅延させて送信し、順番に各振動子を駆動して超音波の送信を行わせる。
【００２４】
また、送受信部２１は、プローブ１０から出力された反射波の電気信号を増幅して、Ａ／Ｄ変換した後、各振動子に対応する遅延時間を与えて加算すること（整相加算）により、走査線データ（音線データ）を生成する。送受信部２１は、１つの上記遅延パターンにしたがって送信された超音波に対して、少なくとも１つの走査線データを生成することができる。
【００２５】
画像生成部２２は、図１に示すようにＢモード画像生成部２２１を備え、このＢモード画像生成部２２１により、送受信部２１において生成した各走査線データから断層像であるＢモード画像を生成する。画像生成部２２は、他の種類の断層像であるカラードプラー画像、穿刺針画像等を生成してもよく、Ａモード画像、パルスドプラー画像等の断層像以外の超音波画像を生成してもよい。
【００２６】
Ｂモード画像生成部２２１は、各走査線データに対数増幅、包絡線検波等の処理を施し、処理後の各走査線データの振幅強度を輝度の明るさに変換して、ビットマップ形式のＢモード画像を断層像として生成する。
【００２７】
第１メモリー２３は、画像生成部２２において生成した断層像を、超音波の送信時に検出部３１により検出したプローブ１０の位置及び姿勢に対応付けて記憶するメモリーである。
【００２８】
合成部２４は、プローブ１０の位置及び姿勢に対応付けて第１メモリー２３に記憶した、時系列の複数の断層像を、プローブ１０の位置及び姿勢に応じた合成条件により合成して１つの合成画像を生成する。このような合成部２４の処理内容は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ(Graphics Processing Unit)等のプロセッサーがプログラムを読み取って実行するソフトウェア処理によって実現することもできる。
【００２９】
具体的には、合成部２４は、２次元座標又は３次元座標における各断層像の座標位置を、各断層像のプローブ１０の位置及び姿勢によって決定する。合成部２４は、この２次元座標又は３次元座標上の各断層像を、座標変換、最大値合成（断層像が重なる画素の画素値として各要素（例えば、Ｒ、Ｇ及びＢの各色）の最大値を選択する合成方法。Lighten Onlyとも呼ばれている。）、アルファブレンド、加算合成、テクスチャーマッピング、サーフェスレンダリング、ボリュームレンダリング、パーティクルシステム等の任意の手法によって合成し、各断層像を１つの視点から見たときの２次元の合成画像を生成する。合成時、合成部２４は、各断層像のプローブ１０の位置及び姿勢によって、合成画像における各断層像の強調度を合成条件として決定し、決定した合成条件により合成する。なお、合成部２４は、合成画像を立体視できるステレオ画像として作成してもよく、複数の視点を設定してもよい。
【００３０】
本実施形態では、画像生成部２２が断層像としてビットマップ形式の画像を生成し、合成部２４が複数のビットマップ形式の画像を合成して１つのビットマップ形式の合成画像を生成する例を説明するが、画像生成部２２が生成する断層像とは、超音波により走査した断層の画像情報をいい、ビットマップ形式の画像だけでなく、送受信部２１で受信した反射波から得られる、断層を構成する非ビットマップの情報も断層像という。例えば、画像生成部２２は、送受信部２１で受信した反射波を受信してからビットマップ形式の画像を生成するまでの過程にある、反射波の電気信号や走査線データ等の非ビットマップ形式の信号やデータ等を断層の画像情報として生成し、合成部２４において複数の断層の画像情報を合成して、ビットマップ形式の１つの合成画像を生成することもできる。このように、ビットマップの画像ではなく、非ビットマップの断層の画像情報を合成すると、合成部２４として用いるハードウェアの性能によっては、観察しやすい合成画像を効率良く生成することができることがある。
【００３１】
検出部３１は、プローブ１０の位置及び姿勢を検出する。
検出するプローブ１０の位置としては、例えばプローブ１０の速度、加速度、２次元座標又は３次元座標における座標位置等が挙げられる。
また、検出するプローブ１０の姿勢としては、例えばプローブ１０の回転角度、角速度等が挙げられる。
【００３２】
検出部３１は、各種センサー等のデバイスからの検出値を用いて、座標位置や運動量、移動量等を計算又は推測することにより、プローブ１０の位置及び姿勢のデータを生成することができる。デバイスとしては、角速度センサー（ジャイロセンサー）、加速度センサー、地磁気センサー等の一般的に使用されているモーションセンサーの他、プローブ１０を撮影する光学カメラ、赤外線カメラ、赤外線センサー、超音波センサー、深度センサー等を使用することができ、これらの１種又は複数種を組み合わせてもよい。デバイスは、プローブ１０に取り付けて、又はプローブ１０とは別に配置して使用することができる。
【００３３】
検出部３１は、超音波を送信して得られた受信波を解析して、プローブ１０の位置及び姿勢を検出することもできる。例えば、検出部３１は、指定した特徴量に基づいて受信波中に複数の特徴点を検出し、受信時刻の異なる複数の受信波において検出された特徴点の変位量を計算する等して、プローブ１０の座標位置や移動量等を計算又は推測することにより、プローブ１０の位置及び姿勢のデータを生成することができる。
【００３４】
第２メモリー３２は、検出部３１により検出した位置及び姿勢のデータを記憶するメモリーである。なお、第２メモリー３２を第１メモリー２３と別構成とするのではなく、同じ１つのメモリーに断層像と位置及び姿勢を対応付けて記憶するようにしてもよい。
【００３５】
制御部４１は、記憶部４２から制御用の各種プログラムを読み出して実行することにより、超音波診断装置１の各部を制御する。制御部４１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサーやＲＡＭ(Random Access Memory)等により構成することができる。
【００３６】
例えば、制御部４１は、表示する超音波画像の種類に応じた駆動信号の遅延パターンを生成して送受信部２１に出力し、画像生成部２２により断層像を生成させて、第１メモリー２３に保存させる。また、制御部４１は、検出部３１によりプローブ１０の位置及び姿勢を検出させて、第２メモリー３２に保存させる。制御部４１は、第１メモリー２３に保存した複数の断層像を合成部２４により合成させて、表示部４４により合成画像を表示させる。
【００３７】
記憶部４２は、制御部４１により読み取り可能なプログラム、プログラムの実行時に用いられるファイル等を記憶している。記憶部４２としては、ハードディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の大容量メモリーを用いることができる。
【００３８】
操作部４３は、ユーザーの指示を入力するデバイスであり、ユーザーの操作に応じた操作信号を生成して制御部４１に出力する。操作部４３としては一般的な入力デバイス、例えばマウス、キーボード、トラックボール、フットスイッチ、ジョイスティック、クリックホイール、表示部４４と一体に構成されるタッチパネル等を使用することができる。
【００３９】
表示部４４は、制御部４１の表示制御にしたがって、合成部２４において合成した超音波画像を表示する。表示部４４としては、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＯＥＬＤ（Organic Electro Luminescence Display）、操作部４３と一体に構成されるタッチパネル等を使用することができる。
【００４０】
上記超音波診断装置１は、複数の断層像を合成することにより、プローブ１０の動きに合わせて、関心領域を立体的にかつ簡易に観察できる合成画像を表示することができる。
図２は、超音波診断装置１において、断層像を合成するときの処理手順を示している。
【００４１】
ユーザーがプローブ１０により被検体の体表面の走査を開始すると、図２に示すように、超音波診断装置１では、検出部３１においてプローブ１０の位置及び姿勢の検出を開始し（ステップＳ１）、検出した位置及び姿勢のデータを、第２メモリー３２に記憶する。
【００４２】
一方、画像生成部２２は、送受信部２１により受信した各走査線データに基づき、断層像のフレームを生成する（ステップＳ２）。画像生成部２２は、生成した断層像のフレームを、第２メモリー３２に記憶した位置及び姿勢と対応付けて、第１メモリー２３に保存する（ステップＳ３）。断層像のフレームと、その断層を超音波で走査したときのプローブ１０の位置及び姿勢を対応付けられるのであれば、断層を走査したときの時間、すなわち超音波を送信した時間をキーとして対応付けてもよいし、フレーム間隔と同じ間隔で検出部３１が検出を行い、フレームの生成順と位置及び姿勢の検出順が一致するように対応付けてもよい。
【００４３】
図３は、第１メモリー２３と第２メモリー３２の保存例を示している。
図３に示すように、第１メモリー２３では、断層像のフレームの生成順に番号Ｎ（Ｎは、１、２・・・Ｎの整数）を付与し、この番号Ｎに対応付けて各断層像のフレームを記憶している。この例では、Ｎの数値が最大のフレームが最新のフレームであり、Ｎの数値が小さいほど過去にさかのぼる。一方、第２メモリー３２では、断層像の各フレームと同じフレーム間隔で検出部３１が位置及び姿勢を検出した順に番号Ｎを付与し、この番号Ｎに対応付けて、位置と姿勢の各データを記憶している。すなわち、第１メモリー２３中の各断層像のフレームは、番号Ｎをキーに第２メモリー３２中の位置及び姿勢のデータと対応付けられている。
【００４４】
合成部２４は、時系列で連続する複数の断層像のフレームを第１メモリー２３から取得する。また、合成部２４は、取得した各フレームに対応する位置及び姿勢のデータを第２メモリー３２から取得する（ステップＳ４）。合成部２４は、取得する断層像の数を一定数に決定することもできるし、合成に必要な断層像の数をその都度決定することもできる。例えば、合成部２４は、フレームレートが大きく、プローブ１０の移動量に対するフレーム数が閾値より多い場合には、１フレームおきに過去のフレームを取得する等、時系列ではあるが非連続の複数のフレームを取得するようにしてもよい。
【００４５】
リアルタイムで断層像を表示する場合には、合成部２４は、第２メモリー３２に保存したプローブ１０の位置及び姿勢が最新のフレームと当該最新のフレームと時間が連続する過去の複数のフレームを合わせた、合計ｎ枚のフレームを第１メモリー２３から取得すればよい。例えば、ｎ＝４であり、最新のフレームの番号ＮがＮ＝５のとき、合成部２４は、図３に示す第１メモリー２３から番号Ｎが５の最新のフレームと番号Ｎが４〜２の過去の３枚のフレームを取得する。また、合成部２４は、図３に示す第２メモリー３２から番号Ｎが５〜２の位置及び姿勢のデータを取得する。
【００４６】
リアルタイムではなく、保存した過去の断層像を再生する場合、合成部２４は、第１メモリー２３および第２メモリー３２から表示対象時刻のフレームを最新のフレームとして、当該最新のフレームとそれより過去のフレームを合わせた、合計ｎ枚のフレームと各フレームに対応するプローブ１０の位置及び姿勢を取得すればよい。
【００４７】
次に、合成部２４は、プローブ１０で走査した空間領域内の立体構造が、取得したｎ枚の断層像の合成画像中において立体的に表現されるように、取得したｎ枚の断層像のフレームの合成条件を、各フレームとともに取得したプローブ１０の位置及び姿勢に応じて決定する（ステップＳ５）。
【００４８】
図４は、合成部２４において、合成条件を決定するときの処理手順を示している。
図４に示すように、合成部２４は、最新のフレームが生成された時に、プローブ１０の位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値よりも小さくなったか否かを判定する（ステップＳ２１）。例えば、合成部２４は、最新のフレームと直前のフレームのプローブ１０の位置の単位時間あたりの変化量が閾値１ｃｍ／ｓを下回る場合や、姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値１０度／ｓを下回る場合、位置又は姿勢の変化量が小さくなったと判定することができる。
【００４９】
位置又は姿勢の変化量が閾値より小さくなっていない場合（ステップＳ２１：Ｎ）、合成部２４は、プローブ１０で走査した空間領域内の立体構造を合成画像中において立体的に表現できるように、プローブ１０がどの位置及び姿勢にあるときの断層像を強調するのか、合成画像における各断層像のフレームの強調度を合成条件として決定する。（ステップＳ２２）。
【００５０】
図５Ａ〜図５Ｄは、合成条件の一例を示している。図５Ａ〜図５Ｄに示す合成条件は、加算合成時の各フレームの重み付け係数の条件である。重み付け係数が大きいほど、合成画像におけるフレームの強調度が大きく、合成画像における透過度が低い。
【００５１】
図５Ａに示す合成条件では、最新のフレームの重み付け係数が過去の各フレームよりも大きく、過去の各フレームの重み付け係数が均等に設定されている。この合成条件によれば、プローブ１０が現在の位置及び姿勢にあるフレームを強調し、過去の位置及び姿勢のときのフレームを均等に透過させた合成画像を得ることができる。この合成画像では、過去のフレーム又はそのフレームにおいて関心領域が設定されている場合にはその関心領域が最新のフレームの残像となり、プローブ１０で走査した空間の構造を立体的に観察することができる。
【００５２】
図５Ｂに示す合成条件では、最新のフレームの重み付け係数が過去の各フレームよりも大きく、過去のフレームの重み付け係数が過去にさかのぼるほど減衰するように設定されている。この合成条件によれば、プローブ１０が現在の位置及び姿勢にあるフレームを強調し、過去の位置及び姿勢のときのフレームを過去にさかのぼるほど薄く透過させた合成画像を表示できる。この合成画像においても、過去のフレーム又はそのフレームにおいて関心領域が設定されている場合にはその関心領域が最新のフレームの残像となるため、プローブ１０で走査した空間の構造を立体的に観察することができる。図５Ａに示す合成条件と比べると、その透過度によって時間の経過、すなわちプローブ１０の動きを把握しやすい合成画像が得られる。
【００５３】
図５Ｃに示す合成条件では、各フレームの重み付け係数が均等に設定されている。この合成条件によれば、現在も過去も透過度が同じであるため、プローブ１０を動かした一定時間内の各フレームの強調度が同等の合成画像を得ることができる。この合成画像において、過去のフレーム又はそのフレームにおいて関心領域が設定されている場合にはその関心領域が最新のフレームの残像となるため、プローブ１０で走査した空間の構造を立体的に観察することができる。図５Ａ及び図５Ｂに示す合成条件と比べると、関心領域の立体構造をより観察しやすい合成画像が得られる。
【００５４】
図５Ｄに示す合成条件では、重み付け係数が最新のフレームのみ１に設定され、過去のフレームは０に設定されている。この合成条件では、合成画像において最新のフレームのみが現れ、過去のフレームが残像として現れないため、合成画像においてプローブ１０で走査した空間の構造が立体的に表現されない。
【００５５】
合成部２４は、図５Ａ〜図５Ｃに例示したような異なる複数の合成条件のうち、いずれか１つの合成条件に任意に決定することもできるし、ユーザーが選択した１つの合成条件に決定することもできる。
【００５６】
なお、図５Ａ〜図５Ｄに示す重み付け係数は一例であり、重み付け係数は任意に設定することができる。
また、合成部２４は、各フレームを、透過度ではなく、色や濃度、輪郭の強調度等によって強調することもできる。色又は濃度で強調する場合は色変換又は濃度補正するときの各フレームの色又は濃度を合成条件として決定すればよいし、輪郭で強調する場合はフィルター処理するときのフィルター係数等を合成条件として決定すればよい。また、合成部２４は、透過度、色、濃度、輪郭の強調度等のいずれか１つではなく、複数を組み合わせて強調することもできる。
【００５７】
一方、プローブ１０の位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなった場合（ステップＳ２１：Ｙ）、合成部２４は、合成画像において、画像生成部２２により生成した最新のフレームに対する過去のフレームの強調度が小さくなるように、合成条件を決定する（ステップＳ２３）。
例えば、プローブ１０の走査方向を逆方向に折り返す、プローブ１０の走査を停止して体表面に押し付ける等の動きをする場合、その瞬間はプローブ１０の移動速度が低速化し、過去のフレームと最新のフレームの空間の連続性が高まる。このような場合は、過去のフレームを残像として表示する必要がなく、表示すると同じような画像が重なってブレやぼけになることがあるため、速やかに過去のフレームを消去することが好ましい。
【００５８】
具体的には、合成部２４は、図５Ａ又は図５Ｂに示す合成条件に決定することができるが、現在走査中の関心領域を観察しやすくする観点からはできるだけ残像が少ないことが好ましく、図５Ｄに示す合成条件に決定し、立体的な表示をＯＦＦするようにしてもよい。
過去のフレームの強調度を小さくした後、合成部２４は、徐々に元の立体的な表示に切り替わるように、変化後に取得した複数の断層像の合成条件を決定してもよい。
【００５９】
図６Ａ〜図６Ｆは、徐々に立体的な表示に切り替えるときの合成条件の決定例を示している。図６Ａ〜図６Ｆにおいて、一点鎖線は、プローブ１０の位置又は姿勢の変化量が小さくなったタイミングを表している。
図６Ａに示すように、各フレーム５〜１を、図５Ｃに示す均等の合成条件で合成していたが、図６Ｂに示すように、フレーム６が新規に生成されたときに、プローブ１０の位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなった場合、合成部２４は、各フレーム６〜２を、図５Ａに示す合成条件により合成する。これにより、過去のフレームの残像を抑えて、プローブ１０で走査している現在の関心領域を観察しやすい合成画像を提供できる。
【００６０】
その後、図６Ｃ及び図６Ｄに示すように、フレーム７及び８が新規に生成されるごとに、合成部２４は、位置又は姿勢の変化量が小さくなる前の過去のフレーム５〜１の重み付け係数を徐々に減らして、最終的には図６Ｅに示すように０にする。位置又は姿勢の変化量が小さくなったフレーム６以降については、図６Ｃ〜図６Ｅに示すように、合成部２４は各フレームの重み付け係数が均等な合成条件に決定し、フレームが新規に生成されるごとに徐々にその重み付け係数を減らして、図６Ｆに示すように元の均等の合成条件に戻す。このように元の合成条件に戻している間に、プローブ１０の位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなった場合には、合成部２４は、図６Ｂに示す合成条件により合成する。
【００６１】
以上のようにして合成条件を決定すると、図２に示すように、合成部２４は決定した合成条件により各フレームを合成する（ステップＳ６）。合成部２４において合成画像が生成されると、表示部４４において当該合成画像を表示する（ステップＳ７）。
【００６２】
具体的には、合成部２４は、２次元座標又は３次元座標における各断層像のフレームの座標位置を、プローブ１０の位置及び姿勢によって決定する。合成部２４は、この座標上で、各フレームを合成するときの視点の座標位置を、各フレームに対応するプローブ１０の位置及び姿勢に応じて決定することができる。例えば、プローブ１０が円弧状等、曲線的に動いている場合は、最新のフレームの断層像の正面の座標位置に決定し、プローブ１０の姿勢に変化がなく直線的に移動している場合は、最新のフレームの断層像に対してやや斜めの座標位置に決定することにより、過去のフレーム中の関心領域を残像としてその構造を立体的に表現することができる。
【００６３】
そして、合成部２４は、決定した視点の座標位置を元に、決定した合成条件により各フレームを合成し、２次元の合成画像を生成する。例えば、図５Ｂに示す合成条件により加算合成する場合、各フレームを図５Ｂに示す合成条件で設定されている重み付け係数で重み付けて加算する。
【００６４】
図７Ａは、合成画像の一例を示し、図７Ｂは合成画像に使用した各フレームを示している。図７Ａ中の矢印は、プローブ１０の動きを示している。
図７Ａに示す合成画像ｇ１は、プローブ１０を円弧状に走査したときに生成された、図７Ｂに示す最新のフレームＮと過去のフレームＮ−１、Ｎ−２及びＮ−３の合成画像である。合成画像ｇ１は、最新のフレームＮと過去のフレームＮ−１、Ｎ−２及びＮ−３が、最新のフレームＮに対してやや斜めの視点から見た２次元像となるように、図５Ｂに示す減衰の合成条件により合成されている。この合成画像ｇ１によれば、過去のフレーム中の血管像が過去にさかのぼるほど薄い残像となっているため、１本の血管から２本に枝分かれしている様子を立体的に観察することができる。
【００６５】
図８は、合成画像の他の例を示している。図８中の矢印は、プローブ１０の動きを示している。
図８に示す合成画像ｇ２は、プローブ１０を同じ姿勢で断層面に平行に走査したときに生成された、最新のフレームＮと過去のフレームＮ−１、Ｎ−２及びＮ−３の合成画像である。合成画像ｇ２では、各フレームの断層面に対して正面の視点から見た２次元像となるように各フレームＮ〜Ｎ−３が合成されているため、プローブ１０を動かした空間領域内をパノラマ表示することができる。ユーザーは特別な操作をすることなく、プローブ１０の視野よりも広い範囲を観察することが可能である。各フレームＮ〜Ｎ−３は、図５Ｂに示す減衰の合成条件により合成されているため、過去のフレーム中の血管像が残像となって、１本の血管から２本に枝分かれしている様子を立体的に観察することができる。
【００６６】
なお、合成部２４は、視点の座標位置を、各断層像に対応するプローブ１０の動き（位置及び姿勢）に応じて移動することが好ましい。
視点の座標位置を固定すると、最新の断層像を観察しづらい角度から見た合成画像になることがある。一方で、常に最新の断層像を正面とする座標位置に決定すると、最新の断層像を観察しやすくなるが、過去の断層像を残像として表示できないことがある。上述のようにプローブ１０の位置及び姿勢に合わせて視点の座標位置を移動することにより、最新の断層像を観察しやすく、過去の断層像を残像として表示できる視点から見た合成画像を提供することが可能になる。
【００６７】
図９は、移動する視点の座標位置の一例を示している。
図９に示すように、合成部２４は、過去のフレームＮ−３から最新のフレームＮまでの間のプローブ１０の位置及び姿勢に合わせて、各フレームＮ〜Ｎ−３の断層像が最新のフレームであるときに各断層像の正面より斜め方向に視点が位置するように、視点の座標位置を３次元座標上で移動することができる。このとき、プローブ１０の移動速度に合わせて、視点の座標位置の移動速度も、図９に示すように遅くしたり速くしたりすることにより、より焦点の合った合成画像を生成することができる。
なお、図９に示すグラフの縦軸は位置座標を表すため、プローブ１０の位置座標のみを示しているが、プローブ１０の姿勢の変化によっても視点の座標位置は移動している。
【００６８】
上述したステップＳ２１において、プローブ１０の位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなったと判定した場合、合成部２４は、視点の座標位置の移動速度を高速化し、最新のフレームの視点に合わせることが好ましい。
プローブ１０の位置又は姿勢の変化量が小さくなった場合、過去のフレームと最新のフレームとの空間の連続性が高いため、過去のフレームよりも最新のフレームを観察しやすい視点の方が、プローブ１０により現在走査中の関心領域を観察しやすい。
【００６９】
図１０は、プローブ１０の位置又は姿勢の単位時間あたりの変化量が閾値より小さくなったときの視点の座標位置の一例を示している。
ユーザーが、プローブ１０を走査中に目的の関心領域を発見して、プローブ１０の動きを停止した場合、図１０に示すように、合成部２４は、プローブ１０が停止してその位置又は姿勢の変化量が急激に小さくなったタイミングで視点の座標位置の移動速度を高速化し、最新のフレームＮの視点の座標位置に合わせることができる。これにより、ユーザーは、プローブ１０により現在走査中の断層像を観察しやすい視点から、合成画像を観察することができる。
【００７０】
以上のように、本実施の形態の超音波診断装置１は、被検体に超音波を送信し、その反射波を受信するプローブ１０と、プローブ１０の位置及び姿勢を検出する検出部３１と、プローブ１０により受信した反射波に基づいて断層像を生成する画像生成部２２と、画像生成部２２により生成した断層像を、超音波の送信時に検出部３１により検出したプローブの位置及び姿勢に対応付けて記憶する第１メモリー２３及び第２メモリー３２と、このプローブ１０の位置及び姿勢に対応付けて第１メモリー２３に記憶した、時系列の複数の断層像を、各断層像のプローブの位置及び姿勢に応じた合成条件により合成し、１つの合成画像を生成する合成部２４と、合成部２４により生成した合成画像を表示する表示部４４と、を備える。
【００７１】
これにより、合成画像において、プローブ１０で走査した過去の断層像を、現在走査中の最新の断層像の残像として表示することができ、プローブ１０の動きに合わせて、被検体の生体組織の構造を立体的に観察できる超音波画像を提供することができる。このような超音波画像によれば、超音波画像中の関心領域を容易に発見することができ、ユーザーが関心領域を指定する操作を行うことなく、関心領域を簡易に観察できる。また、超音波画像から現在の関心領域周辺の立体構造を容易に把握することができることから、プローブ１０の走査も容易となる。
【００７２】
〔変形例〕
断層像の種類には、Ｂモード画像だけでなく、血流等の流体の動きを色で表現するカラードプラー画像や穿刺針を強調した穿刺針画像等もある。上記超音波診断装置１は、画像生成部２２において複数種類の断層像を生成し、合成部２４において各種類の断層像を合成するようにしてもよい。この場合、合成部２４は、断層像の種類ごとに合成条件を決定することができる。
【００７３】
図１１は、カラードプラー画像及び穿刺針画像を生成する場合の超音波診断装置１の構成例を示している。
図１１に示すように、超音波診断装置１の画像生成部２２は、Ｂモード画像生成部２２１の他に、カラードプラー画像生成部２２２及び穿刺針画像生成部２２３を備えている。
なお、図１１において、黒の矢印は各構成部を接続するバスを表し、白の矢印はデータや信号の流れを表している。各構成部間では、黒の矢印で表すバスを介して、データや信号の受け渡しを行ってもよいし、白の矢印で表すように接続して受け渡しを行ってもよい。
【００７４】
カラードプラー画像生成部２２２は、各走査線データの周波数解析を行って、血流や造影剤等の流体組織の信号成分を抽出し、流体組織の平均速度、分散、パワー等をカラーで表すカラードプラー画像を生成する。
【００７５】
穿刺針画像生成部２２３は、Ｂモード画像において穿刺針の針先からの散乱波の動きを強調する（平行法）か、又は穿刺針の先端部が走査線上を通過する時の散乱信号の動きを強調する（交差法）ことにより、断層像上で穿刺針を強調した穿刺針画像を生成する。
【００７６】
合成部２４は、Ｂモード画像、カラードプラー画像及び穿刺針画像の少なくとも２つを合成して１つの合成画像を生成し、その種類ごとに合成条件を決定する。例えば、合成部２４は、Ｂモード画像、カラードプラー画像及び穿刺針画像の種類ごとに合成条件を決定して合成し、各種類の合成画像を生成した後、さらに各種類の合成画像を重ねる合成を行って、１つの合成画像を生成することができる。
【００７７】
合成部２４は、Ｂモード画像とカラードプラー画像を合成する場合、合成画像において、Ｂモード画像の過去のフレームよりカラードプラー画像の過去のフレームの強調度が大きい合成条件により合成することが好ましい。同様に、Ｂモード画像と穿刺針画像を合成する場合、合成部２４は、合成画像において、Ｂモード画像の過去のフレームより穿刺針画像の過去のフレームの強調度が大きい合成条件により合成することが好ましい。
過去のフレームは残像となるが、Ｂモード画像よりもカラードプラー画像や穿刺針画像の残像を強くすることにより、三次元構造の把握が容易な合成画像を提供することができる。
【００７８】
例えば、血管を観察するため、Ｂモード画像とカラードプラー画像を重ねる合成を行う場合、合成部２４は、Ｂモード画像の合成条件を、図５Ａ又は図５Ｂに示すように最新のフレームに対する過去のフレームの強調度が小さい条件に決定し、カラードプラー画像の合成条件を、図５Ｃに示すように最新のフレームに対する過去のフレームの強調度が同じ条件に決定することができる。このとき、合成部２４は、Ｂモード画像の過去のフレームの強調度（重み付け係数）を、カラードプラー画像の過去のフレームよりも大きく設定することもできる。合成部２４は、決定した各合成条件により合成して得られたＢモード画像の合成画像上にカラードプラー画像の合成画像を重ねて、１つの合成画像を生成する。これにより、現在の血管像を強く表現したＢモード画像上に、過去の残像を強く表現したカラードプラー画像を重ねて表示することができ、血管の構造をより観察しやすい合成画像を提供することができる。
【００７９】
また、穿刺針を使用する場合、合成部２４は、Ｂモード画像の合成条件を、図５Ａ又は図５Ｂに示すように最新のフレームに対する過去のフレームの強調度が小さい条件に決定し、穿刺針画像の合成条件を、図５Ｃに示すように最新のフレームに対する過去のフレームの強調度が同じ条件に決定することができる。このとき、合成部２４は、Ｂモード画像の過去のフレームの強調度（重み付け係数）を、穿刺針画像の過去のフレームよりも大きく設定することもできる。合成部２４は、決定した各合成条件により合成して得られたＢモード画像の合成画像上に穿刺針画像の合成画像を重ねて、１つの合成画像を生成する。これにより、現在の血管像を強く表現したＢモード画像上に、過去の残像を強く表現した穿刺針画像を重ねて表示することができ、穿刺針の位置をより観察しやすい合成画像を提供することができる。穿刺の際、プローブ１０の位置合わせが難しく、穿刺針を見失いやすいため、このような表示は有効な補助となり得る。
【００８０】
なお、少なくとも１種類の合成画像において立体的に関心領域を観察できれば、複数種類の合成画像を合成して得られる合成画像も立体的に関心領域を観察できる。そのため、合成部２４は、複数種類の合成画像を合成する場合、少なくとも１種類の合成画像において立体的に関心領域を観察できる合成条件に決定すればよい。
例えば、合成部２４は、カラードプラー画像の合成画像とＢモード画像の合成画像を重ねて、１つの合成画像を生成する際に、カラードプラー画像の合成条件を、図５Ａに示す立体的な観察が可能な合成条件に決定する場合、Ｂモード画像の合成条件を、図５Ｄに示す立体的な表示をしない合成条件に決定することができる。
【００８１】
上記実施の形態は本発明の好適な一例であり、これに限定されない。本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、制御部４１がプログラムを読み取ることにより、上記画像生成部２２、合成部２４等の処理手順を制御部４１により実行させることもできる。プログラムのコンピューター読み取り可能な媒体としては、ＲＯＭ、フラッシュメモリー等の不揮発性メモリー、ＣＤ-ＲＯＭ等の可搬型記録媒体を適用することが可能である。プログラムのデータを、通信回線を介して提供する媒体として、キャリアウエーブ(搬送波)も適用される。
【符号の説明】
【００８２】
１    超音波診断装置
１０    プローブ
２１    送受信部
２２    画像生成部
２２１    Ｂモード画像生成部
２２２    カラードプラー画像生成部
２２３    穿刺針画像生成部
２３    第１メモリー
２４    合成部
３１    検出部
３２    第２メモリー
４１    制御部
４２    記憶部
４３    操作部
４４    表示部
【図１】
2018187092.tif 000003
【図２】
2018187092.tif 000004
【図３】
2018187092.tif 000005
【図４】
2018187092.tif 000006
【図５Ａ】
2018187092.tif 000007
【図５Ｂ】
2018187092.tif 000008
【図５Ｃ】
2018187092.tif 000009
【図５Ｄ】
2018187092.tif 000010
【図６Ａ】
2018187092.tif 000011
【図６Ｂ】
2018187092.tif 000012
【図６Ｃ】
2018187092.tif 000013
【図６Ｄ】
2018187092.tif 000014
【図６Ｅ】
2018187092.tif 000015
【図６Ｆ】
2018187092.tif 000016
【図７Ａ】
2018187092.tif 000017
【図７Ｂ】
2018187092.tif 000018
【図８】
2018187092.tif 000019
【図９】
2018187092.tif 000020
【図１０】
2018187092.tif 000021
【図１１】
2018187092.tif 000022