(57)【要約】【課題】複数フレームの超音波画像をフレーム方向に高密度化する技術を提供する。【解決手段】高密度化処理部２０は、超音波ビームを走査することにより得られる複数フレームのフレームデータを高密度化する。高密度化処理部２０は、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する。これにより、フレームデータのフレーム密度が高められる。【選択図】図１
2015188516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送受するプローブと、
プローブを制御して超音波ビームを走査する送受信部と、
超音波ビームを走査することにより得られる複数フレームのフレームデータを高密度化する高密度化処理部と、
高密度化されたフレームデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、
を有し、
前記高密度化処理部は、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波診断装置において、
前記高密度化処理部は、複数フレームのフレームデータ内において、フレーム方向に対応したテンプレートを配置し、各フレーム内でウィンドウを移動させてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づいて当該テンプレート内のフレーム間に対応したデータを得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波診断装置において、
前記高密度化処理部は、テンプレート内のデータとウィンドウ内のデータに基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の超音波診断装置において、
前記高密度化処理部は、テンプレート内のデータと当該テンプレート内のデータ間隔でウィンドウ内から選択されるデータとに基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記高密度化処理部は、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づく高密度化データを、当該テンプレート内においてフレーム方向に並ぶ複数データのデータ間に挿入する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項６】
請求項２から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記高密度化処理部は、超音波ビームの深さ方向に対応したウィンドウを設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記高密度化処理部は、実空間におけるサイズが互いに等しくなるようにテンプレートとウィンドウを設定する、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項８】
請求項２から７のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、
前記高密度化処理部は、超音波ビームを走査することにより得られるオリジナルフレームのフレームデータ内において、互いに異なる複数位置にテンプレートを配置し、各位置においてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートを配置した複数位置においてフレーム間に対応したデータを得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項９】
請求項８に記載の超音波診断装置において、
前記高密度化処理部は、テンプレートを配置した複数位置において得られるフレーム間に対応したデータに基づいて挿入フレームを形成し、オリジナルフレームのフレーム間に挿入フレームを挿入することにより、フレームデータのフレーム密度を高める、
ことを特徴とする超音波診断装置。
【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し、特に、超音波画像を高密度化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断装置を利用することにより、例えば運動する組織等の動画像をリアルタイムで得て診断を行うことができる。また、超音波ビームを立体的に走査して三次元空間内からエコーデータを得ることにより、組織等を立体的に表現した三次元の超音波画像を形成することもできる。特に、近年における心臓等の診断や治療において超音波診断装置は極めて重要な医療機器である。
【０００３】
心臓等の診断に限らず、一般的に、超音波診断装置において得られる超音波画像の画質は良好であることが望ましい。超音波画像の画質を向上させる具体策として、超音波画像を高密度化する技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、前フレーム上の注目画素ごとに前フレームと現フレームとの間においてパターンマッチング処理を実行し、現フレームを構成していた原始的画素群と注目画素ごとにパターンマッチング処理により定義された追加的画素群とに基づいて、現フレームを高密度化する技術が記載されている。
【０００５】
また、特許文献２には、フレーム内において第１画素列と第２画素列と第３画素列を定義し、第１画素列上の注目画素ごとに、第１画素列と第２画素列との間でパターンマッチング処理を実行し、注目画素についての第２画素列上のマッピングアドレスを演算し、さらに、第３画素列上の注目画素ごとに、第３画素列と第２画素列との間でパターンマッチング処理を実行し、注目画素についての第２画素列上のマッピングアドレスを演算し、そして、複数の注目画素が有する画素値とマッピングアドレスを利用して、第２画素列を高密度化する技術が記載されている。
【０００６】
特許文献１，２に記載された技術を利用することにより、例えば、高フレームレートで得られる低密度画像を高密度化することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１０５７５０号公報
【特許文献２】特開２０１２−１０５７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した背景技術に鑑み、本願の発明者は、超音波画像を高密度化する改良技術について研究開発を重ねてきた。特に、複数フレームの超音波画像に関するフレーム方向における高密度化に注目した。
【０００９】
本発明は、上述した研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、複数フレームの超音波画像をフレーム方向に高密度化する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的にかなう好適な超音波診断装置は、超音波を送受するプローブと、プローブを制御して超音波ビームを走査する送受信部と、超音波ビームを走査することにより得られる複数フレームのフレームデータを高密度化する高密度化処理部と、高密度化されたフレームデータに基づいて超音波画像を形成する画像形成部と、を有し、前記高密度化処理部は、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する、ことを特徴とする。
【００１１】
上記構成において、超音波を送受するプローブは、例えば、コンベックス走査型やセクタ走査型やリニア走査型、二次元画像（断層画像）用や三次元画像用等、診断用途等に応じた様々なタイプのものを利用することができる。そして、プローブを制御して超音波ビームを走査することにより、複数フレームのフレームデータが得られる。
【００１２】
各フレーム内において、特に、超音波ビームの深さ方向については、浅部（プローブに近い側）から深部（プローブから遠い側）に亘って、超音波の受信信号を連続的に得ることができるため、比較的高密度に並ぶデータを得ることができる。例えば、１本の超音波ビームに沿って数千個のデータからなるラインデータを得ることができ、数千個のラインデータをそのまま利用して各フレームが形成されてもよいし、数千個のラインデータをリサンプリング（デシメンション）して得られる数百個のデータを利用して各フレームが形成されてもよい。そして、走査面内において超音波ビームを走査することにより、例えば方位方向に沿って超音波ビームの位置（角度）を段階的にずらしつつ複数の超音波ビームを次々に形成することにより、走査面に対応した各フレーム内においてラインデータが収集される。
【００１３】
さらに、例えば、三次元空間内においてフレーム位置をずらしつつ複数フレームが形成される。または、二次元平面内においてフレーム位置を実質的に固定しつつ複数の時相に亘って複数フレームが形成される。ところが、一般的に、各フレーム内において比較的高密度にラインデータが得られているのに比べて、複数フレームのフレーム方向におけるデータ密度（フレーム密度）は、低密度になる傾向にある。つまり、各フレーム内におけるデータと、フレーム方向に並ぶデータとでは、データ密度が互いに異なる傾向にある。
【００１４】
上記装置によれば、各フレーム内のデータとフレーム方向に並ぶデータの粗密関係を利用した超音波画像の高密度化が実現される。つまり、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータがフレーム方向に高密度化される。
【００１５】
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、複数フレームのフレームデータ内において、フレーム方向に対応したテンプレートを配置し、各フレーム内でウィンドウを移動させてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づいて当該テンプレート内のフレーム間に対応したデータを得る、ことを特徴とする。
【００１６】
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、テンプレート内のデータとウィンドウ内のデータに基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する、ことを特徴とする。
【００１７】
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、テンプレート内のデータと当該テンプレート内のデータ間隔でウィンドウ内から選択されるデータとに基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する、ことを特徴とする。
【００１８】
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づく高密度化データを、当該テンプレート内においてフレーム方向に並ぶ複数データのデータ間に挿入する、ことを特徴とする。
【００１９】
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、超音波ビームの深さ方向に対応したウィンドウを設定する、ことを特徴とする。
【００２０】
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、実空間におけるサイズが互いに等しくなるようにテンプレートとウィンドウを設定する、ことを特徴とする。
【００２１】
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、超音波ビームを走査することにより得られるオリジナルフレームのフレームデータ内において、互いに異なる複数位置にテンプレートを配置し、各位置においてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートを配置した複数位置においてフレーム間に対応したデータを得る、ことを特徴とする。
【００２２】
望ましい具体例において、前記高密度化処理部は、テンプレートを配置した複数位置において得られるフレーム間に対応したデータに基づいて挿入フレームを形成し、オリジナルフレームのフレーム間に挿入フレームを挿入することにより、フレームデータのフレーム密度を高める、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明により、複数フレームの超音波画像をフレーム方向に高密度化する技術が提供される。例えば、本発明の好適な態様によれば、各フレーム内のデータとフレーム方向に並ぶデータの粗密関係を利用した超音波画像の高密度化が実現される。つまり、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータがフレーム方向に高密度化される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の好適な超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。
【図２】高密度化されるフレームデータの具体例を示す図である。
【図３】フレーム方向の高密度化を説明するための図である。
【図４】類似度の評価を説明するための図である。
【図５】高密度化データの算出例を示す図である。
【図６】フレーム方向における高密度化の具体例１を説明するための図である。
【図７】フレーム方向における高密度化の具体例２を説明するための図である。
【図８】オリジナルフレームに対する各種処理を説明するための図である。
【図９】挿入フレームに対する深さ方向のフィルタ処理を説明するための図である。
【図１０】高密度化処理部２０における処理の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明の実施において好適な超音波診断装置の全体構成を示す機能ブロック図である。プローブ１０は超音波を送受する超音波探触子である。例えば、コンベックス走査型やセクタ走査型やリニア走査型、二次元画像（断層画像）用や三次元画像用等の各種の超音波探触子を診断用途等に応じてプローブ１０として利用することができる。
【００２６】
送受信部１２は、プローブ１０が備える複数の振動素子を送信制御して送信ビームを形成し、送信ビームを診断領域内で走査する。また、送受信部１２は、複数の振動素子から得られる複数の受信信号を整相加算処理するなどして受信ビームを形成し、診断領域内の全域から受信ビーム信号を収集する。つまり、送受信部１２は、ビームフォーマの機能を備えている。また、収集された受信ビーム信号（ＲＦ信号）は、検波処理等の受信信号処理を施される。これにより、各受信ビームごとにその受信ビームに沿って得られるラインデータが高密度化処理部２０へ送られる。
【００２７】
高密度化処理部２０は、超音波ビーム（送信ビームと受信ビーム）を走査することにより得られる複数フレームのフレームデータを高密度化する。高密度化処理部２０は、各フレーム内のデータに基づいてフレーム間に対応したデータを得ることにより、複数フレームのフレームデータをフレーム方向に高密度化する。つまり、フレームデータのフレーム密度が高められる。高密度化処理部２０における具体的な処理については後に詳述する。
【００２８】
デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３０は、高密度化処理部２０において高密度化されたフレームデータに対して座標変換処理等を施す。デジタルスキャンコンバータ３０は、例えば、超音波ビームの走査に対応した走査座標系で得られたフレームデータから、各フレームごとに座標変換処理や補間処理等を行って、表示座標系に対応したフレームデータを得る。
【００２９】
画像形成部４０は、デジタルスキャンコンバータ３０から得られるフレームデータ、つまり、高密度化されて表示座標系に変換された複数フレームのフレームデータに基づいて超音波画像を形成する。例えば、診断対象を含む三次元空間内から立体的に得られる複数フレームのフレームデータに基づいて、診断対象を立体的に映し出した三次元の超音波画像が形成される。また例えば、診断対象から複数時相に亘って得られる複数フレームのフレームデータに基づいて、診断対象を動的に映し出した動画の超音波画像が形成される。
【００３０】
画像形成部４０において形成された超音波画像は、必要に応じてグラフィックデータ等が合成され、表示部４２に表示される。そして、制御部５０は、図１の超音波診断装置内を全体的に制御する。
【００３１】
図１において、高密度化処理部２０は、デジタルスキャンコンバータ３０の前段に配置されているが、高密度化処理部２０は、デジタルスキャンコンバータ３０の後段に配置されてもよい。その場合には、送受信部１２から得られる複数フレームのフレームデータがデジタルスキャンコンバータ３０において表示座標系に変換され、表示座標系に変換された複数フレームのフレームデータが、高密度化処理部２０によりフレーム方向に高密度化され、高密度化された表示座標系に対応した複数フレームのフレームデータに基づいて、画像形成部４０が超音波画像を形成する。
【００３２】
なお、図１に示す構成（各機能ブロック）のうち、送受信部１２と高密度化処理部２０とＤＳＣ３０と画像形成部４０は、それぞれ、例えばプロセッサや電子回路等のハードウェアを利用して実現することができ、その実現において必要に応じてメモリ等のデバイスが利用されてもよい。表示部４２の好適な具体例は例えば液晶ディスプレイ等である。そして、制御部５０は、例えば、ＣＰＵやプロセッサやメモリ等のハードウェアと、ＣＰＵやプロセッサの動作を規定するソフトウェア（プログラム）との協働により実現することができる。
【００３３】
図１の超音波診断装置の全体構成は以上のとおりである。次に、当該超音波診断装置における高密度化処理について説明する。なお、図１に示した構成（ブロック）については以下の説明において図１の符号を利用する。
【００３４】
図２は、高密度化されるフレームデータの具体例を示す図である。図２には、超音波ビームを走査することにより得られる複数フレームのフレームデータについての具体例が図示されている。
【００３５】
例えば、深さ方向ｒに沿って形成される超音波ビームを方位方向θに電子的に走査することにより各フレームが形成され、各フレームをフレーム方向に電子的または機械的に移動させつつ立体的に超音波ビームを走査することにより、三次元空間内から立体的に複数フレームのフレームデータを得ることができる。この場合のフレーム方向は、各フレームが移動する空間的な方向（例えば方向φ）となる。ちなみに、超音波ビームの走査に対応した例えばｒθφ座標系で得られたフレームデータは、デジタルスキャンコンバータ３０において、表示に適した例えばｘｙｚ直交座標系のフレームデータに座標変換される。
【００３６】
また、深さ方向ｒに沿って形成される超音波ビームを方位方向θに電子的に走査して各時相ごとに各フレームを形成し、各フレームの位置をそのままとして複数時相に亘って超音波ビームを走査することにより、複数時相に対応した複数フレームのフレームデータを得ることができる。この場合のフレーム方向は、各フレームが得られた時相を示す時間方向となる。ちなみに、超音波ビームの走査に対応した例えばｒθ座標系で得られた各フレームのデータは、デジタルスキャンコンバータ３０において、表示に適した例えばｘｙ直交座標系のデータに座標変換される。
【００３７】
各フレームは、深さ方向ｒと方位方向θに沿って二次元的に配列される複数のラインデータで構成される。ラインデータは、超音波ビームの深さ方向ｒに沿って収集される。深さ方向ｒについては、浅部（プローブ１０に近い側）から深部（プローブ１０から遠い側）に亘って、超音波の受信信号を連続的に得ることができるため、比較的高密度に並ぶラインデータを得ることができる。例えば、１本の超音波ビームに沿って数千個のラインデータを得ることができ、数千個のラインデータをそのまま利用してもよいし、数千個のラインデータをリサンプリング（デシメンション）して得られる数百個のラインデータを利用してもよい。
【００３８】
そして、方位方向θに超音波ビームが走査され、超音波ビームの角度や位置を段階的にずらしつつ複数の超音波ビームが次々に形成される。各フレームごとに、例えば数十から百本程度の超音波ビームが形成され、二次元的に複数のラインデータが収集される。
【００３９】
さらに、例えば、三次元空間内においてフレーム位置をずらしつつ複数フレームが形成され、三次元的に複数のラインデータが収集されてフレームデータが構成される。又は、二次元平面内においてフレーム位置を固定しつつ複数時相に亘って複数フレームが形成され、二次元平面内において複数時相に亘って複数のラインデータが収集されてフレームデータが構成される。なお、三次元空間内から立体的に得られるフレームデータは、ボリュームデータと呼ばれ、さらに、複数時相に亘ってボリュームデータを得ることにより、三次元の動画による超音波画像を形成することも可能になる。
【００４０】
ところが、ボリュームデータを得るには、超音波ビームを立体的に走査して多数のラインデータを収集する必要があり、データの収集時間が長くなるため、ボリュームレート（単位時間あたりのボリューム数）に係る問題が懸念される。
【００４１】
例えば、ボリュームレートを維持しつつ、各フレーム内におけるライン密度（各フレームを構成するラインデータの密度）を高めるためには、フレーム方向におけるフレーム密度（単位長さあたりのフレーム数）を低くする必要がある。また、ボリュームレートを維持しつつ、フレーム密度を高めるためにはライン密度を低くする必要がある。つまり、ボリュームレートを維持する場合に、ライン密度とフレーム密度は、互いにトレードオフの関係にある。一般的には、電子走査により各フレーム内において比較的高密度にラインデータが得られているため、ライン密度を高密度に維持して電子走査面の画質が重視され、フレーム密度が低密度となる傾向にある。
【００４２】
そこで、高密度化処理部２０は、各フレームを構成する比較的高密度なデータ（ラインデータ）に基づいて、フレーム間に対応したデータを得ることにより、比較的低密度なフレーム方向のフレーム密度を高める。高密度化処理部３０は、複数フレームのフレームデータ内において、フレーム方向に対応したテンプレートを配置し、各フレーム内でウィンドウを移動させてテンプレートに適合するウィンドウを探索することにより、テンプレートに適合するウィンドウ内のデータに基づいてテンプレート内のフレーム間に対応したデータを得て、フレームデータをフレーム方向に高密度化する。
【００４３】
図３は、フレーム方向の高密度化を説明するための図であり、テンプレートとウィンドウを利用した探索の具体例を示している。図３には、フレームＦ１〜Ｆ６を含む複数フレームのフレームデータと、それら複数フレームのフレームデータ内に配置されるテンプレートＴと、各フレーム内において移動して探索に利用されるウィンドウＩが図示されている。
【００４４】
図３に示す具体例において、テンプレートＴは、複数フレームの配列方向であるフレーム方向に伸長された１次元形状である。フレームデータの中でフレーム方向に沿って並ぶデータをフレーム方向データとすると、図３のテンプレートＴ内には、６枚のフレームＦ１〜Ｆ６に属する６個のデータＴ１〜Ｔ６からなるフレーム方向データが含まれている。
【００４５】
なお、テンプレートＴは、フレーム方向に対応した形体（形状や伸長方向）であることが望ましいものの、必ずしもフレーム方向に平行でなくてもよい。例えば、フレーム方向に対して斜めに傾いたテンプレートＴが設定されてもよい。また、テンプレートＴは、１次元形状に限らず、２次元形状（矩形その他の多角形、円形や楕円形など）であってもよいし、３次元形状のテンプレートＴが利用されてもよい。
【００４６】
また、図３に示す具体例において、ウィンドウＩは、超音波ビームの深さ方向ｒに伸長された１次元形状である。各フレームを構成するデータのうち、深さ方向ｒに沿って並ぶデータを深度方向データとすると、図３のウィンドウＩ内には、６個のデータＳ３１〜Ｓ３６（又はデータＳ４１〜Ｓ４６）を含む深度方向データが含まれている。
【００４７】
なお、ウィンドウＩは、深さ方向ｒに対応した形体（形状や伸長方向）であることが望ましいものの、必ずしも深さ方向ｒに平行でなくてもよい。例えば、深さ方向ｒに対して斜めに傾いたウィンドウＩが設定されてもよい。また、方位方向θに対応したウィンドウＩが設定されてもよい。例えば、方位方向θに平行なウィンドウＩや方位方向θに対して斜めに傾いたウィンドウＩが設定されてもよい。さらに、ウィンドウＩは、１次元形状に限らず、２次元形状（矩形その他の多角形、円形や楕円形など）であってもよいし、３次元形状のウィンドウＩが利用されてもよい。
【００４８】
そして、テンプレートＴとウィンドウＩは、互いに伸長方向が異なっているものの、互いに同一の形状であることが望ましい。また、テンプレートＴ内のデータの間隔と、ウィンドウＩ内において選択されるデータの間隔は、実空間上において互いに等しいことが望ましい。
【００４９】
高密度化処理部２０は、ウィンドウＩの探索領域を設定し、探索領域となる各フレーム内においてウィンドウＩを移動させて、テンプレートＴに適合するウィンドウＩを探索する。高密度化処理部２０は、例えば、テンプレートＴに対応したフレームを基準として探索領域を設定することが望ましい。図３に示す具体例において、テンプレートＴは、フレームＦ３とフレームＦ４の間に挿入されるフレームＦ３´に対応している。そこで、高密度化処理部２０は、例えば、テンプレートＴに対応したフレームＦ３´に隣接するフレームＦ３とフレームＦ４を探索領域とする。そして、高密度化処理部３０は、フレームＦ３内とフレームＦ４内においてウィンドウＩを移動させて、テンプレートＴに適合するウィンドウＩを探索する。
【００５０】
なお、探索領域は、テンプレートＴに対応したフレームに隣接するフレームのみに限定されない。例えば、テンプレートＴに対応したフレームから、数フレーム離れたフレームまでを探索領域としてもよい。また、複数フレームのフレームデータによりボリュームデータが構成され、複数時相に亘ってボリュームデータが得られる場合には、テンプレートＴが配置された時相のボリュームデータに含まれる１つ以上のフレームに加えて、他の時相、例えば隣接する時相のボリュームデータに含まれる１つ以上のフレームが、探索領域とされてもよい。
【００５１】
高密度化処理部２０は、テンプレートＴを配置してウィンドウＩの探索領域を設定すると、テンプレートＴに属するデータ（フレーム方向データ）とウィンドウＩに属するデータ（深度方向データ）との間のパターンマッチングにより、テンプレートＴに適合するウィンドウＩを探索する。高密度化処理部２０は、テンプレートＴ内のデータと、テンプレートＴ内のデータ間隔でウィンドウＩ内から選択されるデータとの間の類似度に基づいたパターンマッチングにより、テンプレートに適合するウィンドウを探索する。
【００５２】
例えば、図３に示す具体例において、テンプレートＴとフレームＦ４内のウィンドウＩとの間における類似度は、テンプレートＴに属する６個のデータＴ１〜Ｔ６と、それら６個のデータＴ１〜Ｔ６と実空間内において同じ間隔でウィンドウＩ内から選択される６個のデータＳ４１〜Ｓ４６との間において評価される。
【００５３】
図４は、類似度の評価を説明するための図であり、図４には、テンプレートＴとウィンドウＩの具体例が図示されている。類似度の評価においては、例えば、数１式に示す輝度差二乗和（ＳＳＤ）や数２式に示す輝度差絶対和（ＳＡＤ）などを代表とする類似度の演算を利用することができる。
【００５４】
【数１】
2015188516.tif 000003
【００５５】
【数２】
2015188516.tif 000004
【００５６】
なお、図１の超音波診断装置は、例えば、深さに応じたゲイン調整（ＳＴＣ等）や、方位方向のゲイン調整（ＡＮＧＬＥＧＡＩＮ等）により、超音波画像内のゲインを局所的に調整することができる。そのため、パターンマッチングにおいては、明るさ（輝度の大きさ）にロバストな評価値を利用することが望ましい。そこで、その評価値として、次式に示すＺＳＡＤ（Zero-mean Sum of Absolute Difference）を定義し、高密度化処理部２０は、パターンマッチングにおいて次式のＺＳＡＤを利用して類似度を演算してもよい。
【００５７】
【数３】
2015188516.tif 000005
【００５８】
図４に示す符号は、数１式から数３式における変数に対応している。例えば、ＬとＭとＮは、テンプレートＴのサイズを示している。Ｌは、テンプレートＴのフレーム方向の大きさ、つまりフレーム方向に並ぶデータ数を示している。Ｍは、テンプレートＴの方位方向の大きさ、つまり方位方向に並ぶデータ数を示している。そして、Ｎは、テンプレートＴの深度方向の大きさ、つまり深度方向に並ぶデータ数を示している。図４に示す具体例では、Ｌ＝４，Ｍ＝１，Ｎ＝１である。
【００５９】
Ｔ（ｉ＋ｐ，ｊ＋ｑ，ｋ＋ｒ）は、テンプレートＴ内の各データ（各画素）の値（画素値）を示しており、ｉ＋ｐは方位方向の座標、ｊ＋ｑは深度方向の座標、ｋ＋ｒはフレーム方向の座標（フレーム番号）である。
【００６０】
また、Ｉ（ａ＋ｐ，ｂ＋ｄ・ｒ，ｃ＋ｑ）は、ウィンドウＩ内の各データ（各画素）の値（画素値）を示しており、ａ＋ｐは方位方向の座標、ｂ＋ｄ・ｒは深度方向の座標であり、ｃ＋ｑはフレーム方向の座標（フレーム番号）である。ウィンドウＩ内においては、テンプレートＴ内のフレーム方向のデータ間隔で深度方向の各データが選択される。その選択におけるデータ間隔がｄであり、ウィンドウＩ内から、深さ方向に沿って並ぶｄ個のデータごとに１つのデータが選択される。
【００６１】
なお、図４と数１式から数３式において、フレーム数（複数フレームの総数）はＤであり、各フレーム内におけるライン数（各フレームを構成するライン総数）はＷであり、各フレーム内の１ラインあたりのデータ数（１ラインを構成するデータ総数）はＨである。
【００６２】
図３に戻り、パターンマッチングにおいては、探索領域となる各フレーム内で、ウィンドウＩを深さ方向ｒに沿って段階的に移動しつつ、例えば深さ方向ｒに沿って高密度に並ぶデータの１つ分ずつウィンドウＩを移動しつつ、各位置において、ウィンドウＩとテンプレートＴとの間で、例えば数１式から数３式のいずれかにより、類似度の評価値が算出される。さらに、方位方向θに沿って超音波ビームの１本分だけ位置をずらして、深さ方向ｒに沿ってウィンドウＩを移動しつつ、各位置において類似度の評価値が算出される。なお、ウィンドウＩは、深さ方向ｒに沿って数データ間隔で、方位方向θに沿って数ビーム間隔で、段階的に移動させてもよい。
【００６３】
こうして、探索領域となる１つ以上のフレーム内の全域に亘ってウィンドウＩを移動させつつ、各位置において類似度の評価値が算出される。なお、各フレーム内の一部が探索領域とされてもよい。そして、探索領域内において、例えば、類似度の評価値が最小値となる位置におけるウィンドウＩが、テンプレートＴに適合するウィンドウＩとされる。
【００６４】
なお、各フレームを構成するデータ（深さ方向ｒに並ぶラインデータ）は、デシメンション（リサンプリング）前後のいずれでもよい。デシメンション前であればデータが多数であるためパターンマッチングの精度が高まり、デシメンション後であればデータが間引かれているためパターンマッチングの演算負荷を軽減できる。
【００６５】
テンプレートＴに適合するウィンドウＩが探索されると、そのウィンドウＩから得られる高密度化データにより、テンプレートＴ内のデータが高密度化される。図３に示す具体例においては、テンプレートＴに適合するウィンドウＩとして、フレームＦ４のウィンドウＩが選択され、そのウィンドウＩ内から得られるデータＳＲが高密度化データとなり、テンプレートＴのデータＴ３とデータＴ４の間に挿入される。つまり、フレームＦ３´のデータとして、高密度化データであるデータＳＲが挿入される。
【００６６】
テンプレートＴに適合するウィンドウＩは、探索領域内において、例えば数１式から数３式のいずれかの評価値が最小となるウィンドウＩであり、テンプレートＴに最も類似した画像部分である。テンプレートＴはフレーム方向に対応し、ウィンドウＩは深さ方向ｒ（方位方向θでもよい）に対応しており、互いに対応する方向が異なるものの、テンプレートＴとそれに適合するウィンドウＩは最も類似した画像部分であり、超音波の音響的な振る舞いや組織の性状等が互いに酷似している可能性が極めて高い。
【００６７】
そこで、図３に示す具体例のように、テンプレートＴに適合するウィンドウＩから得られるデータＳＲが高密度化データとされ、テンプレートＴのフレーム方向に並ぶデータの隙間に挿入される。なお、ウィンドウＩ内における高密度化データの位置と、テンプレートＴ内における高密度化データの挿入位置は、互いに等しいことが望ましい。例えば図３に示す具体例のように、ウィンドウＩの中心から得られた高密度化データがテンプレートＴの中心に挿入されることが望ましい。なお、ウィンドウＩの中心以外のデータの中から高密度化データが選択されてもよい。また、ウィンドウＩ内のデータに基づいた演算により高密度化データが算出されてもよい。
【００６８】
図５は、高密度化データの算出例を示す図である。図５には、テンプレートＴ内の輝度パターン（画素値７０，８０，７５，５０）と、ウィンドウＩ内の輝度パターン（画素値１００，１１０，１０５，８０）の具体例が図示されている。
【００６９】
図５に示す具体例において数２式のＳＡＤを利用するとＲSAD＝１２０となる。これに対し、図５に示す具体例において、数３式のＺＳＡＤを利用するとＲZSAD＝０となり、図５のテンプレートＴに適合するウィンドウＩとして、図５のウィンドウＩが選出される可能性が高まる。つまり、数３式のＺＳＡＤを利用することにより、例えばゲイン調整等がある場合においても、輝度パターンからゲイン調整等による全体的な（平均的な）変動成分を差し引いて類似度を評価することができ、パターンマッチングの精度が高められる。
【００７０】
また、図５に示す具体例において、ウィンドウＩ内の画素Ｄ（画素値Ｄ）をテンプレートＴ内の画素間（フレーム間）に挿入して画素Ｄ´（画素値Ｄ）とする場合には、次式に基づいて画素値が決定される。
【００７１】
【数４】
2015188516.tif 000006
【００７２】
図３に戻り、高密度化処理部２０は、テンプレートＴ、つまりフレームＦ３´に対応したテンプレートＴを、深さ方向ｒと方位方向θに移動させることにより、フレームＦ３´の全域に亘って複数位置にテンプレートＴを配置し、各位置においてテンプレートＴに適合するウィンドウＩを探索する。これにより、複数位置においてテンプレートＴに挿入する高密度化データを決定し、フレームＦ３´のデータを形成する。さらに、高密度化処理部２０は、図３に示すフレームＦ１´，Ｆ２´，Ｆ４´，Ｆ５´，・・・についても、各フレームごとにそのフレームの全域に亘って複数位置にテンプレートＴを配置し、各位置においてテンプレートＴに適合するウィンドウＩを探索することにより、複数位置においてテンプレートＴに挿入する高密度化データを決定し、各フレームのデータを形成する。
【００７３】
こうして、例えば、図３に示す具体例のように、超音波の送受により得られた当初の複数フレームＦ１〜Ｆ６（オリジナルフレーム）に、パターンマッチングに基づいて得られた複数フレームＦ１´〜Ｆ５´（挿入フレーム）が挿入され、複数フレームからなるフレームデータのフレーム密度が高められる。つまり、フレームデータがフレーム方向に高密度化される。
【００７４】
図６は、フレーム方向における高密度化の具体例１を説明するための図である。図６に示す具体例１は、複数フレームのフレームデータから、高密度化されたボリュームデータを形成する例である。
【００７５】
図６において、フレームＦ１〜Ｆ６を含む複数フレームのオリジナルフレームは、超音波を送受して得られた高密度化処理前のフレームデータである。オリジナルフレームのフレームデータは、例えば１ボリュームごとに３Ｄメモリ等に記憶される。そして、オリジナルフレームのフレームデータから、図３を利用して説明した処理により、高密度化処理部２０が、フレームＦ１´〜Ｆ５´の挿入フレームを形成する。
【００７６】
さらに、高密度化処理部２０は、オリジナルフレームと挿入フレームを合成して、高密度化されたボリュームデータを形成する。例えば、図６に示すように、フレームＦ１とフレームＦ２の間にフレームＦ１´が挿入され、フレームＦ２とフレームＦ３の間にフレームＦ２´が挿入され、フレームＦ３とフレームＦ４の間にフレームＦ３´が挿入され、フレームＦ４とフレームＦ５の間にフレームＦ４´が挿入され、フレームＦ５とフレームＦ６の間にフレームＦ５´が挿入されて、高密度化されたボリュームデータが形成される。
【００７７】
図７は、フレーム方向における高密度化の具体例２を説明するための図である。図７に示す具体例２は、複数時相に対応した複数フレームのフレームデータから、二次元超音波画像の動画（例えばリアルタイムのＢモード画像）を形成する例である。
【００７８】
図７において、フレームＦ１〜Ｆ６を含む複数フレームのオリジナルフレームは、超音波を送受して得られた高密度化処理前のフレームデータである。例えば、時相の古い方（過去）から、フレームＦ１，フレームＦ２，フレームＦ３，・・・の順に、各時相ごとに各フレームが生成される。次々に生成されたフレームは、一時的に、フレームバッファに記憶される。例えば、少なくとも探索領域（図３）として必要な複数のフレームが、フレームバッファに一時的に記憶される。
【００７９】
そして、次々にフレームバッファに記憶されるオリジナルフレームのフレームデータから、図３を利用して説明した処理により、高密度化処理部２０がフレームＦ１´〜Ｆ５´の挿入フレームを次々に形成する。
【００８０】
さらに、高密度化処理部２０は、セレクタにより、オリジナルフレームの各フレームと挿入フレームの各フレームを時相順に交互に選択して、フレーム方向つまり時相方向に高密度化されたフレームデータを出力する。例えば、図７に示すようにフレームＦ１，フレームＦ１´，フレームＦ２，フレームＦ２´，フレームＦ３，フレームＦ３´，・・・の順に各フレームが出力される。これにより、オリジナルフレームのみの場合のフレームレートよりも、フレームレートが高められる。
【００８１】
以上に説明したように、オリジナルフレームに挿入フレームを挿入することにより、フレームデータがフレーム方向に高密度化される。その際に、オリジナルフレームと挿入フレームは、画質等において大きく相違しないことが望ましい。そこで、図１の超音波診断装置は、オリジナルフレームに対する各種処理と同等な処理を挿入フレームに対して実行する。
【００８２】
図８は、オリジナルフレームに対する各種処理を説明するための図である。図８には、オリジナルフレームの各フレームを構成するラインデータに対する各種処理が図示されている。なお、図８に示す各種処理は、例えば、送受信部１２または高密度化処理部２０が実行する。
【００８３】
（Ａ）は、送受信部１２において得られるオリジナルのラインデータを示している。（Ａ）に示すオリジナルのラインデータは、超音波ビーム（受信ビーム）１本分のデータであり、例えば数百から数千個程度のサンプリングデータで構成される。
【００８４】
図１の超音波診断装置は、オリジナルのラインデータに対して、深さ方向ｒのフィルタ処理を施す。例えば、深さ方向ｒに並ぶいくつかのサンプリングデータを対象としたＦＩＲフィルタ処理が施される。図８の（Ａ）には、フィルタ処理の具体例として、ｎ個（ｎは自然数）のサンプリングデータを対象としたｎＴａｐ（タップ）ＦＩＲフィルタが図示されている。例えば、深さ方向ｒに沿ってｎＴａｐＦＩＲフィルタのウィンドウ（ｎ個分のデータ範囲）を１データずつシフトさせながら、次々にフィルタ処理後のデータを得ることにより、（Ｂ）に示すフィルタ後のラインデータが得られる。
【００８５】
図１の超音波診断装置は、図８の（Ｂ）に示すフィルタ後のラインデータをリサンプリング処理して、（Ｃ）に示すリサンプリング後のラインデータを得る。例えば、深さ方向ｒに並ぶフィルタ後のラインデータから、数データ間隔でサンプリングデータが抽出されて、リサンプリング後のラインデータが得られる。
【００８６】
なお、ｎＴａｐＦＩＲフィルタを数データずつシフトさせてフィルタ処理後のデータを得ることにより、（Ａ）に示すオリジナルのラインデータから、直接的に、（Ｃ）に示すリサンプリング後のラインデータを得るようにしてもよい。
【００８７】
図１の超音波診断装置は、図８の（Ｃ）に示すリサンプリング後のラインデータ、つまり（Ｃ´）に示すラインデータにより構成される複数フレームのフレームデータをオリジナルフレームとする。そして、そのオリジナルフレームから、図３を利用して説明したパターンマッチング処理により、挿入フレームを形成する。図１の超音波診断装置は、形成された挿入フレームに対して、以下に説明する深さ方向ｒのフィルタ処理を施す。
【００８８】
図９は、挿入フレームに対する深さ方向のフィルタ処理を説明するための図である。図９には、１つの（１枚の）挿入フレームが示されている。つまり、超音波ビームの深さ方向ｒと超音波ビームの方位方向θが示されており、深さ方向ｒに沿って並ぶ複数の白丸印（塗り潰されていない丸印）が、パターンマッチング処理（図３）により得られたデータ（高密度化データ）である。
【００８９】
図１の超音波診断装置は、図９の挿入フレームを構成する高密度化データ（白丸）に対して、図８のオリジナルラインデータに対する深さ方向ｒのフィルタ処理と同程度のフィルタ処理を施す。同程度とは、例えば、実空間内におけるフィルタの長さ（データ数）が互いに同じ又は実質的に同じであり、各データに対する重みづけ（フィルタ係数）が互いに同じ又は実質的に同じである場合などである。
【００９０】
具体的には、オリジナルラインデータに対して図８（Ａ）に示すｎＴａｐＦＩＲフィルタが利用された場合に、挿入フレームの高密度化データに対して、図９に示すように、３個のデータを対象とした３Ｔａｐ（タップ）ＦＩＲフィルタが施される。図８（Ａ）に示すｎＴａｐＦＩＲフィルタは、フィルタの長さがｎデータであり、実空間内における長さが、図８（Ｃ）における３個のデータ（例えばＲ１〜Ｒ３）に相当する。そこで、図９に示す挿入フレームの高密度化データに対して、オリジナルラインデータの３個に相当する長さの３ＴａｐＦＩＲフィルタが適用される。
【００９１】
また、例えば、ｎＴａｐＦＩＲフィルタ（図８）の先頭データの係数と中心データの係数と最終データの係数を、必要に応じて規格化処理して、３ＴａｐＦＩＲフィルタ（図９）の先頭データの係数と中心データの係数と最終データの係数とする。
【００９２】
なお、上述したフィルタの長さや重みづけは１つの具体例であり、フィルタの長さや重みづけは上記具体例に限定されない。また、ユーザがフィルタの長さや重みづけを調整できる構成としてもよい。
【００９３】
次に、高密度化処理部２０の変形例について説明する。高密度化処理部２０は、フィルタ処理後のデータに基づいてパターンマッチングを行ってもよい。
【００９４】
図１０は、高密度化処理部２０における処理の変形例を説明するための図である。図１０に示す変形例において、高密度化処理部２０は、図１の送受信部１２から得られるラインデータに対して、ノイズ除去または平滑化のためのフィルタ処理を施す（Ｓ２１）。これにより、パターンマッチングにおいて悪影響を与えるノイズが除去される。
【００９５】
続いて、高密度化処理部２０は、ノイズが除去されたラインデータで構成されるオリジナルフレームのフレームデータ内において、テンプレートＴとウィンドウＩを設定してパターンマッチング処理を行う（Ｓ２２，図３参照）。これにより、挿入フレームを構成するデータが選出される。
【００９６】
そして、高密度化処理部２０は、送受信部１２から得られるラインデータで構成されるオリジナルフレームのフレームデータ内に、Ｓ２２で選出されたデータの位置に該当する送受信部１２からのラインデータを高密度化データとして挿入して、フレームデータを高密度化する（Ｓ２３，図５参照）。高密度化されたフレームデータは、図１のデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）３０に出力される。
【００９７】
図１０に示す変形例では、Ｓ２１においてフィルタ処理を施されたラインデータに基づいて、Ｓ２２においてパターンマッチングにより挿入フレームを構成するデータが選出されるため、ノイズに伴うパターンマッチングの精度の低下を抑制できる。また、Ｓ２３においては、送受信部１２から得られるラインデータ、つまりＳ２１のフィルタ処理前の当初のラインデータに基づいて、フレームデータが高密度化されるため、当初のラインデータを尊重した高密度化が実現できる。
【００９８】
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。
【符号の説明】
【００９９】
１０  プローブ、１２  送受信部、２０  高密度化処理部、３０  デジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）、４０  画像形成部、４２  表示部、５０  制御部。
【図１】
2015188516.tif 000007
【図２】
2015188516.tif 000008
【図３】
2015188516.tif 000009
【図４】
2015188516.tif 000010
【図５】
2015188516.tif 000011
【図６】
2015188516.tif 000012
【図７】
2015188516.tif 000013
【図８】
2015188516.tif 000014
【図９】
2015188516.tif 000015
【図１０】
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