(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の三次元空間において超音波ビームを二次元走査することにより取得されたボリュームデータを処理する超音波画像処理装置において、
前記ボリュームデータに対して任意切断面を設定する任意切断面設定手段と、
前記任意切断面に対応する任意断層画像を形成する任意断層画像形成手段と、
前記任意断層画像に対して互いに異なる複数の画像処理を適用する画像処理手段と、
前記ボリュームデータに対して定義される複数の基準面に対する任意切断面の傾きに応じて前記複数の画像処理に対する重みを設定する重み設定手段と、
前記複数の画像処理が適用された後の任意断層画像を表示する表示手段と、
を含むことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記超音波ビームが電子走査方向に電子走査され、その電子走査によって形成される走査面が機械走査方向に機械走査され、
前記複数の基準面は、深さ方向及び電子走査方向によって定義される電子面、深さ方向及び機械走査方向によって定義される機械面、並びに、深さ方向に交差する交差面を含む基準面グループの中から選択された少なくとも２つ面であり、
前記複数の画像処理は前記複数の基準面に適合する複数の画像処理である、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記複数の基準面に対する任意切断面の傾きとして、前記任意切断面の法線についての複数の座標成分を演算し、前記複数の座標成分を前記重み設定手段に対して与える制御部を含む、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記超音波ビームが電子走査方向に電子走査され、その電子走査によって形成される走査面が機械走査方向に機械走査され、
前記複数の基準面は、深さ方向及び電子走査方向によって定義される電子面、深さ方向及び機械走査方向によって定義される機械面、並びに、深さ方向に交差する交差面であり、
前記複数の画像処理は、前記電子面用の画像処理、前記機械面用の画像処理、及び、前記交差面用の画像処理であり、
前記複数の重みとして、上記３つの画像処理用の３つの重みを演算し、それらの重みを前記重み設定手段に与える制御部を含み、
前記電子面用の画像処理後の任意断層画像、前記機械面用の画像処理後の任意断層画像、及び、前記交差面用の画像処理後の任意断層画像を重み付け加算し、これにより表示用の任意断層画像を形成する加算手段を含む、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波画像処理装置に関し、特に、ボリュームデータに基づいて任意切断面に対応する任意断層画像を形成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断では超音波ビームの二次元走査によってボリュームデータが取得される。具体的には、超音波ビームを二次元電子走査することにより、あるいは、超音波ビームの一次元電子走査により形成される走査面を機械走査することにより、ボリュームデータが取得される。後者の場合、典型的な三次元空間は電子走査方向及び機械走査方向の両方向に末広がりの形態を有する（特許文献１参照）。
【０００３】
そのような三次元空間が形成される場合、それについては複数の基準面として、深さ方向と電子走査方向とで定義される電子面、深さ方向と機械走査方向とで定義される機械面、中心深さ軸に直交する交差面（横断面であり、水平面又は湾曲面）、を観念できる（特許文献１参照）。電子走査方向には超音波ビームが例えば１００本程度形成されるのに対して機械走査方向には超音波ビーム（走査面）が例えば３０本程度しか形成されない。隣接する超音波ビーム間の間隔は深くなればなるほど広がる。
【０００４】
電子面に相当する断層画像（電子面画像）と機械面に相当する断層画像（機械面画像）では分解能が相違するから必要な補間処理の度合いも相違する。これにより電子面画像よりも機械面画像の方が補間に起因する横流れの度合いが強くなる。電子走査方向においては電子フォーカス技術による集束作用が適用され、機械走査方向においては音響レンズによる集束作用しか期待できないから、それも電子面画像と機械面画像の画質を相違させる要因となる。交差面に相当する断層画像（交差面画像）は、それがプローブ近傍に設定されるならば兎も角、通常、ある程度の深さに設定されるから、その場合にはプローブ近傍の多重反射等による影響を受けない。これに対して、電子面画像や機械面画像においては、プローブ近傍において多重反射による縞模様が表れる。このように、電子面画像、機械面画像、交差面画像それぞれについてノイズやアーチファクトの現れ方は異なり、つまりそれぞれの画質は異なる。
【０００５】
従来、三次元空間（ボリュームデータ）に対して任意切断面を設定し、それに対応する断層画像（Ｂモード画像）を任意断層画像として表示することも行われている。任意切断面は三次元空間に対して任意の位置かつ任意の角度で設定することが可能である。しかし、従来において、任意切断面の角度等に応じてその画像処理条件（フィルタ条件）を適応的に可変することまでは行われていない。任意断層画像表示を拡張した方式として、直交関係にある３つの任意切断面（任意切断面セット）に対応する３つの任意断層画像を同時に表示することも行われている。直交関係を維持したまま、任意切断面セットをボリュームデータに対して相対的に任意に回転させることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３２５５１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、任意断層画像の画質を優良化することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、任意切断面の性質に応じて画像処理の内容が適応的に設定されるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、生体内の三次元空間において超音波ビームを二次元走査することにより取得されたボリュームデータを処理する超音波画像処理装置において、前記ボリュームデータに対して任意切断面を設定する任意切断面設定手段と、前記任意切断面に対応する任意断層画像を形成する任意断層画像形成手段と、前記任意断層画像に対して互いに異なる複数の画像処理を適用する画像処理手段と、前記ボリュームデータに対して定義される複数の基準面に対する任意切断面の傾きに応じて前記複数の画像処理に対する重みを設定する重み設定手段と、前記複数の画像処理が適用された後の任意断層画像を表示する表示手段と、を含む。
【００１０】
ボリュームデータに対する任意切断面の設定角度によって任意断層画像の画質が相違することになるから、任意切断面の設定角度によって任意断層画像に適用される画像処理の内容を異ならせるのが望ましい。その場合、複数の画像処理を用意しておいて個々の画像処理の寄与度を変えるのが望ましい。例えば、任意切断面が電子面に近いならば任意断層画像に対して電子面用の画像処理が支配的に適用されるようにするのが望ましく、任意切断面が機械面に近いならば任意断層画像に対して機械面用の画像処理が支配的に適用されるようにするのが望ましい。重みの設定の概念にはオンオフの切り替えが含まれ得る。このように三次元空間内における任意切断面の状況に応じて画像処理内容を異ならせれば任意断層画像の画質を向上させることが可能となる。換言すれば画像処理内容を状況に相応しいものにできる。
【００１１】
望ましくは、前記超音波ビームが電子走査方向に電子走査され、その電子走査によって形成される走査面が機械走査方向に機械走査され、前記複数の基準面は、深さ方向及び電子走査方向によって定義される電子面、深さ方向及び機械走査方向によって定義される機械面、並びに、深さ方向に交差する交差面を含む基準面グループの中から選択された少なくとも２つ面であり、前記複数の画像処理は前記複数の基準面に適合する複数の画像処理である。望ましくは、前記複数の基準面に対する任意切断面の傾きとして、前記任意切断面の法線についての複数の座標成分が演算される。
【００１２】
前記複数の画像処理は、電子面用の画像処理、機械面用の画像処理、交差面用の画像処理であり、前記複数の重みとして、上記３つの画像処理用の３つの重みが演算され、前記電子面用の画像処理後の任意断層画像、前記機械面用の画像処理後の任意断層画像、及び、前記交差面用の画像処理後の任意断層画像が重み付け加算され、これにより表示用の任意断層画像が形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、任意断層画像の画質を優良化できる。あるいは、三次元空間を構成する各軸の性質に応じた画像処理を任意断層画像に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る超音波画像処理装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】三次元空間に相当するボリュームデータを説明するための図である。
【図３】ボリュームデータに対して定義される３つの基準面を示す図である。
【図４】交差面の他の例を示す図である。
【図５】ボリュームデータに対して設定される任意切断面を示す図である。
【図６】任意切断面上に設定される複数のエリアを説明するための図である。
【図７】画像処理部の他の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、本発明に係る超音波画像処理装置の好適な実施形態が示されている。図１に示す超音波画像処理装置は超音波診断装置である。この超音波診断装置は医療機関等に設置され、超音波の送受波により生体の超音波画像を形成する装置である。
【００１７】
図１において、３Ｄプローブ１０は、生体の表面上に当接して用いられるものであり、３Ｄプローブ１０は、１Ｄアレイ振動子ユニットと、その１Ｄアレイ振動子ユニットを機械的に走査する走査機構と、を有している。１Ｄアレイ振動子ユニットは、１Ｄアレイ振動子を備え、それは複数の振動素子からなるものである。複数の振動素子は円弧状に配列されており、これによってコンベックス型の振動子が構成されている。その振動子の配列方向あるいはそれに沿ったが方向電子走査方向である。もちろん、複数の振動素子が直線状に配列されてもよい。走査機構は、１Ｄアレイ振動子ユニットを機械走査方向に揺動運動させるものである。もちろん、平行運動させるように構成することも可能である。超音波ビームの電子走査と１Ｄアレイ振動子ユニットの機械走査とにより後に図２に示すボリュームデータが取得される。３Ｄプローブ１０が体腔内に挿入されてもよい。また３Ｄプローブが２Ｄアレイ振動子を備えていてもよい。ただし、後述する画像処理部による作用は、特に、１Ｄアレイ振動子を機械走査する場合において有効なものである。
【００１８】
送受信部１２は送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマとして機能する。送信時において、送受信部１２は１Ｄアレイ振動子に対して複数の送信信号を供給する。これによって送信ビームが形成される。受信時において、生体内からの反射波が１Ｄアレイ振動子にて受波され、これにより複数の受信信号が生成される。それらは送受信部１２に送られる。送受信部１２においては、複数の受信信号に対する整相加算処理を実行し、これによってビームデータを取得する。電子走査方式として、本実施形態においては、電子コンベックス走査方式が採用されている。もちろん、電子セクタ走査方式等、他の方式が採用されてもよい。
【００１９】
３Ｄメモリ１４は、超音波ビームが走査される三次元空間に対応した三次元の記憶空間を有している。各ビームデータを構成する複数のエコーデータは、３Ｄメモリ１４上における対応アドレスにマッピングされる。データ書き込み時において座標変換が実行されてもよいが、データ読み出し時において座標変換が実行されてもよい。
【００２０】
三次元画像形成部１６は、ボリュームデータに基づいてボリュームレンダリング法等を適用することにより三次元画像を形成するモジュールである。この場合において、サーフェイスレンダリング法等が適用されてもよい。三次元画像のデータは表示処理部１８に送られ、表示部４０上において三次元画像が表示される。
【００２１】
一方、任意断層画像形成部２０は、三次元空間すなわちボリュームデータに対して設定された任意切断面に対応するＢモード画像（断層画像）を形成するモジュールである。任意切断面として直交関係にある３つの任意切断面が同時に設定されるようにしてもよい。図１においては、説明簡略化のため、１つの任意切断面が設定される場合の構成が示されている。任意切断面は、ボリュームデータに対して任意の位置かつ任意の角度で設定することが可能である。この場合において、任意切断面自体を固定しておいてボリュームデータ側を回転させるようにしてもよいし、その逆の回転が行われてもよい。任意切断面に対応する任意断層画像のデータは画像処理部２２へ出力されている。
【００２２】
画像処理部２２は、任意切断面の設定角度に基づいてそれにふさわしい画像処理を適用するモジュールである。本実施形態においては、３つのフィルタが用意されており、図１においてはそれらがフィルタＡ２４、フィルタＢ２６、フィルタＣ２８として示されている。それぞれのフィルタは、ノイズ除去、平滑化、エッジ強調、補間処理、等を行うものであってもよく、ここでフィルタＡは電子面画像に適する処理内容をもったフィルタであり、フィルタＢは機械面画像に適する処理を行うフィルタであり、フィルタＣは交差面画像に適する処理を行うフィルタである。既に説明したように、電子面画像、機械面画像及び交差面画像のそれぞれは画像形成条件が異なり、すなわち画質が異なるから、それぞれに対して最適な画像処理を行うのが望ましい。任意切断面はボリュームデータに対して任意の角度に設定されるから、任意切断面が電子面、機械面及び交差面のそれぞれに対してどの程度近いのかの度合いに応じて各フィルタの適用度合いが適用的に可変設定されるように構成されている。具体的には、３つのフィルタ２４，２６，２８の後段には３つの乗算器３０，３２，３４が設けられ、それぞれの乗算器には重みａ，ｂ，ｃが与えられている。それぞれの重みの値を可変することによりそれぞれのフィルタの作用の度合いを異ならせることが可能である。
【００２３】
３つの乗算器３０，３２，３４の出力として、重み付け後の任意断層画像データが得られ、それらが加算器３８において合成される。ここで、重みａ，ｂ，ｃはそれら合わせて１となるように設定されており、重み付け後において輝度が大幅に変更されてしまうことはない。加算器３８から出力される画像データは表示処理部１８を経由して表示部４０に送られ、表示部４０には任意断層画像が表示される。その場合においては、任意切断面の設定角度に応じた最適な組合せで画像処理が行われるので、画質が向上された任意断層画像を画像表示することが可能である。
【００２４】
制御部４２は図１に示される各構成の動作制御を行っており、制御部４２には入力部４４が接続されている。入力部４４は例えばキーボードやトラックボールなどを含む操作パネルである。ユーザは入力部４４を利用してボリュームデータに対して任意の位置かつ任意の角度で任意切断面を設定することが可能である。制御部４２は重み設定部３６に対して任意切断面の傾きあるいは向きに関する情報を与えており、本実施形態においては任意切断面についての法線ベクトルの情報が与えられている。この場合においては、後に説明するように法線ベクトルにおける各軸の成分が参照されている。
【００２５】
図２にはボリュームデータＶが示されている。ｒが深さ方向を示しており、θが電子走査方向を示しており、φが機械走査方向を示している。超音波ビームＢを電子走査方向に電子的に走査することにより走査面Ｓが構成され、その走査面Ｓは機械走査方向に機械的に走査される。これによって複数の走査面が構成されることになる。電子走査方向において超音波ビームの配列は高密度であり、その一方、機械走査方向において走査面の密度は比較的低い。
【００２６】
図３にはボリュームデータに対して定義される３つの基準面が示されている。ｒとθとによって電子面４６を観念でき、図においては中央の電子面として表れている。ｒとφとにより機械面４８を観念でき、それは図３において中央の位置に示されている。符号５０は交差面を示しており、それはθとφとによって定義される面である。横断面画素の集合体として定義することも可能である。図３においては交差面は深さ方向中央位置に示されている。
【００２７】
上述したように、基準面については性質が互いに相違する特徴を認めることができ、このため各基準面に対応する断層画像の画質はそれぞれ異なる。本実施形態においては、そのような性質に基づいて任意切断面の傾きによって画像処理条件が適応的に変更されるようにしている。ちなみに、図４には交差面の他の例が示されており、図４に示される交差面５２は直交座標形において深さ方向の軸に直交する面として描かれている。極座標形及び直交座標系いずれの座標系においても基準面を定義することが可能である。
【００２８】
図５には、ボリュームデータに対して設定される任意切断面５４が示されている。任意切断面は上述したようにボリュームデータにおいて任意の位置に任意の傾きで設定することができ、任意切断面５４の向きは法線ベクトルｅとして把握することができる。法線ベクトルｅは単位ベクトルであり、それぞれの軸上の成分ｅr，ｅθ、ｅφを要素とするものである。すなわちそれらの３つの成分の値から任意切断面について各基準面への近接度合いを評価することが可能である。したがってそれらの成分をそれぞれ重みとして利用することが可能となる。もちろん線形の対応関係ではなく３つの成分に基づいてある関数をもって３つの重みを定義することも可能である。例えば、任意切断面が電子面に完全に一致した場合、図１に示したフィルタＡに対して重み最大が与えられ、フィルタＢ及びフィルタＣは実質的に機能しない状態となる。もちろん、その場合においてフィルタＢ及びフィルタＣを一定の割合で寄与させるようにしてもよい。同じく、任意切断面が機械走査面に完全に一致した場合、例えばフィルタＢだけが作用されるように重み設定がなされる。任意切断面がそれぞれの成分に対して均等の値をもって設定された場合、フィルタＡ，Ｂ，Ｃのそれぞれに対して均等の重みが与えられることになる。その結果、任意切断面の設定角度によって各フィルタの寄与度を動的に可変して任意切断面の設定状況に応じて最適な画像処理を行うことが可能となる。例えば、交差面に近い任意切断面が設定される場合には輪郭強調を支配的に適用すること等が可能となる。
【００２９】
図６には隣接断面５４上に設定される複数のエリア５６が示されている。例えば各エリアごとに画像処理の内容を異ならせるようにしてもよい。また隣接断面の中心点からの方位あるいは距離に応じて画像処理内容が異なるように構成してもよい。
【００３０】
図７には、図１に示した画像処理部の変形例が示されている。図１に示した構成では３つのフィルタが並列的に示されていたが、図７に示す構成では３つのフィルタ６２，６４，６６が直列に接続されている。そして各フィルタ６２，６４，６６に対しては重みａ，ｂ，ｃが与えられている。それは具体的には重み設定部６８から与えられている。このような構成によっても、任意切断面の設定角度に応じた画像処理内容を実現することが可能となる。本実施形態においては輝度データに対して画像処理が適用されていたが、ドプラデータに対する画像処理を行う場合にも上記同様の手法を利用することが可能である。また上記実施形態においては３つのフィルタが用いられていたが、２つあるいは４つ以上のフィルタが利用されてもよい。いずれにしても任意切断面の設定角度に応じて最適な画像処理が適用されるのが望ましい。
【符号の説明】
【００３１】
２２  画像処理部、２４，２６，２８  フィルタ、３０，３２，３４  乗算器、３６  重み設定部、３８  加算器。
【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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