(57)【要約】【課題】簡単に拍動の有無を識別し、その拍動の影響を補正した超音波画像が得られる超音波画像処理装置を提供する。【解決手段】ラジアル画像における音線（エコー）データから補正対象となる壁面の境界位置を検出した後、リニア移動方向の音線データの集まりに対してＦＦＴによるスペクトル分解により、最大振幅の周波数成分Ａｆを抽出してその値が基準値Ａｒｅｆ以上か否かにより、拍動による拍動周波数Ｂｆかの判断を行い、拍動の場合には拍動波長λａを算出してその拍動波長λａで音線データの移動平均を行うことにより拍動の影響を補正した音線データを得て、拍動の影響を軽減した３次元画像等を描画できるようにした。【選択図】  図６
2004337457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象物に対して３次元領域を走査するように超音波を送受信し、得られた３次元領域のエコーデータを用いて前記検査対象物の超音波画像を表示する超音波画像処理装置において、
少なくとも１つの方向軸に沿う断面線を適宜長に亘って検出する断面線検出手段と、
前記断面線に生じる定常波を検出する定常波検出手段と、
前記検出された定常波の波長を算出する波長算出手段と、および
前記算出された波長に基づいて前記受信したエコーデータを移動平均すると共に、再構築するエコーデータ再構築手段と、
を備えることを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項２】
前記断面線はリニア断面線からなり、複数の音線からなるフレームから構成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波画像処理装置。
【請求項３】
前記定常波検出手段は前記定常波を検出するために所定のしきい値との比較を行う比較手段で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は生体等の検査対象物に対して超音波を送受波し、超音波画像を表示する超音波画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、医療用分野及び工業用分野において、超音波を検査対象に送受信することにより、検査対象内を非侵襲的に診断する超音波診断装置が広く用いられるようになった。
【０００３】
この場合、超音波の走査により得られる画像は２次元画像となるため、２次元画像から３次元画像を構築して、ユーザに対してより診断し易い画像を提供するために、超音波画像処理装置と組み合わせて使用される場合がある。
【０００４】
この場合、２次元画像から３次元画像を構築するためには、一般に超音波振動子をスパイラル状に駆動することが行われるが、生体による拍動の影響を受ける。
【０００５】
このため、例えば特開２０００−３１６８６４号公報では、この拍動の影響を取り除くために画像データの歪み量を検出し、検出された歪み量を画像補正部で補正することにより、画質の良い超音波断層像を得るようにしている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３１６８６４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例では複数の断層像のそれぞれの画像歪み量を検出して、その画像歪み量を補正するため、拍動によるものと実際に凹凸が存在する場合との識別がしにくい。
【０００８】
（発明の目的）
本発明は、上述した点に鑑みてなされたもので、簡単に拍動の有無を識別し、その拍動の影響を補正した超音波画像が得られる超音波画像処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
検査対象物に対して３次元領域を走査するように超音波を送受信し、得られた３次元領域のエコーデータを用いて前記検査対象物の超音波画像を表示する超音波画像処理装置において、
少なくとも１つの方向軸に沿う断面線を適宜長に亘って検出する断面線検出手段と、
前記断面線に生じる定常波を検出する定常波検出手段と、
前記検出された定常波の波長を算出する波長算出手段と、および
前記算出された波長に基づいて前記受信したエコーデータを移動平均すると共に、再構築するエコーデータ再構築手段と、
を備えることにより、エコーデータ再構築手段により再構築されたエコーデータにより定常波による拍動の影響を除去して超音波画像を得られるようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１ないし図９は本発明の１実施の形態に係り、図１は１実施の形態を備えた超音波診断装置の全体構成を示し、図２は２次元画像と３次元画像を得るための超音波走査の様子を示し、図３は図２の動作からラジアル画像等が得られる様子を示し、図４は４つの表示エリアに２次元画像と立体画像を同時に表示した表示例を示し、図５は図４とは異なるレイアウトでの２次元画像と立体画像を同時に表示した表示例を示し、図６は拍動補正の処理により立体画像を構築する処理内容を示し、図７は図６のステップＳ２によるスペクトル分解を行った場合の波形例を示し、図８は拍動補正を行う前の３次元画像の表示例を示し、図９は拍動補正を行った後の３次元画像の表示例を示す。
【００１１】
図１に示すように本発明の１実施の形態を備えた超音波診断装置１は、超音波の送受波を行う超音波プローブ２と、この超音波プローブ２と接続され、超音波プローブ２により得られるエコー信号に対して信号処理して超音波断層像の表示を行う超音波観測装置３と、この超音波観測装置３で得られたエコーデータを基に各種画像処理を行う超音波画像処理装置本体（以下、画像処理装置本体と略記）４と、この画像処理装置本体４と接続され、超音波断層像及び立体画像を表示するモニタ５とを有している。
【００１２】
超音波プローブ２は、細長のプローブ挿入部６を有し、このプローブ挿入部６の先端側には超音波を送受波する超音波振動子７が内蔵され、超音波振動子７はプローブ挿入部６内に挿通されたフレキシブルシャフト８の先端に取り付けられている。
【００１３】
また、プローブ挿入部６の後端の把持部内には駆動部９が内蔵され、この駆動部９を構成する図示しない第１モータを回転することにより、超音波振動子７は回転駆動され、超音波を放射状に順次出射する。また、駆動部９内の図示しない第２モータを回転することにより、フレキシブルシャフト８はプローブ挿入部６の軸方向（長手方向で例えばＺ軸方向とする）に移動され、従って超音波振動子７により出射される超音波をＺ軸方向にリニア走査することができる。
【００１４】
また、超音波観測装置３とケーブル１１により接続される画像処理装置本体４は、ケーブル１１と接続されるネットワークインタフェース（Ｉ／Ｆと略記）１２と、断層像及び３次元画像を生成する画像処理や、拍動補正の処理や多重エコーの除去処理等を行うＣＰＵ１３と、ＣＰＵ１３により画像処理のワークエリアとして使用されたり、画像処理に必要なデータの一時格納などに利用されるメモリ１４と、ＣＰＵ１３が行う画像処理のプログラムデータや画像データが記録されるハードディスク装置（ＨＤＤと略記）１５と、モニタ５に表示される画像データが一時格納されるフレームメモリ１６と、画像データの記録を再現可能に保存（記録）する大容量の記録手段としてのＤＶＤ−ＲＡＭ１７及び光磁気ディスク装置（ＭＯＤと略記）１８とのインタフェース（Ｉ／Ｆ）としてのスカジＩ／Ｓ（ＳＣＳＩＩ／Ｆと略記）１９と、入力デバイスとして操作指示や選択を行うトラックボール２１及び操作指示や選択の他にコマンドやデータ入力を行うキーボード２２に対するＩ／Ｆとしての入力デバイスＩ／Ｆ２３とを内蔵し、ネットワークＩ／Ｆ１２、ＣＰＵ１３、メモリ１４、ＨＤＤ１５、フレームメモリ１６、ＳＣＳＩＩ／Ｆ１８、入力デバイスＩ／Ｆ２１はバス２４により接続され、データを転送可能になっている。
【００１５】
なお、ＤＶＤ−ＲＡＭ１７及びＭＯＤ１８をＵＳＢやイーサネッット（Ｒ）を介して接続しても良い。
なお、画像処理装置本体４と、モニタ５と、ＤＶＤ−ＲＡＭ１７と、ＭＯＤ１８と、トラックボール２１及びキーボード２２とで画像処理装置が構成される。
本実施の形態では、プログラムは例えばＭＯＤ１８に着脱される光磁気ディスク（ＭＯと略記）２５に格納される。このＭＯ２５をＭＯＤ１８に挿入し、このプログラムをインストールする作業により、ＨＤＤ１５にそのプログラムが実行形式で格納されるようになる。
【００１６】
ＭＯ２５の代わりに、ＣＤ−ＲＯＭ等の他の記録媒体にプログラムを格納しても良い。インストールした後は、ＣＰＵ１３はＨＤＤ１５からプログラムを読み出してそのプログラムに沿った処理を行うようになる。
【００１７】
上述のように駆動部９には、第１モータと第２モータとを設けてあるので、第１モータと第２モータとを同期させて同時に回転駆動させることによって、超音波を出射して３次元領域を走査し、Ｚ軸方向の座標位置が少しづつ異なる断層像を多数得ることができ、これらの断層像から３次元画像を構築することができる。
【００１８】
図２はその概略の動作を示す。プローブ挿入部６内の（フレキシブルシャフト８の先端の）超音波振動子７をＺ方向に移動しながら回転駆動して超音波をＺ軸に直交する方向に放射状に検査対象物側に送波し、検査対象物側の音響インピーダンスの変化部分で反射された反射超音波を受波して超音波振動子７で電気信号に変換され、超音波観測装置３内部で増幅等された後検波され、さらにＡ／Ｄ変換されてデジタルのエコーデータ（音線データ）となり超音波観測装置３内部のメモリ等に一時格納される。
【００１９】
この場合、超音波振動子７が１回転するまでに超音波を放射状に送受波する本数を多くする（例えば５１２本）ことにより、得られる多数の音線データからプローブ挿入部６の軸方向（つまりＺ軸方向）にほぼ垂直な断面の２次元超音波画像（以下、ラジアル画像と記す）Ｇｒを生成することができる。
【００２０】
超音波振動子７は、Ｚ方向にＰａからＰｃの位置まで、所定のピッチ単位でリニア状に移動される。その結果、超音波観測装置３を経て画像処理装置本体４のＨＤＤ１５には番号Ｎ１からＮｎ番目までの、所定のピッチ毎のラジアル画像Ｇｒが格納される。
【００２１】
得られたラジアル画像Ｇｒはメモリ１４に転送され、そのメモリ空間には図３の如く格納され、さらにメモリ空間からラジアル画像Ｇｒを横から見た（垂直）リニア画像Ｇｖｌのデータが読み出され、ＣＰＵ１３は間を補間してフレームメモリ１６に転送し、モニタ５にラジアル画像Ｇｒ及び対応するリニア画像Ｇｖｌを表示することができる。
【００２２】
また、図３に示すラジアル画像Ｇｒから３次元画像Ｇｓを生成し、例えば図４に示すように、モニタ５の表示部には４つの画像表示エリア（具体的には、ラジアル画像表示エリア、垂直リニア画像表示エリア、水平リニア画像表示エリア、３次元画像表示エリア）にそれぞれラジアル画像Ｇｒ、垂直リニア画像Ｇｖｌ、（右側から見た）水平リニア画像Ｇｈｌ、３次元画像Ｇｓとを表示する。
【００２３】
この場合、ラジアル画像Ｇｒ上に設定したカットラインＹ１、Ｘ１をトラックボール２１で移動すると、それに対応して垂直リニア画像Ｇｖｌと、水平リニア画像Ｇｈｌとが更新して表示される。つまり、ラジアル画像Ｇｒに表示されたカットラインＹ１の位置に対応した垂直リニア画像Ｇｖｌが表示され、カットラインＸ１の位置に対応した水平リニア画像Ｇｈｌが表示される。
【００２４】
また、３次元画像表示エリアにはカットラインＹ１、Ｘ１に対応した切断面Ｍ１，Ｍ２で３次元画像Ｇｓが表示される。
また、垂直リニア画像Ｇｖｌ上で、或いは水平リニア画像Ｇｈｌ上で、カットラインＺ１を移動すると、ラジアル画像Ｇｒ及び３次元画像Ｇｓの手前側のラジアル画像部分が更新される。
なお、カットラインを移動させる入力手段としてトラックボール２１を例示したが、マウス、ジョイスティック、トラックパッド、カーソルキーなどを用いても良い。
【００２５】
カットラインＹ１，Ｘ１や切断面Ｍ１、Ｍ２はユーザの操作で位置を変更することが可能であり、ＣＰＵ１３は変更された位置に対応したラジアル画像Ｇｒ、リニア画像Ｇｖｌ、Ｇｈｌ、３次元画像Ｇｓを生成する処理を行い、モニタ５にはそれらの画像が表示される。
【００２６】
また、本実施の形態では、表示のレイアウトを変更して表示できるようにしている。つまり、図４に示すレイアウトと図５に示すレイアウトを切り替えて（選択して）表示できるようにしており、ユーザは自由に図４のレイアウトと図５のレイアウトを選択できる。
【００２７】
図５に示す画像表示のレイアウトは、図４における左側のラジアル画像Ｇｒと垂直リニア画像Ｇｖｌとの上下の表示位置を入れ替え、さらに右側の水平リニア画像Ｇｈｌと３次元画像Ｇｓとの上下の表示位置を入れ替えたレイアウトにしている。なお、図５における３次元画像Ｇｓの表示例では、多重エコー部分を除去して内壁面の状態を分かり易く表示するようにしている。この場合、多重エコーの全部を除去しないで、始点位置での多重エコーを残して表示することにより、リニア走査方向を分かり易くしている。
【００２８】
本実施の形態では、以下に説明するように画像処理装置本体４におけるＣＰＵ１３はリニア移動（実際にはスパイラル状の移動）で得られた複数フレームのラジアル画像Ｇｒから生成されるリニア画像の断面波形に対してフーリエ変換を行って、スペクトル分解を行う。
【００２９】
その結果、顕著な定常波が検出された場合には、拍動とみなし、拍動周波数とする。そして、その拍動周波数に対応する拍動波長を算出し、その拍動波長（拍動が現れるの）に対応するフレーム枚数を求め、そのフレーム枚数で移動平均を行うことにより、拍動補正された画像を得る。
【００３０】
このように本実施の形態では、主にＣＰＵ１３はＺ軸方向に沿った断面線を検出（抽出或いは設定）する断面線検出手段と、その断面線に対応するエコーデータに対して定常波或いは周期性成分を検出する定常波検出手段（或いはスペクトル分解手段）と、検出された場合の定常波の波長を算出する波長算出手段と、算出された波長分で断面線に対応するエコーデータに対して移動平均を行い、この平均化処理されたエコーデータを再構築するエコーデータ再構築手段の機能を持つ。なお、ＣＰＵ１３は断面線の検出からエコーデータ再構築手段までの処理を殆どリアルタイムで行う。
【００３１】
また、本実施の形態では、定常波が検出されたか否かを判断することにより、定常波が検出された場合にはその定常波を拍動とみなして、エコーデータを補正し、定常波が検出されない場合には拍動とみなさないでエコーデータを補正しないようにすることにより凹凸がある場合にも適用できるようにしていることも特徴となっている。
【００３２】
次に本実施の形態による拍動補正の処理により拍動補正したエコーデータ（音線データ）を得て３次元画像を構築する処理を図６のフロ−チャートを参照して以下に説明する。
まず、最初に図２及び図３に示したように超音波プローブ２を駆動して超音波振動子７によりラジアル走査しながら、Ｚ方向に所定のピッチ単位でリニア状に移動し、例えば５１２本の音線データにより１フレームのラジアル画像Ｇｒとなるものを所定の移動範囲まで移動ピッチで除した複数フレームのラジアル画像Ｇｒを取得する。そして、この取得された全フレームの音線データ（エコーデータ）に対して以下の拍動補正の処理を行う。
【００３３】
まず、最初のステップＳ１に示すように全フレームについて、補正対象となる壁面（断面）の境界位置、つまり全フレームの壁面境界位置の算出を行う。
次のステップＳ２で壁面境界位置に対して、リニア断面に沿った音線データの集まりに分け、それらの音線データ波形（波形の各要素は直前の値との差分）を対象として、窓関数、具体的にはハミング窓を用いてＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行い、周波数成分を算出する、つまりスペクトル分解を行う。なお、この場合、全周、具体的には５１２本の壁面境界位置の音線データに対して水平方向に対してスペクトル分解を行う。
【００３４】
次のステップＳ３で、全周波数について、全周分の振幅の平均値を算出し、さらにこの平均値を用いてステップＳ４に示すように最大振幅の周波数成分Ａｆを検出する。
【００３５】
図７はスペクトル分解を行った分解結果の波形を実線で示しており、顕著な定常波成分Ａｆが検出されている。これが以下のように拍動周波数Ｂｆとみなされることになる。なお、横軸は周波数、縦軸は振幅を示す。
【００３６】
そしてステップＳ５に示すように、その最大の周波数成分Ａｆが基準値Ａｒｅｆを超えているか否かの比較判断を行い、最大振幅の周波数成分Ａｆが基準値Ａｒｅｆを超えていれば拍動があると判断し、ステップＳ６に示すようにその最大振幅の周波数成分Ａｆを拍動周波数Ｂｆとする。また、その拍動周波数Ｂｆに対応する拍動波長λａとする（拍動周波数Ｂｆから周期的に拍動が現れる対象枚数とする）。基準値Ａｒｅｆとしては例えば１に近い値を設定する。
【００３７】
そして、ステップＳ７に示すようにこの拍動波長（対象枚数）としてＺ方向の各フレームの（補正対象の）音線データに対して移動平均を行い、各フレームの音線データとして補正された音線データが生成される（音線データの再構築が行われる）。
【００３８】
このようにして、補正されたフレームの音線データが得られたら、ステップＳ８に示すように補正されたフレームの音線データにより壁面境界位置の再抽出を行う。またこの拍動補正がされた各フレーム（の音線データ）により壁面境界位置の再抽出を行った後、３次元画像Ｇｓａ等を表示する。
一方、ステップＳ６で最大振幅の周波数成分Ａｆが基準値Ａｒｅｆを超えていない場合には、拍動が無いと判断してこの拍動補正の処理を終了する。この場合には音線データは補正されないので、凹凸を示す音線データを拍動とみなして補正してしまうような処理を行わない。
【００３９】
また、図８は補正前の３次元画像Ｇｓを示し、この３次元画像Ｇｒは拍動補正により図９に示す補正済み３次元画像Ｇｓａとなる。図８及び図９から分かるように図８の壁面に顕著なギザギザ模様が軽減され、滑らかな断面の画像となる。また、断面の境界のリニア断面線の凹凸もより滑らかに繋がるようになっている。
【００４０】
このように本実施の形態によれば、比較的に簡単な処理で拍動補正を行った３次元画像Ｇｓａ等を得ることができる。
また、本実施の形態によれば、簡単に拍動補正を行った３次元画像Ｇｓａ等を得ることができる。
【００４１】
さらに、本実施の形態では、このようにして拍動波長λａを算出できた場合には、新たに超音波プローブ２をリニア移動して３次元画像Ｇｓを構築する場合にはこの拍動波長λａを利用することにより、その拍動補正を行った３次元画像Ｇｓａを構築することもできる。
【００４２】
具体的には同じ条件でリニア移動を行った場合には、拍動波長λａの値をそのまま利用することができるし、リニア移動の速度をａ倍にした場合にはλａ／ａをその場合の拍動波長として拍動補正を行うこともできる。
【００４３】
このため、本実施の形態による拍動補正の処理は適用できる用途が広く、かつ短時間に拍動補正された３次元画像Ｇｓａを構築することができる。
また、３次元画像Ｇｓａの構築に限らず、リニア断面の２次元断層画像に対しても拍動補正がされた画質の良い超音波画像を提供できる。
【００４４】
［付記］
１．検査対象物に対して超音波を所定の移動軸の回りに放射状に送受信しながら前記移動軸の方向に移動することにより得られるエコーデータを用いて３次元超音波画像を構築する３次元超音波画像の構築方法において、
前記移動軸の回りに放射状に送受信した場合に得られる所定本数のエコーデータにより構成される各ラジアル画像における断面等の表示対象となる境界位置を算出する第１の境界算出ステップと、
前記境界位置に対応する全エコーデータに対して前記移動軸と平行なリニア方向のエコーデータの各集まりに分け、各エコーデータの集まりに対して周波数成分に分解する周波数成分算出ステップと、
算出された前記周波数成分に対してしきい値により定常波が存在するか否かを判断する定常波判断ステップと、
定常波が存在すると判断した場合には該定常波が前記ラジアル画像に現れるフレーム枚数で該当するエコーデータの集まり部分に対して移動平均の処理を行うことにより補正されたエコーデータを生成するエコーデータ補正ステップと、
前記補正されたエコーデータにより境界位置を再度算出する第２の境界算出ステップと、
前記第２の境界算出ステップ後の境界位置のエコーデータを用いて３次元超音波画像の構築を行う３次元超音波画像の構築方法。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、定常波の検出の有無により、拍動か否かを判別して、拍動の影響を補正した超音波画像を得ることができる。
特に体腔内で得られた超音波画像に適用すると、拍動の影響を受けない良好な超音波画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を備えた超音波診断装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】図２の動作からラジアル画像等が得られる様子を示す図。
【図３】４つの表示エリアに２次元画像と３次元画像を同時に表示した表示例を示す図。
【図４】４つの表示エリアに２次元画像と３次元画像を同時に表示した表示例を示す図。
【図５】図４とは異なるレイアウトでの２次元画像と３次元画像を同時に表示した表示例を示す図。
【図６】拍動補正の処理内容を示すフローチャート図。
【図７】図６のステップＳ２によるスペクトル分解を行った場合の波形例を示す図。
【図８】拍動補正を行う前の３次元画像の表示例を示す図。
【図９】拍動補正を行った後の３次元画像の表示例を示す図。
【符号の説明】
１…超音波診断装置
２…超音波プローブ
３…超音波観測装置
４…画像処理装置本体
５…モニタ
６…プローブ挿入部
７…超音波振動子
８…フレキシブルシャフト
９…駆動部
１３…ＣＰＵ
１４…メモリ
１５…ＨＤＤ
１６…フレームメモリ
１７…ＤＶＤ−ＲＡＭ
１８…ＭＯＤ
１９…ＳＣＳＩＩ／Ｆ
２１…トラックボール
２２…キーボード
２５…ＭＯ
【図１】
2004337457.tif 000003
【図２】
2004337457.tif 000004
【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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【図９】
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