(57)【要約】【課題】所定の構造物を表す像を特定する機能を有する超音波診断装置および医用画像処理装置を提供することにある。【解決手段】本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブ１２と、前記超音波プローブ１２を介して、被検体へ向けて超音波を送信する超音波送信部２１と、前記送信された超音波に対応する反射波を受信し、前記受信された反射波に基づいて受信信号を発生する超音波受信部２２と、前記受信信号に基づいて、所定の構造物を有する被検体のボリュームデータを発生するボリュームデータ発生部２５と、前記所定の構造物に対応する形状を表す３次元データを記憶する形状データ記憶部３１と、前記３次元データを用いて、前記ボリュームデータにおける前記所定の構造物を表す像を特定する特定部３３と、を具備することを特徴とする。【選択図】図１
2013099386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波プローブと、
前記超音波プローブを介して、被検体へ向けて超音波を送信する超音波送信部と、
前記送信された超音波に対応する反射波を受信し、前記受信された反射波に基づいて受信信号を発生する超音波受信部と、
前記受信信号に基づいて、所定の構造物を有する被検体のボリュームデータを発生するボリュームデータ発生部と、
前記所定の構造物に対応する形状を表す３次元データを記憶する形状データ記憶部と、
前記３次元データを用いて、前記ボリュームデータにおける前記所定の構造物を表す像を特定する特定部と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記特定部は、前記３次元データと前記ボリュームデータとの類似度により、前記所定の構造物を表す像を特定すること、
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】
前記ボリュームデータに基づいて、前記特定された所定の構造物を表す像の画素値を所定の値とする超音波画像を発生する画像発生部と、
前記発生された超音波画像を表示する表示部とをさらに具備すること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記形状データ記憶部は、前記形状を表すマーカをさらに記憶し、
前記ボリュームデータに基づいて、超音波画像を発生する画像発生部と、
前記超音波画像における前記所定の構造物を表す像に前記マーカを重ねる画像合成部と、
前記超音波画像に前記マーカが重ねられた画像を表示する表示部とをさらに具備すること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記画像発生部は、前記特定された所定の構造物を表す像のデータと前記ボリュームデータとに基づいて、前記所定の構造物に関する所定の断面に対応する超音波画像を発生し、
前記発生された超音波画像を表示する表示部をさらに具備すること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記ボリュームデータ発生部は、所定の時間間隔で連続して発生された複数の受信信号に基づいて、複数の受信信号にそれぞれ対応する複数のボリュームデータセットを発生し、
前記特定部は、前記３次元データを用いて、前記複数のボリュームデータセット各々における前記所定の構造物を表す像を特定すること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記所定の構造物は、穿刺針と焼灼針とのうち少なくとも一方であること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項８】
前記ボリュームデータ発生部は、所定の位置間隔で連続して発生された複数の受信信号に基づいて、複数の受信信号にそれぞれ対応する複数のボリュームデータセットを発生し、前記発生された複数のボリュームデータセットを結合させて、前記ボリュームデータを発生すること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項９】
前記所定の構造物は焼灼針であり、
前記形状データ記憶部は、前記焼灼針による焼灼範囲を表す焼灼マーカをさらに記憶し、
前記画像合成部は、前記超音波画像における前記所定の構造物を表す像に、前記焼灼マーカを合成すること、
を特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
【請求項１０】
所定の構造物を有する被検体のボリュームデータを記憶する内部記憶装置と、
前記所定の構造物に対応する形状を表す３次元データを記憶する形状データ記憶部と、
前記３次元データを用いて、前記ボリュームデータに含まれる前記所定の構造物を表す像を特定する特定部と、
を具備することを特徴とする医用画像処理装置。
【請求項１１】
超音波プローブと、
前記超音波プローブを介して、被検体へ向けて超音波を送信する超音波送信部と、
前記送信された超音波に対応する反射波を受信し、前記受信された反射波に基づいて受信信号を発生する超音波受信部と、
前記受信信号に基づいて、所定の構造物を有する被検体のボリュームデータを発生するボリュームデータ発生部と、
前記所定の構造物に対応する形状を表す２次元データを記憶する形状データ記憶部と、
前記２次元データを用いて、前記ボリュームデータにおける前記所定の構造物を表す像を特定する特定部と、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項１２】
超音波プローブと、
前記超音波プローブを介して、被検体へ向けて超音波を送信する超音波送信部と、
前記送信された超音波に対応する反射波を受信し、前記受信された反射波に基づいて受信信号を発生する超音波受信部と、
前記受信信号に基づいて、被検体のボリュームデータを発生するボリュームデータ発生部と、
前記被検体の特定臓器に対応する形状を表す３次元データを記憶する形状データ記憶部と、
前記３次元データを用いて、前記ボリュームデータにおける前記特定臓器を表す像を特定する特定部と、
を具備す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】
本発明の実施形態は、所定の構造物を表す像を特定する機能を有する超音波診断装置および医用画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、２次元アレイプローブおよびメカニカル４次元プローブなどを使用することにより、時系列に沿ってボリュームデータを収集する超音波診断装置がある。例えばこの超音波診断装置は、時系列に沿って収集されたボリュームデータを用いて、リアルタイムで３次元表示をすること（以下、４次元表示と呼ぶ）ができる。
【０００３】
一般に穿刺は、４次元表示におけるガイドの下で実行される。以下、この穿刺を４次元穿刺と呼ぶ。４次元穿刺に用いられる超音波プローブには、穿刺アダプタが装備される。図１０は、メカニカル４次元プローブに穿刺アダプタが装着された一例を示す図である。穿刺アダプタにより決定された穿刺経路に沿って、穿刺針は刺入される。このとき超音波診断装置は、継時的に更新されるボリュームデータに基づいて、断面変換（ＭｕｌｔｉＰｌａｎａｒ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：以下、ＭＰＲと呼ぶ）処理による複数の断面像を、リアルタイムに表示する。超音波診断装置の表示部に表示される断面像は、図１１と図１２とに示すように、例えば穿刺の対象となる臓器と穿刺針とを含む基準面（Ａ面）と、Ａ面に対して穿刺経路を含む直交断面（Ｂ面）と、Ｂ面に対する直交断面（Ｃ面）との３断面像である。図１３は、穿刺治療における複数の断面像の一例を示す図である。
【０００４】
しかしながら、穿刺針からの反射エコーが周辺組織に比べて弱いため、断面像において穿刺針の像が表示されない場合がある。また、例えば、肝腫瘍に穿刺する場合、被検体の呼吸により臓器が動くために、穿刺針または穿刺針の先端の像が表示断面から外れることがある。これらにより、断面像には穿刺針の一部が表示され、操作者は、穿刺針または穿刺針の先端位置を見失う問題がある。また、穿刺針の像はボリュームデータ内に存在するにもかかわらず、穿刺針の像を断面像に表示させるためにプローブを操作しなければならないこと、または穿刺針の像が表示される断面を探すためにトラックボールを操作しなければならないことなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８７８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
目的は、所定の構造物を表す像を特定する機能を有する超音波診断装置および医用画像処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態に係る超音波診断装置は、超音波プローブと、前記超音波プローブを介して、被検体へ向けて超音波を送信する超音波送信部と、前記送信された超音波に対応する反射波を受信し、前記受信された反射波に基づいて受信信号を発生する超音波受信部と、前記受信信号に基づいて、所定の構造物を有する被検体のボリュームデータを発生するボリュームデータ発生部と、前記所定の構造物に対応する形状を表す３次元データを記憶する形状データ記憶部と、前記３次元データを用いて、前記ボリュームデータにおける前記所定の構造物を表す像を特定する特定部と、を具備することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係り、ボリュームデータに含まれる穿刺針を表す像を特定する処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、第１の実施形態に係り、３次元走査によるスタックデータの収集からレンダリング画像を表示させる３次元表示までの処理の流れの概要を示す概要図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る第１ＲＯＩを含むボリュームデータの一例を示す図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る超音波診断装置において、超音波プローブによる３次元走査から直交３断面の表示が実行される処理の流れの概要を示す概要図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係り、穿刺針に対応する形状を表す３次元データの一例を示す図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る第２ＲＯＩを含む３次元データの一例を示す図である。
【図８】図８は、図２における穿刺針の像を特定するための処理（ステップＳａ５）の詳細を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第１の実施形態に係り、座標変換された第２ＲＯＩに含まれる３次元データの穿刺針と第１ＲＯＩに含まれる穿刺針の像にマーカを重ね合わせた画像との一例を示す図である。
【図１０】図１０は、穿刺アダプタを装備した従来のメカニカル４次元プローブの一例を示す図である。
【図１１】図１１は、従来のボリュームデータにおける基準面（Ａ面）と穿刺針の刺入方向に平行な面（Ｂ面）とＢ面に直交する面（Ｃ面）との一例を示す図である。
【図１２】図１２は、図１１におけるＡ、Ｂ、Ｃ面を穿刺経路とともに表示した従来の表示画面の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、従来の穿刺治療における表示画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波診断装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。
【００１０】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１のブロック構成図を示している。同図に示すように、超音波診断装置１は、装置本体１１、超音波プローブ１２、装置本体１１に接続され、操作者からの各種指示・命令・情報を装置本体１１に取り込むための入力装置１３、表示部１４を有する。加えて本超音波診断装置１には、心電計、心音計、脈波計、呼吸センサに代表される図示していない生体信号計測部およびネットワークが、インターフェース部３０を介して接続されてもよい。
【００１１】
装置本体１１は、超音波送信部２１、超音波受信部２２、Ｂモード処理部２３、ドプラ処理部２４、ボリュームデータ発生部２５、画像発生部２６、画像合成部２７、形状データ記憶部３１、内部記憶装置３２、特定部３３、シネメモリ２９、制御プロセッサ（中央演算処理装置：Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：以下ＣＰＵと呼ぶ）２８、インターフェース部３０を有する。
【００１２】
超音波プローブ１２は、圧電セラミックス等の音響／電気可逆的変換素子としての圧電振動子を有する。複数の圧電振動子は並列され、超音波プローブ１２の先端に装備される。なお、一つの圧電振動子が一チャンネルを構成するものとして説明する。
【００１３】
超音波送信部２１は、図示していないパルス発生器、送信遅延回路、パルサを有する。パルス発生器は、所定のレート周波数で送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。パルス発生器は、例えば５ｋHｚのレート周波数でレートパルスを繰り返し発生する。このレートパルスは、チャンネル数に分配され、送信遅延回路に送られる。送信遅延回路は、チャンネル毎に超音波をビーム状に収束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間を、各レートパルスに与える。なお、送信遅延回路には、図示していないトリガ信号発生器からのトリガが、タイミング信号として供給される。パルサは、送信遅延回路からレートパルスを受けたタイミングで、超音波プローブ１２の振動子ごとに電圧パルスを印加する。これにより、超音波ビームが被検体に送信される。
【００１４】
超音波受信部２２は、図示していないプリアンプ、受信遅延回路、加算器を有する。プリアンプは、超音波プローブ１２を介して取り込まれた被検体からのエコー信号をチャンネル毎に増幅する。受信遅延回路は、ディジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、後述するＣＰＵ２８からの受信遅延パターンに従って複数のエコー信号を加算する。この加算により受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性が決定される（この指向性により、いわゆる「超音波走査線」が決まる）。超音波受信部２２は、超音波送信部２１から送信された超音波に対応する受信信号を発生する。なお、超音波受信部２２は、１回の超音波送信で複数の走査線上に生じたエコー信号を同時に受信する並列受信機能を有していてもよい。
【００１５】
Ｂモード処理部２３は、図示していない包絡線検波器、対数変換器、アナログディジタル変換器を有する。包絡線検波器は、Ｂモード処理部２３への入力信号、即ち、超音波受信部２２から出力された受信信号に対して包絡線検波を実行する。対数変換器は、検波信号の振幅を対数変換して弱い信号を相対的に強調する。アナログディジタル変換器は、この対数変換器の出力信号をディジタル信号に変換し、Ｂモードデータを発生する。Ｂモード処理部２３は、発生したＢモードデータをボリュームデータ発生部２５へ出力する。
【００１６】
ドプラ処理部２４は、図示していないドプラ信号発生部とカラードプラデータ生成部とを有する。ドプラ信号発生部は、図示していないミキサーと低域通過フィルタ（以下ＬＰＦ）を有する。ミキサーは、超音波受信部２２から出力された信号に、送信周波数と同じ周波数ｆ０を有する基準信号を掛け合わせる。この掛け合わせにより、ドプラ偏移周波数ｆｄの成分の信号と（２ｆ０＋ｆｄ）の周波数成分を有する信号とが得られる。ＬＰＦは、ミキサーからの２種の周波数成分を有する信号のうち、高い周波数成分（２ｆ０＋ｆｄ）の信号を取り除く。ドプラ信号発生部は、高い周波数成分（２ｆ０＋ｆｄ）の信号を取り除くことにより、ドプラ偏移周波数ｆｄの成分を有するドプラ信号を発生する。なお、ドプラ信号発生部として、直交検波方式を採用することも可能である。
【００１７】
カラードプラデータ生成部は、２チャンネルから構成される図示していないアナログディジタル（以下Ａ／Ｄと呼ぶ）変換器、速度／分散／Ｐｏｗｅｒ演算部を有する。Ａ／Ｄ変換器は、ドプラ信号発生部のＬＰＦから出力されたドプラ信号、または、直交検波されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。速度／分散／Ｐｏｗｅｒ演算部は、図示していないＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）フィルタ、自己相関演算器を有する。ＭＴＩフィルタは、Ａ／Ｄ変換器から出力されたドプラ信号に対して、臓器の呼吸性移動や拍動性移動などに起因するドプラ成分（クラッタ成分）を除去する。自己相関演算器は、ＭＴＩフィルタによって血流情報のみが抽出されたドプラ信号に対して、自己相関値を算出する。自己相関演算器は、算出された自己相関値に基づいて、血流の平均速度値および分散値等を算出する。カラードプラデータ生成部は、複数のドプラ信号に基づく血流の平均速度値や分散値等からカラードプラデータを生成する。以下、ドプラ信号発生部により発生されたドプラ信号とカラードプラデータ生成部で生成されたカラードプラデータとをまとめて、ドプラデータと呼ぶ。ドプラ処理部２４は、発生したドプラデータを、ボリュームデータ発生部２５へ出力する。
【００１８】
ボリュームデータ発生部２５は、Ｂモード処理部２３から出力されたＢモードデータまたは、ドプラ処理部２４から出力されたドプラデータを位置情報に従って専用のメモリに配置（配置処理）する。続いて、ボリュームデータ発生部２５は、超音波走査線間のＢモードデータもしくはドプラデータを補間する（補間処理）。配置処理と補間処理とによって、複数のボクセルから構成されるボリュームデータが発生される。各ボクセルは、由来するＢモードデータもしくはドプラデータの強度に応じたボクセル値を有する。なお、ボリュームデータ発生部２５へ入力される前のデータを「生データ」と呼ぶ。ボリュームデータ発生部２５は、発生したボリュームデータを、後述する画像発生部２６と特定部３３とへ出力する。なお、ボリュームデータ発生部２５は、特定部３３により特定された所定の構造物（例えば穿刺針）を表す像または輪郭線に対応するボクセル値を、所定の値に変更してもよい。所定の値は、特定された所定の構造物を表す像または輪郭線を強調するための値である。
【００１９】
なお、ボリュームデータ発生部２５は、後述する特定部３３と形状データ記憶部３１からの出力に基づいて、特定された所定の構造物を表す像近傍に、後述する所定の超音波治療に関する治療範囲を設定してもよい。具体的には、ボリュームデータ発生部２５は、治療範囲内のボクセル値を、治療範囲外のボクセル値に比べて大きくする。
【００２０】
また、ボリュームデータ発生部２５は、所定の位置間隔で連続して発生された複数の受信信号に基づいて、複数の受信信号それぞれに対応する複数のボリュームデータセットを発生してもよい。このとき、ボリュームデータ発生部２５は、複数のボリュームデータセットを結合させて、ボリュームデータを発生させることができる。なお、所定の位置間隔とは、例えば、ボリュームデータセットを所定の補間処理により結合させることができる程度の位置間隔である。また、複数のボリュームデータセットは、例えば、被検体の特定臓器を網羅するように発生される。ボリュームデータ発生部２５は、所定の時間間隔で連続して、複数のボリュームデータセットを発生することができる。なお、所定の位置間隔および所定の時間間隔は、後述する入力装置１３を介して適宜設定可能である。
【００２１】
なお、ボリュームデータ発生部２５は、Ｂモード処理部２３とドプラ処理部２４との少なくとも一方から出力された生データに基づいて、造影ボリュームデータ、弾性ボリュームデータを発生することも可能である。
【００２２】
画像発生部２６は、ボリュームデータに対して３次元画像処理を実行し、２次元の表示画像のデータを発生する。３次元画像処理としては、レイキャスティング法によるボリュームレンダリング（Ｖｏｌｕｍ  Ｒｎｄｅｒｉｎｇ：以下ＶＲと呼ぶ）およびサーフェスレンダリング（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ：以下ＳＲと呼ぶ）などがある。なお、３次元画像処理は、最大値投映法（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ：以下ＭＩＰと呼ぶ）および断面変換（ＭＰＲ）処理でもよい。画像発生部２６は、３次元画像処理により発生された超音波スキャンの走査線信号列を、テレビなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換し、投影画像としての超音波画像を発生する。以下、例として、画像発生部２６は、ＶＲまたはＳＲによるレンダリング画像とＭＰＲ処理によるＭＰＲ画像とを発生するものとする。
【００２３】
画像発生部２６は、後述する特定部３３により特定された所定の構造物（例えば穿刺針）を表す像または輪郭線に対応する画素値に対して、強調処理を実行してもよい。強調処理は、例えば閾値処理である。閾値処理における閾値は、所定の値であって、特定された所定の構造物（例えば穿刺針）を表す像または輪郭線を強調するための値である。
【００２４】
なお、画像発生部２６は、特定された所定の構造物を表す像近傍に、後述する所定の超音波治療に関する治療範囲を、特定部３３と形状データ記憶部３１からの出力に基づいて、設定してもよい。具体的には、画像発生部２６は、治療範囲内のボクセル値を、治療範囲外のボクセル値と比べて、大きくする。
【００２５】
画像発生部２６は、ボリュームデータに基づいて、特定部３３により特定された所定の構造物を表す像と、所定の構造物の刺入方向に沿った先端の位置とを含むように、ＭＰＲ画像を発生する。画像発生部２６は、発生されたＭＰＲ画像を、画像合成部２７に出力する。
【００２６】
形状データ記憶部３１は、所定の構造物に対応する形状を表す３次元データを記憶する。所定の構造物とは、複数種類の穿刺針および焼灼針（例えば、ＲＦＡ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ａｂｌａｔｉｏｎ）針）、ステントなどの被検体に刺入または挿入されるものである。形状データ記憶部３１は、所定の構造物に加えて、内臓および血管などの特定臓器に対応する形状を表す３次元データを記憶してもよい。特定臓器に対応する形状を表す３次元データは、例えば、予めコンピュータ断層撮影装置などで被検体を撮影することにより得られるデータである。形状データ記憶部３１は、所定の構造物または被検体の特定臓器に対応する形状を表すマーカ（以下形状マーカと呼ぶ）を記憶してもよい。
【００２７】
上記３次元データは、例えば、所定の構造物の内部領域と外部領域との境界におけるボクセル値を１とし、所定の構造物の内部領域と外部領域とのボクセル値を０としたデータである。なお、形状データ記憶部３１は、所定の構造物および特定臓器の断面画像に基づいた２次元データを記憶してもよい。２次元データは、例えば、所定の構造物の内部領域と外部領域との境界におけるピクセル値を１とし、所定の構造物の内部領域と外部領域とのピクセル値を０としたデータである。以下、所定の構造物に対応する形状を表す３次元データは、一本針の穿刺針の形状を表す３次元データであるとする。なお、３次元データは、所定の構造物を表す像の輪郭線に対応するボクセルのみ所定のボクセル値を有してもよい。また、２次元データは、所定の構造物を表す像の輪郭線に対応するピクセルのみ所定のピクセル値を有してもよい。
【００２８】
なお、所定の構造物が焼灼針である場合、形状データ記憶部３１は、焼灼針による焼灼範囲を記憶していてもよい。また、形状データ記憶部３１は、所定の超音波治療に関する治療範囲を記憶してもよい。所定の超音波治療に関する治療範囲とは、例えば、超音波加温装置による加温領域、および体外衝撃波結石破砕装置による結石破砕領域などである。加えて、形状データ記憶部３１は、焼灼範囲などの治療範囲に対応するマーカ（以下、範囲マーカと呼ぶ）を記憶してもよい。また、形状データ記憶部３１は、３次元データにおけるボクセル値および２次元データにおけるピクセル値のかわりに輝度値を用いてもよい。
【００２９】
内部記憶装置３２は、フォーカス深度の異なる複数の受信遅延パターン、本超音波診断装置１の制御プログラム、診断プロトコル、送受信条件等の各種データ群、ボリュームデータ発生部２５で発生されたボリュームデータ、画像発生部２６で発生された超音波画像、画像合成部２７で合成された画像等を記憶する。
【００３０】
特定部３３は、形状データ記憶部３１に記憶された３次元データを用いて、ボリュームデータ発生部２５から出力されたボリュームデータにおける所定の構造物を表す像を特定する。具体的には、特定部３３は、ボリュームデータ発生部２５からボリュームデータを読み出す。特定部３３は、例えば、入力装置１３を介して操作者により選択された所定の構造物に対応する形状を表す３次元データを、形状データ記憶部３１から読み出す。特定部３３は、入力装置１３を介した操作者の指示によりボリュームデータ内に関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：以下、ＲＯＩと呼ぶ）を設定する。ボリュームデータ内に設定されるＲＯＩ（以下、第１ＲＯＩと呼ぶ）は、例えば、穿刺針を含む穿刺針近傍の領域である。なお、特定部３３は、所定の規則に従って、ボリュームデータにＲＯＩを設定してもよい。特定部３３は、ボリュームデータに設定されたＲＯＩと同じ大きさのＲＯＩ（以下、第２ＲＯＩと呼ぶ）を、３次元データに設定する。
【００３１】
特定部３３は、第２ＲＯＩに含まれる３次元データを用いて、第１ＲＯＩに含まれる穿刺針の像を特定する。特定部３３は、第１ＲＯＩに含まれる穿刺針の像を特定するために、第１ＲＯＩに含まれるボリュームデータと、第２ＲＯＩに含まれる３次元データとの類似度を計算する。類似度とは、例えば、第１ＲＯＩに含まれるボリュームデータと第２ＲＯＩに含まれる３次元データとの相関係数である。なお、相関係数とは異なる類似度の具体例については、以下の構造物特定機能において詳述する。特定部３３は、類似度が第１の閾値に達するまで、第２ＲＯＩを回転、および平行移動させて、第１ＲＯＩに含まれるボリュームデータと第２ＲＯＩに含まれる３次元データとの類似度を繰り返し計算する。第１の閾値とは、ボリュームデータにおける穿刺針の像と、３次元データにおける穿刺針の形状との類似性を表す指標である。第１の閾値は、特定部３３の図示していないメモリに予め記憶される。
【００３２】
特定部３３は、ボリュームデータに含まれる穿刺針の像に関して、穿刺針の長さ方向に沿ったボクセル値が第２の閾値以下となったボクセルを特定する。特定部３３は、特定されたボクセルの位置情報を、画像合成部２７に出力する。なお、特定部３３は、ボクセル値のかわりに輝度値を用いて、ボクセルを特定してもよい。ボクセルの特定により、穿刺針の先端の位置が特定される。ここで、第２の閾値とは、例えば、穿刺針が存在しないときのボクセル値である。
【００３３】
なお、特定部３３は、３次元データを用いて、所定の時間間隔に沿って発生された複数のボリュームデータセット各々における穿刺針を表す像、および穿刺針の先端の位置を特定することができる。
【００３４】
画像合成部２７は、図示していないフレームメモリ等を有する。画像合成部２７は、画像発生部２６から出力された超音波画像に、種々のパラメータの文字情報および目盛等を合成する。画像合成部２７は、合成した画像を表示部１４に出力する。画像合成部２７は、超音波画像における特定された穿刺針を表す像に、形状データ記憶部３１に記憶された形状マーカを、穿刺針の長さ方向に沿って特定された穿刺針の先端の位置まで重ね合わせる。なお、画像合成部２７は、超音波画像における所定の構造物を表す像近傍に、範囲マーカを重ね合わせてもよい。また、画像合成部２７は、入力装置１３を介して入力された刺入方向を、超音波画像に重ね合わせてもよい。また、被検体に焼灼針が刺入されるとき画像合成部２７は、超音波画像に、種々のパラメータの文字情報、目盛、焼灼針の形状マーカ、焼灼範囲の範囲マーカ、焼灼針の刺入方向などを合成する。
【００３５】
ＣＰＵ２８は、操作者により入力装置１３から入力されたモード選択、第１ＲＯＩの設定、受信遅延パターンリストの選択、送信開始・終了に基づいて、内部記憶装置３２に記憶された送受信条件と装置制御プログラムを読み出し、これらに従って、本超音波診断装置１を制御する。
【００３６】
インターフェース部３０は、入力装置１３、ネットワーク、図示していない外部記憶装置および生体信号計測部に関するインターフェースである。本超音波診断装置１によって得られた超音波画像等のデータおよび解析結果等は、インターフェース３７を介して、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。
【００３７】
入力装置１３は、インターフェース部３０に接続され操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定を本超音波診断装置１に取り込む。入力装置１３は、図示していないトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等の入力デバイスを有する。入力デバイスは、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標をＣＰＵ２８に出力する。なお、入力デバイスは、表示画面を覆うように設けられたタッチパネルでもよい。この場合、入力装置１３は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標をＣＰＵ２８に出力する。また、操作者が入力装置１３の終了ボタンまたはＦＲＥＥＺＥボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、本超音波診断装置１は一時停止状態となる。入力装置１３は、インターフェース部３０を介して他の医用画像診断装置から転送された被検体のボリュームデータに関して、断面位置および表示形式、レンダリング処理におけるレイの方向などを入力する。所定の構造物が穿刺針および焼灼針の場合、入力装置１３は、穿刺針および焼灼針の刺入方向を入力する。
【００３８】
表示部１４は、画像合成部２７からの出力に基づいて、画像を表示する。表示部１４は、インターフェース部３０を介して、入力された他の医用画像診断装置におけるレンダリング画像などを表示することも可能である。表示部１４は、複数のボリュームデータセット各々に対して特定された穿刺針の像および穿刺針の先端の位置を、時系列に沿って表示することも可能である。なお、表示部１４は、刺入方向を重ねあわせた超音波画像を表示してもよい。
【００３９】
シネメモリ２９は、例えばフリーズする直前の複数のフレームに対応する超音波画像を保存するメモリである。このシネメモリ２９に記憶されている画像を連続表示（シネ表示）することで、超音波動画像を表示することも可能である。
【００４０】
（構造物特定機能）  
構造物特定機能とは、形状データ記憶部３１に記憶された３次元または２次元データを用いて、ボリュームデータにおける所定の構造物を表す像を特定する機能である。以下、構造物特定機能に従う処理（以下、構造物特定処理と呼ぶ）を説明する。
【００４１】
図２は、構造物特定処理の流れを示すフローチャートである。  
被検体に対する超音波送受信に先立って、入力装置１３を介した操作者の指示により、患者情報の入力、穿刺針の選択、送受信条件、種々の超音波データ収集条件の設定および更新などが実行される。これらの設定および更新は、内部記憶装置３２に記憶される。これらの入力／選択／設定が終了したならば、操作者は超音波プローブ１２を被検体体表面の所定の位置に当接する。次いで超音波送信部２１が、超音波を被検体に向けて送信する。なお、超音波の送信は、インターフェース部３０を介して接続された図示していない心電計の心電波形と同期させて、実行することも可能である。また、この同期は、心音計による心音波形、脈波計による脈波波形および、呼吸計による呼吸曲線などとの同期でもよい。
【００４２】
送信された超音波に対応する反射波の受信（すなわち超音波スキャン）に基づいて、受信信号が発生される。発生された受信信号に基づいて、ボリュームデータが発生される（ステップＳａ１）。図３は、３次元走査（３Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  Ｓｃａｎ：以下、３Ｄスキャンと呼ぶ）によるスタックデータの収集からレンダリング画像を表示させる３次元表示までの処理の流れの概要を示す概要図である。３Ｄスキャンにより、スタックデータが得られる。続いて、ボリュームデータ発生部２５において、スタックデータにおける走査面間のデータを補間すること（例えば、リサンプリングなど）により、ボリュームデータが発生される。画像発生部２６において、ボリュームデータに対してレンダリング処理を実行することにより、レンダリング画像が表示部１４で表示される。表示部１４で表示されたレンダリング画像に対して、入力装置１３を介して第１ＲＯＩが、穿刺針が刺入されている領域を含むように設定される（ステップＳａ２）。なお、第１ＲＯＩの設定は、以下で説明するＭＰＲ処理によるＭＰＲ画像上に設定されてもよい。図４は、設定された第１ＲＯＩを含むボリュームデータの一例を示す図である。
【００４３】
図５は、超音波プローブによる３Ｄスキャンから直交３断面の表示（ＭＰＲ表示）が実行される処理の流れの概要を示す概要図である。図５における被検体Ｐに超音波プローブ１２が当接され、３Ｄスキャンが実行される。３Ｄスキャンの後、上述したようにボリュームデータが発生される。発生されたボリュームデータに対して、画像発生部２６でＭＰＲ処理が実行される。ＭＰＲ処理により発生されたＭＰＲ画像が、表示部１４に表示される。
【００４４】
穿刺針の３次元データが、形状データ記憶部３１から読み出される（ステップＳａ３）。図６は、穿刺針に対応する形状を表す３次元データの一例を示す図である。読み出された３次元データに、第１ＲＯＩと同じ大きさの第２ＲＯＩが設定される（ステップＳａ４）。図７は、設定された第２ＲＯＩを含む３次元データの一例を示す図である。第２ＲＯＩに含まれる３次元データを用いて、第１ＲＯＩにおける穿刺針の像が特定される（ステップＳａ５）。
【００４５】
図８は、図２における穿刺針の像を特定するための処理（ステップＳａ５）の詳細を示すフローチャートである。第１ＲＯＩに対する第２ＲＯＩの位置関係が、特定部３３により設定される（ステップＳｂ１）。第１ＲＯＩに含まれるボリュームデータと第２ＲＯＩに含まれる３次元データとにより類似度が計算される（ステップＳｂ２）。
【００４６】
類似度とは、例えば、以下のようにして計算される相互情報量である。なお、類似度は、第１、第２ＲＯＩを所定の小領域に分割することにより計算されるエントロピーとしてもよい。まず、第１ＲＯＩと第２ＲＯＩとに関して、同じ座標を有するボクセル値（または３次元データ）を度数とする２次元ヒストグラムを発生する。なお、２次元ヒストグラムは、第１ＲＯＩと第２ＲＯＩとに関して、同じ座標を有するピクセル値（または２次元データ）または輝度値を度数として用いてもよい。発生された２次元ヒストグラムの度数に基づいて、確率密度関数を決定する。以下、２次元ヒストグラムに基づいて決定された確率密度関数を、２次元確率密度関数と呼ぶ。第１ＲＯＩに含まれるボリュームデータのボクセル値に基づいて、第１の確率密度関数を発生する。第２ＲＯＩに含まれる３次元データに基づいて、第２の確率密度関数を発生する。
【００４７】
相互情報量は、第１、第２の確率密度関数と、２次元確率密度関数とにより決定される。具体的には、まず、特定部３３は、２次元確率密度関数を第１、第２の確率密度関数の積で除すことにより商を計算する。次に特定部３３は、この商に対して対数を計算する。続いて特定部３３は、この対数に２次元確率密度関数を乗じて、２次元ヒストグラムの度数それぞれについて和を計算する。この和が、相互情報量である。特定部３３は、計算された相互情報量が所定の閾値を超えていなければ、相互情報量に基づいて、座標変換を表す行列（以下、変換行列と呼ぶ）を計算する（ステップＳｂ３）。変換行列は、相互情報量に対して、偏角を取ること（ａｒｇｕｍｅｎｔ）により決定される。なお、変換行列は、解析的に計算できないので、所定の最適化法により決定される。
【００４８】
特定部３３は、決定された変換行列を用いて、第２ＲＯＩに含まれる３次元データに対して、座標変換を実行する。この座標変換により、第１ＲＯＩと第２ＲＯＩとの位置関係が変更される（ステップＳｂ４）。特定部３３は、ステップＳｂ２乃至ステップＳｂ４の処理を、相互情報量が所定の閾値を超えるまで繰り返す。なお、この座標変換により第２ＲＯＩの一部領域が３次元データからはみ出した場合、この一部領域については、類似度を計算するためのデータとしては用いない。
【００４９】
特定部３３は、計算された相互情報量が所定の閾値を超えれば、第１ＲＯＩに対する第２ＲＯＩの位置関係に基づいて、第１ＲＯＩに含まれるボリュームデータにおける穿刺針の像を特定する（ステップＳｂ５）。
【００５０】
図２に戻って、特定された穿刺針の像に対して、穿刺針の刺入方向に沿った穿刺針の先端位置が特定される（ステップＳａ６）。画像発生部２６により、ボリュームデータに基づいて、超音波画像が発生される（ステップＳａ７）。このとき、画像発生部２６は、特定された穿刺針の像または輪郭線に対応する画素値に対して、強調処理を実行してもよい。強調処理は、例えば閾値処理である。閾値処理における閾値は、所定の値であって、穿刺針を表す像または輪郭線を強調するための値である。ステップＳａ７の処理の後、形状データ記憶部３１から形状マーカが読み出される（ステップＳａ８）。読み出された形状マーカに対して、所定の閾値を超えた相互情報量に基づいて決定された座標変換が実行される。画像合成部２７により、座標変換された形状マーカが発生された超音波画像に重ねられる（ステップＳａ９）。
【００５１】
なお、被検体に焼灼針が刺入されている場合、ステップＳａ７の処理の後、形状データ記憶部３１から焼灼針に対応する形状マーカおよび焼灼範囲を示すマーカ（以下、焼灼マーカと呼ぶ）が読み出される（ステップＳａ８）。読み出された形状マーカおよび焼灼マーカに対して、所定の閾値を超えた相互情報量に基づいて決定された座標変換が実行される。画像合成部２７により、座標変換された形状マーカおよび焼灼マーカが、発生された超音波画像に重ねられる（ステップＳａ９）。
【００５２】
ステップＳａ９の処理の後、重ねられた画像または穿刺針を強調した画像が、表示部１４に表示される。図９は、座標変換された第２ＲＯＩに含まれる３次元データと、構造物特定処理により特定された穿刺針の像に形状マーカを重ね合わせた画像との一例を示す図である。図９（ａ）は、決定された変換行列により座標変換された第２ＲＯＩに含まれる３次元データを示す図である。図９（ｂ）は、ボリュームデータにおいて特定された穿刺針の像に、形状マーカを重ね合わせた画像の一例である。
【００５３】
（第１の変形例）  
第１の実施形態との相違は、特定された所定の構造物を表す像のデータとボリュームデータとに基づいて、所定の構造物に関する所定の断面に対応する超音波画像を発生することである。以下、説明を簡単にするために、所定の構造物は穿刺針とする。
【００５４】
形状データ記憶部３１は、穿刺針に関する所定の断面を記憶する。所定の断面とは、例えば、穿刺針の長手方向の断面を含む走査面（以下、長手走査面と呼ぶ）である。なお、所定の断面は複数であってもよい。他の所定の断面は、例えば、穿刺針の長手方向の断面を含みかつ穿刺針の刺入方向に平行な面（以下、刺入平行面と呼ぶ）、および穿刺針の刺入方向の先端を含みかつ刺入平行面に垂直な面（以下、刺入垂直面と呼ぶ）などである。以下、長手走査面と刺入平行面と刺入垂直面とをまとめて３断面と呼ぶ。
【００５５】
形状データ記憶部３１は、穿刺針が刺入される被検体への超音波スキャンに先立って、３断面に関する情報を、画像発生部２６に出力する。３断面に関する情報とは、ボリュームデータに基づいて、長手走査面、刺入平行面、刺入垂直面を、ＭＰＲ処理により発生させるために必要な情報である。なお、所定の断面は、入力装置１３を介した操作者の指示により、操作者が所望する断面を設定することも可能である。
【００５６】
特定部３３は、特定した穿刺針の像と、穿刺針の刺入方向における穿刺針の先端の位置と（以下、特定情報と呼ぶ）を、画像発生部２６に出力する。
【００５７】
画像発生部２６は、特定情報と３断面に関する情報とを用いて、ボリュームデータに基づいて、３断面の断面像を発生する。具体的には、画像発生部２６は、ボリュームデータにおける特定された穿刺針の像と穿刺針の刺入方向における穿刺針の先端の位置と長手走査面の位置情報とを用いて、ボリュームデータからＭＰＲ処理により、長手走査面の超音波画像を発生する。画像発生部２６は、ボリュームデータにおける特定された穿刺針の像と穿刺針の刺入方向における穿刺針の先端の位置と刺入平行面の位置情報とを用いて、ボリュームデータからＭＰＲ処理により、刺入平行面の超音波画像を発生する。画像発生部２６は、ボリュームデータにおける特定された穿刺針の像と穿刺針の刺入方向における穿刺針の先端の位置と刺入垂直面の位置情報とを用いて、ボリュームデータからＭＰＲ処理により、刺入垂直面の超音波画像を発生する。
【００５８】
表示部１４は、画像発生部２６で発生された断面像を表示する。
【００５９】
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。  
本超音波診断装置１によれば、形状データ記憶部３１に記憶された所定の構造物に対応する形状を表す３次元データまたは２次元データを用いて、ボリュームデータにおける所定の構造物を表す像を特定することができる。加えて、特定された所定の構造物を表す像および治療範囲にマーカを重ね合わせた超音波画像を表示することができる。また、所定の構造物を表す像が存在する複数の断面像を発生することができる。これらのことから、断面像における所定の構造物を表す像が表示されないこと、および所定の構造物における先端の位置に関する像が表示断面から外れることを、解消することができる。この結果、操作者が所定の構造物を表す像または所定の構造物の先端位置を見失う問題を解消することができる。
【００６０】
加えて、所定の構造物を表す像を断面像に表示させるためにプローブを操作しなければならないこと、または所定の構造物を表す像が表示される断面を探すためにトラックボールを操作しなければならないことなどが解消され、操作性が向上する。また、操作性の向上により、診断効率が向上する。加えて、穿刺アダプタを用いなくても、例えば穿刺治療を支援することが可能となる。
【００６１】
さらに、本超音波診断装置１によれば、形状データ記憶部３１に記憶された被検体の特定臓器に対応する形状を表す３次元データまたは２次元データを用いて、ボリュームデータにおける被検体の特定臓器を表す像を特定することができる。加えて、特定された被検体の特定臓器を表す像にマーカを重ね合わせた超音波画像を表示することができる。また、被検体の特定臓器を表す像が存在する複数の断面像を発生することができる。
【００６２】
また、本超音波診断装置１は、所定の構造物の像および治療範囲に対応するマーカを、所定の時間間隔で連続的に表示させることで、例えば穿刺治療における穿刺針のナビゲーションとしても使用可能である。上記実施形態の変形例として、本超音波診断装置１の技術的思想を医用画像処理装置５０で実現する場合には、例えば図１の構成図における点線内の構成要素を有するものとなる。構造物特定機能における各処理は、第１の実施形態および第１の変形例と同様である。加えて、各実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６４】
１…超音波診断装置、１１…装置本体、１２…超音波プローブ、１３…入力装置、１４…表示部、２１…超音波送信部、２２…超音波受信部、２３…Ｂモード処理部、２４…ドプラ処理部、２５…ボリュームデータ発生部、２６…画像発生部、２７…画像合成部、２８…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、２９…シネメモリ、３０…インターフェース部、３１…形状データ記憶部、３２…内部記憶装置、３３…特定部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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