JP4413909B2 - ３次元超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体内部を３次元的に映像化する３次元超音波診断装置に係り、特にリアルタイム性を向上する技術に関する。

近年では、２次元アレイ型の超音波探触子等を使って、被検体内部の３次元領域を超音波で走査（３次元スキャンとか、ボリュームスキャンとか呼ばれている）して、３次元画像を表示する試みが色々なされており、リアルタイムに３次元走査を行い、複数の断層像を同時にリアルタイムに表示するシステムも発表されている。

従来の２次元の断層画像を表示する超音波診断装置では、断層面内で超音波を移動すればよいが、３次元では超音波を３次元領域内で縦横に隈無く動かす必要がある。リアルタイム性を維持して内部組織の自然な動きを再現するためには、３次元領域内を一通り走査するのに要する時間を短縮して、時間分解能（ボリュームレート）、つまり１秒間に３次元領域を走査する回数を、２次元走査の場合と同様に毎秒３０回程度まで向上する必要がある。

周知の通り、超音波の人体内における伝播速度（音速）はほとんど一定で、超音波を走査して人体内の画像情報を得る超音波診断の基本的なシステムの基では、単位時間あたりに走査できる超音波走査線数は上記物理的限界に依存ところが大きい。つまり、超音波の１回の送受信に要する時間としては、視野深度と上記伝搬速度とによって絶対的に決まってしまうので、１秒あたりの超音波走査線数は２次元、３次元に関わらずほぼ固定的である。

このためリアルタイムの３次元走査を実現するためには、空間分解能（超音波走査線の密度）を減らして、画質の劣化を我慢するしかなかった。このような１秒あたりの超音波走査線数を飛躍的に向上するために、ディジタルビームフォーマとして知られている多方向同時受信のような高速化手段の採用が検討されているが、これでも１回の送信で数本を受信するに止まっており、３次元走査においては時間分解能と空間分解能とを両方共に実用域で満足させることはできないのが現状であった。

上述したように、超音波の音速による物理的な制約から、超音波の走査を従来の２次元断層面から３次元ボリューム領域に拡大した場合、表示する断層面で比較すると超音波走査線の密度が低下し、画像劣化が生じるという根本的な問題が発生する。すなわち、超音波診断においては、従来高画質な画像が要求されており、３次元的な表示を行うことで本来の画像情報が希薄になることは大きな問題となる。

また、超音波診断画像は組織性状の差異を輝度で表現する表示法を主としており、この画像情報全てを３次元的に表示することは難しく、適切な３次元表示手法が確立されていないという問題もある。

また、超音波診断装置のＢモード画像と血流像を同時に収集し、それぞれ３次元画像として再構成し合成表示する要求は大きく、実際に表示法を提案した例もあるが、そのような場合でも超音波のＢモード画像と血流像の３次元的な表示によりそれぞれ相互の位置関係や個々の３次元的な形状を十分に観察するには３次元的な表示の表現手段に乏しく、十分といえるものではなかった。

さらに、超音波画像を３次元的に表示する場合、Ｘ線ＣＴやＭＲＩといった画像診断装置とは異なり収集画像の表示エリアが小さく、また表示形状も超音波探触子の走査法により多数あるため、収集画像を再構成して作る３次元画像もその方向や形状にバラエティーがあり、使用者は表示している３次元画像のオリエンテーションを見失ってしまいやすいという問題があった。

本発明の目的は、被検体内部を３次元的に表示する超音波診断装置において、空間分解能と時間分解能とを共に向上することにある。

本発明のある局面は、被検体内の３次元領域を超音波で走査可能な３次元超音波診断装置において、前記３次元領域内の断層面を超音波で走査して該断層面に対応する画像を生成して表示する第１の表示モードと、前記３次元領域内の任意の局所領域を超音波で３次元に走査して前記局所領域に対応する３次元的画像を生成して表示する第２の表示モードと、前記局所領域と前記断層像の位置に従って位置整合して、前記断層面に対応する画像と前記３次元的画像とを同時表示する第３の表示モードとを選択可能であり、前記局所領域の大きさ及び位置の変更を支援するための支援情報を表示し、前記支援情報には、前記３次元領域の中心軸に対して略直交する任意深度の断層面に関するＣモード像が含まれることを特徴とする。

本発明によれば、被検体内部を３次元的に表示する超音波診断装置において、空間分解能と時間分解能とを共に向上することができる。

以下に、図面を参考にして、本発明を好ましい実施形態により説明する。図１に本実施形態の超音波診断装置の構成を概略的に示している。本装置は、超音波探触子１と、装置本体１２と、ディスプレイ７と、走査パネル１１とから構成される。超音波探触子１は、被検体の内部の３次元領域を超音波により電子的に高速で走査することができるように、電気信号と音響信号とを相互変換するための複数の振動素子がマトリクス状に配列されてなる２次元アレイ型が採用されている。

装置本体１２は、送受信ユニット２と、ディジタルビームフォーマスイッチユニット３と、画像処理ユニット１３と、ホストＣＰＵ７(HostCPU) １０と、ディスプレイユニット(Display Unit)９とから構成されている。送受信ユニット２は、送受信切替用スイッチ(T/R SW) ２３と、送信器(Transmitter) ２１と、プリアンプ(Pre AMP)２２とから構成される。スイッチ２３は、超音波の送信時には、超音波探触子１に送信器２１を接続し、またエコーの受信時には、超音波探触子１にプリアンプ２２を接続する。

送信器２１は、図示しないが、クロック発生器、分周器、送信遅延回路、パルサから構成され、クロック発生器で発生されたクロックパルスを分周器で例えば６ＫＨｚ程度のレートパルスに落とし、このレートパルスを送信遅延回路を通してパルサに与えて高周波の電圧パルスを発生し、振動素子を駆動する、つまり機械的に振動させるようになっている。こうして発生された超音波は、被検体内の音響インピーダンスの境界で反射して、超音波探触子１に戻ってきて、振動素子を機械的に振動する。これにより各振動素子に電気信号が個別に発生する。この電気信号は、プリアンプ２２で増幅された後、ディジタルビームフォーマユニット３に送られ、整相加算される。これにより、指向性を有する信号（受信信号）が生成される。

なお、被検体内部の３次元領域を一通り超音波で走査する時間、つまり３次元走査（ボリュームスキャンともいう）に要する時間を短縮して、時間分解能、つまり１秒あたりの３次元領域の走査回数（ボリュームレート）を向上し、リアルタイム性を促進するために、各振動素子に与えられる電圧パルスの遅延制御によって超音波ビームが意図的に太くされている。また、この太い超音波ビームを１回送信する毎に、指向性の異なる複数（ここではｎ個）の受信信号を生成すること、つまりいわゆる多方向同時受信を実現するために、ディジタルビームフォーマユニット３には、複数（ここではｎ個）のディジタルビームフォーマ３１1 〜３１n が装備されていて、それぞれ異なる位相ずれパターンで整相加算を行うようになっている。

画像処理ユニット１３には、バスに接続された４つのプロセッサ４，５，６，８が装備されている。アプリケーションプロセッサ６は、主に表示モードや計測に必要な処理機能を有している。また、エコープロセッサ４は、ディジタルビームフォーマユニット３からの受信信号に基づいて、組織の形態的な情報を提供するＢモード画像データを生成する。また、エコープロセッサ４は、受信信号に含まれる高調波成分（基本周波数の整数倍の周波数成分）を抽出し、この高調波成分に基づいて、組織の形態的な情報をより鮮明に提供することのできるティッシュハーモニック画像データを生成する。

ドプラプロセッサ５は、いわゆるカラーフローマッピング（ＣＦＭ）を実現するユニットであり、まず、ディジタルビームフォーマユニット３からの受信信号を直交位相で検波して周波数偏移を受けたドプラ信号を取り出し、この取り出したドプラ信号からＭＴＩフィルタで特定の周波数成分だけを通し、その通過した信号の周波数を自己相関器により求め、この周波数から演算部で平均速度、分散、パワーを演算するように構成されている。なお、ＭＴＩフィルタの通過帯域を調整することにより、主に組織及び血流の速度を映像化した一般的なＣＦＭ画像データと、主に心筋等の組織形状を映像化するティッシュドプラ画像データとを選択的に生成できるようになっている。また、ドプラプロセッサ５は、パワーから組織及び血流の形状を映像化したパワードプラ画像データを生成できるようになっている。

３次元プロセッサ(３次元 プロセッサ)８は、上述したＢモード画像データ、ティッシュハーモニック画像データ、ＣＦＭ画像データ、ティッシュドプラ画像データ、パワードプラ画像データの中の任意の画像データから、後述するような３次元的な画像データを生成することができるようになっている。

また、３次元プロセッサ８は、Ｂモード画像データ、ティッシュハーモニック画像データ、パワードプラ画像データの中の任意の画像データに基づいて、後述するような３次元画像データを生成することができるようになっている。

さらに、３次元プロセッサ８は、３次元走査可能な被検体内部の３次元領域の形状を模式的に表す図形、例えばワイヤフレームモデルを構築することができるようになっている。３次元プロセッサ８は、このワイヤフレームモデルに、上述のＢモード画像データを必要に応じてオブリーク処理をかけて位置整合して合成する等の後述するような様々な表示を実現するのに必要な処理を実行可能になっている。この３次元プロセッサ８で生成された画像データは、ディスプレイユニット９を介してディスプレイ７に表示される。

（基本となる走査及び３次元的な表示画面構成）本実施形態では、Ｂモード画像データ等の断層像データを３次元的に表示する方法の基本にあるのは、３次元走査可能領域を、超音波探触子１の図２（ａ）に示すように超音波放射面を基点としたワイヤフレームモデルにより模式的に表示する。そして、図２（ｂ）に示すように、３次元走査可能領域の中で、超音波探触子１の中心から３次元領域の中心軸で交差する任意の２つの断層面（Ａ面、Ｂ面）だけを交互に２次元走査して得られる２枚の断層像データを、適当にオブリーク処理して、図３に示すように、ワイヤフレームモデルに位置整合して合成し、表示する。この位置整合は、ワイヤフレームモデル中で２次元走査して得られた断層像の対応する位置に断層像を合成、表示する。また、表示画面の右下欄には、ワイヤフレームモデルに合成表示する２枚の断層像を、それぞれ別々に全面で２次元画像として表示する。

また、２次元走査する２つの断層面の位置関係を分かり易くするため、また２次元走査する２つの断層面を簡単に設定することができるように、画面右上欄には、３次元走査可能領域を探触子側から鳥観した様なガイド図形が表示される。そして、このガイド図形を、走査パネル１１のポインティングデバイスで操作することにより、２つの断層面を任意に変更（移動）することができるようになっている。断層面の変更を行った場合には、送受信ユニット２による探触子１の駆動条件が変更し、これにより超音波による２次元の走査断層面も自動的に変更されるようになっている。

以上のように本実施形態によれば、３次元走査可能領域内の任意の２つの断層面のみを超音波で走査するので、３次元領域を隈無く走査するよりも、同じ時間分解能で考えると、超音波走査線密度を格段に向上して、高い空間分解能、つまり高画質を獲得することができる。また、交差する２つの断層面に対応する２枚の断層像を、実際の位置に反映した形で合成し、しかも３次元走査可能領域を模式的に表すワイヤフレームモデルに位置整合してはめ込むので、２つの断層像を単純に並べて表示する場合に比較して、直感的に生体内部の形態等の３次元情報を認識することができる。また、２つの断層面を手動で動かすことで、組織の形態や血流の流れを３次元的により理解することができる。

（断層面の自動的な移動）この２つの断層面の少なくとも一方を自動的に動かすことで、組織の形態や血流の流れの３次元的な理解を、さらに促進することができる。図４、図５には、この表示例を示している。画面の右下欄には自動移動条件を設定するためのメニューが表示される。この設定メニュー上で、自動的に移動する断層面(Scan Plane)をＡ面とＢ面の何れか一方又は両方に指定し、走査方式(Scan type) を方式ａと方式ｂとから選択的に指定し、断層面の移動範囲(scan Aria) を角度指定し、断層面の移動間隔(Scan pitch)を任意指定し、さらに断層面の移動速度(Scan speed)を任意指定することができるようになっている。送受信ユニット２は設定された移動条件に従って２次元走査する断層面を自動的に移動させ、それに合わせてディスプレイユニット１０でワイヤフレームモデルに対して断層像を移動させるように処理する。

なお、図４には、走査方式ａによる断層面の移動の様子を示していて、この方式ａでは、３次元走査可能領域の中心軸を回転中心として断層面が自動的に回転するようになっている。また、図５には、走査方式ｂによる断層面の移動の様子を示していて、この方式ｂでは、移動対象の断層面に略直交する方向に沿って、断層面が自動的に移動するようになっている。

このように断層面を自動的に動かすようにすれば、超音波探触子１を被検体体表にあてた後に、リアルタイムに中心軸を通る２断層面を表示し、自動移動ボタンを押すと、超音波２次元走査断層面が３次元走査可能領域を移動し、３次元走査可能領域を示すワイヤフレームモデル内で断層像が連続して移動する表示となる。なお、移動方式としては一方向のみに移動する場合と往復運動する場合を選択可能とする。

次に、本実施形態に係る超音波診断装置の具体的な動作について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置は、３種類の走査モードで選択的に動作することが可能となっている。この３種類の走査モードのいずれでも上述した図３、図４又は図５の表示が基本となる。以下に、この３種類の走査モードについて順番に説明する。

（第１の走査モード）図６に第１の走査モードでの表示画面例を示している。第１の走査モードは、２次元アレイ型探触子１の直交する振動素子配列に対応した直交する２断層面のＢモード画像又はＣＦＭ画像を提供するのが好適といえる。従来からあるバイプレーン探触子を用いて直交２断層面を走査する場合と良く似た走査であり、２次元アレイ型探触子１に応用した走査モードに相当する。

この第１の走査モードでは被検体内の３次元走査可能領域から、２つの断層面のみを２次元走査するので、本来的な意味での３次元画像を直接得るための手段ではない。しかし、３次元的な走査をする場合（Ｎ×Ｍ本の走査線）より走査する範囲は小さい（Ｎ×２本の走査線）ので、２つという限定された断層面ではあるものの、リアルタイム性をあまり損なうことない程度の高い時間分解能にして、高画質（高い空間分解能）を提供することが可能となる。

従ってこの第１の走査モードは、３次元的な画像を得るための前手段として、操作者が被検体に対する探触子の位置決めを行うためのガイドとして用いるのが好適できる。本モードの動作の実行手順概要を以下に説明する。

操作者は操作パネル１１から所定の選択により、本第１の走査モードを選択する。操作パネル１１からの選択信号は、バスを介してホストＣＰＵ１０へ入力される。ホストＣＰＵ１０は、バスを介して、送受信ユニット２およびビームフォーマユニット３に当該第１の走査モードに対応する制御信号を出力する。これにより、第１の走査モードに対応する走査が行われる。また、ホストＣＰＵ１０は、バスを介して、エコープロセッサ４、ドプラプロセッサ５、３次元プロセッサ８及びディスプレイユニット９に、第１の走査モードに対応する信号処理を実現させるための制御信号を出力する。

ここで、エコープロセッサ４は、受信信号から組織由来の超音波画像信号（Ｂモード画像の基信号）を生成し、ドプラプロセッサ５は同一位置上の時系列的に得た受信信号から血流由来の超音波画像信号（ＣＦＭ画像の基信号）を生成する。３次元プロセッサ８は、以下の各々の表示要素に対して、探触子１の位置を基準とした３次元座標データを２次元画像上に投影する演算を行い、画像表示するための変換を行う。

表示要素；３次元走査可能領域の外形を表すワイヤフレームモデル、断層面Ａの断層像（Ｂモード画像等）、断層面Ｂの断層像（Ｂモード画像等）、探触子図形（走査マークを含む）
探触子図形と３次元走査可能領域のワイヤフレームモデルとについては、所定の見込み位置を探触子１に対して設定しておくことで投影像への変換がなされる。Ｂモード画像の基信号ないしＣＦＭ画像の基信号から得られる断層面Ａの断層像、断層面Ｂの断層像についても、同様の見込み位置を用いて、投影像への変換がなされる。断層面Ａ、Ｂの位置設定については、ホストＣＰＵ１０の有する初期状態の値に基づいて行われる。

操作者が断層面を移動させたい場合は、操作パネル１１から所定の選択により、初期状態の値を所定の値に更新することで実現される。ディスプレイユニット９は、これら複数の表示要素を重ね合わせて画像データを生成し、モニタ７によって超音波画像が表示される。

図６は、心臓の左室を心尖部から得た場合における、代表的な本走査モードの表示例である。操作者は、図６のような表示をリアルタイムで観察しながら、３次元的に見たい領域を探して探触子１を移動したり、あおったりしながら位置の調整を行うと共に、断層面Ａ、Ｂを移動させたりして確実に見たい領域がカバーされていることの確認が出来る。

（第２の走査モード）第２の走査モードは、３次元走査可能領域内の一部分をなす局所領域（３Ｄ−ＲＯＩ）、より具体的には第１の走査モードで設定された２次元アレイ型探触子１の直交する素子配列に対応した直交２断面のＢモード画像ないしＣＦＭ画像に囲まれた３次元的な局所領域に対応する３次元の超音波画像を提供するのが好適な走査モードである。

この第３の走査モードでは、３次元的な走査（Ｎ′×Ｍ′本の走査線）をするので、被検体内の３次元空間から、２断層面のみを抽出する第１の走査モード（Ｎ×２本の走査線）よりも、リアルタイム性が低下する傾向がある。しかし、３次元走査を行う領域を、適切なサイズの局所領域に限定（Ｎ′＜Ｎ、２＜Ｍ′＜Ｍ）することでリアルタイム性の低下を極力抑えることは可能であるし、何よりも第１の走査モードでは得られない３次元的情報を提供することが可能となる。

従って本第３の走査モードは、位置決めのガイド的な第１の走査モードによる表示の後に、操作者が３次元的な画像を得るために走査モード設定を切り換えて用いるのが好適である。

本第３の走査モードの動作の実行手順概要を以下に説明する。操作者は、操作パネル１１から所定の選択により、本モードへの遷移を行う。以下の動作手順は第１の走査モードと基本的に同じである。ここで、本走査モードでの３次元プロセッサ８は、以下の各々の表示要素に対して、探触子位置を基準とした３次元座標データを２次元画像上に投影する演算を行い、画像表示するための座標やサイズの変換を行う基本的な処理と共に、特に３次元画像については、（１）遠近感を表現するための透明度の設定、（２）ＭＩＰと呼ばれる最大値投影のための処理、（３）輪郭抽出の前処理とボリュームレンダリングの後処理といった一般的に知られている３次元画像再構成の処理を行う。

表示要素の例；局所領域の外形を表すワイヤフレームモデル等の図形（３Ｄ−ＲＯＩ）、３次元超音波画像、探触子図形（走査マークを含む）、探触子図形と３次元走査可能領域のワイヤフレームモデルについては、表示してもしなくてもよいが、表示する場合の動作は、第１の走査モードの場合と同様である。３次元走査を行う局所領域の図形については、所定の見込み位置を探触子に対して設定しておくことで投影像への変換がなされる。

３次元走査を行う局所領域内部に相当するＢモード画像の基信号ないしＣＦＭ画像の基信号から得られる３次元超音波画像についても、同様の見込み位置を用いて投影像への変換がなされる。これらの見込み位置の設定については、ホストＣＰＵ１０の有する初期状態の値に基づいて行われる。操作者が見込み位置を移動させたい場合は、操作パネル１１から所定の制御により、初期状態の値を所定の値に更新することで実現される。操作者が関心領域の位置を移動させたい場合も、見込み位置とは異なる所定のスイッチ制御を介して、同様の動作によって実現される。

図７に、心臓の左室を心尖部から得た場合での僧帽弁観察のための代表的な本第３の走査モードの表示例を示している。３次元画像（図７（ｂ））は、３Ｄ−ＲＯＩの内部に表示しても良いが、図７のように３Ｄ−ＲＯＩの外部に別々に表示しても良い。外部に表示する場合、３Ｄ−ＲＯＩ等の図形自体はオリエンテーション把握のためのガイドとしての役割を果たすことになり、切り出される３次元画像の位置把握が容易となる。また、切り出された３次元画像に関して、ディフォルトの見込み位置では隠れて見えにくい部分があっても、３次元プロセッサ８の動作によって見込み位置の回転や画像自体の拡大が任意に行えるので、見やすさが向上する。

操作者は図７のような表示をリアルタイムで観察しながら、動画像をビデオなどの動画記録媒体に記録したり、見たい時相を選んでフリーズ操作で走査を停止させた後に静止画を写真などの記録媒体に記録することが出来る。リアルタイムに３次元画像の提供が出来るので、例えば虚血性心疾患の検査で有用なストレスエコーの診断時間と精度が改善される。従来のストレスエコーは、３次元的な心筋の挙動を断層像のみで評価するために、複数の断層像を次々と短時間で記録する必要があったが、本手法によれば、第１の走査モードで簡便に位置決めが出来ると共に、第２の走査モードで本来欲しかった３次元的な画像がリアルタイムで記録可能となるからである。

（第３の走査モード）第３の走査モードは、第１の走査モードで設定された、２次元アレイ型探触子１の直交する素子配列に対応した直交２断面のＢモード画像ないしＣＦＭ画像を提供すると共に、直交２断面に囲まれた３次元的な空間に含まれる３次元の超音波画像を提供するのが好適な走査モードである。本走査モードは、第１の走査モードと第２の走査モードを組み合わせたモードであり、表示的には前述した第２の走査モードの表示に対して２断層像の表示情報を付加したものである。本走査モードを用いる場合、目的に応じておおまかに以下の２通りの使用形態が提供される。

一方は、第１の走査モードの「高画質・高フレーム数」のメリットを生かす目的に主眼を置き、位置決めのガイド的な第１の走査モードによる表示の後に、操作者が３次元的な画像を得るために走査モード設定を本走査モード切り換えて用いるのが好適である。例えば、操作者が位置決めに先験的な情報が無い初診時の用途に適している。

他方は、走査モードの切換という段取りを経ず、最初から本走査モードを選択する使い方で、例えば、経過観察のように操作者が被検体に対して先験的な情報を有している場合の用途に適している。

本第３の走査モードの動作の実行手順概要を以下に説明する。操作者は操作パネル１１から所定の選択により、本第３の走査モードへの遷移を行う。以下の動作手順は第２の走査モードと基本的に同じであり、説明は割愛する。ここで、本走査モードでの３次元プロセッサ８は、以下の各々の表示要素に対して、所定の処理を行う。

表示要素の例；局所領域の外形を表すワイヤフレームモデル等の図形（３Ｄ−ＲＯＩ）、３次元超音波画像、探触子図形（走査マークを含む）、３次元走査可能領域のワイヤフレームモデル、断層面Ａの断層像、断層面Ｂの断層像、心臓の左室を心尖部から得た場合での僧帽弁観察のための代表的な本走査モードの表示例を図８に示す。図８中、３次元画像表示は、３Ｄ−ＲＯＩ内部に表示しても良いが、本図のように３Ｄ−ＲＯＩ外部に表示しても良い。外部に表示する場合、３Ｄ−ＲＯＩ自体はオリエンテーション把握のためのガイドとしての役割を果たすことになり、切り出される３次元画像の位置把握が容易となる。また、切り出された３次元画像に関して、ディフォルトの見込み位置では隠れて見えにくい部分があっても、３次元プロセッサ８の動作によって見込み位置の回転や画像自体の拡大が任意に行えるので、見やすさが向上する。

一方、３次元画像表示を３Ｄ−ＲＯＩ内部に表示する場合には、バックにある２つの断層像Ａ、Ｂと３次元画像とが重なって表示されるので、断層像と３次元画像の両者の透明度を変えて表示するのが、両者を分離して観察できるという面で好ましい。一例としては、３次元プロセッサ８の動作によって、３次元画像と重なりのない部位の断層像には通常の表示を行い、３次元画像と重なりのある部位の断層像では重みづけαの透明度を与え、３次元画像には重みづけ１−αの透明度を与えて表示するようにする。このようにすれば、両者が重なり合っている部分でも、バックの断層像が半透明な３次元画像に透けて表示されるようになり、断層像Ａ、Ｂと３次元画像とのオリエンテーションの対比が分かりやすくなる。もちろん、透明度の設定だけでなく、断層像のカラーマップ設定と、３次元画像のカラーマップ設定とを異なるものにしておけば、両者を色合いで分離できる効果も加わるので、有効な実施形態となりうる。カラーマップの設定自体は、３次元プロセッサ８もしくはディスプレイユニット９のどちらかにその機能を持たせておけば実現可能である。

本発明に関わる画像の表示例は、上述してきたような実施形態だけにとどまらず、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形例が得られることは言うまでもない。

例えば、第３の表示モードにおいて、図８で示した表示例は断層像として組織由来のＢモード画像を、３次元表示としては組織由来の信号に基づく（ＭＩＰもしくはボリュームレンダリング）画像を提示しているが、断層像は血流由来のＣＦＭ画像であっても、ティッシュドプラと呼ばれる組織の運動情報を含むＣＦＭ画像であっても、さらにはティッシュハーモニックと呼ばれる組織の伝搬の非線形性に依存した情報を含むＢモード画像であっても構わない。３次元画像の基となる信号についても断層像しかりである。

この際、被検体に超音波造影剤が投与されていて、受信信号に造影剤成分の情報が含まれていても、もちろん構わない。本発明のポイントは、あくまで新規な表示手順と表示方法、およびその表示に関わる超音波の走査方法にあるからである。本走査モードの別の表示例として、肝臓の腫瘍内血流診断のための代表的な表示例を図９に示す。

但し、第３の走査モードにおいては、様々な制約条件や診断目的から、断層像と３次元画像との各々の画像モードの組み合わせに関して、より適した組み合わせとそうでない組み合わせがあることも考えられる。例えば図８のように心臓を診断するような場合では特にそうであるが、超音波診断装置ではリアルタイム性が重要となるケースが多いので、可能な限りフレーム数が大きくなる組み合わせが望ましい。血流由来の３次元画像を得たい場合、別紙１でも示したように、適度なフレーム数を提供するには、実際に３次元走査する局所領域サイズを小さく制限したり、もしくは走査線密度を粗くする必要がある。ここで断層像でも血流由来のＣＦＭ画像を得るのは、むやみにフレーム数を低下させることになり、好ましい組み合わせではない。

第３の走査モードにおいては、断層像は３次元画像のオリエンテーションを付けるためのガイドとしての役割と割り切り、通常のＢモードを表示するのがリアルタイム性を重視する場合にはより好ましい。

さらには、断層像と３次元画像との走査シーケンスに関して、第１の走査モードの２示現走査と第２の走査モードの３次元走査との走査比率を変更することができる。例えば、図１０（ａ）に示すように時分割で断層像の２次元走査と３次元画像の３次元走査とを絶えず交互に繰り返すという一般的なシーケンスだけでなく、時間分解能を重視する方の走査により時間を割り当てるようにするのも好適である。例えば、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、大部分の時間は３次元走査で、たまに（ないしスイッチ制御があった時のみ）断層像走査をするようにすれば、可能な限り３次元画像のリアルタイム性の低減は抑えられる。もちろん断層像自体のリアルタイム性は低下するが、位置的なガイドとしては十分に機能しうる。逆に、３次元画像よりもむしろ断層像の方を重視するような場合には、図１０（ｄ）、（ｅ）に示すように、大部分の時間は断層像走査で、たまに（ないしスイッチ制御があった時のみ）３次元走査をするようにすれば良い。

図１１に、第２、第３の走査モードにおける３次元走査を行う局所領域（３Ｄ−ＲＯＩ）の設定方法に関する説明図である。ここでは、弁疾患を例に説明する。３次元で弁の形態観察をするためには、３Ｄ−ＲＯＩ内に対象とする弁が含まれることが必要である。そこで、３Ｄ−ＲＯＩをより容易に決定するために、前記３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤ内の、例えば深さ方向の半分の位置のＣモード画像を別に表示する（Ｃモード面は目的に応じ３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤ内の任意の深さに設定可能）。なお、周知の通り、Ｃモード画像は、超音波ビームに略直交する面（Ｃモード面）に関する断層像である。

対象となる弁をガイド用Ｃモード画像面内に捉えることができれば、すなわち３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤ内に弁を包含できる。このように、３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤ内にＣモード面を設定し、別エリアに表示したＣモード画像をガイドとして３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤをスキャン領域にリアルタイムで移動させれば、Ｃモード画像で捉えられた弁を含む３Ｄ−ＲＯＩを効率的にかつ確実に位置決めすることができる。これによりＲＯＩ設定が容易になるので、診断を円滑に進めることが可能になる。

また、逆に３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤをおおよそ弁の存在する領域に設置し、Ｃモード面位置を手動または自動にて上下方向に移動させてもよい。この場合、弁がＣモード画像内にうまく捉えられたところで、スイッチ等により停止位置を指定すると同時に、３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤがＣモード面に合わせて移動される。

３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤが設定されたならば、新たにＣモード面を上下方向に移動し、表示したい上限と下限をマークしておいて、その領域のみの３次元表示を行う。これは、３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤにより決定された領域内にある部分のみ、例えばここでは弁のみを抽出表示したい場合に有効である。単に３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤの高さを弁領域が上手く入るように３次元表示画像をもとに繰り返し調整しながら合わせるよりも効率がよい。

あるいは、次のような手順で３Ｄ−ＲＯＩを決定してもよい。まず、スキャン領域全体に対するＣモード画像を表示する。対象となる弁を捉え、ＳＷキー等により停止位置をさせると、適切な大きさの３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤがＣモード面に合わせて現れる。３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤは指定したＣモード面内を平行移動して最適な位置を決定した後、横方向の広がりを決定する。上記手段により所望の画像が得られるように３Ｄ−ＲＯＩガイドワイヤの高さを決定し、３Ｄ−ＲＯＩを決定し３次元表示を得る。

なお、Ｃモード画像は単なる３Ｄ−ＲＯＩ設定のガイドとして働かせるだけでなく、３Ｄ−ＲＯＩの３次元透過表示（ＭＩＰでも積分値表示でもよい）と同時に表示し、３次元表示で全体の弁の動きを観察し、同時にＣモード画像で特定の平面内の弁の動きを観察することにも利用できる。

また、Ｃモード像はＢ／Ｗ表示だけでなく、カラーを表示しても良い。これによって決定されたＣモードカラー像を用いて、そのまま血流量計測などの応用に移行させることも可能になる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の好ましい実施形態による超音波診断装置の構成を示す図。 ３次元走査可能領域の一例を示す図。 本実施形態の基本的な３次元表示例を示す図。 断層面の自動的な回転を伴う本実施形態による３次元表示例を示す図。 断層面の自動的な移動を伴う本実施形態による３次元表示例を示す図。 本実施形態による第１の走査モードの表示例を示す図。 本実施形態による第２の走査モードの表示例を示す図。 本実施形態による第３の走査モードの表示例を示す図。 本実施形態による第３の走査モードの他の表示例を示す図。 本実施形態の第３のモードの時分割走査シーケンスの例を示す図。 図８や図９における３次元走査の局所的な関心領域の設定法の説明図。

符号の説明

１…２次元アレイ型超音波探触子、２…送受信ユニット、３…ビームフォーマユニット、４…エコープロセッサ、５…ドプラプロセッサ、６…アプリケーションプロセッサ、７…モニタ、８…３次元プロセッサ、９…ディスプレイユニット、１０…ホストＣＰＵ、１１…操作パネル、１２…装置本体、１３…画像処理ユニット、２１…送信器、２２…プリアンプ、２３…送受信切替スイッチ、３１…ビームフォーマ。

Claims (6)

1. 被検体内の３次元領域を超音波で走査可能な３次元超音波診断装置において、
   前記３次元領域内の断層面を超音波で走査して該断層面に対応する画像を生成して表示する第１の表示モードと、前記３次元領域内の任意の局所領域を超音波で３次元に走査して前記局所領域に対応する３次元的画像を生成して表示する第２の表示モードと、前記局所領域と前記断層像の位置に従って位置整合して、前記断層面に対応する画像と前記３次元的画像とを同時表示する第３の表示モードとを選択可能であり、
   前記局所領域の大きさ及び位置の変更を支援するための支援情報を表示し、
   前記支援情報には、前記３次元領域の中心軸に対して略直交する任意深度の断層面に関するＣモード像が含まれることを特徴とする３次元超音波診断装置。
2. 前記３次元的画像の表示上の見込み位置が変更可能であることを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。
3. 前記Ｃモード像の断層面を前記３次元領域の中心軸にそって自動的に上下移動することを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。
4. 前記２つの断層面の少なくとも一方を、任意の空間的及び時間的間隔で自動的に移動することを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。
5. 前記３次元走査可能領域の中心軸を回転中心として、前記２つの断層面の少なくとも一方を自動的に回転することを特徴とする請求項４記載の３次元超音波診断装置。
6. 前記２つの断層面の少なくとも一方に略直交する方向に沿って前記２つの断層面の少なくとも一方を自動的に移動することを特徴とする請求項４記載の３次元超音波診断装置。

Images