JP5820129B2

JP5820129B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP5820129B2
Application number: JP2011037598A
Authority: JP
Inventors: 康典大嶋
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2015-11-24
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: JP2012170749A

Description

本開示は、超音波画像を用いて診断を行う超音波診断装置、及び超音波診断プログラムに関する。

超音波診断装置は、超音波プローブに内蔵された超音波振動子から超音波を被検体に対して送信し、被検体内で生じた反射波（以下、単にエコー信号と記載する）を超音波振動子で受信して、エコー信号に基づく超音波画像を生成する装置である。

近年、予めＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置を用いてＣＴボリュームデータを取得した上で、ＣＴボリュームデータから生成したＣＴ断層像と、リアルタイムで生成している超音波画像とを並べて表示することが可能な超音波診断装置の開発が進んでいる。超音波画像とＣＴ断層像の表示部位とを一致させて被検体中の同じ領域を観察するために、超音波プローブに位置センサを取り付け、超音波プローブの位置情報に合わせてＣＴ断層像を生成する断面の位置を更新することが可能な超音波診断装置が実用化されている。

特開２００９−３４２６２号公報

先述したような超音波診断装置を用いて超音波画像とＣＴ断層像の表示部位を一致させるためには、位置センサが取得する超音波プローブの位置情報に関する座標系と、ＣＴボリュームデータに関する座標系とを対応付けておく必要がある。従来の超音波診断装置においては、例えば被検体の体表より触知可能な剣状突起をランドマークとして座標系の対応付けを行っていた。すなわち、操作者はまず、ＣＴボリュームデータ中に含まれる剣状突起を目視により検出して剣状突起のＣＴボリュームデータ座標系における位置情報を登録する。その後、操作者は被検体の体表から触知した剣状突起に超音波プローブを接触させて、この時の位置センサの座標系における超音波プローブの位置情報を登録する。超音波診断装置は登録された２つの位置情報を比較することによって、ＣＴボリュームデータ座標系を位置センサ座標系に変換する処理を行う。

ところが、これらの処理においてＣＴボリュームデータ中の剣状突起の検出や、被検体上の剣状突起の触知などは操作者の主観によって行われる。そのため、未熟な操作者によっては超音波プローブにおける位置情報の座標系とＣＴボリュームデータの座標系との対応付けが正しく行えず、臨床上有用な診断が行えない可能性がある。

そこで本願においては、超音波プローブの位置情報とボリュームデータとの対応付けを簡便に行うことを目的とする。

上記課題を解決するため実施形態の超音波診断装置においては、被検体へ超音波を送信し、反射波を受信することによりエコー信号を得る超音波プローブと、前記エコー信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、前記超音波プローブの位置に基づいて定まるプローブ位置情報を検出すると共に、このプローブ位置情報に基づいて前記超音波プローブが一定時間静止していることを検出する位置情報検出手段と、ボリュームデータの所定の位置における参照画像を生成する参照画像生成手段と、前記位置情報検出手段にて検出された静止時間における前記超音波画像のライブ像を抽出する抽出手段と、前記ライブ像が抽出されたプローブ位置情報に基づいて定まる位置の前記参照画像を前記ボリュームデータから生成し、この参照画像と前記ライブ像とを並べて表示する表示手段とを有する。

また、上記課題を解決するため実施形態の超音波診断プログラムは、コンピュータに、エコー信号に基づいて超音波画像を生成する機能と、前記エコー信号を取得した超音波プローブの位置を示すプローブ位置情報を検出する機能と、前記プローブ位置情報に基づいて前記超音波プローブが静止していることを検出する機能と、ボリュームデータの所定の位置における参照画像を生成する機能と、前記静止の検出に基づいて前記超音波画像に対応する参照画像を第１の参照画像として抽出する機能と、前記プローブ位置情報と、前記ボリュームデータにおいて前記第１の参照画像が生成された位置を示す参照画像位置情報とを関連付ける機能と、前記関連付けされた前記プローブ位置情報に基づいて定まる、前記ボリュームデータにおける所定の位置の参照画像を第２の参照画像として生成する機能と、前記第２の参照画像と前記超音波画像とを並べて表示する機能とを実現させる。

実施例に係る超音波診断装置の内部構成を示すブロック図。実施例に係る超音波画像及び参照画像を撮影する様子を示す図。実施例に係る超音波画像と参照画像とを並べて表示する様子を示す図。実施例に係る超音波プローブ位置情報対応付けの処理を示すフローチャート。実施例に係る超音波プローブ位置情報対応付けの別の処理を示すフローチャート。実施例に係る参照画像の探索範囲を示す図。

（超音波診断装置１の構成）
以下、本開示の実施例について図面を参照して説明する。図１は、各実施例に係る超音波診断装置１の構成を示したブロック図である。超音波診断装置１は、システム制御部１０、入力部２１、表示部２３、超音波プローブ３０、及び基準磁場発生器４０とを組み合わせることにより構成される。なお、本発明における超音波診断装置１の構成はこれに限られるものではなく、適宣構成要素を追加しても構わないし、超音波診断装置１の構成要素の幾つかを省略して、超音波診断装置１の外部に接続した装置が省略された構成要素の役割を果たすものであっても構わない。例えば後述する参照画像生成部１３を超音波診断装置１の外部に接続した画像処理装置に行わせる構成としても構わない。また例えば超音波プローブ３０や送受信部１７、Ｂモード処理部１８、ドプラ処理部１９といった超音波画像の生成に用いる構成要素を超音波診断装置１の外部に接続した超音波画像取得装置に行わせる構成としても構わない。あるいは本実施例に述べる位置情報の対応付け機能を実行するためのプログラムを任意のコンピュータにインストールして実行することで、コンピュータを実質的に超音波診断装置１として動作させるものであっても構わない。

超音波プローブ３０はシステム制御部１０に接続される部材である。超音波プローブ３０は超音波振動子３１を内蔵し、送受信部１７から出力された駆動信号に基づいて超音波振動子３１を駆動する。また、超音波プローブ３０に位置センサ３２が接続でき、位置センサ３２は後述する基準磁場発生器４０から出力される基準磁場を用いて超音波プローブ３０の位置情報を検出して位置情報検出部１６へと出力する。

超音波振動子３１は、送受信部１７を介して入力された駆動信号に基づいて超音波を発生し、また被検体から反射された超音波を受信して電気信号へ変換する部材である。超音波振動子３１は超音波を受信することにより生じた電気信号（以下、単にエコー信号と記載する）を送受信部１７へと出力する。また、本実施例における超音波振動子３１は、リニア形、コンベックス形、セクタ形などの2次元平面をスキャンする種々の形状によって構成されていても構わないし、あるいはメカ４Ｄプローブ（機械式３次元プローブ）あるいは２Ｄアレイプローブ（マトリクスアレイプローブ）などの3次元空間をスキャンする種々の形状により構成されるものであっても構わない。

位置センサ３２は位置情報を検出するセンサである。位置センサ３２は例えば複数のコイルを３つのそれぞれ直交する平面上に配置し、各コイルに電流を検出する電流計を接続することにより構成される。コイルは後述する基準磁場発生器４０から発生する基準磁場が入力されると電磁誘導により電流を発し、電流計がこの電流を検出する。位置センサ３２は３つの平面に対応するコイルから出力された電流の大きさを位置情報検出部１６へと出力する。後述する位置情報検出部１６はこの電流の大きさを比較することにより、基準磁場発生器４０から発生した基準磁場中心に対する位置センサ３２の相対的な位置を算出する。また、位置センサ３２は異なる位置にあるコイルから出力された電流の大きさを比較し、それぞれの基準磁場中心からの相対的な位置を算出する。更に位置情報検出部１６は異なる位置にあるコイルの位置を比較することにより、超音波プローブ３０が基準磁場中心に対してどれだけ傾いているかを算出する。以降の実施例では、位置センサ３２が検出した基準磁場中心に対する相対的な位置と、超音波プローブ３０の傾きとを総称して、単に超音波プローブ３０の位置情報と記載する。なお、本実施例においては位置センサ３２の構成例としてコイルを用いて磁場を検出するものを挙げたが、位置センサ３２の構成はこれに限られるものではない。例えばコイル以外にホール素子などの他の磁気検出素子を用いて位置センサ３２を構成しても構わない。あるいは磁気を用いて位置情報を算出する替わりに、位置センサ３２を加速度センサやジャイロセンサなどを組み合わせて構成し、位置情報検出部１６がこれらのセンサの出力信号を用いて位置情報を検出するようにしても構わない。

基準磁場発生器４０は基準磁場を発生する装置である。基準磁場発生器４０は例えばコイルをそれぞれ直交する平面上に配置し、各コイルに電流を供給する電流源を接続することにより構成される。コイルは接続された電流源から電流が入力されると、その中心から基準磁場を発生させる。基準磁場発生器４０は例えば１０ｍｓごとなどの等間隔で、電流を供給するコイルを切り替えながら基準磁場を発生させる。これにより、基準磁場発生器４０が発生する基準磁場の方向が等間隔で切り替わることとなる。基準磁場発生器４０は基準磁場を発生させるとともに、現在どの方向に向いた基準磁場を発生させているかを示す情報を位置情報検出部１６へと出力する。なお、基準磁場発生器４０の構成はこれに限られるものではなく、基準磁場の方向を切り替える時間間隔は任意の時間間隔であっても構わないし、あるいは任意の時間間隔で基準磁場の発生と遮断とを切り替える構成としても構わない。

システム制御部１０は、記憶部１２、参照画像生成部１３、参照画像探索部１５、超音波画像生成部１５、位置情報検出部１６、送受信部１７、Ｂモード処理部１８、ドプラ処理部１９から構成される。システム制御部１０は各構成要素へ制御命令を出力し、超音波診断装置１を統括的に制御する。

送受信部１７は、超音波プローブ３０が受信したエコー信号を処理するアンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器などを備える。アンプ回路は、超音波プローブ３０が受信したエコー信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換器へ出力する。Ａ／Ｄ変換器は、増幅されたエコー信号の受信指向性を決定するために必要な遅延時間をエコー信号に与え、加算器へと出力する。加算器は遅延時間を与えられたエコー信号を加算することで、超音波を送信するスキャンラインに対応したエコー信号を得る。送受信部２１はスキャンラインに対応したエコー信号をＢモード処理部１８あるいはドプラ処理部１９へと出力する。また送受信部１７は、超音波振動子３１を駆動し超音波を送信するための駆動信号を超音波超音波プローブ３０へと出力する。

Ｂモード処理部１８は、送受信部１７が出力したエコー信号の振幅強度に応じて変化するＢモード信号を生成する。Ｂモード処理部１８は生成したＢモード信号を超音波画像生成部１５へ出力する。

ドプラ処理部１９は、エコー信号の周波数遷移を検出して、組織あるいは血流の移動速度を抽出したドプラ信号を生成する。ドプラ処理部１９はドプラ信号を超音波画像生成部１５へ出力する。

超音波画像生成部１５は、Ｂモード処理部１８あるいはドプラ処理部１９から出力されたＢモード信号やドプラ信号に基づいて、超音波画像を生成する。この超音波画像の生成は、例えばＢモード信号から算出された画素値を超音波の送受信方向に対応した２次元平面にマッピングすることにより行われる。超音波画像生成部１５が生成する超音波画像はこれに限られるものではなく、例えばドプラ信号から算出された速度値を色情報に変換した画素を２次元平面にマッピングしても構わない。あるいは、超音波プローブ３０が３次元空間のスキャンを行った場合には、超音波画像生成部１５はＢモード信号やドプラ信号から定まる画素値を３次元空間にマッピングしたボリュームデータを生成する。そして、超音波画像生成部１５はボリュームデータを任意の視点から投影した投影画像や、あるいはボリュームデータの任意の断面における画素値を２次元平面にマッピングした断層画像を生成する。以下、超音波画像生成部１５が生成した超音波画像を単にライブ像と記載する。

位置情報検出部１６は、位置センサ３２が出力した信号に基づいて超音波プローブ３０の位置情報を算出する。先述したように、位置情報検出部１６が算出する位置情報は、基準磁場発生器４０が発生する基準磁場中心からの相対的な位置を示す情報と、超音波プローブ３０の基準磁場中心からの傾き方向、傾き角度を示す情報とから構成される。

記憶部１２は、例えばＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）やフラッシュメモリ、及びＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）などから構成される記憶媒体である。記憶部１２は超音波画像生成部１５が生成した超音波画像や、ＣＴ装置やＭＲＩ（ＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｓｏｎａｎｃｅＩｍａｇｉｎｇ）装置、核医学診断装置、あるいは超音波診断装置などで予め取得したボリュームデータが記憶される（以下、スキャンの前に予め記憶部１２に記憶されているボリュームデータを参照ボリュームデータと記載する）。また、参照ボリュームデータに関連付けられた位置情報が記憶される。この他にも、記憶部１２は、参照ボリュームデータを用いて参照画像生成部１３が生成した参照画像や、超音波画像生成部１５が生成したライブ像などの種々の画像情報や、後述する位置情報の対応付け機能を実行するためのプログラムを記憶する。なお、後述する実施例において各画像情報は記憶部１２に格納されたものに限定されず、例えば超音波診断装置１にネットワーク接続されたサーバや外部記憶装置などに格納された画像情報を用いて各処理を行うものであっても構わない。

参照画像生成部１３は、記憶部１２に記憶された参照ボリュームデータを用いて参照画像を生成する処理部である。この参照画像は、表示部２３がライブ像と並べて表示するために用いる第１の用途と、参照画像探索部１４がライブ像の位置情報を検出するマッチング処理を行うために用いる第２の用途との２つの用途に用いられる。参照画像生成部１３は第１の用途における参照画像を生成するときには、位置情報検出部１６から出力された位置情報に基づいて、ライブ画像が撮影された被検体上の部位に対応する部位を示す参照画像の生成を行う。この参照画像の生成は具体的には、まず位置情報検出部１６が出力した位置情報に基づいて断層像を生成する断面の位置を設定し、参照ボリュームデータにおいて設定した断面上にあるボクセルのボクセル値を抽出する。そして参照画像生成部１３は、抽出したボクセル値を２次元平面にマッピングして断層像を生成する。図２は、超音波画像生成部１５が生成するライブ像１００と、参照画像生成部１３が生成する参照画像１０２との位置関係を示す図である。図２（ａ）はライブ像１００の生成位置を、図２（ｂ）は参照ボリュームデータ１０１及び参照画像生成部１０２が生成する参照画像１０２の位置をそれぞれ示している。図２（ａ）に示すように、超音波画像生成部１５は超音波プローブ３０の先端に対応する位置を撮影部位としてライブ像１００を生成する。このライブ像１００の撮影部位は超音波振動子３１が送信する超音波の方向によって定まるため、位置情報検出部１６から出力された超音波プローブ３０の位置及び傾きを含む位置情報を用いることにより、撮影部位がどの位置にあるかを推定することができる。参照画像生成部１３は、位置情報を用いて推定したライブ像１００の撮影部位と同じ位置に断面を設定して、参照画像１０２として断層像の生成を行う。即ち図２に示すように、参照画像生成部１３は、ライブ像１００と参照画像１０２とが被検体Ｐ上で同じ撮影部位を捉えるように参照画像１０２の撮像部位を設定する。参照画像生成部１３は参照画像を生成すると、これを表示部２３あるいは記憶部１２へと出力する。

一方参照画像生成部１３は第２の用途に用いる参照画像を生成するときには、後述する処理に基づいて、参照ボリュームデータ中に断層像を生成する領域として探索範囲を設定する。そして、参照画像生成部１３は、この探索範囲内において様々な位置・傾きにおける複数の断層像を生成する。この断層像の生成において参照画像生成部１３は、参照ボリュームデータからボクセル値を抽出し、ボクセル値を２次元平面にマッピングする処理については第１の用途の場合と同じ処理を行う。参照画像生成部１３は参照画像を生成すると、これを参照画像探索部１４あるいは記憶部１２へと出力する。

参照画像探索部１４は、参照画像生成部１３が第２の用途として生成した複数の参照画像と、超音波画像生成部１５が生成したライブ像とを用いて、位置合わせ処理を行う処理部である。この位置合わせ処理とは具体的には、ライブ像の撮影位置と参照画像の撮影位置とが実質的に一致する参照画像を探索することによって、超音波プローブ３０の位置情報を検出する座標系と、参照ボリュームデータの座標系とを一対一に対応させる処理である。以下、位置合わせ処理の流れについて述べる。参照画像探索部１４は位置合わせ処理を開始すると、ライブ像と参照画像生成部１３が出力した複数の参照画像との比較を行って、ライブ像と最も相関の高い参照画像を複数の参照画像の内から検出する。この参照画像の検出処理は、例えばライブ画像と複数の参照画像から、それぞれエッジ形状を検出して、ライブ画像のエッジ形状と最も類似するエッジ形状を有する参照画像を抽出することにより行われる。ここでエッジとは、画像中で画素値が急激に変化する領域として検出される領域のことを指す。図３に、ライブ像と参照画像探索部１４が抽出した参照画像とを示す。図３（ａ）はライブ像を、図３（ｂ）は抽出された参照画像をそれぞれ示している。図３に示すように、参照画像探索部１４が抽出した参照画像の撮影位置は、ライブ像の撮影位置と実質的に同じものとなる。参照画像探索部１４はライブ像と撮影位置が実質的に一致する参照画像を抽出すると、ライブ像の位置情報、即ち超音波プローブ３０の位置及び傾きの情報と、抽出した参照画像の断面の位置及び傾きの情報とを対応させて、参照ボリュームデータの座標系を超音波プローブ３０の位置情報の座標系に変換する処理を行い、位置合わせ処理を完了する。以上の位置合わせ処理によって、超音波プローブ３０の位置情報が定まれば、超音波プローブ３０の撮影位置と実質的に同じ撮影位置における、参照ボリュームデータ上の断層像の位置が定まることになる。参照画像探索部１４は位置合わせ処理を行い座標系の変換を行うと、変換された座標系の情報を参照画像生成部１３へと出力する。参照画像生成部１３は第１の用途における参照画像を生成する際に、この変換された座標系の情報を使用して超音波プローブ３０の位置情報に基づいて参照画像を生成する断層像の位置を決定する。

なお、本実施例における位置合わせ処理は、ここに述べたものに限定されない。例えばライブ像を用いて参照画像を抽出する処理は、エッジによるものでなくても構わない。例えばライブ像から画素変化のベクトル情報や特徴点の情報などを検出し、このベクトル情報や特徴点と最も類似するベクトル情報や特徴点を有する参照画像を探すことにより参照画像の抽出を行っても構わない。あるいは単にライブ像と参照画像との間で画素値の差分を求め、この差分が最も小さくなる参照画像を最も相関の高い参照画像として抽出しても構わない。また、参照画像探索部１４はライブ像の全体と相関の高い参照画像を探索するものでなくてもよい。例えばライブ像の下半分や、ライブ像のうち入力部２１を介して操作者に指定された画像領域など、ライブ像の一部分と相関の高い参照画像を探索するものであっても構わない。また、座標系の変換処理において、参照ボリュームデータにおける座標系を超音波プローブ３０の位置情報における座標系に変換する代わりに、超音波プローブ３０の位置情報における座標系を参照ボリュームデータにおける座標系に変換しても構わない。

入力部２１は、例えば機械的なボタン、ダイヤル、トラックボール、ジョイスティック、スライダやホイールなどの種々の操作デバイスを用いて構成され、オペレータの入力操作を受け付けて、入力操作を電気信号に変換してシステム制御部１０へ出力する部材である。入力部２１は受け付けた入力操作に応じて、例えば送受信部１７にスキャンの開始・停止を指示する指示信号や、参照画像とライブ像とを並べて表示部２３に表示させる指示信号をシステム制御部１０へ出力する。

表示部２３は、例えばＬＣＤ（ＬｕｃｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、あるいはブラウン管ディスプレイなどの任意のディスプレイにより構成される。表示部２３は、参照画像やライブ像を表示する。あるいは、送受信部１７がスキャンを行う際のスキャンパラメータや、超音波画像生成部１５がライブ像を生成する際の画像化パラメータ、参照画像生成部１３が参照ボリュームデータから参照画像を生成する際の画像化パラメータ、種々のメッセージなどを表示する。

（位置合わせ処理の流れ）
先に述べた各構成要素に基づいて、超音波診断装置１はライブ像と参照画像を用いた位置合わせ処理および、ライブ像と参照画像の生成及び表示を行う。図４は、超音波診断装置１が位置合わせ処理を行った上で、ライブ像と参照画像とを並べて表示する表示処理を行う際の、一連の処理の流れを示したフローチャートである。以下、図４に沿って処理の流れについて述べる。なお、図４の処理を行うにあたって、記憶部１２には参照ボリュームデータが予め記憶されているものとする。

まず、超音波診断装置１の使用者が処理を開始する（ステップ１０００）と、システム制御部１０は記憶部１２から参照ボリュームデータを読み出す（ステップ１００１）。続いて、システム制御部１０は超音波プローブ３０によりスキャンを行って、被検体Ｐのエコー信号を収集して、超音波画像生成部１５がエコー信号に基づいてライブ像を生成して表示部２３に表示する（ステップ１００２）。なお、表示部２３はライブ像の他に、超音波プローブ３０の操作の目安となるように、参照ボリュームデータ中の所定位置の断面における参照画像（例えば、剣状突起を含む参照画像）を並べて表示しても構わない。次に、位置情報検出部１６は超音波プローブ３０の位置情報を検出して、超音波プローブ３０が一定時間以上静止しているか否かを判断する（ステップ１００３）。この一定時間は入力部２１の入力操作によって任意の値が指定され、例えば１秒間などの値が用いられる。また、静止しているか否かの判断は、例えば位置情報の変動が予め定められた閾値の範囲内に収まっているか否かを判断することにより行われる。従って、本実施例でいう静止は超音波プローブ３０が完全に静止している場合のみならず、所定の範囲内で僅かに動いている場合を含むものであって構わない。位置情報検出部１６が超音波プローブ３０は静止していないと判断すると（ステップ１００３のＮｏ）、システム制御部１０はステップ１００２に戻ってライブ像の生成及び表示を続ける。

一方位置情報検出部１６が超音波プローブ３０は一定時間以上静止していると判断すると（ステップ１００３のＹｅｓ）、参照画像探索部１４は、ライブ像と相関の高い参照画像を探索する（ステップ１００４）。このとき、参照画像探索部１４は探索に用いるライブ像として、超音波プローブ３０が静止していた時間領域のうち、中間の時間領域において撮影されたライブ像を用いる。例えば一定時間が１秒間として設定されており、位置情報検出部１６が超音波プローブ３０の静止状態が１秒間維持されたことを検出した場合には、参照画像探索部１４は超音波プローブ３０が静止しはじめてから０．５秒が経過した時点におけるライブ像を用いて探索を行う。これにより、参照画像探索部１４は超音波プローブ３０の静止が確からしい時間帯に撮影されたライブ像を用いて探索を行うことができる。なお、探索に用いるライブ像はこれに限られるものではなく、例えば一定時間が経過した時点で撮影されたライブ像を用いて探索を行っても構わないし、入力部１１が別途参照画像を探索する指示信号を入力するものであって、この指示信号をシステム制御部１０が受け付けた時点におけるライブ像を用いて探索を行っても構わないし、あるいは記憶部１２から複数のライブ像を読み出して表示し、探索に用いるライブ像を入力部１１が選択するものであっても構わない。また、表示部２３はステップ１００４の処理を行う際に、探索に用いるライブ像をフリーズ表示するものであっても構わない。なお、ステップ１００４の処理において、参照画像探索部１４は参照ボリュームデータの全ての領域を探索領域として、ライブ像と撮影位置の一致する参照画像の探索を行う。

ステップ１００４において参照画像探索部１４がライブ像と撮影位置の一致する参照画像を抽出すると、参照画像探索部１４はライブ像を撮影した時点における超音波プローブ３０の位置情報と、抽出した参照画像の参照ボリュームデータにおける位置情報とを用いて、参照ボリュームデータにおける座標系を超音波プローブ３０の位置情報における座標系に変換する（ステップ１００５）。この変換された座標系において、ライブ像の撮影位置と参照画像の撮影位置は同一となるように、参照画像探索部１４は座標系の変換を行う。参照画像探索部１４は変換した参照ボリュームデータにおける座標系の情報を参照画像生成部１３へと出力する。

ステップ１００５において座標系の変換処理が終了すると、システム制御部１０は再び超音波プローブ３０によりスキャンを行って、被検体Ｐのエコー信号を収集して、超音波画像生成部１５がエコー信号に基づいてライブ像を生成する（ステップ１００６）。次に参照画像生成部１３は、ステップ１００６においてライブ像を生成した時点における超音波プローブ３０の位置情報に対応する位置の参照画像を生成する（ステップ１００７）。即ち、ステップ１００７において生成される参照画像の撮影位置は、ライブ像の撮影位置と実質的に同じものとなる。参照画像生成部１３が参照画像を生成すると、表示部２３はライブ像と参照画像とを並べて表示する（ステップ１００８）。次に、システム制御部１０は、入力部２１を介してスキャンを終了する指示があったか否かを判断する（ステップ１００９）。スキャンを終了する指示がなかった場合には（ステップ１００９のＮｏ）、システム制御部１０はステップ１００６に戻ってライブ像及び参照画像の生成を続ける。ステップ１００６からステップ１００９までの処理を繰り返して行うことにより、超音波プローブ３０の位置の変化に追随してライブ像と、参照画像が変化することとなる。一方スキャンを終了する指示があった場合には（ステップ１００９のＹｅｓ）、システム制御部１０は処理を終了する（ステップ１０１０）。

以上の処理により、超音波診断装置１は位置合わせ処理及びライブ像と参照画像の表示処理を行う。超音波プローブ３０の静止を契機に位置合わせ処理を行うことにより、操作者は位置合わせ処理を開始するための入力操作を省くことができ、操作者の操作負担を軽減することができる。

また、超音波診断装置１はライブ像と相関の高い参照画像を探索して位置合わせ処理を行う。ライブ像と相関の高い参照画像を自動的に探索することにより、位置合わせ処理を超音波プローブ３０の操作の巧拙に関らず高精度で行うことができる。

また、超音波診断装置１は位置合わせ処理が行われた後は、ライブ像と撮影位置の一致する参照画像を生成してライブ像と並べて表示する。これにより、操作者は参照画像とライブ像とを見比べながら診断を行うことができる。

（位置ずれの補正処理）
図４を用いて説明した処理によって、超音波診断装置１は同じ撮影位置にあるライブ像と参照画像とを並べて表示する。しかし、例えば位置センサ３２が出力する位置情報の誤差などが原因で、超音波プローブ３０の位置が位置センサ３２の位置情報に正しく反映されていない場合が考えられる。この場合には、例えば超音波プローブ３０が移動するにつれてライブ像の撮影位置と参照ボリュームデータ上の参照画像の撮影位置との誤差（以下、この誤差を単に位置ずれと記載する）が蓄積し、ライブ像の撮影位置と参照画像の撮影位置とがずれてしまうために、操作者は正しい診断を行うことができない。そこで、超音波診断装置１は位置センサ３２の位置情報の誤差を補償するために、図４を用いて説明した処理に加えて位置ずれを補正する処理を行っても構わない。図５は、図４の処理に加えて位置ずれの補正処理を行う場合の、超音波診断装置１の一連の処理の流れを示したフローチャートである。以下、図５に沿って処理の流れについて述べる。

なお、図５のステップ２０００からステップ２００３までの処理と、ステップ２００７からステップ２０１０までの処理については、図４のステップ１０００からステップ１００３までの処理と、ステップ１００６からステップ１００９までの処理と同様であるため、説明を省略する。

ステップ２００３において位置情報検出部１６が、超音波プローブ３０が一定時間静止していたことを検出すると（ステップ２００３のＹｅｓ）、参照画像探索部１４は、位置合わせ処理を行う際の参照画像の探索範囲を参照ボリュームデータの全体として設定する（ステップ２００４）。参照画像探索部１４は探索範囲を設定すると、ライブ像と相関の高い参照画像を探索範囲内の参照ボリュームデータから探索する（ステップ２００５）。この時点においては、参照ボリュームデータの全体が探索範囲として設定されているため、参照画像探索部１４は例えば参照ボリュームデータの全ての位置・傾きについて参照画像の生成を行い、ライブ画像との比較を行うこととなる。ステップ２００５で参照画像探索部１４がライブ像と相関の高い参照画像を抽出すると、参照画像探索部１４はライブ像を撮影した時点における超音波プローブ３０の位置情報と、抽出した参照画像の参照ボリュームデータにおける位置情報とを用いて、参照ボリュームデータにおける座標系を超音波プローブ３０の位置情報における座標系に変換する（ステップ２００６）。この変換された座標系において、ライブ像の撮影位置と参照画像の撮影位置は同一となるように、参照画像探索部１４は座標系の変換を行う。ステップ２００７からステップ２００９までの処理によって表示部２３に撮影位置が同じライブ像と参照画像とが表示されると、システム制御部１０は、入力部２１を介してスキャンを終了する指示があったか否かを判断する（ステップ２０１０）。スキャンを終了する指示がなかった場合には（ステップ２０１０のＮｏ）、参照画像探索部１４は例えばステップ２００７において生成されたライブ像の撮影位置の近傍を探索範囲として設定する（ステップ２０１１）。ここで言う近傍とは、ライブ像の撮影位置に対して傾きと位置が所定の範囲内にある領域のことを指す。図６にステップ２００４とステップ２０１１で設定された探索範囲の違いを示す。図６（ａ）にステップ２００４で設定された探索範囲２０１を、図６（ｂ）にステップ２０１１で設定された探索範囲２０２をそれぞれ示している。図６（ａ）に示すようにステップ２００４においては、参照画像探索部１４が設定する探索範囲２０１は、参照ボリュームデータの領域と同一となる。一方図６（ｂ）に示すようにステップ２０１１においては、参照画像探索部１４は超音波プローブ３０を用いて撮影したライブ像の撮影位置の近傍のみを探索範囲として設定する。従って、ステップ２００４において設定された探索範囲に比べて、ステップ２０１１において設定された探索範囲は狭いものとなる。ステップ２０１１において参照画像探索部１４が探索範囲を設定すると、参照画像探索部１４はライブ像の相関の高い参照画像を探索範囲内の参照ボリュームデータから探索する（ステップ２００５）。この時点においては、参照ボリュームデータのうちライブ像撮影位置の近傍のみが探索範囲として設定されているため、参照ボリュームデータの全体が探索範囲である場合に比べて少ない数の参照画像が生成され、ライブ画像と比較される。生成及び比較される参照画像の数が少なくなることにより、参照ボリュームデータの全体が探索範囲である場合に比較して、参照画像の抽出が高速に行われる。ステップ２００５で参照画像探索部１４がライブ像と相関の高い参照画像を抽出すると、システム制御部１０はステップ２００６での座標系の変換処理を行う。

一方ステップ２０１０でスキャンを終了する指示があった場合には（ステップ２０１０のＹｅｓ）、システム制御部１０は処理を終了する（ステップ２０１２）。

以上の処理により、超音波診断装置１はライブ像と参照画像とを並べて表示する処理を行うと共に、並べて表示したライブ像を使って参照画像を探索し、抽出された参照画像を用いて座標系の変換を行う。この処理によって座標系の変換処理が随時行われるために、もし位置センサ３２が出力する位置情報に誤差があった場合であっても、常に正しく対応付けられた座標系を用いてライブ像と同じ撮影位置における参照画像を抽出し表示することができる。

また、超音波診断装置１は参照ボリュームデータのうちライブ像撮影位置の近傍にあるデータのみを使って参照画像の探索処理を行う。これにより、参照画像の探索処理を高速に行うことができ、ライブ像と参照画像の表示処理に併せてリアルタイムで座標系の変換処理を行うことができる。

なお、本実施例における超音波診断装置１の構成はこれに限定されず、適宣構成や動作を省略し、あるいは追加しても構わない。例えば図４のステップ１００４や図５のステップ１００５において、ライブ像内にアーチファクトが写りこんでいることや、あるいは参照ボリュームデータから参照画像を生成する際の画像化パラメータ（例えば、ボクセル値から２次元平面にマッピングする画素値を算出する際に用いる係数、即ちレンダリングレンジ）が適切に設定されていないことなどが原因となって、参照画像探索部１４がライブ像と相関の高い参照画像を参照ボリュームデータ中から探索できない事態が発生しうる。システム制御部１０は参照画像探索部１４が相関の高い参照画像を探索できなかった場合には、例えば表示部２３に探索が行えなかった旨を示すメッセージを表示してもよい。また、システム制御部１０は探索が行えなかった旨を示すメッセージを表示するとともに、参照画像を生成する際の画像化パラメータを変更する操作を促すメッセージを表示しても良い。また、システム制御部１０は探索が行えなかった旨を示すメッセージを表示すると共に、入力部２１を介した操作によって座標系の変換処理を行う操作を促すメッセージを表示してもよい。

また、本実施例においては超音波画像生成部１５が２次元のライブ像を生成し、参照画像探索部１４が２次元のライブ像と相関の高い２次元の参照画像を探索するものとして説明したが、ライブ像及び参照画像は２次元のものに限られない。例えば超音波画像生成部１５が３次元のボリュームデータをライブ像として生成し、参照画像探索部１４が３次元のライブ像と相関の高い３次元のボリュームデータを参照画像として探索するものであっても構わない。あるいは超音波画像生成部１５が動画像のライブ像を生成し、参照画像１４が動画像のライブ像のうちいずれかの１フレームと相関の高い２次元の参照画像を探索するものであっても構わない。

以上に本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は、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。これら新規な実施例は、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。これら実施例やその変形は、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。

Ｐ被検体
１超音波診断装置
１０システム制御部
１２記憶部
１３参照画像生成部
１４参照画像探索部
１５超音波画像生成部
１６位置情報検出部
１７送受信部
１８Ｂモード処理部
１９ドプラ処理部
２１入力部
２３表示部
３０超音波プローブ
３１超音波振動子
３２位置センサ
４０基準磁場発生器

Claims

被検体へ超音波を送信し、反射波を受信することによりエコー信号を得る超音波プローブと、
前記エコー信号に基づいて超音波画像を生成する超音波画像生成手段と、
前記超音波プローブの位置に基づいて定まるプローブ位置情報を検出すると共に、このプローブ位置情報に基づいて前記超音波プローブが一定時間静止していることを検出する位置情報検出手段と、
ボリュームデータの所定の位置における参照画像を生成する参照画像生成手段と、
前記位置情報検出手段にて検出された静止時間における前記超音波画像のライブ像を抽出する抽出手段と、
前記ライブ像が抽出されたプローブ位置情報に基づいて定まる位置の前記参照画像を前記ボリュームデータから生成し、この参照画像と前記ライブ像とを並べて表示する表示手段とを有することを特徴とする超音波診断装置。
前記抽出手段は、
前記静止していた時間領域のうち、中間の時間領域において撮影された超音波画像をライブ像として抽出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。