超音波診断装置、超音波画像処理装置及び超音波画像処理プログラム
【課題】 例えば診断部位が変形等する場合等であっても、現実の診断部位と超音波画像との対応を容易且つ迅速に把握することができる超音波診断装置を提供すること。
【解決手段】 超音波プローブと、診断部位に設けられた第１の検出装置から受信する第１の情報に基づいて、診断部位の形状を検出すると共に、超音波プローブに設けられた第２の検出装置から受信する第２の情報に基づいて、診断部位に対する走査断面の位置を検出する検出ユニットと、検出された形状を有する診断部位を模擬的に映像化した三次元コンピュータグラフィックスを生成すると共に、診断部位に対する走査断面の位置に基づいて、三次元コンピュータグラフィックスから走査断面に対応する支援画像を生成する支援画像生成ユニットと、超音波プローブによって受信された反射波に基づいて、走査断面に関する超音波画像を生成する超音波画像生成ユニットと、を具備する。
【解決手段】 超音波プローブと、診断部位に設けられた第１の検出装置から受信する第１の情報に基づいて、診断部位の形状を検出すると共に、超音波プローブに設けられた第２の検出装置から受信する第２の情報に基づいて、診断部位に対する走査断面の位置を検出する検出ユニットと、検出された形状を有する診断部位を模擬的に映像化した三次元コンピュータグラフィックスを生成すると共に、診断部位に対する走査断面の位置に基づいて、三次元コンピュータグラフィックスから走査断面に対応する支援画像を生成する支援画像生成ユニットと、超音波プローブによって受信された反射波に基づいて、走査断面に関する超音波画像を生成する超音波画像生成ユニットと、を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば整形分野に用いられる超音波診断装置、超音波画像処理装置及び超音波画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断は、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査が行えるほか、システムの規模がＸ線、ＣＴ、ＭＲＩなど他の診断機器に比べて小さく、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡便である。また、超音波診断はＸ線などのように被曝の影響がなく、産科や在宅医療等においても使用することができる。
【０００３】
整形領域においても、超音波診断は頻繁に利用される。例えば、腱、筋肉、骨（の表面）など比較的微細な組織を観測部位として、リューマチや組織の断裂の診断を形態学的に診断する場合等に用いられる。この様に整形領域において超音波画像診断を用いる利点は、上記のように微細な構造の変化を捉えることの他、リアルタイム観察による動きの状態をも観察できることである。
【０００４】
ところで、一般的に、超音波診断画像は、Ｘ線ＣＴ装置や磁気共鳴映像装置の画像に比べ、読影に熟練が必要と言われている。その理由の一つは、Ｘ線ＣＴ装置、磁気共鳴映像装置がいわゆる人体の輪切の状態を表現でき、皮膚表面や骨格といった組織との大局的な位置関係を把握し易いのに対し、超音波断層像は、しばしば臓器の一部分のみを画像化することが多く、臓器の位置関係が捕らえにくくなるからである。そのため、超音波画像を記録する際、超音波プローブを当てる位置などを明示的に記録しておく必要がしばしば起こる。特に、整形領域では、この様な必要性が顕著であると言える。また、超音波は骨を透過しない。このため、超音波画像ででは、骨の表面の輪郭のみしか映像化されない。また、骨の周囲に存在する軟骨、靭帯、腱なども小さな組織でありながら、その３次元的形態は複雑である。従って、ある一つの断層に対応する超音波画像みでの解剖学的把握は比較的困難である。
【０００５】
上述した整形分野における超音波画像診断ならではの課題に対しては、種々の解決策が提案されている。その多くは、リアルタイムで収集している超音波画像とは別に、皮膚表面や骨格等と超音波画像との位置関係の把握を支援するための支援画像を並列表示或いは重畳表示するものである。支援画像としては、予めＸ線ＣＴ装置、磁気共鳴映像装置、核医学診断装置等で取得された診断部位の画像、シェーマ（教科書に記載の図や解剖図）、コンピュータグラフィックス（ＣＧ）等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５９５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Y. Akatsuka et al.: AR navigation system for neuro-surgery, Proc. MICCAI 2000, pp. 833-818 (2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の整形分野における超音波画像診断には、以下の問題がある。すなわち、従来の手法は、全て静止した臓器等に対してのみ有効なものである。従って、例えば、肘を伸ばした状態から曲げた状態に変化する過程を超音波画像によりリアルタイムで画像診断する場合に、支援画像を超音波画像と共に対応付けて表示することはできない。もちろん、従来の手法においても、ユーザがプローブ断面を変化させることで、超音波画像と共に並列表示される支援画像も変化させることができる。しかしながら、この様な診断画像は静止した３次元データの一部を切り出したものに過ぎず（すなわち、形状等が変化しない診断部位を異なる断面によって切り出したものに過ぎず）、関心領域の臓器等は変形を前提として扱われていない。これは、予め準備される支援画像データ（例えば、Ｘ線ＣＴ装置によって取得されたボリュームデータ（三次元データ））が、ある１時刻の瞬間を撮影したものであり、これを用いて断面位置に応じた支援画像を切り出しているからである。従って、従来の手法により臓器等の変形も考慮した支援画像を提供しようとすると、時間的に変化させた（診断部位の動きに対応した）複数のパターンのボリュームデータを取得しておく必要がある。これは、データ量が膨大となり、現実的でない。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、例えば診断部位が変形したり臓器の一部である場合等であっても、現実の診断部位と超音波画像との対応を容易且つ迅速に把握することができる超音波診断装置、超音波画像処理装置及び超音波画像処理プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【００１１】
本実施形態に係る超音波診断装置は、診断部位に当接され、当該診断部位内の走査断面に超音波を送信すると共に、当該送信された超音波に起因する前記走査断面からの反射波を受信する超音波プローブと、前記診断部位に設けられた第１の検出装置から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を検出すると共に、前記超音波プローブに設けられた第２の検出装置から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を検出する検出ユニットと、前記検出された形状を有する前記診断部位を模擬的に映像化した三次元コンピュータグラフィックスを生成すると共に、前記診断部位に対する前記走査断面の位置に基づいて、前記三次元コンピュータグラフィックスから前記走査断面に対応する支援画像を生成する支援画像生成ユニットと、前記超音波プローブによって受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成する超音波画像生成ユニットと、前記超音波画像と前記支援画像とを同時に表示する表示ユニットと、を具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係る超音波診断装置の構成ブロック図である。
【図２】図２は、実施形態に係る画像診断支援機能に従う処理の流れを示したフローチャートである。
【図３】図３は、患部を肘である場合のプローブ用位置検出器と診断部位用位置検出器の装着例を示した図である。
【図４】図４は、診断部位用位置検出器からの出力に基づいて計算された形状を有する患部のコンピュータグラフィックス画像の一例を示した図である。
【図５】図５は、診断部位が変形した場合のコンピュータグラフィックス画像の一例を示した図である。
【図６】図６は、診断部位が変形した場合のコンピュータグラフィックス画像の一例を示した図である。
【図７】図７は、診断部位用位置検出器からの出力に基づいて計算された形状を有する患部のコンピュータグラフィックス画像の他の例を示した図である。
【図８】図８は、超音波画像とコンピュータグラフィックス画像とを空間的に対応付けて重畳表示する例を説明するための図である。
【図９】図９は、超音波画像とコンピュータグラフィックス画像との表示形態の変形例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、超音波画像とコンピュータグラフィックス画像との表示形態の変形例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、超音波画像とコンピュータグラフィックス画像との表示形態の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び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。また、以下の実施形態においては説明を具体的とするため、肘を対象とした整形診断であるとする。しかしながら、これに拘泥されることなく、肘以外の所定の部位（特に関節）、呼吸等によって動く臓器等に対しても有効である。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置のブロック構成図を示している。同図に示すように、本超音波診断装置１、装置本体１１に接続される超音波プローブ１２、入力装置１３、モニター１４、装置本体に内蔵される超音波送信ユニット２１、超音波受信ユニット２２、Ｂモード処理ユニット２３、ドプラ処理ユニット２４、画像生成ユニット２５、画像メモリ２６、画像合成ユニット２７、制御プロセッサ（ＣＰＵ）２８、記憶ユニット２９、インタフェースユニット３０を具備している。以下、個々の構成要素の機能について説明する。
【００１５】
超音波プローブ１２は、超音波送受信ユニット２１からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動子、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。当該超音波プローブ１２から被検体Ｐに超音波が送信されると、当該送信超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコー信号として超音波プローブ１２に受信される。このエコー信号の振幅は、反射することになった反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合のエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。
【００１６】
入力装置１３は、装置本体１１に接続され、オペレータからの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体１１にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。例えば、操作者が入力装置１３の終了ボタンやフリーズボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は一時停止状態となる。
【００１７】
モニター１４は、画像合成ユニット２７からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報や、血流情報を画像として表示する。
【００１８】
超音波送信ユニット２１は、パルス発生器２１Ａ、送信遅延部２１Ｂ、パルサ２１Ｃ等を有している。パルス発生器２１Ａでは、所定のレート周波数ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、送信遅延部２１Ｂでは、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。パルサ２１Ｃは、このレートパルスに基づくタイミングで、プローブ１２に駆動パルスを印加する。
【００１９】
なお、超音波送信ユニット２１は、制御プロセッサ２８の指示に従って所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に送信駆動電圧の変更については、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。
【００２０】
超音波受信ユニット２２は、プリアンプ２２Ａ、受信遅延部２２Ｂ、加算器２２Ｃを有している。プリアンプ２２Ａでは、プローブ１２を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。受信遅延部２２Ｂでは、増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器２２Ｃは、遅延時間が与えられた各エコー信号を加算する加算処理を行う。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。
【００２１】
Ｂモード処理ユニット２３は、送受信ユニット２１からエコー信号を受け取り、対数増幅、包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。画像生成ユニット２５は、Ｂモード処理ユニット２３からの信号を反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像としてモニター１４に表示される。この時、エッジ強調や時間平滑化、空間平滑化など、種々の画像フィルタも施され、ユーザの好みに応じた画質を提供できるようになっている。
【００２２】
ドプラ処理ユニット２４は、送受信ユニット２１から受け取ったエコー信号から速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。得られた血流情報は画像生成ユニット２５に送られ、平均速度画像、分散画像、パワー画像、これらの組み合わせ画像としてモニター１４にカラー表示される。
【００２３】
画像生成ユニット２５は、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、表示画像としての超音波診断画像を生成する。また、画像生成ユニット２５は、専用プロセッサや画像データを格納する記憶メモリ等を搭載しており、これらを用いた座標変換処理、補間処理等により３ボリュームデータの再構成処理を行う。さらに、画像生成ユニット２５は、入力置１３からの指示に応答して、走査断面画像、ボリュームデータ利用画像（ＭＰＲ画像、ボリュームレンダリング画像等）を生成する。なお、当該画像生成ユニット２５に入る以前のデータは、「生データ」と呼ばれることがある。
【００２４】
画像メモリ２６は、例えばフリーズする直前の複数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。この画像メモリ２６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。
【００２５】
画像合成ユニット２７は、画像生成ユニット２５から受け取った画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成し、ビデオ信号としてモニター１４に出力する。特に、画像合成ユニット２７は、後述する画像診断支援機能に従う処理において、所定の診断部位を超音波走査して得られる超音波画像と、当該超音波走査面に対応して生成されたコンピュータグラフィックス画像とを、空間的位置を対応させながら重畳表示、或いは並列表示するための合成を行う。
【００２６】
制御プロセッサ２８は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、本超音波診断装置本体の動作を制御する制御ユニットである。制御プロセッサ２８は、記憶ユニット２９から画像生成・表示等を実行するための制御プログラム、後述する画像診断支援機能を実現するための専用プログラム等を読み出して、自身が有するメモリ上に展開し、診断部位の形状の計算、当該診断部位に対する超音波走査面の位置の計算、診断部位の形状に対応し超音波走査面と同じ視点からのコンピュータグラフィックス画像の生成等の各種処理に関する演算・制御等を実行する。
【００２７】
記憶ユニット２９は、送受信条件、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラムや、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、ボディマーク生成プログラム、後述する画像診断支援機能を実現するための専用プログラム、各フレームに対応する走査断面画像、ボリュームデータ、種々の診断部位を模擬的に映像化した診断部位毎のコンピュータグラフィックス画像データ、その他のデータ群が保管されている。また、必要に応じて、画像メモリ２６中の画像の保管などにも使用される。内部記憶ユニット２９のデータは、インタフェースユニット３０を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。
【００２８】
インタフェースユニット３０は、入力装置１３、ネットワーク、新たな外部記憶装置（図示せず）に関するインタフェースである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、当該インタフェースユニット３０よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。
【００２９】
また、超音波診断装置１には、プローブ用位置検出器４０、診断部位用位置検出器４１が接続される。
【００３０】
プローブ用位置検出器４０は、超音波プローブ１２に装着され、診断部位に対する超音波プローブ１２の位置（すなわち、診断部位に対する走査断面の位置）を計算するためのプローブ位置情報を発生し、超音波診断装置１に出力する。
【００３１】
診断部位用位置検出器４１は、診断部位に装着され、診断部位の形状を計算するための診断部位位置情報を発生し、超音波診断装置１に出力する。
【００３２】
（画像診断支援機能）
次に、本超音波診断装置１が有する画像診断支援機能について説明する。本機能は、例えば整形領域において腱、筋肉、骨表面等を含む診断部位（例えば、肘、膝等）を動かしながら超音波画像診断する場合、或いは、臓器全体でなくその一部のみを画像化するため臓器の位置関係が捉えにくい場合等において、診断部位の超音波画像と当該診断部位の超音波画像取得時の形状に対応したコンピュータグラフィックス画像（ＣＧ画像）とを、位置を対応付けて所定の形態でリアルタイムに表示することで、画像診断を支援するものである。
【００３３】
図２は、実施形態に係る画像診断支援機能に従う処理（画像診断支援処理）の流れを示したフローチャートである。以下、各ステップにおいて実行される処理の内容について説明する。なお、ステップＳ３〜Ｓ７の各処理は、逐次繰り返し実行される。
【００３４】
［患者情報・送受信条件等の入力受け：ステップＳ１］
入力装置１３を介して患者情報の入力、送受信条件（被走査領域の大きさを決めるための画角、焦点位置、送信電圧等）、被検体の所定領域を超音波走査するための撮像モード、スキャンシーケンス等の選択が実行される（ステップＳ１）。入力、選択された各種情報・条件等は、自動的に記憶ユニット２９に記憶される。
【００３５】
［プローブ用位置検出器４０・診断部位用位置検出器４１の装着：ステップＳ２］
プローブ用位置検出器４０が超音波プローブ１２へ、診断部位用位置検出器４１が診断部位の複数の位置へ、それぞれ装着される（ステップＳ２）。なお、診断部位用位置検出器４１の装着位置や装着個数は、診断部位の大きさ、形状によって決定されるのが好ましい。例えば、診断部位が肘である場合には、図３に示すように、関節によって分離される上腕、下腕のように、関心部位の可動部ごとに装着するのが望ましい。
【００３６】
［超音波プローブ位置及び診断部位位置の検出：ステップＳ３］
プローブ用位置検出器４０による超音波プローブ位置情報の検出と、診断部位用位置検出器４１により診断部位位置情報の検出と、が開始される（ステップＳ３）。ここで、超音波プローブ位置情報及び診断部位位置情報は、超音波プローブと診断部位との間における相対的な位置座標であってもよいし、超音波プローブ及び診断部位の位置とは独立した原点及び座標系による絶対的な位置座標であってもよい。プローブ用位置検出器４０によって検出された超音波プローブ位置情報、診断部位用位置検出器４１により検出された診断部位位置情報は、それぞれインタフェースユニット３０を介して制御プロセッサ２８に送られる。なお、本ステップの処理は、随時実行される。従って、超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報は、それぞれリアルタイムで検出され、制御プロセッサ２８に送り出されることになる。
【００３７】
［超音波画像の取得：ステップＳ４］
超音波プローブ１２が診断部位の所望の位置に当接され、診断部位の所望の走査断面位置における超音波走査が実行され、超音波データが取得される。取得された超音波データは、逐次超音波受信ユニット２２を経由してＢモード処理ユニット２３に送られる。Ｂモード処理ユニット２３は、対数増幅処理、包絡線検波処理等を実行し、画像生成ユニット２５は、信号強度が輝度で表現される画像データを生成する。その結果、超音波画像が、所定の情報と共にモニタ１４にリアルタイム表示される（ステップＳ４）。
【００３８】
［診断部位形状の計算・走査断面位置の計算：ステップＳ５］
制御プロセッサ２８は、超音波走査時に対応する診断部位位置情報を用いて、診断部位の形状を計算する。また、制御プロセッサ２８は、超音波走査時に対応する超音波プローブ位置情報を用いて、超音波走査面の診断部位に対する位置を計算する（ステップＳ５）。
【００３９】
［形状に対応するＣＧ画像の生成：ステップＳ６］
次に、制御プロセッサ２８は、予め記憶された当該診断部位に関するＣＧ画像データを用いて、計算された診断部位の形状に対応し、計算された走査断面と同じ視点からのＣＧ画像を生成する（ステップＳ６）。本ステップで生成されるＣＧ画像は、例えば診断部位が肘等の関節を有する部位である場合には、図４に示すように骨の３次元モデルのデータを有し、関節部で可動となっている。
【００４０】
なお、各診断部位に関するＣＧ画像データ（モデル）は、形状等に応じて複数準備する必要はない。すなわち、走査断面の説明図（シェーマ）等として使用するために、診断部位に関するＣＧ画像データを、画像処理により、計算された診断部位の形状に変形させて当該形状に対応するＣＧ画像を生成できればよい。従って、例えば、各診断部位毎に代表的な１種類のＣＧ画像データがあればよい。ただし、腱や人体などの組織は別のパーツとして準備され、断層像の説明図として使用する際には、解剖学的な情報をおおまかに提示できることが可能であることが望ましい。
【００４１】
ＣＧ画像は、例えば図４、図５、図６に示すように、骨の周囲には、同様に筋肉を模擬した弾性モデルが用意され、骨の動きに合わせて伸縮し変形するようになっている。このような動き（変形）に対応するＣＧ画像は、逐次検出される超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を用いて、リアルタイムに生成される。
【００４２】
なお、ＣＧ画像は、図４、図５、図６に示した様に、比較的単純化された形状や色を有するものであってよい。また、シェーディング（影）なども省略してリアルタイム性を優先することも可能である。その一方で、必要に応じて、図７に示すように、ある程度実写的なＣＧ画像を生成するようにしてもよい。さらに、ＣＧ画像は、超音波画像で映像化不可能な部位及び超音波画像で映像化可能な部位を選択的に、或いは双方を含むように生成できることが好ましい。
【００４３】
［超音波画像及びＣＧ画像の表示：ステップＳ７］
画像合成ユニット２７は、生成された超音波画像とＣＧ画像とを空間的に対応付け、所定の文字情報等と合成する。モニタ１４は、位置が対応付けられた超音波画像とＣＧ画像とを、所定の形態で表示する（ステップＳ７）。
【００４４】
図８は、位置が対応付けられた超音波画像とＣＧ画像とを重畳表示した場合の一例を示した図である。ＣＧ画像の透明度（或いは不透明度）は任意に制御できることが好ましい。同図の例では、ＣＧ画像が半透明である場合を示した。この様に、ＣＧ画像を例えば半透明にすることで、ＣＧ画像上のどの部位が超音波画像（診断画像）のどの領域に対応するかを容易に把握することが可能となる。なお、重畳表示されたＣＧ画像は、所定の操作（例えばその透明度を１００％とする、削除する等の操作）により非表示とすることも可能である。
【００４５】
なお、超音波画像とＣＧ画像との表示形態は、図８や図９の例（すなわち、空間的に位置対応付けされた重畳表示）に拘泥されない。例えば、例えば図１０に示すように、超音波画像とＣＧ画像とを並列的に表示してもよい。また、図１１に示すように、例えば超音波画像を主画像とし、ＣＧ画像をサブ画像として大きさを変えて表示するようにしてもよい。
【００４６】
以上述べた超音波診断装置によれば、例えば診断部位を肘とする超音波画像診断において、当該肘を図４に示す状態から図５、図６に示すように変形した場合には、当該変形に対応したＣＧ画像がリアルタイムで生成されることになる。生成された各ＣＧ画像は、超音波プローブ１２を介して逐次取得される超音波画像と空間的に対応付けて表示される。従って、操作者は、関節等を曲げることによって変化した超音波画像を観察しつつ、ＣＧ画像によって、例えば関節の曲げ角度、超音波画像に含まれるおおよその組織構造等を推定することができる。その結果、骨表面等を含む診断部位（例えば、肘、膝等）を動かしながら超音波画像診断する場合、或いは、臓器全体でなくその一部のみを画像化するため臓器の位置関係が捉えにくい場合等においても、現実の診断部位と超音波画像との対応を容易且つ迅速に把握することができる。
【００４７】
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。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。
【００４８】
（１）本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録媒体に格納して頒布することも可能である。
【００４９】
（２）上記実施形態においては、画像診断支援機能を超音波診断装置において実現する場合を例として説明した。しかしながら、本画像診断支援機能は、超音波画像処理装置においても実現することができる。すなわち、所定走査断面についての超音波画像データ、超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を時間情報と共に取得し、記憶ユニット２９に記憶しておく。超音波画像処理装置においては、記憶ユニット２９に記憶された各情報を事後的に読み出し、時間情報に基づいて超音波画像データ、超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を対応付けながら、ステップＳ５〜ステップＳ７の各処理を逐次実行することで、上記実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
【００５０】
（３）上記実施形態においては、プローブ用位置検出器４０、診断部位用位置検出器４１の動作は超音波診断装置の動作と独立したものとし、超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を逐次取得する場合を例示した。しかしながら、当該例に拘泥されず、超音波診断装置は、超音波走査と同期して超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を取得するようにしてもよい。
【００５１】
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。
【符号の説明】
【００５２】
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…モニター、２１…超音波送信ユニット、２１Ａ…パルサ、２１Ｂ…送信遅延部、２１Ｃ…パルス発生器、２２…超音波受信ユニット、２２Ａ…プリアンプ、２２Ｂ…受信遅延部、２２Ｃ…加算器、２３…Ｂモード処理ユニット、２４…ドプラ処理ユニット、２５…画像生成ユニット、２６…画像メモリ、２７…画像合成ユニット、２８…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、２９…記憶ユニット、３０…インタフェースユニット、４０…プローブ用位置検出器、４１…診断部位用位置検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば整形分野に用いられる超音波診断装置、超音波画像処理装置及び超音波画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波診断は、超音波プローブを体表から当てるだけの簡単な操作で心臓の拍動や胎児の動きの様子がリアルタイム表示で得られ、かつ安全性が高いため繰り返して検査が行えるほか、システムの規模がＸ線、ＣＴ、ＭＲＩなど他の診断機器に比べて小さく、ベッドサイドへ移動していっての検査も容易に行えるなど簡便である。また、超音波診断はＸ線などのように被曝の影響がなく、産科や在宅医療等においても使用することができる。
【０００３】
整形領域においても、超音波診断は頻繁に利用される。例えば、腱、筋肉、骨（の表面）など比較的微細な組織を観測部位として、リューマチや組織の断裂の診断を形態学的に診断する場合等に用いられる。この様に整形領域において超音波画像診断を用いる利点は、上記のように微細な構造の変化を捉えることの他、リアルタイム観察による動きの状態をも観察できることである。
【０００４】
ところで、一般的に、超音波診断画像は、Ｘ線ＣＴ装置や磁気共鳴映像装置の画像に比べ、読影に熟練が必要と言われている。その理由の一つは、Ｘ線ＣＴ装置、磁気共鳴映像装置がいわゆる人体の輪切の状態を表現でき、皮膚表面や骨格といった組織との大局的な位置関係を把握し易いのに対し、超音波断層像は、しばしば臓器の一部分のみを画像化することが多く、臓器の位置関係が捕らえにくくなるからである。そのため、超音波画像を記録する際、超音波プローブを当てる位置などを明示的に記録しておく必要がしばしば起こる。特に、整形領域では、この様な必要性が顕著であると言える。また、超音波は骨を透過しない。このため、超音波画像ででは、骨の表面の輪郭のみしか映像化されない。また、骨の周囲に存在する軟骨、靭帯、腱なども小さな組織でありながら、その３次元的形態は複雑である。従って、ある一つの断層に対応する超音波画像みでの解剖学的把握は比較的困難である。
【０００５】
上述した整形分野における超音波画像診断ならではの課題に対しては、種々の解決策が提案されている。その多くは、リアルタイムで収集している超音波画像とは別に、皮膚表面や骨格等と超音波画像との位置関係の把握を支援するための支援画像を並列表示或いは重畳表示するものである。支援画像としては、予めＸ線ＣＴ装置、磁気共鳴映像装置、核医学診断装置等で取得された診断部位の画像、シェーマ（教科書に記載の図や解剖図）、コンピュータグラフィックス（ＣＧ）等が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２５９５８号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Y. Akatsuka et al.: AR navigation system for neuro-surgery, Proc. MICCAI 2000, pp. 833-818 (2000)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の整形分野における超音波画像診断には、以下の問題がある。すなわち、従来の手法は、全て静止した臓器等に対してのみ有効なものである。従って、例えば、肘を伸ばした状態から曲げた状態に変化する過程を超音波画像によりリアルタイムで画像診断する場合に、支援画像を超音波画像と共に対応付けて表示することはできない。もちろん、従来の手法においても、ユーザがプローブ断面を変化させることで、超音波画像と共に並列表示される支援画像も変化させることができる。しかしながら、この様な診断画像は静止した３次元データの一部を切り出したものに過ぎず（すなわち、形状等が変化しない診断部位を異なる断面によって切り出したものに過ぎず）、関心領域の臓器等は変形を前提として扱われていない。これは、予め準備される支援画像データ（例えば、Ｘ線ＣＴ装置によって取得されたボリュームデータ（三次元データ））が、ある１時刻の瞬間を撮影したものであり、これを用いて断面位置に応じた支援画像を切り出しているからである。従って、従来の手法により臓器等の変形も考慮した支援画像を提供しようとすると、時間的に変化させた（診断部位の動きに対応した）複数のパターンのボリュームデータを取得しておく必要がある。これは、データ量が膨大となり、現実的でない。
【０００９】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、例えば診断部位が変形したり臓器の一部である場合等であっても、現実の診断部位と超音波画像との対応を容易且つ迅速に把握することができる超音波診断装置、超音波画像処理装置及び超音波画像処理プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。
【００１１】
本実施形態に係る超音波診断装置は、診断部位に当接され、当該診断部位内の走査断面に超音波を送信すると共に、当該送信された超音波に起因する前記走査断面からの反射波を受信する超音波プローブと、前記診断部位に設けられた第１の検出装置から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を検出すると共に、前記超音波プローブに設けられた第２の検出装置から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を検出する検出ユニットと、前記検出された形状を有する前記診断部位を模擬的に映像化した三次元コンピュータグラフィックスを生成すると共に、前記診断部位に対する前記走査断面の位置に基づいて、前記三次元コンピュータグラフィックスから前記走査断面に対応する支援画像を生成する支援画像生成ユニットと、前記超音波プローブによって受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成する超音波画像生成ユニットと、前記超音波画像と前記支援画像とを同時に表示する表示ユニットと、を具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施形態に係る超音波診断装置の構成ブロック図である。
【図２】図２は、実施形態に係る画像診断支援機能に従う処理の流れを示したフローチャートである。
【図３】図３は、患部を肘である場合のプローブ用位置検出器と診断部位用位置検出器の装着例を示した図である。
【図４】図４は、診断部位用位置検出器からの出力に基づいて計算された形状を有する患部のコンピュータグラフィックス画像の一例を示した図である。
【図５】図５は、診断部位が変形した場合のコンピュータグラフィックス画像の一例を示した図である。
【図６】図６は、診断部位が変形した場合のコンピュータグラフィックス画像の一例を示した図である。
【図７】図７は、診断部位用位置検出器からの出力に基づいて計算された形状を有する患部のコンピュータグラフィックス画像の他の例を示した図である。
【図８】図８は、超音波画像とコンピュータグラフィックス画像とを空間的に対応付けて重畳表示する例を説明するための図である。
【図９】図９は、超音波画像とコンピュータグラフィックス画像との表示形態の変形例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、超音波画像とコンピュータグラフィックス画像との表示形態の変形例を説明するための図である。
【図１１】図１１は、超音波画像とコンピュータグラフィックス画像との表示形態の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び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。また、以下の実施形態においては説明を具体的とするため、肘を対象とした整形診断であるとする。しかしながら、これに拘泥されることなく、肘以外の所定の部位（特に関節）、呼吸等によって動く臓器等に対しても有効である。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る超音波診断装置のブロック構成図を示している。同図に示すように、本超音波診断装置１、装置本体１１に接続される超音波プローブ１２、入力装置１３、モニター１４、装置本体に内蔵される超音波送信ユニット２１、超音波受信ユニット２２、Ｂモード処理ユニット２３、ドプラ処理ユニット２４、画像生成ユニット２５、画像メモリ２６、画像合成ユニット２７、制御プロセッサ（ＣＰＵ）２８、記憶ユニット２９、インタフェースユニット３０を具備している。以下、個々の構成要素の機能について説明する。
【００１５】
超音波プローブ１２は、超音波送受信ユニット２１からの駆動信号に基づき超音波を発生し、被検体からの反射波を電気信号に変換する複数の圧電振動子、当該圧電振動子に設けられる整合層、当該圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材等を有している。当該超音波プローブ１２から被検体Ｐに超音波が送信されると、当該送信超音波は、体内組織の音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、エコー信号として超音波プローブ１２に受信される。このエコー信号の振幅は、反射することになった反射することになった不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。また、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁等の表面で反射された場合のエコーは、ドプラ効果により移動体の超音波送信方向の速度成分を依存して、周波数偏移を受ける。
【００１６】
入力装置１３は、装置本体１１に接続され、オペレータからの各種指示、条件、関心領域（ＲＯＩ）の設定指示、種々の画質条件設定指示等を装置本体１１にとりこむための各種スイッチ、ボタン、トラックボール、マウス、キーボード等を有している。例えば、操作者が入力装置１３の終了ボタンやフリーズボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、当該超音波診断装置は一時停止状態となる。
【００１７】
モニター１４は、画像合成ユニット２７からのビデオ信号に基づいて、生体内の形態学的情報や、血流情報を画像として表示する。
【００１８】
超音波送信ユニット２１は、パルス発生器２１Ａ、送信遅延部２１Ｂ、パルサ２１Ｃ等を有している。パルス発生器２１Ａでは、所定のレート周波数ｆｒ Ｈｚ（周期；１／ｆｒ秒）で、送信超音波を形成するためのレートパルスが繰り返し発生される。また、送信遅延部２１Ｂでは、チャンネル毎に超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を決定するのに必要な遅延時間が、各レートパルスに与えられる。パルサ２１Ｃは、このレートパルスに基づくタイミングで、プローブ１２に駆動パルスを印加する。
【００１９】
なお、超音波送信ユニット２１は、制御プロセッサ２８の指示に従って所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧等を瞬時に変更可能な機能を有している。特に送信駆動電圧の変更については、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、又は複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。
【００２０】
超音波受信ユニット２２は、プリアンプ２２Ａ、受信遅延部２２Ｂ、加算器２２Ｃを有している。プリアンプ２２Ａでは、プローブ１２を介して取り込まれたエコー信号をチャンネル毎に増幅する。受信遅延部２２Ｂでは、増幅されたエコー信号に対し受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器２２Ｃは、遅延時間が与えられた各エコー信号を加算する加算処理を行う。この加算により、エコー信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調され、受信指向性と送信指向性とにより超音波送受信の総合的なビームが形成される。
【００２１】
Ｂモード処理ユニット２３は、送受信ユニット２１からエコー信号を受け取り、対数増幅、包絡線検波処理などを施し、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータを生成する。画像生成ユニット２５は、Ｂモード処理ユニット２３からの信号を反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像としてモニター１４に表示される。この時、エッジ強調や時間平滑化、空間平滑化など、種々の画像フィルタも施され、ユーザの好みに応じた画質を提供できるようになっている。
【００２２】
ドプラ処理ユニット２４は、送受信ユニット２１から受け取ったエコー信号から速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワー等の血流情報を多点について求める。得られた血流情報は画像生成ユニット２５に送られ、平均速度画像、分散画像、パワー画像、これらの組み合わせ画像としてモニター１４にカラー表示される。
【００２３】
画像生成ユニット２５は、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、表示画像としての超音波診断画像を生成する。また、画像生成ユニット２５は、専用プロセッサや画像データを格納する記憶メモリ等を搭載しており、これらを用いた座標変換処理、補間処理等により３ボリュームデータの再構成処理を行う。さらに、画像生成ユニット２５は、入力置１３からの指示に応答して、走査断面画像、ボリュームデータ利用画像（ＭＰＲ画像、ボリュームレンダリング画像等）を生成する。なお、当該画像生成ユニット２５に入る以前のデータは、「生データ」と呼ばれることがある。
【００２４】
画像メモリ２６は、例えばフリーズする直前の複数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。この画像メモリ２６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。
【００２５】
画像合成ユニット２７は、画像生成ユニット２５から受け取った画像を種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成し、ビデオ信号としてモニター１４に出力する。特に、画像合成ユニット２７は、後述する画像診断支援機能に従う処理において、所定の診断部位を超音波走査して得られる超音波画像と、当該超音波走査面に対応して生成されたコンピュータグラフィックス画像とを、空間的位置を対応させながら重畳表示、或いは並列表示するための合成を行う。
【００２６】
制御プロセッサ２８は、情報処理装置（計算機）としての機能を持ち、本超音波診断装置本体の動作を制御する制御ユニットである。制御プロセッサ２８は、記憶ユニット２９から画像生成・表示等を実行するための制御プログラム、後述する画像診断支援機能を実現するための専用プログラム等を読み出して、自身が有するメモリ上に展開し、診断部位の形状の計算、当該診断部位に対する超音波走査面の位置の計算、診断部位の形状に対応し超音波走査面と同じ視点からのコンピュータグラフィックス画像の生成等の各種処理に関する演算・制御等を実行する。
【００２７】
記憶ユニット２９は、送受信条件、画像生成、表示処理を実行するための制御プログラムや、診断情報（患者ＩＤ、医師の所見等）、診断プロトコル、ボディマーク生成プログラム、後述する画像診断支援機能を実現するための専用プログラム、各フレームに対応する走査断面画像、ボリュームデータ、種々の診断部位を模擬的に映像化した診断部位毎のコンピュータグラフィックス画像データ、その他のデータ群が保管されている。また、必要に応じて、画像メモリ２６中の画像の保管などにも使用される。内部記憶ユニット２９のデータは、インタフェースユニット３０を経由して外部周辺装置へ転送することも可能となっている。
【００２８】
インタフェースユニット３０は、入力装置１３、ネットワーク、新たな外部記憶装置（図示せず）に関するインタフェースである。当該装置によって得られた超音波画像等のデータや解析結果等は、当該インタフェースユニット３０よって、ネットワークを介して他の装置に転送可能である。
【００２９】
また、超音波診断装置１には、プローブ用位置検出器４０、診断部位用位置検出器４１が接続される。
【００３０】
プローブ用位置検出器４０は、超音波プローブ１２に装着され、診断部位に対する超音波プローブ１２の位置（すなわち、診断部位に対する走査断面の位置）を計算するためのプローブ位置情報を発生し、超音波診断装置１に出力する。
【００３１】
診断部位用位置検出器４１は、診断部位に装着され、診断部位の形状を計算するための診断部位位置情報を発生し、超音波診断装置１に出力する。
【００３２】
（画像診断支援機能）
次に、本超音波診断装置１が有する画像診断支援機能について説明する。本機能は、例えば整形領域において腱、筋肉、骨表面等を含む診断部位（例えば、肘、膝等）を動かしながら超音波画像診断する場合、或いは、臓器全体でなくその一部のみを画像化するため臓器の位置関係が捉えにくい場合等において、診断部位の超音波画像と当該診断部位の超音波画像取得時の形状に対応したコンピュータグラフィックス画像（ＣＧ画像）とを、位置を対応付けて所定の形態でリアルタイムに表示することで、画像診断を支援するものである。
【００３３】
図２は、実施形態に係る画像診断支援機能に従う処理（画像診断支援処理）の流れを示したフローチャートである。以下、各ステップにおいて実行される処理の内容について説明する。なお、ステップＳ３〜Ｓ７の各処理は、逐次繰り返し実行される。
【００３４】
［患者情報・送受信条件等の入力受け：ステップＳ１］
入力装置１３を介して患者情報の入力、送受信条件（被走査領域の大きさを決めるための画角、焦点位置、送信電圧等）、被検体の所定領域を超音波走査するための撮像モード、スキャンシーケンス等の選択が実行される（ステップＳ１）。入力、選択された各種情報・条件等は、自動的に記憶ユニット２９に記憶される。
【００３５】
［プローブ用位置検出器４０・診断部位用位置検出器４１の装着：ステップＳ２］
プローブ用位置検出器４０が超音波プローブ１２へ、診断部位用位置検出器４１が診断部位の複数の位置へ、それぞれ装着される（ステップＳ２）。なお、診断部位用位置検出器４１の装着位置や装着個数は、診断部位の大きさ、形状によって決定されるのが好ましい。例えば、診断部位が肘である場合には、図３に示すように、関節によって分離される上腕、下腕のように、関心部位の可動部ごとに装着するのが望ましい。
【００３６】
［超音波プローブ位置及び診断部位位置の検出：ステップＳ３］
プローブ用位置検出器４０による超音波プローブ位置情報の検出と、診断部位用位置検出器４１により診断部位位置情報の検出と、が開始される（ステップＳ３）。ここで、超音波プローブ位置情報及び診断部位位置情報は、超音波プローブと診断部位との間における相対的な位置座標であってもよいし、超音波プローブ及び診断部位の位置とは独立した原点及び座標系による絶対的な位置座標であってもよい。プローブ用位置検出器４０によって検出された超音波プローブ位置情報、診断部位用位置検出器４１により検出された診断部位位置情報は、それぞれインタフェースユニット３０を介して制御プロセッサ２８に送られる。なお、本ステップの処理は、随時実行される。従って、超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報は、それぞれリアルタイムで検出され、制御プロセッサ２８に送り出されることになる。
【００３７】
［超音波画像の取得：ステップＳ４］
超音波プローブ１２が診断部位の所望の位置に当接され、診断部位の所望の走査断面位置における超音波走査が実行され、超音波データが取得される。取得された超音波データは、逐次超音波受信ユニット２２を経由してＢモード処理ユニット２３に送られる。Ｂモード処理ユニット２３は、対数増幅処理、包絡線検波処理等を実行し、画像生成ユニット２５は、信号強度が輝度で表現される画像データを生成する。その結果、超音波画像が、所定の情報と共にモニタ１４にリアルタイム表示される（ステップＳ４）。
【００３８】
［診断部位形状の計算・走査断面位置の計算：ステップＳ５］
制御プロセッサ２８は、超音波走査時に対応する診断部位位置情報を用いて、診断部位の形状を計算する。また、制御プロセッサ２８は、超音波走査時に対応する超音波プローブ位置情報を用いて、超音波走査面の診断部位に対する位置を計算する（ステップＳ５）。
【００３９】
［形状に対応するＣＧ画像の生成：ステップＳ６］
次に、制御プロセッサ２８は、予め記憶された当該診断部位に関するＣＧ画像データを用いて、計算された診断部位の形状に対応し、計算された走査断面と同じ視点からのＣＧ画像を生成する（ステップＳ６）。本ステップで生成されるＣＧ画像は、例えば診断部位が肘等の関節を有する部位である場合には、図４に示すように骨の３次元モデルのデータを有し、関節部で可動となっている。
【００４０】
なお、各診断部位に関するＣＧ画像データ（モデル）は、形状等に応じて複数準備する必要はない。すなわち、走査断面の説明図（シェーマ）等として使用するために、診断部位に関するＣＧ画像データを、画像処理により、計算された診断部位の形状に変形させて当該形状に対応するＣＧ画像を生成できればよい。従って、例えば、各診断部位毎に代表的な１種類のＣＧ画像データがあればよい。ただし、腱や人体などの組織は別のパーツとして準備され、断層像の説明図として使用する際には、解剖学的な情報をおおまかに提示できることが可能であることが望ましい。
【００４１】
ＣＧ画像は、例えば図４、図５、図６に示すように、骨の周囲には、同様に筋肉を模擬した弾性モデルが用意され、骨の動きに合わせて伸縮し変形するようになっている。このような動き（変形）に対応するＣＧ画像は、逐次検出される超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を用いて、リアルタイムに生成される。
【００４２】
なお、ＣＧ画像は、図４、図５、図６に示した様に、比較的単純化された形状や色を有するものであってよい。また、シェーディング（影）なども省略してリアルタイム性を優先することも可能である。その一方で、必要に応じて、図７に示すように、ある程度実写的なＣＧ画像を生成するようにしてもよい。さらに、ＣＧ画像は、超音波画像で映像化不可能な部位及び超音波画像で映像化可能な部位を選択的に、或いは双方を含むように生成できることが好ましい。
【００４３】
［超音波画像及びＣＧ画像の表示：ステップＳ７］
画像合成ユニット２７は、生成された超音波画像とＣＧ画像とを空間的に対応付け、所定の文字情報等と合成する。モニタ１４は、位置が対応付けられた超音波画像とＣＧ画像とを、所定の形態で表示する（ステップＳ７）。
【００４４】
図８は、位置が対応付けられた超音波画像とＣＧ画像とを重畳表示した場合の一例を示した図である。ＣＧ画像の透明度（或いは不透明度）は任意に制御できることが好ましい。同図の例では、ＣＧ画像が半透明である場合を示した。この様に、ＣＧ画像を例えば半透明にすることで、ＣＧ画像上のどの部位が超音波画像（診断画像）のどの領域に対応するかを容易に把握することが可能となる。なお、重畳表示されたＣＧ画像は、所定の操作（例えばその透明度を１００％とする、削除する等の操作）により非表示とすることも可能である。
【００４５】
なお、超音波画像とＣＧ画像との表示形態は、図８や図９の例（すなわち、空間的に位置対応付けされた重畳表示）に拘泥されない。例えば、例えば図１０に示すように、超音波画像とＣＧ画像とを並列的に表示してもよい。また、図１１に示すように、例えば超音波画像を主画像とし、ＣＧ画像をサブ画像として大きさを変えて表示するようにしてもよい。
【００４６】
以上述べた超音波診断装置によれば、例えば診断部位を肘とする超音波画像診断において、当該肘を図４に示す状態から図５、図６に示すように変形した場合には、当該変形に対応したＣＧ画像がリアルタイムで生成されることになる。生成された各ＣＧ画像は、超音波プローブ１２を介して逐次取得される超音波画像と空間的に対応付けて表示される。従って、操作者は、関節等を曲げることによって変化した超音波画像を観察しつつ、ＣＧ画像によって、例えば関節の曲げ角度、超音波画像に含まれるおおよその組織構造等を推定することができる。その結果、骨表面等を含む診断部位（例えば、肘、膝等）を動かしながら超音波画像診断する場合、或いは、臓器全体でなくその一部のみを画像化するため臓器の位置関係が捉えにくい場合等においても、現実の診断部位と超音波画像との対応を容易且つ迅速に把握することができる。
【００４７】
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。具体的な変形例としては、例えば次のようなものがある。
【００４８】
（１）本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録媒体に格納して頒布することも可能である。
【００４９】
（２）上記実施形態においては、画像診断支援機能を超音波診断装置において実現する場合を例として説明した。しかしながら、本画像診断支援機能は、超音波画像処理装置においても実現することができる。すなわち、所定走査断面についての超音波画像データ、超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を時間情報と共に取得し、記憶ユニット２９に記憶しておく。超音波画像処理装置においては、記憶ユニット２９に記憶された各情報を事後的に読み出し、時間情報に基づいて超音波画像データ、超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を対応付けながら、ステップＳ５〜ステップＳ７の各処理を逐次実行することで、上記実施形態と同様の作用効果を実現することができる。
【００５０】
（３）上記実施形態においては、プローブ用位置検出器４０、診断部位用位置検出器４１の動作は超音波診断装置の動作と独立したものとし、超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を逐次取得する場合を例示した。しかしながら、当該例に拘泥されず、超音波診断装置は、超音波走査と同期して超音波プローブ位置情報、診断部位位置情報を取得するようにしてもよい。
【００５１】
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。
【符号の説明】
【００５２】
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…モニター、２１…超音波送信ユニット、２１Ａ…パルサ、２１Ｂ…送信遅延部、２１Ｃ…パルス発生器、２２…超音波受信ユニット、２２Ａ…プリアンプ、２２Ｂ…受信遅延部、２２Ｃ…加算器、２３…Ｂモード処理ユニット、２４…ドプラ処理ユニット、２５…画像生成ユニット、２６…画像メモリ、２７…画像合成ユニット、２８…制御プロセッサ（ＣＰＵ）、２９…記憶ユニット、３０…インタフェースユニット、４０…プローブ用位置検出器、４１…診断部位用位置検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
診断部位に当接される超音波プローブを介して、当該診断部位内の走査断面に超音波を送信すると共に、当該送信された超音波に起因する前記走査断面からの反射波を受信する超音波送受信ユニットと、
前記診断部位に設けられた第１の検出器から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を計算すると共に、前記超音波プローブに設けられた第２の検出器から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を計算する計算ユニットと、
前記計算された形状を有する前記診断部位を模擬的に映像化したコンピュータグラフィックス画像を生成すると共に、前記受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成する画像生成ユニットと、
前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを同時に表示する表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記診断部位が変形した場合には、
前記計算ユニットは、前記変形に伴う第１の検出器から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を計算すると共に、前記第２の検出器から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を計算し、
前記画像生成ユニットは、前記変形に対応した前記診断部位を模擬的に映像化したコンピュータグラフィックス画像を生成すると共に、前記受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成し、
前記表示ユニットは、前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを同時に表示すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記表示ユニットは、前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを空間的に対応付けて重畳表示することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記表示ユニットは、前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを並列表示することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記表示ユニットは、前記超音波画像を主画像として表示し、前記コンピュータグラフィックス画像をサブ画像として表示することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記画像生成ユニットは、超音波画像で映像化不可能な部位及び超音波画像で映像化可能な部位を選択的に映像化する前記コンピュータグラフィックス画像を生成することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記画像生成ユニットは、超音波画像で映像化不可能な部位及び超音波画像で映像化可能な部位の双方を含む前記コンピュータグラフィックス画像を生成することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【請求項８】
超音波プローブを用いて取得された診断部位内の走査断面に関する超音波画像データと、前記診断部位に設けられた第１の検出装置から受信する第１の情報と、前記超音波プローブに設けられた第２の検出装置から受信する第２の情報と、を時間情報に対応づけて記憶する記憶手段と、
前記診断部位に設けられた第１の検出器から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を計算すると共に、前記超音波プローブに設けられた第２の検出器から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を計算する計算ユニットと、
前記計算された形状を有する前記診断部位を模擬的に映像化したコンピュータグラフィックス画像を生成すると共に、前記受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成する画像生成ユニットと、
前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを同時に表示する表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項９】
コンピュータに、
超音波プローブを用いて取得された診断部位内の走査断面に関する超音波画像データと時間的に対応付けられ、前記診断部位に設けられた第１の検出装置から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を計算させる計算機能と、
前記著音波画像データと時間的に対応付けられ、前記超音波プローブに設けられた第２の検出装置から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を計算させる計算機能と、
前記計算された形状を有する前記診断部位を模擬的に映像化したコンピュータグラフィックス画像を生成させると共に、前記受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成させる画像生成機能と、
前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを同時に表示させる表示機能と、
を実現させることを特徴とする超音波画像処理プログラム。
【請求項１】
診断部位に当接される超音波プローブを介して、当該診断部位内の走査断面に超音波を送信すると共に、当該送信された超音波に起因する前記走査断面からの反射波を受信する超音波送受信ユニットと、
前記診断部位に設けられた第１の検出器から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を計算すると共に、前記超音波プローブに設けられた第２の検出器から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を計算する計算ユニットと、
前記計算された形状を有する前記診断部位を模擬的に映像化したコンピュータグラフィックス画像を生成すると共に、前記受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成する画像生成ユニットと、
前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを同時に表示する表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記診断部位が変形した場合には、
前記計算ユニットは、前記変形に伴う第１の検出器から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を計算すると共に、前記第２の検出器から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を計算し、
前記画像生成ユニットは、前記変形に対応した前記診断部位を模擬的に映像化したコンピュータグラフィックス画像を生成すると共に、前記受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成し、
前記表示ユニットは、前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを同時に表示すること、
を特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記表示ユニットは、前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを空間的に対応付けて重畳表示することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記表示ユニットは、前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを並列表示することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項５】
前記表示ユニットは、前記超音波画像を主画像として表示し、前記コンピュータグラフィックス画像をサブ画像として表示することを特徴とする請求項１又は２記載の超音波診断装置。
【請求項６】
前記画像生成ユニットは、超音波画像で映像化不可能な部位及び超音波画像で映像化可能な部位を選択的に映像化する前記コンピュータグラフィックス画像を生成することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【請求項７】
前記画像生成ユニットは、超音波画像で映像化不可能な部位及び超音波画像で映像化可能な部位の双方を含む前記コンピュータグラフィックス画像を生成することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の超音波診断装置。
【請求項８】
超音波プローブを用いて取得された診断部位内の走査断面に関する超音波画像データと、前記診断部位に設けられた第１の検出装置から受信する第１の情報と、前記超音波プローブに設けられた第２の検出装置から受信する第２の情報と、を時間情報に対応づけて記憶する記憶手段と、
前記診断部位に設けられた第１の検出器から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を計算すると共に、前記超音波プローブに設けられた第２の検出器から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を計算する計算ユニットと、
前記計算された形状を有する前記診断部位を模擬的に映像化したコンピュータグラフィックス画像を生成すると共に、前記受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成する画像生成ユニットと、
前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを同時に表示する表示ユニットと、
を具備することを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項９】
コンピュータに、
超音波プローブを用いて取得された診断部位内の走査断面に関する超音波画像データと時間的に対応付けられ、前記診断部位に設けられた第１の検出装置から受信する第１の情報に基づいて、前記診断部位の形状を計算させる計算機能と、
前記著音波画像データと時間的に対応付けられ、前記超音波プローブに設けられた第２の検出装置から受信する第２の情報に基づいて、前記診断部位に対する前記走査断面の位置を計算させる計算機能と、
前記計算された形状を有する前記診断部位を模擬的に映像化したコンピュータグラフィックス画像を生成させると共に、前記受信された反射波に基づいて、前記走査断面に関する超音波画像を生成させる画像生成機能と、
前記超音波画像と前記コンピュータグラフィックス画像とを同時に表示させる表示機能と、
を実現させることを特徴とする超音波画像処理プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−５０５５１（Ｐ２０１２−５０５５１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９４２８２（Ｐ２０１０−１９４２８２）
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月３１日（２０１０．８．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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