JP4610011B2 - 超音波診断装置及び超音波画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、カラードプラ計測機能を有し、被検体の診断部位を計測して得た複数枚のカラードプラ像について、血流情報と共に乱流情報を強調表示することが可能な超音波診断装置及び超音波画像表示方法に関する。

カラードプラ像表示、特に３次元表示においては、血流が投影面に対して奥に位置するのか近くに位置するのかを示す奥行き情報が必要である。このような奥行きを輝度の明暗で表して画面上にカラーバーとして表示するようにしたものとして、特許文献１に示すようなものがある。
特開平１１−２９９７８４号公報

従来のカラードプラ像表示においては、血流中に乱流のような流れが存在する時に、乱流の周りの血流だけが表示されることになり、乱流はその血流の映像に隠されてしまって乱流自体を発見しにくくなるという問題が生じる。なお、操作者は適当な任意断面を選択することによって血流内に存在する乱流を観察することは可能であるが、乱流が存在する部位に断面を設定するには、煩雑な操作が必要である。

本発明は、上述の点に鑑みなされたものであり、カラードプラ像を表示する場合に、容易に血流内部に存在する乱流を判別できるように表示することのできる超音波診断装置及び超音波画像表示方法を提供することを目的とする。

上記目的は、超音波探触子を介して被検体に超音波を送受させ、前記被検体の診断部位の断層像を構成する断層像構成部と、前記診断部位から得られるドプラ信号に基づいてカラードプラ像を構成するカラードプラ像構成手段と、前記断層像と前記カラードプラ像をそれぞれ画像処理する画像処理手段と、前記画像処理手段で処理された画像を表示させる表示手段とを備え、前記表示手段に前記断層像と前記カラードプラ像とをカラー表示させる超音波診断装置において、前記カラードプラ像中の乱流情報の有無を判定する判定手段と、前記判定された乱流情報に基づき前記カラードプラ像の透明度を設定する透明度設定手段と、前記カラードプラ像中の乱流情報を、設定されたカラードプラ像の透明度に基づいて強調処理する強調処理手段と、を備え、前記画像処理手段は、前記強調処理手段によって強調処理された乱流情報を含むカラードプラ像を前記表示手段に表示させることによって達成される。

また、カラードプラ像を複数枚計測するステップと、計測された各カラードプラ像に含まれる速度・分散データを３次元ボクセル内に配置するステップと、前記速度と分散のデータから輝度・色相カラーバーを用いて各３次元ボクセル上の各点の輝度・色相を設定するステップと、前記分散データに応じて透明度を設定する透明度カラーバーを用いて、前記３次元ボクセルの透明度を設定するステップと、前記設定された透明度よりボリュームレンダリングを実行し、前記カラードプラ像中の乱流情報が強調された投影像を作成するステップと、前記作成された投影像を表示手段に表示するステップと、を備えたことによって達成される。

本発明に関する全体構成を示す図である。 本発明に関する画像処理部の詳細を示す図である。 本発明に関するカラー２次元画像表示を示す図である。 本発明に関するカラー３次元画像表示方法を示す図である。 本発明に関するカラー３次元画像表示方法を示す図である。 本発明に関する表示結果を示す図である。

本発明のカラードプラ計測機能を有する超音波診断装置に関し、図１を用いて説明する。送信機１０２で送出された超音波パルスを、超音波探触子１０１から反射物体１１１に向けて等間隔Ｔで繰り返し送波する。反射物体１１１により反射された超音波パルスは受波回路１０３により受波され、Ａ／Ｄ変換器１０４によってデジタル信号に変換され、位相比較器１０５によって、ｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分のそれぞれのデジタル信号出力が得られる。ｃｏｓ成分、ｓｉｎ成分の信号は、高域通過型ＭＴＩフィルタ１０６によって当該低周波成分（クラッタ成分）を減衰し、高周波成分（血流成分）を抽出し、自己相関演算部１０７において血流の平均速度、分散、パワーを演算する。当該各演算結果は、ディジタルスキャンコンバータ１０８によってテレビ走査方式に従って並び替えられ、カラーエンコーダ１０９によって速度・分散に対応するカラー化を行い、テレビモニタ１１０に表示する。カラードプラ像を断層像とともに表示させる場合、断層像構成部１１２で断層像を構成し、画像処理部１１３を用いて、カラードプラ像を断層像と重ね合わせてテレビモニタ１１０上に表示する。

この超音波診断装置は、被検体の診断部位について複数枚のカラードプラ像を撮影し、そのカラードプラ像に基づいて２次元画像や３次元画像を表示するものである。

図２は、本発明の画像処理部の詳細を示す図である。超音波ドプラ計測部３１は、被検体の診断部位についてカラードプラ像を複数枚計測するものであり、図１に示す通り、超音波探触子１０１から得られるドプラ信号を処理し、カラードプラ像を構成する。

画像処理部１１３は、通信ポート３３と画像構成部３４から構成される。通信ポート３３は、超音波ドプラ計測部３１で計測した複数枚のカラードプラ像の速度、反射強度、周波数偏移の分散の各データ及び断層像を画像構成部３４に取り込むものである。画像構成部３４は、通信ポート３３から取り込まれた複数枚のカラードプラ像の速度、反射強度、分散のデータを画像処理するものであり、高速演算装置３５、ＲＡＭ３６、磁気ディスク装置３７、ＣＰＵ３８、透明度制御部３Ａから構成される。ＲＡＭ３６及び磁気ディスク装置３７は、取り込まれたカラードプラ像のデータを記憶するものである。高速演算装置３５は、ＲＡＭ３６及び磁気ディスク装置３７からデータを読み出して２次元画像処理や３次元画像処理を行うものである。テレビモニタ１１０は、高速演算装置３５により画像化されたカラードプラ像を表示するものである。ＣＰＵ３８は、これらの各構成要素の動作を制御するものである。データバス３０は、各構成要素間でデータを伝送するものである。透明度制御部３Ａは、分散が大きいほど透明度が小さくなるように設定された透明度カラーバーを適宜制御するものである。テレビモニタ１１０には、カラー表示と透明表示とを合成したカラードプラ像を表示する。カラー表示と透明表示とを選択する選択手段（図示しない。）を備えており、テレビモニタ１１０は、選択手段により選択されたカラードプラ像を表示する。

ここで、本発明のカラー２次元画像表示を行う場合について図３を用いて説明する。図３（Ｂ）に示すように血管２の内部が全体的に矢印４で示す方向の血流であるとき、この血流中の一部に図示のような乱流５が存在するような被検体組織に対して、図３（Ａ）に示すような超音波ビームを送受してカラードプラ演算を行い、カラードプラ像として表示する。そのカラードプラ像のデータ構造は、血流速度と分散の大きさに基づいて、図３（Ｃ）に示すような輝度・色相カラーバー２３と透明度カラーバー２４を用いて、それを血流の存在する部分に割り当てたものになる。

画像の各点の情報としては、速度、反射強度、分散の３つがあるが、速度と分散に応じたカラードプラ表示を行うために、まず速度と分散の情報から輝度・色相カラーバー２３を用いて各点の輝度・色相を決定する。そして、透明度カラーバー２４を用いて、各点の透明度を分散の大きさに基づいて決定する。この透明度カラーバー２４は、分散が大きいほど透明度が小さくなるように設定されている。

一概に血流中に存在する乱流個所は分散が大きい。よって、分散の小さい血流像が透け、分散の大きい血流像が残るため、乱流を容易に判別することができる。

ここで、３次元カラー画像処理について説明する。まず、被検体の診断部位について適当なスライス間隔で撮影した複数のカラードプラ像を作成し、それを３次元カラードプラボクセルに格納する。この３次元ボクセルに対して任意の視点・角度を設定してボリュームレンダリングを行うことで画面に３次元カラードプラ投影像を表示している。ボリュームレンダリングでは、３次元ボクセル内のパラメータを用いてカラーの輝度・色相・透明度を決定するが、この場合では２次元像で用いるものと同じカラーバーを使用して、血流の速度・分散に応じた輝度・色相を決定し、透明度は操作者が任意に設定できる値を用いる。操作者は３次元表示中に、任意の断面を観察したり、血流全体の透明度を制御することができる。

次に、超音波診断装置を用いて３次元カラードプラ像を表示する方法について図４及び図５を用いて説明する。図４は、３次元カラードプラ像を表示する方法の一例を示すフローチャート図である。図５は、図２に示す超音波ドプラ計測部３１で計測した被検体の診断部位についての血流情報のうち、血流速度の情報を表示する手順の一例を示す図である。

まず、最初のステップＳ４１では、カラードプラ像を複数枚計測する。すなわち、図５に示すように、カラードプラ計測機能を有する超音波診断装置で被検体の診断部位についてカラードプラ像５１を複数枚（例えばＰ１〜Ｐｎのｎ枚）を計測する。

ステップＳ４２では、計測された各カラードプラ像について、速度・反射強度、分散データを３次元ボクセル内に配置する。すなわち、図５に示すように、計測したｎ枚のカラードプラ像５１の各枚についてそれぞれの面の位置に応じて３次元ボクセル５２上への配置を行う。

ステップＳ４３では、輝度・色相カラーバーを用いて３次元ボクセルの色情報を、速度及び分散の大きさに基づいて決定する。すなわち、図５に示すように、各３次元ボクセル５２上の各点の情報としては、速度、反射強度、分散の３つがあるが、速度と分散に応じたカラードプラ表示を行うために、まず速度と分散の情報から輝度・色相カラーバー５３を用いて各３次元ボクセル５２上の各点の輝度・色相を決定する。

ステップＳ４４では、透明度カラーバー５４を用いて、３次元ボクセルの透明度を分散の大きさに基づいて決定する。すなわち、図５に示すように、透明度カラーバー５４を用いて各３次元ボクセル５２上の各点の透明度を決定する。透明度カラーバー５４は、分散が大きいほど透明度が小さくなるように設定されている。この透明度カラーバー５４は、一例であり、透明度制御部３Ａによって異なるものが選択されるようになっている。例えば、図５に示す透明度カラーバー５４に比べて比較的分散の小さい部分だけの透明度が大きく、分散が大きい部分では透明度が小さく（不透明度が大きく）なるように設定されたものなどを用いる。すなわち、透明度制御部３Ａは、分散の大きさに応じて変化する透明度の割合が異なるような透明度カラーバー５４を選択するものである。なお、透明度カラーバー５４を選択する代わりに、透明度カラーバー５４によって得られた透明度に適宜演算を行って透明度を制御するようにしてもよい。

ステップＳ４５では、前の処理によって決定したパラメータを元に、ボリュームレンダリングを実行し、投影像を作成して表示する。すなわち、図５に示すように、３次元ボクセル５２に対してボリュームレンダリングを行って３次元カラードプラ投影像５５を作成し、それをテレビモニタ１１０に表示する。

この結果、図５に示すように、分散の小さい血流は透明度が大きくなり、分散の大きな血流は透明度が小さく（不透明度が大きく）なるので、３次元カラードプラ投影像５５のように乱流が強調された形で表示されるようになる。

図５に示す速度及び分散は相対値として求めたものであり、例えば速度成分は−１．０から１．０として数値で表される。また分散成分は０から１．０として数値で表される。速度が＋１．０であり、分散が０である場合、３次元ボクセルの色情報は赤色で且つ透けると決定され、ボリュームレンダリングを行って３次元カラードプラ投影像５５を作成し、透けた赤色をテレビモニタ１１０に表示する。同様にして、速度が＋１．０であり、分散が１．０である場合、３次元ボクセルの色情報は黄色で且つ透けないと決定される。また速度が−１．０であり、分散が０．５である場合、３次元ボクセルの色情報は黄緑で且つ半透明と決定される。

この実施の形態によれば、超音波診断装置で計測された複数枚のカラードプラ像を３次元ボクセル内に配置した後、ボリュームレンダリングを行って作成した３次元カラードプラ投影像において分散の小さい通常血流は透明度が大きく透けて見え、分散の大きな乱流は不透明に表示することができる。従って、図５に示すように血流中の一部に乱流が存在する流れにおいては、従来法では図６（Ａ）に示すように血管２内の分散の小さな血流に隠れて乱流５が判別しにくいのに対して、本発明による方法では分散のすくない血流２が透けて見えるために図６（Ｂ）のように容易に血流中に存在する乱流５の流れを判別することが可能となる。このことから、カラードプラ計測機能を有する超音波診断装置において画像診断に有効な表示ができるようになる。

なお、輝度・色相カラーバー５３と透明度カラーバー５４を別々に処理する場合について説明したが、予め輝度・色相カラーバー５３と透明度カラーバー５４とを合成したカラーバー５４１を作成し、それを用いて処理するようにしてもよい。また、輝度・色相カラーバー５３と透明度カラーバー５４は、図５に示すように３次元カラードプラ投影像５５と同時に表示するようにしてもよい。輝度・色相カラーバー５３と透明度カラーバー５４が３次元カラードプラ投影像５５と同時に表示されることによって、観察する場合の参考となり、どの程度の乱流なのかを容易に把握することができるようになる。

また、輝度・色相カラーバー５３と透明度カラーバー５４とを選択する選択手段を備えて（図示しない。）、輝度・色相カラーバー５３と透明度カラーバー５４を交互に切り替えて、選択したカラーバーのみを表示させてもよい。さらに輝度・色相カラーバー５３と透明度カラーバー５４を同時に用いて表示させてもよい。透明度カラーバー５４のみを用いる場合、例えば輝度・色相は赤色を用いて、赤色の透明度を変えて表示を行ってもよい。よって、分散が大きい箇所は透明度を小さく、分散が小さい箇所は透明度を大きく設定し、各点を赤色に表示させることにより、乱流を透明度の小さい赤色で表示させ、その他の箇所を透明度の大きい赤色で表示させることができる。

なお、図３、図５では、カラーバー２３、５３を白黒で表示してあるが、実際はカラー表示である。カラーバー２３、５３は、速度０付近が黒色に近く、正方向の速度の場合は暗い赤色から徐々に橙色に変化し、分散が大きくなるに従って徐々に黄色に近い色に変化するようになっており、逆に負方向の速度の場合は濃紺から徐々に明るい青色に変化し、分散が大きくなるに従って徐々に緑色に近い色に変化するようになっている。カラードプラ投影像内の血管２の色は、このようなカラーバー２３、５３に対応した色で表示される。従って、図３（Ｂ）のように、全体的に矢印４で示す方向の速度で流れている血流中の一部に乱流５が存在するような場合は、全体的に赤系色表示された血流２に乱流５が緑系色で表示されていることになる。

また、輝度・色相カラーバー５３は、図３、図５のように色を決定しているが、このカラーバーの速度及び分散に応じた色の割り当ては何色でもよい。

Claims (5)

1. 超音波探触子を介して被検体に超音波を送受させ、前記被検体の診断部位の断層像を構成する断層像構成部と、
   前記診断部位から得られるドプラ信号に基づいてカラードプラ像を構成するカラードプラ像構成手段と、
   前記断層像と前記カラードプラ像をそれぞれ画像処理する画像処理手段と、
   前記画像処理手段で処理された画像を表示させる表示手段と
   を備え、
   前記表示手段に前記断層像と前記カラードプラ像とを表示させる超音波診断装置において、
   前記カラードプラ像中の乱流情報の有無を判定する判定手段と、
   前記判定された乱流情報に基づき前記カラードプラ像の透明度を設定する透明度設定手段と、
   前記カラードプラ像中の乱流情報を、設定されたカラードプラ像の透明度に基づいて強調処理する強調処理手段と、
   を備え、
   前記画像処理手段は、前記強調処理手段によって強調処理された乱流情報を含むカラードプラ像を前記表示手段に表示させることを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記画像処理手段は、前記乱流情報を前記ドップラ信号の分散値に基づいて求め、前記分散値が最大のときは不透明であり、前記分散値が存在しないときは透明であり、その他の分散値のときはその分散値の大きさに応じた半透明で前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記画像処理手段は、前記カラードプラ像の透明度を表す透明度カラーバーを生成し、前記生成された透明度カラーバーを前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
4. 前記画像処理手段は、前記透明度カラーバーを前記分散値の相対値によって異なる透明度を設定するために複数設け、前記生成された複数の透明度カラーバーを前記表示手段に表示させることを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
5. カラードプラ像を複数枚計測するステップと、
   計測された各カラードプラ像について、速度・反射強度、分散データを３次元ボクセル内に配置するステップと、
   前記速度と分散の情報から輝度・色相カラーバーを用いて各３次元ボクセル上の各点の輝度・色相を決定するステップと、
   前記分散データに応じて透明度を設定する透明度カラーバーを用いて、３次元ボクセルの透明度を設定するステップと、
   前記設定された透明度よりボリュームレンダリングを実行し、前記カラードプラ像中の乱流情報が強調された投影像を作成するステップと、
   前記作成された投影像を表示手段に表示するステップと、を備えたことを特徴とする超音波画像表示方法。

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