JP3296193B2

JP3296193B2 - 超音波画像生成装置

Info

Publication number: JP3296193B2
Application number: JP18428996A
Authority: JP
Inventors: 雅明石黒
Original assignee: 富士写真光機株式会社
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1996-06-26
Publication date: 2002-06-24
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: JPH105224A; US6108439A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波振動子の走
査により得られる二次元超音波画像を所定の方向に多数
取得して、これらの二次元超音波画像から立体画像を構
築するため等として用いるのに必要な二次元超音波画像
を、それ以外の画像から識別するためのマーカを挿入す
る超音波画像生成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】超音波検査は、超音波振動子を用いて患
者の体内に超音波信号を送信し、体内組織の断層部分か
らの反射エコーを受信し、この反射エコーの受信信号を
所定の処理を行うことによって、モニタ画面に体内組織
の断層情報を超音波画像として表示するものである。体
内の所定の範囲にわたって超音波走査を行うと、この走
査範囲の二次元超音波画像、即ちＢモード超音波画像が
得られるが、この二次元超音波画像を所定方向に一定の
ピッチ間隔をもって多数取得した後に、これらの二次元
超音波画像を画像処理することによって、三次元画像に
変換して表示する手法は知られている。このように、二
次元超音波画像を三次元化してモニタ画面に表示する
と、体内組織構造の把握が容易になることから、超音波
診断の精度が向上する。

【０００３】二次元超音波画像はＸ，Ｙ直交２軸上に表
現されるものであり、多数の二次元超音波画像を所定の
方向に一定のピッチ間隔で並べると、この二次元超音波
画像の並び方向をＺ軸とした三次元座標軸（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）上に所定の広がりを有する空間的な表現が可能とな
る。超音波画像は、体内組織構造を輝度の差に基づく濃
淡表示であることから、前後の二次元超音波画像の輝度
に基づいて線形補間を行えば、体内の組織構造を立体的
に表示できる。また、三次元座標軸上の空間をボクセル
化して、各ボクセルにおける濃淡情報を表示するように
しても、体内の組織構造を立体的に表示することができ
る。そして、これらの立体画像信号に基づいて所定の画
像処理を行えば、関心のある臓器等の構造のみを抽出し
て表示することも可能になる。

【０００４】ここで、前述した三次元画像は、いずれも
二次元超音波画像領域と、その並び方向とからなる空間
を設定し、この空間の内部に体内の組織構造、例えば臓
器等を立体的に表示するようにしている。このような表
示内容のデータを取得するには、空間内における濃淡情
報の全て、即ちＮ枚取得した二次元超音波画像の相関的
なデータを作り出さなければ、三次元画像が得られない
ことから、三次元化画像を取得するために処理しなけれ
ばならない信号は膨大なものとなり、信号処理が極めて
複雑になることから、大型の信号処理装置を必要とし、
しかも信号処理に多大の時間を必要とする等の問題点が
ある。

【０００５】本出願人は、簡単な信号処理によって、体
内組織の状態に関する情報を立体的に把握可能な画像を
迅速に表示できるようにした超音波画像立体表示装置を
開発し、特願平７−２８９１８７号として特許出願を行
った。そこで、以下にこの先願の発明について説明す
る。

【０００６】この先願の発明においては、超音波画像を
立体的に把握可能な状態に表示するために、Ｘ，Ｙ，Ｚ
軸からなる三次元座標軸を設定し、この三次元座標軸上
に表示される三次元超音波画像を作り出すが、この三次
元超音波画像は、その内部構造を透かして見えるように
表示するのではなく、立体像として構築した時に、その
外面に現れる像だけを表示し、内部構造に関する情報そ
のものは表示しない。この立体像を三次元原画像する
が、この三次元原画像だけでは、内部の構造、即ち体内
組織構造を把握できない。そこで、三次元原画像におけ
る所望の位置に所望の形状のカットを入れて、カット部
分を切り取って除去して、含カット面三次元超音波画像
としてモニタ画面に表示する。これによって、内部構
造、即ち臓器や体内組織情報を立体的に把握可能な状態
で表示することができる。

【０００７】そのためには、まず三次元画像を構成する
単位画像となる複数の二次元超音波画像を取得するが、
この作業は、超音波プローブと超音波観測装置とを含む
周知の二次元超音波画像取得装置を用いて行える。この
二次元超音波画像取得装置によって、二次元超音波画像
を所定の方向に向けて一定のピッチ間隔で取得し、三次
元超音波画像として立体的に表示できるＮ枚の単位画像
を取得する。例えば、ラジアル走査を行う超音波振動子
を有する超音波プローブを用い、この超音波プローブを
軸線方向に動かしながら、所定のピッチ間隔毎に超音波
走査を行うことにより、所定の方向に向けて一定のピッ
チ間隔で単位画像となる多数の二次元超音波画像を取得
できる。

【０００８】以上のようにして二次元超音波画像取得装
置で得られた単位画像を所定の信号処理を行って、三次
元超音波画像を作成するが、この処理を行うために、三
次元化処理装置が用いられる。この三次元化処理装置で
は、まず二次元超音波画像データを座標変換して、Ｘ軸
とＹ軸とが１２０°で交差する座標軸に変換する。この
超音波画像をＺ軸方向に並べれば、立体像はコラム形状
となる。ここで、この立体像をモニタ画面に表示するに
当っては、前後の端面と周胴面とからなる３つの要素画
像、即ち内部構造のない外面部分のみの超音波画像を三
次元原画像として表示する。この三次元原画像の所望の
部位に所望の態様のカットを入れて、切り取ることによ
り、含カット面三次元超音波画像とする。従って、この
含カット面三次元超音波画像では、前述した各外面に加
えて、この１乃至複数のカット面も要素画像となる。し
かも、カット面を構成する要素画像を変更可能なものと
なし、このカット面を適宜変えることによって、立体像
の内部の構造、即ち体内の組織構造の状態、例えば臓器
の形状等が表示される。

【０００９】カット面を任意に設定することによって、
関心のある臓器や組織等の部位の情報が取得される。し
かも、含カット面三次元超音波画像に表示されているカ
ット面を変えることにより、立体的な把握がより完全な
ものにする。そして、この含カット面三次元超音波画像
の作成を簡単な信号処理で行うようになし、この信号処
理の結果に基づく立体画像を迅速に表示可能なものとな
し、かつカット面を変更した時における表示も簡単な信
号処理で行えるようにすることにより、この変更に対す
る画面上の応答性を速くする。そのために、三次元原画
像及び含カット面三次元超音波画像を構成する複数の要
素画像のうち、カット面を変更した時に、変更した面の
要素画像のみを生成して、この変更した要素画像を元の
画像に貼り合わせるようにする。これにより、立体画像
として表示する際に処理する必要のある信号データの量
が極めて少なくなるから、超音波画像の立体表示が簡便
かつ迅速に行える。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来技術において説明
したように、ボクセルデータを生成する三次元化処理の
場合にあっても、また先願発明のように含カット面三次
元超音波画像を取得する場合であっても、体内組織構造
を立体的に把握することが可能になる。いずれの方式を
採用するにしろ、少なくとも所要数の二次元超音波画像
を取得しなければならない。このために、二次元超音波
画像取得装置を用い、超音波振動子を走査させながら、
この超音波振動子を、例えばその走査面と直交する方向
に移動させることによって、多数の二次元超音波画像が
取得される。

【００１１】前述した二次元超音波画像取得装置で取得
した全ての二次元超音波画像を単位画像として、これら
多数の単位画像に基づいて三次元化処理すれば、解像度
の高い三次元画像が得られる。ただし、単位画像の数が
多くなれば、それだけ処理が必要な信号量が多くなる。
従って、多数得られた二次元超音波画像から、三次元化
処理を行うための単位画像を選択する必要がある場合も
生じる。とりわけ、信号処理の簡略化を図るために、簡
易な三次元超音波画像として、含カット面三次元超音波
画像を作成する先願発明の場合にあっては、解像度が必
要な場合には、全ての二次元超音波画像を三次元超音波
画像を構成する単位画像として用い、例えば体内の組織
情報を大まかに把握する場合には、取得した二次元超音
波画像のうちの一部分だけを単位画像として用いる方
が、信号処理を簡素化できる。

【００１２】また、単位画像を取得するために、超音波
振動子を移動させるが、この超音波振動子の移動をマニ
ュアル操作で行うようにすると、超音波振動子の動きが
遅い場合には、表示画像が更新されるまでは二次元超音
波画像取得装置からは同じ二次元超音波画像が連続して
出力され、このような同じ二次元超音波画像は三次元化
処理を行う際には排除しなければならない。従って、二
次元超音波画像取得装置から出力される画像信号を直接
記録装置に取り込んで、この記録装置に記録されている
データに基づいて三次元化処理を行う際には、三次元化
処理に必要な単位画像と、それ以外の画像、即ち連続し
て記録されている単位画像と同じ二次元超音波画像とを
識別して、単位画像のみを抽出する必要がある。

【００１３】以上のように、単位画像を選択するには、
二次元超音波画像取得装置によって、多数取得された二
次元超音波画像から三次元超音波画像の単位画像として
用いるフィールド画像と、それ以外のフィールド画像と
を峻別する必要がある。各二次元超音波画像について
は、その位置に関するデータ（即ち、Ｚ軸方向における
位置データ）を持っているから、三次元化処理を行う装
置側で単位画像の抽出を行うこともできるが、そうする
と処理装置の構成が複雑になり、かつ余分な信号処理も
必要になることから、信号処理がさらに複雑になってし
まう。

【００１４】本発明は以上の点に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、簡単な構成により、
二次元超音波画像取得装置でリアルタイムに取得した多
数の二次元超音波画像のうち、三次元化処理を行うに当
って、三次元超音波画像を構成する単位画像をそれ以外
の画像から容易に識別できる処理を行えるようにするこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、所定の範囲で走査を行う超音波振動
子をこの走査面と直交する方向に移動させながら超音波
走査を行わせて、一定のピッチ間隔毎に多数の二次元超
音波画像を取得する超音波画像取得手段と、前記超音波
振動子の移動方向の位置を検出する位置検出手段と、前
記超音波画像取得手段で取得した多数の二次元超音波画
像のうち、前記位置検出手段から出力される位置信号に
基づいて所定のタイミング毎に取得された二次元超音波
画像ににマーカを書き込むマーカ挿入手段と、前記マー
カ挿入手段によりマーカが挿入された二次元超音波画像
と共にマーカが挿入されていない二次元超音波画像を記
録する記録手段とを備え、前記記録手段に記録された二
次元超音波画像のうち、マーカが挿入されているものを
選択して三次元化処理手段により三次元超音波画像を生
成可能な構成としたことをその特徴とするものである。

【００１６】以上のように、本発明においては、二次元
超音波画像取得手段と、画像記録手段と、マーカ挿入手
段とを備えている。

【００１７】二次元超音波画像取得手段としては、所定
の範囲で走査する超音波振動子を所定の方向、即ち三次
元超音波画像の表示を行う場合には、この走査面と直交
する方向に移動させながら、多数の二次元超音波画像を
取得する。超音波振動子による走査は機械式走査方式で
も、また電子走査方式によっても行える。また、走査面
としては、リニア，ラジアル，セクタ等、二次元的な広
がりがあれば、その形状はどのようなものであっても良
い。二次元超音波画像を、その走査面に対して直交する
方向等に多数取得するために、超音波振動子を機械的に
動かせば良い。また、マトリックス状に超音波振動子を
配置した電子走査方式の超音波トランスデューサを用い
ると、超音波トランスデューサを動かす必要はない。

【００１８】二次元超音波画像取得手段により取得した
二次元超音波画像は画像記録手段に収録される。この画
像記録手段は、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）やビデ
オキャプチャ等で構成できる。特に、ＶＴＲは安価であ
るから、それを用いるのが好ましい。

【００１９】二次元超音波画像取得手段で得た二次元超
音波画像であるフィールド画像データを画像記録手段に
収録させる際に、三次元化処理の単位画像等、必要なフ
ィールド画像データを他のフィールド画像データから識
別できるようにするために、リアルタイムに取り込んだ
多数のフィールド画像から必要なフィールド画像にマー
カを書き込む。マーカ挿入手段としては、マーカを入れ
るべきフィールド画像を選択する画像選択部と、この画
像選択部で選択されたフィールド画像にマーカを合成す
るために、マーカ信号を発生させるマーカ信号発生部及
び二次元超音波画像にマーカ信号を合成する信号合成部
とから構成できる。これによって、画像記録手段に収録
する際に、必要な二次元超音波画像の所定の位置にマー
カが書き込まれる。

【００２０】以上のようにして画像記録手段に多数の二
次元超音波画像を収録させておき、三次元化処理を行う
際には、この画像記録手段からの画像データを三次元化
処理装置に取り込ませる。その時に、マーカの有無、及
びその位置を認識させて、三次元化処理に必要な単位画
像のみが抽出される。従って、三次元化処理装置におい
ては、単位画像のみが取り込まれ、不必要なフィールド
画像は予め排除されるので、この三次元化処理装置に蓄
積されるデータ量を最小限に抑制でき、また信号処理も
簡略化できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の一形態について説明する。まず、図１乃至図３に
は、二次元超音波画像取得装置の一例として、経内視鏡
的に挿入される超音波検査装置が示されている。

【００２２】図１において、１は内視鏡を示し、この内
視鏡１は本体操作部１ａに体腔内への挿入部１ｂを連設
してなるものである。内視鏡１には、その本体操作部１
ａの先端部分から挿入部１ｂの先端部にまでの間には、
鉗子等の処置具を挿通するための処置具挿通チャンネル
２が設けられて、処置具挿通チャンネル２は挿入部１ｂ
の先端に開口している。３は超音波プローブを示し、こ
の超音波プローブ３は、操作部４に処置具挿通チャンネ
ル２内に挿入される可撓性を有するカテーテル５を連設
してなるものであり、また操作部４には超音波観測装置
６に着脱可能に接続されるケーブル７が引き出されてい
る。

【００２３】カテーテル５は、図２に示したように、先
端が閉塞した可撓性チューブ８を有し、この可撓性チュ
ーブ８の内部には密着コイルからなるフレキシブルシャ
フト９が挿通されており、このフレキシブルシャフト９
の先端には、単板からなる超音波振動子１０を装着した
取付台１１が連結されている。カテーテル５を全体を押
し引き操作しながら、可撓性チューブ８内でフレキシブ
ルシャフト９を軸回りに回転駆動することによって、取
付台１１と共に超音波振動子１０を回転駆動できる。

【００２４】また、図３に示したように、操作部４のケ
ーシング内には、回転軸１２が設けられており、この回
転軸１２にはモータ１３及びエンコーダ１４がそれぞれ
プーリ，伝達ベルトを介して回転力が伝達可能に連結さ
れている。そして、フレキシブルシャフト９が回転軸１
２に連結されて、モータ１３を作動させると、その回転
力が回転軸１２を介してフレキシブルシャフト９に伝達
される。この回転軸１２の回転は回転角検出用のエンコ
ーダ１４で検出されることになる。

【００２５】また、操作部４には操作ロッド１５が設け
られており、この操作ロッド１５にはクランプ部材１６
が連結されている。クランプ部材１６はカテーテル５の
処置具挿通チャンネル２から導出された部位をクランプ
するものであり、操作ロッド１５は、ガイド１７に沿っ
て軸線方向、即ちリニア方向に移動可能となっており、
常時には操作部４から突出した状態に保持されている。
なお、図３には、操作ロッド１５を押し込んだ状態が示
されている。

【００２６】操作ロッド１５にはラック１８が設けら
れ、このラック１８にはピニオン１９が噛合しており、
このピニオン１９はリニア位置検出用のエンコーダ２０
に連結されている。操作ロッド１５の先端には操作リン
グ１５ａが連結されており、この操作リング１５ａを手
指で操作して、押し引き操作することによって、カテー
テル５が軸線方向に変位する。さらに、操作部４内に
は、操作ロッド１５の往復動作における両ストロークエ
ンドを検出する始端及び終端位置を検出するセンサ２
１，２２を備えている。

【００２７】以上の構成を有する超音波プローブ３は、
その超音波振動子１０の走査は回転方向のもの、即ちラ
ジアル走査を行うものである。このラジアル走査は、モ
ータ１３により駆動される。そして、このラジアル走査
により二次元ラジアル超音波画像信号が得られる。ま
た、操作ロッド１５を操作して、カテーテル５の軸線方
向に変位させることにより、図４に示したように、所定
のピッチ間隔毎にこの二次元ラジアル超音波画像からな
るフィールド画像がＮ枚取得される。

【００２８】次に、図５に超音波プローブ３を構成する
超音波観測装置６の信号処理部６ａの回路構成を示す。
この信号処理部６ａは二次元超音波画像信号処理部２３
を有し、この二次元超音波画像信号処理部２３は、超音
波送受信回路２４と、振動子駆動回路２５と、位置検出
回路２６と、超音波走査制御回路２７と、超音波信号処
理回路２８とから構成される。

【００２９】超音波送受信回路２４は、超音波振動子１
０における超音波の送受信を制御するためのものであっ
て、この超音波送受信回路２４は、送信モードと受信モ
ードとが交互に切り換わる。送信モードでは、超音波振
動子１０にトリガ信号が入力され、このトリガ信号に基
づいて超音波振動子１０から体内に向けて超音波パルス
信号が送信される。超音波パルス信号が送信されると、
超音波送受信回路２４は受信モードに切り換わる。体内
に向けて送信された超音波パルス信号は、音響インピー
ダンスが異なる体内組織の断層部で反射エコーが発生し
て、超音波振動子１０にこの反射エコーが受信されて、
電気信号に変換される。そして、この信号が超音波送受
信回路２４に伝送される。

【００３０】振動子駆動回路２５は、超音波振動子１０
を回転駆動するためのモータ１３のＯＮ，ＯＦＦ制御及
びその回転速度を一定になるように制御するものであ
り、また位置検出回路２６は、超音波振動子１０の回転
方向の位置、即ち回転角と、その軸線方向の位置とを検
出するものである。従って、位置検出回路２６には、回
転角検出用のエンコーダ１４，リニア位置検出用のエン
コーダ２０及びセンサ２１からの信号が取り込まれて、
超音波振動子１０の回転方向及び軸線方向の位置が検出
される。

【００３１】超音波走査制御回路２７は、位置検出回路
２６から出力される超音波振動子１０の回転方向の位置
検出信号に基づいて、超音波送受信回路２４にトリガ信
号を発生させるように制御する。また、超音波送受信回
路２４から超音波信号処理回路２６に超音波反射エコー
信号が取り込まれるが、多数の二次元ラジアル超音波画
像信号が取り込まれる関係から、超音波送受信回路２４
から超音波信号処理回路２６に取り込まれた超音波反射
エコー信号は、軸線方向におけるどの位置で、回転方向
のどの角度の音響ラインのものであるかを検出する必要
がある。即ち、リニア位置信号と角度信号とを取得しな
ければならない。位置検出回路２６では、エンコーダ２
０，１４から超音波振動子１０のリニア位置とラジアル
方向の位置の検出がなされるから、この位置検出回路２
６からの信号が超音波信号処理回路２６に取り込まれ
て、超音波送受信回路２４から送信される超音波反射エ
コー信号の位置及び角度に関するデータが得られる。

【００３２】ここで、ラジアル走査を行う際には、超音
波振動子１０の絶対位置を検出するか、または走査始端
位置及び終端位置位置を検出することが必要となる。回
転角検出用のエンコーダ１４としては、アブソリュート
エンコーダを用いることもできるが、構造の簡単なイン
クリメンタルエンコーダを用いる場合には、このエンコ
ーダ１４には基準位置表示部を設け、超音波振動子１０
の角度信号に加えて、この基準位置表示部に基づく基準
位置信号も生成される。従って、位置検出回路２６で
は、エンコーダ１４から角度信号と、センサ２１からの
走査始端位置及びセンサ２２からの走査終端位置に関す
る信号及びエンコーダ２０からリニア位置信号とが超音
波信号処理回路２８に入力される。

【００３３】超音波信号処理回路２８は、超音波送受信
回路２４から超音波反射エコー信号が入力され、かつ位
置検出回路２６からはラジアル走査の基準位置信号と、
角度信号及びリニア方向の位置に関する信号が入力さ
れ、これらの信号に基づいて、二次元ラジアル超音波画
像信号が生成される。ただし、実際においては、センサ
２１からの走査始端位置信号に基づいて、押し込み方向
の二次元超音波ラジアル画像信号が取得され、またセン
サ２２からの走査終端位置信号に基づいて、戻し方向の
二次元超音波ラジアル画像信号の取り込みが開始する。
そして、始端位置信号が入力されてから、終端位置信号
が入力されるまでの間に多数の二次元ラジアル超音波画
像を構成するフィールド画像が得られ、また終端位置信
号から始端位置信号が入力されるまでの間にも多数のフ
ィールド画像が得られる。ただし、これらのフィールド
画像に基づいて三次元化される際に、各フィールド画像
の並び方向は反対になる。ここで、超音波信号処理回路
２８は、Ａ／Ｄ変換器，メモリを備えたデジタルスキャ
ンコンバータ等から構成され、メモリに１フレーム分の
二次元ラジアル超音波画像信号が生成される。

【００３４】超音波信号処理回路２８にはマーカ挿入装
置２９が接続される。マーカ挿入装置２９は、図６に示
したように構成される。マーカ挿入装置２９には複数の
端子３０ａ〜３０ｅを有し、端子３０ａは超音波信号処
理回路２８が接続される。また、端子３０ｂには超音波
振動子１０のリニア位置を検出するエンコーダ２０が接
続され、端子３０ｃ，３０ｄにはそれぞれ始端位置検出
用のセンサ２１及び終端位置検出用のセンサ２２が接続
される。さらに端子３０ｅは図示しない電源と接続され
る電源端子である。端子３０ａから入力バッファ回路３
１を経て取り込まれる超音波信号処理回路２８から出力
される二次元超音波画像信号から同期分離回路３２によ
り、順次送られてくる二次元超音波画像信号について、
水平同期信号（ＨＤ）と垂直同期信号（ＶＤ）とが取り
出される。

【００３５】３３はマーカが挿入される二次元超音波画
像を選択する画像選択部、３４はこのようにして選択さ
れた二次元超音波画像にマーカを書き込むためのマーカ
信号を生成するマーカ信号発生部である。

【００３６】画像選択部３３は、設定器３５を有し、こ
の設定器３５はマーカ挿入装置２９に刻々入力される二
次元超音波画像に関するフィールド画像のうち、どのイ
ンターバルでフィールド画像にマーカを書き込むかを設
定するためのものである。ここで、設定器３５には分周
器３６が接続されており、この設定器３５では、外部か
らの操作で、分周器３６の分周数を設定・変更できるよ
うに構成されている。分周器３６には、エンコーダ２０
からの超音波振動子１０のリニア方向の位置検出信号が
入力バッファ回路３７を介して取り込まれるようになっ
ており、分周器３６により、このようにして取り込まれ
た超音波振動子１０のリニア方向の位置信号を分周し
て、順次取り込まれるフィールド画像のうち、所定のタ
イミング毎にマーカを書き込みを実行する信号が出力さ
れる。

【００３７】超音波振動子１０は、リニア方向に往復動
するものである。移動の始端位置と終端位置とがあり、
これらの位置の検出を行わなければならない。また、三
次元化処理を行う際には、この超音波振動子１０が前進
方向（即ち、操作ロッド１５の押し込み方向）か、後退
方向（即ち、操作ロッド１５の戻し方向）かでは、得ら
れたフィールド画像の並び方向が異なってくるので、超
音波振動子１０がどの方向に移動しているかを識別する
必要もある。始端位置及び終端位置を検出するためのセ
ンサ２１，２２が設けられて、それぞれ端子３０ｃ，３
０ｄに接続されている。従って、これらセンサ２１，２
２からの信号が走査始端・終端位置検出回路３８に入力
される。

【００３８】ここで、センサ２１，２２は超音波振動子
１０によるラジアル超音波走査が行われる始端位置と終
端位置とを検出するためのものであり、センサ２１が操
作ロッド１５により遮光されると、超音波振動子１０が
始端位置を通過したことが検出され、またセンサ２２が
操作ロッド１５により遮光されると、超音波振動子１０
が終端位置になったことが検出される。また、両センサ
２１，２２が透過状態からセンサ２１が遮光状態に切り
換わると、超音波振動子１０が前進方向に変位したこと
が、また両センサ２１，２２が遮光状態からセンサ２２
が透過状態に切り換わると、後退方向に変位したことが
検出される。従って、走査始端・終端位置検出回路３８
は、二次元超音波画像を三次元化する際において、この
三次元超音波画像のＺ軸方向の距離を設定すると共に、
超音波振動子１０が前進方向に変位しているか、後退方
向に変位しているかの検出が行われる。

【００３９】分周器３６には走査始端・終端位置検出回
路３８からの始端位置信号と終端位置信号とが入力さ
れ、始端位置から終端位置までの間と、終端位置から始
端位置までの間だけ分周器３６からマーカ挿入指令信号
が所要のインターバルをもって出力される。

【００４０】画像選択部３３はリニア方向の位置検出信
号を処理するものであり、二次元超音波画像に関するフ
ィールド画像信号とは必ずしも同期が取れていない。そ
こで、これらの間で同期を取るために、１フィールド抽
出回路３９が設けられ、この１フィールド抽出回路３９
には同期分離回路３２からの垂直同期信号が入力され
る。１フィールド抽出回路３９に分周器３６からマーカ
挿入指令信号が入力された直後に同期分離回路３２から
垂直同期信号が取り込まれた時に、この１フィールド抽
出回路３２からマーカ挿入実行信号が出力される。

【００４１】二次元超音波画像にマーカを書き込むため
のマーカ信号を生成するマーカ信号発生部３４は、同期
分離回路３２からの水平同期信号に基づいてマーカの水
平位置を指定する水平位置指定部４０及び垂直同期信号
に基づいて垂直位置を指定する垂直位置指定部４１と、
マーカ横幅設定部４２及びマーカ縦幅設定部４３とを備
えている。従って、同期分離回路３２から出力される水
平同期信号から水平位置指定部４０及びマーカ横幅設定
部４２によりマーカの横方向の位置と幅とが決定され、
また垂直同期信号から垂直位置指定部４１及びマーカ縦
幅設定部４３とによって、マーカの縦方向の位置及び幅
が決定される。これによって、マーカの縦横の範囲が定
まる。

【００４２】マーカが挿入される二次元超音波画像は、
超音波振動子１０の前進方向で得たものか、後退方向で
得たものかを識別可能とするために、超音波振動子１０
を前進方向に移動させながら取得した二次元超音波画像
と、後退方向に移動させながら得た二次元超音波画像と
では、位置を変えるようにしている。このために、走査
始端・終端位置検出回路３８において始端位置信号及び
終端位置信号に基づいて検出される超音波振動子１０の
移動方向に関する信号が水平位置指定部４０及び垂直位
置指定部４１に取り込まれて、マーカの水平位置及び垂
直位置が変わるようになる。ただし、マーカは、その水
平位置または垂直位置のいずれかが変わっておれば良
く、必ずしもその両方を変える必要はない。また、マー
カの位置を変えるのではなく、形状等を変えるようにし
ても良い。

【００４３】マーカ横幅設定部４２，マーカ縦幅設定部
４３及び１フィールド抽出回路３９はゲート付きＡＮＤ
回路４４に接続されている。１フィールド抽出回路３９
からマーカ挿入実行信号が出力されると、その後、１フ
ィールド分の時間間隔だけＡＮＤ回路４４のゲートが開
いて、マーカ横幅設定部４２及びマーカ縦幅設定部４３
からの出力信号がＡＮＤ回路４４を介することによっ
て、マーカ信号が生成される。そして、このマーカ信号
は信号合成部４５に入力されて、この信号合成部４５で
二次元超音波画像にマーカが合成される。このようにし
てマーカが挿入された二次元超音波画像信号は、出力バ
ッファ回路４６から出力端子４７を介して出力される。

【００４４】この出力端子４７には、ＶＴＲまたはビデ
オキャプチャからなる画像記録手段としての記録器４８
が接続される。従って、超音波振動子１０により取得さ
れ、超音波信号処理回路２８によって生成されたリアル
タイムの二次元超音波画像のフィールド画像が記録器４
８に順次記録され、これら各フィールド画像のうち、所
定のインターバル毎にマーカが書き込まれ、それら以外
のフィールド画像についてはマーカが存在しない。

【００４５】以上の構成によって、記録器４８には、多
数の二次元超音波画像に関するデータが収録されている
が、これらのデータを読み出す際に、マーカの有無を検
出して、マーカが書き込まれているフィールド画像のみ
を抽出して三次元超音波画像生成装置に単位画像として
取り込むようになし、この三次元超音波画像生成装置で
ボクセルデータを生成する三次元化処理や、含カット面
三次元超音波画像を取得できる。

【００４６】而して、超音波プローブ３のカテーテル５
を内視鏡１の処置具挿通チャンネル２を介して患者の体
腔内に挿入して、所定の位置で超音波観測を行う。この
ためには、モータ１３により回転軸１２を回転駆動する
ことによって、フレキシブルシャフト９を軸回りに回転
させる。これによって、フレキシブルシャフト９の先端
に連結した超音波振動子１０が回転駆動されて、ラジア
ル方向の超音波走査が行われる。この超音波振動子１０
からの信号は超音波観測装置６に伝送されて、二次元超
音波信号処理部２３により信号処理される。

【００４７】操作ロッド１５を押し込むと、超音波振動
子１０は、ラジアル走査を行いながら、リニア方向に移
動する。この超音波振動子１０の移動はエンコーダ２０
により検出されて、このリニア方向における所定のピッ
チ間隔毎のラジアル超音波走査が行われる。従って、二
次元超音波信号処理部２３における超音波信号処理回路
２８からマーカ挿入装置２９に二次元ラジアル超音波画
像信号が取り込まれる。また、これと共に、エンコーダ
２０及びセンサ２１，２２からの信号もマーカ挿入装置
２９に取り込まれる。二次元ラジアル超音波画像信号か
らは、同期分離回路３２で、図７（ａ）で示したよう
に、垂直同期信号（ＨＤ）と水平同期信号（ＶＤ）とが
分離される。

【００４８】一方、エンコーダ２０からは図７（ｂ）に
示したように、操作ロッド１５が所定間隔動く毎にパル
ス信号が出力され、これによって超音波振動子１０のリ
ニア方向の位置が検出される。

【００４９】センサ２１，２２からは、操作ロッド１５
の動きに応じて前進方向及び後退方向のストロークの始
端位置及び終端位置が検出される。これらの信号から、
走査始端・終端位置検出回路３８によって、操作ロッド
１５が移動して、超音波振動子１０が前進方向に変位す
ると、センサ２１が透過状態から遮光状態に切り換わっ
て、超音波振動子１０の前進開始信号パルスが得られ
る。また、センサ２１とセンサ２２とが遮光状態になる
と、超音波振動子１０の前進方向の終端位置に達したこ
との検出信号パルスが出力される。また、この両センサ
２１，２２の遮光状態からセンサ２２の透過状態に切り
換わると、超音波振動子１０が後退方向の移動が開始し
たことを検出するパルスが出力され、また両センサ２
１，２２が透過状態になると、後退方向の終端位置に到
達したことを検出して、その検出パルスが出力される。

【００５０】前進方向及び後退方向の始端位置信号は、
エンコーダ２０からの超音波振動子１０のリニア方向の
位置信号と共に、分周器３６に入力されて、始端位置信
号から分周器３６の分周数に応じて、例えば分周数を１
／３とした時には、リニア方向の位置信号のうち図７
（ｂ）に示したように、３パルス目毎に１フィールド抽
出回路３９にマーカを書き込むための指令信号Ｄが出力
される。１フィールド抽出回路３９においては、同期分
離回路３２からの垂直同期信号が取り込まれるようにな
っており、図７に矢印で示したように、マーカが書き込
まれるように指令信号が１フィールド抽出回路３９に取
り込まれた直後の垂直同期信号（ＶＤ）の入力により、
マーカ挿入信号が出力される。

【００５１】一方、同期分離回路３２からの水平同期信
号及び垂直同期信号は、それぞれ、マーカ信号発生部３
４における水平位置指定部４０及び垂直位置指定部４１
に入力される。そして、これら水平位置指定部４０，垂
直位置指定部４１には、走査始端・終端位置検出回路３
８からの信号が入力される。これによって、１つのフィ
ールド画像の領域におけるマーカの位置と範囲が決定す
る。

【００５２】即ち、図８に示したように、１フィールド
の画像エリアをＥとした時に、この画像エリアＥのう
ち、二次元超音波画像が表示される領域はＰであり、画
像エリアＥの余白部分にマーカＭが書き込まれる。この
マーカＭを書き込むには、画像エリアＥにおける水平方
向の範囲と垂直方向の範囲を指定する必要がある。１水
平帰還時間におけるマーカの書き込み開始位置が水平位
置指定部４０で設定され、またその間隔がマーカ横幅設
定器４２で設定され、これによって図８にＭ_H で示した
ように、マーカＭの水平方向の位置とその幅が特定され
る。一方、垂直位置指定部４１では、１垂直帰還時間内
において、どの位置からマーカＭの書き込みを開始する
かの設定が行われ、マーカ縦幅設定部４３において、そ
の縦方向の幅が設定されて、図８にＭ_V で示したよう
に、マーカＭの垂直方向の位置とその幅が特定される。
ここで、超音波振動子１０を前進方向への移動時の二次
元超音波画像と、後退方向の移動時の二次元超音波画像
とでマーカ位置を変えるようにしており、従って水平位
置指定部４０及び垂直位置指定部４１では、走査始端・
終端位置検出回路３８からの始端位置信号及び終端位置
信号に基づきマーカの書き込み開始位置が変わるように
なっており、またマーカ横幅設定器４２及びマーカ縦幅
設定器４３は超音波振動子１０の移動方向に拘らず一定
のマーカ幅の設定信号を出力することになる。

【００５３】以上のマーカＭの書き込み開始位置信号及
びマーカ幅の設定信号は、各二次元超音波画像が伝送す
る毎に生成されて、ＡＮＤ回路４６に伝送される。ただ
し、ＡＮＤ回路４６はゲートを有し、１フィールド抽出
回路３９からマーカ挿入信号が出力された時に初めてこ
のゲートが開いて、信号合成部４５に取り込まれて、こ
の信号合成部４５に取り込まれた二次元超音波画像に対
してマーカＭの書き込みが実行される。そして、マーカ
が挿入された二次元超音波画像は、マーカを挿入してい
ない二次元超音波画像と共に出力バッファ回路４６を経
て、出力端子４７に接続した記録器４８に収録される。

【００５４】以上のようにして取得したリアルタイムの
多数の二次元超音波画像信号は、三次元化処理を行うこ
とによって、モニタに立体画像として表示できる。この
三次元化処理の手法は種々開発されているが、例えば含
カット面三次元超音波画像として表示する場合には、図
９に示したような三次元化処理装置を用いる。

【００５５】即ち、図９において、５０は二次元超音波
画像選択部であって、この二次元超音波画像選択部５０
には、記録器４８から読み出した多数の二次元超音波画
像のうち、マーカの付いているものだけをＮ枚だけ抽出
して座標変換回路５１に取り込み、他の二次元超音波画
像は取り込まないようにする。そして、座標変換回路５
１に取り込まれたＮ枚の二次元超音波画像が、三次元的
な表示を行うための単位画像として用いられる。即ち、
順次取り込まれるＮ枚の二次元超音波画像は、座標変換
回路５１で相互に６０°をなす三次元座標軸（Ｘ，Ｙ，
Ｚ）として表示されるように座標変換される。そして、
このようにして座標変換された各単位画像はメモリ５２
に記憶されると共に、三次元化処理回路５３を介してモ
ニタ５４に三次元的な表示がなされる。ここで、三次元
化処理回路５３では、円筒面形状にした三次元原画像を
生成して、モニタ５４に表示し、しかもこの円筒面の外
面部分だけが表示される。また、この三次元原画像もメ
モリ５２に記録する。

【００５６】三次元化処理回路５３には、三次元画像表
示制御回路５５が接続されており、この三次元画像表示
制御回路５５は、例えばマウス等からなるカット面入力
手段５６が接続されるようになっており、このカット面
入力手段５６によりカット面の指定が行われると、三次
元表示制御回路５５において、モニタ５４に表示されて
いる三次元原画像に対してどの位置にどのようなカット
面を入れるかが設定される。この信号に基づいて三次元
化処理回路５３においては、メモリ５２からカット面に
関するデータを読み出して、三次元原画像に対して、カ
ット面の貼り付け及びカット面を入れたことによる隠れ
面処理を行うことにより、図１０に示したような３つの
カット面Ｃ₁ ，Ｃ₂ ，Ｃ₃ を有する含カット面三次元超
音波画像Ｉがモニタ５４に表示されることになる。

【００５７】ここで、含カット面三次元超音波画像とし
て例示した三次元画像を表示するに当っては、リアルタ
イムで二次元超音波画像を取得する際に、三次元化処理
に必要な画像を他の画像と識別するために、必要な画像
にマーカを挿入するが、三次元超音波画像の解像度等に
よっては、マーカを入れる画像数を変更する必要があ
る。この変更は、設定器３５による分周数の設定を変え
ることにより容易に行うことができる。従って、図１０
に示した含カット面三次元超音波画像における単位画像
の数を任意に設定でき、精査が必要ではない場合には、
マーカを入れる画像数を少なくして、信号処理の高速化
を図り、またより精密な検査等が必要な場合には、マー
カを入れる画像数を増やすようにすれば良い。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、リアル
タイムで取得した多数の二次元超音波画像の二次元超音
波画像のうち、所定の画像毎にマーカを挿入して、他の
画像と識別できるように構成したので、三次元超音波画
像を構成するのに必要な単位画像をそれ以外の画像から
容易に識別できるようになる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】二次元超音波画像取得装置としての超音波プロ
ーブを内視鏡に組み込んだ状態を示す構成説明図であ
る。

【図２】超音波プローブにおけるカテーテルの先端部分
の断面図である。

【図３】超音波プローブにおける操作部の断面図であ
る。

【図４】超音波プローブで超音波画像を取得している状
態を示す作動説明図である。

【図５】超音波観測装置の信号処理部の回路構成図であ
る。

【図６】マーカ挿入装置における回路構成図である。

【図７】二次元超音波画像におけるマーカの挿入位置を
示す説明図である。

【図８】マーカ信号発生部からの出力信号のタイミング
チャート図である。

【図９】三次元化処理装置の一例を示す回路構成図であ
る。

【図１０】三次元超音波画像の一例としての含カット面
三次元超音波画像の表示態様を示す説明図である。

【符号の説明】

３超音波プローブ４操作部５カテーテル７ケーブル１０超音波振動子１４，２０エンコーダ２１，２２センサ２３二次元超音波信号処理部２９マーカ挿入装置３２同期分離回路３３画像選択部３４マーカ信号発生部３５設定器３６分周器３８走査始端・終端位置検出回路３９１フィールド抽出回路４０水平位置氏底部４１垂直位置氏底部４２マーカ横幅設定部４３マーカ縦幅設定部４４ゲート付きＡＮＤ回路４５信号合成部４８記録器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の範囲で走査を行う超音波振動子を
この走査面と直交する方向に移動させながら超音波走査
を行わせて、一定のピッチ間隔毎に多数の二次元超音波
画像を取得する超音波画像取得手段と、前記超音波振動子の移動方向の位置を検出する位置検出
手段と、前記超音波画像取得手段で取得した多数の二次元超音波
画像のうち、前記位置検出手段から出力される位置信号
に基づいて所定のタイミング毎に取得された二次元超音
波画像にマーカを書き込むマーカ挿入手段と、前記マーカ挿入手段によりマーカが挿入された二次元超
音波画像と共にマーカが挿入されていない二次元超音波
画像を記録する画像記録手段とを備え、前記画像記録手段に記録された二次元超音波画像のう
ち、マーカが挿入されているものを選択して三次元化処
理手段により三次元超音波画像を生成可能な構成としたことを特徴とする超音波画像生成装置。
【請求項２】前記マーカ挿入手段は、前記各二次元超
音波画像に対して、マーカを書き込むものを選択するマ
ーカ画像選択部と、このマーカ画像選択部により選択さ
れた二次元超音波画像の所定の位置にマーカを書き込む
ためのマーカ信号を発生するマーカ信号発生部と、二次
元超音波画像が前記画像記録手段に取り込まれる際に、
選択された超音波画像にマーカ信号を合成する信号合成
部とを備える構成としたことを特徴とする請求項１記載
の超音波画像生成装置。
【請求項３】前記超音波画像取得手段の前記超音波振
動子はラジアル超音波走査を行うものであり、この超音
波振動子を前記走査面と直交する方向に移動させる駆動
手段はリニア駆動手段であることを特徴とする請求項１
記載の超音波画像生成装置。
【請求項４】前記マーカは前記二次元超音波画像の表
示領域の余白部に書き込む構成としたことを特徴とする
請求項１記載の超音波画像生成装置。
【請求項５】前記マーカ挿入手段は、前記リニア駆動
手段により前記超音波振動子を前進方向に移動させた時
に得た二次元超音波画像と、後退方向に移動させた時に
得た二次元超音波画像とを識別可能なマーカを挿入する
構成としたことを特徴とする請求項４記載の超音波画像
生成装置。
【請求項６】前記超音波振動子の移動方向を検出する
ために、前記リニア駆動手段による走査始端位置と走査
終端位置とを検出するセンサを備える構成としたことを
特徴とする請求項５記載の超音波画像生成装置。