JP2000279416A

JP2000279416A - ３次元イメージング方法及びシステム

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Publication number: JP2000279416A
Application number: JP11338988A
Authority: JP
Inventors: Harvey E Cline; ハーヴェイ・エリス・クライン; William Thomas Hatfield; ウィリアム・トーマス・ハットフィールド
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1999-11-30
Publication date: 2000-10-10
Anticipated expiration: 2019-11-30
Also published as: JP4424799B2; EP1008864A3; US6155978A; EP1008864A2; EP1008864B1; DE69938892D1

Abstract

(57)【要約】【課題】超音波３次元イメージングにおけるスペック
ル・アーティファクト・データを、関心のあるボリュー
ムから取得されたデータを画像平面へ投影する前に減少
させる。【解決手段】マスタ・コントローラ（２２）が、関心
のあるボリューム内のピクセル・データに対して反復的
にモルフォロジ・フィルタ処理を行い、次いで、レイ・
キャスティング法を用いてモルフォロジ・フィルタ処理
されたデータを複数の回転された画像平面上へ反復的に
投影するというアルゴリズムを実行する。モルフォロジ
・フィルタ処理は、ピクセル・データのソース・データ
・ボリュームの全体にわたって７点カーネルを段階移動
させることにより実行される。カーネルは、中央ピクセ
ル値と、中央ピクセル値に隣接する６つのピクセル値と
で構成される。モルフォロジ・フィルタ処理演算は、ス
ペックルを除去する少なくとも１回の収縮工程と、これ
に続く画像データを復元する同じ回数の膨張工程とを含
む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的には、医療診
断の目的のために人体の解剖学的構造をイメージングす
ることに関する。具体的には、本発明は、人体内の血管
から反射した超音波エコーの強度を検出することにより
血管の３次元イメージングを行う方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【発明の背景】最も広く用いられている診断用超音波イ
メージングのモードに、Ｂ及びＭモード（体内の物理的
構造をイメージングするのに用いられる）、ドプラ並び
にカラー・フロー（後者の２つは、主として血管内等で
の流れ特性をイメージングするのに用いられる）があ
る。従来のＢモード・イメージングでは、超音波スキャ
ナによって、ピクセルの輝度が反射エコーの強度に基づ
いて定められる画像が作成され、即ち反射波の振幅を用
いて組織の白黒画像が形成される。

【０００３】２次元超音波画像はしばしば、走査されて
いる解剖学的構造の２次元的表現を観察者が視覚化する
ことができないために解釈が困難になる。しかしなが
ら、超音波プローブにより関心のある区域の全体を掃引
し、２次元画像を蓄積して３次元ボリュームを形成すれ
ば、解剖学的構造は、熟練した観察者又は熟練していな
い観察者の双方にとって遥かに視覚化し易くなる。

【０００４】Ｂモード超音波イメージングは、スペック
ル（speckle ）と呼ばれる固有の画像アーティファクト
を生ずる。スペックルは、多数の受信エコーの干渉パタ
ーンから形成される画像内に見られる斑点である。この
斑点は主として、音波の干渉パターン内のゼロ部（nul
l）によって生ずるが、例えばランダムな電子的ノイズ
などの画像内のその他の異常によっても斑点が生じるこ
とがある。音波のゼロ部は、超音波画像の完全なダイナ
ミック・レンジを表示するのに要求される対数圧縮によ
って強調される。これらのゼロ部は、画像では黒い穴と
して現われる。スペックル・ノイズ及びアーティファク
トは、３次元超音波イメージングにおいて許容可能な視
角の範囲を制限する。

【０００５】反射エコーの和を変化させるあらゆるパラ
メータがスペックル・パターンを変化させるので、スペ
ックル画像アーティファクトを減少させる多くの従来手
法が存在している。これらの従来手法の実例としては、
マルチ送信集束、空間的合成、周波数合成及び空間的低
域通過フィルタ処理がある。マルチ送信集束、空間的合
成及び周波数合成の各手法ではフレーム・レートが低下
し、これに対し空間的低域通過フィルタ処理では分解能
が低下する。

【０００６】

【発明の開示】本発明の好ましい実施態様では、３次元
超音波イメージングにおけるスペックル・アーティファ
クト・データが、関心のあるボリュームからの取得デー
タを画像平面へ投影する前に減少させられる。この結果
を得るための装置は、連続的に又は外部トリガ事象に応
答して、即ち多数のスライスについて、シネ・メモリ内
にＢモード画像及び／又はカラー・フロー・モード画像
を収集する超音波スキャナを含んでいる。各々のスライ
スについてのそれぞれの関心のある領域からのデータは
マスタ・コントローラへ送られ、これらのデータは「関
心のあるボリューム」を形成する。マスタ・コントロー
ラは、関心のあるボリューム内のピクセル・データに対
して反復的にモルフォロジ・フィルタ処理(morphologic
ally filtering )を行い、次いで、レイ・キャスティン
グ(ray-casting )法を用いてモルフォロジ・フィルタ処
理済みデータを複数の回転された画像平面へ反復的に投
影するというアルゴリズムを実行する。

【０００７】本発明の好ましい実施態様によれば、マス
タ・コントローラは、モルフォロジ・フィルタ処理によ
ってピクセル・データに含まれるスペックル及び／又は
ノイズを平滑化する。このフィルタ処理は、ピクセル・
データから成るソース・データ・ボリュームの全体にわ
たって７点カーネルを段階移動(stepping)させることに
より実行される。カーネルは、中央ピクセル値と、中央
ピクセル値に隣接する６つのピクセル値、即ち、Ｘ、Ｙ
及びＺ方向で隣接するそれぞれの対のピクセル値とで構
成されている。カーネルは、ソース・データ・ボリュー
ム全体にわたって段階移動してモルフォロジ・フィルタ
出力値を形成し、これらの出力値が、スペックルの減少
した新たなソース・データ・ボリュームを形成する。

【０００８】本発明によるモルフォロジ・フィルタ処理
を実行するアルゴリズムは、ｎ回の収縮（erosion ）演
算と、これに続くｎ回の膨張（dilation）演算とを含ん
でおり、ここで、ｎは任意の正の整数である。好ましい
実施例では、ｎ＝３である。

【０００９】次いで、そのモルフォロジ・フィルタ処理
済みピクセル・データ・ボリュームが、各々の相次ぐ画
像平面へ投影される。投影された画像はスペックル及び
ノイズが減少しており、これらの画像はシネ・メモリに
別個のフレームとして記憶され、各々のフレームは最後
の背景フレームにスーパインポーズ（重ね表示）され
る。次いで、再構成されたこれらのフレームは、システ
ム操作者によって選択的に表示される。画像は、物体ボ
リューム内の血管を明瞭に示す。シネ・モードで表示す
る場合には、血管が回転するので、２次元スライスをイ
メージングすることにより達成されるものに比べ、深さ
を一層充分に知覚することが出来る。

【００１０】

【好適実施態様の詳しい説明】本発明は、図１に全体的
に示す形式の超音波イメージング・システムに組み込む
ことができる。超音波トランスデューサ・アレイ２の個
々の素子が、ビームフォーマ４によって作動されて、同
じ送信特性によって同じ送信焦点位置に集束される小音
波（wavelet ）を送信することによって、送信ビームを
形成する。各々の送信ビームは、走査されている物体内
に伝播し、物体内の超音波散乱体によって反射されてア
レイに戻る。このような各回の送信ファイアリングの後
に、トランスデューサ・アレイ素子によって検出された
エコー信号は、ビームフォーマ４のそれぞれの受信チャ
ネルへ供給される。受信ビームフォーマは、マスタ・コ
ントローラ（図１には示されていない）の指令下でエコ
ーを追跡する。受信ビームフォーマは、受信されたエコ
ー信号に対して適正な受信集束時間遅延を与えて、これ
らの信号を加算することにより、特定の送信焦点ゾーン
に対応する一連のレンジ（距離）から反射した全超音波
エネルギを正確に表すＲＦ（無線周波）エコー信号を形
成する。ベースバンド・システムでは、ビームフォーマ
はまた、ヒルベルト(Hilbert )帯域通過フィルタ処理に
よってＲＦエコー信号をそのＩ成分とＱ成分とに変換す
る。次いで、これらのＩ成分及びＱ成分は、各回の送信
ファイアリング毎に受信加算器（図示されていない）に
おいて加算される。代替的には、ヒルベルト帯域通過フ
ィルタ処理をビーム加算の後に行ってもよい。随意選択
により、復調器（図示されていない）によってビームフ
ォーマ４の出力信号の周波数をシフトさせる。このこと
を達成する１つの方法は、入力信号に複素正弦ｅｘｐ
（ｉ２πｆ_d ｔ）を乗算することであり、ここで、ｆ_d
は所要の周波数シフトである。

【００１１】ベースバンド・システムでは、Ｉ成分及び
Ｑ成分はＢモード・プロセッサ６へ送られる。Ｂモード
・プロセッサ６は、量（Ｉ² ＋Ｑ² ）^1/2 を算出するこ
とによりビーム加算後の受信信号の包絡線を形成する包
絡線検波器８を含んでいる。信号の包絡線に対して対数
圧縮１０等の何らかの追加的なＢモード処理を施して表
示データを形成し、スキャン・コンバータ１２へ供給す
る。ＲＦシステムでは、包絡線検波がＲＦ信号に対して
行われる。

【００１２】一般的に述べると、表示データは、スキャ
ン・コンバータ１２によってビデオ表示用のＸＹフォー
マットへ変換される。走査変換（スキャン・コンバー
ト）後のフレームは、ビデオ・プロセッサ１４へ渡され
る。ビデオ・プロセッサ１４は、ビデオ・データをビデ
オ表示用のグレイ・スケール又はグレイ・マップとして
写像する。次いで、グレイ・スケールの画像フレームが
ビデオ・モニタ１６へ送られて表示される。

【００１３】ビデオ・モニタ１６によって表示される画
像は、各々のデータが表示のそれぞれのピクセルの強度
又は輝度を指示しているようなデータの画像フレームか
ら形成されている。１つの画像フレームは、例えば、２
５６×２５６のデータ配列で構成されており、このデー
タ配列中の各々の強度データが、ピクセル輝度を指示す
る８ビットの二進数である。表示モニタ１６上での各々
のピクセルの輝度は、周知の方式でデータ配列内の対応
する要素の値を読み取ることにより、絶えず更新されて
いる。各々のピクセルは、呼び掛け用超音波パルスに応
答したそれぞれのサンプル・ボリュームの後方散乱体断
面積と採用されているグレイ・マップとの関数である強
度値を有する。従来の超音波イメージング・システム
は、典型的には、生の音波サンプル・データの単純な伝
達関数である様々なグレイ・マップを採用して、グレイ
値を表示している。

【００１４】図２に示すように、システムの制御は、ホ
スト・コンピュータ又はマスタ・コントローラ２２に集
中されており、マスタ・コントローラ２２は、オペレー
タ・インタフェイス（図示されていない）を介して操作
者の入力を受け取って、様々なサブシステムを制御す
る。マスタ・コントローラ２２はまた、システムのタイ
ミング信号及び制御信号を発生し、これらの信号は、シ
ステム制御バス４６及び走査制御バス（図示されていな
い）を介して分配される。

【００１５】スキャン・コンバータ１２は、音線(acous
tic line )メモリ１８と、ＸＹ表示メモリ２０とを含ん
でいる。音線メモリ１８は、Ｂモード・プロセッサから
処理済みのディジタル・データを受け取って、Ｂモード
・データについて、極座標（Ｒ−θ）セクタ・フォーマ
ット又はデカルト座標リニア・アレイ・フォーマットか
ら、ＸＹ表示メモリ２０に記憶される適当に拡縮（スケ
ーリング）されたデカルト座標表示ピクセル・データへ
の座標変換を行う。Ｂモードでは、強度データがＸＹ表
示メモリ２０に記憶され、各々のアドレス（番地）が３
つの８ビット・ピクセルを記憶している。ビデオ・プロ
セッサ１４は、図形データ、画像データ及び時間線デー
タの間で多重化を行って、ビデオ・モニタ１６上にラス
タ走査フォーマットで最終的なビデオ出力信号を形成
し、それに加えて様々なグレイ・スケール・マップを供
給する。

【００１６】Ｂモード・データの多数の相次ぐフレーム
は、先入れ先出し方式でシネ・メモリ２４に記憶されて
いる。シネ・メモリ２４は、利用者に対して実時間で表
示される画像データを絶えず取得しながらバックグラウ
ンドで動作している循環画像バッファのように動作す
る。利用者がシステムをフリーズさせると、利用者は、
シネ・メモリ内に過去に取得されている画像データを観
察することが可能になる。シネ・メモリは、単一の画像
の観察及び多数の画像ループの観察のための常駐のディ
ジタル画像記憶、並びに様々な制御作用を提供する。単
一画像のシネ再生中に表示される関心のある領域は、画
像の取得中に用いられた関心のある領域である。シネ・
メモリ２４はまた、マスタ・コントローラ２２を介して
ディジタル式保管装置へ画像を転送するためのバッファ
としての役割も果たす。

【００１７】マスタ・コントローラ２２は、中央処理装
置（ＣＰＵ）４２とランダム・アクセス・メモリ（ＲＡ
Ｍ）４４とを含んでいる。ＣＰＵ４２は、強度データか
ら成る取得ボリュームを様々な角度で捉えた多数の３次
元投影画像へ変換するのに用いられるルーチンを記憶し
ている読み出し専用メモリを組み込んでいる。ＣＰＵ４
２は、システム制御バス４６を介して、ＸＹメモリ２０
及びシネ・メモリ２４を制御する。具体的には、ＣＰＵ
４２は、ＸＹメモリ２０からビデオ・プロセッサ１４及
びシネ・メモリ２４へのピクセル・データの流れ、並び
にシネ・メモリからビデオ・プロセッサ及びＣＰＵ自体
へのピクセル・データの流れを制御する。強度データの
各々のフレームは、被検体を通る多数の平行な走査又は
スライスの１つに相当しており、ＸＹメモリ２０に記憶
され、次のサイクルではビデオ・プロセッサ１４及びシ
ネ・メモリ２４へ送信される。フレームのスタックは、
走査されている物体ボリュームに相当しており、シネ・
メモリ２４のセクション２４Ａに記憶される。初期化
（図３の工程２６）時に、ＣＰＵ４２は、シネ・メモリ
・セクション２４Ａから、関心のある物体ボリュームに
対応する強度データのみを検索する。これは、関心のあ
る物体ボリュームを横断する任意の走査から取得された
各々の記憶されているフレームから、関心のある領域に
ある強度データのみを検索することにより達成される。
このようにして、相次ぐフレームのスタックの各々から
の関心のある領域に対応する強度データが、関心のある
ソース・データ・ボリュームを形成する。

【００１８】図４に模式的に示されているソース・デー
タ・ボリュームは、物体ボリューム５２を超音波トラン
スデューサで走査することにより形成される。物体ボリ
ューム５２は、各々が同じ数の物体ボリューム要素（ボ
クセル）ＯＶを含んでいる積み重なった連続的なスライ
ス又はシートＯＳ₁ ，ＯＳ₂ ，…，ＯＳ_k の系列を形成
するように走査される。各々のボクセルは、シート平面
（例えば、ＸＹ平面）内で矩形の輪郭（プロフィール）
を有しており、縦横の各辺は等しい長さＳを有し得るの
で、この輪郭は正方形となり得るが、シート厚Ｔは一般
にいずれの辺の長さにも等しくない。このように、第１
の物体スライスＯＳ₁ は、第１の多数の物体ボクセルＯ
Ｖ_i,j,1 を含んでおり、ここで、ｉ及びｊはそれぞれ、
ボクセルのＸ軸及びＹ軸での位置である。同様に、第２
の物体スライスＯＳ₂ は、物体ボクセルＯＶ_i,j,2 を含
んでいる。任意の物体スライスＯＳ_k は、ボクセルＯＶ
_i, _j,k を含んでおり、ここで、ｋはこのボクセルのＺ軸
での位置である。各々の物体ボクセルＯＶ_i,j,k は解析
され、そのデータ値（強度、速度又はパワー）が、デー
タ・ボリューム５４の対応するデータ・ボクセルＤＶ
_i,j,k に配置される。各々の物体スライスＯＳ_k の厚み
及び各々の物体ボクセル面のサイズ（ボクセルのＸＹ平
面におけるサイズ）が一般に同じではない場合にも、デ
ータ・ボリューム５４は単純なｉ，ｊ，ｋ立方格子とな
る。即ち、物体ボリュームは、各々のボクセルについて
異なるＸ、Ｙ及びＺの寸法を有していてもよいばかりで
なく、任意の次元におけるボクセルの総数も必ずしも同
じでなくてもよい。例えば、典型的な超音波３次元走査
では、各々のスライスが２５６×２５６マトリクスのボ
クセルを含むようにして、１２８個のスライスを得るこ
とができる。

【００１９】図３に示すように、関心のある物体ボリュ
ームに対応するピクセル・データ集合内の強度データ
は、スペックル・ノイズを平滑化すると共にアーティフ
ァクトを減少させるために、投影の前にモルフォロジ・
フィルタ処理される（工程２８）。これにより、投影の
際にスペックル・ノイズによるデータの損失が防止され
る。例えば、血管は、周囲の組織よりも音波反射性が小
さい。従って、血管は、最小強度投影を用いてイメージ
ングすることができる。代替的には、反転ビデオ／最小
モードでは、強度データは反転されて、血管を暗く表示
せずに明るく表示する。この場合には、最大強度投影を
用いて血管をイメージングすることができる。所望のピ
クセル・データに対して明るいスペックルとなっている
ような最大強度の選択を防止するためには、投影の前
に、これらのような明るいスペックル強度を除去するフ
ィルタを用いればよい。モルフォロジ・フィルタ処理及
び投影の両方とも、好ましくはマスタ・コントローラに
よって実行されるが、それぞれの専用プロセッサによっ
て実行することもできる。

【００２０】本発明の好ましい実施例によれば、ソース
・データ・ボリュームは、ソース・データ・ボリューム
の中央ピクセル値とこの中央ピクセル値に隣接する６つ
のピクセル値とで構成されているカーネルに対して動作
するモルフォロジ・フィルタを用いて、ＣＰＵ４２（図
２）によってフィルタ処理される。カーネルは、ソース
・データ・ボリューム全体にわたって段階移動されて、
モルフォロジ・フィルタ出力値を発生し、これらの出力
値が、スペックルの減少した新たなソース・データ・ボ
リュームを形成する。本発明に従ってモルフォロジ・フ
ィルタ処理を実行するアルゴリズムは、ｎ回の収縮(ero
sion )演算と、これに続くｎ回の膨張(dilation)演算と
を含んでおり、ここで、ｎは任意の正の整数である。好
ましい実施例では、ｎ＝３である。カーネルの中央ピク
セル値をＤＶ_i,j,k と表わすと、±Ｘ方向で隣接するピ
クセル値はそれぞれＤＶ_i+1,j,k 及びＤＶ_i-1,j,k と表
わされ、±Ｙ方向で隣接するピクセル値はそれぞれＤＶ
_i,j+1,k 及びＤＶ_i,j-1,kと表わされ、±Ｚ方向で隣接
するピクセル値はそれぞれＤＶ_i,j,k+1 及びＤＶ_i,
_j,k-1 と表わされる。収縮演算は次の工程を含む。各々
のカーネルについて、プロセッサは、中央ピクセル値Ｄ
Ｖ_i,j,k と、Ｘ軸に沿った２つのピクセル値ＤＶ
_i+1,j,k 及びＤＶ_i-1,j,k との相対的な大きさを決定す
る。ここには４つの可能性がある。即ち、（１）ＤＶ
_i+1,j,k ＜ＤＶ_i,j,k ＜ＤＶ_i-1,j,k 、（２）ＤＶ
_i+1,j,k ＞ＤＶ_i,j,k ＞ＤＶ_i-1,j,k 、（３）ＤＶ
_i+1,j,k ＜ＤＶ_i,j,k ＞ＤＶ _i-1,j,k 、及び（４）ＤＶ
_i+1,j,k ＞ＤＶ_i,j,k ＜ＤＶ_i-1,j,k である。そして、
どの可能性が当てはまるかに応じて、プロセッサは勾配
Ｇ_x を算出する。可能性（１）については、Ｇ_x ＝ＤＶ
_i+1,j,k −ＤＶ_i,j,k 、可能性（２）については、Ｇ_x
＝ＤＶ_i,j,k −ＤＶ_i-1,j,k 、可能性（３）について
は、Ｇ_x ＝［（ＤＶ_i+1,j,k −ＤＶ_i,j,k ）² ＋（ＤＶ
_i,j,k −ＤＶ_i-1,j,k ）² ］^1/2 、及び可能性（４）に
ついては、Ｇ_x ＝０とする。以上の工程をＹ方向及びＺ
方向についても繰り返す。Ｙ方向については、プロセッ
サは、中央ピクセル値ＤＶ_i,j,k と、２つのピクセル値
ＤＶ_i,j+1,k 及びＤＶ_i,j-1,k との相対的な大きさを決
定する。やはり、４つの可能性がある。即ち、（１）Ｄ
Ｖ_i,j+1,k ＜ＤＶ_i,j,k ＜ＤＶ_i,j-1,k 、（２）ＤＶ
_i,j+1,k ＞ＤＶ_i,j,k ＞ＤＶ_i,j-1,k 、（３）ＤＶ_i,j+
_1,k ＜ＤＶ_i,j,k ＞ＤＶ_i,j-1,k 、（４）ＤＶ_i,j+1,k
＞ＤＶ_i,j,k ＜ＤＶ_i,j- _1,k である。そして、どの可能
性が当てはまるかに応じて、プロセッサは勾配Ｇ _y を算
出する。可能性（１）については、Ｇ_y ＝ＤＶ_i,j+1,k
−ＤＶ_i,j,k 、可能性（２）については、Ｇ_y ＝ＤＶ
_i,j,k −ＤＶ_i,j-1,k 、可能性（３）については、Ｇ_y
＝［（ＤＶ_i,j+1,k −ＤＶ_i,j,k ）² ＋（ＤＶ_i,j,k −
ＤＶ_i,j-1,k）² ］^1/2 、及び可能性（４）について
は、Ｇ_y ＝０である。Ｚ方向については、プロセッサ
は、中央ピクセル値ＤＶ_i,j,k と、２つのピクセル値Ｄ
Ｖ_i,j,k+1及びＤＶ_i,j,k-1 との相対的な大きさを決定
する。この場合にも、４つの可能性がある。即ち、
（１）ＤＶ_i,j,k+1 ＜ＤＶ_i,j,k ＜ＤＶ_i,j,k-1 、
（２）ＤＶ_i, _j,k+1 ＞ＤＶ_i,j,k ＞ＤＶ_i,j,k-1 、
（３）ＤＶ_i,j,k+1 ＜ＤＶ_i,j,k ＞ＤＶ_i, _j,k-1 、及び
（４）ＤＶ_i,j,k+1 ＞ＤＶ_i,j,k ＜ＤＶ_i,j,k-1 であ
る。そして、どの場合が当てはまるかに応じて、プロセ
ッサは次のようにして勾配Ｇ_z を算出する。即ち、可能
性（１）については、Ｇ_z ＝ＤＶ_i,j,k+1 −ＤＶ
_i,j,k 、可能性（２）については、Ｇ_z ＝ＤＶ_i,j,k −
ＤＶ_i,j,k-1 、可能性（３）については、Ｇ_z ＝［（Ｄ
Ｖ_i,j,k+1 −ＤＶ_i,j,k ）² ＋（ＤＶ_i,j,k −ＤＶ
_i,j,k-1 ） ² ］^1/2 、及び可能性（４）については、Ｇ
_z ＝０である。次いで、プロセッサは、次の量を算出す
る。

【００２１】Ｇ′＝（１／３）（Ｇ_x ²＋Ｇ_y ²＋Ｇ_z ²）^1/2 次いで、量Ｇ′をピクセル値ＤＶ_i,j,k から減算して、
新たなピクセル値ＤＶ_i, _j,k ′を求める。ソース・デー
タ・ボリュームのすべての値（第１のバッファ・メモリ
に記憶されている）が以上の方式で収縮され終わったと
きに、得られた値は１回収縮データ・ボリュームを形成
しており、このデータ・ボリュームは、マスタ・コント
ローラ内の第２のバッファ・メモリに記憶される。本発
明は、１回のみの収縮（及び１回のみの膨張）を用いて
ソース・データ・ボリュームからスペックルを除去する
ような状況を網羅するに十分なだけ広範であるが、好ま
しい実施例によれば、ソース・データ・ボリュームは３
回収縮される。即ち、１回収縮データ・ボリュームを収
縮して２回収縮データ・ボリュームを形成し、このデー
タ・ボリュームを第１のバッファ・メモリ（又は第３の
バッファ・メモリ）に記憶させることができる。次い
で、２回収縮データ・ボリュームを収縮して、３回収縮
データ・ボリュームを形成する（例えば、第２のバッフ
ァ・メモリに記憶させる。）。

【００２２】所望の回数の収縮の後に、マスタ・コント
ローラは、同じ回数の膨張工程を実行する。膨張演算
は、収縮の議論で用いたものと同じデータ値符号を用い
て記述されるが、１回目の膨張で膨張されるデータ値
は、ソース・データ・ボリュームからのデータ値ではな
く、３回収縮データ・ボリュームからのデータ値である
ことを理解されたい。各回の膨張毎に、プロセッサは、
データ・ボリュームの全体にわたって７つのピクセルか
ら成るカーネルを段階移動させる。各々のカーネル毎
に、プロセッサは、中央ピクセル値ＤＶ_i,j,k と、Ｘ軸
に沿った２つのピクセル値ＤＶ_i+1,j,k 及びＤＶ
_i-1,j,k との相対的な大きさを決定する。この場合に
も、４つの可能性がある。即ち、（１）ＤＶ_i+1,j,k ＜
ＤＶ_i,j,k ＜ＤＶ_i-1,j, _k 、（２）ＤＶ_i+1,j,k ＞ＤＶ
_i,j,k ＞ＤＶ_i-1,j,k 、（３）ＤＶ_i+1,j,k ＜ＤＶ
_i,j,k ＞ＤＶ_i-1,j,k 、及び（４）ＤＶ_i+1,j,k ＞ＤＶ
_i,j,k ＜ＤＶ_i-1,j,kである。そして、どの可能性が当
てはまるかに応じて、プロセッサは次のようにして勾配
Ｇ_x を算出する。即ち、可能性（１）については、Ｇ_x
＝ＤＶ_i,j,k −ＤＶ_i-1,j,k 、可能性（２）について
は、Ｇ_x ＝ＤＶ_i+1,j,k −ＤＶ_i,j,k 、可能性（３）に
ついては、Ｇ_x ＝０、及び可能性（４）については、Ｇ
_x ＝［（ＤＶ_i+1,j,k −ＤＶ_i,j,k ）² ＋（ＤＶ_i,j,k
−ＤＶ_i-1,j,k ）² ］^1/2 とする。以上の工程をＹ方向
及びＺ方向についても繰り返す。Ｙ方向については、プ
ロセッサは、中央ピクセル値ＤＶ_i,j,k と、２つのピク
セル値ＤＶ_i,j+1,k 及びＤＶ _i,j-1,k との相対的な大き
さを決定し、次いで、勾配Ｇ_y を算出する。Ｚ方向につ
いては、プロセッサは、中央ピクセル値ＤＶ_i,j,k と、
２つのピクセル値ＤＶ _i,j,k+1 及びＤＶ_i,j,k-1 との相
対的な大きさを決定し、次いで、勾配Ｇ_z を算出する。
ここでも、プロセッサは、量Ｇ′を算出する。量Ｇ′が
ピクセルＤＶ_i, _j,k から減算された収縮の場合とは異な
り、膨張の場合には、量Ｇ′はピクセル値ＤＶ_i,j,k に
加算されて、新たなピクセル値ＤＶ_i,j,k ′を形成す
る。３回収縮データ・ボリュームのすべての値（第２の
バッファ・メモリから検索される）が以上の方式で膨張
され終わったときに、得られた値は１回膨張データ・ボ
リュームを形成しており、このデータ・ボリュームは、
第１のバッファ・メモリに記憶される。次いで、１回膨
張データ・ボリュームを以上の方式で膨張して、２回膨
張データ・ボリュームを形成し、このデータ・ボリュー
ムを第２のバッファ・メモリに記憶させることができ
る。そして、２回膨張データ・ボリュームを膨張して、
３回膨張（即ち、モルフォロジ・フィルタ処理された）
データ・ボリュームを形成する（例えば、第１のバッフ
ァ・メモリに記憶させる。）。このモルフォロジ・フィ
ルタ処理済みのデータでは、スペックルが減少してい
る。

【００２３】モルフォロジ・フィルタ処理に続いて、Ｃ
ＰＵ４２（図２）は、１９９３年７月６日に付与され本
出願人に譲渡された米国特許第５，２２６，１１３号に
開示されているレイ・キャスティング（ray-casting ）
アルゴリズムを用いて、モルフォロジ・フィルタ処理済
みデータ・ボリュームに対して一連の変換を実行する。
相次ぐ変換は、例えば＋９０°〜−９０°の角度範囲内
で、例えば１０°の間隔の角度増分で行われる最大、最
小又は平均による強度、速度又はパワーの投影に相当す
る。但し、角度増分は１０°でなくてもよく、本発明は
いかなる特定の角度範囲にも限定されない。

【００２４】好ましい実施例に用いられるレイ・キャス
ティング法によれば、サンプル５０（図４を参照）の立
体的に表現（レンダリング）された投影画像を、任意の
視角、例えば、角度パラメータ（θ，φ）によって表さ
れる球面投影角から表示する。ここで、θは、視線５８
の延長５８′がＸＹ平面に対してなす角度であり、ま
た、φは、延長５８′に関する視線５８の角度である。

【００２５】具体的には、図４に示すように、物体５０
の画像は、ＣＰＵ４２（図２）によってデータ・ボクセ
ルＤＶ_i,j,k の格子点から画像平面５６に向かって投影
される（図３の工程３４）。便宜的に、格子点は、例え
ば、データ・ボリュームの原点に最も近いデータ・ボク
セルの頂点としてよい。投射線６２は、物体ボリューム
５２を眺める球面角度パラメータ（θ，φ）から変換さ
れた球面角度パラメータ（α，β）を持つ投影角度でデ
ータ・ボリューム５４を出発する。これら２つの角度
は、非立方体である物体ボリューム５２に対して立方体
であるデータ・ボリューム５４を用いることによる幾何
学的な歪みのため、同一ではない。しかしながら、投影
射線６２は、データ・ボリュームのｘ軸に関して角度α
をなすと共

【外１】 α及びβは、回転処理（後述する）によって、所望の視
角（θ，φ）で物体ボリューム５２を眺めることに対応
するように決定される（球面座標での操作を仮定してい
る。）。射線６２の各々は、データ・ボリュームのボク
セルの格子点から画像平面に向かって投射される。

【００２６】すべての射線６２が画像平面の何らかの部
分に入射するが、考察されている画像平面ピクセル６０
ａの範囲内に到達した射線のみが、この画像平面ピクセ
ルのデータに寄与することを許される。このように、物
体ボリューム５２のうちの眺めている部分と、この選択
された物体ボリュームを眺める視角（θ，φ）とを選択
すると、データ・ボリュームの対応する部分の各々のボ
クセルのデータ値が、画像平面５６に向かって角度
（α，β）で投射される（物体ボリュームに関して歪ん
だデータ・ボリュームを眺めることに対応する。）。第
１のボクセル（例えば、ボクセルＤＶ_i,1,k ）のデータ
値はこのようにして、選択されたθ及びφの値に従っ
て、射線６２ａに沿って逆投影される。この射線６２ａ
は、ピクセル６０ａ内の位置６４ａにおいて画像平面５
６に入射し、このピクセルに入射するのはこれが最初の
射線であるので、入射データの強度、速度又はパワーの
値が所望のピクセル６０ａに帰属される（記憶され
る）。データ・ボリュームの次のボクセル（例えば、ボ
クセルＤＶ_i,2,k ）は、ボクセルの格子点から画像平面
５６上の位置６４ｂへ同じ角度（α，β）構成で投影さ
れるその関連した射線６２ｂを有する。入射位置６４ｂ
が、所望のピクセル６０ａの範囲内にあるとすると、こ
の第２の投影後の値は（最大ピクセル投影の場合に
は）、現在記憶されている第１の値と比較されて、より
大きい方の値がピクセル６０ａについて記憶装置に配置
される。平均値投影の場合には、カレントの投影後のデ
ータ・ボクセルの値が、この投影射線が入射した画像平
面のピクセルに既に記憶されている和に加算され、その
和が最終的に、このピクセルについてのこれらのような
入射線のカウント数で除算される。選択されたデータ・
ボリュームの各々のボクセルが画像平面５６に向かって
順に入って投影されるにつれて、データ・ボリュームの
ボクセル（例えば、ボクセルＤＶ_i,3,k ）は遂には、そ
の関連する射線６２ｐに沿って投影されると所望のピク
セル６０ａの範囲内に入射しなくなるので、そのデータ
値（例えば、強度）は、ピクセル６０ａについて現在記
憶されているデータ値とは比較されない。この時点で、
ピクセル６０ａについての最大データ値が、特定の３次
元視角（θ，φ）におけるデータのこの投影について設
定される。しかしながら、射線６２ｐは実際には、入射
点６４ｐを有しており、入射点６４ｐは他の画像平面ピ
クセル（例えば、ピクセル６０ｂ）の範囲内に位置して
いるので、この位置に記憶されているデータ値と比較さ
れ、比較の後に、より大きい方の値がこのピクセルにつ
いて記憶装置に返される。新たな投影を取得するときに
は、すべてのデータ値はゼロにリセットされる。このよ
うに、画像平面ピクセルの各々が画像投影手順の開始時
にリセットされ、データ・ボリュームのボクセルのすべ
てが（空間の全体で、又は選択された物体ボリューム５
２の部分によって設定される選択された部分で）個別に
且つ順に走査される。各々のデータ・ボクセルＤＶのデ
ータ値が、関連する射線６２を通して投影され、画像平
面５６の１つのピクセル６０ａにおいて画像平面５６に
入射し、ここで、各々のピクセルの最大値を射線投射さ
れたデータ・ボリュームのボクセルの現在の値に対して
比較してそのうちの大きい方を決定し、次いで、この大
きい方の値が最大値画像の一部として記憶される。実際
には、最大ピクセル投影の場合には、新たに投射された
射線が入射した画像平面のピクセルについて既に記憶さ
れているデータ値よりも、新たに投射されたデータ・ボ
クセル値の方が大きい場合にのみ、記憶されている最大
値が変更される。

【００２７】上述の手法のもう１つの面によれば、デー
タ投影は拡縮されて（図３の工程３６）、物体ボリュー
ムと画像平面との間のあらゆる異方性が、逆投影が完了
した後の単一の組の計算のみによって除去される。図５
に示すように、物体ボリューム５２は実在のボリューム
である一方、データ・ボリューム５４は抽象概念である
ので、第１段階では、物体ボリューム５２及びデータ・
ボリューム５４の両方に関して、任意の視線方向６６が
配置される角度ψと異なる角度γにおいて、立方体のデ
ータ・ボリューム格子５４の提示によるデータ投影の歪
みの量を決定することが必要である。各々のボクセルの
見かけ上の寸法は、実効仰角ψ及びγが変化するにつれ
て変化してゆく。縦横（アスペクト）比Ａ（物体ボリュ
ーム５２内での実際のスライス厚Ｔの同じ物体ボリュー
ム５２内での実際のピクセル・サイズＳに対する比とし
て定義される）が１単位でなければ（即ち、物体ボクセ
ルが、データ・ボリューム５４の場合に見られるように
立方体ボクセルではないので、１単位よりも大きく又は
小さくなるならば）、仰角ψ及びγは異なるものとな
り、データ・ボリュームにおける実効仰角ψは、物体ボ
リュームにおける実際の仰角γと異なることになる。デ
ータの回転は、次の式によって得られる物体の仰角に従
って行われる。

【００２８】 ψ＝ｔａｎ^-1［（１／Ａ）ｔａｎ（γ）］この後に、仰角拡縮ファクタをすべての投影後のデータ
の高さに乗算することにより、投影後のデータを物体ボ
リュームにおいて正しい高さ（回転が水平軸の周りで行
われる場合）を有するように拡縮することができる。古
い投影後の画像の高さＨは、実効拡縮ファクタＥ_s によ
って補正することができ、ここで、Ｅ_s ＝［（Ａｃｏｓγ）² ＋ｓｉｎ² γ］^1/2 であり、新たな高さは、Ｈ′＝Ｈ・Ｅ_s である。回転が
垂直軸の周りで行われる場合には、幅についても同じこ
とが当てはまる。

【００２９】上述の関係を利用すると、歪みは１つの軸
のみに沿ったものであるので、データ・ボリュームの角
度（α，β）の回転がそれぞれ角度（θ，φ）となり、
すると、角度θが角度αと等しくなる。３×３の回転行
列［Ｍ］の各要素を決定することができ、２つの関連す
る回転角が与えられると、これらの関係を用いて、デー
タ・ボリュームから画像平面への変換が決定される。

【００３０】Ｘ′＝Ｍ１Ｘ＋Ｍ２Ｙ＋Ｍ３Ｚ＋ＸＯＹ′＝Ｍ４Ｘ＋Ｍ５Ｙ＋Ｍ６Ｚ＋ＹＯここで、Ｍ１〜Ｍ６は、回転行列の最初の２行であり
（即ち、Ｍ１＝−ｓｉｎθ、Ｍ２＝ｃｏｓθｓｉｎψ、
Ｍ３＝０、Ｍ４＝−ｃｏｓθｓｉｎψ２、Ｍ５＝−ｓｉ
ｎθｓｉｎψ、及びＭ６＝ｃｏｓψ）、Ｘ′及びＹ′
は、投影された点の画像平面上での位置であり、ＸＯ及
びＹＯは、画像平面の選択された部分が開始する位置で
ある画像平面のＸ及びＹのオフセット（それぞれＸ及び
Ｙの最低値の点を基準とする）である。データが画像平
面５６へ投影された後に、異方性の物体ボクセルの影響
を補正するように画像を拡縮する。ファクタＭ１〜Ｍ６
は、投影の開始時（所与のθ及びφ）に予め算出してお
いて（図３の工程３２）、すべての回転計算に用い得る
ことが理解されよう。

【００３１】図６は、マスタ・コントローラ２２（図
２）又は独立した専用プロセッサに組み込まれる上述の
レイ・キャスティング法を実行する手段を示している。
このような手段は、シネ・メモリ２４（図２）からのデ
ータ入力７０ａにおいて受け取られるスライス・データ
を記憶する３次元データ・メモリ７０を含んでいる。各
々の物体ボクセルに関連するデータは、ＣＰＵ７４から
のボクセル・アドレス入力７０ｂにおいて受け取られる
ボクセル・アドレス入力情報に応答して、このボクセル
のアドレスに記憶される。一旦、データ・メモリ手段が
充填されたら（図４に示すように、物体ボリューム５２
からデータ・ボリューム５４へのすべての所要データの
転送に対応する）、関心のある物体ボリュームの部分が
選択され、その開始頂点と、Ｘ、Ｙ及びＺ方向での範囲
とを設定するデータが、ＣＰＵ７４からアドレス発生器
７２の入力７２ａへ送られる。アドレスは、アドレス出
力７２ｂにおいて、選択された物体ボリューム内の各々
のボクセルのＸ，Ｙ，Ｚアドレスを順に与える。出力７
２ｂは、データ・メモリ７０の出力データ・アドレス入
力７０ｃに結合されているので、この時点でアドレス指
定されたこの１つのボクセルについて記憶されているデ
ータが、データ・メモリ出力７０ｄから供給される。ボ
クセルのＸ，Ｙ，Ｚのアドレスの系列はまた、回転パラ
メータ計算器７６の第１の入力７６ａにも供給され、回
転パラメータ計算器７６は、ＣＰＵ７４を介して角度
（α，β）情報を算出された行列要素Ｍ１〜Ｍ６の値と
して受け取って、出力７６ｃにおいて、選択された視角
（θ，φ）で眺めたときの物体のこのＸ，Ｙ，Ｚピクセ
ルに対応する画像平面ピクセルのアドレスＸ′，Ｙ′を
供給する。視角（θ，φ）情報は、システムに入って、
ＣＰＵ７４によって処理される。この結果は、視角行列
手段７８の入力７８ｂ及び７８ｃに入れられて、その出
力７８ａにおいて行列要素Ｍ１〜Ｍ６を供給し、ここか
ら回転パラメータ計算器７６へ供給する。画像平面のピ
クセル・アドレスＸ′，Ｙ′は、画像平面メモリ８０と
して動作するフレーム・バッファのアドレス入力８０ａ
に現われる。同時に、データ・ボリュームから投影平面
への投影後の強度データが、３次元データ・メモリの出
力７０ｄから、画像平面メモリの新規データ入力８０ｂ
に現われる。これらのデータはまた、データ比較器８２
の新規データ入力８２ａにも現われる。入力８０ａのこ
のアドレスについて画像平面メモリ８０に過去に保存さ
れている強度データは、旧データ出力８０ｃに現われ、
そこから比較器手段８２の旧データ入力８２ｂに現われ
る。入力８２ｂ及び８２ａにおける旧データ及び新規デ
ータはそれぞれ、比較器８２で比較され、入力８２ａの
新規データが入力８２ｂの旧データよりも大きさが大き
ければ、比較器８２の出力８２ｃが、ある選択された論
理条件（例えば、高論理レベル）にイネーブルされる。
出力８２ｃは、画像平面メモリの置換制御データ入力８
０ｄに結合されており、置換データ制御入力８０ｄが選
択された論理レベルにある場合には、入力８０ａによっ
て制御されるアドレスに記憶されているデータが変更さ
れて、入力８０ｂの新たなデータを受け入れるようにす
る。このように、記憶されているデータは、（ＣＰＵ７
４からの）データ／制御ポート８０ｅを介した信号等に
よって最初にリセットされ、新たなデータが過去に記憶
されている古いデータの値を上回ったことを指示する比
較に応答して、各々の画像平面ピクセル位置Ｘ′，Ｙ′
毎に最大値のデータが記憶される。すべての選択された
アドレスがアドレス発生器７２によって順に走査された
後に、画像平面メモリ８０に記憶されているデータをＣ
ＰＵ７４において拡縮して、拡縮後の画像平面データ
を、表示、永久保存又は類似の目的のためにメモリ８０
から引き出すことができる。

【００３２】本発明の更に別の面によれば、拡縮後の画
像平面データは、表示の前に写像されて、所望の輝度及
びコントラストの範囲を実現する（図３の工程３８）。
３次元再構成の基礎となるソース・フレームについて関
心のある領域を読み込みながら、マスタ・コントローラ
２２において所与の強度を有するピクセルの数のヒスト
グラムを随意選択により作成する。代替的には、投影後
の画像を用いてヒストグラムを形成することもできる。
同時に、最大ピクセル強度を決定する。各々のビン（bi
n ）内のピクセルの数を、ピクセルの総数の所与の百分
率に達するまで計数する。このビンの数が、ピクセルの
閾値となる。次いで、意図されている結果に応じてピク
セル閾値よりも大きい又は小さい各々のピクセル値が所
望の輝度及びコントラストの範囲に写像されるように、
マップを作成する。

【００３３】シネ・メモリ２４（図１）に記憶されてい
る各々のスライス又はフレームからの関心のある領域の
ピクセルは、ＣＰＵ４２によってモルフォロジ・フィル
タ処理された後に、メモリ４４（図２を参照）に記憶さ
れる。シネ・メモリに記憶されている関心のある領域の
ピクセルは、ここから読み出して、相次ぐピクセルとし
て又はピクセルの配列として、モルフォロジ・フィルタ
へ供給することができる。

【００３４】以上に述べたモルフォロジ・フィルタ処理
及び投影の手法は、シネ・メモリから検索された関心の
あるデータ・ボリュームについてのＢモード強度デー
タ、カラー・フロー速度データ又はパワー・データに対
して別々に適用することができる。投影後の画像の各々
のピクセルは、モルフォロジ・フィルタ処理及び所与の
画像平面への投影によって導き出された強度データ、速
度データ又はパワー・データを含む。加えて、シネ・メ
モリがオペレータによってフリーズされた後に、図２に
示すように、ＣＰＵ４２は選択により、シネ・メモリ２
４のセクション２４Ｂ内の多数の相次ぐアドレスに、Ｘ
Ｙメモリ２０からの最新のフレームを記憶する。第１の
投影視角についての投影後の画像データは、シネ・メモ
リ・セクション２４Ｂの第１のアドレスに書き込まれる
ので、関心のある領域の投影後の画像データは背景フレ
ームにスーパインポーズされる。この処理は、すべての
投影後の画像がシネ・メモリ・セクション２４Ｂに記憶
されるまで各々の角度増分毎に繰り返される。各々の投
影後の画像フレームは、変換後のデータを含んでいる関
心のある領域と、随意選択により、関心のある領域を包
囲する背景の周縁とで構成されており、背景の周縁は、
関心のある領域の変換後のデータで上書きされていない
背景フレーム・データから成っている。背景画像によっ
て、各々の表示投影がどこから眺めたものであるかがよ
り明瞭になる。次いで、操作者は、表示のために任意の
投影後の画像を選択することができる。加えて、投影後
の画像の系列を表示モニタ上で再生して、物体ボリュー
ムが観察者の目の前で回転しているかのように物体ボリ
ュームを表現することができる。

【００３５】本発明の好ましい実施例によれば、この超
音波イメージング・システムは、複数の異なる投影モー
ドを有する。例えば、投影は、最大値又は最小値ピクセ
ルを含み得る。代替的には、ピクセル・データを反転さ
せた後に最大値を画像平面へ投影するといった血管のイ
メージングに有用なモードを選択してもよい。別のモー
ドによれば、レイ・キャスティング法を用いて表面表現
（サーフェス・レンダリング）を行うこともできる。

【００３６】本発明のいくつかの好ましい特徴について
のみ図示し説明してきたが、当業者には多くの改変及び
変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、発明
の要旨に含まれるようなすべての改変又は変形をカバー
するものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】実時間超音波イメージング・システム内の主要
な機能的サブシステムを示すブロック図である。

【図２】本発明の好ましい実施例に従って、モルフォロ
ジ・フィルタ処理された強度ピクセル・データの相次ぐ
立体投影を含んでいるフレームを再構成する手段を示す
ブロック図である。

【図３】本発明の好ましい実施例に従って、モルフォロ
ジ・フィルタ処理された強度ピクセル・データの相次ぐ
立体投影を含んでいるフレームを再構成するアルゴリズ
ムの工程を示す流れ図である。

【図４】従来技術に従って逆レイ・キャスティング投影
を立体表現することに関連するサンプリングされた関心
のある物体ボリューム、関連するデータ・ボリューム及
び画像投影平面の略図である。

【図５】物体ボリューム及びデータ・ボリュームの類似
した眺めに対応していて、且つ３次元超音波イメージン
グにおける所要の拡縮定数を定義するのに有用な１対の
２次元幾何構成を示す略図である。

【図６】３次元超音波イメージングにおいて最大強度投
影を行う手段のブロック図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ソース・ピクセル値のソース・データ・
ボリュームを記憶するメモリと、（ａ）前記ソース・データ・ボリュームをモルフォロジ
・フィルタ処理して、前記ソース・データ・ボリューム
よりも少ないスペックルを有するモルフォロジ・フィル
タ処理済みデータ・ボリュームを形成し、（ｂ）該モル
フォロジ・フィルタ処理済みデータ・ボリュームを画像
平面へ投影して、投影画像を表わす投影データ集合を形
成するように、プログラムされているデータ・プロセッ
サと、多数のピクセルの形態で前記投影画像を表示する
表示モニタと、を備えているイメージング・システム。
【請求項２】多数のトランスデューサ素子を含んでい
る超音波トランスデューサ・アレイと、前記トランスデューサ素子に結合されていて、一連の送
信ファイアリング時に前記トランスデューサ素子をパル
ス駆動すると共に、各回の送信ファイアリングに続いて
前記トランスデューサ素子からそれぞれの受信信号を取
得するビームフォーマと、前記受信信号からそれぞれの画像信号を形成するように
プログラムされている信号プロセッサと、前記画像信号を前記ピクセル値から成るソース・データ
・ボリュームへ変換すると共に、前記ソース・データ・
ボリュームを前記メモリに記憶するように前記メモリへ
供給するスキャン・コンバータと、を更に含んでいる請
求項１に記載のイメージング・システム。
【請求項３】前記データ・プロセッサは、ｎ回の収縮
工程及びこれに続くｎ回の膨張工程において前記ソース
・データをモルフォロジ・フィルタ処理するようにプロ
グラムされており、ここで、ｎは正の整数である請求項
１に記載のイメージング・システム。
【請求項４】ｎ＝３である請求項３に記載のイメージ
ング・システム。
【請求項５】前記データ・プロセッサにおいてプログ
ラムされている１回目の収縮工程は、（ａ）第１、第２及び第３の方向の各々について、中央
のソース・ピクセル値と、該中央のソース・ピクセル値
に隣接する第１及び第２のソース・ピクセル値とについ
ての相対的な値を決定し、前記それぞれの方向について
前記中央のソース・ピクセル値と前記第１及び第２のソ
ース・ピクセル値のうち一方との間の差の関数である第
１、第２及び第３の収縮勾配をそれぞれ算出する工程
と、（ｂ）前記第１、第２及び第３の収縮勾配の関数として
収縮量を算出する工程と、（ｃ）前記中央のソース・ピクセル値から前記収縮量を
減算して、収縮後のピクセル値を形成する工程と、を含
んでいる請求項３に記載のイメージング・システム。
【請求項６】前記データ・プロセッサにおいてプログ
ラムされている１回目の膨張工程は、（ａ）第１、第２及び第３の方向の各々について、中央
の収縮後のピクセル値と、該中央の収縮後のピクセル値
に隣接する第１及び第２の収縮後のピクセル値とについ
ての相対的な値を決定し、前記それぞれの方向について
前記中央の収縮後のピクセル値と前記第１及び第２の収
縮後のピクセル値のうち一方との間の差の関数である第
１、第２及び第３の膨張勾配をそれぞれ算出する工程
と、（ｂ）前記第１、第２及び第３の膨張勾配の関数として
膨張量を算出する工程と、（ｃ）前記中央の収縮後のピクセル値に前記膨張量を加
算する工程と、を含んでいる請求項５に記載のイメージ
ング・システム。
【請求項７】前記１回目の収縮工程についての前記第
１の収縮勾配は、（ａ）前記中央のソース・ピクセル値が前記第１のソー
ス・ピクセル値よりも大きく、且つ前記第２のソース・
ピクセル値が前記中央のソース・ピクセル値よりも大き
いならば、前記中央のソース・ピクセル値と前記第１の
ソース・ピクセル値との間の第１の差、（ｂ）前記中央のソース・ピクセル値が前記第２のソー
ス・ピクセル値よりも大きく、且つ前記第１のソース・
ピクセル値が前記中央のソース・ピクセル値よりも大き
いならば、前記中央のソース・ピクセル値と前記第２の
ソース・ピクセル値との間の第２の差、（ｃ）前記中央のソース・ピクセル値が前記第１及び第
２のソース・ピクセル値よりも大きいならば、前記第１
の差及び前記第２の差の平方和の平方根、及び（ｄ）前記中央のソース・ピクセル値が前記第１及び第
２のソース・ピクセル値よりも小さいならば、ゼロのう
ち１つの値を含んでいる請求項６に記載のイメージング
・システム。
【請求項８】前記収縮量は、前記第１、第２及び第３
の収縮勾配の平方和の平方根の関数である請求項５に記
載のイメージング・システム。
【請求項９】前記１回目の膨張工程についての前記第
１の膨張勾配は、（ａ）前記中央の収縮後のピクセル値が前記第２の収縮
後のピクセル値よりも大きく、且つ前記第１の収縮後の
ピクセル値が前記中央の収縮後のピクセル値よりも大き
いならば、前記中央の収縮後のピクセル値と前記第１の
収縮後のピクセル値との間の第１の差、（ｂ）前記中央の収縮後のピクセル値が前記第１の収縮
後のピクセル値よりも大きく、且つ前記第２の収縮後の
ピクセル値が前記中央の収縮後のピクセル値よりも大き
いならば、前記中央の収縮後のピクセル値と前記第２の
収縮後のピクセル値との間の第２の差、（ｃ）前記中央の収縮後のソース・ピクセル値が前記第
１及び第２の収縮後のピクセル値よりも小さいならば、
前記第１の差及び前記第２の差の平方和の平方根、及び（ｄ）前記中央の収縮後のピクセル値が前記第１及び第
２の収縮後のピクセル値よりも大きいならば、ゼロのう
ち１つの値を含んでいる請求項７に記載のイメージング
・システム。
【請求項１０】前記膨張量は、前記第１、第２及び第
３の膨張勾配の平方和の平方根の関数である請求項６に
記載のイメージング・システム。
【請求項１１】物体ボリューム内の超音波散乱性媒体
の３次元イメージングのためのシステムであって、前記物体ボリュームに交差する走査平面内で該走査平面
内の多数のサンプル・ボリュームにおいて、超音波ビー
ムを送信すると共に、反射した超音波エコーを検出する
超音波トランスデューサ・アレイと、前記散乱性媒体により反射された超音波エコーから少な
くとも部分的に導かれ、その各々が前記走査平面内の前
記多数のサンプル・ボリュームのそれぞれに対応するピ
クセル・データを取得する手段と、多数の相次ぐ走査平面の各々について、ソース・データ
・ボリュームを形成するソース・ピクセル値から成るそ
れぞれのフレームを記憶するメモリと、（１）前記ソース・データ・ボリュームをフィルタ処理
して、前記ソース・データ・ボリュームよりも少ないス
ペックルを有するモルフォロジ・フィルタ処理されたデ
ータ・ボリュームを形成するモルフォロジ・フィルタ、
及び（２）前記のモルフォロジ・フィルタ処理済みデー
タ・ボリュームを画像平面へ投影して、投影画像を表わ
す投影データ集合を形成するランダム・アクセス・メモ
リを含んでいる中央処理装置と、多数のピクセルの形態で前記投影画像を表示する表示モ
ニタと、該表示モニタに結合されていて、該表示装置に前記投影
画像を表示するためのビデオ・プロセッサと、を備えて
いる前記システム。
【請求項１２】前記モルフォロジ・フィルタは、（ａ）中央のソース・ピクセル値と、所定の方向におい
て前記中央のソース・ピクセル値に隣接する第１及び第
２のソース・ピクセル値とについての相対的な値を決定
すると共に、前記方向について前記中央のソース・ピク
セル値と前記第１及び第２のソース・ピクセル値のうち
一方との間の差の関数である収縮勾配を算出する手段
と、（ｂ）前記収縮勾配の関数として収縮量を算出する手段
と、（ｃ）前記中央のソース・ピクセル値から前記収縮量を
減算して、収縮後のピクセル値を形成する手段と、を含
んでいる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】前記モルフォロジ・フィルタは、（ａ）中央の収縮後のピクセル値と、前記方向において
前記中央の収縮後のピクセル値に隣接する第１及び第２
の収縮後のピクセル値とについての相対的な値を決定す
ると共に、前記方向について前記中央の収縮後のピクセ
ル値と前記第１及び第２の収縮後のピクセル値のうち一
方との間の差の関数である膨張勾配を算出する手段と、（ｂ）前記膨張勾配の関数として膨張量を算出する手段
と、（ｃ）前記中央の収縮後のピクセル値に前記膨張量を加
算して、モルフォロジ・フィルタ処理されたピクセル値
を形成する手段と、を更に含んでいる請求項１２に記載
のシステム。
【請求項１４】ソース・ピクセル値のソース・データ
・ボリュームを記憶するメモリと、（１）前記ソース・データ・ボリュームをフィルタ処理
して、前記ソース・データ・ボリュームよりも少ないス
ペックルを有するモルフォロジ・フィルタ処理されたデ
ータ・ボリュームを形成するモルフォロジ・フィルタ、
及び（２）前記モルフォロジ・フィルタ処理されたデー
タ・ボリュームを画像平面へ投影して、投影画像を表わ
す投影データ集合を形成するランダム・アクセス・メモ
リを含んでいる中央処理装置と、多数のピクセルの形態で前記投影画像を表示する表示モ
ニタと、該表示モニタに結合されており、該表示装置に前記投影
画像を表示するためのビデオ・プロセッサと、を備えて
いるイメージング・システム。
【請求項１５】前記モルフォロジ・フィルタは、（ａ）中央のソース・ピクセル値と、所定の方向におい
て前記中央のソース・ピクセル値に隣接する第１及び第
２のソース・ピクセル値とについての相対的な値を決定
すると共に、前記方向について前記中央のソース・ピク
セル値と前記第１及び第２のソース・ピクセル値のうち
一方との間の差の関数である収縮勾配を算出する手段
と、（ｂ）前記収縮勾配の関数として収縮量を算出する手段
と、（ｃ）前記中央のソース・ピクセル値から前記収縮量を
減算して、収縮後のピクセル値を形成する手段と、を含
んでいる請求項１４に記載のイメージング・システム。
【請求項１６】前記モルフォロジ・フィルタは、（ａ）中央の収縮後のピクセル値と、前記方向において
前記中央の収縮後のピクセル値に隣接する第１及び第２
の収縮後のピクセル値とについての相対的な値を決定す
ると共に、前記方向について前記中央の収縮後のピクセ
ル値と前記第１及び第２の収縮後のピクセル値のうち一
方との間の差の関数である膨張勾配を算出する手段と、（ｂ）前記膨張勾配の関数として膨張量を算出する手段
と、（ｃ）前記中央の収縮後のピクセル値に前記膨張量を加
算して、モルフォロジ・フィルタ処理されたピクセル値
を形成する手段と、を更に含んでいる請求項１５に記載
のイメージング・システム。
【請求項１７】多数のトランスデューサ素子を含んで
いる超音波トランスデューサ・アレイと、前記トランスデューサ素子に結合されていて、一連の送
信ファイアリング時に前記トランスデューサ素子をパル
ス駆動すると共に、各回の送信ファイアリングに続いて
前記トランスデューサ素子からそれぞれの受信信号を取
得するビームフォーマと、前記受信信号からそれぞれの画像信号を形成するように
プログラムされている信号プロセッサと、前記画像信号を前記ピクセル値から成るソース・データ
・ボリュームへ変換すると共に、前記ソース・データ・
ボリュームを前記メモリに記憶するように前記メモリへ
供給するスキャン・コンバータと、を更に含んでいる請
求項１４に記載のイメージング・システム。
【請求項１８】物体ボリューム内の超音波散乱性媒体
の３次元イメージングのための方法であって、前記物体ボリュームに交差する走査平面内で該走査平面
内の多数のサンプル・ボリュームへ超音波ビームを送信
する工程と、前記走査平面内の前記多数のサンプル・ボリュームから
反射した超音波エコーを検出する工程と、前記物体ボリュームの全体にわたって前記走査平面を走
査させる工程と、前記散乱性媒体により反射された超音波エコーから少な
くとも部分的に導かれ、その各々が前記多数のサンプル
・ボリュームのそれぞれに対応するピクセル・データを
取得する工程と、前記多数のサンプル・ボリュームの各々について、取得
されたピクセル・データを記憶してソース・データ・ボ
リュームを形成する工程と、該ソース・データ・ボリュームをモルフォロジ・フィル
タ処理して、前記ソース・データ・ボリュームよりも少
ないスペックルを有するモルフォロジ・フィルタ処理済
みデータ・ボリュームを形成する工程と、該モルフォロジ・フィルタ処理済みデータ・ボリューム
を画像平面へ投影して、投影画像を表わす投影データ集
合を形成する工程と、前記投影画像を表示する工程と、を有している前記方
法。
【請求項１９】物体ボリューム内の物質の３次元イメ
ージングのための方法であって、前記物体ボリューム内の前記物質を表わすソース・ピク
セル値から成るソース・データ・ボリュームを取得する
工程と、該ソース・データ・ボリュームをモルフォロジ・フィル
タ処理して、前記ソース・データ・ボリュームよりも少
ないスペックルを有するモルフォロジ・フィルタ処理済
みデータ・ボリュームを形成する工程と、該モルフォロジ・フィルタ処理済みデータ・ボリューム
を画像平面へ投影して、投影画像を表わす投影データ集
合を形成する工程と、前記投影画像を表示する工程と、を有している方法。
【請求項２０】モルフォロジ・フィルタ処理する前記
工程は、ｎ回の収縮工程、及びこれに続くｎ回の膨張工
程を実行する工程を含んでおり、ここで、ｎは正の整数
である請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】ｎ＝３である請求項２０に記載の方
法。
【請求項２２】前記収縮工程のうち１回目の収縮工程
は、（ａ）第１、第２及び第３の方向の各々について、中央
のソース・ピクセル値と、該中央のソース・ピクセル値
に隣接する第１及び第２のソース・ピクセル値とについ
ての相対的な値を決定し、前記それぞれの方向について
前記中央のソース・ピクセル値と前記第１及び第２のソ
ース・ピクセル値のうち一方との間の差の関数である第
１、第２及び第３の収縮勾配をそれぞれ算出する工程
と、（ｂ）前記第１、第２及び第３の収縮勾配の関数として
収縮量を算出する工程と、（ｃ）前記中央のソース・ピクセル値から前記収縮量を
減算して、収縮後のピクセル値を形成する工程と、を含
んでいる請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】前記膨張工程のうち１回目の膨張工程
は、（ａ）第１、第２及び第３の方向の各々について、中央
の収縮後のピクセル値と、該中央の収縮後のピクセル値
に隣接する第１及び第２の収縮後のピクセル値とについ
ての相対的な値を決定し、前記それぞれの方向について
前記中央の収縮後のピクセル値と前記第１及び第２の収
縮後のピクセル値のうち一方との間の差の関数である第
１、第２及び第３の膨張勾配をそれぞれ算出する工程
と、（ｂ）前記第１、第２及び第３の膨張勾配の関数として
膨張量を算出する工程と、（ｃ）前記中央の収縮後のピクセル値に前記膨張量を加
算する工程と、を含んでいる請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】前記１回目の収縮工程についての前記
第１の収縮勾配は、（ａ）前記中央のソース・ピクセル値が前記第１のソー
ス・ピクセル値よりも大きく、且つ前記第２のソース・
ピクセル値が前記中央のソース・ピクセル値よりも大き
いならば、前記中央のソース・ピクセル値と前記第１の
ソース・ピクセル値との間の第１の差、（ｂ）前記中央のソース・ピクセル値が前記第２のソー
ス・ピクセル値よりも大きく、且つ前記第１のソース・
ピクセル値が前記中央のソース・ピクセル値よりも大き
いならば、前記中央のソース・ピクセル値と前記第２の
ソース・ピクセル値との間の第２の差、（ｃ）前記中央のソース・ピクセル値が前記第１及び第
２のソース・ピクセル値よりも大きいならば、前記第１
の差及び前記第２の差の平方和の平方根、及び（ｄ）前記中央のソース・ピクセル値が前記第１及び第
２のソース・ピクセル値よりも小さいならば、ゼロのう
ち１つの値を含んでいる請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】前記収縮量は、前記第１、第２及び第
３の収縮勾配の平方和の平方根の関数である請求項２２
に記載の方法。
【請求項２６】前記１回目の膨張工程についての前記
第１の膨張勾配は、（ａ）前記中央の収縮後のピクセル値が前記第２の収縮
後のピクセル値よりも大きく、且つ前記第１の収縮後の
ピクセル値が前記中央の収縮後のピクセル値よりも大き
いならば、前記中央の収縮後のピクセル値と前記第１の
収縮後のピクセル値との間の第１の差、（ｂ）前記中央の収縮後のピクセル値が前記第１の収縮
後のピクセル値よりも大きく、且つ前記第２の収縮後の
ピクセル値が前記中央の収縮後のピクセル値よりも大き
いならば、前記中央の収縮後のピクセル値と前記第２の
収縮後のピクセル値との間の第２の差、（ｃ）前記中央の収縮後のピクセル値が前記第１及び第
２の収縮後のピクセル値よりも小さいならば、前記第１
の差及び前記第２の差の平方和の平方根、及び（ｄ）前記中央の収縮後のピクセル値が前記第１及び第
２の収縮後のピクセル値よりも大きいならば、ゼロのう
ち１つの値を含んでいる請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】前記膨張量は、前記第１、第２及び第
３の膨張勾配の平方和の平方根の関数である請求項２３
に記載の方法。