JP2001504603A - 二次元超音波から三次元画像を構成し表示する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 人体組織の容積を表す三次元画像データを、運動している標準的な１Ｄまたは１．５Ｄ超音波トランスデューサからの連続した二次元データスライス（３０１、３０２、３０３、３０４）を処理するためのスペックル相関解除技法を使用して作成する。これにより、付加的なスライス位置ハードウェアを使用することなく、標準的な超音波機械を使用して、装置またはその動作を改変する必要なしに３Ｄ画像を作成することが可能となる。同様な技法を画像形成システムにより特殊なデータ処理に使用することができ、また画像取得プロセスを促進するために使用することができる。任意選択で、本方法を使用することによって導かれた複数の３Ｄデータセットを使用して、２Ｄ画像の画像品質を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 二次元超音波から三次元画像を構成し表示する 方法および装置 以下で説明する発明は一部が政府の支援を受けてなされたものである。アメリ カ合衆国政府は本発明にいくつかの権利を有している。 当分野の技術者にとって周知のとおり、標準的なリアルタイム二次元（２Ｄ） 超音波走査は通常、次のものを伴っている。第１図を参照すると、操作員はある 容積の物体１０２、たとえば人体組織に関してある位置でトランスデューサ１０ ０を保持している。トランスデューサ１００はスキャンヘッドと呼ばれることが ある。円形またはその他の形状のスキャンヘッドも知られているが、一般に本質 的に線形で一次元（１Ｄ）の形状をしており、「走査平面」１０３内で物体１０ ２に対して超音波エネルギーのビームを放出する。超音波エネルギーは物体１０ ２から反射され、スキャンヘッドによって検出され、スキャンヘッドは検出した エネルギーを表すデータ信号を発生する。従来の超音波装置１０５はスキャンヘ ッド１００から得られたデータを受け取って処理し、走査された組織の容積１０ ２の２Ｄ画 像を、たとえばビデオ表示端末１０７、フィルムカメラ、あるいはその他のハー ドコピー装置（図示せず）に表示する。スキャンヘッド１００を運動させると、 提示される組織容積１０２の異なる２Ｄ図が得られる。 三次元（３Ｄ）データを異なる角度または位置で取った一連の２Ｄ図から導く ことができる。これらの図は実際の三次元組織容積１０２の「スライス」と呼ば れることがある。これらの図を生成するのに使用されたデータセットをここでは 「データスライス」と呼ぶ。経験を積んだ放射線医学者および同じような訓練を 受けた人間はこれらのデータスライスから導かれた一連の２Ｄ画像を知力で相関 させて、有用な３Ｄ情報を得ることがしばしばできる。たとえば、妊婦の腹部の ２Ｄ図の走査を観察している放射線医学者は、スキャンヘッド１００を繰り返し 移動させ、提示される２Ｄ図を知力で相関させることによって、胎児の口蓋裂の 診断を行うことができる。 （ａ）スキャンヘッド１００を組織容積１０２の周りで移動させたときに、ス キャンヘッドの連続した位置を符号化する機械的手段またはその他の手段を使用 し、かつ（ｂ）この付加的な符号化されたデータを処理して、取得された２Ｄ画 像の相対 位置を表示することによって、自動化された３Ｄ画像再構成がこれまで行われて きた。これはリアルタイムに行うのが難しいものであることがしばしばある。雑 音の混信や空間解像度の限界などのいくつかの技術的問題はこのようなシステム の用途を制限してきた。関連する手法はスキャンヘッド１００を所定の軌道上で 移動させることであるが、人体の走査時にしばしば発生する物体１０２の動きに よって悪影響を受ける。 ３Ｄ画像形成に特化した２Ｄハードウェアを作成する作業がすでにいくつかの 超音波スキャナの製造業者などによって行われている。このような２Ｄハードウ ェアは製造費用がかさみ、使用するのがわずらわしいものであり、スキャンヘッ ドの現行コストおよびサイズ、使用される流体路によって生じる画像アーティフ ァクトなどの問題がある。現行の１Ｄアレイを完全な２Ｄアレイと置き換えて、 真の３Ｄ画像を作成することは、トランスデューサに必要な要素の数、これらの 要素と、付加的な要素に電力を送るのに必要な電路とに対する接続によりまだ実 際的なものではない。超音波産業界は現在、１Ｄスキャンヘッドの現行のコスト 面での利点を除去することのない３Ｄ画像形成技術に関心を寄せている。 移動組織のスペックルトラッキング 以下で説明し、特許を請求する本発明は、超音波画像を作成し、このような画 像の三次元データセットにおける相対位置を示すために使用される画像分析もし くはＲＦ（無線周波数）の分析の新規な使い方をするものである。たとえば、実 施態様の一つにおいては、他の分野で周知のスペックル相関技法を使用する。コ ヒーレントエネルギー源（たとえば、レーザや超音波ビーム）が散乱体の集合物 と相互作用をした場合、反射信号の振幅は散乱体の相対位置に関して変動する。 視覚的に表示すると、この振幅の変動はスペックルパターンとして見える。 超音波スペックル相関技法は血液の運動を判定するために使用されてきた。一 例を考えてみる。物体１０２が血管であり、血球がこれを通って移動しているも のとする。血球はスキャンヘッド１００が発生した超音波エネルギーの散乱体で あり、反射信号の振幅が血球の相対位置に関して変動することを意味する。 しかしながら、血球は体内を常に循環している。したがって、特定の血球は常 にスキャンヘッド１００から出て行き（また、超音波エネルギービームから出て 行き）、他のものと置き換え られる。 その結果、血球の運動のため、反射信号のスペックルパターンは常に変化して いる。これを元のスペックルパターンに関する信号の「相関解除」（decorrelat ion）と呼ぶ。標準的な技法を使用して相関解除の量を監視することによって、 スキャンヘッドの下を血液が移動する速度を監視することができる。 以下で説明し、特許を請求する本発明は、胸部の３Ｄ画像を作成し、胸部ガン 診断の質を改善しようという作業の過程で開発された。スキャンヘッド位置の従 来の機械的位置合せを使用して胸部の３Ｄ超音波画像を得るのは困難なことが判 明した。この問題は小さく密度の高い胸部では特に顕著となるものであり、これ はＸ線マモグラフィ診断でも問題となる。 血液灌流の監視に使用される相関解除技法の新規な適応においては、標準的な 移動１Ｄまたは１．５Ｄ超音波トランスデューサからの連続した２Ｄデータスラ イスを使用して、人体組織などの物体の容積を表す３Ｄ画像データセットが作成 される。（「１．５Ｄ」という用語は第二次元において限定された数の独立した 要素を使用することをさす。）これにより、付加的なスライス位置決めハードウ ェアを使用することなく、標準的な 超音波装置を使用して、装置またはその動作を改変する必要なしに３Ｄ画像を作 成することが可能となる。同様な技法を画像形成システム内の特殊なデータ処理 に使用することができ、また画像取得プロセスを促進するために使用することが できる。 任意選択で、本方法を使用することによって導かれた複数の３Ｄデータセット を使用して、２Ｄ画像の画像品質を高めることができる。 第１図は物体を走査するのに使用される超音波スキャナの単純化した斜視図で ある。 第２図は本発明による方法で行われる動作を示す流れ図である。 第３図はスキャンヘッドの傾斜および回転を監視する方法を示す図である。 第４図はスキャンヘッド位置トラッキングの手法を示す図である。 第５図はスライス位置決め手法を示す図である。 第６図は本発明の実施態様の一つで使用されるソフトウェアモジュールのブロ ック図である。 後処理の実施態様 本発明による例示的な実施態様を、第２図において流れ図の形で示す。ブロッ ク２００において、スキャンヘッド１００を使用した物体１０２の超音波走査に よって取得されたデータは、コンピュータまたは他の機械、たとえば適切なコン ピュータプログラムがロードされたプログラマブル超音波装置１０５による後処 理のためにコンピュータメモリに収集される。問題の物体は当分野で周知のよう に、人体組織の容積であっても、あるいは、超音波走査に適する他の任意の物体 であってもよい。 走査プロセス自体は走査されている物体の物理的な二次元「スライス」を表わ すデータを符号化する一連の信号を発生する。ブロック２０５において、物体の それぞれのスライスに対応する信号に符号化されたデータが定義され、便宜上デ ータスライスと呼ばれる。一つまたは複数の領域を、データスライス１と呼ぶ第 一のデータスライス内に定義する。同様に、一つまたは複数の領域をデータスラ イス２と呼ぶ他のデータスライスに定義する。 ブロック２１０において、データスライス１およびデータスライス２内のそれ ぞれの領域の間の相関の量を、従来の通り決 定する。たとえば、データスライス１が領域１ａ、１ｂなどに分割されており、 データスライス２が領域２ａ、２ｂなどに分割されているものとする。領域１ａ と２ａの間の相関の量を決定し、また領域１ｂと２ｂなどの間の相関の量を決定 する。相関解除のそれぞれの量は、当分野の技術者に知られているスペックル相 関解除測定プロセスによって決定することができる。 ブロック２１５において、領域の間の相関のそれぞれの量を使用して、従来の 態様で、データスライス１とデータスライス２の間の相対位置差を表す相対位置 差ベクトルを計算する。本開示の恩恵を受ける当分野の技術者には、相対位置差 ベクトルがスカラ、すなわち一次元ベクトルでよいことが認識されよう。 データスライス１の少なくとも一部、データスライス２の少なくとも一部、お よび計算した相対位置差ベクトルのデータ表示を、将来使用するために、コンピ ュータ内のメモリ装置、たとえばＲＡＭまたはディスク記憶装置に格納すること ができる。本開示の恩恵を受ける当分野の技術者には、必要に応じ、たとえばデ ータに従来の「圧縮」を施して格納効率を高めることによるデータ表示の事前処 理を行ってから格納できることが認識されよう。このような圧縮は、たとえば、 所与のデータスライ スの表示として、異なるデータスライスからの変化を表すベクトルを記憶するこ となどを含んでいる。周知のＬＺＷ法などの他の圧縮技法も使用できる。 ブロック２２０において、それぞれの位置差ベクトルから、物体の３Ｄ画像内 でのデータスライス１およびデータスライス２の相対位置を決定する計算を行う 。３Ｄ画像はビデオ表示端末、コンピュータプリントアウト、コンピュータ生成 写真などの視覚表示装置で従来のようにして表示される。 任意選択で、データスライス全体ではなく、データスライスの一部を上述のよ うにして処理することもできる。すなわち、取得され、処理される部分は完全な ２Ｄ画像を作成するものよりもサイズが小さいものでよい。このような小さい部 分の処理を使用して、スキャンヘッドの位置を決定することができる。 上記の動作については、後で詳細に説明する。 物体の容積の走査 問題の物体容積１０２は任意の標準的な超音波スキャナにより、比較的広い領 域に対する線形走査を使用し、任意選択で手の届きにくい場所、たとえば医療用 走査の場合の胸郭の下の部分を走査するためにスキャンヘッド１００を傾斜させ て、従来 のようにして走査される。これにより走査中に得られた画像データを任意各種の 形態、すなわち包絡線検波、ＲＦなどで従来のようにして収集することができる 。 任意選択で、回転走査を使用して、回転体におけるトランスデューサの下の領 域の画像形成を行うことができる。（トランスデューサのスタート位置のすぐ隣 の容積を、回転に含めることができる。）これにより、少なくとも二つの利点が 得られる。まず、中心走査線軸を中心としてスキャンヘッドを回転させると、物 体容積の同じ部分の反復した図が得られ、これは発生する可能性のあるスキャン ヘッドの動きの補正を援助する。第二に、スキャンヘッドを回転させた場合、相 関解除が回転軸からの半径（すなわち、回転円の半径）に沿って異なる速度で生 じ、より迅速な画像取得が可能となる。もちろん、欠点は走査領域が回転軸をス キャンヘッドの一端に置いて走査した領域と同程度の大きさとなることである。 二セット以上の３Ｄ画像データを異なる走査方向によって得ることができる。 これらを以下で述べる一つまたは複数の方法（垂直走査線の間の相互相関および 対応点整合）を組み合せて、画像を互いに関して位置決めする。３Ｄ画像データ の直交性は 必要ないが、二セットの３Ｄ画像データが直交している場合には、走査平面内で ジオメトリが固定されている一方のセットの各画像は、他方のデータセット内の 平面の位置決めを援助する最大の情報を与える。 画像の特定の位置の相対相関解除の決定 対象領域は一連のデータスライス内のデータスライスの一つに定義される。対 応する対象領域は第二のスライスで定義される。第二のスライスは問題の実施態 様に対する希望サンプリングレートに応じて、第一のスライスのすぐ隣にあって もよいし（たとえば、スライス１および２）、第一のスライスからもっと離隔し ていてもよい（たとえば、スライス１および３）。 二つの対応する対象領域の間の相関の量を、従来の技法を使用して実験的に測 定し、所与のトランスデューサに対する以前の相関解除と比較する。測定した相 関解除を必要に応じ物体１０２のタイプと関連付け、精度を改善することができ る。測定した相関解除によって、二つのスライスの間の相対位置差の従来の計算 が可能となる。同じ計算をスライスの連続した各対に対して行う。 第３図に示すように、トランスデューサないしスキャンヘッ ド１００の傾斜および回転を、走査平面内のスキャンヘッドの各種の位置におけ る相関解除速度を調べることによって監視することができる。たとえば、スキャ ンヘッド１００から異なる距離にある物体１０２の二つの指定された領域を考え てみる。ビーム形状の適切な補正の後、相関解除速度が異なっている場合には、 スキャンヘッド１００を第３図に示すように傾ける。横方向に離隔した二つの領 域の間の差を調べることにより、回転軸が横方向のどの位置にあるかに関わりな く、スキャンヘッドの傾きを監視することができる。第３図において、領域３０ １と３０２の間、および３０３と１の間の速度差はスキャンヘッドの傾きを示す 。横方向の差、すなわち３０１と３０３の間および３０２と３０４の間の差を調 べることにより、回転軸が横方向のどこにあるかに関わりなく、スキャンヘッド の回転を監視することができる。 異なる視線方向からの二つのデータセットが得られた場合、走査平面を一方の セットに位置決めするために使用される一つの方法は第５図に示すように走査平 面の各対の間の交差部の位置を使用するものである。これは各データセットから の垂直走査線の間の相互相関を取ることによって達成される（「Ａモー ド相関」と呼ぶ）。この相関のピークは二つの平面の交差部と、平面間の相対的 な垂直移動を規定する。これらの相関値は次いで、交差部近傍の領域の２Ｄ表示 にマップされる。この２Ｄ領域におけるピーク値の位置が交差部の推定位置とな り、これが両平面の位置を規定する。２Ｄ領域の他のものに対するこのピークの 大きさを重みとして使用することができる。各平面の位置は直交画像とのその交 差部のすべてを使用して推定される。これらの推定値の重み付け平均を使用して 、その最終位置が決定される。このようにして、二つの走査平面の交差部で求め られる強い特徴がこれらの位置の決定に大きな寄与をもたらす。 同じ物体容積内で取られる非平行画像セットに適用される他の方法は、対応点 整合を使用することである。二つ以上のデータセットに共通なものと特定された 点その他の構造体を使用して、画像セット間の幾何学的関係を正しく規定するこ とができる。二つの直交平面の場合、プロセスはきわめて単純である。画像はま ず任意の間隔で配置される。上記４．１Ｂ項で述べたように、画像内の幾何学的 関係（３Ｄデータセット一つにおけるｘ−ｚ平面）は知られている。したがって 、画像平面内で特定されたオブジェクトが他のセットの再構成されたｘ−ｚ平面 で同様に特定できる場合には、画像平面の間隔および画像平面の垂直位置を調節 して、平面を適正に位置決めすることができる。上述した方法の問題点は、対応 点の手動または電子的な特定が必要なことである。 ４．１Ａ項、Ｂ項、またはＣ項に記載した方法が完了したら、従来の画像処理 技法を使用して、データスライスを位置決めし、上記で得られた相対位置情報を 利用して、３Ｄ表示装置に各データスライスを適正に位置決めし、次いでこれを モニタ、ハードコピーなどに出力することができる。任意選択で、データスライ スを補間して、一様な間隔の３Ｄ画像データセットを作成することができる。 本開示の恩恵を受ける当分野の技術者には、このようにして取得された複数の ３Ｄデータセットを従来のように処理して、３Ｄセットにおける２Ｄスライスの 全体的な画像品質を改善できることが理解されよう。これらの２Ｄスライスを、 希望する場合には、二次元画像として再表示できる。 迅速な処理 他の実施態様において、運動を測定する領域を限定することによって、このよ うな監視がリアルタイムに行えるところまで 計算時間を短縮できることが理解されよう。この利点は位置情報を画像形成シス テムのフレームレートよりも速い速度で計算できることである。また、画像を取 込む時期を示す運動基準を設定して、３Ｄデータセットで取得するフレームの数 を少なくする自動的な方法を提供し、またこれらの間隔を固定して、再構成を簡 単にすることができると考えられる。位置の符号化のためのＲＦデータの処理は この場合別な処理となり、これは包絡線検出情報で可能となるものよりも正確に なると考えられる。さらに、これらの方法によって計算された相関解除を使用し て、スキャンヘッドの速度を測定し、また操作員に物体を走査すべき速度の測定 を示すことができる。 本発明のその他の実施態様 スキャンヘッド位置データの符号化の必要性が排除される利点を過小評価して はならない。本開示の恩恵を受ける当分野の技術者には、扱いづらいマニピュレ ーションシステムおよび／または位置符号化装置が排除されることに加えて、画 像ベースのスライス位置決めシステムが他の移動アーティファクトを削減する可 能性および同様の能力を提供できることが理解されよう。 たとえば、上述した種類のスペックル相関解除技法を、３Ｄデータセットが再 構成されたときの呼吸運動の補正に使用することができる。上述したような仰角 補正ならびに面内補正を使用して、対象領域を画像内で静止させておくことがで きる。 他の例として、複数の平面、たとえば各位置で二つの平面の取得、および以降 のフレームのこれらとの相関を使用して、トランスデューサが一定距離を移動し た時期を決定することができる。これにより、移動距離だけではなく、その方向 も知ることができる。第４図はこの技法をどのように適用するかを示す。位置１ において、いわゆる１．５Ｄスキャンヘッドアレイ４００（二つの線形アレイに 分割されているか、あるいは第二の走査平面への移動に使用される可能性がある ）からの二つの走査平面１０３が位置４０１および４０２に形成される。次いで 、トランスデューサないしスキャンヘッドが移動し、画像が取得されると、相関 が計算される。ピーク相関が以前取得された走査平面４０２と、スキャンヘッド が一定距離移動した場合の位置４０３における新しい平面との間に生じる。相関 を反対方向への運動についても行えることに留意されたい。３Ｄデータセットに おける平面の配置は、相関がこのようにして生じて、一様 なグリッド空間に平面を配置した場合にだけ行われる。また、もっと多くの平面 が必要な場合には、相関点の間で取得された平面を移動距離全体にわたって一様 に離隔させることができる。 スペックルパターンが変化する速度もスキャンヘッドの視野内に位相アベレー タが存在することを示すことができる。画像のさまざまな領域を考察すると、相 関率の急激で、一貫しない部分的な変化が位相の収差（an aberration of phase ）を示す。このようなマッピングは３Ｄ画像に合成または再構成する場合に、ど のデータを画像から放棄するかを示し、また場合によっては、画像内で位相収差 補正を行う必要のある時期および場所を示す。 上述の技法を他の位置決めシステムと関連してスキャンヘッドの位置微調整を 行うためにも使用できることが理解されよう。他の位置決めシステムはスキャン ヘッドの大きな運動を監視できるが、３Ｄ再構成を最良に行うために必要な細か い空間解像度に欠けているものである。このような符号化装置としては光学的、 機械的、磁気的、電気的なスパークシステムなどがあり、これらはすべて３Ｄ超 音波画像形成のために今まで使用されていたものである。 また、２Ｄスペックルトラッキング(Chen，Hein et al.1991;Chen．Jenkins e t al．1992)を使用して、隣接するスライス間の走査平面における運動を監視し 、相関解除結果を測定できることも理解されよう。このような実施態様において 、２Ｄスペックルトラッキングは隣接スライスを最初のものに関して配置するの に必要とされる適正な垂直および水平変換量を特定する。最小相関解除値は二つ の画像における選択した領域を比較することによって決定され、最小相関解除を 有するロケーションの相対位置が平面の相対垂直および水平位置を示すこととな る。スライス間にとどまる最小相関解除値は高さ方向での変換の結果であり、垂 直または水平運動がないと想定した場合を凌駕する改善された推定値になると考 えられる。 ソフトウェア 第６図はマサチューセッツ州ウォルサムのＡｄｖａｎｃｅｄ Ｖｉｓｕａｌｉ ｚａｔｉｏｎ ＳｙｓｔｅｍｓのＡＶＳソフトウェアパッケージに基づいて具体 化された暫定的なソフトウェアのブロック図である。画像は超音波スキャナから 収集され、ワークステーションメモリに読み込まれる。この例において、データ はＴＡＲＧＡフレームグラバを使用して取得されるため、 モジュールＴＧＡスタッカ６００が使用される。ＲＧＢ画像が次いで、一本のチ ャネルを選択するために抽出スケーラ６０５によって処理され、３Ｄデータセッ トが直交スライサ６１０を使用してスライスされ、スライスの間隔を決定するた めに処理すべき対象領域（ＲＯＩ：region of interest）を選択するために、単 一の２Ｄ平面がイメージビューア６１５を使用して表示される。領域はクロップ ６２０を使用して選択され、他のイメージビューア６２５を使用して再表示され る。各画像のＲＯＩに含まれているピクセルはＲＯＩトゥーストリップ６３０を 使用して１Ｄベクトルに変換され、直交スライサ６１０に接続されている可変整 数部（animated integer）６３５を使用してプロセスが繰り返される。これらの ストリップの各々をグルー（glue）６４０を使用して２Ｄベクトルに組み合せる 。次いで、これらのデータを他のクロップ６４５を使用してサブサンプルして、 いくつの画像ＲＯＩを使用して各画像の位置を計算するかを決定する。各スライ ス位置計算にどの画像を処理するかの決定に関する制御は、可変整数部６５０、 整数生成部(generate integer)６５５、およびＩＮＴＥＧ_ＭＡＴＨモジュール ６６０に収められている。クロップされた出力を次いで、一ステップ の相関値に対して連続したＲＯＩの間の相関、すなわちＲＯＩ＃２に対するＲＯ Ｉ＃１の相関、ＲＯＩ＃３に対するＲＯＩ＃２などを計算する相関モジュール６ ６５によって分析する。この処理は二ステップ、三ステップなどの相関について 繰り返される。相関曲線を一致させて、相関解除速度を測定するのに使用される セット内の二つの中心スライスに対するスライスの間隔を決定する。この相関器 の出力はグラフビューア６７０によって表示され、各画像と次のものとの間の間 隔値を含むファイルとしてセーブされる。次いで、この情報をＦＩＤ２ＲＥＣＴ モジュール６７５に読み込み、ＴＧＡスタッカ６００からの画像を適正に離隔さ せる。次いで、適正に配置された画像を、ＯＲＴＨＯ３スライス６８０やジオメ トリビューア６８５などの任意所望な手段によって表示することができる。 その他の考慮事項 単純な実施態様において、特殊なトランスデューサの構成に依存しない一連の 三つの正規に取得されたデータスライスを使用することができる。このシナリオ において、第一のデータスライスが取得され、次いで、トランスデューサを画像 形成される物体上へ移動させると、第二および第三のデータスライスが 取得される。第一のデータスライスを基準として使用すると、第二のデータスラ イスはトランスデューサの運動のため、第一のものから若干相関解除される。運 動が同じ方向で継続した場合、取得された第三のデータスライスと第一のものと の間に存在する相関解除は、第二および第三のデータスライスの間のものよりも 大きくなる。しかしながら、データスライス２を取得した後、方向が変わった場 合、すなわちトランスデューサがデータスライス１の位置へ向かって逆戻りした 場合には、相関はデータスライス１とデータスライス３との間のものよりも大き くなる。 データスライスの特定部分を含めることは、少なくとも二つの点で有意義であ る。まず、スライスの位置決めに使用するデータの選択が位置決めの成功に寄与 する。たとえば、鏡面反射器を含めると、相関解除速度がトランスデューサの運 動に関係のない態様で変化する（遅くなる）。したがって、スペックルパターン を発生する物体の特性を知ると、このスペックルの相関解除を使用して、スライ スの位置を決定できるため助けになる。第二に、従来の基準を使用して、特定の 組織タイプおよび特性の画像を作成したり、またデータスライスの複数のセット の結合時に、スペックル節減または結合組織（鏡面反射器）の画像形成の場合な どで改善された画像を形成することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 カースン，ポール・シイ アメリカ合衆国、ミシガン・48105、ア ン・アーバー、フアウ・ホロウ・コート・ 5903 (72)発明者 モスカリク，エアロン アメリカ合衆国、ミシガン・48105、ア ン・アーバー、アイランド・ドライブ・ 1066・ナンバー・106 (72)発明者 チエン，チアン−フエン アメリカ合衆国、ワシントン・98029、イ サカー、サウス・イースト、トウーハンド レツドサーテイース・レイン・3054、ナン バー・キユー・201 (72)発明者 ルービン，ジヨナサン・エム アメリカ合衆国、ミシガン・48103、ア ン・アーバー、ウエスト・ヒユーロン・リ バー・ドライブ・3650

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．人体組織の３Ｄ画像を表示する、機械によって実行される方法であって、 （ａ）各々が前記組織のそれぞれの２Ｄスライスを表しており、前記組織の超 音波走査によって生成された、データスライスと呼ばれる複数のデータセットを 受け取るステップと、 （ｂ）（１）データスライス１内の領域１ａ、１ｂなどと呼ばれる、一つまた は複数の領域を前記データスライスの一つの内部に定義し、（２）データスライ ス２内の領域２ａ、２ｂなどと呼ばれる一つまたは複数の領域を前記データスラ イスの他の一つに定義するステップと、 （ｃ）スペックル相関解除測定のプロセスを実行して、領域１ａと２ａとの間 、領域１ｂと２ｂとの間などの相関のそれぞれの量を決定するステップと、 （ｄ）前記の相関のそれぞれの量を利用して、データスライス１とデータスラ イス２との間の相対位置差を表す相対位置差ベクトルを計算するステップと、 （ｅ）前記メモリに、（１）前記データスライス１の少なく とも一部の表示、（２）前記データスライス２の少なくとも一部の表示、および （３）前記相対位置差ベクトルを書き込むステップと、 （ｆ）前記相対位置差ベクトルから、物体の３Ｄ画像内の前記データスライス １およびデータスライス２の相対位置を計算するステップと、 （ｇ）前記３Ｄ画像を表示装置に表示するステップと を備えている方法。 ２．物体の一連の二次元表示を符号化するデータ構造体を含んでいるメモリを作 成する、機械によって実行される方法であって、 （ａ）各々が前記物体のそれぞれのスライスを表している、データスライスと 呼ばれる複数のデータセットを受け取るステップと、 （ｂ）（１）データスライス１内の一つまたは複数の領域と呼ばれる、一つま たは複数の領域を前記データスライスの一つの内部に定義し、（２）データスラ イス２内の一つまたは複数の領域と呼ばれる一つまたは複数の領域を前記データ スライスの他の一つに定義するステップと、 （ｃ）データスライス１内の前記の一つまたは複数の領域とデータスライス２ 内の前記の一つまたは複数の領域との間の相関のそれぞれの量を測定するステッ プと、 （ｄ）前記の相関のそれぞれの量を利用して、データスライス１とデータスラ イス２の間の相対位置差を表す相対位置差ベクトルを計算するステップと、 （ｅ）前記メモリに、（１）前記データスライス１の少なくとも一部の表示、 （２）前記データスライス２の少なくとも一部の表示、および（３）前記相対位 置差ベクトルを書き込むステップと を備えている方法。 ３．前記データスライスの少なくともいくつかが二次元画像を指定するのに必要 なものよりもサイズが小さい請求の範囲第２項に記載の方法。 ４．物体に関する位置を有しているスキャンヘッドから、前記データスライスを 受け取り、また前記データスライスの少なくとも二つのそれぞれの部分を利用し て計算を行うことによって、前記位置を決定するステップをさらに含んでいる請 求の範囲第２項に記載の方法。 ５．走査速度と呼ばれる速度で物体に関して移動しているスキャンヘッドから前 記データスライスを受け取り、また前記データスライスの少なくとも二つのそれ ぞれの部分から、一つまたは複数の（ｉ）取得すべきデータスライスの総数、お よび（ｉｉ）希望する走査速度を決定するステップをさらに含んでいる請求の範 囲第２項に記載の方法。 ６．（１）前記複数のデータスライスの少なくともいくつかがコヒーレントエネ ルギーのビームを用いて前記物体の少なくとも一部を走査することによって生成 され、 （２）前記物体が複数のエネルギー散乱体を含んでいる 請求の範囲第２項に記載の方法。 ７．前記エネルギー散乱体がコヒーレントエネルギーをスペックルパターンで反 射する請求の範囲第６項に記載の方法。 ８．（１）前記相対位置差ベクトルから、物体の３Ｄ画像内の前記データスライ ス１およびデータスライス２の相対位置を計算するステップと、 （２）前記３Ｄ画像を表示装置に表示するステップと をさらに含んでいる請求の範囲第２項に記載の方法。 ９．相関のそれぞれの量の前記測定がスペックル相関解除測定 プロセスによって行われる請求の範囲第２項に記載の方法。 １０．前記２Ｄデータスライスが前記物体の超音波走査によって生成される請求 の範囲第２項に記載の方法。 １１．前記物体が組織である請求の範囲第２項に記載の方法。 １２．（１）データスライス１内の一つまたは複数の領域の第一のものとデータ スライス２内の領域との間の相関の量の前記測定が、（ｉ）データスライス２内 の一つまたは複数の領域のうち最小の相関解除値を有している、最小相関解除領 域と呼ばれるものを探し出し、（ｉｉ）前記最小相関解除領域とデータスライス １内の前記領域の前記第一のものとの間のベクトルの二つの直交面内成分を決定 することによって行われ、 （２）相関の前記量の前記利用が、相関の前記量の前記測定として、前記面内 成分に直交する前記べクトルの面外成分を利用することによって行われる 請求の範囲第２項に記載の方法。 １３．人体組織の３Ｄ画像を表示する、機械によって実行される方法であって、 （ａ）各々が前記組織のそれぞれの２Ｄスライスを表している、データスライ スと呼ばれる複数のデータセットを受け取る ステップと、 （ｂ）（１）データスライス１内の一つまたは複数の領域と呼ばれる、一つま たは複数の領域を前記データスライスの一つの内部に定義し、（２）データスラ イス２内の一つまたは複数の領域と呼ばれる一つまたは複数の領域を前記データ スライスの他の一つに定義するステップと、 （ｃ）スペックル相関解除測定のプロセスを実行して、データスライス１内の 前記の一つまたは複数の領域とデータスライス２内の前記一つまたは複数の領域 の間の相関のそれぞれの量を決定するステップと、 （ｄ）前記の相関のそれぞれの量を利用して、データスライス１とデータスラ イス２の間の相対位置差を表す相対位置差ベクトルを計算するステップと、 （ｅ）前記相対位置差ベクトルから、物体の３Ｄ画像内の前記データスライス １およびデータスライス２の相対位置を計算するステップと、 （ｆ）前記３Ｄ画像を表示装置に表示するステップと を備えている方法。 １４．請求の範囲第１項から第１３項のいずれか一項の動作を 行う命令を符号化する、前記のいずれか一項の機械によって読み取り可能なプロ グラム記憶装置。 １５．請求の範囲第２項から第１２項のいずれか一項による方法によって作成さ れたデータ構造体を有しているメモリを含んでいる機械。 １６．前記データスライスが画像形成トランスデューサを使用して得られる請求 の範囲第２項に記載の方法。 １７．前記トランスデューサの運動が変化したことを、少なく一つの他の以前に 得られたデータスライスに関する少なくとも一つのデータスライスの相関の増加 を検出することによって決定するステップをさらに含んでいる請求の範囲第１６ 項に記載の方法。 １８．前記相対位置差ベクトルを計算する前記ステップがコヒーレントスペック ルの領域を求める画像処理を含んでいる請求の範囲第２項に記載の方法。 １９．前記相対位置差ベクトルを計算する前記ステップがコヒーレントスペック ルを表していないデータを抽出する画像処理を含んでいる請求の範囲第２項に記 載の方法。 ２０．前記相対位置差ベクトルを計算する前記ステップが迅速 に相関解除しないデータを抽出する画像処理を含んでいる請求の範囲第２項に記 載の方法。 ２１．前記相対位置差ベクトルを計算する前記ステップがデータスライス内のデ ータの特性を使用して、スライスの位置決め時のデータを含むための面外方向で の挙動を予測する請求の範囲第２項に記載の方法。 ２２．前記相対位置差ベクトルを計算する前記ステップがデータスライス内のデ ータの特性を使用して、スライスの位置決め時のデータを除外するための面外方 向での挙動を予測するステップを含んでいる請求の範囲第２項に記載の方法。 ２３．画像化された物体の特定の特性を明らかにする画像ビューを前記物体から 生成する方法であって、 （ａ）各々が前記物体のそれぞれの２Ｄ画像を表している、データスライスと 呼ばれる複数のデータセットを受け取るステップと、 （ｂ）前記データスライスを画像処理して、その内部のコヒーレントスペック ルの領域を特定するステップと、 （ｃ）内部にコヒーレントスペックルの領域を有しているスライスを使用して 前記画像ビューを生成するステップと を備えている方法。 ２４．画像化された物体の特定の特性を明らかにする画像ビューを前記物体から 生成する方法であって、 （ａ）各々が前記物体のそれぞれの２Ｄ画像を表している、データスライスと 呼ばれる複数のデータセットを受け取るステップと、 （ｂ）前記データスライスを画像処理して、コヒーレントスペックルを表して いないデータを抽出するステップと、 （ｃ）前記の処理をされたデータスライスを使用して前記画像ビューを生成す るステップと を備えている方法。 ２５．画像化された物体の特定の特性を明らかにする画像ビューを前記物体から 生成する方法であって、 （ａ）各々が前記物体のそれぞれの２Ｄ画像を表している、データスライスと 呼ばれる複数のデータセットを受け取るステップと、 （ｂ）前記データスライスを画像処理して、３Ｄにおける相関解除速度を評価 するステップと、 （ｃ）前記の評価された相関解除速度に基づいて前記画像ビ ューに対するデータスライスを選択するステップと を備えている方法。 ２６．データスライスを画像処理して、コヒーレントスペックルを表していない データを抽出する前記ステップ（ｂ）が残響に対応したデータを検出し、減算す るステップを含んでいる請求の範囲第２４項に記載の方法。 ２７．評価された相関解除速度に基づいて前記画像ビューに対するデータスライ スを選択する前記ステップ（ｃ）が隣接したスライスにおける相関解除速度を評 価して、相関解除速度が複数の散乱、屈折、回析、またはシャドーイングのアー ティファクトに対応しているスライスのセットを特定するステップを含んでいる 請求の範囲第２５項に記載の方法。 ２８．評価された相関解除速度に基づいて前記画像ビューに対するデータスライ スを選択する前記ステップ（ｃ）が隣接したスライスにおける相関解除速度を評 価して、前記隣接スライス内の他の領域よりも迅速に相関解除する隣接スライス の領域を特定するステップを含んでいる請求の範囲第２５項に記載の方法。 ２９．データスライスとアーティファクトから比較的自由なデ ータスライスの部分とを使用して画像ビューを生成するステップ（ｄ）をさらに 含んでいる請求の範囲第２６項から第２８項のいずれか一項に記載の方法。 ３０．前記の画像化された物体の望ましい特性を明らかにするデータスライスを 使用して画像ビューを生成するステップ（ｄ）をさらに含んでいる請求の範囲第 ２６項から第２８項のいずれか一項に記載の方法。 ３１．前記複数のデータセットが少なくとも二つの異なる視線方向からのデータ スライスを含んでいる請求の範囲第２項に記載の方法。 ３２．前記複数のデータセットのうち一つ以外のすべてがデータスライスを一つ だけ含んでいることができる請求の範囲第３１項に記載の方法。 ３３．前記複数のデータセットを空間的に整合させるステップ（ｆ）をさらに含 んでいる請求の範囲第３２項に記載の方法。 ３４．隣接するスライスの間の前記相対位置差ベクトルを微調整するステップ（ ｇ）をさらに含んでいる請求の範囲第３３項に記載の方法。 ３５．空間的整合ステップ（ｆ）が （ｈ）二つのデータセットの間の垂直線の比較を相互相関して、前記二つのデ ータセットからの二つのデータスライスの最も可能性の高い交点を見つけ出すス テップと、 （ｉ）前記交点を利用して、前記データセットを位置決めするステップと をさらに含んでいる請求の範囲第３４項に記載の方法。