JP2011062524A

JP2011062524A - ３次元距離測定を行う超音波システムおよび方法

Info

Publication number: JP2011062524A
Application number: JP2010208230A
Authority: JP
Inventors: Kwang Hee Lee; クァンヒリ，; Ki Jong Lee; ギジョンイ，; Sung Yun Kim; ソンユンキム，
Original assignee: Medison Co Ltd
Current assignee: Samsung Medison Co Ltd
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2011-03-31
Also published as: KR101121301B1; EP2302414A2; KR20110029630A; US20110066031A1; EP2302414A3

Abstract

【課題】本発明は、３次元超音波映像に対して３次元測定を行う超音波システムおよび方法に関する。
【解決手段】本発明における超音波システムは、超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する超音波データ取得部と、ユーザーの入力情報を受信するユーザー入力部と、前記超音波データを用いて３次元超音波映像を形成し、前記入力情報に基づいて少なくとも２つのポイントと、前記少なくとも２つのポイント間の連結情報および距離測定情報とを前記３次元超音波映像に設定するプロセッサとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波システムに関し、特に３次元超音波映像に対して３次元での距離測定を行う超音波システムおよび方法に関する。

超音波システムは、無侵襲および非破壊特性を有しており、対象体内部の情報を得るために医療分野で広く用いられている。超音波システムは、対象体を直接切開して観察する外科手術の必要がなく、対象体の内部組織を高解像度の映像で医師に提供することができるため、医療分野で非常に重要なものとして用いられている。

３次元の超音波映像を用いた超音波システムは、２次元超音波映像では提供することができない空間情報や解剖学的な形態情報を提供してくれる。即ち、この超音波システムは、超音波信号を対象体に送信して対象体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を用いてボリュームデータを形成し、その形成されたボリュームデータをレンダリングして３次元超音波映像を形成する。

従来は、３次元超音波映像に対して１つの断面映像に少なくとも２つのポイントを設定し、その設定されたポイント間の距離を測定している。しかしこれによっては、互いに異なる断面映像に設定されるポイント間の距離を測定することができない問題がある。

特開平１１−１４６８７６号公報特開２００６−３１４５１８号公報

本発明の課題は、３次元超音波映像に対して少なくとも２つのポイントと、その少なくとも２つのポイント間の連結情報および距離測定情報とを提供する超音波システムおよび前記少なくとも２つのポイント間の距離を測定する方法を提供する。

本発明における超音波システムは、超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する超音波データ取得部と、ユーザーの入力情報を受信するユーザー入力部と、前記超音波データを用いて３次元超音波映像を形成し、前記入力情報に基づいて少なくとも２つのポイントと、前記少なくとも２つのポイント間の連結情報および距離測定情報とを前記３次元超音波映像に設定するプロセッサとを備える。

また、本発明における３次元距離測定方法は、ａ）超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する段階と、ｂ）前記超音波データを用いてボリュームデータを形成する段階と、ｃ）ユーザーの入力情報を受信する段階と、ｄ）前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成する段階と、ｅ）前記入力情報に基づいて少なくとも２つのポイントと、前記少なくとも２つのポイント間の連結情報および距離測定情報とを前記３次元超音波映像に設定する段階とを備える。

また、本発明における、３次元距離測定方法を行うためのプログラムを格納するコンピュータ読み出し可能な記録媒体は、前記方法が、ａ）超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する段階と、ｂ）前記超音波データを用いてボリュームデータを形成する段階と、ｃ）ユーザーの入力情報を受信する段階と、ｄ）前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成する段階と、ｅ）前記入力情報に基づいて少なくとも２つのポイントと、前記少なくとも２つのポイント間の連結情報および距離測定情報とを前記３次元超音波映像に設定する段階とを備えることを特徴とする。

本発明は、ポイントが設定された断面映像の位置を３次元超音波映像で探す必要がなく、３次元超音波映像に対して少なくとも２つのポイントを設定し、その設定された少なくとも２つのポイントと、ポイント間の連結情報および距離測定情報とを提供することができる。

また、本発明は、ポイントの位置変化をリアルタイムで反映させることができ、ポイント間の距離変化を容易に提供することができる。

本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。本発明の実施例におけるプロセッサの構成を示すブロック図である。本発明の実施例におけるプロセッサの動作を示すフローチャートである。フレームのスキャン方向を示す例示図である。ボリュームデータの例を示す例示図である。本発明の実施例によって互いに直交するＡ〜Ｃ断面のそれぞれに対応する断面映像を表示した例を示す例示図である。本発明の実施例によって入力情報に対応する断面映像にポイントを設定した例を示す例示図である。本発明の実施例によって３次元超音波映像にポイントを設定した例を示す例示図である。本発明の実施例によって３次元超音波映像に連結情報を設定した例を示す例示図である。本発明の実施例によって３次元超音波映像に距離測定情報を設定した例を示す例示図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明の実施例における超音波システムの構成を示すブロック図である。図１を参照すると、超音波システム１００は、超音波データ取得部１１０、ユーザー入力部１２０、プロセッサ１３０およびディスプレイ部１４０を備える。

超音波データ取得部１１０は、超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される超音波信号（即ち、超音波エコー信号）を受信して超音波データを取得する。

図２は、本発明の実施例における超音波データ取得部の構成を示すブロック図である。図２を参照すると、超音波データ取得部１１０は、送信信号形成部１１１、複数の電気音響変換素子（ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｅｌｅｍｅｎｔ：以下、単に変換素子と呼ぶ）（図示せず）を含む超音波プローブ１１２、ビームフォーマ（ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒ）１１３および超音波データ形成部１１４を備える。

送信信号形成部１１１は、変換素子の位置および集束点を考慮して、図５に示すように、複数のフレームＦ_ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）のそれぞれを得るための送信信号を形成する。図５では、フレームＦ_ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）がファン（ｆａｎ）形態で取得されるものと説明したが、必ずしもこれに限定されない。

超音波プローブ１１２は、送信信号形成部１１１から送信信号が提供されると、送信信号を超音波信号に変換して対象体に送信し対象体から反射される超音波エコー信号を受信して受信信号を形成する。受信信号は、アナログ信号である。超音波プローブ１１２は、３Ｄ（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）プローブ、２Ｄアレイ（ａｒｒａｙ）プローブなどを含む。

ビームフォーマ１１３は、超音波プローブ１１２から受信信号が提供されると、受信信号にアナログデジタル変換を行ってデジタル信号を形成する。また、ビームフォーマ１１３は、変換素子の位置および集束点を考慮して、デジタル信号を受信集束させて受信集束信号を形成する。

超音波データ形成部１１４は、ビームフォーマ１１３から受信集束信号が提供されると、受信集束信号を用いて超音波データを形成する。超音波データ形成部１１４は、複数のフレームＦ_ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）のそれぞれに対応する超音波データを形成する。また、超音波データ形成部１１４は、超音波データを形成するのに必要な様々な信号処理（例えば、利得（ｇａｉｎ）調節、フィルタリング処理等）を行うこともできる。

再び図１を参照すると、ユーザー入力部１２０は、ユーザーの入力情報を受信する。本実施例において、入力情報は、少なくとも２つの断面映像に少なくとも２つのポイントを設定する入力情報を含む。一例として、入力情報は、ポイントを設定する断面映像の選択情報および選択された断面映像に設定されるポイントの数情報を含む。ユーザー入力部１２０は、コントロールパネル（ｃｏｎｔｒｏｌｐａｎｅｌ）、マウス（ｍｏｕｓｅ）、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）などを含む。

プロセッサ１３０は、超音波データ取得部１１０から提供される超音波データを用いて３次元超音波映像を形成する。プロセッサ１３０は、ユーザー入力部１２０から提供される入力情報に基づいて３次元超音波映像に対して少なくとも２つのポイントを設定し、ポイント間の連結情報および距離測定情報を設定する。

図３は、本発明の実施例におけるプロセッサの構成を示すブロック図である。図３を参照すると、プロセッサ１３０は、ボリュームデータ形成部１３１、第１の映像形成部１３２、第１のポイント設定部１３３、第２の映像形成部１３４、第２のポイント設定部１３５、連結情報設定部１３６および距離測定部１３７を備える。

また、プロセッサ１３０は、ポイントおよび連結情報の動きを推定する動き推定部（図示せず）をさらに備えることができる。この動き推定部は、例えば、相互相関（ｃｒｏｓｓｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）を用いて対象体の超音波映像の動きを推定することができる。例えば、動き推定部は、現在の超音波映像に設定された各ポイントを中心とする次の超音波映像の複数のポイントで相互相関を計算して、前記設定されたポイントに対して最大の相関値を有する前記複数のポイントのうちの１つを選択することができる。その後、動き推定部は、現在の超音波映像と次の超音波映像との間の相互相関結果に基づいて、設定されたポイントと連結情報の変化の動きを推定することができる。

以下、添付された図面を参照してプロセッサ１３０の動作をより詳しく説明する。

図４を参照すると、ボリュームデータ形成部１３１は、超音波データ取得部１１０から提供される超音波データを用いて、図６に示すように、ボリュームデータ２１０を形成する（Ｓ１０２）。ボリュームデータ２１０は、輝度値を有する複数のボクセル（ｖｏｘｅｌ）（図示せず）を含む。図６において、符号２２１〜２２３は、それぞれ互いに直交するＡ断面、Ｂ断面およびＣ断面を示す。また、図６において、軸（ａｘｉａｌ）方向は、超音波プローブ１１２の変換素子を基準として超音波信号の進行方向を示し、横（ｌａｔｅｒａｌ）方向は、スキャンライン（ｓｃａｎｌｉｎｅ）の移動方向を示し、エレベーション（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）方向は、３次元超音波映像の深さ方向であって、フレームのスキャン方向を示す。

第１の映像形成部１３２は、ボリュームデータ形成部１３１で形成されたボリュームデータ２１０を用いて、複数の断面に対応する複数の断面映像を形成する（Ｓ１０４）。本実施例において、複数の断面映像は、互いに直交する複数の断面に対応する断面映像であってもよい。一例として、複数の断面映像は、図７に示すように、Ａ断面２２１、Ｂ断面２２２およびＣ断面２２３に対応する第１の断面映像ＡＩ、第２の断面映像ＢＩおよび第３の断面映像ＣＩである。複数の断面映像は、ディスプレイ部１４０に表示される（Ｓ１０６）。

第１のポイント設定部１３３は、ユーザー入力部１２０から提供される入力情報に対応する断面映像にポイントを設定する（Ｓ１０８）。一例として、図８に示すように、Ａ断面２２１に対応する第１の断面映像ＡＩに第１のポイントＰ_１および第２のポイントＰ_２を設定し、Ｂ断面２２２に対応する第２の断面映像ＢＩに第３のポイントＰ_３を設定する入力情報がユーザー入力部１２０から提供されると、第１のポイント設定部１３３は、入力情報に基づいて第１の断面映像ＡＩに第１のポイントＰ_１および第２のポイントＰ_２を設定し、第２の断面映像ＢＩに第３のポイントＰ_３を設定する。

第２の映像形成部１３４は、ボリュームデータ形成部１３１から提供されるボリュームデータ２１０をレンダリングして３次元超音波映像を形成する（Ｓ１１０）。レンダリングは、レイキャスティング（ｒａｙ−ｃａｓｔｉｎｇ）レンダリング、表面（ｓｕｒｆａｃｅ）レンダリングなどを含む。しかし、レンダリングは、必ずしもこれに限定されない。

第２のポイント設定部１３５は、ユーザー入力部１２０から提供される入力情報に基づいて、第２の映像形成部１３４で形成された３次元超音波映像に対して少なくとも２つのポイントを設定する（Ｓ１１２）。一例として、第２のポイント設定部１３５は、図８に示すように、Ａ断面２２１に対応する第１の断面映像ＡＩに第１のポイントＰ_１および第２のポイントＰ_２を設定し、Ｂ断面２２２に対応する第２の断面映像ＢＩに第３のポイントＰ_３を設定する入力情報に基づいて、図９に示すように、第１のポイント設定部１３３でＡ断面２２１の第１の断面映像ＡＩに設定された第１および第２のポイントＰ_１、Ｐ_２を３次元超音波映像３１０の対応する位置に設定し、第１のポイント設定部１３３でＢ断面２２２の第２断面映像ＢＩに設定された第３のポイントＰ_３を３次元超音波映像３１０の対応する位置に設定する。

連結情報設定部１３６は、３次元超音波映像に対してポイント間の連結情報を形成し、形成された連結情報を３次元超音波映像に設定する（Ｓ１１４）。連結情報は、ディスプレイ部１４０に表示される。一例として、連結情報設定部１３６は、図１０に示すように、第１のポイントＰ_１と第２のポイントＰ_２とを連結する第１の連結情報Ｃ_１、第２のポイントＰ_２と第３のポイントＰ_３とを連結する第２の連結情報Ｃ_２および第１のポイントＰ_１と第３のポイントＰ_３とを連結する第３の連結情報Ｃ_３を形成し、その形成された第１の連結情報Ｃ_１、第２の連結情報Ｃ_２および第３の連結情報Ｃ_３を３次元超音波映像に設定する。

前述した例では、連結情報が直線であるものと説明したが、必ずしもこれに限定されず、曲線や面、角度であってもよい。

距離測定部１３７は、連結情報設定部１３６から提供される連結情報に基づいて、ポイント間の距離を測定して距離測定情報を形成し（Ｓ１１６）、その形成された距離測定情報を３次元超音波映像に設定する（Ｓ１１８）。一例として、距離測定部１３７は、図１１に示すように、第１のポイントと第２のポイントＰ_２との間の距離を測定して第１の距離測定情報（２６ｍｍ）を形成し、第２のポイントＰ_２と第の３ポイントＰ_３との間の距離を測定して第２の距離測定情報（１９ｍｍ）を形成し、第１のポイントＰ_１と第３のポイントＰ_３との間の距離を測定して第３の距離測定情報（３２ｍｍ）を形成する。距離測定は、公知の様々な方法を通じて行うことができるので、本実施例で詳細に説明しない。距離測定部１３７は、３次元超音波映像３１０に第１〜第３の距離測定情報を第１〜第３の連結情報上に設定する。

前述した例では、測定情報が距離の数値であるものと説明したが、必ずしもこれに限定されない。

再び図１を参照すると、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１３０で形成された断面映像を表示する。また、ディスプレイ部１４０は、プロセッサ１３０で形成された３次元超音波映像を表示する。また、ディスプレイ部１４０は、少なくとも２つのポイント、連結情報および距離測定情報が設定された３次元超音波映像を表示する。

以上、本発明の３次元距離測定を行う超音波システムおよびその方法を説明したが、当該方法は、コンピュータで読出し可能な記録媒体に記録させることができる。この記録媒体は、コンピュータシステムによって読み出されるデータが保存される全ての種類の記録装置を含む。このコンピュータで読み出し可能な記録媒体の例としては、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー（登録商標）ディスク、光データ格納装置などの他、キャリアウェーブ（例えば、インターネットを通じた伝送）の形態で具現されるものも含む。また、コンピュータで読み出し可能な記録媒体は、ネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散され、読み出しをコードにより行うようにすることも可能である。上述した実施例を具現するための機能的なプログラム、コードおよびコードセグメント方法は、本発明が属する技術分野の各プログラマにとっては容易に推定されることである。

本発明は、望ましい実施例によって説明および例示をしたが、当業者であれば添付した特許請求の範囲の事項および範疇を逸脱することなく、様々な変形および変更が可能である。

１００超音波システム
１１０超音波データ取得部
１２０ユーザー入力部
１３０プロセッサ
１４０ディスプレイ部
１１１送信信号形成部
１１２超音波プローブ
１１３ビームフォーマ
１１４超音波データ形成部
１３１ボリュームデータ形成部
１３２第１の映像形成部
１３３第１のポイント設定部
１３４第２の映像形成部
１３５第２のポイント設定部
１３６連結情報設定部
１３７距離測定部
Ｆ_１〜Ｆ_Ｎフレーム
２１０ボリュームデータ
２２１Ａ断面
２２２Ｂ断面
２２３Ｃ断面
ＡＩ、ＢＩ、ＣＩ第１〜第３断面映像
Ｐ_１、Ｐ_２、Ｐ_３ポイント
３１０３次元超音波映像
Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３第１〜第３の連結情報

Claims

超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する超音波データ取得部と、
ユーザーの入力情報を受信するユーザー入力部と、
前記超音波データを用いて３次元超音波映像を形成し、前記入力情報に基づいて少なくとも２つのポイントと、前記少なくとも２つのポイント間の連結情報および距離測定情報とを前記３次元超音波映像に設定するプロセッサと
を備えることを特徴とする超音波システム。
前記プロセッサは、
前記超音波データを用いてボリュームデータを形成するボリュームデータ形成部と、
前記ボリュームデータに対して複数の断面のそれぞれに対応する断面映像を形成する第１の映像形成部と、
前記複数の断面映像のうち、前記入力情報に該当する断面映像に前記入力情報に該当する前記少なくとも２つのポイントを設定する第１のポイント設定部と
を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波システム。
前記プロセッサは、
前記ボリュームデータを用いて前記３次元超音波映像を形成する第２の映像形成部と、
前記入力情報に基づいて前記３次元超音波映像に前記少なくとも２つのポイントを設定する第２のポイント設定部と、
前記少なくとも２つのポイント間の前記連結情報を形成し、前記連結情報を前記３次元超音波映像に設定する連結情報設定部と、
前記連結情報に基づいて前記少なくとも２つのポイント間の距離を測定して前記距離測定情報を形成し、前記３次元超音波映像の前記連結情報上に前記距離測定情報を設定する距離測定部と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の超音波システム。
前記第２のポイント設定部は、前記入力情報に該当する前記断面映像に設定された前記少なくとも２つのポイントを前記３次元超音波映像の対応する位置に設定することを特徴とする請求項３に記載の超音波システム。
前記少なくとも２つのポイントおよび前記連結情報の動きを推定する動き推定部
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の超音波システム。
前記少なくとも２つのポイント、前記連結情報および前記距離測定情報が設定された３次元超音波映像を表示するディスプレイ部
をさらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の超音波システム。
ａ）超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する段階と、
ｂ）前記超音波データを用いてボリュームデータを形成する段階と、
ｃ）ユーザーの入力情報を受信する段階と、
ｄ）前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成する段階と、
ｅ）前記入力情報に基づいて少なくとも２つのポイントと、前記少なくとも２つのポイント間の連結情報および距離測定情報とを前記３次元超音波映像に設定する段階と
を備えることを特徴とする３次元距離測定方法。
前記段階ｃ）以前に、
前記ボリュームデータに対して複数の断面のそれぞれに対応する断面映像を形成する段階と、
前記複数の断面映像を表示する段階と
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の３次元距離測定方法。
前記段階ｄ）以前に、
前記複数の断面映像のうち、前記入力情報に該当する断面映像に前記入力情報に該当する前記少なくとも２つのポイントを設定する段階
をさらに備えることを特徴とする請求項８に記載の３次元距離測定方法。
前記段階ｅ）は、
ｅ１）前記入力情報に基づいて前記３次元超音波映像に前記少なくとも２つのポイントを設定する段階と、
ｅ２）前記少なくとも２つのポイント間の前記連結情報を形成する段階と、
ｅ３）前記連結情報を前記３次元超音波映像に対して設定する段階と、
ｅ４）前記連結情報に基づいて、前記少なくとも２つのポイント間の距離を測定して前記距離測定情報を形成する段階と、
ｅ５）前記３次元超音波映像に対して前記連結情報上に前記距離測定情報を設定する段階と
を備えることを特徴とする請求項９に記載の３次元距離測定方法。
前記段階ｅ１）は、
前記入力情報に該当する前記断面映像に設定された前記少なくとも２つのポイントを前記３次元超音波映像の対応する位置に設定する段階
を備えることを特徴とする請求項１０に記載の３次元距離測定方法。
前記段階ｅ）は、
前記少なくとも２つのポイントおよび前記連結情報の動きを推定する段階
をさらに備えることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれか一項に記載の３次元距離測定方法。
ｆ）前記少なくとも２つのポイント、前記連結情報および前記距離測定情報が設定された３次元超音波映像を表示する段階
をさらに備えることを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれか一項に記載の３次元距離測定方法。
３次元距離測定方法を行うためのプログラムを格納するコンピュータ読み出し可能な記録媒体であって、前記方法は、
ａ）超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される超音波エコー信号を受信して超音波データを取得する段階と、
ｂ）前記超音波データを用いてボリュームデータを形成する段階と、
ｃ）ユーザーの入力情報を受信する段階と、
ｄ）前記ボリュームデータを用いて３次元超音波映像を形成する段階と、
ｅ）前記入力情報に基づいて少なくとも２つのポイントと、前記少なくとも２つのポイント間の連結情報および距離測定情報とを前記３次元超音波映像に設定する段階と
を備えることを特徴とするコンピュータ読み出し可能記録媒体。