JP2785636B2 - 生体組織多次元可視装置 - Google Patents

生体組織多次元可視装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば超音波診断装置
等の超音波断層画像検出機能を利用した生体組織多次元
可視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超音波診断装置は、線形走査型の超音波
プローブを生体組織表面にあてることにより、そのプロ
ーブの走査方向断面内の生体組織の断層画像を表示する
ようにしたものである。例えば、人体のある組織を観察
又は可視化しようとする場合は、超音波診断装置のプロ
ーブをその組織に近い体表面にあててパルス状の超音波
を発射し反射された超音波の強度を時間軸に表示するこ
とを線形走査して１つの断層画像を得る。その組織全体
の診断を行うためには、プローブをその線形走査方向と
垂直の方向に移動させて多数の断層画像を得、これら多
数の断層画像から目視により判断を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したごとき従来の
超音波診断技術では、多数の断層画像を医師が目視して
判断を行うことによって、病理、病変を診断し異常部位
を見つけていた。このため、診断には専門的な高度の経
験と熟練とが要求され、特別の訓練を受けた医師が断層
画像の読み取りを行うことが必要であった。即ち、従来
の超音波診断装置は専門の医師が画像を解読して診断を
おこなうためのものであった。
【０００４】また、従来の超音波診断装置は、主に内臓
を観測するためのものであり、骨、腱、筋肉組織等を簡
便にかつ専門的な解読技術なしに観察できる装置はほと
んど存在しなかった。Ｘ線撮像装置によれば、四肢の骨
等の観測を行うことができるが、Ｘ線を扱うには特別の
資格が必要であり、また照射による危険性を伴うという
不都合がある。
【０００５】従って本発明は、従来技術の上述した問題
点を解決するものであり、本発明の目的は、特別の経験
がなくとも生体組織の観察が容易に行える生体組織多次
元可視装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、生体組
織の互いに平行な複数の断面について超音波断層画像デ
ータをそれぞれ形成可能な超音波断層画像検出手段と、
この超音波断層画像検出手段を用いて形成した断層画像
データを各断面毎に記録する記憶手段と、この記憶手段
に記録されている断層画像データから生体組織の各断面
における層表面位置を検出し層表面座標データをそれぞ
れ形成する層表面位置検出手段と、層表面位置検出手段
の形成した各断面における層表面座標データを座標変換
し各断面毎の３次元の線座標データを形成する変換手段
と、変換手段が形成した線座標データにより生体組織の
各断面における層表面位置を各断面毎に１つの線で表し
た３次元画像と所望の断面に関する断層画像とを同一の
画面上に表示する表示手段とを備えた生体組織多次元可
視装置が提供される。
【０００７】
【０００８】表示手段は、表示されている断層画像に対
応する断面における層表面位置を表す上述の線を識別で
きるように表示するものであることが有利である。
【０００９】識別できるようにするために、この線は他
の線と異なる色で表示するか、又は点滅させることが好
ましい。
【００１０】
【作用】生体組織の互いに平行な複数の断面について超
音波診断することにより記録されている各断層毎の断層
画像データが読み出され、そのデータから生体組織の各
断面の層表面位置が検出される。得られた各断面におけ
る層表面座標データは、座標変換され各断面毎の３次元
の線座標データとなる。この線座標データにより生体組
織の各断面における層表面位置を各断面毎に１つの線で
表した３次元画像と変化部位に関する断層画像とが同一
の画面上に表示される。このように、所望の断面に関す
る断層画像の隣にその生体組織の層表面の３次元画像が
表示されるので、その断層画像の生体組織に関する関係
が直感的に把握でき、特別の経験がなくとも生体組織の
解析を容易に行うことができる。
【００１１】
【実施例】以下図面を用いて本発明の実施例を詳細に説
明する。
【００１２】図２は本発明の生体組織多次元可視装置の
一実施例の構成を概略的に示すブロック図である。
【００１３】同図において、１０は超音波診断装置、１
１はこの超音波診断装置１０のプローブである。この超
音波診断装置１０は市販の一般的な超音波診断装置の構
成を有するものであり、同図に示すように高周波パルス
電圧を発生する発振器１０ａと、この高周波パルスを増
幅してプローブ１１に送り出す送信アンプ１０ｂと、プ
ローブ１１から送られる反射パルス（エコー信号）を受
けて増幅する受信アンプ１０ｃと、受信アンプ１０ｃの
出力を表示する例えば液晶表示装置、ＣＲＴ等の表示部
１０ｄと、受信アンプ１０ｃの出力をデジタルデータに
変換するＡ／Ｄコンバータ１０ｅと、送信する高周波パ
ルスと表示部１０ｄ及びＡ／Ｄコンバータ１０ｅとの同
期や発振周波数の選択制御等のその他の制御を行うコン
トローラ１０ｆとを有している。発振器１０ａの発振周
波数は、検査対象１２ａの種類に応じて、例えば骨であ
るのか筋肉であるのか等に応じて選択されるものであ
り、本実施例においては、３．５ＭＨｚ、５．０ＭＨ
ｚ、７．５ＭＨｚのうちから選択できるように構成され
ている。なお、発振周波数に応じてプローブ１１も交換
することがある。
【００１４】プローブ１１は、多数の圧電振動子を１次
元配列した線形走査型の超音波プローブである。このプ
ローブ１１は、図示されてない水袋又は体表に塗られた
ゼリー状の油を介して検査すべき人体１２の皮膚表面に
接触保持される。診断装置本体からこのプローブ１１へ
送られた高周波パルスは、１次元配列された各圧電振動
子に順次切り換えて印加され、これにより各圧電振動子
から人体１２の生体組織に超音波パルスが発射される。
人体１２内の検査対象１２ａ等で反射された超音波エコ
ーは、各圧電振動子に印加されて電気的パルスに変換さ
れてエコー信号となり、診断装置本体へ送られる。
【００１５】超音波診断装置１０のＡ／Ｄコンバータ１
０ｅの出力は、制御基板１３を介して、例えばパーソナ
ルコンピュータ等によるデジタルコンピュータ１４の入
力インタフェース（図示なし）に接続されている。コン
ピュータ１４は、図示されてないＣＰＵ（中央処理装
置）、後述するプログラムが格納されているＲＯＭ（リ
ードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）、これらを接続するバス、その他一般的な制御回路
を有しており、さらに図示のごときキーボード１４ａや
マウス１４ｂのごとき入力機器、ＣＲＴ１４ｃ、外部メ
モリ１４ｄ等を一般的に備えている。
【００１６】制御基板１３は、超音波診断装置１０とデ
ジタルコンピュータ１４との間の循環バッファの働きを
行うものであり、図３に示すように、超音波診断装置１
０から送られる断層画像データを一時的に格納しておく
画像メモリ１３ａを備えている。この画像メモリ１３ａ
は、一般的なＲＡＭで構成可能であり、本実施例では１
００画像分の断層画像データが格納できる容量を有して
いる。この容量を越えるデータが入力された場合にも、
先頭の記憶データ上に順次オーバーライトされ最新画像
データのポインタで示されるように構成されている。
【００１７】画像メモリ１３ａの前後には入出力制御装
置１３ｂ及び１３ｃがそれぞれ接続されている。入出力
制御装置１３ｃには、図２に示す体表温度分布データを
測定するサーモ体表観察装置１５及びモアレ縞分布観察
装置１６が接続されており、所定モード時には各装置か
らのデータをコンピュータ１４に取り込むように構成さ
れている。
【００１８】次に本実施例の動作をデジタルコンピュー
タ１４のフローチャートに基づいて説明する。図４は、
超音波断層画像データの取り込み動作制御プログラムを
説明するフローチャートである。
【００１９】キーボード１４ａやマウス１４ｂによっ
て、操作者が超音波断層画像データの取り込みを指示す
ると、まずステップＳ１において、超音波診断装置１０
へ起動信号が出力される。次のステップＳ２では、取り
込み動作が所定時間遅延される。これは、取り込み指示
からプローブ１１の移動開始までの時間的遅れを吸収す
るためである。
【００２０】操作者又は図示しない自動送り装置がプロ
ーブ１１を人体１２の層表面を所定の軸に沿って一定速
度で移動させている間にステップＳ３及びステップＳ４
の処理が実行される。ステップＳ３では、従来と同様の
超音波診断が行われて１画面分の、即ち１つの断面につ
いての、超音波断層画像データが取り込まれ、制御基板
１３の画像メモリ１３ａ内に格納される。ステップＳ４
では、あらかじめ指定した分だけ画像を取り込んだかど
うか判別する。この判別は、実際に取り込んだ画像数が
指定数となったかどうか判定してもよいし、又は起動し
てから所定時間経過したかどうか判定することによって
もよい。後者の方が処理内容を簡易化できる。指定画像
分の取り込みが終了してない場合は、ステップＳ３へ戻
り、終了した場合はステップＳ５へ進む。
【００２１】ステップＳ５では、超音波診断装置１０へ
停止信号が出力される。この時点で、画像メモリ１３ａ
内には指定数の断面に関する超音波断層画像データが格
納されている。即ち、図５に示すように、画像メモリ１
３ａ内には人体１２の互いにこ行なｎ個の断面Ｄ1 〜Ｄ
n についての断層画像データが各断層毎に蓄積されるこ
とになる。
【００２２】図１は、画像表示動作制御プログラムを説
明するフローチャートである。
【００２３】キーボード１４ａやマウス１４ｂによっ
て、操作者が画像表示を指示すると、ステップＳ１１に
おいて画像表示処理動作を開始する。次いでステップＳ
１２において、制御基板１３の画像メモリ１３ａに格納
されている超音波断層画像データをコンピュータ１４の
ＲＡＭへ１画像分（１断面分）だけ取り込む。
【００２４】次のステップＳ１３では、この取り込んだ
超音波断層画像データについて低レベルのエコー部分を
カットする処理を行う。この処理は、プローブ１１と皮
膚表面との間で生じるノイズを除去するために行われる
ものであり、そのより詳しい内容が図６に示されてい
る。
【００２５】図７は、以下の説明を理解するために、１
つの断面の画像とその超音波断層画像データとの対応関
係を示す図である。同図に示すように、１断面分の超音
波断層画像データが、超音波線形走査方向（Ｘ軸）と超
音波進行方向（Ｚ軸）とのマトリクス配列された多数の
画素データＰXZで構成されているとする。
【００２６】図６のステップＳ１３１において、コンピ
ュータ１４のＲＡＭ内の超音波断層画像データの先頭ア
ドレスにポインタを合わせ、その画素データＰ00を読み
出す。各画素データＰXZはエコーレベルに応じた０〜２
５５の階調値で表されおり、次のステップＳ１３２では
読み出した画素データＰ00が階調値５０以下であるかど
うか判別する。画素データが階調値５０以下の場合の
み、次のステップＳ１３３においてその画素データＰ00
の階調値を０としコンピュータ１４のＲＡＭに再格納す
る。次のステップＳ１３４ではＺ軸方向（超音波進行方
向、図７を参照のこと）の次の行の画素データＰ01に対
応する位置にアドレスを歩進させる。次のステップＳ１
３５ではＺ軸方向の全ての画素データＰ01、Ｐ02、
Ｐ03、・・、Ｐ 0mについて以上の処理が終了したかどう
か判別し、終了してない場合はステップＳ１３１に戻っ
てこれら画素データについて同様の処理を行う。終了し
た場合は次のステップＳ１３６においてＸ軸方向（超音
波線形走査方向、図７を参照のこと）の次の列の先頭行
の画素データＰ01に対応する位置にアドレスを歩進させ
る。次のステップＳ１３７ではＸ軸方向についても最後
の列の画素データＰn0、Ｐn1、・・、Ｐnmまで処理が終
了したかどうか判別し、終了してない場合はステップＳ
１３１に戻って同様の処理を繰り返して行う。終了した
場合は図１のステップＳ１４へ進む。
【００２７】ステップＳ１４では、皮膚表面の座標値の
検出を行う。この処理は、超音波断層画像データを超音
波の進行方向に順次チェックして隣接する画素データ間
の階調差が０ではなくなった位置を皮膚表面として検出
するものであり、そのより詳しい内容が図８に示されて
いる。
【００２８】図８のステップＳ１４１において、ステッ
プＳ１３の処理が実施された後のコンピュータ１４のＲ
ＡＭ内の超音波断層画像データが格納されている先頭ア
ドレスにポインタを合わせ、その画素データＰ00を読み
出す。次のステップＳ１４２では前の画素データとの階
調値の差が０であるかどうか判別する。階調値の差が０
でなくなった場合のみ、この位置が皮膚表面であると判
断して次のステップＳ１４３においてその画素データの
座標値をコンピュータ１４のＲＡＭに格納する。階調値
の差が０である場合はステップＳ１４４へ進み、Ｚ軸方
向（超音波進行方向、図７を参照のこと）の次の行の画
素データＰ01に対応する位置にアドレスを歩進させる。
次のステップＳ１４５ではＺ軸方向の全ての画素データ
Ｐ01、Ｐ02、Ｐ03、・・、Ｐ0mについて以上の処理が終
了したかどうか判別し、終了してない場合はステップＳ
１４１に戻ってこれら画素データについて同様の処理を
行う。終了した場合及び階調値の差が０でなくなりステ
ップＳ１４３の処理を実行した場合は次のステップＳ１
４６においてＸ軸方向（超音波線形走査方向、図７を参
照のこと）の次の列の先頭行の画素データＰ01に対応す
る位置にアドレスを歩進させる。次のステップＳ１４７
ではＸ軸方向についても最後の列の画素データＰn0、Ｐ
n1、・・、Ｐnmまで処理が終了したかどうか判別し、終
了してない場合はステップＳ１３１に戻って同様の処理
を繰り返して行う。終了した場合は図１のステップＳ１
５へ進む。
【００２９】以上の処理によりＲＡＭ内には、この超音
波断層画像データにおける皮膚表面２０（図７参照）の
座標データが蓄積されることとなる。即ち、プローブ１
１と人体の層表面との間には水を詰めた水袋又はゼリー
状の油のみでありプローブ１１から発射された超音波ビ
ームが音響インピーダンスの違いにより最初に反射する
のは、その皮膚表面であるとみなされるので、階調値の
差が０であるかどうか判別することによって皮膚表面の
位置が分かるのである。
【００３０】図１のステップＳ１５では、指定画像分に
ついて以上のステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が全て終了
したかどうか判別する。終了していない場合はステップ
Ｓ１２へ戻って同様の処理を繰り返して行う。終了した
場合はステップＳ１６へ進む。
【００３１】ステップＳ１６では、皮膚表面の座標デー
タを座標変換し各断面毎の３次元の線座標データを形成
すると共にこれをＣＲＴ１４ｃ上に表示する。ステップ
Ｓ１６のより詳しい内容が図９に示されている。
【００３２】図９のステップＳ１６１において、コンピ
ュータ１４のＲＡＭ内のポインタによって指定された１
つの断面における皮膚表面の座標データ（２次元表示さ
れた１本の線のデータ）を読み出す。次いでステップＳ
１６２において、その座標値に座標変換及び透視変換を
施して３次元の線座標データとし、ＣＲＴ１４ｃ上に１
本の線として３次元表示する。次のステップＳ１６３に
おいては、ポインタを次の断面における皮膚表面座標デ
ータに移動する。ステップＳ１６４では、指定画像分の
全ての断面について上述のステップＳ１６１〜Ｓ１６３
の処理が終了したかどうか判別する。終了していない場
合はステップＳ１６１へ戻って同様の処理を繰り返して
行う。終了した場合は図１のステップＳ１７へ進む。
【００３３】以上の処理によりコンピュータのＣＲＴ１
４ｃ上には、図１０に示すごとく、皮膚表面についての
３次元画像３１が各断面毎に１つの曲線で表示されるこ
ととなる。
【００３４】図１のステップＳ１７では、指定された断
面についての断層画像３２がコンピュータ１４のＲＡＭ
内に格納されている超音波断層画像データを用いて、皮
膚表面の３次元画像３１と同一の画面３０内に表示され
る。本実施例においては、超音波診断装置１０が最初に
取り込んだ断面に関する断層画像が最初に表示されるよ
うに設定されている。この断面は皮膚表面の３次元画像
３１の最前部の曲線３１ａに対応している。操作者が画
面３０上のアイコン３３をキーボード１４ａやマウス１
４ｂで操作することにより、他の断面に関する断層画像
を順次読み出して表示できるように構成されている。
【００３５】次のステップＳ１８では、皮膚表面の３次
元画像３１のうち、指定された断面に関する曲線を他の
曲線に対して識別可能な表示とし、皮膚表面の３次元画
像と断層画像との対応関係が一目で分かるようにする。
識別可能な表示としては、例えば、（１）その曲線の表
示色を他の曲線と異なる色とする、（２）その曲線を点
滅させる、（３）その曲線の線種又は太さを他の曲線と
異らせる等がある。
【００３６】本実施例の以上述べた構成によれば、所望
の断面に関する断層画像の隣にその皮膚表面の３次元画
像が表示され、しかも皮膚表面ののどの位置の断層画像
かが明示されるので、両者の関係が具体的（客観的）に
把握でき、特別の経験がなくとも人体組織、例えば軟部
組織の腱、筋結合組織等の損傷変化の解析を容易に行う
ことができる。このため、打撲、捻挫等、外部からは診
断できないもの及びＸ線撮像でも診断が難しいものにつ
いて、特別の経験がないものでも把握することができ
る。しかも操作が簡単であり、容易に骨、腱、筋肉組織
について観察することができる。また、Ｘ線のごとく危
険性もなく、操作に法的な制限がないのでだれでも簡便
に使用することができる。さらに、ＣＴスキャン装置等
に比してはるかに安価に製造することができる。
【００３７】本実施例の装置は、以上述べた基本機能の
他に、（１）断層画像を階調値別に異なる色で表示して
体内の損傷変化を明瞭に表示する、（２）断層画像をそ
の組織別に異なる色で表示し、かつ階調値別に異なる輝
度で表示して体内の損傷変化を明瞭に表示する、（３）
検査対象の種類に応じて複数の超音波周波数で弁別して
得た断層画像を合成した断層画像として表示する機能を
付加してもよい。
【００３８】また、体表に近い位置にある骨、腱、筋肉
組織については個体差が少なく相似関係にあることがほ
とんどであるため、これら組織に関する標準画像を上述
の断層画像と同時表示するようにして、実際の超音波断
層画像と比較することにより、解析を容易にすることも
可能である。
【００３９】サーモ体表観察装置１５から得られた体表
温度分布を断層画像と同時表示すれば、腱、筋結合組織
等の損傷変化は超音波断層画像で、その炎症状態は体表
温度分布で１つの画面から同時に把握することができ
る。
【００４０】モアレ縞分布観察装置１６から得られた筋
組織の緊張変化等に関する画像を断層画像と同時表示す
れば、障害によって生ずる組織の緊張と皮膚の緊張変化
のモアレ表示が同時に把握できるので、従来観察不可能
であった軟部組織の損傷変化をも体の内外から捕えるこ
とができる。
【００４１】
【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、生体組織の互いに平行な複数の断面について超音波
断層画像データをそれぞれ形成可能な超音波断層画像検
出手段と、この超音波断層画像検出手段を用いて形成し
た断層画像データを各断面毎に記録する記憶手段と、こ
の記憶手段に記録されている断層画像データから生体組
織の各断面における層表面位置を検出し層表面座標デー
タをそれぞれ形成する層表面位置検出手段と、層表面位
置検出手段の形成した各断面における層表面座標データ
を座標変換し各断面毎の３次元の線座標データを形成す
る変換手段と、変換手段が形成した線座標データにより
生体組織の各断面における層表面位置を各断面毎に１つ
の線で表した３次元画像と所望の断面に関する断層画像
とを同一の画面上に表示する表示手段とを備えている。
このように、所望の断面に関する断層画像の隣にその生
体組織の層表面の３次元画像が表示されるので、その断
層画像の生体組織に関する関係が直感的に把握でき、特
別の経験がなくとも生体組織の解析を容易に行うことが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像表示動作制御プログラムを説明するフロー
チャートである。
【図２】本発明の生体組織多次元可視装置の一実施例の
構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図２の制御基板の構成を概略的に示すブロック
図である。
【図４】超音波断層画像データの取り込み動作制御プロ
グラムを説明するフローチャートである。
【図５】人体とその断層画像との関係を説明する図であ
る。
【図６】図１の低レベルエコーカット処理の内容を説明
するフローチャートである。
【図７】１つの断面例における画像とその超音波断層画
像データとの対応関係を示す図である。
【図８】図１の皮膚表面位置の検出処理の内容を説明す
るフローチャートである。
【図９】図１の皮膚表面の座標データを座標変換し各断
面毎の３次元の線座標データを形成する処理の内容を説
明するフローチャートである。
【図１０】図１の画像表示動作制御プログラムによって
表示される画面例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 超音波診断装置 １０ａ 発振器 １０ｂ 送信アンプ １０ｃ 受信アンプ １０ｄ 表示部 １０ｅ Ａ／Ｄコンバータ １０ｆ コントローラ １１ プローブ １２ 人体 １２ａ 検査対象 １３ 制御基板 １３ａ 画像メモリ １３ｂ、１３ｃ 入出力制御装置 １４ デジタルコンピュータ １４ａ キーボード １４ｂ マウス １４ｃ ＣＲＴ １４ｄ 外部メモリ

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 生体組織の互いに平行な複数の断面につ
    いて超音波断層画像データをそれぞれ形成可能な超音波
    断層画像検出手段と、該超音波断層画像検出手段を用い
    て形成した断層画像データを各断面毎に記録する記憶手
    段と、該記憶手段に記録されている断層画像データから
    前記生体組織の各断面における層表面位置を検出し層表
    面座標データをそれぞれ形成する層表面位置検出手段
    と、該層表面位置検出手段の形成した各断面における層
    表面座標データを座標変換し各断面毎の３次元の線座標
    データを形成する変換手段と、該変換手段が形成した線
    座標データにより生体組織の各断面における層表面位置
    を各断面毎に１つの線で表した３次元画像と所望の断面
    に関する断層画像とを同一の画面上に表示する表示手段
    とを備えたことを特徴とする生体組織多次元可視装置。
  2. 【請求項２】 前記表示手段は、表示されている断層画
    像に対応する断面における層表面位置を表す前記線を識
    別できるように表示するものであることを特徴とする請
    求項１に記載の生体組織多次元可視装置。
  3. 【請求項３】 前記表示手段は、表示されている断層画
    像に対応する断面における層表面位置を表す前記線を他
    の線と異なる色で表示するものであることを特徴とする
    請求項２に記載の生体組織多次元可視装置。
  4. 【請求項４】 前記表示手段は、表示されている断層画
    像に対応する断面における層表面位置を表す前記線を点
    滅により表示するものであることを特徴とする請求項２
    に記載の生体組織多次元可視装置。
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