JP3370690B2 - 超音波撮像システム - Google Patents

超音波撮像システム

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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、対象の連続的画像面か
らの超音波画像、たとえば平行な画像面からの空間的に
連続する一連の画像の読取と表示に関する。この発明の
１つの応用は、３次元的効果を与える２次元的画像情報
の提示である。
【０００２】
【従来の技術】２次元画像は、伝統的に、対象の平面領
域における連続的に方向づけられた個々の線の集合であ
る。その理由は、音情報を発信(発信)し受信する超音波
ヘッドが一時に１つの線または１つのベクトルに沿って
「見る」ように設計されているからである。超音波スキ
ャンヘッドは、与えられた方向からある深さにわたる情
報を集め、次に、スキャンヘッド変換器の機械的または
電気的操作によって、画像面におけるそのような一連の
ベクトルもしくは方向に沿って「見る」。走査コンバー
タは、これらの全画像線のデータを、適当な平面方向に
記憶し、並べる。それは従来、平行または放射状であ
る。全線の集合は、表示のために走査される面における
対象の２次元画像の基礎となる。そのような従来の２次
元超音波画像は、２方向の画像情報を表示する。各ベク
トルすなわち各線の長さ方向は、走査される対象すなわ
ち患者の中への深さ方向である。線から線への第２の方
向は、走査表面にほぼ平行な横方向である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】３次元表現における従
来の技術において一連の超音波画像を読み取るとき、他
の画像面に対する、各画像面の位置を知ることがしばし
ば役に立ち、また必要となる。そのような位置情報は、
たとえば、適当に重み付け処理された結合面を与えるこ
とを可能とし、画像化される対象中での３次元的面の画
像再構成を可能にするために必要とされる。そのような
位置情報を得るための従来の試みは、例えば従来のＢア
ームスキャナの連結アームのように、わずらわしく、ま
た、従来の携帯式走査ヘッドと組み合わせて使用するの
には制約があった。たとえば、従来の１つの技法では、
スパークギャップによりスキャンヘッドから連続的に鋭
い音を発生させた。この音は、スキャンヘッドの回りに
位置する多数の音検知器によって検知され、位置を３角
法で決定していた。従って、スキャンヘッドを使用する
臨床医の活動の容易さを妨げることなく、スキャンヘッ
ドの画像面に関する位置情報が得られることが望まし
い。
【０００４】本発明は、これらの短所と困難を避けるた
めになされ、その目的は、スキャンヘッドの容易な使用
を妨げることなく、スキャンヘッドの画像面に関する位
置情報を与える超音波撮像システムを提供することであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
第１の超音波撮像システムは、空間位置が特定された面
画像を与える手段を備えた、面画像情報を与える超音波
撮像システムにおいて、対象の面を超音波走査する手段
を備えるスキャンヘッドと、上記面の空間位置を決定す
る位置決定手段とを備え、上記位置決定手段は、上記ス
キャンヘッドに取り付けられ、上記スキャンヘッドの移
動を検知する加速度計手段と、この加速度計手段により
得られた加速度信号を処理する信号処理手段とを備える
ことを特徴とする。本発明によれば、一連の通常の２次
元画像は、第２方向において通常の１画像面から次の１
画像面へ読み取られ表示される。第２の横方向での連続
的順序での２次元画像を表示すると、画像情報の実質的
３次元表示となる。このような実際的表示は、たとえば
一連の画像を迅速に連続して表示することにより行え
る。画像の表示は、一連の画像を連続的に表示してもよ
いし、最初から最後までに、また最後から最初に戻って
循環的に表示してもよい。本発明では、スキャンヘッド
の画像面に関する位置情報は、多数の加速度計をスキャ
ンヘッドの１部に付加することにより得られる。これら
の加速度計は、スキャンへツドが移動するとき、あらか
じめ決められた軸に沿っての加速度を表す電気信号を発
生する。これらの加速度値を積分することにより、スキ
ャンヘッドの相対的座標が、３次元空間において決定さ
れ、次いでスキャンヘッドから延長する画像面の方向へ
の変位が決定される。
【０００６】本発明に係る第２の超音波撮像システムに
おいては、空間的に同定される面画像を与える手段を備
え、面画像情報を与える超音波撮像システムにおいて、
対象の面を超音波で走査する手段を備えるスキャンヘッ
ドと、上記面の空間位置を決定する位置決定手段とを備
え、上記位置決定手段は、磁界発生器と、上記スキャン
ヘッドに取り付けられ、発生された磁界に対する上記ス
キャンヘッドの位置を検知する受信器と、この受信器に
より得られた位置情報信号を処理する信号処理手段とを
備えることを特徴とする。本発明では、スキャンヘッド
の画像面の付近の位置情報は、３次元ＤＣ磁界のなかで
スキャンヘッドを操作することにより得られる。ＤＣ磁
界における各方向がスキャンヘッドの回りで発生される
ので、磁束は、スキャンヘッドの１部であるフラックス
ゲート磁力計の中に生じる。これにより各磁力計は、磁
力計の対応する磁界方向との関係に対し機能的に関連づ
けられた電気信号を表示し、この関連づけ情報は、スキ
ャンヘッドの画像面の相対的位置と方向を表す信号を得
るために用いられる。
【０００７】本発明に係る第３の超音波撮像システム
は、空間的に同定される面画像を与える手段を備え、面
画像情報を与える超音波撮像システムにおいて、対象の
面を超音波走査する手段を備えるスキャンヘッドと、こ
のスキャンヘッドに結合され、上記面の空間位置を決定
する位置決定手段と、上記スキャンヘッドと位置決定手
段とに結合され、相互に方向が関連づけられた投影にお
いて基準面情報とリアルタイム画像面情報を表示する表
示手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、超
音波画像表示は、一連の読取を方向づける基準画像を与
える。スクリーンに表された基準画像と共に、得られた
一連の画像の相対的方向が、透視図的方向付けで得られ
た画像の輪郭と、得られた各画像と基準画像が交わる場
合には、その交差する線を表示することにより示され
る。そのような表示技法は、走査される対象に対する読
取画像の空間的関係を、使用者が理解するのに有効であ
ることが分かっている。
【０００８】
【実施例】以下、添付の図面を用いて、本発明に係る実
施例について説明する。
【０００９】図１に、超音波画像情報を取得し、３次元
画像方式の画像情報を提供するシステムを示す。線形ア
レースキャンヘッド１０は、超音波エネルギーのパルス
を発信し、画像化される対象から返送されたエコーを受
信する。返送されたエコーは、スキャンヘッド内の変換
器アレーにより電気信号に変換され、ビーム生成回路１
２に入力され、電気信号を結合させて超音波画像情報の
コヒーレントベクトルを形成する。ベクトル情報は、ス
キャン変換器とメモリ１４に入力され、ディスプレイ４
０上に表示される２次元画像情報のアレーを形成する。
対象が走査され、リアルタイム画像がディスプレイ上に
表示されるので、静止ボタン１６を押下することによ
り、特定の画像を静止画像とすることが可能である。使
用者が、静止画像を記憶したいと欲した場合には格納ボ
タン２２を押下することで、表示画像が画像メモリ２０
に格納される。
【００１０】このようにして多数の画像が観察され、画
像メモリ２０内に格納された後、画像メモリにより映像
ループフレーム格納装置３０に格納された、一連の画像
を読み込むためのロードボタン３６を押下することによ
り、該画像のシーケンスを再観察することができる。映
像ループフレーム格納装置は、１６０枚の画像フレーム
を格納できるだけの容量をもち、指定の順に読み込まれ
た画像を保存する。シーケンス制御回路３４を調整する
ことにより、使用者は、一連の画像をどのように画面に
表示するか、即ち、最初の画像から最後の画像までを繰
り返して表示するのか、最後の画像から最初の画像まで
を繰り返して表示するのか、もしくは最初の画像から最
後の画像までを順次、次に最後の画像から最初の画像に
戻って順次表示するのかを決定する。速度制御回路３２
は、低速から高速まで、使用者にフレームが表示される
速度を決めることを可能にする。映像ループフレーム格
納装置はこのように、格納された画像をディスプレイ４
０上での再観察のために所望の順に再現する。
【００１１】このようにして実施される走査技術の一例
として、超音波発信媒体の考察の前に、中空ボールの走
査を考察する。中空ボールは、最初にボールに隣接した
平面を走査するように位置決めされたスキャンヘッドに
より走査される。次いでスキャンヘッドは、１ｍｍの増
分でこの平面の垂直方向に動かされる。各増分位置にお
いて、走査平面画像はディスプレイ４０上で静止画像と
され、画像メモリ２０に格納される。最初の画像、即ち
ボールの端をちょうど横切り始める走査画面が、図２の
フレームＦ１に示されている。スキャンヘッドの次の増
分位置では、フレームＦ２に示される断面画像が得ら
れ、格納される。スキャンヘッドと走査平面の、続く増
分位置で、図２のフレームＦ３及びフレームＦ４により
示されるボールのさらなる"スライス"が形成される。
【００１２】この走査と画像取得処理は、ボールの反対
側を走査平面が通過するまで続けられる。このようにし
て画像メモリ内に読取られ、格納された一連の２次元画
像は、図３に示されるようにフレームＦ１から始まり最
後のフレームＦnまで続く。この一連の画像は、映像ル
ープフレーム格納装置３０に読み込まれる。表示シーケ
ンス３４及び速度３２の調整は、希望の表示速度とシー
ケンスに設定され、一連の画像は、ディスプレイ４０上
で再現される。これら平行に並べられた画像がディスプ
レイ上に再現されるとき、観察者は中空ボールの３次元
画像を見る。
【００１３】本発明における画像シーケンスの３次元表
示は、フレームの画像情報に重み付けをすることで、よ
り強調することができる。好ましい重み付け技術は、前
面のフレーム、即ち観察者に近接した画像スライスに、
後方のフレームよりもより大きな重みを与えることであ
る。これは、３次元対象物の近接領域を遠隔領域の画像
フレームよりもより強く表示するものである。なお、こ
こで上記近接領域、遠隔領域とは、画像シーケンスの方
向に関する。対象物の前面から後方への重み付け処理
は、要求される効果に応じて線形的にあるいは指数関数
的に行われる。
【００１４】重み付けされたフレームは、幾つかの異な
る方法で観察することができる。一つの方法は、急速に
連続して重み付けされたフレームを表示するものであ
る。これは、米国特許第４,２９７,００９号に記載され
る"スイム・スルー(swim through)"モードもしくは、"
スイム・バック・アンド・フォース(swim back and for
th)"モードのシーケンスを提供する。第２の方法は、重
み付けされたフレームを単一の合成フレームに積み重
ね、あるいは重ね合わせるものである。３番目の方法
は、重み付けされた複数のフレームの対応する画素毎の
加算処理を施し、次いでシーケンスの画像の数により加
算結果を割るものである。２番目の技術の効果的な実施
は、最後のフレームに重み付けすることであり、図３に
示されるフレームＦnには４０％の重みを、その隣のフ
レームＦn-１には６０％の重み付けを施す。２つの重み
付けのなされたフレームは結合され、１つの合成フレー
ムになり、上記合成フレームの４０％は、最も離れたフ
レームが寄与し、上記合成フレームの６０％は、最も離
れたフレームに隣接するフレームが寄与する。この合成
フレームは、次いで４０％の重み付けがなされ、その隣
のフレームＦn-２には、６０％の重み付けがなされる。
重み付けがなされた合成フレーム及び重み付けのなされ
たフレームＦn-２は結合され、新しい合成フレームを形
成する。この重み付け及び結合処理が続けられ、最も近
いフレームＦ1を処理し、遠くの領域よりも大きく重み
付けされた近接領域で、最後の合成フレームを生じる。
重み付け処理は、希望により線形又は非線形で実行さ
れ、例えば各フレーム及び合成フレームに対して５０％
一定の重み付けは、実質的に線形の重み付け処理を生じ
ると認識される。５％の画像情報の正味重み付けが、合
成画像に対して識別可能な影響を与えないことが分かっ
ている。このため、遠隔領域フレームの１／３までを消
去し、次いで遠隔領域から近接領域まで残り２／３のフ
レームを順次重み付けすることにより、効果的な画像表
示を形成することができる。
【００１５】超音波画像平面の位置情報を提供するため
に、多数の機構が考案され、提案されている。例えば、
ジョイントにポテンショメータ分解器を備える関節Ｂ−
アームの終端に接続された線形アレー変換器を備える周
知のＢ−アーム走査システムは、実質的に平行な一連の
画像フレームを得るために用いることができる。しか
し、一連の画像は、３次元効果を提供するために平行で
ある必要はない。例えば、スキャンヘッドは、継続的な
角度の増加で画像のシーケンスを得るために揺り動かし
てもよく、もしくはスキャンヘッドは、共通軸を通過す
る画像平面のシーケンスを得るために面のほぼ中央で回
転してもよい。
【００１６】しかしＢ−アーム機構は、かなり大きく、
しばしば扱いにくく、現在の手に持てるスキャンヘッド
の携帯性及び使用容易性を欠く。従って、携帯スキャン
ヘッド内に位置決定手段を用意することが望ましい。既
知の位置増分で画像シーケンスを得るためのそのような
好ましい機器の１つが図４〜図６に示されている。図４
に示されるバー７０は、図５に示されるスキャンヘッド
１０'の水平軸７０'などの、スキャンヘッドの中心軸を
示している。スキャンヘッドケース２４内に位置し、図
４に示される加速ベクトル矢印１〜６により表示される
ように方向付けされているのは、６つの加速度計であ
る。好ましい加速度計はアクセスセンサＳＡ製のＡＭＤ
−ＣＫ／ＯＡ２である。これらの加速度計は非常に小さ
な加速力、即ち１ミリ重力加速度(ｍＧ)までを分析する
事が可能である。図４に示される位置のこれら６つの加
速度計、即ち軸に平行な加速度計５、加速度計５と、そ
して互いに垂直な加速度計４と６、軸のもう一方の終端
で加速度計４と６に対して平行な加速度計２と３、そし
て加速度計４と離れ、かつ平行な加速度計１は、直交座
標Ｘ，Ｙ，Ｚの変化、もしくは、ロール,ピッチもしく
はヨーの回転変化によりスキャンヘッド１０'の方向の
いかなる変化をも解析する。６つのスキャンヘッド加速
度計により作成される加速度信号は、スキャンヘッドケ
ーブル７２により図１に示されるシステム処理装置内の
増分計算器８０に入力される。
【００１７】スキャンヘッドの構造中、軸７０'は、ア
ルミニウム立方体７０ａ,７０ｂなど２つの硬質体の中
央を通過する。アルミニウム立方体は、スキャンヘッド
ケース２４内部に配設される。スキャンヘッド底部７４
は、音響窓７６を介して超音波エネルギーを発信し、受
信する超音波変換器を収容する。アルミニウム立方体７
０ａ及び７０ｂの所定の面には、加速度計２’，３’，
４’，５’及び６’が取り付けられており、上記加速度
計は、それぞれ図４の番号を付されたベクトルに応じた
方向の加速度を検知する。取り付けられた加速度計
４’，５’及び６’と共に、アルミニウム立方体７０ｂ
の拡大図を、図６に示す。図６に示されるように、３つ
のベクトル４，５及び６は、立方体の中心で全てが一致
する。個々の加速度計からの（図示されていない）導線
は、スキャンヘッドケーブル７２及び増分計算器８０に
接続する。図５はまた、加速度計１’が、アルミニウム
立方体及びスキャンヘッド内部のそれらの軸７０’から
離されており、離れた加速度計１’は軸７０’について
の回転を感知する配置となっている。
【００１８】スキャンヘッドの位置情報は、以下に示す
ように６つの加速度信号から演算される。加速度計から
の信号は、所定のサンプリング速度で連続的に採取さ
れ、解析される。加速度信号は関連データを提供し、ス
キャンヘッドの位置は使用者により任意に定められるの
で、位置情報のために何か基準が確立されなければなら
ない。これは、スキャンヘッドが静止した時にスキャン
ヘッドの位置を初期化することにより達成される。スキ
ャンヘッドが静止したときに、加速度計が受ける唯一の
加速度は重力である。ゆえに増分計算部は、加速度が一
定値であり、その加速度ベクトルの大きさが重力加速度
(９.８ｍ／ｓｅｃ２)と等しいことを確認することによ
り初期設定のチェックを行う。走査開始の静止位置で、
スキャンヘッドのｘ、ｙ、ｚ直交座標系は、全てのその
後の演算を行うための原点を確定する。
【００１９】スキャンヘッドが一連の超音波画像を得る
ために走査しながら移動するにつれて、各加速度計は加
速度を受け、上記加速度計の表示信号は、連続的な位置
データの作成のために連続的に採取される。表示信号
は、以下の「数１」及至「数６」に示される方法で結合
され、スキャンヘッドの、そしてそれに対応する画像平
面の線形及び角加速度特性を計算する。
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
【数５】
【数６】 ここで、ｘ、ｙ及びｚは、図５及び図６に示される空間
座標系に関して定められる。Ｄ１は、２個のアルミニウ
ム立方体７０ａと７０ｂの中心間距離であり、Ｄ２は、
加速度計１’の中心と立方体７０ｂの中心間距離であ
り、"a"の項は、下付き文字の数字に対応した図５及び
図６の加速度計の加速値を示し、ｇｘ、ｇｙおよびｇｚ
は重力加速度の３つのベクトル成分である。３つの式の
２階微分の表記が示すように、信号採取速度(時間)の関
数である３つの式の２階積分は、走査開始の静止位置に
対する位置の３つの並進特性と回転特性を与える
【００２０】加速度計の位置決定配列を有する図５に示
されるスキャンヘッドは、次の方法で３次元表示のため
の一連の画像フレームを得るのに、図１を参照しつつ用
いられる。使用者は、まず最初に画像化システム上の増
分設定制御回路８２を調整し、シーケンス内の画像を得
る増分を決定する。増分は、例えばスキャンヘッドの直
線移動を１ｍｍ毎に、もしくはスキャンヘッドの回転動
作を１０度毎に、もしくはｎミリ秒毎のように調整す
る。ついで使用者は、スキャンヘッドを走査開始の静止
位置に位置決めする。使用者は、上述したようにシステ
ムに位置の初期設定を施すために初期化ボタン８４を押
下する。増分は、この初期設定位置から開始される。使
用者は、任意にスキャンヘッドを動かして走査を進め
る。スキャンヘッドの移動は、加速度計により検知さ
れ、位置は加速度から求められる。増分計算器８０によ
り決定されたように、所望の位置もしくは時間の増分が
得られるにつれて、格納ボタン２２は自動的にトリガさ
れ、各増分で画像フレームを格納する。データ採取が使
用者により手動で停止されたとき以外は、スキャンヘッ
ドが停止位置に達した時、一連のデータ採取は終了す
る。画像メモリは、所望の増分で得られた画像シーケン
スを保存しており、それらは、所望の３次元表示方式で
表示される
【００２１】一連の既知の位置の増加分で複数の画像を
読み取るための第２の好ましい実施例の装置が図７に示
されている。この装置は、ある電磁界においてスキャン
ヘッド１０の位置を検出することによって動作する。こ
の位置検出の原理を考察するとき、多くのファクタがそ
のようなシステムの使用の複雑さ及び容易さに影響を与
える。例えば高周波三角測量システムもしくは発信時間
又は位相差システムなどの、複数の発信器又は受信器を
必要とするような装置は、ハードウエアが大きく複雑で
あるという理由によって好まれない。また、当該装置
は、病院においてしばしば存在する金属の部材の存在
と、超音波撮像装置の電子素子に比較的影響されないも
のでなければならない。また装置は、ミリメータの大き
さの増加分を解像できるのに十分な精度を有さねばなら
ない。
【００２２】これらのファクタを考察すると、米国特許
４,９４５,３０５号及び４,８４９,６９２号に記載され
たような磁界の位置検出技術が好ましい。そのような装
置は、発生される磁界の分極のために、１個の発信器と
１個の受信器のみを必要とするという利点がある。直流
磁界を使用するので、例えば病院のべッドのフレームな
どの近くの金属部材に誘起される渦電流に対しても、超
音波撮像システムの電子回路に対して、この技術が比較
的影響を受けなくなる。また、そのようなシステムは、
一連の３次元画像の読取のために必要とされる解像度を
有することが可能である。
【００２３】図７を参照すると、超音波撮像システム１
００は、２個のモニタディスプレイ１０２を備えてい
る。撮像システム１００に隣接して、超音波走査のとき
に患者が横たわる病院のベッド１１０が置かれている。
撮像システム１００と病院のベッド１１０の両方は、図
示されるように、使い勝手がよくなるように、両方に付
けられた車輪によって移動可能である。発信器１１２が
病院のベッドのフレームのより低い横木に取り付けら
れ、発信器(発生機)１１２は異なった空間の極性を有す
るパルスバースト磁界を送信(発生)する。病院のベッド
１１０上にスキャンヘッド１０が取り付けられ、当該ス
キャンヘッド１０に複数の磁気計を備えた磁界受信器１
１４が取り付けられる。スキャンヘッド１０と磁界受信
器１１４と発信器１１２からの各ケーブルはともに撮像
装置１００のスキャンヘッド入力ポートに接続され、こ
れによって、当該システムのすべての構成要素の各装置
が共通の制御のもとで動作する。第４のケーブル１１６
は、好ましくは後述するように使用されるが、操作者に
よって操作されるフットペダル(図示せず。)に導かれ
る。パルス磁界発信器と磁界受信器の各装置は、米国バ
ーモント州バーリントンに住所を有するアセンション・
テクノロジー・コーポレーション(Ascension Technolog
y Corporation)から購入することができる。
【００２４】動作中、発信器１１２は、当該発信器１１
２の位置に関して空間的に方向づけられた磁界を送信す
る。その磁界の強度及び方向は、受信器１１４によって
検出される。受信器１１４は、発信器１１２の位置と位
置付けを基準として、受信器１１４の位置付けの同一座
標における並進と回転の特性を記述するディジタル信号
のマトリックスを生成する。ケーブルを介して超音波撮
像システム１００に発信されるこれらの複数の信号は、
次の数式７の形で表される。
【数７】 ここで、Ｒ３×３は回転データの３×３のサブマトリッ
クスであり、Ｔ１×３は１×３のサブマトリックスであ
る。
【００２５】この位置情報は、図７に図示されるように
ディスプレイ１０２の表示を作成するために用いられ、
これは一連の空間的に関連付けられた画像の読取中に、
特に有用であることが判明している。このディスプレイ
の表示を作成するためにユーザは次のように画像処理装
置を操作する。まず始めに、ユーザは患者の人体構造を
調査して、弓状、台形の画像セクタ１２０によって示さ
れるようにディスプレイ１０２上にリアルタイムの複数
の画像を作成する。ある特定の用途においては、セクタ
の形状はスキャンヘッドの特性によって決定され、矩形
状、台形状、又はその他の形状であってもよい。ユーザ
が所望の基準画像面を定めるとき、ユーザはフットペダ
ルを押下し、ディスプレイ上の基準画像１２０を静止さ
せる。一連の空間的に関連した複数の画像の読取りは、
この面を基準にして行われ、この面が好ましくは画像処
理シーケンスの対象となる人体の輪郭又は他の身体にお
ける目印となる。
【００２６】ディスプレイ上で静止させた基準面の画像
を用いて、ユーザは、スキャンヘッドを操作して一連の
画像が読み取られる開始位置に位置させる。スキャンヘ
ッド１０が操作されると、ディスプレイは、上記基準画
像面に対する画像セクタの方向を伝達する透視図中の表
示上に画像セクタの輪郭を表示する。加えて、ディスプ
レイは、画像セクタ１２２の面と基準画像１２０の面と
が交差しているならば、その交差しているライン１２４
を表示する。このように、ユーザがスキャンヘッド１０
を操作するとき、ディスプレイは、一連の空間的に関連
付けられた複数の画像が読み取られるにつれて、上記基
準に対する画像セクタ１２２の関係を連続的に表示す
る。
【００２７】典型的なデータ取得走査は、基準画像に対
して約９０゜の角度に、そして当該画像の左側に上記画
像セクタを方向づけし、次いでスキャンヘッドを該９０
゜の方向づけを保持しながら左側から右側に掃引する。
スキャンヘッド１０が掃引するにつれて、連続的に読み
取られた複数の画像と、それらと関連する位置情報は、
映像ループメモリに格納される。ある好ましい操作技術
では、上記映像ループメモリを連続的に動作させ、次い
で当該画像取得が完了したときに上記映像ループメモリ
の動作を停止させることである。次いで、上記映像ルー
プメモリは当該一連の最後のｎ個の複数の画像を保持す
る。ここで、ｎは映像ループメモリの容量によって決定
される。好ましくは、画像と位置情報は、“タグが付け
られた”フォーマットで格納され、ここで、画像データ
の各ブロックには、位置情報を格納するデータタグが付
属する。次いで、位置情報を有する一連の画像は、続い
て行われる処理、解析又は３次元表示のために適宜利用
される。
【００２８】リアルタイム画像セクタの輪郭１２２は、
次のようにして連続的に計算され、表示される。リアル
タイムセクタのある点について、当該セクタの点が、基
準画像面と共に、適当な透視図法となるよう表示される
ディスプレイ上の対応する点が存在する。特に、表示さ
れる複数のリアルタイムセクタの点は、当該セクタの輪
郭を描く、複数の最大深さの位置(弓状部)と上記画像セ
クタの複数の側面として予め定められた点である。任意
のセクタの輪郭点をディスプレイ上の一点に変換するた
めに、多くの座標システムの変換が必要とされる。まず
始めに、図７に示すようにスキャンヘッド１０の前面に
空間的に置かれたセクタの輪郭１２２が、スキャンヘッ
ドに取り付けられた受信器１１４に対して一定の関係を
有することについて考える。第１の変換が、空間におけ
るセクタ座標の受信器の座標システムへの変換のために
必要である。次いで受信器１１４の座標から、発信器１
１２の座標への変換が必要となり、空間の原点を提供す
る。そして、発信器１１２から、基準画像の読取後に変
化しない上記基準画像が読取られたときの受信器１１４
の座標への変換が必要となる。そして、これらの受信器
の座標からスキャンヘッド前面の基準画像セクタへの変
化しない変換が必要となる。最後に、上記基準画像のセ
クタからディスプレイ上の画素への変化しない変換が必
要となる。
【００２９】また、これらの変換を、多くの変換マトリ
ックスによって数学的に記述することができる。その１
つは、セクタの輪郭上の任意の点ｘの座標を、スキャン
ヘッド上の受信器１１４の座標に変換するマトリックス
ＭＤである。第２の変換マトリックスＭは、受信器１１
４の座標を発信器１１２の位置によって定義される絶対
空間座標に変換する。第３の変換マトリックスは、セク
タの座標をディスプレイ１０２上の画素位置に変換する
マトリックスＭＳである。最後のマトリックスＭＯはフ
ットペダルが押下されたときに定義され、基準面が決定
されかつ表示されたときの受信器１１４の座標を表すマ
トリックスである。これらの変換マトリックスを用い
て、セクタの輪郭１２２上の各点の表示位置ｘ’が次の
数式８によって計算される。
【数８】
【００３０】基準画像とリアルタイムセクタとの交差ラ
イン１２４は、基準面のｚ座標をｚ＝０と定義すること
によって計算され、ｚ＝０に対するセクタの輪郭上の点
が調査される。リアルタイムセクタの輪郭１２２の弓形
状部分は仮想的な３６０゜の全円を形成するように延長
され、ｚ＝０が位置する当該仮想円上の第２の点の位置
が定められる。次いでライン１２４は、セクタの輪郭１
２２の境界内の平面の交差のこれら２つの点を連結する
ことによって形成される。
【００３１】リアルタイムセクタの輪郭に対する深さの
視覚化をさらに高めるために、基準面の前面に位置する
リアルタイムセクタのその部分は、基準面の後方に位置
する部分よりもより強調されて表示される。例えばセク
タ又はその輪郭の前方部分を、画像面の後方に位置する
部分よりもより明るく表示することができる。
【００３２】さらに、当業者は前述の実施例の変形例を
容易に考えることができるであろう。例えば、図８の表
示の反転像を形成させてもよい。すなわち、リアルタイ
ムの画像は、表示面において表示し、基準画像の輪郭の
投影をさらに重ねて表示する。この変形例は、リアルタ
イムセクタの輪郭のみならず、その画像情報をも単一表
示中に表示できるので、好ましい。もう１つの変形例
は、表示面に、リアルタイム画像と、基準面とリアルタ
イム画像面の２つの矩形の輪郭の斜めの投影を表示する
ことである。後者のアプローチは、２つの面の幾何学的
関係をより容易に理解できるようにする。上述した前方
と後方のセクタ部分を明るさの差で表示する例に対する
代替例の１つとして、観察者に対する近接度の関数とし
てライン幅を変化させることによって同一の目的を達成
することができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明に係る超音波撮像システムにおい
ては、スキャンヘッドを容易に使用でき、かつ、対象の
３次元的画像を表示することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 空間的に関連付けられた一連の画像を読み取
るために用いられる超音波画像化システムのブロック図
である。
【図２】 中空ボールの空間的に関連する一連の画像の
図である。
【図３】 ３次元的空間表示のための図２の一連の画像
の順序を示す図である。
【図４】 多数の加速度計がスキャンヘッドの位置決め
信号を発生するために配列されているシステムにおけ
る、スキャンヘッド軸を示す図である。
【図５】 位置決定用加速度計を備えるスキャンヘッド
の透視図である。
【図６】 図５のスキャンヘッドの加速度計の取り付け
の詳細を示す図である。
【図７】 磁界中の方向を決定するためのフラックスゲ
ート磁力計を備えたスキャンヘッドにおける一連の空間
的に関連した画像を得るための装置の図である。
【図８】 図７の装置の基準画像とリアルタイム画像の
表示図である。
【符号の説明】
２'〜６' 加速度計、 １０: スキャンヘッド、２０:
画像メモリ、 ４０:ディスプレイ、７０: スキャンヘ
ッドの中心軸、 ８０: 増分計算器、８２:増分制御回
路、１００: 超音波撮像システム、 １１２: 発信器
(発生器)、１１４: 受信器、１２０: 基準画像、１２
２: 画像セクタ、 １２４: 線、Ｆ:フレーム。
フロントページの続き (72)発明者 ラリー・ジェイ・オーガスティーン アメリカ合衆国98021ワシントン州ボセ ル、サード・アベニュー・サウスイース ト23625番 (72)発明者 ロナルド・イー・デイグル アメリカ合衆国98053ワシントン州レッ ドモンド、ノースイースト・シックステ ィセカンド・プレイス22126番 (56)参考文献 特開 昭53−33686（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−135548（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−116342（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−75146（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−143148（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−189835（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−63034（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−68442（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−46147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−161946（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−36851（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−3309（ＪＰ，Ｕ) 米国特許4431007（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) A61B 8/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】空間位置の特定された面画像を与える手段
    を備え、面画像情報を与える超音波撮像システムにおい
    て、 対象の面を超音波で走査する手段を備えるスキャンヘッ
    ドと、 このスキャンヘッドと結合し、上記面の空間位置を決定
    する位置決定手段と、 上記スキャンヘッドと位置決定手段とに接続し、走査開
    始時に特定した基準面の情報と、スキャンヘッド移動中
    のリアルタイム画像情報とを、両者の位置関係に従って
    投影表示する表示手段とを備え、ここに上記位置決定手
    段が上記スキャンヘッドの動きを検知する加速度計手段
    又は磁界位置検出手段からなることを特徴とする超音波
    撮像システム。
  2. 【請求項２】 上記基準面情報が上記表示手段の面に表
    示され、上記リアルタイム画像情報が、それと関係付け
    られて投影されることを特徴とする請求項１に記載され
    た超音波撮像システム。
  3. 【請求項３】 上記面の１つの情報が、上記対象の構造
    に関する情報を含み、上記面のなかの他方の情報が画像
    面の輪郭からなることを特徴とする請求項１または２に
    記載された超音波撮像システム。
  4. 【請求項４】 上記輪郭が深さ方向を表現するように表
    示されることを特徴とする請求項３に記載された超音波
    撮像システム。
  5. 【請求項５】 上記輪郭の輝度または幅が、上記表示に
    おいて深さの関数として変化することを特徴とする請求
    項３または４に記載された超音波撮像システム。
  6. 【請求項６】 上記画像面の輪郭が、さらに、上記２つ
    の面の交差を示す線を含むことを特徴とする請求項３か
    ら５までのいずれか一項に記載された超音波撮像システ
    ム。
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