JP3382675B2 - 超音波画像診断装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波を被検体へ送受
波して得られるエコーデータに基づいて被検体の超音波
画像を表示する超音波画像診断装置に関し、特に３次元
的な超音波エコーデータを取り込み、２次元ディスプレ
イ上に３次元的（立体的）に画像表示する超音波画像診
断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体内の３次元領域へ超音波を送受波し
て被検部位のエコーデータを取り込み、得られた３次元
領域のエコーデータ（以下、３次元データと略記）を基
に生体内の被検部位を３次元表示する超音波診断装置が
近年提案されている。

【０００３】このような３次元表示可能な超音波診断装
置とか一般の医用３次元画像処理装置では、生体内部の
任意の物体（臓器など）を３次元的（立体的）に表示す
るために陰影付け（シェーディング）処理が用いられて
いる。この陰影付け処理には、生体のエコーデータが本
来有する物体情報に基づく階調性（グレースケール）を
保持したままで陰影を付加する方法（ボリュームレンダ
リング法等）や、一定のしきい値によってエコーデータ
の階調を２値化して生体内の物体表面を抽出した後に表
面に陰影を付加する方法（サーフェスモデル法等）など
が広く用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のような観察画像
の３次元表示を行う場合において、ボリュームレンダリ
ング法等を用いる場合には、階調性を有する３次元デー
タを扱うため、データ処理量が膨大になり処理時間が長
くなってしまう問題点があった。また、サーフェスモデ
ル法等を用いる場合には、表面の２値化されたデータの
みを扱うため処理時間は短縮されるものの、エコーデー
タが本来有する物体情報に基づく階調性が失われるた
め、診断上支障をきたす恐れがあった。

【０００５】このような問題点を解決するため、特開平
４−２７９１５６号公報に開示されているように、物体
の表面は濃淡表示して立体的に表現し、断面は階調を持
ったエコー像（Ｂモード像）のままで表示するようにし
た装置が提案されている。しかしながら、この従来の装
置では、断面のエコーデータを抽出するための断面抽出
手段が必要であり、この断面抽出処理に時間がかかり、
また抽出精度を向上させにくいという問題点がある。

【０００６】本発明は、これらの事情に鑑みてなされた
もので、医療診断に必要な生体のエコーデータが本来有
する物体情報に基づく階調性を保持しつつ、短い処理時
間で高精度に生体内部の物体の３次元表示を行うことが
可能な超音波画像診断装置を提供することを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明による超音波画像診断装置は、生体へ超音波
を送受波し、得られた３次元領域の複数の断面画像デー
タを用いて前記生体内の超音波画像を表示する超音波画
像診断装置において、前記３次元領域の複数の断面画像
データを格納する３次元データ記憶手段と、前記複数の
断面画像データに対して表示範囲を決定するために前記
３次元領域での所望の断面位置を設定する断面位置設定
手段と、前記断面位置設定手段により設定された断面位
置データを格納する断面位置記憶手段と、前記複数の断
面画像データを基に目的の物体表面位置を抽出する表面
位置抽出手段と、前記表面位置抽出手段により抽出され
た表面位置データを格納する表面位置記憶手段と、前記
断面位置設定手段により設定された断面位置による３次
元データ表示範囲の複数の断面画像データを所望の視線
方向への２次元投影データに変換する断面投影変換手段
と、前記抽出された表面位置データが示す物体表面画像
データに陰影付け処理を行う陰影付加手段と、前記断面
投影変換手段で投影変換された２次元投影データと、前
記表面位置抽出手段により抽出された前記物体表面位置
に対応する位置に前記陰影付加手段によって陰影付けさ
れて表面画像データとが合成された３次元画像を構築す
る合成手段と、を備え、前記断面位置設定手段と、前記
表面位置抽出手段とがそれぞれ独立に実行されることを
特徴とする。

【０００８】

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１ないし図３は本発明の第１実施例に係り、図
１は超音波画像診断装置の全体構成を示すブロック図、
図２は第１実施例の動作を説明するフローチャート、図
３は超音波画像の画像処理過程を示す作用説明図であ
る。

【００１０】図１に示すように、本実施例の超音波画像
診断装置は、超音波の送受信及びリアルタイムのエコー
画像の表示を行う超音波観測部１と、超音波観測部１で
得られたエコーデータを基に３次元画像表示のための画
像処理を行う画像処理部２とを備えており、超音波を送
受波する超音波探触子（トランスデューサ）を備えた超
音波プローブ３及びこの超音波プローブ３を駆動する駆
動部４が超音波観測部１に接続されて構成されている。

【００１１】超音波観測部１は、駆動部４に対して超音
波を送受信する送受信部５と、送受信部５で取り込まれ
たエコーデータを記憶するフレームメモリ６と、フレー
ムメモリ６に格納された一走査毎のエコーデータを所望
のテレビジョン方式の画像データに変換するデジタルス
キャンコンバータ（ＤＳＣ）７と、ＤＳＣ７の出力のデ
ジタル画像信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバ
ータ８と、Ｄ／Ａコンバータ８の出力画像信号を入力し
てリアルタイムのエコー画像の表示を行うモニタ９と、
駆動部４，送受信部５，フレームメモリ６等の各部の制
御を行うシステムコントローラ１０とを備えて構成され
ている。

【００１２】超音波観測を行う際には、超音波プローブ
３を体腔内へ挿入し、システムコントローラ１０の制御
に基づき送受信部５及び駆動部４によって超音波プロー
ブ３をリニアラジアル方向に駆動して生体内へ超音波を
送受波することによって、体腔内の３次元領域のエコー
データが取り込まれるようになっている。得られたエコ
ーデータは、フレームメモリ６に格納され、ＤＳＣ７，
Ｄ／Ａコンバータ８を経てモニタ９にリアルタイムのエ
コー画像（超音波観察画像）として表示される。また同
時に、ＤＳＣ７の後段からデジタル信号として連続した
複数の２次元画像（体腔断面画像）データの形で画像処
理部２へ送られるようになっている。なおこのとき、２
次元画像データの画像サイズや画像間の距離などの付帯
データも同時に画像処理部２へ送られる。

【００１３】画像処理部２は、画像処理等の制御を行う
ＣＰＵ１１と、各画像処理結果のデータ等を記憶する主
記憶装置１２と、超音波観測部１からの画像データ等を
記憶する３次元データ記憶手段として用いられる画像デ
ータ記憶装置１３と、表面抽出処理，陰影付け処理，表
面合成処理，投影変換処理などの各種演算処理を高速に
行うための演算処理プロセッサ１４と、処理プログラム
やバックアップデータ等の情報を記憶する外部記憶装置
１５と、キーボード等の操作用端末１６と、画像表示領
域の設定等の入力指示を行う断面位置設定手段として用
いられるトラックボール１７と、画像処理後のデータが
一時記憶されるフレームバッファ１８と、フレームバッ
ファ１８の出力のデジタル画像信号をアナログ信号に変
換するＤ／Ａコンバータ１９と、Ｄ／Ａコンバータ１９
の出力画像信号を入力して画像処理後の３次元画像の表
示を行うモニタ２０とを備えて構成されている。画像処
理部２の各部はデータ転送バス２１を介して接続され、
画像データ等の受け渡しが行われるようになっている。

【００１４】画像処理部２へ送られた画像データ及び付
帯データは、画像データ記憶装置１３へ連続した複数の
２次元画像として取り込まれた順に書き込まれる。この
画像データ記憶装置１３へ記憶された画像データ及び付
帯データを基に、演算処理プロセッサ１４によって表面
抽出処理，陰影付け処理，表面合成処理，投影変換処理
などの画像演算処理が行われる。そして、演算結果の画
像データはフレームバッファ１８へ送られて一時記憶さ
れ、Ｄ／Ａコンバータ１９を経てモニタ２０へ送出され
てエコーデータを基にした３次元の超音波観察画像が表
示される。

【００１５】前述の演算処理プロセッサ１４による各種
画像処理の過程はＣＰＵ１１によって制御されるように
なっている。すなわち、ＣＰＵ１１及び演算処理プロセ
ッサ１４は、表面位置抽出手段，３次元表示手段，陰影
付加手段，表面合成手段として機能する。この画像処理
の詳細を図２のフローチャート及び図３の処理過程を示
す作用説明図を参照しながら以下に説明する。

【００１６】図２に示すように、本実施例における画像
処理は、物体表面抽出処理、表示範囲設定処理、画像合
成処理の大きく３つのステップに分かれている。

【００１７】まず、物体表面抽出処理として、ステップ
Ｓ１で、画像データ記憶装置１３に格納されている３次
元領域のエコー画像データ（３次元データ）を付帯デー
タと共に読み出し、ステップＳ２で、図３の３２に示す
ように、連続した２次元画像（体腔断面画像）を操作用
端末１６等で指定した枚数分表示する。

【００１８】次いで、ステップＳ３で、図３の３３に示
すように、体腔断面画像における体腔内の水（または血
液，体液等）の信号を除去して体腔表面位置を抽出す
る。水の信号は、体腔壁面の信号より低い値を持つの
で、適切なしきい値を設定することで水の信号を除去し
て体腔表面の位置を抽出することができる。そして、全
ての２次元画像データにおいて体腔表面位置の抽出を行
った後に、ステップＳ４で、該抽出した体腔表面位置及
び除去した水信号の位置（以下、水信号位置と称する）
を主記憶装置１２等の記憶装置へ書き込む。

【００１９】次に、表示範囲設定処理として、ステップ
Ｓ５で、操作者が注目した目的の２次元画像データを表
示して、図３の３５に示すように、２次元画像上での断
面位置を示す直線３４ａ，３４ｂを操作者がトラックボ
ール１７の指示によって移動させることにより該画像に
垂直な断面の設定（断面位置設定）を行い、３次元表示
範囲を設定する。

【００２０】そして、ステップＳ６で、図３の３６に示
すように、ステップＳ５において設定された３次元表示
範囲にある２次元画像データを連続的な値となるよう補
間した後、操作者が見たい方向の視線角度をトラックボ
ール１７で指定し、この指定に基づき前記視線方向への
２次元投影変換（アフィン変換及び陰面処理）を行うこ
とにより、断面の３次元表示を行う。このとき、表示範
囲の体腔断面のエコー画像の物体情報に基づく階調性を
損なわない程度に陰影付け（グローシェーディングによ
る）を行って立体的に見えるようにする。

【００２１】次いで、ステップＳ７で、ステップＳ３に
おいて抽出された水信号位置データのうちで、ステップ
Ｓ５で設定された３次元表示範囲にある部分のデータの
みを図３の３７Ａに示すように切り出した後、連続的な
値となるよう補間して、ステップＳ６と同様に図３の３
７Ｂに示すように２次元投影変換を行うことにより、図
３の３７Ｃの斜線部のように３次元表示された画像上に
おける水信号位置範囲の座標を抽出し、主記憶装置１２
等の記憶装置へ書き込む。

【００２２】次に、画像合成処理として、ステップＳ８
で、ステップＳ３において抽出された体腔表面データの
うちで、ステップＳ５で設定された３次元表示範囲にあ
る部分のデータのみを図３の３８に示すように切り出し
た後、連続的な値となるように補間する。

【００２３】そして、ステップＳ９で、ステップＳ８に
おいて切り出された体腔表面データをサーフェスモデル
法により３次元モデル化して、ステップＳ６と同様に図
３の３９に示すように体腔表面の２次元投影変換及び陰
影付け（グローシェーディングによる）処理を行う。

【００２４】次いで、ステップＳ１０で、ステップＳ６
で表示された３次元画像に、該画像上におけるステップ
Ｓ７で求めた水信号位置範囲の座標部分へステップＳ９
で陰影付けを行った体腔表面画像の対応する部分を上書
きすることによって、図３の４０に示すように３次元断
面画像と体腔表面画像とを合成して表示する。

【００２５】以上の画像処理によって、エコーデータが
有する物体情報に基づく階調表示を行った体腔断面の３
次元表示画像と、抽出した体腔表面位置にサーフェスモ
デル法を用いることにより３次元表示及び陰影付けした
体腔表面の３次元表示画像とが合成され、目的の３次元
領域の被検部位における３次元超音波観察画像が生成さ
れ、フレームバッファ１８，Ｄ／Ａコンバータ１９を介
してモニタ２０に表示される。

【００２６】このように、本実施例によれば、体腔表面
位置を抽出しサーフェスモデル法を用いることにより３
次元表示及び陰影付け処理を行った体腔表面画像と、エ
コーデータが有する物体情報に基づいた階調表示によっ
て３次元表示を行った体腔断面画像とを合成することに
よって、短い処理時間で、医療診断に必要な生体のエコ
ーデータが本来有する物体情報に基づく階調性を保持し
た高精度な生体内部の物体の３次元表示が可能となる。

【００２７】すなわち、体腔表面についてはサーフェス
モデル法によって表面の２値化されたデータのみを扱っ
て３次元表示を行うようにし、体腔断面においてのみ階
調性を有する３次元データを基に３次元表示を行うよう
にしたため、処理時間を短縮できると共に、エコーデー
タが本来有する物体情報に基づく階調性を失うことなく
良好な３次元表示を行うことができる。

【００２８】また、体腔表面については断面と別に処理
できるため、陰影付けを任意に行って内面をより良好に
表示することによって断面の表示が見にくくなる（例え
ば多層構造の識別性が悪化する）ことを防止できる。さ
らに、断面の陰影付け処理を体腔表面の陰影付けと独立
して行えるため、診断に必要な階調性を保持した良好な
断面像が得られる。

【００２９】また、本実施例では、３次元表示の際にト
ラックボール１７等によって断面（すなわち３次元表示
範囲）の設定を行うのみであり、処理時間を要し抽出精
度に問題がある断面抽出手段を用いることがないため、
短い処理時間で高精度に３次元表示を行うことができ
る。

【００３０】なお、本実施例では体腔内の水信号を除去
して表面を抽出したが、水以外の血液や体液などの場合
でも同様に体腔表面を抽出可能である。

【００３１】また、画像処理のステップＳ６において階
調表示されている断面画像に陰影付けを行ったが、この
陰影付け処理は診断上必要なければ省略しても良い。

【００３２】また、超音波を送受波する手段を体腔内へ
挿入するプローブによって構成したが、これに限らず生
体外部に接触させるプローブを用いても良い。

【００３３】また、図１の装置構成において画像処理部
２へ送られる画像データ等はＤＳＣ７の後段から出力し
ているが、フレームメモリ６の後段からデジタル化され
た音線データの形で出力しても良い。また、主記憶装置
１２と別に画像データ記憶装置１３を設けるようにした
が、これらを同一の記憶装置としても良い。

【００３４】また、図２のフローチャートにおける各ス
テップの処理結果の格納については特に説明しなかった
が、図１における主記憶装置１２，画像データ記憶装置
１３のどちらへ格納するようにしても良い。すなわち、
主記憶装置１２と画像データ記憶装置１３の内において
少なくとも３次元データ記憶手段、断面位置記憶手段、
表面位置記憶手段として機能すれば良い。

【００３５】なお、体腔表面をサーフェスモデル法によ
り３次元モデル化したが、これに限らずソリッドモデル
法などを用いても良い。

【００３６】また、陰影付け処理にグローシェーディン
グを用いたが、フラットシェーディング，フォーンシェ
ーディング，デップスキュー（表示面と垂直方向の深さ
に応じた陰影付け）などを用いても良く、またこれらを
組み合わせても良い。

【００３７】図４は本発明の第２実施例に係る超音波画
像診断装置における超音波画像の画像処理過程を示す作
用説明図である。

【００３８】第２実施例は、第１実施例における画像処
理を一部変更した例であり、図２の表示範囲設定処理に
おけるステップＳ６での断面の３次元表示（図３の３６
に対応）及びステップＳ７での水信号位置範囲の座標抽
出（図３の３７Ｂに対応）を変更したものである。その
他の構成及び作用は第１実施例と同様であり、説明を省
略する。

【００３９】すなわち、第２実施例では、図４（ａ）に
示すように、表示範囲設定処理におけるステップＳ５で
設定された３次元表示範囲のうちで最下面の２次元画像
における表示範囲の設定を解除して、最下面のみ取り込
んだエコーデータの範囲全体が広く表示されるよう表示
範囲を拡大して設定する。その他の面についてはステッ
プＳ５で設定された表示範囲の部分のみを表示範囲とし
て設定する。

【００４０】この表示範囲設定に伴って、水信号位置デ
ータの範囲が変わるので、抽出される水信号位置データ
は、図４（ｂ）に示すように図４（ａ）での最下面の表
示範囲の拡大に対応したものとなる。以降の画像合成処
理等については第１実施例と同様である。

【００４１】このように最下面のみ範囲を拡大した表示
範囲を設定して３次元表示することにより、図４に示す
ような斜め上方から俯瞰した形で３次元表示された直方
体の側面の画像に加えて、広く全体が表示された最下面
の画像が付加されるため、第２実施例では３次元的な物
体の位置関係をより一層把握しやすくなり、診断を容易
にすることができる。

【００４２】なお、斜め下方から見上げた３次元表示を
行う場合では、前記最下面を最上面に置き換えて同様に
表示すれば良い。

【００４３】図５は本発明の第３実施例に係る超音波画
像診断装置における超音波画像の画像処理過程を示す作
用説明図である。

【００４４】第３実施例は、第１実施例における画像処
理を一部変更した例であり、図２の表示範囲設定処理及
び画像合成処理が異なり、特に画像合成処理におけるス
テップＳ１０での画像の合成表示（図３の３６に対応）
を変更したものである。その他の構成及び作用は第１及
び第２実施例と同様であり、説明を省略する。

【００４５】すなわち、第３実施例では、図５に示すよ
うにモニタの表示画面を４分割し、４分割された表示画
面の１つの区画（ここでは左上の区画）に第２実施例と
同様に表示範囲を設定して合成された３次元画像を表示
し、他の３つの区画に、前記３次元画像上の３つの断面
Ａ，Ｂ，Ｃを含むそれぞれの平面上にある３次元データ
を補間してそれぞれ２次元画像Ａｐ，Ｂｐ，Ｃｐとして
表示する。さらに、２次元画像Ａｐ，Ｂｐ，Ｃｐの互い
の交線３０をそれぞれの画像上に表示する。

【００４６】また、前記２次元画像上に表示された交線
３０をトラックボール１７で位置変更可能とする交線位
置変更手段を設け、この交線位置変更手段による交線位
置の変更操作に応じて断面位置設定を変更可能とするこ
とにより、３次元表示画像の断面位置及びこの断面の２
次元画像を対話的かつ同一表示画面上で変更することが
できる。

【００４７】すなわち、本実施例では、図２のステップ
Ｓ５の代わりにトラックボールによる交線位置指定を行
って表示範囲設定を行った後にステップＳ６からＳ１０
までを行い、この処理を繰り返すことで容易に表示画像
の断面位置を変更可能にできる。

【００４８】このように、第３実施例では３次元表示画
像と共に該３次元画像上の断面を含む平面上の２次元画
像も合わせて表示することにより、３次元表示処理過程
の断面設定処理や陰面処理、あるいはしきい値処理で除
去された部分を同時に参照することができ、診断上有用
な超音波画像を得ることができる。

【００４９】また、前記２次元画像の交線位置を画面上
でトラックボール等により直接指示して変更することが
できるので、対話的かつ同一表示モード画面上で所望の
断面を設定することができる。これにより、操作が簡便
かつ容易となり、被検部位の関心領域の表示を速やかに
行うことができ、診断の効率を向上させることができ
る。

【００５０】なお、第３実施例では２次元表示する断面
を図５における最下面及び側面のＡ，Ｂ，Ｃとしたが、
これに限らず、上面を含めた４つの面のうちの任意の３
つを選択して表示しても良いことは言うまでもない。

【００５１】また、断面の位置変更のために２次元画像
の互いの交線位置を指定したが、この交線の代わりに３
次元表示画像上の断面の交線を表示して位置変更のため
に用いるようにすることもできる。

【００５２】図６及び図７は本発明の第４実施例に係
り、図６は第４実施例の超音波画像の画像処理動作を説
明するフローチャート、図７は超音波画像の画像処理過
程を示す作用説明図である。

【００５３】第４実施例は、第１実施例における画像処
理を一部変更した例であり、特に体腔の表面抽出処理を
変更したものである。装置構成は図１に示したものと同
様であり、ＣＰＵ１１及び演算処理プロセッサ１４によ
る画像処理として表面抽出処理のステップのみを図６に
示して説明する。

【００５４】まずステップＳ１１で、画像データ記憶装
置１３に格納されている３次元領域のエコー画像データ
（３次元データ）を付帯データと共に読み出し、ステッ
プＳ１２で、３次元データのしきい値を設定する。

【００５５】このとき、本実施例においてはモニタ２０
上に図３に示したように連続した２次元エコー画像（Ｂ
モード画像）を表示させる。そして、操作用端末１６も
しくはトラックボール１７等の画像操作機器によってし
きい値を変更する。画像操作機器を操作することによっ
て、しきい値が順次変わり、モニタ２０上の２次元画像
は、順次変化するしきい値で２値化されて表示されるよ
うになっている。このようにして、操作者は胃などの体
腔内管腔の内腔とその壁面とを区別するのに好適なしき
い値を設定することができる。

【００５６】そして、ステップＳ１３で、演算処理プロ
セッサ１４は画像データ記憶装置１３から画像データを
読み出してステップＳ１２で設定されたしきい値により
３次元データを２値化する。

【００５７】次いで、ステップＳ１４で、演算処理プロ
セッサ１４は自身のカウンタにカウント値ｎとして１を
代入し、ステップＳ１３で２値化された３次元領域の複
数の画像データ（２値化されたＢモード画像）のうちの
第１画像を図７（ａ）に示すようにモニタ２０に表示す
る。図７（ａ）において、斜線で示した部分はローエコ
ーの部分であり、Ａは管腔内腔で通常水で満たされた領
域である。Ｂ，Ｃは生体内の医学的に関心のある領域に
存在するが、その輝度は２値化の結果失われている。こ
こで、操作者が操作用端末１６、トラックボール１７等
の画像操作機器を用いてＡ上の１点が内腔であることを
指定する。

【００５８】ステップＳ１５で、演算処理プロセッサ１
４は、前記指定された内腔上の１点と同じローエコーの
画素でありかつこの点と他のローエコーの画素とを介し
てつながっている画素を、内腔Ａ内の画素と認識する。
これにより、第１画像における内腔位置が決定される。

【００５９】次に、ステップＳ１６で、演算処理プロセ
ッサ１４は、カウント値ｎに１を加えた値、すなわちｎ
＝ｎ＋１を代入し、ステップＳ１３で２値化された３次
元領域の複数の画像データのうちのカウント値ｎに対応
する第ｎ画像を図７（ｂ）に示すように表示する。

【００６０】そして、ステップＳ１７で、演算処理プロ
セッサ１４は第ｎ画像と第ｎ−１画像とを重ねて比較す
る。ここで、第ｎ−１画像で内腔と判定されたＡn-1 の
部分に対し、隣り合う第ｎ画像のローエコー部分Ａn と
Ｂn が図中斜線で示したように重なりをもつとする。通
常、内腔がローエコー部のうち最も面積の大きいかたま
りになるため、本実施例においては、前記のように複数
のローエコー部が重なるときは面積の大きい方を内腔と
判定するものとする。よって、図７の例ではＡn が内腔
と判定される。

【００６１】次いで、ステップＳ１８において、演算処
理プロセッサ１４はカウンタのカウント値ｎが複数の２
次元画像の最終枚に相当する値であるか否かを判断し、
ｎが最終枚に達していなければステップＳ１６に戻って
ステップＳ１６及びＳ１７の処理を繰り返す。一方、ス
テップＳ１８でカウント値ｎが最終枚に達していればス
テップＳ１９に移行する。

【００６２】ステップＳ１９では、演算処理プロセッサ
１４はステップＳ１７で決定された各画像の内腔の境界
を体腔表面として認識し、体腔表面位置を抽出する。

【００６３】ステップＳ１９以降は、図２に示したステ
ップＳ５以降の処理、すなわち表示範囲設定処理、画像
合成処理に移行して処理が行われる。これらの画像処理
については第１実施例と同様であり、説明を省略する。

【００６４】このように、本実施例によれば、３次元デ
ータに基づく複数の連続した２次元画像のうち、第１画
像においてのみ内腔を指定するだけで他の画像における
内腔位置は自動的に判定されるため、第１実施例と比較
して、極めて容易に表面抽出を行うことが可能となる。

【００６５】画像処理において３次元データを取り込む
際、複数の２次元画像データの空間的、及び時間的な間
隔は通常狭くとるようにするので、隣り合う画像同士の
内腔位置のずれは小さく、内腔は精度良く判定される。
従って、正確な表面抽出が可能である。

【００６６】なお、この第４実施例は、種々の変形例が
挙げられる。前述の実施例では、ステップＳ１７におい
てＡn とＢn で示したローエコー部分のかたまりのう
ち、最も面積の大きいものを内腔として判定したが、最
もＡn-1 に面積の近いものを内腔として判定しても良
い。

【００６７】また、前述の実施例では、ステップＳ１５
において画像操作機器を介して操作者が第１画像上で内
腔を指定したが、この内腔決定を演算処理プロセッサ１
４において２値化処理と同時に第１画像上の最も大きい
ローエコー部のかたまりを内腔と認識させるようにして
も良い。また、あらかじめ内腔の断面積が知れていれ
ば、その値に最も近いローエコー部のかたまりを内腔と
認識させても良い。

【００６８】また、ステップＳ１６及びＳ１７で全ての
画像に対して内腔の判定を終えてから、ステップＳ１９
として内腔の境界を体腔表面としたが、各画像の内腔を
判定した後、即ちステップＳ１７の後で各画像の境界を
各画像における体腔表面としても良いのは当然である。

【００６９】さらにまた、前述の実施例では、ステップ
Ｓ１５における内腔の指定は第１画像上で行ったが、こ
れを全２次元画像データのうち操作者が選んだ任意の内
腔位置のわかりやすい画像上で行うようにしても良い。

【００７０】さらに、ステップＳ１３では、しきい値処
理として２値化処理を行ったが、例えばしきい値以下の
輝度をもつ画素を省く処理等、他のしきい値処理を行っ
ても良い。

【００７１】図８及び図９は本発明の第５実施例に係
り、図８は第５実施例の超音波画像の画像処理動作を説
明するフローチャート、図９は取り込まれた３次元デー
タに対応するメモリ空間上の座標を示す説明図である。

【００７２】第５実施例は、第１実施例における画像処
理を一部変更した例であり、特に体腔の表面位置データ
と内部データとを分けて記憶するようにしたものであ
る。装置構成は図１に示したものと同様であり、演算処
理プロセッサ１４はデータ切断処理，陰影付け処理，合
成処理，陰面処理，投影変換処理などの演算処理を高速
に行うようになっている。

【００７３】本実施例では、図１に示した主記憶装置１
２、画像データ記憶装置１３、外部記憶装置１５の３つ
の記憶装置のうち、その容量の一部を表面位置データ記
憶手段として、また、一部を内部データ記憶手段として
用いる。この際、それぞれの記憶手段のメモリ空間をそ
のアドレスが実際の３次元空間上に設定された直交座標
に対応する体積素片の空間（ボクセル空間）として扱う
ものとする。このとき各画素（ボクセル）は図９に示さ
れているように、（ｘ，ｙ，ｚ）の３つのパラメータで
指定される。

【００７４】ＣＰＵ１１及び演算処理プロセッサ１４に
よる画像処理のステップを図８に示して説明する。

【００７５】まず、ステップＳ２１〜Ｓ２３は第１実施
例のステップＳ１〜Ｓ３と同様に、ステップＳ２１で、
画像データ記憶装置１３に格納されている３次元領域の
エコー画像データ（３次元データ）を付帯データと共に
読み出し、ステップＳ２２で、連続した２次元画像（体
腔断面画像）を操作用端末１６等で指定した枚数分表示
し、ステップＳ２３で、体腔断面画像における体腔内の
水信号を除去して体腔表面位置を抽出する。なお、体腔
表面位置の抽出は第４実施例の処理を用いても良い。

【００７６】そして、ステップＳ２４で、表面位置デー
タ記憶手段内におけるステップＳ２３で抽出された体腔
表面位置に対応するボクセルには、データとして例えば
１を代入する。また、その他のボクセルには０を代入す
る。

【００７７】一方、ステップＳ２５で、内部データ記憶
手段内におけるボクセルには、前記抽出された表面以外
で、かつ管腔内腔でもない物体内部の位置に対応するボ
クセル、即ち管腔内壁に対応するボクセルには各エコー
データを代入し、それ以外のボクセルには０を代入す
る。

【００７８】このステップＳ２４及びＳ２５で表面位置
データ及び内部データがそれぞれの記憶手段に記憶され
る。

【００７９】また、ステップＳ２６で、操作者は操作用
端末１６，トラックボール１７等の画像操作機器を介し
て、生体管腔の断面像を見るための適当な平面を指定す
ることによって、３次元表示領域を示す断面位置を設定
する。

【００８０】次に、ステップＳ２７において、ステップ
Ｓ２６で設定された断面位置に基づき、ステップＳ２４
及びＳ２５で記憶された表面位置データ及び内部データ
の切断処理を行う。ここでは、表面位置データ記憶手段
内のボクセルのうちステップＳ２６で設定された断面位
置で区切られる一方の側に属するボクセルには、全て０
を代入する。また、内部データ記憶手段内のボクセルに
も同様の処理を施す。

【００８１】そして、ステップＳ２８で、例えば表面位
置データ記憶手段の各ボクセルのデータに対し、仮想的
な光源からの距離、光線の向き、あるいは表面形状を反
映した陰影に対応する重みを掛けて重み付けを行い、各
ボクセルの０ないし１として格納されたデータと前記重
みとの積を改めて各ボクセルのデータとして代入する。
これにより、表面位置データに陰影付け処理が施され
る。

【００８２】次いで、ステップＳ２９で、表面位置デー
タ記憶手段内のデータと内部データ記憶手段内のデータ
を各ボクセル毎に加算することによって、体腔表面位置
データと内部データとの合成を行う。これにより、体腔
表面の位置に対応するボクセルには位置に応じた陰影を
付した画像データが、また管腔内壁の位置に対応するボ
クセルには超音波エコーの物体情報に基づく階調性を持
ったエコーデータを有する画像データがそれぞれ格納さ
れ、体腔表面のデータと管腔内壁のデータとを合成した
合成データが形成される。

【００８３】そして、ステップＳ３０で、ステップＳ２
９において形成された合成データに陰面処理及び所望の
視線方向への２次元投影処理を施して、画像データの３
次元表示を行い、モニタに３次元の超音波観察画像を表
示する。

【００８４】このように、本実施例によれば、体腔表面
については陰影を付加した、断面については超音波エコ
ーが本来有する階調性を持った観察し易い３次元画像を
提供することができる。また、体腔表面の表面位置デー
タと管腔内壁の内部データ（エコーデータ）を分けて記
憶し、それぞれ区別してボクセル毎に処理を施すように
したので、処理時間を短縮でき、観察のための断面位置
を設定し直しても容易に新しく設定された断面の画像を
生成でき、速やかに所望の部位の３次元的な超音波断層
像の観察が可能となる。

【００８５】また、本実施例の画像処理を用いることに
よって、胃などの生体内管腔のみならず体腔内臓器の表
面とその内部などにも適用可能となる。

【００８６】なお、前述の実施例においてステップＳ２
７でデータの切断処理を行ったが、この切断処理はステ
ップＳ２９のデータ合成処理の後に行っても良い。この
ようにすることによって、観察のための断面位置の設定
を変更する場合に、ステップＳ２９で形成された合成デ
ータを記憶しておくだけで、設定し直した新しい切断面
の表示を更に容易に高速に行うことができる。

【００８７】また、ステップＳ２８では、陰影付け処理
を各ボクセルにおいて格納された１または０のデータと
明るさ等に対応した重みとの積をとることで行ったが、
積だけでなく和をとるなど、他の陰影付け処理を行って
も良い。

【００８８】さらに、前述の実施例においてはステップ
Ｓ２８で表面位置にあるボクセルのみ、すなわち表面位
置データに対してのみに陰影付け処理を行ったが、必要
に応じて内部データに対しても陰影付けを行っても良
い。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、医
療診断に必要な生体のエコーデータが本来有する物体情
報に基づく階調性を保持しつつ、短い処理時間で高精度
に生体内部の物体の３次元表示を行うことが可能となる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１ないし図３は本発明の第１実施例に係り、
図１は超音波画像診断装置の全体構成を示すブロック図

【図２】第１実施例の動作を説明するフローチャート

【図３】超音波画像の画像処理過程を示す作用説明図

【図４】本発明の第２実施例に係る超音波画像診断装置
における超音波画像の画像処理過程を示す作用説明図

【図５】本発明の第３実施例に係る超音波画像診断装置
における超音波画像の画像処理過程を示す作用説明図

【図６】図６及び図７は本発明の第４実施例に係り、図
６は第４実施例の超音波画像の画像処理動作を説明する
フローチャート

【図７】超音波画像の画像処理過程を示す作用説明図

【図８】図８及び図９は本発明の第５実施例に係り、図
８は第５実施例の超音波画像の画像処理動作を説明する
フローチャート

【図９】取り込まれた３次元データに対応するメモリ空
間上の座標を示す説明図

【符号の説明】

１…超音波観測部 ２…画像処理部 ３…超音波プローブ ４…駆動部 ５…送受信部 １０…システムコントローラ １１…ＣＰＵ １２…主記憶装置 １３…画像データ記憶装置 １４…演算処理プロセッサ １６…操作用端末 １７…トラックボール ２０…モニタ ２１…データ転送バス

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−279156（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−137728（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−60680（ＪＰ，Ａ) 高田 外４名，乳腺超音波像の三次元 表示，日本超音波医学会 第60回研究発 表会 講演論文集，日本，社団法人日本 超音波医学会，1992年 ４月25日，131 −132 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 8/00 - 8/15

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】生体へ超音波を送受波し、得られた３次元
   領域の複数の断面画像データを用いて前記生体内の超音
   波画像を表示する超音波画像診断装置において、 前記３次元領域の複数の断面画像データを格納する３次
   元データ記憶手段と、 前記複数の断面画像データに対して表示範囲を決定する
   ために前記３次元領域での所望の断面位置を設定する断
   面位置設定手段と、 前記断面位置設定手段により設定された断面位置データ
   を格納する断面位置記憶手段と、 前記複数の断面画像データを基に目的の物体表面位置を
   抽出する表面位置抽出手段と、 前記表面位置抽出手段により抽出された表面位置データ
   を格納する表面位置記憶手段と、 前記断面位置設定手段により設定された断面位置による
   ３次元データ表示範囲の複数の断面画像データを所望の
   視線方向への２次元投影データに変換する断面投影変換
   手段と、 前記抽出された表面位置データが示す物体表面画像デー
   タに陰影付け処理を行う陰影付加手段と、前記断面投影変換手段で投影変換された２次元投影デー
   タと、前記表面位置抽出手段により 抽出された前記物体
   表面位置に対応する位置に前記陰影付加手段によって陰
   影付けされて表面画像データとが合成された３次元画像
   を構築する合成手段と、を備え 、前記断面位置設定手段と、前記表面位置抽出手段とがそ
   れぞれ独立に実行されること を特徴とする超音波画像診
   断装置。
2. 【請求項２】前記合成手段が、前記断面位置設定手段で
   設定された断面画像データの中、最端面データの断面位
   置の設定を解除し、前記最端面の全断面画像データを用
   いて前記３次元画像を合成、構築することを特徴とする
   請求項１に記載の超音波画像診断装置。
3. 【請求項３】前記３次元領域の断面画像データが複数の
   平面の画像データから構成されており、 前記表面位置抽出手段が前記各平面の画像データをそれ
   ぞれ複数の領域に区分し、この複数の領域に区分された
   画像データの異なる平面の間での重なりの大きさを判断
   する重なり判断手段と、 前記重なり判断手段による判断結果を基に、重なりの大
   きい領域同士を前記複数の平面にまたがる同一領域であ
   ると判断することで前記３次元領域の断面画像データを
   複数の領域に区分する 同一領域判定手段と、 を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の超音波
   画像診断装置。