JP3553876B2 - 超音波画像を撮影するための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波画像を撮影するための、特に、３次元の超音波画像を実時間で撮影及び表示するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
或るオブジェクトの超音波画像を撮影するためのこのタイプの方法及び装置は知られている。これらの方法及び装置では、超音波送信器が超音波を或るオブジェクトに放射するのに対し、超音波受信器はオブジェクトから反射された超音波を受信する。オブジェクトを撮影するためには、超音波送信器又は超音波受信器がオブジェクトに沿って移動する一方、オブジェクトの、個々の画像部分領域が撮影される。これらの画像部分領域は、通常の場合では、オブジェクトを、超音波送信器又は超音波受信器が移動する撮影方向に沿って、ライン毎に撮影するライン毎のスキャン過程に対応する。超音波装置内で発生された複数の画像は、知られた超音波装置の場合、デジタル方式か、あるいはビデオ出力端によって、再処理装置又はデータ処理システムに入力される。そこでは、複数の画像が記憶されるか、直接に再処理され得る。
【０００３】
スキャン過程によって、検査されるオブジェクトがライン毎に撮影される。すなわち、オブジェクトの個々の互いに平行な「層」に超音波が当てられ、対応の反射された超音波は超音波装置に受信される。受信された超音波はデータ処理システム内で処理されるので、表示装置にはグレー値画像（Ｇｒａｕｗｅｒｔｂｉｌｄ）が生じる。個々のグレー値は、相応に強くか弱く反射された超音波に対応している。これらのグレー値は、オブジェクトの個々の層についての、すなわち、オブジェクトが、どの箇所に、例えば空隙又はより密度の濃い物質領域を有するかについての、情報を提供する。
【０００４】
オブジェクトの個々の層、すなわち、超音波によるスキャン過程の個々のライン撮像は、データ処理システム内で「互いに重ね合わされ」、表示装置においてオブジェクトの３次元の描写を形成する。任意の或る層の種々の領域の種々の間隔、すなわち、超音波装置に対するオブジェクトの空隙又は密度の濃い物質領域の位置は、各層のグレー値情報の評価によって得られる。
【０００５】
超音波装置と、撮影されるオブジェクトとの間には、超音波の伝播を促進する音伝搬媒体がある。この音伝搬媒体は、対応のグレー値画像の中で、一様なグレー値によって表わされる。特に、任意の或るオブジェクトの外郭は、音伝搬媒体と、検査されるオブジェクトとの境界における、第１のグレー値の変化がグレー値画像の中で検出され、このような変化（ｄｅｒｅｎ） と超音波装置との相対的間隔が測定されることによって決定される。
【０００６】
複数の超音波方法は、画像中に輪郭を検出するために、予め定められたか又は計算されるグレー値段（閾値）を利用する。このとき、輪郭情報は画像に記憶され、超音波装置又は超音波ヘッドと、検査されるオブジェクトの外郭との間の距離の評価の後に、３次元の画像イメージを生じさせる。
【０００７】
これらの周知の超音波方法は、例えば、母親の腹腔内の胎児を検査するために、あるいは人体内の腎臓結石を検出するために適している。人体内に位置している被検査オブジェクトを撮影するために、超音波装置は、音伝搬媒体、例えばオイル又は水によって、人体の皮膚表面と接触され、所望の撮影方向に沿って移動され、他方、均等な時間間隔で、複数の超音波画像が撮影される。スキャン過程全体は人体の所定の領域に亘って延びており、スキャン過程中に、人体内の検査されるオブジェクトの個々の層が連続撮影される。個々の超音波画像は後のデータ処理システム内で再度互いに継ぎ合わさせる。それ故に、個々の画像を「積み重ねる」ことによって、オブジェクトの完全な２次元又は３次元の画像が生成される。
【０００８】
この方法の場合に特に重要であるのは、個々の「層」の間の、すなわち、検査されるオブジェクトの個々の画像部分領域の間隔が、撮影方向に沿っての、すなわち、スキャン方向に沿っての画像全体の縦方向の歪みを回避するために、ほぼ一定であることである。均等な撮影速度、すなわち、撮影方向に沿った超音波装置の均等な速度をスキャン過程中に得るために、従来のタイプの方法は、超音波装置を移動するモータ駆動の機構か、複数の磁石式の位置検出器及び／又は光学装置を利用して、超音波装置と、画像部分領域の対応の撮像、すなわち、被検査オブジェクトの対応の「層」との正確な位置を常に検知する。このような「層」の、撮影中の超音波装置の正確な位置を検知することによって、後で、データ処理システム内で、個々の画像部分領域、すなわち、被検査オブジェクトの個々の「層」は現実に忠実に再構成される。このことによって、従来のシステムの場合、撮影方向に沿った画像の歪みが回避される。
オブジェクトの個々の部分領域の寸法、例えば胎児の眼窩が知られているとき、相応に対応する画像部分領域が直接に相互に割り当てられることができる。連続的な撮影速度、例えば、検査する医者による特に均等なスキャンが選択されるとき、全ての撮影される画像部分領域は、撮影中の超音波装置の正確な位置の検出なしでも、直接に互いに割り当てられることができる。ＵＳ ５ ５８２ １７３からは、個々の画像部分領域の撮影後に個々の画像部分領域を、種々のグレー値情報（スポット）によって互いに異なる画素に区分し、続いて、相関関数を用いて、隣り合った画像部分領域の画素及び／又は種々のグレー値情報を互いに関連させて、個々の画像部分領域同士の間の間隔又はオブジェクトの寸法を評価する他の方法が、公知である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来のシステムは、対応の超音波装置が極めて高価に製造されなければならず、撮影方法は非常に処理が面倒であり、作業者、例えば医者が、子宮内の胎児の検査の際に、長い撮影時間及び再処理時間を計算に入れなければならない、という欠点を有する。実際また、オブジェクトは、上記の画像の歪みを回避するには、超音波装置用の移動機構に相対して停止しなくてはならなかった。従って、例えば医用の場合に、患者を超音波装置に固定し、続けて、制御された均等なスキャン工程を実行することができるのは難しかった。実際また、画像部分領域同士の間隔またはオブジェクトの寸法を評価しかつ決定するための、従来用いられた複数の演算関数は、極めて高価なデータ処理設備及び時間のかかるデータ処理をもたらす。
【００１０】
上記種類の方法を、モータ制御の機構又は超音波ヘッドの位置認識が不要であるように改善し、簡単な、安価かつ操作し易い超音波方法及び超音波装置を提供する課題が、本発明の基礎になっている。
【００１１】
更に、超音波ヘッドを案内するためか又は超音波ヘッドの位置を認識するために追加の装置を必要とすることなく、超音波ヘッドを手で案内しかつ操作することができる、超音波画像の撮影方法を提供する課題が本発明の基礎になっている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は請求項１の特徴部分に記載の特徴によって上記課題を解決する。本発明の好都合な実施の形態は従属請求項に記されている。
【００１３】
本発明では、例えば中に入れない身体にある被検査オブジェクトが、超音波装置によって撮影される。この場合、好都合にも超音波送信器及び超音波受信器を含む超音波ヘッドが撮影方向に沿って移動され、他方、オブジェクトの個々の画像部分領域、すなわちオブジェクトの個々の「層」が撮影される。これらの層はデジタル処理システムに記憶され、上記グレー値分析によって評価される。続いて、層は、撮影された順序に基づいて再構成されるので、検査されるオブジェクトの超音波画像が生じる。結果として生じる画像は２次元又は３次元で示されることができる。場合によっては、多数のこれらの２次元又は３次元画像の並列及び描写によっても、動画像、いわゆる４次元画像も可能である。これらの画像は、検査されるオブジェクトの、操作者にとって認識が容易になるイメージを得るために、カラーで示されることができる（カラー描写）。この場合、動いているオブジェクトの或る部位によって、複数の画像が生成され、オブジェクトの移動状態の対応画像（多数の画像部分領域）が、その都度、結果として生じる画像に構成される。多数の、結果として生じる画像は、順番に、オブジェクトの動描写を生成する（映写）。
【００１４】
撮影方向に沿った画像の歪みを回避するために、オブジェクトの寸法は、撮影された複数の画像部分領域に対し実質的に直交する評価部分領域から反射される超音波が評価される範囲で、決定される。これらの超音波が超音波ヘッドによって検出されるのは、この超音波ヘッドが実質的に約９０度回転されて、検査されるオブジェクトの撮像を、すなわち、撮影された画像部分領域の撮像に対し実質的に直角に位置している撮像を、撮影することによってである。
【００１６】
方法は、検査されるオブジェクトをまず撮影方向に直角にライン毎に撮影するように、及び、次に、前に撮影された画像部分領域に対し実質的に直角に位置している評価部分領域の、その撮像を評価すべくオブジェクトの寸法を決定するように、構成されている。オブジェクトの寸法が撮影方向に沿って決定された後、個々の「層」は互いに均等な間隔で「積み重ねられる」ことができるので、このことによって、検査されるオブジェクトの、現実に忠実な画像が得られる。オブジェクトはスキャン過程中動かないことは好都合である。画像部分領域及び評価部分領域の撮影の順番は重要でない。
【００１７】
オブジェクトの、特に現実に忠実な写像を得るためには、超音波送信器及び／又は超音波受信器又は超音波ヘッドをも、撮影方向に沿って、均等な速度で移動することは好ましい。
【００１８】
しかし、更に、本発明に係わる方法によって、検査されるオブジェクトの撮影される画像部分領域の種々の間隔も、評価部分領域の撮像の評価によって決定される。このことは、評価部分領域の構造と、予め撮影され、かつ記憶された個々の画像部分領域の構造との比較によってなされる。（用いられた超音波装置に依存する）個々の層の、すなわち、オブジェクトの個々の画像部分領域の、相応に評価されたグレー値又はカラー値は、オブジェクトの各層の表面構造を表わしている。この表面構造と、評価部分領域の表面構造との比較によって、すなわち、「ライン」構造と「コラム」構造との比較によって、対応の構造同士の一致の際に、個々の画像部分領域すなわち個々の層と、評価部分領域との交点が確定される。このことによって、個々の画像部分領域が互いに割り当てられる。すなわち、検査されるオブジェクトの個々の層は、これらの交点によって、垂直方向及び水平方向に設けられているので、オブジェクトの、現実に忠実な及び歪みのない画像が生じる。
【００１９】
画像部分領域及び／又は評価部分領域から反射される超音波についての深度情報は、まず、撮影方向に平行な基準面に対し実質的に直角である方向を定め、この方向に沿って、超音波画像の種々のグレー値情報を評価することによって得られる。このことによって、検査されるオブジェクトの、レリーフ状の表面構造が生じる。
【００２０】
本発明に係わる方法は、３次元のオブジェクトを現実に忠実の写し出すためにも、オブジェクトの個々の横断面すなわち個々の「層」を、オブジェクトの、対応の縦断面すなわち評価部分領域によって整列することによって用いられる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図面によって、本発明の特別な実施の形態を詳述する。
【００２２】
図１はスキャン過程中の超音波走査装置の横断面を示している。身体２の内部にあるオブジェクト１は超音波ヘッド３によって走査される。超音波ヘッド３は、処理された複数の超音波画像を表示装置５に示すデータ処理システム４に接続されている。データ処理システム４（あるいは、ここでは示されている制御システム）は超音波ヘッド３を制御するための複数の対応の信号を送り、超音波ヘッド３の受信された超音波信号用の複数の入力端を有する。超音波送信器と超音波受信器とを有する超音波ヘッド３は、音伝搬媒体７と身体２の壁とを通してオブジェクト１の方向に超音波を送る。このオブジェクト１は超音波８を反射して、超音波ヘッド３の方向に跳ね返す。超音波ヘッド３はオブジェクト１から反射された超音波８を受信し、受信されたデータをデータ処理システム４に送信する。
【００２３】
画像部分領域１３を撮影するために、超音波ヘッド３は、反射された超音波８をデータ処理システム４に中継した後、静止しているか、あるいは、音速に比べて無視できる移動速度を示す。続いて、超音波ヘッド３は、オブジェクト１の次の画像部分領域１３を撮影するために、撮影方向６に移動する。個々の画像部分領域１３は互いに間隔δｘを有する。この間隔δｘは、超音波ヘッド３の均等な移動速度の場合、撮影方向６に等距離であることができる。あるいは、超音波ヘッド３の不均等な移動速度の場合に、複数の画像部分領域１３の個々の間隔δｘが変化することもできる。
【００２４】
超音波ヘッド３と、身体２の壁との間の超音波媒体７としては、知られている音伝搬媒体、例えばオイル、水、ゲル等が適切である。コラム構造（撮影方向６における外郭）１１は、オブジェクト１の寸法ｄに沿って、撮影方向６に延びている。
【００２５】
個々の断層撮影、すなわち、オブジェクト１の個々の画像部分領域１３は、データ処理システム４に一時記憶される。ここでは、図２に示した、対応の複数の深度情報９が計算される。
【００２６】
図２は、図１に示したオブジェクト１の断面ＡーＡ、すなわち、オブジェクト１の水平方向断面を示している。データ処理システム４の中で決定されかかつ撮影方向６に平行に設けられている基準面１２に基づいて、ライン構造１０（すなわち、オブジェクト１の個々の層の水平方向構造）の個々の間隔が計算される。このことは、予め定められているか又は計算され、オブジェクト１の、密度が濃いか薄い種々の物質領域を、示しているグレー値段（Ｇｒａｕｗｅｒｔｓｔｕｆｅｎ）（閾値）の評価によってなされる。オブジェクト１内の物質の密度に応じて、データ処理システム４内での反射される超音波８の評価によって、種々のグレー値が生じる。これらのグレー値によって、表面構造（ここではライン構造１０）が決定される。深度情報９はオブジェクト１の３次元を定め、この３次元は、適切な、コンピュータ支援の表示装置５によって示される。
【００２７】
図３は、超音波ヘッド３のスキャン過程中の３次元の超音波画像の、表示装置５における形成を示している。ここでは、個々の画像部分領域は順次「重なった状態で」示され、図２に基づいて計算される深度情報９は既に適切な表示手段によって得られる。図３は図１の断面ＡーＡも示している。
【００２８】
このような超音波画像は、検査されるオブジェクト１を撮影方向６にライン毎に走査することによって生成される。オブジェクト１の寸法ｄを決定するために、又は複数の画像部分領域１３の個々の間隔δｘを決定するために、図３のように組み立てられた画像は、再度、撮影方向６に対し実質的に直角の少なくとも１つの方向に走査される。図３で図１の断面ＡーＡに対し直角方向にある評価部分領域１４は、個々の画像部分領域１３の寸法を測定するために、及び既に記憶されかつ対応の深度情報９を有する画像部分領域１３を正確に「積み重ねる」ために、必要な情報を供給する。評価部分領域１４の評価によって、すなわち、図３の断面ＢーＢに沿ってオブジェクト１の対応の複数の構造を検出することによって、これらの構造を、水平方向の画像部分領域１３の対応の複数の構造と比較することによって、これらの画像部分領域１３同士は割り当てられる。
【００２９】
図４は、約９０度回転されて、図１に示した超音波ヘッド３の断面を示している。この超音波ヘッドは図３に示した断面ＢーＢに沿った評価部分領域１４を撮影する。このことによって得られた、評価部分領域１４のコラム構造１１は、超音波ヘッド３からデータ処理システム４へ中継される。データ処理システム４はコラム構造１１を画像部分領域１３のライン構造１０と比較し、これによって、対応の画像部分領域１３の記憶されたシーケンスを測定する。続いて、複数の画像部分領域１３は測定に対応して、互いに割り当てられる。検査されるオブジェクト１の、すなわち、例えば、図３の胎児の頭の、現実に忠実な写像すなわち歪みのない写像が生成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】スキャン過程中の超音波走査装置の横断面を示している。
【図２】図１に示す断面ＡーＡの画像部分領域の深度情報の決定を示している。
【図３】スキャン過程中の胎児の頭の超音波画像を示している。
【図４】評価部分領域の撮影中の超音波装置の横断面を示している。

Claims (8)

1. 超音波をオブジェクト（１）に放射するための超音波送信器とそして前記オブジェクト（１）から反射された超音波を受信する超音波受信器とを有する１つの超音波変換器（３）と、
   前記超音波変換器（３）に接続されて前記超音波変換器（３）を制御し、受信されたデータを処理するデータ処理システム（４）とを有する、
   前記オブジェクト（１）の超音波画像を撮影する装置であって、
   前記超音波変換器（３）は、前記超音波変換器（３）を前記オブジェクト（１）に沿って移動させる手段により、前記オブジェクト（１）の個々の画像部分領域（１３）を走査し、続いて少なくとも２つの前記画像部分領域（１３）と交差する前記オブジェクト（１）の評価部分領域（１４）を走査し、
   前記データ処理システム（４）は、前記オブジェクト（１）の前記評価部分領域（１４）の撮像を評価しそして前記評価部分領域（１４）の構造を前記画像部分領域（１３）の対応する複数の構造と比較することにより、撮影方向（６）に沿った前記画像部分領域（１３）同士の前記間隔（δｘ）及び／または前記オブジェクト（１）の寸法（ｄ）を決定し、そして前記オブジェクト（１）の所定の領域を写し出す、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記超音波変換器（３）は、前記オブジェクト（１）を、前記超音波変換器（３）の前記移動方向（６）に対し直角方向に向けられた複数の画像部分領域（１３）によって、ライン毎に撮影し、そして前記データ処理システム（４）は前記オブジェクト（１）の寸法（ｄ）、及び／又は前記画像部分領域（１３）同士の間隔（δｘ）を、前記画像部分領域（１３）に対し実質的に直交して向けられている評価部分領域（１４）の撮像を評価することによって決定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記データ処理システム（４）は、前記画像部分領域（１３）と前記評価部分領域（１４）との交点で、前記オブジェクト（１）のライン構造（１０）を表わす個々の画像部分領域（１３）の撮像と一致する、前記オブジェクト（１）のコラム構造（１１）を表わす評価部分領域（１４）の撮像を、前記オブジェクト（１）の寸法（ｄ）、及び／又は前記画像部分領域（１３）の間隔（δｘ）を決定するために用いることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記データ処理システム（４）は、前記画像部分領域（１３）及び／又は前記評価部分領域（１４）から反射される超音波の深度情報（９）を、前記オブジェクト（１）の表面構造（１０，１１）を決定するために用い、前記深度情報（９）を、前超音波変換器（３）の移動方向（６）に平行な基準面（１２）に対し実質的に直交している方向に決定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の装置。
5. 前記データ処理システム（４）は、前記画像部分領域（１３）から形成される前記複数の画像を、前記オブジェクト（１）の撮影中に実時間で処理及び／又は表示することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の装置。
6. 前記超音波変換器（３）は、身体（２）中の前記オブジェクト（１）を撮影することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の装置。
7. 前記超音波送信器及び超音波受信器は超音波ヘッド（３）に統合されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか１に記載の方法を実施するための装置。
8. データ処理システム（４）及び／又は前記超音波装置は複数の超音波画像を処理し、表示装置（５）は結果として生じる画像を表示することを特徴とする請求項７に記載の装置。

Images