JP3712506B2 - 超音波撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影像形成方法および超音波撮像装置に関し、特に、３次元座標空間の画像データを最大値投影（maximum intensity projection) ないし最小値投影(minimum intensity projection)することによって３次元表示像を得る投影像形成方法、および最大値投影ないし最小値投影によって３次元表示像を得る超音波撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体内の３次元領域を超音波で走査し、エコー(echo)の強度信号に基づいてその領域のＢモード(mode)像を撮像したとき、３次元座標空間のＢモード画像データを最小値投影することにより、例えば血管像等について近似的な３次元表示像が得られることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Ｂモード像において、例えば腫瘍部等の関心領域の像は、周囲の正常組織の像とは輝度やテクスチャ(texture) 等の違いによって目視で識別できるとはいうものの、その画素値が正常組織のものより小さくなるとは限らないので、一般に最小値投影では描出されない。腫瘍の診断においては、血管等との相対的な位置関係を示す３次元表示像を得ることが重要であるが、Ｂモード像の最小値投影による３次元表示像では血管像と腫瘍像を一緒に描出できず不便である。
【０００４】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、血管等の像と関心領域の像を一緒に描出する３次元表示像を得る投影像形成方法および超音波撮像装置を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間における３次元関心領域内の画像データについて最大値投影を行い、前記３次元座標空間のＢモード画像データについて最小値投影を行い、前記最大値投影によって得られた画像データと前記最小値投影によって得られた画像データの和に基づいて画像を形成する、ことを特徴とする。
【０００６】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、被検体内の３次元領域を超音波で走査してそのエコーを受信する超音波送受信手段と、前記エコーの強度信号に基づいて被検体内のＢモード像を表すＢモード画像データを生成するＢモード画像データ生成手段と、前記Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間における３次元関心領域内の画像データについて最大値投影を行う最大値投影手段と、前記３次元座標空間のＢモード画像データについて最小値投影を行う最小値投影手段と、前記最大値投影手段によって得られた画像データと前記最小値投影手段によって得られた画像データの和に基づいて画像を形成する画像形成手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
第１発明または第２の発明において、前記最小値投影が、投影方向から見て前記３次元関心領域以遠を除いて最小値投影するものであることが、腫瘍部等の背後に位置する血管等を描出しない点で好ましい。
【０００８】
また、第１発明または第２の発明において、前記３次元関心領域が楕円積層体であることが、３次元関心領域の設定を簡便化する点で好ましい。
その場合、前記楕円積層体が前記Ｂモード像上に描画された楕円形に基づくものであることが、関心領域を適正化する点で好ましい。
【０００９】
（作用）
第１の発明または第２の発明では、３次元座標空間のＢモード画像データについて、３次元関心領域内につき最大値投影して得られた画像データと、３次元座標空間全体につき最小値投影して得られた画像データとの和に基づいて画像を形成する。そこで、Ｂモード像上で観察される腫瘍部の範囲を３次元関心領域とすることにより、血管像と腫瘍部像を一緒に表示した３次元表示像が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１１】
図１に超音波撮像装置のブロック(block) 図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１２】
（構成）
本装置の構成を説明する。図１に示すように、本装置は、超音波プローブ(probe) ２を有する。超音波プローブ２は、図示しない複数の超音波トランスデューサ(transducer)のアレイ(array) を有する。アレイは、例えば前方に張り出した円弧に沿って１次元的に配列された１２８個の超音波トランスデューサによって構成される。
【００１３】
すなわち、超音波プローブ２はコンベックスプローブ(convex probe)となっている。なお、超音波プローブ２はコンベックスプローブに限らない。個々の超音波トランスデューサは例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックス(ceramics)等の圧電材料によって構成される。超音波プローブ２は被検体４に当接されて使用される。
【００１４】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。超音波プローブ２と送受信部６は、本発明における超音波送受信手段の実施の形態の一例である。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて被検体４内に超音波を送波させるようになっている。超音波は被検体４内にビーム(beam)として送波される。超音波ビームの送波は所定の時間間隔で繰り返し行われる。
【００１５】
超音波ビームの送波方向は順次変更され、被検体４の内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査される。すなわち被検体４の内部が音線順次によって走査される。音線の形成は、複数の超音波トランスデューサの駆動に時間差を与えるフェーズドアレイ(phased array)の手法を利用して行われる。また、音線の走査は、音線形成に関わる複数の超音波トランスデューサを切り換えることにより、送波アパーチャ(aperture)をアレイに沿って順次移動させる電子スキャン(scan)の手法を利用して行われる。
【００１６】
送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波した被検体４からのエコー信号を受信するようになっている。エコー信号の受信は超音波の送波の繰り返しの合間に行われる。各回の受信によって、音線毎のエコー受信信号がそれぞれ形成される。受波の音線も送波に合わせて走査される。
【００１７】
音線毎のエコー受信信号の形成は、例えばアレイ中の複数の超音波トランスデューサの受信信号を加算する時間差を調節するフェーズドアレイの手法により行われる。受波の音線の走査は、受波のアパーチャをアレイに沿って順次移動させる電子スキャンによって行われる。
【００１８】
超音波プローブ２および送受信部６によって、図２に示すような走査が行われる。すなわち、同図に示すように、放射点２００から発する音線２０２が円弧２０４上を移動することにより、扇面状の２次元領域２０６が走査され、いわゆるコンベックススキャンが行われる。この走査はθ走査である。音線２０２を超音波の送波方向とは反対方向に延長したとき、全ての音線が一点２０８で交わるようになっている。点２０８は全ての音線の発散点となる。
【００１９】
超音波プローブ２はアクチュエータ(actuator)８に連結されている。アクチュエータ８は、超音波プローブ２をθ走査方向とは直交する方向（φ方向）に移動させるようになっている。すなわち、アクチュエータ８はφ走査を行うものである。φ走査はθ走査と協調して行われ、例えばθ走査の１スキャン毎にφ走査を１ピッチ(pitch) 進めるようになっている。
【００２０】
φ走査を超音波プローブ２の揺動によっておこなうとき、その中心軸は、図３に中心軸３００で示すように、θ走査の音線の発散点２０８を通るようになっている。このようなφ走査とθ走査の組み合わせによって、被検体４の内部の３次元領域３０２が走査される。φ走査は、この他に図４に示すように行うようにしても良い。図４に示すφ走査は、超音波プローブ２をθ走査と直交する方向に平行移動させるようにしたものである。なお、φ走査は、必ずしもアクチュエータ８によらず、操作者が手動で行うようにしても良い。
【００２１】
送受信部６から出力される音線毎のエコー受信信号は、Ｂモード処理部１０に入力される。Ｂモード処理部１０はＢモード画像データを形成するものである。Ｂモード処理部１０は、図５に示すように対数増幅回路１０２と包絡線検波回路１０４を備えている。Ｂモード処理部１０は、対数増幅回路１０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波回路１０４で包絡線検波して音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号、すなわちＡスコープ(scope) 信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっている。
【００２２】
Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接続されている。Ｂモード処理部１０と画像処理部１４は、本発明におけるＢモード画像データ生成手段の実施の形態の一例である。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力されるデータに基づいてＢモード画像を生成するものである。
【００２３】
画像処理部１４は、図６に示すように、バス(bus) １４０によって接続された音線データメモリ１４２、ディジタル・スキャンコンバータ(digital scan converter)１４４、画像メモリ１４６および画像処理プロセッサ１４８を備えている。Ｂモード処理部１０から音線毎に入力されたＢモード画像データは、音線データメモリ１４２に記憶される。
【００２４】
被検体４の走査が３次元的に行われることにより、音線データメモリ１４２には３次元の音線データが記憶される。すなわち、音線データメモリ１４２内には、例えば図７に示すような３次元の音線データ空間が形成される。この音線データ空間はθ、φおよびｚの３つの座標軸を有する。これらは極座標軸である。
【００２５】
ディジタル・スキャンコンバータ１４４は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間のデータに変換するものである。これによって、音線データ空間は例えば図８または図９に示すような物理データ空間に変換される。物理データ空間はＸ，Ｙ，Ｚの３つの直交座標軸を有する。物理データ空間は、図３または図４に示した３次元領域３０２に相当する。
【００２６】
ディジタル・スキャンコンバータ１４４によって変換された画像データが画像メモリ１４６に記憶される。すなわち、画像メモリ１４６は物理空間の画像データを記憶する。画像メモリ１４６には３次元座標空間（データ空間）が形成される。
【００２７】
画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２および画像メモリ１４６のデータについてそれぞれ所定のデータ処理を施すものである。このデータ処理には３次元表示像を得るためのデータ処理が含まれる。データ処理の詳細については後にあらためて説明する。
【００２８】
画像処理プロセッサ１４８は、本発明における最大値投影手段の実施の形態の一例である。また、本発明における最小値投影手段の実施の形態の一例である。また、本発明における画像形成手段の実施の形態の一例である。
【００２９】
画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。
【００３０】
以上の送受信部６、アクチュエータ８、Ｂモード処理部１０、画像処理部１４および表示部１６は制御部１８に接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっている。
【００３１】
制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作パネル(panel) で構成される。
【００３２】
（動作）
本装置の動作を説明する。図１０に本装置の動作のフロー図を示す。操作者はアクチュエータ８に連結された超音波プローブ２を被検体４の所望の個所に位置決めし、操作部２０を操作して撮像動作を行わせる。以下、制御部１８による制御の下で本装置の動作が遂行される。
【００３３】
ステップ３１０において、３次元（３Ｄ）スキャンを行う。すなわち、送受信部６は超音波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部をθ走査して逐一そのエコーを受信する。Ｂモード処理部１０は、送受信部６から入力されるエコー受信信号からＡスコープ信号を求め、その各瞬時値を輝度値とするＢモード画像データを音線毎に形成する。
【００３４】
画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される音線毎のＢモード画像データを音線データメモリ１４２に記憶する。これによって、音線データメモリ１４２内にＢモード画像データについての音線データ空間が形成される。
【００３５】
画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２のＢモード画像データをディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換して画像メモリ１４６に書き込む。画像メモリ１４６の読出信号が表示部１６に表示される。これによってＢモード画像が表示される。
【００３６】
超音波プローブ２のφ走査につれて、例えば図１１に概念的に示すように、φ方向に異なる複数の断面（θ走査面）９００〜９１０の像が順次表示される。各断面の像は画像メモリ１４６に蓄積される。これによって、画像メモリ１４６には、断面９００〜９１０の積層によって構成される３次元領域３０２に関する画像が記憶される。
【００３７】
３次元領域３０２には血管９２０と腫瘍９２２が存在する。腫瘍９２２の一端部９２４が断面９００に位置する。腫瘍９２２の最も太い中間部９２６が断面９０６に位置する。腫瘍９２２の他方の端部９２８が断面９１０に位置する。
【００３８】
操作者は、表示部１６に順次表示される各断面の画像を観察して、腫瘍９２２の全貌を把握する。すなわち、断面９０６の画像を観察して腫瘍９２２の最も太い中間部９２６を認識し、断面９００，９１０の画像を観察して腫瘍９２２の両端部９２４，９２８をそれぞれ認識する。
【００３９】
ステップ３１２において、操作者は、画像から認識した腫瘍９２２の像に基づいて、ＲＯＩ(region of interest)すなわち関心領域を設定する。それには、先ず、操作者は、腫瘍９２２の最も太い中間部９２６が表示されている断面９０６の画面において、操作部２０の操作により腫瘍９２２の輪郭を描画する。輪郭の描画は、例えば操作部２０により形状と寸法が調節できる可変の楕円図形を用いて行われる。これは近似的な輪郭を簡便に描画する点で好ましい。
【００４０】
例えば、肝臓癌等の腫瘍は、その断面が概ね楕円ないし円形になっているので、可変の楕円図形を利用することにより、比較的正確な輪郭を容易に描画することができる。勿論、移動カーソル(cursor)等で輪郭をなぞって描画するようにしても良い。
【００４１】
操作者は、描画した輪郭図形を画像処理プロセッサ１４８に記憶させる。操作者は、さらに、断面９００、９０６および９１０の番号を入力し、３次元領域３０２におけるそれら断面の位置を画像処理プロセッサ１４８に記憶させる。なお、画像処理プロセッサ１４８が表示中の断面の３次元的位置を常に認識しているときは、番号入力に代えて所定のキーを押すことで、それを記憶させることができる。
【００４２】
画像処理プロセッサ１４８は、これらの入力信号に基づき、腫瘍部９２２の３次元形状を求める。それには、例えば、図１２に示すような手法が用いられる。同図に示すように、断面９０６における最も太い中間部の輪郭が長径ａと短径ｂの楕円で表され、断面９０６から断面９００および９１０までの距離をそれぞれＦおよびＬとしたとき、断面９０６と断面９００の間の距離ｉにおける腫瘍９２２の輪郭を、長径ａ’と短径ｂ’がそれぞれ下記の（１），（２）式で与えられる楕円とし、断面９０６と断面９１０の間の距離ｉにおける輪郭を、長径ａ''と短径ｂ''がそれぞれ下記の（３），（４）式で与えられる楕円とする。なお、ａ＝ｂの場合を含む。
【００４３】
【数１】
【００４４】
【数２】
【００４５】
【数３】
【００４６】
【数４】
【００４７】
これによって、腫瘍９２２の３次元形状が複数の楕円板の積層（楕円積層体）からなる滑らかな近似図形として求まる。すなわち、３次元領域３０２において、腫瘍９２２に対応する関心領域９２２’が３次元的に設定される。
【００４８】
次に、ステップ３１４において、画像処理プロセッサ１４８は、画像メモリ１４６の画像データのうちＲＯＩに属するものについて最大値投影を行う。すなわち、例えば図１３に示すように、３次元領域３０２に関して設定した所望の投影面３０４に、それに垂直な複数の視線３０６により、関心領域９２２’に属する画像データの最大値投影を行う。
【００４９】
関心領域９２２’は腫瘍９２２に相当するので、これによって腫瘍９２２の投影像すなわち腫瘍９２２の３次元表示像が得られる。画像処理プロセッサ１４８は、最大値投影によって得た画像データを画像メモリ１４６に記憶する。
【００５０】
次に、ステップ３１６において、画像処理プロセッサ１４８は画像メモリ１４６に蓄積されている３次元領域３０２全体の画像データについて最小値投影を行う。すなわち、例えば図１４に示すように、３次元領域３０２に関して設定した上記の投影面３０４に、それに垂直な多数の視線３０６により、３次元領域３０２の画像データについて最小値投影を行う。
【００５１】
血液からのエコーが組織部からのエコーよりもはるかに弱いことにより、最小値投影によって血管９２０の投影像すなわち血管９２０の３次元表示像が得られる。画像処理プロセッサ１４８は、最小値投影によって得た画像データを、最大値投影によって得た画像データとは別に、画像メモリ１４６に記憶する。
【００５２】
次に、ステップ３１８において、画像処理プロセッサ１４８は、最大値投影によって得られた画像データと最小値投影によって得られた画像データとを加算して表示用の画像データを形成する。これによって、腫瘍部９２２の３次元表示像と血管９２０の３次元表示像を合成した画像が構成される。合成され画像はステップ３２０において、表示部１６に可視像として表示される。
【００５３】
表示画像の実例を中間調の写真により図１５に示す。同図において、楕円形の白い像が腫瘍像であり、その上ないしその近辺の黒い帯状図形が血管像である。ここで、腫瘍像は、操作者が腫瘍と認定した部分の画像データの最大値投影によって形成されるので、表示画像のテクスチャは実体感のあるものとなる。投影方向を少しずつ変えた投影像を連続的に表示することにより、腫瘍と血管の相互関係が立体的に把握しやすくなる。
【００５４】
最小値投影を行うに当たり、例えば図１６に示すように、視線方向において関心領域９２２’以遠の範囲は最小値投影を行わないようにしても良い。このようにすると、関心領域９２２’の背後に位置する血管部分９２０’が最小値投影の対象にならないので、血管部分９２０’の像が腫瘍９２２の像に重なって表示されることがなくなる。これによって、両画像の前後関係が明瞭になる。その表示画像の実例を中間調の写真により図１７に示す。図１７を図１５と対比すると、図１５において腫瘍９２２の像を斜めによぎっている血管像が無くなることが見てとれる。
【００５５】
なお、最小値投影は視線方向において関心領域９２２’の手前までは行われるので、例えば図１８に示すように、関心領域９２２’の手前に血管部分９０２''があるときは、その投影像が腫瘍９２２の像に重ねて表示されるのはいうまでもない。
【００５６】
また、最小値投影によって、血管ばかりでなく例えばリンパ管等の投影像が得られるので、リンパ管像と腫瘍部ないし関心領域の像との関係を示す３次元表示像を得ることも可能であある。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明では、Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間における３次元関心領域内の画像データについて最大値投影を行い、３次元座標空間のＢモード画像データについて最小値投影を行い、最大値投影によって得られた画像データと最小値投影によって得られた画像データの和に基づいて画像を形成するようにしたので、血管等の像と関心領域の像を一緒に表示した３次元表示像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図３】 本発明の実施の形態の一例の装置による３次元走査の概念図である。
【図４】 本発明の実施の形態の一例の装置による３次元走査の概念図である。
【図５】 本発明の実施の形態の一例の装置の一部のブロック図である。
【図６】 本発明の実施の形態の一例の装置の一部のブロック図である。
【図７】 本発明の実施の形態の一例の装置における音線データ空間を示す概念図である。
【図８】 本発明の実施の形態の一例の装置における物理空間を示す概念図である。
【図９】 本発明の実施の形態の一例の装置における物理空間を示す概念図である。
【図１０】 本発明の実施の形態の一例の装置の動作を示すフロー図である。
【図１１】 本発明の実施の形態の一例の装置の動作を示す概念図である。
【図１２】 本発明の実施の形態の一例の装置における３次元関心領域の概念図である。
【図１３】 本発明の実施の形態の一例の装置における最大値投影の概念図である。
【図１４】 本発明の実施の形態の一例の装置における最小値投影の概念図である。
【図１５】 本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。
【図１６】 本発明の実施の形態の一例の装置における最小値投影の概念図である。
【図１７】 本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。
【図１８】 本発明の実施の形態の一例の装置における最小値投影の概念図である。
【符号の説明】
２ 超音波プローブ
４ 被検体
６ 送受信部
８ アクチュエータ
１０ Ｂモード処理部
１４ 画像処理部
１６ 表示部
１８ 制御部
２０ 操作部
１０２ 対数増幅回路
１０４ 包絡線検波回路
１４０ バス
１４２ 音線データメモリ
１４４ ディジタル・スキャンコンバータ
１４６ 画像メモリ
１４８ 画像処理プロセッサ
２００ 放射点
２０２ 音線
２０４ 円弧
２０６ ２次元領域
２０８ 発散点
３００ 回転軸
３０２ ３次元領域
９００〜９１０ 断面
９２０ 血管
９２２ 腫瘍
９２２’ 関心領域
９２４ 一端部
９２６ 中間部
９２８ 他端部
３０４ 投影面
【発明の属する技術分野】
本発明は、投影像形成方法および超音波撮像装置に関し、特に、３次元座標空間の画像データを最大値投影（maximum intensity projection) ないし最小値投影(minimum intensity projection)することによって３次元表示像を得る投影像形成方法、および最大値投影ないし最小値投影によって３次元表示像を得る超音波撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被検体内の３次元領域を超音波で走査し、エコー(echo)の強度信号に基づいてその領域のＢモード(mode)像を撮像したとき、３次元座標空間のＢモード画像データを最小値投影することにより、例えば血管像等について近似的な３次元表示像が得られることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
Ｂモード像において、例えば腫瘍部等の関心領域の像は、周囲の正常組織の像とは輝度やテクスチャ(texture) 等の違いによって目視で識別できるとはいうものの、その画素値が正常組織のものより小さくなるとは限らないので、一般に最小値投影では描出されない。腫瘍の診断においては、血管等との相対的な位置関係を示す３次元表示像を得ることが重要であるが、Ｂモード像の最小値投影による３次元表示像では血管像と腫瘍像を一緒に描出できず不便である。
【０００４】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、血管等の像と関心領域の像を一緒に描出する３次元表示像を得る投影像形成方法および超音波撮像装置を実現することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）上記の課題を解決する第１の発明は、Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間における３次元関心領域内の画像データについて最大値投影を行い、前記３次元座標空間のＢモード画像データについて最小値投影を行い、前記最大値投影によって得られた画像データと前記最小値投影によって得られた画像データの和に基づいて画像を形成する、ことを特徴とする。
【０００６】
（２）上記の課題を解決する第２の発明は、被検体内の３次元領域を超音波で走査してそのエコーを受信する超音波送受信手段と、前記エコーの強度信号に基づいて被検体内のＢモード像を表すＢモード画像データを生成するＢモード画像データ生成手段と、前記Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間における３次元関心領域内の画像データについて最大値投影を行う最大値投影手段と、前記３次元座標空間のＢモード画像データについて最小値投影を行う最小値投影手段と、前記最大値投影手段によって得られた画像データと前記最小値投影手段によって得られた画像データの和に基づいて画像を形成する画像形成手段と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
第１発明または第２の発明において、前記最小値投影が、投影方向から見て前記３次元関心領域以遠を除いて最小値投影するものであることが、腫瘍部等の背後に位置する血管等を描出しない点で好ましい。
【０００８】
また、第１発明または第２の発明において、前記３次元関心領域が楕円積層体であることが、３次元関心領域の設定を簡便化する点で好ましい。
その場合、前記楕円積層体が前記Ｂモード像上に描画された楕円形に基づくものであることが、関心領域を適正化する点で好ましい。
【０００９】
（作用）
第１の発明または第２の発明では、３次元座標空間のＢモード画像データについて、３次元関心領域内につき最大値投影して得られた画像データと、３次元座標空間全体につき最小値投影して得られた画像データとの和に基づいて画像を形成する。そこで、Ｂモード像上で観察される腫瘍部の範囲を３次元関心領域とすることにより、血管像と腫瘍部像を一緒に表示した３次元表示像が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１１】
図１に超音波撮像装置のブロック(block) 図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。
【００１２】
（構成）
本装置の構成を説明する。図１に示すように、本装置は、超音波プローブ(probe) ２を有する。超音波プローブ２は、図示しない複数の超音波トランスデューサ(transducer)のアレイ(array) を有する。アレイは、例えば前方に張り出した円弧に沿って１次元的に配列された１２８個の超音波トランスデューサによって構成される。
【００１３】
すなわち、超音波プローブ２はコンベックスプローブ(convex probe)となっている。なお、超音波プローブ２はコンベックスプローブに限らない。個々の超音波トランスデューサは例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックス(ceramics)等の圧電材料によって構成される。超音波プローブ２は被検体４に当接されて使用される。
【００１４】
超音波プローブ２は送受信部６に接続されている。超音波プローブ２と送受信部６は、本発明における超音波送受信手段の実施の形態の一例である。送受信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて被検体４内に超音波を送波させるようになっている。超音波は被検体４内にビーム(beam)として送波される。超音波ビームの送波は所定の時間間隔で繰り返し行われる。
【００１５】
超音波ビームの送波方向は順次変更され、被検体４の内部が、超音波ビームが形成する音線によって走査される。すなわち被検体４の内部が音線順次によって走査される。音線の形成は、複数の超音波トランスデューサの駆動に時間差を与えるフェーズドアレイ(phased array)の手法を利用して行われる。また、音線の走査は、音線形成に関わる複数の超音波トランスデューサを切り換えることにより、送波アパーチャ(aperture)をアレイに沿って順次移動させる電子スキャン(scan)の手法を利用して行われる。
【００１６】
送受信部６は、また、超音波プローブ２が受波した被検体４からのエコー信号を受信するようになっている。エコー信号の受信は超音波の送波の繰り返しの合間に行われる。各回の受信によって、音線毎のエコー受信信号がそれぞれ形成される。受波の音線も送波に合わせて走査される。
【００１７】
音線毎のエコー受信信号の形成は、例えばアレイ中の複数の超音波トランスデューサの受信信号を加算する時間差を調節するフェーズドアレイの手法により行われる。受波の音線の走査は、受波のアパーチャをアレイに沿って順次移動させる電子スキャンによって行われる。
【００１８】
超音波プローブ２および送受信部６によって、図２に示すような走査が行われる。すなわち、同図に示すように、放射点２００から発する音線２０２が円弧２０４上を移動することにより、扇面状の２次元領域２０６が走査され、いわゆるコンベックススキャンが行われる。この走査はθ走査である。音線２０２を超音波の送波方向とは反対方向に延長したとき、全ての音線が一点２０８で交わるようになっている。点２０８は全ての音線の発散点となる。
【００１９】
超音波プローブ２はアクチュエータ(actuator)８に連結されている。アクチュエータ８は、超音波プローブ２をθ走査方向とは直交する方向（φ方向）に移動させるようになっている。すなわち、アクチュエータ８はφ走査を行うものである。φ走査はθ走査と協調して行われ、例えばθ走査の１スキャン毎にφ走査を１ピッチ(pitch) 進めるようになっている。
【００２０】
φ走査を超音波プローブ２の揺動によっておこなうとき、その中心軸は、図３に中心軸３００で示すように、θ走査の音線の発散点２０８を通るようになっている。このようなφ走査とθ走査の組み合わせによって、被検体４の内部の３次元領域３０２が走査される。φ走査は、この他に図４に示すように行うようにしても良い。図４に示すφ走査は、超音波プローブ２をθ走査と直交する方向に平行移動させるようにしたものである。なお、φ走査は、必ずしもアクチュエータ８によらず、操作者が手動で行うようにしても良い。
【００２１】
送受信部６から出力される音線毎のエコー受信信号は、Ｂモード処理部１０に入力される。Ｂモード処理部１０はＢモード画像データを形成するものである。Ｂモード処理部１０は、図５に示すように対数増幅回路１０２と包絡線検波回路１０４を備えている。Ｂモード処理部１０は、対数増幅回路１０２でエコー受信信号を対数増幅し、包絡線検波回路１０４で包絡線検波して音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号、すなわちＡスコープ(scope) 信号を得て、このＡスコープ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモード画像データを形成するようになっている。
【００２２】
Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接続されている。Ｂモード処理部１０と画像処理部１４は、本発明におけるＢモード画像データ生成手段の実施の形態の一例である。画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力されるデータに基づいてＢモード画像を生成するものである。
【００２３】
画像処理部１４は、図６に示すように、バス(bus) １４０によって接続された音線データメモリ１４２、ディジタル・スキャンコンバータ(digital scan converter)１４４、画像メモリ１４６および画像処理プロセッサ１４８を備えている。Ｂモード処理部１０から音線毎に入力されたＢモード画像データは、音線データメモリ１４２に記憶される。
【００２４】
被検体４の走査が３次元的に行われることにより、音線データメモリ１４２には３次元の音線データが記憶される。すなわち、音線データメモリ１４２内には、例えば図７に示すような３次元の音線データ空間が形成される。この音線データ空間はθ、φおよびｚの３つの座標軸を有する。これらは極座標軸である。
【００２５】
ディジタル・スキャンコンバータ１４４は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間のデータに変換するものである。これによって、音線データ空間は例えば図８または図９に示すような物理データ空間に変換される。物理データ空間はＸ，Ｙ，Ｚの３つの直交座標軸を有する。物理データ空間は、図３または図４に示した３次元領域３０２に相当する。
【００２６】
ディジタル・スキャンコンバータ１４４によって変換された画像データが画像メモリ１４６に記憶される。すなわち、画像メモリ１４６は物理空間の画像データを記憶する。画像メモリ１４６には３次元座標空間（データ空間）が形成される。
【００２７】
画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２および画像メモリ１４６のデータについてそれぞれ所定のデータ処理を施すものである。このデータ処理には３次元表示像を得るためのデータ処理が含まれる。データ処理の詳細については後にあらためて説明する。
【００２８】
画像処理プロセッサ１４８は、本発明における最大値投影手段の実施の形態の一例である。また、本発明における最小値投影手段の実施の形態の一例である。また、本発明における画像形成手段の実施の形態の一例である。
【００２９】
画像処理部１４には表示部１６が接続されている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が与えられ、それに基づいて画像を表示するようになっている。
【００３０】
以上の送受信部６、アクチュエータ８、Ｂモード処理部１０、画像処理部１４および表示部１６は制御部１８に接続されている。制御部１８は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御するようになっている。
【００３１】
制御部１８には操作部２０が接続されている。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作パネル(panel) で構成される。
【００３２】
（動作）
本装置の動作を説明する。図１０に本装置の動作のフロー図を示す。操作者はアクチュエータ８に連結された超音波プローブ２を被検体４の所望の個所に位置決めし、操作部２０を操作して撮像動作を行わせる。以下、制御部１８による制御の下で本装置の動作が遂行される。
【００３３】
ステップ３１０において、３次元（３Ｄ）スキャンを行う。すなわち、送受信部６は超音波プローブ２を通じて音線順次で被検体４の内部をθ走査して逐一そのエコーを受信する。Ｂモード処理部１０は、送受信部６から入力されるエコー受信信号からＡスコープ信号を求め、その各瞬時値を輝度値とするＢモード画像データを音線毎に形成する。
【００３４】
画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０から入力される音線毎のＢモード画像データを音線データメモリ１４２に記憶する。これによって、音線データメモリ１４２内にＢモード画像データについての音線データ空間が形成される。
【００３５】
画像処理プロセッサ１４８は、音線データメモリ１４２のＢモード画像データをディジタル・スキャンコンバータ１４４で走査変換して画像メモリ１４６に書き込む。画像メモリ１４６の読出信号が表示部１６に表示される。これによってＢモード画像が表示される。
【００３６】
超音波プローブ２のφ走査につれて、例えば図１１に概念的に示すように、φ方向に異なる複数の断面（θ走査面）９００〜９１０の像が順次表示される。各断面の像は画像メモリ１４６に蓄積される。これによって、画像メモリ１４６には、断面９００〜９１０の積層によって構成される３次元領域３０２に関する画像が記憶される。
【００３７】
３次元領域３０２には血管９２０と腫瘍９２２が存在する。腫瘍９２２の一端部９２４が断面９００に位置する。腫瘍９２２の最も太い中間部９２６が断面９０６に位置する。腫瘍９２２の他方の端部９２８が断面９１０に位置する。
【００３８】
操作者は、表示部１６に順次表示される各断面の画像を観察して、腫瘍９２２の全貌を把握する。すなわち、断面９０６の画像を観察して腫瘍９２２の最も太い中間部９２６を認識し、断面９００，９１０の画像を観察して腫瘍９２２の両端部９２４，９２８をそれぞれ認識する。
【００３９】
ステップ３１２において、操作者は、画像から認識した腫瘍９２２の像に基づいて、ＲＯＩ(region of interest)すなわち関心領域を設定する。それには、先ず、操作者は、腫瘍９２２の最も太い中間部９２６が表示されている断面９０６の画面において、操作部２０の操作により腫瘍９２２の輪郭を描画する。輪郭の描画は、例えば操作部２０により形状と寸法が調節できる可変の楕円図形を用いて行われる。これは近似的な輪郭を簡便に描画する点で好ましい。
【００４０】
例えば、肝臓癌等の腫瘍は、その断面が概ね楕円ないし円形になっているので、可変の楕円図形を利用することにより、比較的正確な輪郭を容易に描画することができる。勿論、移動カーソル(cursor)等で輪郭をなぞって描画するようにしても良い。
【００４１】
操作者は、描画した輪郭図形を画像処理プロセッサ１４８に記憶させる。操作者は、さらに、断面９００、９０６および９１０の番号を入力し、３次元領域３０２におけるそれら断面の位置を画像処理プロセッサ１４８に記憶させる。なお、画像処理プロセッサ１４８が表示中の断面の３次元的位置を常に認識しているときは、番号入力に代えて所定のキーを押すことで、それを記憶させることができる。
【００４２】
画像処理プロセッサ１４８は、これらの入力信号に基づき、腫瘍部９２２の３次元形状を求める。それには、例えば、図１２に示すような手法が用いられる。同図に示すように、断面９０６における最も太い中間部の輪郭が長径ａと短径ｂの楕円で表され、断面９０６から断面９００および９１０までの距離をそれぞれＦおよびＬとしたとき、断面９０６と断面９００の間の距離ｉにおける腫瘍９２２の輪郭を、長径ａ’と短径ｂ’がそれぞれ下記の（１），（２）式で与えられる楕円とし、断面９０６と断面９１０の間の距離ｉにおける輪郭を、長径ａ''と短径ｂ''がそれぞれ下記の（３），（４）式で与えられる楕円とする。なお、ａ＝ｂの場合を含む。
【００４３】
【数１】
【数２】
【数３】
【数４】
これによって、腫瘍９２２の３次元形状が複数の楕円板の積層（楕円積層体）からなる滑らかな近似図形として求まる。すなわち、３次元領域３０２において、腫瘍９２２に対応する関心領域９２２’が３次元的に設定される。
【００４８】
次に、ステップ３１４において、画像処理プロセッサ１４８は、画像メモリ１４６の画像データのうちＲＯＩに属するものについて最大値投影を行う。すなわち、例えば図１３に示すように、３次元領域３０２に関して設定した所望の投影面３０４に、それに垂直な複数の視線３０６により、関心領域９２２’に属する画像データの最大値投影を行う。
【００４９】
関心領域９２２’は腫瘍９２２に相当するので、これによって腫瘍９２２の投影像すなわち腫瘍９２２の３次元表示像が得られる。画像処理プロセッサ１４８は、最大値投影によって得た画像データを画像メモリ１４６に記憶する。
【００５０】
次に、ステップ３１６において、画像処理プロセッサ１４８は画像メモリ１４６に蓄積されている３次元領域３０２全体の画像データについて最小値投影を行う。すなわち、例えば図１４に示すように、３次元領域３０２に関して設定した上記の投影面３０４に、それに垂直な多数の視線３０６により、３次元領域３０２の画像データについて最小値投影を行う。
【００５１】
血液からのエコーが組織部からのエコーよりもはるかに弱いことにより、最小値投影によって血管９２０の投影像すなわち血管９２０の３次元表示像が得られる。画像処理プロセッサ１４８は、最小値投影によって得た画像データを、最大値投影によって得た画像データとは別に、画像メモリ１４６に記憶する。
【００５２】
次に、ステップ３１８において、画像処理プロセッサ１４８は、最大値投影によって得られた画像データと最小値投影によって得られた画像データとを加算して表示用の画像データを形成する。これによって、腫瘍部９２２の３次元表示像と血管９２０の３次元表示像を合成した画像が構成される。合成され画像はステップ３２０において、表示部１６に可視像として表示される。
【００５３】
表示画像の実例を中間調の写真により図１５に示す。同図において、楕円形の白い像が腫瘍像であり、その上ないしその近辺の黒い帯状図形が血管像である。ここで、腫瘍像は、操作者が腫瘍と認定した部分の画像データの最大値投影によって形成されるので、表示画像のテクスチャは実体感のあるものとなる。投影方向を少しずつ変えた投影像を連続的に表示することにより、腫瘍と血管の相互関係が立体的に把握しやすくなる。
【００５４】
最小値投影を行うに当たり、例えば図１６に示すように、視線方向において関心領域９２２’以遠の範囲は最小値投影を行わないようにしても良い。このようにすると、関心領域９２２’の背後に位置する血管部分９２０’が最小値投影の対象にならないので、血管部分９２０’の像が腫瘍９２２の像に重なって表示されることがなくなる。これによって、両画像の前後関係が明瞭になる。その表示画像の実例を中間調の写真により図１７に示す。図１７を図１５と対比すると、図１５において腫瘍９２２の像を斜めによぎっている血管像が無くなることが見てとれる。
【００５５】
なお、最小値投影は視線方向において関心領域９２２’の手前までは行われるので、例えば図１８に示すように、関心領域９２２’の手前に血管部分９０２''があるときは、その投影像が腫瘍９２２の像に重ねて表示されるのはいうまでもない。
【００５６】
また、最小値投影によって、血管ばかりでなく例えばリンパ管等の投影像が得られるので、リンパ管像と腫瘍部ないし関心領域の像との関係を示す３次元表示像を得ることも可能であある。
【００５７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明では、Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間における３次元関心領域内の画像データについて最大値投影を行い、３次元座標空間のＢモード画像データについて最小値投影を行い、最大値投影によって得られた画像データと最小値投影によって得られた画像データの和に基づいて画像を形成するようにしたので、血管等の像と関心領域の像を一緒に表示した３次元表示像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態の一例の装置による音線走査の概念図である。
【図３】 本発明の実施の形態の一例の装置による３次元走査の概念図である。
【図４】 本発明の実施の形態の一例の装置による３次元走査の概念図である。
【図５】 本発明の実施の形態の一例の装置の一部のブロック図である。
【図６】 本発明の実施の形態の一例の装置の一部のブロック図である。
【図７】 本発明の実施の形態の一例の装置における音線データ空間を示す概念図である。
【図８】 本発明の実施の形態の一例の装置における物理空間を示す概念図である。
【図９】 本発明の実施の形態の一例の装置における物理空間を示す概念図である。
【図１０】 本発明の実施の形態の一例の装置の動作を示すフロー図である。
【図１１】 本発明の実施の形態の一例の装置の動作を示す概念図である。
【図１２】 本発明の実施の形態の一例の装置における３次元関心領域の概念図である。
【図１３】 本発明の実施の形態の一例の装置における最大値投影の概念図である。
【図１４】 本発明の実施の形態の一例の装置における最小値投影の概念図である。
【図１５】 本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。
【図１６】 本発明の実施の形態の一例の装置における最小値投影の概念図である。
【図１７】 本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。
【図１８】 本発明の実施の形態の一例の装置における最小値投影の概念図である。
【符号の説明】
２ 超音波プローブ
４ 被検体
６ 送受信部
８ アクチュエータ
１０ Ｂモード処理部
１４ 画像処理部
１６ 表示部
１８ 制御部
２０ 操作部
１０２ 対数増幅回路
１０４ 包絡線検波回路
１４０ バス
１４２ 音線データメモリ
１４４ ディジタル・スキャンコンバータ
１４６ 画像メモリ
１４８ 画像処理プロセッサ
２００ 放射点
２０２ 音線
２０４ 円弧
２０６ ２次元領域
２０８ 発散点
３００ 回転軸
３０２ ３次元領域
９００〜９１０ 断面
９２０ 血管
９２２ 腫瘍
９２２’ 関心領域
９２４ 一端部
９２６ 中間部
９２８ 他端部
３０４ 投影面
Claims (2)
- 被検体内の３次元領域を超音波で走査してそのエコーを受信する超音波送受信手段と、
前記エコーの強度信号に基づいて被検体内のＢモード像を表すＢモード画像データを生成するＢモード画像データ生成手段と、
前記Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間における３次元関心領域内の画像データについて最大値投影を行う最大値投影手段と、
投影方向において前記３次元関心領域よりも投影面側にあるＢモード画像データを除いた、前記３次元座標空間のＢモード画像データについて最小値投影を行う最小値投影手段と、
前記最大値投影手段によって得られた画像データに基づく画像に前記最小値投影手段によって得られた画像データに基づく画像を重ねることにより画像を形成する画像形成手段とを具備することを特徴とする超音波撮像装置。 - 請求項１に記載の超音波撮像装置において、
前記最大値投影手段における３次元関心領域は、前記超音波で走査して得られた複数スライスの前記Ｂモード像において操作者が描画した腫瘍の輪郭に基づいて定められた腫瘍の３次元関心領域であることを特徴とする超音波撮像装置。
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