JP4138445B2

JP4138445B2 - 超音波診断装置

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Publication number: JP4138445B2
Application number: JP2002312211A
Authority: JP
Inventors: 英司笠原
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2022-10-28
Also published as: JP2004141522A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特に三次元エコーデータ取込空間に相当する空間モデルを表示画面上に表示する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元エコーデータ取込用超音波探触子（３Ｄプローブ）は、生体内に三次元エコーデータ取込空間（三次元空間）を形成するためのプローブである。その３Ｄプローブは、生体組織の三次元画像を形成する場合や三次元空間内に設定された切断面に相当する断層画像（組織画像、血流画像）などを形成する場合に用いられる。３Ｄプローブとしては、２Ｄアレイ振動子（スパースアレイ型を含む）を用いて超音波ビームを２次元走査するもの、１Ｄアレイ振動子を機械的に走査するもの、単振動子を機械的に２次元走査するもの、などが知られている。
【０００３】
ちなみに、従来の１Ｄアレイ振動子を有するプローブにおいては、一般に、１Ｄアレイ振動子の一方端（電子走査の開始点に相当する基準端）に対応するケース側面に突起状の物理マーカーが設けられている。また、断層画像を表示する場合には、断層画像における基準端に相当する側（右側又は左側）に、物理マーカーに対応する表示マーカーが表示される。表示マーカーが表示された側を特定することにより、断層画像の視点が手前側にあるのか奥側にあるのかを把握できる。
【０００４】
なお、本願に関連する本願出願人の未公開の特許出願として、特願２００２−１８３９９９号、特願２００２−２０９０７５号、特願２００２−１４１１８８号がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来装置の中には、三次元空間を模擬した空間モデル（例えばワイヤフレーム）を表示画面上に表示するものがある。その空間モデルを用いて、例えば、切断面の位置の確認を行ったり、その指定を行ったりすることができる。しかしながら、かかる従来装置においては、空間モデルと３Ｄプローブとの位置関係あるいは座標関係を直感的に認識するのが困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、超音波診断装置において、ユーザーに画像観察上の便宜を図ることにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、三次元の空間モデルが表示される超音波診断装置において、３Ｄプローブと空間モデルと断層像の三者の対応関係を容易に認識できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）望ましくは、超音波診断装置が、超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査し、三次元エコーデータ取込空間を形成する三次元エコーデータ取込用超音波探触子と、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子の外表面に設けられ、前記第１走査方向及び前記第２走査方向を認識するための物理マーカー部と、前記三次元エコーデータ取込空間に対応するイメージとしての空間モデルを生成する空間モデル生成手段と、を含み、表示画面上において、前記空間モデルに重ねて又はその近傍に、前記物理マーカー部に対応付けられた表示マーカー部が表示される。
【０００９】
上記構成によれば、三次元エコーデータ取込用超音波探触子（３Ｄプローブ）には、物理マーカー部が設けられ、一方、表示画面上に表示される空間モデルには物理マーカー部に対応付けられた表示マーカー部が表示される。つまり、物理マーカー部と表示マーカー部との対応関係から、三次元エコーデータ取込空間（三次元空間）と空間モデルとの位置関係あるいは座標関係を認識できる。
【００１０】
物理マーカー部は、複数の物理マーカーによって構成されるのが望ましく、特に２つの物理マーカーによって構成されるのが望ましいが、単一の物理マーカーによって構成することも可能である。あるいは、例えば３Ｄプローブの４つの側面に互いに異なる物理マーカーを設けるようにしてもよい。これと同様に、表示マーカー部は、複数の表示マーカーによって構成されるのが望ましく、特に２つの表示マーカーによって構成されるのが望ましいが、単一の表示マーカーあるいは４つの表示マーカーによって構成することも可能である。ここで、物理マーカー部と表示マーカー部の両者の構成を同一にするのが望ましい。例えば、各マーカーは、単純図形であるのが望ましいが、文字であってもよい。
【００１１】
望ましくは、前記空間モデルは、前記三次元エコーデータ取込空間又はそれに相当する立体を複数のラインを用いて表現したワイヤフレームである。空間モデルの形状は、三次元空間の形状と一致していてもよいし、それを包含するあるいはそれに相当する立体的な形状であってもよい。ワイヤフレーム以外の他の空間モデルを採用することもできるが、ワイヤフレームによれば表示処理が簡易であり、かつ、その内部に他の画像をはめ込んで表示しても当該他の画像の観察をあまり妨げないという利点がある。
【００１２】
３Ｄプローブは、２Ｄアレイ振動子（スパースアレイ型であってもよい）、あるいは、１Ｄアレイ振動子及び機械走査機構を有していてもよい。いずれにしても、超音波ビームを二次元的に走査して、三次元空間を形成できるものである。
【００１３】
望ましくは、前記物理マーカー部は、前記第１走査方向へ前記超音波ビームを走査することにより形成される第１走査面の向きを特定するための第１物理マーカーと、記第２走査方向へ前記超音波ビームを走査することにより形成される第２走査面の向きを特定するための第２物理マーカーと、を含む。
【００１４】
一般に、走査面（あるいは断層画像）には、表面と裏面とがあるが、例えば、走査面の表面側（あるいは裏面側）に対応付けて物理マーカーを設けるのが望ましい。また一般に、走査方向にも始点と終点とがあるが、例えば、始点側（あるいは終点側）へ、物理マーカーの位置を変位して設けるようにしてもよく、あるいは、２つの物理マーカーの相互関係として、一方が他方の始点側を特定するように、２つの物理マーカーを設けるようにしてもよい。
【００１５】
第１物理マーカーと第２物理マーカーは、互いに識別可能に構成され、例えば、外形、色、サイズなどの１又は複数を異ならせるのが望ましい。また凹凸の差を設けてもよい。なお、プローブの特定の角部に、第１物理マーカー及び第２物理マーカーの両機能を発揮する単一の物理マーカーを設けてもよい。
【００１６】
望ましくは、前記表示マーカーは、前記第１物理マーカーに対応付けられた第１表示マーカーと、前記第２物理マーカーに対応付けられた第２表示マーカーと、を含む。望ましくは、前記第１表示マーカーは前記第１物理マーカーに対応した形態を有し、前記第２表示マーカーは前記第２物理マーカーに対応した形態を有する。
【００１７】
望ましくは、前記空間モデルは、第１側面及び第２側面を有する立体イメージとして構成され、前記空間モデルの第１側面上に又はその近傍に前記第１表示マーカーが表示され、前記空間モデルの第２側面上に又はその近傍に前記第２表示マーカーが表示される。
【００１８】
望ましくは、前記第１表示マーカーは前記空間モデルの第１側面の隅部に表示され、前記第２表示マーカーは前記空間モデルの第２側面の隅部に表示される。この構成によれば、例えば、ワイヤフレームの内部に超音波画像あるいは他のイメージを表示する場合でも、表示マーカーがその後側の画像の重要な部分を隠蔽してしまう可能性を小さくできる。つまり、表示マーカーを表示する場合にはそれが画像観察上目障りとならないようにその表示位置を設定するのが望ましい。
【００１９】
望ましくは、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子は、前記第２走査方向に交差する第１側面及び第３側面と、前記第１走査方向に交差する第２側面及び第４側面と、を有し、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子における前記第１側面及び前記第３側面の一方に前記第１物理マーカーが設けられ、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子における前記第２側面及び前記第４側面の一方に前記第２物理マーカーが設けられる。
【００２０】
（２）望ましくは、超音波診断装置が、水平断面が略矩形の形状を有し、超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査し、三次元エコーデータ取込空間を形成する三次元エコーデータ取込用超音波探触子と、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子における前記第２走査方向と交差する第１側面及び第３側面の少なくとも一方に形成された第１物理マーカーと、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子における前記第１走査方向と交差する第２側面及び第４側面の少なくとも一方に形成された第２物理マーカーと、前記三次元エコーデータ取込空間に対応するイメージとしての複数のラインからなるワイヤフレームを生成するワイヤフレーム生成手段と、を含み、表示画面上において、前記ワイヤフレームにおける第１側面及び第３側面の内の少なくとも一方の側面上又はその近傍に前記第１物理マーカーに対応付けられた第１表示マーカーが表示され、且つ、前記ワイヤフレームにおける第２側面及び第４側面の少なくとも一方の側面上又はその近傍に前記第２物理マーカーに対応付けられた第２表示マーカーが表示される。
【００２１】
望ましくは、前記第１表示マーカーは前記ワイヤフレームの第１側面上の隅部に表示され、前記第２表示マーカーは前記ワイヤフレームの第２側面上の隅部に表示される。
【００２２】
望ましくは、前記第１表示マーカー及び前記第２表示マーカーはそれぞれ図形マークとしての原形状を有し、前記第１表示マーカーは、視点から見た前記ワイヤフレームの第１側面の姿勢に応じた形状で表示され、前記第２表示マーカーは、視点から見た前記ワイヤフレームの第２側面の姿勢に応じた形状で表示される。この構成によれば、立体感を増加させて、空間的な認識を促進できる。
【００２３】
望ましくは、前記視点を変更する視点変更手段を含み、前記視点の変更に従って、前記第１表示マーカー及び前記第２表示マーカーの形状が変化する。
【００２４】
望ましくは、前記表示画面上における前記ワイヤフレームとは別に、前記三次元エコーデータ取込空間に対して設定された互いに交差する３つの断面に相当する３つの断層像が表示され、且つ、各断層像上に又はその近傍に前記第１表示マーカー及び前記第２表示マーカーの内の少なくとも１つが表示される。空間モデル及びその外側の断層像の両者に対して、超音波探触子に設けられた物理マーカー部に対応する表示マーカー部を表示すれば、超音波探触子、空間モデル及び断層像の三者の位置関係を容易に認識できる。空間モデルに対して表示される表示マーカー部はモデル用表示マーカー部であり、それはモデル用第１表示マーカー及びモデル用第２表示マーカーを含む。断層像に対して表示される表示マーカー部は断層像用表示マーカー部であり、それは断層像用第１表示マーカー及び断層像用第２表示マーカーを含む。
【００２５】
望ましくは、前記三次元エコーデータ取込空間内に任意の位置及び角度で任意断面をユーザー設定するための任意断面設定手段を含み、前記表示画面上における前記ワイヤフレームの中に、前記任意断面の位置及び角度に従って、前記任意断面に相当する任意断層像が表示される。
【００２６】
望ましくは、前記表示画面上における前記ワイヤフレームの中に、前記三次元エコーデータ取込空間内の組織を表した三次元画像が表示される。三次元画像処理の手法としては各種のものをあげることができるが、例えば、ボリュームレンダリング法などを採用してもよい。
【００２７】
（３）望ましくは、超音波診断装置が、超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査し、三次元エコーデータ取込空間を形成する三次元エコーデータ取込用超音波探触子と、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子の第１側面に設けられた第１物理マーカーと、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子の第２側面に設けられた第２物理マーカーと、前記三次元エコーデータ取込空間に対応するイメージとしての空間モデルを生成する空間モデル生成手段と、を含み、表示画面上において、前記空間モデルが有する第１側面上には前記第１物理マーカーに対応する第１表示マーカーが表示され、且つ、前記空間モデルが有する第２側面上には前記第２物理マーカーに対応する第２表示マーカーが表示される。
【００２８】
望ましくは、前記第１物理マーカーは、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子の第１側面においてその中心から前記第１走査方向へ変位した位置に設けられ、前記第２物理マーカーは、前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子の第２側面においてその中心から前記第２走査方向へ変位した位置に設けられる。
【００２９】
望ましくは、前記第１表示マーカーは、前記空間モデルの第１側面においてその中心から前記第１走査方向に相当する方向へ変位した位置に表示され、前記第２表示マーカーは、前記空間モデルの第２側面においてその中心から前記第２走査方向に相当する方向へ変位した位置に表示される。
【００３０】
望ましくは、前記第１物理マーカー及び前記第２物理マーカーは前記超音波ビームの走査基準点側に変位した位置に設けられ、前記第１表示マーカー及び前記第２表示マーカーは前記超音波ビームの走査基準点側に相当する側に変位した位置に表示される。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。３Ｄプローブ１０は、装置本体にケーブルを介して接続される三次元エコーデータ取込用超音波探触子である。すなわち、超音波ビームＢをθ方向（第１走査方向）及びφ方向（第２走査方向）の両方向に走査することが可能であり、これにより三次元エコーデータ取込空間（三次元空間）Ｖを形成するものである。図１においては、深さ方向がｒで表されており、超音波ビームＢの電子走査によって形成される走査面がＳで示されている。その走査面Ｓは、第１走査方向としてのθ方向と深さ方向（超音波ビーム方向）とによって規定されるｒ−θ走査面（第１走査面）である。一方、深さ方向と第２走査方向であるφ方向とによってｒ−φ走査面（第２走査面）が規定され、それはｒ−θ走査面に直交する。
【００３３】
本実施形態において３Ｄプローブ１０は複数の振動素子を二次元配列してなる２Ｄアレイ振動子を有している。すなわち、θ方向及びφ方向の両方向に超音波ビームを電子走査することができる。２Ｄアレイ振動子として、いわゆるスパース型２Ｄアレイ振動子を用いてもよい。また、１Ｄアレイ振動子とそれを機械走査する機構とを設けて、三次元空間Ｖを形成するようにしてもよい。
【００３４】
超音波ビームの電子走査方式としては、電子セクタ走査、電子リニア走査などをあげることができる。これは機械走査方式についても同様であり、メカニカルセクタ走査、メカニカルリニア走査などをあげることができる。θ方向及びφ方向の両方向に電子セクタ走査が適用される場合、θ方向にコンベックス走査が行われ且つφ方向はメカニカルセクタ走査が行われる場合などにおいては、三次元空間Ｖはそれ全体として略角錐形状となる。一方、２つの走査方向について電子リニア走査が適用される場合などには、三次元空間Ｖは立方体形状となる。三次元空間Ｖの形状に応じて、後述する各断層像の形状は原則として異なってくる。ただし、各断層像を所定形状に切り出して表示するようにしてもよい。
【００３５】
３Ｄプローブ１０のケース１２内には上記の２Ｄアレイ振動子（図示せず）が設けられている。その２Ｄアレイ振動子は、具体的には、送受波面１３の内側近傍に設けられている。送受波面１３は体表面上に当接される面である。なお、本発明は上記のように体表面上に当接して用いられる３Ｄプローブに適用するのが特に望ましいが、体腔内に挿入される３Ｄプローブに対しても適用することが可能である。その場合には、後述する各物理マークをＸ線などによって観察できるように各物理マークにＸ線造影剤を含ませるようにするのが望ましい。
【００３６】
ケース１２の下部（生体側の端部）には、図１に示されるように、物理マーク部１６が形成されている。この物理マーク部１６は本実施形態において第１物理マーク１８と第２物理マーク２０とによって構成されている。
【００３７】
第１物理マーク１８は、ケース１２における４つの側面１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの内で、この例では、第１側面１２Ａに設けられている。この第１側面１２Ａは、上記ｒ−θ走査面が垂直になった場合に並行となる２つの側面の内で、φ方向の原点（走査の原則的な開始点）側の側面である。このように、本実施形態では、第１物理マーク１８は、ｒ−θ走査面の表面側（あるいは裏面側）に存在し、その向きを特定している。本実施形態において、第１物理マーク１８は、丸形状を有し、第１側面１２Ａの垂直中心線からｘ方向へ（第２側面１２Ｂ側へ）変位した位置に設けられている。つまり、θ方向における走査始点側（あるいは走査終点側）に変位して設けられ、それによって走査始点（あるいは走査終点）を視覚的に特定することができる。なお、走査始点と走査終点は、電子制御により入れ替えることも可能である。
【００３８】
上記同様に、第２物理マーク２０は、ケース１２における４つの側面１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの内で、第２側面１２Ｂに設けられている。この第２側面１２Ｂは、上記ｒ−φ走査面が垂直になった場合に並行となる２つの側面の内で、θ方向の原点（走査の原則的な開始点）側の側面である。このように、本実施形態では、第１物理マーク１８と同様に、第２物理マーク２０が、ｒ−φ走査面の表面側（あるいは裏面側）に存在し、その向きを特定している。本実施形態において、第２物理マーク２０は、第１物理マーク１８とは形状が相違し、四角形状を有している。そして、第２側面１２Ｂの垂直中心線からｙ方向へ（第３側面１２Ｃ側へ）変位した位置に設けられている。つまり、φ方向における走査始点側（あるいは走査終点側）に変位して設けられ、それによって走査始点（あるいは走査終点）を視覚的に特定することができる。
【００３９】
第１物理マーク１８と第２物理マーク２０は、色及び形の両者を異ならせるのが望ましく、例えば第１物理マーク１８はオレンジ色の丸形状で、第２物理マーク２０は、緑色の四角形状とするのが望ましい。もちろん、物理マーク１８，２０は、それぞれ視覚的に容易に識別できる限りにおいて、それらの形態としては各種のものを採用できる。例えば、２つの物理マーク１８，２０の内で、一方を凸部とし、他方を凹部とするようにしてもよい。また、一方又は他方を走査方向を表わす矢印としてもよい。
【００４０】
図１においては、各物理マーク１８，２０が側面における下端部に設けられているが、他の部位に設けることも可能である。ただし、ケース１２を把持した状態において、それらの物理マーク１８，２０が操作者の手によって隠蔽されない位置に各物理マーク１８，２０を設けるのが望ましい。また、４つの側面１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの全部に物理マークを設けるようにしてもよい。更に、本実施形態では物理マークとして記号としての単純図形が利用されたが、それを文字又は単語として構成することもできる。
【００４１】
したがって、以上の説明から明らかなように、第１物理マーク１８は第１走査方向に形成される第１走査面の面の向きを特定しており、これと同様に、第２物理マーク２０は、第２走査方向に形成される第２走査面の面の向きを特定している。しかも、それぞれが変位して設けられることで、各電子走査の開始点等を容易に特定でき、また、一方のマークが他方のマークの電子走査の開始側に設けられている関係からも第１走査方向及び第２走査方向における電子走査の開始点等を容易に認識できる。
【００４２】
なお、ケース１２は一般に白色あるいはグレーといった色彩を有しているが、そのケース１２の色彩に対して各物理マーク１８，２０の色を異ならせるのが望ましい。各物理マーク１８，２０としては、例えばゴム材などを利用し、樹脂などで構成されるケース１２と質感を異ならせるのが望ましい。
【００４３】
また、３Ｄプローブ１０を装置本体に接続した時点で、その種別又は識別子を自動認識し、これにより３Ｄプローブに関する情報（走査方式、物理マークの形状、色など）を得て、後述するワイヤフレームの表示処理及び表示マークの表示処理を遂行させるようにするのが望ましい。
【００４４】
送信部３０は、送信ビームフォーマーとして機能し、アレイ振動子を構成する複数の振動素子に対して所定の遅延関係をもって送信信号を供給する。これにより３Ｄプローブ１０において送信ビームが形成される。また、受信部３２は、複数の振動素子から出力される受信信号に対して整相加算を実行する受信ビームフォーマーとして機能する。フレームレートを向上するために、１回の送信ビームの形成当たり、複数の受信ビームが同時に形成されるようにしてもよい。
【００４５】
この超音波ビームの二次元の走査により、上述した三次元空間Ｖが構成される。この場合においては、θ方向に超音波ビームを走査し、これによって形成される走査面Ｓをφ方向の各位置ごとに形成するようにしてもよいし、φ方向に超音波ビームを走査し、これによって形成される走査面をθ方向の各位置ごとに形成するようにしてもよい。いずれにしても、三次元空間が形成されるように、走査シーケンスが設定される。
【００４６】
信号処理部３４は、例えば検波器や対数変換器など有している。もちろん、ドプラ信号処理を行う場合には直交検波器や自己相関回路などを設ければよい。いずれにしても、信号処理部３４によって処理された受信信号（エコーデータ）は３Ｄメモリ３６上に格納される。エコーデータの格納にあたっては、３Ｄメモリ３６のアドレスがφ，θ，ｒに対応付けられており、各エコーデータは三次元空間Ｖ内における三次元座標に対応付けられたアドレスに格納される。ただし、三次元画像形成や断層画像形成を順次実行可能な場合には、３Ｄメモリ３６を除外することもでき、あるいはそれに代えてフレームメモリやラインメモリなどを設けるようにしてもよい。
【００４７】
なお、３Ｄメモリ３６へのデータの格納に際しては、上記のような送受波座標系（極座標系）ではなく、直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）で格納するようにしてもよい。後述するトリプレーン表示における各断面の指定は、ｒ，θ，φの指定によって行うようにしてもよいし、ｘ，ｙ，ｚの指定によって行うようにしてもよい。
【００４８】
次に、画像処理ユニット（表示処理部）３７について説明する。本実施形態において、画像処理ユニット３７は複数のモジュールを有している。各モジュールの機能は、ハードウエアにより実現され、あるいはソフトウエアによって実現される。具体的に説明すると、画像処理ユニット３７は、三次元画像形成部３８、任意断層像形成部５２、第１断層像形成部５４、第２断層像形成部５６、第３断層像形成部５８、空間モデル作成部６０及び画像合成部６２を有している。
【００４９】
三次元画像形成部３８は、三次元空間Ｖ内において取り込まれた各エコーデータに基づいて、例えばボリュームレンダリング法などを用いることにより、三次元空間Ｖ内に存在する組織の三次元画像（投影画像）を形成するモジュールである。三次元画像の形成方法としては上記以外に各種の方法を採用でき、例えば最大値法や積算法などを利用することもできる。本実施形態においては、後述する空間モデルとしてのワイヤフレーム内に三次元画像を表現することが可能である。もちろん、三次元画像はそれ単独で画像表示することできる。
【００５０】
任意断層像形成部５２は、三次元空間Ｖ内においてユーザーにより任意の位置及び角度で指定された任意切断面に対応する任意断層像を形成するモジュールである。断層像は周知のようにＢモード画像（二次元断層画像）として構成される。この任意断層像は、本実施形態において、ワイヤフレーム内に表現することができる。この場合においては、視点との関係においてワイヤフレームの姿勢が自動的に設定され、これと共に、そのワイヤフレーム内の任意断層像の姿勢も自動的に設定される。
【００５１】
第１断層像形成部５４、第２断層像形成部５６及び第３断層像形成部５８はいわゆるトリプレーン表示を行う場合における３つの断層像を形成するモジュールである。第１断層像は例えばｒ−θ断面あるいはｘ−ｚ断面に相当し、第２断層像は例えばｒ−φ断面あるいはｙ−ｚ断面に相当し、第３断層像は例えばθ−φ断面あるいはｘ−ｙ断面に相当する。各断面の位置を任意に設定し、所望の臓器についてそれを３つの直交断層像として表現することが可能である。
【００５２】
空間モデル作成部６０は、空間モデルとしてのワイヤフレームを作成するモジュールである。ワイヤフレームは任意の位置に視点を設定して透影像として構築することが可能であり、また、必要に応じて、ワイヤフレーム内に上述した三次元画像または任意断層像を表現することも可能である。本実施形態においては、ワイヤフレームにおける第１側面に第１表示マークが表示され、第２側面に第２表示マークが表示される。第１表示マークは上記の第１物理マーク１８に対応しており、第２表示マークは上述した第２物理マーク２０に対応している。すなわち２つの物理マークと２つの表示マークとの対応関係により、空間モデルを画像表示した場合において、その空間モデルと、３Ｄプローブ１０あるいは三次元空間Ｖとの互いの位置関係あるいは座標関係を容易に認識することが可能となる。ちなみに、第１表示マーク及び第２表示マークは、必要に応じて、各断層像にもその上又はその近傍に表示される。各表示マーク及びその表示例については後述する。
【００５３】
画像合成部６２は、以上の各モジュールによって作成された各画像を合成し、これによって表示画面を構成するモジュールである。画像処理ユニット３７により形成された表示画像の画像データは表示部４６に表示され、その表示画面上に画像が表示される。
【００５４】
制御部４８は図１に示される各構成の動作制御を行っている。制御部４８にはキーボードやトラックボールなどによって構成される操作パネル５０が接続されている。この操作パネル５０を利用してユーザーは視点の変更を行うことができ、また各断層像の位置あるいは角度などを指定することができる。さらに、この操作パネル５０を利用して画像処理ユニット３７における画像処理条件や超音波の送受信条件などを設定することもできる。
【００５５】
図２には、物理マーク１８，２０と表示マーク１１８，１２０の対応関係が示されている。ここで、（Ｅ）は３Ｄプローブ１０と超音波診断の対象となる臓器（例えば心臓）１００との関係を示しており、ここで符号１０２は三次元空間Ｖの中心軸（垂直軸）を表している。上述したように、３Ｄプローブ１０の第１側面及び第２側面にはそれぞれ第１物理マーク１８及び第２物理マーク２０が設けられている。
【００５６】
（Ｄ）には、ワイヤフレーム１０４が示されている。このワイヤフレーム１０４は、表示画面上において三次元空間を表した空間モデルとして表示されるものである。本実施形態においては、ワイヤフレーム１０４は複数のライン（直線）によって表現され、その全体形状は立方体（直方体）である。ただし、このワイヤフレームが円弧ラインを含む略角錐形状などであってもよい。
【００５７】
ワイヤフレーム１０４は本実施形態において６つの面を有しており、具体的には、４つの側面、上面及び下面を有している。ここで、黒い矢印はそれぞれ各面を指しており、１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄはそれぞれ第１側面、第２側面、第３側面、第４側面である。また１０４Ｅ及び１０４Ｆは上面及び下面である。ここで、上面１０４Ｅは３Ｄプローブが存在する側の面である。
【００５８】
本実施形態において、第１側面１０４Ａの右上隅には第１表示マーク１１８が表されている。また、第２側面の右上隅には第２表示マーク１２０が表されている。この第１表示マーク１１８及び第２表示マーク１２０は両者合わせて表示マーカー部を構成するものである。第１表示マーク１１８は第１物理マーク１８に対応しており、その形態及び色は同一である。すなわち、第１表示マーク１１８は円形の形状（原形状）を有し、その色は例えば第１物理マーク１８と同一のオレンジ色である。また、第２表示マーク１２０は第２物理マーク２０と同様に四角形状（原形状）を有し、その色は緑色である。すなわち、３Ｄプローブ１０によって構成される三次元空間の第１側面及び第２側面にそれぞれ第１物理マーク１８及び第２物理マーク２０が対応付けられるが、これと同様に空間モデルにおいてもその第１側面及び第２側面にそれぞれ第１表示マーク１１８及び第２表示マーク１２０が対応付けられる。したがって、ワイヤフレーム１０４を観察した場合において、それと３Ｄプローブ（あるいは三次元空間）との位置関係あるいは座標関係を一目瞭然に把握することが可能となる。ちなみに、第１表示マーク１１８及び第２表示マーク１２０がそれぞれ面の隅部に表されているため、画像観察上において、それらの存在によって背景となる画像が必要以上に隠蔽されてしまう問題を防止できる。
【００５９】
第１表示マーク１１８及び第２表示マーク１２０は、視点との関係において、それが付されている側面の向きに応じて、原形状から変形して表現される。すなわち、例えば第１側面１０４Ａが視点と正対した場合においては第１表示マーク１１８はその原形状をもって表示されるが、視点から見た第１側面１０４Ａが傾く場合には、その傾きに応じた変形率をもって第１表示マーク１１８が潰れて（扁平して）表示されることになる。これは第２表示マーク１２０についても同様である。
【００６０】
本実施形態においては、視点を自在に変更することができ、上述した説明から明らかなように、各表示マーク１１８，１２０はその視点の変更に伴ってその形状も変化する。なお、各表示マーク１１８，１２０が視点から見て裏側に回り込む場合には、視点から見た形状通りに各表示マーク１１８，１２０を表示するようにしてもよいし、それに加えて、それらの輝度を若干下げたり表示方法を若干変更したりするなどによって各表示マーク１１８，１２０の裏面をユーザーに意識させるようにしてもよい。
【００６１】
本実施形態において、ワイヤフレーム１０４には、ユーザーによって設定される３つの断面を表すプレーン１０６，１０８，１１０が表示される。ここで、プレーン１０８は、例えばｒ−θ断面あるいはｘ−ｚ断面に相当し、プレーン１０６は例えばｒ−φ断面あるいはｙ−ｚ断面に相当する。プレーン１１０は例えばθ−φ断面あるいはｘ−ｙ断面に相当する。ちなみに、プレーン１１０はいわゆる水平断面を示しているが、その水平断面は平面であっても球面であってもよい。
【００６２】
（Ｃ）には、プレーン１０８に相当する断層像１２４が示されている。この断層像１２４の近傍には第１表示マーク１１８が付されている。すなわち、１０４Ａで示した方向からプレーン１０８を観察した場合において第１表示マーク１１８が見えるとおりの位置に第１表示マーク１１８が投影表示される。これによって、プレーン１０８の表面すなわち断層像１２４の表面を認識することができる。なお、プレーン１０８の裏面を断層像１２４として表示する場合には、第１表示マーク１１８が断層像１２４の左側に表示されることになる。この場合においては、その第１表示マーク１１８をハーフトーン表現しあるいは裏面であることを認識させるような若干の表示形態の変更を行ってもよい。これは第２表示マーク１２０についても同様である。
【００６３】
（Ｂ）にはプレーン１０６に対応する断層像１２２が示されている。この例では、断層像１２２の右側上部（隅部）に第２表示マーク１２０が付されている。これは１０４Ｂで示した方向からプレーン１０６を観た通りの様子を表したものであり、上記同様に、プレーン１０６の裏面を表示する場合においては、第２表示マーク１２０は断層像１２２の左側に投影表示されることになる。
【００６４】
（Ａ）にはプレーン１１０に相当する断層像１２６が示されている。この場合においては、１０４Ｅの方向から見たものとして、プレーン１１０の表面が断層像１２６として表示されているため、（Ａ）に示すように第１表示マーク１１８及び第２表示マーク１２０が断層像１２６の周囲にその位置関係を基本的に維持しつつ表示されている。
【００６５】
図３には、表示部４６における表示画面１３０に表示される画像の例が示されている。この例では、表示画面１３０上にワイヤフレーム１０４とその外側の３つの断層像（トリプレーン１２２，１２４，１２６）が示されている。ワイヤフレーム１０４においては図２において説明したように２つの物理マークに対応付けられた２つの表示マーク（モデル用第１表示マーク及びモデル用第２表示マーク）が表されており、また各断層像１２２，１２４，１２６においてもその座標関係を表すために第１表示マーク及び第２表示マーク（断層像用第１表示マーク及び断層像用第２表示マーク）の一方又は両方が付加されている。
【００６６】
図３に示す例では、各断層画像上に他の断層像の位置すなわち切断面の位置を表すラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６が表されている。これは図２の（Ｄ）に示したような３つのプレーンの直交関係において、あるプレーンに着目した場合に、他の２つのプレーンの位置を表したものである。これ自体は公知の技術である。
【００６７】
次に、図４には、三次元画像１３８を内包するワイヤフレーム１０４が示されている。すなわち、ワイヤフレーム１０４内に、図１に示した三次元画像形成部３８によって形成された三次元画像をはめ込んで表示することが可能である。このような場合においても、ワイヤフレーム１０４の第１側面及び第２側面上には第１表示マーク１１８及び第２表示マーク１２０が表示される。これによって、三次元画像１３８の観察に当たって、ワイヤフレームと、三次元空間あるいは３Ｄプローブとの座標関係を容易に把握することが可能となる。
【００６８】
図５には、ワイヤフレーム１０４内に任意断層像１３４を表したものが示されている。この任意断層像１３４はユーザーによって任意の位置及び角度で指定された切断面上のエコーデータに基づいて形成されるものであり、その任意断層像１３４をワイヤフレーム１０４と共に表示することにより、三次元空間内における任意切断面の位置を直感的に認識することが可能となる。この場合において、ワイヤフレーム１０４の第１側面及び第２側面上には上記同様に第１表示マーク１１８及び第２表示マーク１２０が示されているため、三次元空間あるいは３Ｄプローブの座標系との関係において、切断面の位置を直感的に認識することが可能となる。
【００６９】
さらに、（Ｂ）に示すように、ワイヤフレーム１０４の三次元表現にあたって、その視点を変更することも可能である。この場合においても、その視点の変更に伴ってワイヤフレーム１０４の形状が変更するが、それに伴って第１表示マーク１１８及び第２表示マーク１２０の表示位置及び形状も変化する。同様に任意断層像１３４の形状も変化する。したがって、例えば任意切断面を三次元空間に対して斜め方向に設定した後に、視点変更を行ってそれを視点側に正対させるようにすれば、三次元空間との関係において任意切断面上の組織構造をより正確に認識することが可能となる。
【００７０】
上記の視点変更は図４に示した三次元表示が行われる場合においても可能であり、この場合においても、その視点変更に伴ってワイヤフレーム１０４の形状が変化すると共に、それに伴って各表示マーク１１８，１２０の位置及び形状も変化する。
【００７１】
なお、上記実施形態において、三次元画像や任意断層像はワイヤフレームとは別に（その外側に）表示することも可能である。その場合においても必要に応じて第１表示マーク及び第２表示マークを表示するようにするのが望ましい。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、超音波診断装置において、ユーザーに画像観察上の便宜を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】空間モデルと各断層像の関係を説明するための説明図である。
【図３】空間モデルを含むトリプレーン表示を示す図である。
【図４】三次元画像を有するワイヤフレームを示す図である。
【図５】任意断層像を有するワイヤフレームについての視点変更を説明するための図である。
【符号の説明】
１０３Ｄプローブ（三次元エコーデータ取込用超音波探触子）、１６物理マーク部、１８第１物理マーク、２０第２物理マーク、３０送信部、３２受信部、３４信号処理部、３６３Ｄメモリ、３７画像処理ユニット（表示処理部）、３８三次元画像形成部、５２任意断層像形成部、５４第１断層像形成部、５６第２断層像形成部、５８第３断層像形成部、６０空間モデル作成部、６２画像合成部。

Claims

超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査し、三次元エコーデータ取込空間を形成する三次元エコーデータ取込用超音波探触子と、
前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子の外表面に設けられ、前記第１走査方向及び前記第２走査方向を認識するための物理マーカー部と、
前記三次元エコーデータ取込空間に対応するイメージとしての空間モデルを生成する空間モデル生成手段と、
前記三次元エコーデータ取込空間に対して設定された断面に相当する断層像を形成する断層像形成手段と、
を含み、
表示画面上において、前記空間モデルに重ねて又はその近傍に、前記物理マーカー部に対応付けられたモデル用表示マーカー部が表示され、且つ、前記空間モデルの外側に表示された前記断層像上に又はその近傍に、前記物理マーカー部に対応付けられた断層像用表示マーカー部が表示される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記空間モデルは、前記三次元エコーデータ取込空間又はそれに相当する立体を複数のラインを用いて表現したワイヤフレームであることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１記載の装置において、
前記物理マーカー部は、
前記第１走査方向へ前記超音波ビームを走査することにより形成される第１走査面の向きを特定するための第１物理マーカーと、
前記第２走査方向へ前記超音波ビームを走査することにより形成される第２走査面の向きを特定するための第２物理マーカーと、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
請求項３記載の装置において、
前記モデル用表示マーカー部は、
前記第１物理マーカーに対応付けられたモデル用第１表示マーカーと、
前記第２物理マーカーに対応付けられたモデル用第２表示マーカーと、
を含み、
前記断層像用表示マーカー部は、
前記第１物理マーカーに対応付けられた断層像用第１表示マーカーと、
前記第２物理マーカーに対応付けられた断層像用第２表示マーカーと、
を含み、
前記空間モデルに重ねて又はその近傍に、前記モデル用第１表示マーカー及び前記モデル用第２表示マーカーが表示され、
前記断層像上に又はその近傍に、前記断層像用第１表示マーカー及び前記断層像用第２表示マーカーの一方又は両方が表示される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項４記載の装置において、
前記モデル用第１表示マーカー及び前記断層像用第１表示マーカーは前記第１物理マーカーに対応した形態を有し、
前記モデル用第２表示マーカー及び前記断層像用第２表示マーカーは前記第２物理マーカーに対応した形態を有することを特徴とする超音波診断装置。
請求項４記載の装置において、
前記空間モデルは、第１側面及び第２側面を有する立体イメージとして構成され、
前記空間モデルの第１側面上に又はその近傍に前記モデル用第１表示マーカーが表示され、
前記空間モデルの第２側面上に又はその近傍に前記モデル用第２表示マーカーが表示されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項６記載の装置において、
前記モデル用第１表示マーカーは前記空間モデルの第１側面の隅部に表示され、
前記モデル用第２表示マーカーは前記空間モデルの第２側面の隅部に表示されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項３記載の装置において、
前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子は、
前記第２走査方向に交差する第１側面及び第３側面と、
前記第１走査方向に交差する第２側面及び第４側面と、
を有し、
前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子における前記第１側面及び前記第３側面の一方に前記第１物理マーカーが設けられ、
前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子における前記第２側面及び前記第４側面の一方に前記第２物理マーカーが設けられたことを特徴とする超音波診断装置。
水平断面が略矩形の形状を有し、超音波ビームを第１走査方向及び第２走査方向に走査し、三次元エコーデータ取込空間を形成する三次元エコーデータ取込用超音波探触子と、
前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子における前記第２走査方向と交差する第１側面及び第３側面の少なくとも一方に形成された第１物理マーカーと、
前記三次元エコーデータ取込用超音波探触子における前記第１走査方向と交差する第２側面及び第４側面の少なくとも一方に形成された第２物理マーカーと、
前記三次元エコーデータ取込空間に対して設定された断面に相当する断層像を形成する断層像形成手段と、
前記三次元エコーデータ取込空間に対応するイメージとしての複数のラインからなる空間モデルとしてのワイヤフレームを生成するワイヤフレーム生成手段と、
を含み、
表示画面上において、前記ワイヤフレームにおける第１側面及び第３側面の内の少なくとも一方の側面上又はその近傍に前記第１物理マーカーに対応付けられたモデル用第１表示マーカーが表示され、且つ、前記ワイヤフレームにおける第２側面及び第４側面の少なくとも一方の側面上又はその近傍に前記第２物理マーカーに対応付けられたモデル用第２表示マーカーが表示され、
前記表示画面上において、前記ワイヤフレームの外側に表示された前記断層像上に又はその近傍に、前記第１物理マーカーに対応付けられた断層像用第１表示マーカー及び前記第２物理マーカーに対応付けられた断層像用第２表示マーカーの一方又は両方が表示される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
請求項９記載の装置において、
前記モデル用第１表示マーカーは前記ワイヤフレームの第１側面上の隅部に表示され、
前記モデル用第２表示マーカーは前記ワイヤフレームの第２側面上の隅部に表示されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１０記載の装置において、
前記モデル用第１表示マーカー及び前記モデル用第２表示マーカーはそれぞれ図形マークとしての原形状を有し、
前記モデル用第１表示マーカーは、視点から見た前記ワイヤフレームの第１側面の姿勢に応じた形状で表示され、
前記モデル用第２表示マーカーは、視点から見た前記ワイヤフレームの第２側面の姿勢に応じた形状で表示されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項１１記載の装置において、
前記視点を変更する視点変更手段を含み、
前記視点の変更に従って、前記モデル用第１表示マーカー及び前記モデル用第２表示マーカーの形状が変化することを特徴とする超音波診断装置。
請求項９記載の装置において、
前記断層像形成手段は、前記三次元エコーデータ取込空間に対して設定された互いに交差する３つの断面に相当する３つの断層像を形成し、
前記各断層像上に又はその近傍に前記モデル用第１表示マーカー及び前記モデル用第２表示マーカーの内の少なくとも１つが表示されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項９記載の装置において、
前記三次元エコーデータ取込空間内に任意の位置及び角度で任意断面をユーザー設定するための任意断面設定手段を含み、
前記表示画面上における前記ワイヤフレームの中に、前記任意断面の位置及び角度に従って、前記任意断面に相当する任意断層像が表示されることを特徴とする超音波診断装置。
請求項９記載の装置において、
前記表示画面上における前記ワイヤフレームの中に、前記三次元エコーデータ取込空間内の組織を表した三次元画像が表示されることを特徴とする超音波診断装置。