JP4260938B2

JP4260938B2 - ３次元超音波診断装置

Info

Publication number: JP4260938B2
Application number: JP30297598A
Authority: JP
Inventors: 新一橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2018-10-23
Also published as: JP2000132664A; US6500118B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリアルタイムに３次元画像（３Ｄ画像）を表示するリアルタイム３Ｄ超音波診断装置に設けて好適な３次元超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の超音波診断装置は、超音波ビームを１つの面内で走査して断面画像を表示するシステムとなっている。近年、超音波診断装置の超音波送受信部である超音波プローブを移動させながら診断画像を収集し、３次元情報を得る試みが盛んに行われており、超音波診断装置における３次元画像の表示に対して新たな診断の可能性が期待されている。実際には、腹部用のコンベックスプローブやリニアアレイプローブを手動または機械的に移動させたり、電子セクタプローブを回転させる機構を持った経食道用マルチプレーンプローブを用いるなどの研究が進められている。そして最近では超音波の３次元的な走査を電子的に高速に行いリアルタイムに３次元情報の収集と表示を行うリアルタイム３次元超音波診断装置の研究開発が行われるようになってきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、リアルタイム３次元超音波診断装置は、まだ研究段階でありその実現方法や利用法といった基礎的な部分においても確立された状態には至っていない。本発明が着目する問題点は現状の超音波診断装置と比較して３次元超音波診断装置、特にリアルタイム超音波診断装置では超音波により収集する３次元画像情報と、表示する３次元画像とが１対１に対応しないという点である。
【０００４】
具体的には、従来の超音波診断装置では、超音波により収集する画像情報は断層面内の情報であり、表示する断層画像と基本的には１対１に対応しており、収集画像データそのものをメモリ上に保存しておけば、過去に表示した超音波画像をシネメモリ再生という形で再現することができた。すなわち、従来、過去画像といえば過去に収集した画像データそのものであり、Ｂモード画像、ＣＦＭ等のドップラ画像、Ｍモード画像等複数の種類の画像を別々に記憶している場合はあったが、これら各画像は基本的には２次元画像情報であり、過去に表示していた画像とまったく異なる画像を表示するようなことはなかった。
【０００５】
しかし、３次元超音波診断装置においては、表示している３次元画像のみを過去画像とすると、限られた３次元情報しか見ることが出来ないという問題があり、従来のシネメモリというイメージ情報の記憶だけでは３次元超音波システムとして不充分であるという問題を有している。
【０００６】
さらに、３次元超音波診断装置、特に超音波の３次元的な走査を断面画像の集まりではなく１つのボリュームとして高速に３次元走査するリアルタイム３次元超音波診断装置では、超音波により収集する３次元画像情報と表示する３次元画像とが１対１に対応しない。すなわち、３次元画像情報に対し表示する３次元画像の表示方法は理論的に無限にあり、どこからどの様に見た３次元画像であるかという観点から、過去画像を再生する機能を実現するための新たな技術が必要とされる。
【０００７】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、３次元的な様々な画像解析を過去に遡って容易に行うことができ、また、３次元的な画像解析を高速且つ高精度に行うことができるような３次元超音波診断装置の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明に係る３次元超音波診断装置は、超音波の３次元的な走査を行う３次元走査手段と、前記３次元走査手段からの走査情報に基づいて３次元画像情報を形成して表示手段に表示させる３次元画像情報形成手段と、前記３次元画像情報形成手段により形成された３次元画像情報を、時系列的に記憶する４次元記憶手段と、前記３次元画像情報を前記表示手段にどの方向から表示したかを示す情報を、前記３次元画像情報と共に時系列的に記憶する表示情報記憶手段と、前記４次元記憶手段から読み出された３次元画像情報及び前記表示情報記憶手段から読み出された前記どの方向から表示した画像であるかを示す情報に基づいて３次元表示画像を形成して前記表示手段に表示する表示画像形成手段とを有するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る３次元超音波診断装置の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００２０】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態とな３次元超音波診断装置の概略的なブロック図である。この図１において当該３次元超音波診断装置は、超音波ビームの３次元的な操作を行う３次元超音波探触子１と、３次元超音波探触子１で受波された超音波ビームの反射波を取り込むパルサレシーバ２と、パルサレシーバ２で取り込まれた反射波を波形成形して収集データを形成するビームフォーマ３と、ビームフォーマ３により形成された収集データに基づいて３次元収集画像データ（ボリュームデータ）を生成するボリュームデータ生成ユニット４とを有している。
【００２１】
また、この３次元超音波診断装置は、ボリュームデータ生成ユニット４で生成されたボリュームデータを時系列的に順次記憶する４次元ボリュームメモリ５と、４次元ボリュームメモリ５に対してボリュームデータの書き込み及び読み出しを制御する書き込み／読み出し制御部６と、４次元ボリュームメモリ５から読み出されたボリュームデータに基づいて３次元表示画像を形成する画像処理ユニット７と、画像処理ユニット７で形成された３次元表示画像を表示する表示部８とを有している。
【００２２】
次に、このような構成を有する当該第１の実施の形態の３次元超音波診断装置の動作説明をする。まず、３次元超音波探触子１は、複数の超音波素子がマトリクス状に配列された２次元アレイ形状を有しており、例えば一度にボックス状に超音波を走査することが可能となっている。パルサレシーバ２は、この３次元超音波探触子１の走査により得られた各超音波ビームの反射波を取り込み、これをビームフォーマ３に供給する。ビームフォーマ３は、パルサレシーバ２で取り込まれた反射波を波形成形して収集データを形成し、これをボリュームデータ生成ユニット４に供給する。ボリュームデータ生成ユニット４は、この収集データに基づいて３次元収集画像データ（ボリュームデータ）を生成し、これを４次元ボリュームメモリ５及び画像処理ユニット７に供給する。
【００２３】
ボリュームデータとしては、例えばボックス状の場合やその他種々の場合があるが、基本的には、その画像データのボクセルの走査可能範囲の位置が特定可能なデータが付加されたものとなっている。
【００２４】
画像処理ユニット７は、ボリュームデータ生成ユニット４からボリュームデータが供給されると、このボリュームデータに基づいて３次元表示画像を再構成し、これを表示部８に表示する。これにより、リアルタイムに３次元表示画像の表示を行うことができる。
【００２５】
一方、ボリュームデータ生成ユニット４からのボリュームデータが４次元ボリュームメモリ５に供給されると、書き込み／読み出し制御部６は、該ボリュームデータ生成ユニット４において時系列的に生成されるボリュームデータ（第１のボリュームデータ、第２のボリュームデータ・・・第ｎのボリュームデータ：ｎは自然数）を、図１に示すようにそれぞれ４次元ボリュームメモリ５に順次書き込み制御する。
【００２６】
また、書き込み／読み出し制御部６は、このように各ボリュームデータを順次書き込み制御することで、４次元ボリュームメモリ５の記憶領域が無くなった場合は（メモリエリアが飽和した場合は）、最も古いデータに対して上書きするかたちで最新のボリュームデータが書き込まれるように、４次元ボリュームメモリ５を書き込み制御する。なお、書き込み／読み出し制御部６は、この上書きの際、最新のデータはどれであるのかが分かるように対応付けして該書き込み制御を行う。
【００２７】
すなわち、書き込み／読み出し制御部６は、第１のボリュームデータ、第２のボリュームデータ・・・第ｎのボリュームデータの順に時系列的に各ボリュームデータを４次元ボリュームメモリ５に書き込み制御し、第ｎのボリュームデータを４次元ボリュームメモリ５に書き込み制御することで、４次元ボリュームメモリ５のメモリエリアが飽和した場合は、次のｎ＋１のボリュームデータを、前記第１のボリュームデータが書き込まれているメモリエリアに書き込み制御し、ｎ＋２のボリュームデータを、前記第２のボリュームデータが書き込まれているメモリエリアに書き込み制御する。言い換えれば、書き込み／読み出し制御部６は、４次元ボリュームメモリ５をいわゆるループメモリとして書き込み制御を行う。
【００２８】
次に、書き込み／読み出し制御部６は、４次元ボリュームメモリ５に書き込まれたボリュームデータのうち、最新のボリュームデータを読み出し制御し、これを画像処理ユニット７に供給する。或いは、書き込み／読み出し制御部６は、４次元ボリュームメモリ５に書き込まれたボリュームデータのうち、操作者により指定されたボリュームデータを読み出し制御し、これを画像処理ユニット７に供給する。画像処理ユニット７は、この４次元ボリュームメモリ５から読み出されたボリュームデータに対して所定の３次元画像処理を施すことで、３次元表示画像を形成し、これを表示部８に供給して表示する。これにより、４次元ボリュームメモリ５から過去のボリュームデータに基づいて、過去の３次元表示画像を簡単に再構成して表示部８に表示することができる。
【００２９】
以上の説明から明らかなように、当該第１の実施の形態の３次元超音波診断装置は、ボリュームデータ生成ユニット４で３次元収集画像データ（ボリュームデータ）を形成し、これを４次元ボリュームメモリ５に時系列的に順次記憶し、再生の際には、この４次元ボリュームメモリ５に記憶されているボリュームデータに基づいて３次元表示画像を再構成して表示することにより、所望の方向から見た様々な３次元表示画像を再構成することができ、従来より強く望まれている３次元的な画像解析の多様化に大きく貢献することができる。
【００３０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態の３次元超音波診断装置の説明をする。この第２の実施の形態の３次元超音波診断装置は、表示部８に表示した３次元表示画像のどの方向からどの様に表示した画像であるかを示す情報を前記各ボリュームデータと共に記憶しておくことにより、いつでも過去に表示した３次元表示画像と同じ３次元表示画像を表示可能としたものである。なお、この第２の実施の形態と上述の第１の実施の形態とでは、この点のみが異なるため、以下、この差異の説明のみ行い重複した説明は省略することとする。
【００３１】
すなわち、この第２の実施の形態の３次元超音波診断装置は、図２に示すように表示部８に表示した３次元表示画像の表示設定を示す表示設定情報を形成する表示画像設定ユニット１１と、表示画像設定ユニット１１により形成された各表示設定情報を、４次元ボリュームメモリ５に記憶された各ボリュームデータに対応させて記憶する表示設定情報メモリ１０とを有している。
【００３２】
このような第２の実施の形態の３次元超音波診断装置は、上述のように画像処理ユニット７により最新のボリュームデータの３次元表示画像が形成され表示部８に表示されると、表示画像設定ユニット１１が、この表示部８に表示された３次元表示画像が、どの方向からどの様に表示した画像であるかを示す表示設定情報（第１の表示設定情報、第２の表示設定情報・・・第ｎの表示設定情報）を形成し、これを書き込み／読み出し制御部６に供給する。書き込み／読み出し制御部６は、この表示設定情報を、４次元ボリュームメモリ５に記憶された各ボリュームデータに対応させて表示設定情報メモリ１０に書き込み制御する。
【００３３】
そして、書き込み／読み出し制御部６は、ボリュームデータの３次元表示画像の表示が指定された場合、この表示設定情報メモリ１０に記憶されている表示設定情報に基づいて、対応するボリュームデータを４次元ボリュームメモリ５から読み出して画像処理ユニット７に供給する。画像処理ユニット７は、このボリュームデータに基づいて、３次元表示画像を形成し、これを表示部８に表示する。これにより、３次元表示画像の表示設定が時々刻々変化する場合でも、この表示画像情報及び対応するボリュームデータに基づいて、過去に表示した３次元表示画像を簡単に再現して表示することができる。
【００３４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態の３次元超音波診断装置の説明をする。上述の第２の実施の形態の３次元超音波診断装置は、表示部８に表示した３次元表示画像の「表示設定を示す表示画像情報」を各ボリュームデータに対応させて４次元ボリュームメモリ５に記憶するものであったが、この第３の実施の形態の３次元超音波診断装置は、表示部８に表示した３次元表示画像そのものを各ボリュームデータに対応させて記憶しておくようにしたものである。なお、この第３の実施の形態と上述の第１、第２の実施の形態とでは、この点のみが異なるため、以下、この差異の説明のみ行い重複した説明は省略することとする。
【００３５】
すなわち、この第３の実施の形態の３次元超音波診断装置は、図３に示すように表示部８に表示した３次元表示画像を、４次元ボリュームメモリ５に記憶されている各ボリュームデータに対応づけて記憶する表示画像メモリ（シネメモリ）１５を有している。
【００３６】
この図３において、４次元ボリュームメモリ５に記憶されている最新のボリュームデータに基づいて画像処理ユニット７で３次元表示画像が形成されると、書き込み／読み出し制御部６が、この３次元表示画像を、４次元ボリュームメモリ５に記憶されているボリュームデータに対応付けして表示画像メモリ１５に書き込み制御する。なお、書き込み／読み出し制御部６は、この表示画像メモリ１５に対する書き込み制御を行う場合でも、４次元ボリュームメモリ５に対する書き込み制御と同様に、表示画像メモリ１５のメモリエリアが飽和した場合は、最も古い３次元表示画像に対して上書きするかたちで書き込み制御を行うと共に、最新の３次元表示画像がどれであるかわかるよう書き込み制御する。
【００３７】
このように表示画像メモリ１５に書き込まれた３次元表示画像は、過去の３次元表示画像の表示が指定された際に、書き込み／読み出し制御部６により読み出され表示部８に表示される。これにより、過去において、リアルタイムに表示した３次元表示画像を再生する場合は、この表示画像メモリ１５から対応する３次元表示画像を読み出し表示部８に表示することができるため、過去に表示した所望の３次元表示画像を高速に再生することができる。なお、過去に表示した３次元表示画像と異なる３次元表示画像を表示する場合には、４次元ボリュームメモリ５にボリュームデータが記憶されているため、このボリュームデータに基づいて３次元表示画像を形成すればよい。
【００３８】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態の３次元超音波診断装置の説明をする。上述の第２の実施の形態の３次元超音波診断装置、及び第３の実施の形態の３次元超音波診断装置は、表示部８に表示した３次元表示画像の表示設定を示す表示設定情報を記憶する表示設定情報メモリ１０か、表示部８に表示した３次元表示画像そのものを記憶する表示画像メモリ１５かの、いずれかを有するものであったが、この第４の実施の形態の３次元超音波診断装置は、表示設定情報メモリ１０及び表示画像メモリ１５の両方を併せ持つようにしたものである。なお、この第４の実施の形態と上述の第１〜第３の実施の形態とでは、この点のみが異なるため、以下、この差異の説明のみ行い重複した説明は省略することとする。
【００３９】
すなわち、この第４の実施の形態の３次元超音波診断装置は、図４に示すようにボリュームデータ生成ユニット４で形成されたボリュームデータを記憶する４次元ボリュームメモリ５と、表示部８に表示した３次元表示画像の表示設定を示す表示設定情報を記憶する表示設定情報メモリ１０と、表示部８に表示した３次元表示画像そのものを記憶する表示画像メモリ１５と、前記表示設定情報を形成する表示画像設定ユニット１１とを有している。
【００４０】
この図４において、上述のように画像処理ユニット７により最新のボリュームデータの３次元表示画像が形成され表示部８に表示されると、表示画像設定ユニット１１は、この表示部８に表示された３次元表示画像に対応するどの方向からどの様に表示した画像であるかを示す表示設定情報（第１の表示設定情報、第２の表示設定情報・・・第ｎの表示設定情報）を形成し、これを書き込み／読み出し制御部６に供給する。書き込み／読み出し制御部６は、この表示設定情報を、４次元ボリュームメモリ５に記憶された各ボリュームデータに対応させて表示設定情報メモリ１０に書き込み制御する。
【００４１】
そして、書き込み／読み出し制御部６は、ボリュームデータの３次元表示画像の表示が指定された場合、この表示設定情報メモリ１０に記憶されている表示設定情報に基づいて、対応するボリュームデータを４次元ボリュームメモリ５から読み出して画像処理ユニット７に供給する。画像処理ユニット７は、このボリュームデータに基づいて、３次元表示画像を形成し、これを表示部８に表示する。これにより、３次元表示画像の表示設定が時々刻々変化する場合でも、この表示画像情報及び対応するボリュームデータに基づいて、過去に表示した３次元表示画像を簡単に再現して表示することができる。
【００４２】
また、４次元ボリュームメモリ５に記憶されている最新のボリュームデータに基づいて画像処理ユニット７で３次元表示画像が形成されると、書き込み／読み出し制御部６が、この３次元表示画像を、４次元ボリュームメモリ５に記憶されているボリュームデータに対応付けして表示画像メモリ１５に書き込み制御する。なお、書き込み／読み出し制御部６は、この表示画像メモリ１５に対する書き込み制御を行う場合でも、４次元ボリュームメモリ５に対する書き込み制御と同様に、表示画像メモリ１５のメモリエリアが飽和した場合は、最も古い３次元表示画像に対して上書きするかたちで書き込み制御を行うと共に、最新の３次元表示画像がどれであるかわかるよう書き込み制御する。
【００４３】
このように表示画像メモリ１５に書き込まれた３次元表示画像は、過去の３次元表示画像の表示が指定された際に、書き込み／読み出し制御部６により読み出され表示部８に表示される。これにより、過去において、リアルタイムに表示した３次元表示画像を再生する場合は、この表示画像メモリ１５から対応する３次元表示画像を読み出し表示部８に表示することができるため、過去に表示した所望の３次元表示画像を高速に再生することができる。
【００４４】
このように当該第４の実施の形態の３次元超音波診断装置では、４次元ボリュームメモリ５と共に、表示部８に表示した３次元表示画像の表示設定を示す表示設定情報を記憶する表示設定情報メモリ１０、及び表示部８に表示した３次元表示画像そのものを記憶する表示画像メモリ１５を併せ持つことにより、リアルタイム表示が困難な複雑な３次元画像、例えば陰影付け処理をしたボリュームレンダリング画像やサーフェスレンダリング画像、ワイアーフレーム画像、フライスルー画像といった高度な３次元画像も、連続した３次元収集データ（表示設定情報或いは３次元表示画像）から連続した画像として簡単に再生可能とすることができる。勿論、第２、３の実施形態で説明したように、リアルタイムに表示した画像を過去に遡って再生することも簡単に行うことができる。
【００４５】
ここで、当該３次元超音波診断装置は、このように連続して再生した画像を、例えば磁気記録メディア２０等の記録システムに記録する。これにより、容易に３次元動画像データの記録再生を可能とすることができる。
【００４６】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態の３次元超音波診断装置の説明をする。この第５の実施の形態の３次元超音波診断装置では、３次元超音波探触子１の位置を検出する位置検出器を設け、この位置検出器による位置検出出力に基づいて、形成する３次元表示画像の位置関係を補正するようにしたものである。なお、この第５の実施の形態と上述の第１〜第４の実施の形態とでは、この点のみが異なるため、以下、この差異の説明のみ行い重複した説明は省略することとする。
【００４７】
すなわち、この第５の実施の形態の３次元超音波診断装置は、図５に示すように３次元超音波探触子１の位置を検出する位置センサ３０と、位置センサ３０からの位置情報を収集する位置検出ユニット３１と、位置検出ユニット３１で収集された位置情報（第１の位置情報、第２の位置情報・・・第ｎの位置情報）を、４次元ボリュームメモリ５に記憶された各ボリュームデータに対応付けして記憶する位置情報メモリ３２とを有している。
【００４８】
このような第５の実施の形態の３次元超音波診断装置は、位置センサ３０が、３次元超音波探触子１の位置を検出し、この位置情報を位置検出ユニット３１に供給する。位置検出ユニット３１は、位置センサ３０からの位置情報を収集し、これを位置情報メモリ３２に供給する。書き込み／読み出し制御部６は、位置検出ユニット３１により収集された位置情報を、４次元ボリュームメモリ５に記憶された各ボリュームメモリ５に対応付けして書き込み制御する。
【００４９】
ここで、４次元ボリュームメモリ５に記憶された各ボリュームデータから新たな３次元表示画像を形成する場合、書き込み／読み出し制御部６は、この新たに形成する３次元表示画像に対応する位置情報を位置情報メモリ３２から読み出し、これを画像処理ユニット７に供給する。画像処理ユニット７は、位置情報メモリ３２から読み出された位置情報に基づいて各ボリュームデータの相互位置関係を検出し、図６（ａ）に示すような「表示補正」、或いは図６（ｂ）に示すような「拡張表示」等のように、立体的な位置関係を補正した３次元表示画像を形成し、これを表示部８に表示する。これにより、３次元超音波探触子１が手ブレによりブレた場合の３次元動画像の補正や、３次元超音波探触子１を移動させて広範囲の３次元表示画像を表示するような場合に、より精度の高い３次元表示画像を表示することができる。
【００５０】
なお、上述の第５の実施の形態の説明では、位置情報による補正を収集後のデータに対して行うこととしたが、これは、ハードウェアパフォーマンスが許せばリアルタイムに補正して表示してもよい。また、３次元超音波探触子１の位置検出手段として位置センサを用いることとしたが、これは、必要な精度さえ得られれば特に種類を限定するものではなく、この他、位置センサでなくとも走査位置を検出できれば画像処理により３次元超音波探触子１の位置検出を行うようにしてもよい。
【００５１】
最後に、本発明は、一例として説明した上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の３次元超音波診断装置によれば、過去に表示した３次元画像を過去に遡って高速に再現可能とすることができると共に、再構成する３次元表示画像の表示をより正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の３次元超音波診断装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の３次元超音波診断装置のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の３次元超音波診断装置のブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態の３次元超音波診断装置のブロック図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態の３次元超音波診断装置のブロック図である。
【図６】前記第５の実施の形態の３次元超音波診断装置における３次元表示画像の位置補正動作の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１…３次元超音波探触子、２…パルサレシーバ、３…ビームフォーマ、４…ボリュームデータ生成ユニット、５…４次元ボリュームメモリ、６…書き込み／読み出し制御部、７…画像処理ユニット、８…表示部、１０…表示設定情報メモリ、１１…表示画像設定ユニット、１５…表示画像メモリ（シネメモリ）、２０…記録メディア、３０…位置センサ、３１…位置検出ユニット、３２…位置情報メモリ

Claims

超音波の３次元的な走査を行う３次元走査手段と、
前記３次元走査手段からの走査情報に基づいて３次元画像情報を形成して表示手段に表示させる３次元画像情報形成手段と、
前記３次元画像情報形成手段により形成された３次元画像情報を、時系列的に記憶する４次元記憶手段と、
前記３次元画像情報を前記表示手段にどの方向から表示したかを示す情報を、前記３次元画像情報と共に時系列的に記憶する表示情報記憶手段と、
前記４次元記憶手段から読み出された３次元画像情報及び前記表示情報記憶手段から読み出された前記どの方向から表示した画像であるかを示す情報に基づいて３次元表示画像を形成して前記表示手段に表示する表示画像形成手段と、
を有することを特徴とする３次元超音波診断装置。
前記書き込み／読み出し制御手段は、
前記４次元記憶手段をループメモリとして３次元画像情報の書き込みを行い、
及び／又は、前記表示情報記憶手段をループメモリとして表示情報の書き込みを行い、及び／又は、前記３次元表示画像記憶手段をループメモリとして３次元表示画像の書き込みを行うことを特徴とする請求項１記載の３次元超音波診断装置。