JP4796468B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Description
本発明は超音波診断装置に関し、特に、三次元超音波画像を形成する超音波診断装置に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an ultrasonic diagnostic apparatus that forms a three-dimensional ultrasonic image.
血液透析を行う場合に、透析患者の体から血液を取り出して体内に戻すためには、前腕部の血管が使用されることが多い。血液透析を長く続けていると、前腕部の血管が痛んで狭窄が発生することがある。 When performing hemodialysis, blood vessels in the forearm are often used to remove blood from the dialysis patient's body and return it to the body. If hemodialysis is continued for a long time, blood vessels in the forearm may hurt and stenosis may occur.
狭窄が発生して内径が細くなった血管を治療するために、血管内にバルーンやステントを挿入し血管の内径を拡げる治療が行われている。この治療を行う際には、カテーテルの先端部を体外(例えば肘や足の付け根)から体内の血管に挿入し、狭窄した血管の位置までカテーテルの先端部を移動させ、位置決めを行う必要がある。カテーテルの先端部の位置及び経路の確認は、従来、X線撮影装置を用いた診断方法が用いられてきた。しかし、X線を用いると被曝の問題があるので、生体への影響の少ない超音波診断装置を適用することが研究されている。 In order to treat a blood vessel having a narrowed inner diameter due to stenosis, a treatment is performed to expand the inner diameter of the blood vessel by inserting a balloon or a stent into the blood vessel. When performing this treatment, it is necessary to insert the distal end of the catheter from the outside of the body (for example, the elbow or the base of the foot) into a blood vessel in the body, move the distal end of the catheter to the position of the narrowed blood vessel, and perform positioning. . Conventionally, a diagnostic method using an X-ray imaging apparatus has been used to confirm the position and route of the distal end of the catheter. However, since there is a problem of exposure when X-rays are used, it has been studied to apply an ultrasonic diagnostic apparatus having little influence on a living body.
特許文献1には、例えば前腕部を診断対象として前腕部の血管を診断するために、超音波を利用したボリュームレンダリング法に基づいた画像形成技術が記されている。特許文献2には、血管内に挿入されたカテーテルの位置を観察することのできる医用装置が示されている。この医用装置においては、三次元画像を得るために2台のX線撮影装置等を用いて、被検者の2方向からの投影画像を形成している。また、特許文献3には、血管に挿入するカテーテルの三次元画像を形成する手術支援方法が記されている。この方法においては、ユーザが手動で手術器具の形状及び初期位置を設定した上で血管内部の三次元画像が形成される。 Patent Document 1 describes an image forming technique based on a volume rendering method using ultrasonic waves, for example, in order to diagnose a blood vessel in the forearm with the forearm as a diagnosis target. Patent Document 2 discloses a medical device that can observe the position of a catheter inserted into a blood vessel. In this medical apparatus, in order to obtain a three-dimensional image, projection images from two directions of the subject are formed using two X-ray imaging apparatuses and the like. Patent Document 3 describes a surgical support method for forming a three-dimensional image of a catheter to be inserted into a blood vessel. In this method, the user manually sets the shape and initial position of the surgical instrument, and then a three-dimensional image inside the blood vessel is formed.
超音波診断装置を用いて三次元画像を取得するためには、特許文献1記載の装置を用いることにより血管の立体投影画像を得ることができる。血管の画像を明瞭に表示するためには、血管に対して適切なレンダリング条件が設定される。血管を表示対象としてレンダリング条件を最適化すると、血管の内部に何らかの器具が存在していたとしても、その器具の画像化は困難である。 In order to acquire a three-dimensional image using an ultrasonic diagnostic apparatus, a stereoscopic projection image of a blood vessel can be obtained by using the apparatus described in Patent Document 1. In order to display a blood vessel image clearly, an appropriate rendering condition is set for the blood vessel. When rendering conditions are optimized for a blood vessel as a display target, it is difficult to image the device even if some device exists inside the blood vessel.
一方において、血管内の器具を画像化することだけを目的にするのであれば、レンダリングパラメータである不透明度(オパシティ)の設定を一律で変更することによって画像化は可能である。カテーテルのような器具は一般的には高反射材であるため高レベルのエコー信号が得られる。しかし、不透明度のパラメータを一律に変化させることにより器具を明瞭に画像化しようすると、今度は血管を画像化することが困難になってしまう。 On the other hand, if the purpose is only to image an instrument in a blood vessel, imaging can be performed by uniformly changing the setting of opacity (opacity) that is a rendering parameter. Since a device such as a catheter is generally a highly reflective material, a high level echo signal can be obtained. However, if the device is clearly imaged by uniformly changing the opacity parameter, it becomes difficult to image the blood vessel this time.
血管内の器具の状態を画像化することができれば、治療対象である血管と器具との位置を把握することができるのであるが、従来の超音波診断装置を用いて不透明度のパラメータを調整しても、血管と血管内に挿入された器具とを同時に明瞭に可視化することはできなかった。 If the state of the device in the blood vessel can be imaged, the position of the blood vessel to be treated and the device can be grasped, but the opacity parameter is adjusted using a conventional ultrasonic diagnostic apparatus. However, the blood vessel and the instrument inserted into the blood vessel could not be clearly visualized simultaneously.
本発明の目的は、血管と器具を両方とも同時に明瞭な三次元画像として可視化することのできる超音波診断装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic diagnostic apparatus capable of visualizing both blood vessels and instruments simultaneously as clear three-dimensional images.
本発明は、器具が挿入された血管に超音波を送受波して得られたボクセルデータ群に対して設定された各レイについて、深さ方向にボクセル演算を逐次実行する超音波診断装置において、前記各レイについて、第1開始点から前記ボクセル演算の逐次実行結果により、第1三次元画像を構成する画素値を求める第1レンダリング手段と、前記各レイについて第2開始点を判定する判定手段と、複数のレイの中で前記第2開始点が判定されたレイについて、前記第2開始点からのボクセル演算の逐次実行結果により、前記器具が反映された第2三次元画像を構成する画素値を求める第2レンダリング手段と、前記第1三次元画像と前記第2三次元画像とを合成し合成三次元画像を形成する合成処理手段と、前記合成三次元画像を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。 The present invention provides an ultrasonic diagnostic apparatus that sequentially executes voxel operations in the depth direction for each ray set for a voxel data group obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves to a blood vessel in which an instrument is inserted. For each ray, a first rendering means for obtaining a pixel value constituting the first three-dimensional image based on a result of sequential execution of the voxel calculation from a first start point; and a determination means for determining a second start point for each ray And a pixel constituting the second three-dimensional image in which the instrument is reflected by the result of sequential execution of the voxel calculation from the second start point for the ray in which the second start point is determined among a plurality of rays Second rendering means for obtaining a value; synthesis processing means for synthesizing the first 3D image and the second 3D image to form a synthesized 3D image; and a display for displaying the synthesized 3D image And having a, the.
上記構成によれば、ボクセルデータ群に対して設定された各レイ上において、第1開始点からのボクセル演算の逐次実行によって各々の画素値が求められる。すなわち、第1レンダリング処理によって各々の画素値が求められ第1三次元画像が形成される。また、ボクセルデータ群に対して設定された各レイ上において、第2開始点が判定された場合には、第2開始点より奥側のレイ上のデータに対して第2三次元画像の形成のための第2レンダリング処理が実行される。 According to the above configuration, each pixel value is obtained by sequentially executing the voxel calculation from the first start point on each ray set for the voxel data group. That is, each pixel value is obtained by the first rendering process, and a first three-dimensional image is formed. In addition, when the second start point is determined on each ray set for the voxel data group, the second three-dimensional image is formed on the data on the ray on the back side from the second start point. The second rendering process for is performed.
第1レンダリング手段によっては第1三次元画像を形成することが可能となり、第2レンダリング手段によっては第2開始点を判定した後の複数のボクセルデータを用いて、血管内に挿入された器具を反映させた第2三次元画像を形成することが可能となる。つまり、第2開始点が存在する場合には、第1三次元画像と第2三次元画像との2つの画像を形成して、合成三次元画像を形成することにより、生体組織である血管と血管内に挿入された器具とのそれぞれを明瞭に三次元画像化することができる。 Depending on the first rendering means, it is possible to form a first three-dimensional image. Depending on the second rendering means, a plurality of voxel data after determining the second start point can be used to insert the instrument inserted into the blood vessel. The reflected second 3D image can be formed. That is, when the second start point exists, two images of the first three-dimensional image and the second three-dimensional image are formed to form a composite three-dimensional image. Each of the devices inserted into the blood vessel can be clearly formed into a three-dimensional image.
第2開始点の判定方法については、組織と器具のそれぞれの画像を明瞭に画像表示できる限りにおいて、様々な手法を適用することができる。すなわち本発明はレンダリングの段階的な切換えを特徴事項の一つとしており、その切換えの条件は各種の用途に応じて適宜定めればよい。 As a method for determining the second start point, various methods can be applied as long as the images of the tissue and the instrument can be clearly displayed. That is, in the present invention, the stepwise switching of rendering is one of the features, and the switching condition may be appropriately determined according to various uses.
なお、三次元空間内において任意の視点位置からレイを設定してもよいし、レイと超音波ビームとが同一方向でもよい。ボクセル演算としては、不透明度(オパシティ)を利用したボリュームレンダリング法による透過光量演算を行ってもよいし、その他の三次元画像構成のための演算を用いてもよい。 Note that a ray may be set from an arbitrary viewpoint position in the three-dimensional space, and the ray and the ultrasonic beam may be in the same direction. As the voxel calculation, a transmitted light amount calculation by a volume rendering method using opacity (opacity) may be performed, or another calculation for three-dimensional image configuration may be used.
望ましくは、前記判定手段は、前記血管内かつ前記器具の手前側の深さ位置を前記第2開始点として判定することを特徴とする。上記構成によれば、各レイの方向に対して、器具の手前側に第2開始点を設定することにより、血管内の器具に対する第2レンダリング処理を行うことができる。 Preferably, the determination means determines a depth position in the blood vessel and on the near side of the instrument as the second start point. According to the above configuration, the second rendering process for the intravascular device can be performed by setting the second start point on the near side of the device in the direction of each ray.
望ましくは、前記判定手段は、前記各レイについての前記第1開始点からのボクセル演算の逐次実行結果に基づいて、前記第2開始点の判定を行うことを特徴とする。上記構成によれば、ボクセルデータ群に対して設定された各レイ上において、第1開始点からのボクセル演算の逐次実行結果から所定の条件を満たすことにより第2開始点が設定される。ボクセル演算を行う上でのボリュームレンダリングの演算条件は変更することができるので、例えば可視化対象である血管の位置でレンダリング処理を終了させて、その終了点をもって第2開始点とすることもできる。 Preferably, the determination means determines the second start point based on a sequential execution result of the voxel calculation from the first start point for each ray. According to the above configuration, on each ray set for the voxel data group, the second start point is set by satisfying a predetermined condition from the sequential execution result of the voxel calculation from the first start point. Since the volume rendering calculation conditions for performing the voxel calculation can be changed, for example, the rendering process can be ended at the position of the blood vessel to be visualized, and the end point can be set as the second start point.
望ましくは、前記判定手段は、前記各レイについての前記第1開始点からのボクセル演算の逐次実行結果に基づいて、前記第2開始点の判定を行うことを特徴とする。上記構成によれば、ボクセル演算によって逐次算出される値に基づいて、第2開始点の判定が行われるので、超音波のエコー強度、すなわち生体の組織内部の状態を反映した第2開始点の判定を行うことができる。 Preferably, the determination means determines the second start point based on a sequential execution result of the voxel calculation from the first start point for each ray. According to the above configuration, since the determination of the second start point is performed based on the values sequentially calculated by the voxel calculation, the second start point reflecting the ultrasonic echo intensity, that is, the state inside the living tissue. Judgment can be made.
望ましくは、前記判定手段は、前記各レイについて逐次実行される前記第1開始点からのボクセル演算で用いられるパラメータの積算値に基づいて、前記第2開始点の判定を行うことを特徴とする。上記構成によれば、ボクセル演算で用いられるパラメータの積算値に基づいて、第2開始点の判定が行われるので、パラメータに設定される値に応じて、生体組織の状態に適合した柔軟な第2開始点の設定を行うことができる。ここでパラメータとしては、例えば、不透明度、透明度を示す値などを利用できる。 Preferably, the determination means determines the second start point based on an integrated value of parameters used in a voxel calculation from the first start point that is sequentially executed for each ray. . According to the above configuration, since the determination of the second start point is performed based on the integrated value of the parameter used in the voxel calculation, it is possible to select a flexible second adaptable to the state of the living tissue according to the value set in the parameter. Two starting points can be set. Here, as parameters, for example, values indicating opacity and transparency can be used.
望ましくは、前記各レイ上のボクセルデータ列に対して輝度反転処理を施す前処理手段を含み、前記判定手段、前記第1レンダリング手段及び前記第2レンダリング手段の内の少なくとも1つは前記輝度反転処理が施されたボクセルデータ列に基づいて処理を実行することを特徴とする。 Preferably, the image processing apparatus includes pre-processing means for performing luminance inversion processing on the voxel data string on each ray, and at least one of the determination means, the first rendering means, and the second rendering means is the luminance inversion. The processing is executed based on the processed voxel data string.
上記構成によれば、輝度反転処理が施されたボクセルデータ列が処理対象となる。超音波の受信信号強度を反転して画像形成処理を行い、表示手段で合成三次元画像を表示することによって、本来であれば低レベル信号が高レベル信号として置換処理され、逆に本来の高レベル信号が低レベル信号として置換処理される。従って、血液から得られる低レベルのエコー信号を高レベルのエコー信号として扱うことにより、血液が流れる部分についての信号処理することができる。 According to the above configuration, the voxel data sequence that has been subjected to the luminance inversion processing is the processing target. By reversing the received signal intensity of the ultrasonic wave and performing image formation processing, and displaying the synthesized three-dimensional image on the display means, the low level signal is replaced as a high level signal, and the original high level signal is reversed. The level signal is replaced as a low level signal. Therefore, by treating the low level echo signal obtained from the blood as a high level echo signal, it is possible to perform signal processing on the portion where the blood flows.
更に、器具からは一般的には高レベル信号が得られる場合が多いが、血管内に挿入された器具についても同様に高レベル信号が得られる。よって、通常の信号処置であれば器具が強調されるような信号処理になる。しかし、器具を主体としたボクセルデータ列についても輝度反転処理を行うことによって、器具を強調しないような処理を行うことも可能となる。このように、反転処理をする信号と反転処理をしない信号とを任意に選択することによって、三次元画像の表示の際に強調する部分や強調しない部分を選択して処理することが可能となる。 Furthermore, in general, a high level signal is often obtained from an instrument, but a high level signal can be similarly obtained for an instrument inserted into a blood vessel. Therefore, the signal processing is such that the instrument is emphasized with a normal signal treatment. However, it is also possible to perform a process that does not emphasize the appliance by performing the luminance inversion processing on the voxel data string mainly including the appliance. As described above, by arbitrarily selecting a signal to be inverted and a signal not to be inverted, it becomes possible to select and process a portion to be emphasized or a portion not to be emphasized when displaying a three-dimensional image. .
望ましくは、超音波を送受波して得られた受信信号を直交検波し、血液の移動に伴って発生するドプラ偏移周波数成分に応じて血流の存在位置を検出するカラードプラ処理手段を更に含み、前記判定手段は、前記カラードプラ処理手段が検出する血流位置情報に基づいて、前記第2開始点の判定を行うことを特徴とする。上記構成によれば、血液が生体内を移動することに伴って発生するドプラ偏移周波数に応じて、血液の存在位置を検出することができるので、確実に血流が存在する部分に第2レンダリングの第2開始点を定めることができる。 Desirably, a color Doppler processing means is further provided for performing quadrature detection on a reception signal obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves and detecting a position of blood flow in accordance with a Doppler shift frequency component generated along with blood movement. And the determination means determines the second start point based on blood flow position information detected by the color Doppler processing means. According to the above configuration, since the position of the blood can be detected according to the Doppler shift frequency generated when the blood moves in the living body, the second portion is surely present in the portion where the blood flow exists. A second starting point for rendering can be defined.
望ましくは、前記合成処理手段は、前記血管を主体的に表した第1三次元画像上に、前記器具を主体的に表した第2三次元画像を重ね合わせて前記合成三次元画像を形成することを特徴とする。上記構成によれば、第1三次元画像と第2三次元画像とを合成して三次元画像を形成しても、元々の第1三次元画像と第2三次元画像の画像情報を視覚的に識別することができる。第1三次元画像は生体組織を主体とした画像であり、第2三次元画像は器具を主体とした画像であるので、合成三次元画像においても器具の位置を明瞭に把握することができる。 Preferably, the synthesis processing unit forms the synthesized 3D image by superimposing a second 3D image mainly representing the instrument on the first 3D image mainly representing the blood vessel. It is characterized by that. According to the above configuration, even if the first three-dimensional image and the second three-dimensional image are combined to form a three-dimensional image, the image information of the original first three-dimensional image and the second three-dimensional image is visually displayed. Can be identified. Since the first 3D image is an image mainly composed of a living tissue and the second 3D image is an image mainly composed of an instrument, the position of the instrument can be clearly grasped even in the synthesized 3D image.
望ましくは、前記合成処理手段は、前記第1三次元画像と前記第2三次元画像とを視覚的に異ならせつつ合成処理を行うことを特徴とする。上記構成によれば、第1三次元画像と第2三次元画像との識別が容易になる。視覚的に異ならせる合成処理としては、例えば着色表示、輝度を変動させる点滅表示あるいは輪郭強調表示などが挙げられる。 Preferably, the synthesis processing means performs the synthesis process while visually differentiating the first 3D image and the second 3D image. According to the above configuration, the first three-dimensional image and the second three-dimensional image can be easily identified. Examples of the synthesizing process that is visually different include coloring display, blinking display that changes the luminance, and outline emphasis display.
以上説明したように、本発明によれば、血管と器具を両方とも同時に明瞭な三次元画像として可視化することができる。 As described above, according to the present invention, both blood vessels and instruments can be visualized simultaneously as clear three-dimensional images.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、人体の前腕部10に対して超音波の送受信器を当接している状態を模式的に示した図である。本実施形態では、血液透析を受けている透析患者を超音波診断の対象としており、前腕部10において狭窄が発生している血管14に対して器具16を挿入し、治療を行う場面を例として説明する。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a state in which an ultrasonic transmitter / receiver is in contact with a
この器具16は、血管14に挿入される手術用の器具であり、具体的にはカテーテルを示している。探触子本体12はアレイ振動子(図示せず)を備える電子走査方式の超音波プローブであり、探触子本体12の送受波面側には水袋18が装着されている。探触子本体12は、後述する機械走査機構22(図示せず)によって保持されており、機械走査機構22は、探触子本体12と水袋18とを合体させることによりプローブユニット30として構成される。
This
図2は、本発明に係る超音波診断装置の概略的な全体構成を示すブロック図である。本実施形態における超音波診断装置は、大別してプローブユニット30と装置本体40とから構成される。まず、プローブユニット30について更に詳述する。プローブユニット30は、可動部20と機械走査機構22とから構成されている。可動部20は、前述したように探触子本体12と水袋18とから構成されている。探触子本体12の電子走査方式は、本実施形態においては電子リニア走査方式が用いられている。なお、電子セクタ走査方式やその他の電子走査方式を用いてもよい。水袋18の外表面は、柔軟な膜状部材で形成されており、その内部には例えば蒸留水などが充填されている。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. The ultrasonic diagnostic apparatus in the present embodiment is roughly composed of a
探触子本体12を前腕部10に当接させると、水袋18が前腕部10の曲面形状に適合して柔軟に変形し、アレイ振動子から送信される超音波を前腕部10に送受信する超音波伝達経路が形成される。本実施形態においては、1本の超音波ビームの形成に応じて1つのエコーデータ列が取得される。エコーデータ列は、プローブユニット30から装置本体40側に出力される。超音波ビームを電子走査することによって、前腕の長手方向に対して垂直な方向に走査面19(図1参照)が形成される。走査面上のエコーデータアレイを装置本体40において取り込むことにより、1枚の走査面上での2次元断層情報を得ることができる。
When the probe
機械走査機構22は、機械走査制御部24からの信号に基づいて位置決め走査される機構である。探触子本体12を電子走査することによって走査面が形成されるが、機械走査機構22は、その走査面と直交する方向に可動部20を機械走査する。本実施形態においては、水袋18を前腕部10に当接した状態を保ちながら、機械走査機構22によって可動部20を腕の長手方向に沿って移動させる。そうすると、前腕の長手方向に渡って互いに平行な複数の走査面が順番に形成される。可動部20を前腕の長手方向に移動させることによって、複数のエコーデータアレイからなるエコーデータ群を取得することが可能となり、前腕部10の内部の3次元空間情報を得ることができる。
The
次に、装置本体40の構成について説明する。装置本体40は、キーボードやトラックボールなどからなる入力部42を備えている。この入力部42は、三次元超音波画像を形成する上で必要な条件設定やパラメータ設定、あるいは三次元超音波画像の色彩調整を行うための数値入力機能を有する。入力部42での入力内容は主制御部44にて読み取られ、主制御部44は、本装置全体の動作制御を行う。主制御部44によって動作制御される機械走査制御部24は、可動部20を制御するための信号を機械走査機構22に出力する。
Next, the configuration of the apparatus
送受信部46は、送信ビームフォーミング機能及び受信ビームフォーミング機能を備えている。つまり、送受信部46は、アレイ振動子を構成する各振動素子に対して、それぞれの遅延時間を設定して超音波ビームを形成する送信ビームフォーミング機能を有し、受信信号の信号受信タイミングを調整し、複数の受信信号の位相を整合させる整相加算機能を含む受信ビームフォーミング機能を有している。なお、送受信部46は、受信信号の強度を補正するダイナミックレンジ変換回路などの信号処理回路を備えている。送受信部46から出力されるエコーデータ列は、三次元画像処理部48に伝送される。ちなみに、送受信部46から出力されるエコーデータ列は、三次元画像処理部48に出力するのと同時に、図示されていないカラードプラ処理部に対して出力してもよい。
The transmission /
三次元画像処理部48は、複数の三次元画像を形成する機能を有し、本実施形態においては、反転処理部50、第1レンダリング開始点判定部52、第1レンダリング処理部54、第2レンダリング開始点判定部56、第2レンダリング処理部58を備えている。ちなみに、本実施形態においては、ボリュームレンダリングの視線であるレイは、超音波ビームの進行方向と同一の方向に設定される。従って、三次元画像処理部48に入力されたエコーデータ列は、そのままボクセル演算の対象であるボクセルデータ列とみなして処理することができる。
The three-dimensional image processing unit 48 has a function of forming a plurality of three-dimensional images. In the present embodiment, the
反転処理部50は、入力されるデータの輝度を反転して出力する機能を有する。反転処理部50においては、エコーデータ列を構成する各エコーデータの信号レベルを反転変換する。この反転変換を行うと低レベルのエコーデータは高レベルのエコーデータに置換処理される。故に、反転処理部50は、超音波に対する反射強度の弱い生体組織、つまり前腕部においては血液の流れる部分からのエコー信号の検出を容易にする手段となる。
The
第1レンダリング開始点判定部52は、第1レンダリング処理部54で行われるボクセル演算の第1開始点を判定する機能を有する。その第1開始点の判定には、反転処理部50から出力される反転エコーデータ列が用いられる。第1開始点の判定条件は、例えば、当該超音波診断装置のオペレータが入力部42を操作して行うROIの領域設定を利用することにより定められる。ちなみに、第1開始点の判定条件としては、特開2002−336253号公報に記されている被検体表面とカップリング体との境界面を検出する方法を用いることもできる。
The first rendering start
第1レンダリング処理部54は、前述の第1レンダリング開始点判定部52で第1開始点が判定されたことを信号処理の起点としてボクセル演算の逐次演算を行い、あるレイ上の三次元画像の画素値を求める機能を有する。ボクセル演算については、例えば特開平10−33538号公報に記されている公知のボクセル演算法を用いることができる。
The first
ボクセル演算法の一例としては、ボクセルの不透明度とエコー値との積によって表される発光光量と、ボクセルの透明度とそのボクセルの入力光との積によって表される減衰光量とを加算することにより、当該ボクセルからの出力光量を求める演算が挙げられる。ボクセルへの入力光量は、そのボクセルに近接する一つ前のボクセルの出力光量と同値であるため、逐次演算を行うことによってレイ方向の画素の輝度値を求めることができる。但し、演算対象のボクセルがレイ上の最終ボクセルに到達したり、レイ上の複数のボクセルのオパシティ積算値が1になったりした場合には、逐次演算を終了するという終了条件が付加される。 As an example of the voxel calculation method, by adding the light emission amount represented by the product of the opacity of the voxel and the echo value, and the attenuation light amount represented by the product of the transparency of the voxel and the input light of the voxel. An operation for obtaining an output light amount from the voxel is given. Since the input light amount to the voxel is the same value as the output light amount of the previous voxel adjacent to the voxel, the luminance value of the pixel in the ray direction can be obtained by performing sequential calculation. However, when the calculation target voxel reaches the last voxel on the ray or the opacity integrated value of a plurality of voxels on the ray becomes 1, an end condition is added to end the sequential calculation.
第2レンダリング開始点判定部56は、第2レンダリング処理部58で行われるボクセル演算の第2開始点を判定する機能を有する。その第2開始点の判定には、本実施形態においては、第1レンダリング処理部54で行われるボクセル演算の逐次実行結果が利用される。すなわち、第1レンダリング処理部54で行われるボクセル演算による透過光量の値が、所定の閾値を越える場合に、そのボクセル演算の演算対象であるエコーデータを第2開始点とする。
The second rendering start
本実施形態にかかる超音波診断装置は、第1レンダリング処理の結果に基づいて、第2レンダリング処理を実行することを特徴事項の一つとしており、その第2レンダリング処理は第2開始点から開始される。第2開始点は、器具を主体とした第2三次元画像を取得するためのレンダリング処理の再スタートポイントあるいはリセットポイントになる。血管内に挿入された器具を描出する第2三次元画像を形成するためには、血管壁の部分、更に望ましくは血管内を流れる血流部分に入り込んだ部分に第2開始点を設定する必要がある。 The ultrasound diagnostic apparatus according to the present embodiment is characterized by executing the second rendering process based on the result of the first rendering process, and the second rendering process starts from the second starting point. Is done. The second start point is a restart point or a reset point of the rendering process for acquiring the second 3D image mainly including the instrument. In order to form a second 3D image depicting the device inserted into the blood vessel, it is necessary to set a second starting point at the portion of the blood vessel wall, more preferably at the portion of the blood flow that flows in the blood vessel. There is.
血管壁と血液のそれぞれのエコー強度が大きく変化するという物理現象を利用して、血管の内部に入り込む位置を第2開始点として検出することができる。血管の内部に入り込んだ位置である第2開始点から、超音波画像を形成するレンダリング処理を変えることは、血管内に存在する血液以外の異物を視覚化する上で非常に有効な方法であり、特に、三次元画像化の場合には、三次元空間内での器具の位置を認識するために有効である。 Using the physical phenomenon that the echo intensity of each of the blood vessel wall and blood changes greatly, the position that enters the inside of the blood vessel can be detected as the second starting point. Changing the rendering process that forms the ultrasound image from the second starting point, which is the position that has entered the inside of the blood vessel, is a very effective method for visualizing foreign substances other than blood existing in the blood vessel. In particular, in the case of three-dimensional imaging, it is effective for recognizing the position of the instrument in the three-dimensional space.
第2開始点の判定方法には、前述したような透過光量の値が所定の閾値を越えることを利用する方法以外にも、いくつかの他の判定方法を用いることもできる。 For the determination method of the second start point, in addition to the method using the fact that the value of the transmitted light amount exceeds the predetermined threshold as described above, some other determination methods can be used.
第2開始点の他の判定方法としては、例えば、ボクセル演算の逐次演算と同時に並列実行されるオパシティの積算演算を用いることができる。すなわち、ボクセル演算によるオパシティの積算値が所定の閾値を超える場合には、そのボクセル演算の演算対象であるエコーデータを第2開始点とすることができる。 As another determination method of the second start point, for example, an opacity integration calculation that is executed in parallel with the sequential calculation of the voxel calculation can be used. That is, when the integrated value of opacity by the voxel calculation exceeds a predetermined threshold, the echo data that is the calculation target of the voxel calculation can be set as the second start point.
また、第2開始点の他の判定方法としては、前述の特開2002−336253号公報に記されている、被検体表面とカップリング体との境界面を検出する方法と同様の手法を用いて、第2開始点を判定することができる。その同様の手法とは、すなわち関心領域を被検体表面を包含しない位置に予め設定しておき、その被検体表面を包含しない関心領域内におけるデータを輝度反転させた後に第1レンダリング処理部54にて処理する手法である。高強度の反転エコーデータが連続してN個(一例として5個)続いた場合に、そのN個目のエコーデータを第2開始点とすることができる。
Further, as another determination method of the second starting point, the same method as the method of detecting the boundary surface between the subject surface and the coupling body described in the aforementioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-336253 is used. Thus, the second starting point can be determined. The similar method is that the region of interest is set in advance at a position that does not include the subject surface, the data in the region of interest that does not include the subject surface is inverted in luminance, and then the first
更に、第2開始点の他の判定方法としては、連続するデータ列の微分値を用いることもできる。すなわち、ボクセル演算による画像再構築を行う場合にレイの方向に沿って、連続するデータ列の構成要素である複数のデータを対象に微分を行い、微分値が急激に変化するデータに相当する位置を第2開始点とすることができる。 Furthermore, as another determination method of the second start point, a differential value of a continuous data string can be used. That is, when image reconstruction is performed by voxel calculation, differentiation is performed on a plurality of data that are constituent elements of a continuous data sequence along the ray direction, and the position corresponding to data in which the differential value changes rapidly Can be the second starting point.
以上に記したいくつかの検出方法のいずれかの方法を用いて、第2開始点を検出することができる。 The second starting point can be detected using any one of the several detection methods described above.
第2レンダリング処理部58は、前述の第2レンダリング開始点判定部56で判定された第2開始点からボクセル演算の逐次演算を行って、あるレイ上の三次元画像の画素値を求める機能を有する。第2レンダリング処理部58には、反転処理される前のそのままのエコーデータが入力される。第2レンダリング処理部58で行われるボクセル演算は、第1レンダリング処理部54で行われるボクセル演算と同じ方法であってよいし、そのボクセル演算とは異なる三次元画像の構築演算であってもよい。
The second
次に、三次元画像合成部60について説明する。三次元画像合成部60は、2種類の三次元画像を重ね合わせて、1つの合成三次元画像を形成する機能を有する。三次元画像合成部60は、第1三次元画像メモリ62、第2三次元画像メモリ64などの構成を備えている。第1三次元画像メモリ62は、第1レンダリング処理部54で求められる複数の画素値をマッピングして構成される第1三次元画像を記憶するメモリである。第2三次元画像メモリ64は、第2レンダリング処理部58で求められる複数の画素値をマッピングして構成される第2三次元画像を記憶するメモリである。これらのメモリの中の第1三次元画像と第2三次元画像とを合成することにより、1つの合成三次元画像が形成される。
Next, the 3D image composition unit 60 will be described. The three-dimensional image composition unit 60 has a function of superposing two types of three-dimensional images to form one composite three-dimensional image. The three-dimensional image composition unit 60 includes a first three-
表示部68は、CRTやLCDで構成されており、合成三次元画像をオペレータが観察できるように表示する。
The
図3は、三次元画像処理部48で行われる第1及び第2レンダリング処理の各演算処理に関する説明図である。図3には、可動部20を前腕部10に当接させて得られる三次元画像取り込み領域が模式的に示してある。
FIG. 3 is an explanatory diagram relating to each calculation process of the first and second rendering processes performed by the 3D image processing unit 48. FIG. 3 schematically shows a three-dimensional image capturing area obtained by bringing the
可動部20を移動させることで互いに平行な複数の走査面が形成される。最前面の走査面70上には、血管14の断面と血管に挿入された器具16が含まれる。また、走査面70上には血管14を中心にした三次元画像を形成するための関心領域(ROI)80の設定範囲が示されている。また、走査面70上で可動部20に近接した部分には、前腕部10の体表面と水袋18とが当接する境界部分82が示されている。ちなみに、ROI80の設定形状は、Y軸方向に伸長した三次元の直方体形状である。
A plurality of scanning planes parallel to each other are formed by moving the
図3においては、1本の超音波ビームに応じて取得されるボクセルデータ列を、走査面上のZ軸に平行な1本の直線として表している。例えば、ボクセルデータ列A72は、血管14が存在しない位置で取得されるボクセルデータ列である。
In FIG. 3, the voxel data string acquired in accordance with one ultrasonic beam is represented as one straight line parallel to the Z axis on the scanning plane. For example, the voxel data string A72 is a voxel data string acquired at a position where the
ボクセルデータ列A72は、ROI80の設定領域との関係において第1開始点が判定される。その第1開始点の位置は、図3に示す走査面70においてボクセルデータ列A72を示す直線とROI80の上端面とが交差する点P1と定めることができる。
The first start point of the voxel data string A72 is determined in relation to the setting area of the
ボクセルデータ列A72に対するボクセル演算は、第1開始点である点P1の位置から、ROI80の下端面と交差する点P2までの範囲のデータ列に関して演算される。累積的にボクセル演算を実行している途中において、演算の終了条件を満たした場合には演算が中止され、そのときの演算結果がボクセルデータ列A72に関する画素値となる。または、ROI80の下端面上の点P2に至っても演算の終了条件が最後まで満たさない場合には、最終ボクセルでの演算結果が画素値となる。つまり、第1のレンダリング処理を行うにあたって、演算の終了条件を満足する/しないに関わらず、1つのボクセルデータ列に対して1つの画素値が求められる。その画素値は、図3に示すビーム対応画素値A(86)となる。第1のレンダリング処理を実行している最中に、第2開始点の判定条件を満足する点が検出されれば、第2のレンダリング処理に切り替わるが、ボクセルデータ列A72は、血管が存在しない部分で取得されるボクセルデータ列であるので、第2開始点は検出されない。
The voxel calculation for the voxel data string A72 is performed on a data string in a range from the position of the point P1 that is the first start point to the point P2 that intersects the lower end surface of the
次に、血管14と器具16とが存在する位置で取得されるボクセルデータ列B88に関する演算処理について説明する。ボクセルデータ列B88は、前述のボクセルデータ列A72と同様に、ROI80の設定領域との関係において第1開始点が判定される。その第1開始点の位置は、図3に示す走査面70においてボクセルデータ列B88を示す直線とROI80の上端面とが交差する点P3と定めることができる。ボクセルデータ列B88に対しては、第1開始点であるP3が判定された後から、第1レンダリング処理が行われる。
Next, calculation processing related to the voxel data string B88 acquired at a position where the
第1レンダリング処理を順に実行していくと、血管14の内側に入った位置におけるボクセルデータの演算が行われる。血液からは弱いエコーデータが得られるが、反転処理によって高いエコーデータに変換されている。従って、第1レンダリング処理の出力光量値がある一定の閾値を越えるという判定条件を用いて、この条件を満たす点が判定される。なお、第1レンダリング処理の出力光量値がある一定の閾値を越えたという判定条件を満たした時点をもって、第1レンダリング処理を中止することも可能である。その場合には、第1レンダリング処理の終了点である第1終了点P4は、前述の第2開始点P5と同一の点となる。第1開始点P3から第1終了点P4までの間のボクセルデータに対して、第1レンダリング処理を行うことによって、図3に示すビーム対応画素値B1(90)が求められる。
When the first rendering process is executed in sequence, the calculation of the voxel data at the position inside the
次に、第1レンダリング処理の第1終了点P4に基づいて、第2レンダリング処理の開始点である第2開始点P5が設定される。第2開始点P5は、血管14の内側に入った位置に設定される。第2開始点P5の設定に伴って第2レンダリング処理が実行される。第2レンダリング処理では、反転されていないボクセルデータ列B88が演算処理の対象となる。第2レンダリング処理は、血管内の器具を画像化するための処理である。器具の画像化のためには、器具を反映した高レベルのエコーデータにレンダリングパラメータが設定される。
Next, a second start point P5 that is a start point of the second rendering process is set based on the first end point P4 of the first rendering process. The second start point P5 is set at a position inside the
第2レンダリング処理を順に実行していくと、器具16の表面から強いレベルのエコーデータが検出される。ボクセルデータ列B88の上であって、器具16の表面に交差する位置を第2レンダリング処理の終了点P6として設定することができる。第2開始点P5から第2終了点P6までの間のボクセルデータに対して、第2レンダリング処理を行うことによって、図3に示すビーム対応画素値B2(92)が求められる。
When the second rendering process is sequentially executed, a strong level of echo data is detected from the surface of the
なお、一般的には、器具の表面からは高レベルのエコー信号が得られるので、器具16の表面上において第2レンダリング処理が終了するように設定することができる。但し、ボリュームレンダリングのパラメータ設定の如何によっては、更に深さ方向に存在するボクセルデータの演算を累積することもできる。
In general, since a high-level echo signal is obtained from the surface of the instrument, the second rendering process can be set to end on the surface of the
以上説明したように、2段階のレンダリング処理を行うことにより、第1レンダリング処理でビーム対応画素値A(86)とビーム対応画素値B1(90)が求められる。そして、第2レンダリング処理によりビーム対応画素値B2(92)が求められる。例示した2つのボクセルデータ列A72とボクセルデータ列B88のみならず、ROI80内に存在する全てのボクセルデータ列に対して第1レンダリング処理を行うことにより、第1三次元画像94が形成される。また、第2開始点が判定されたボクセルデータ列に対して第2レンダリング処理を行うことにより、第2三次元画像96が形成される。
As described above, the beam-corresponding pixel value A (86) and the beam-corresponding pixel value B1 (90) are obtained in the first rendering process by performing the two-stage rendering process. Then, the beam-corresponding pixel value B2 (92) is obtained by the second rendering process. The first three-
第1三次元画像94は、血管が存在しない生体組織に相当するボクセルデータ列と、血管が存在する部分については血管よりも手前側の生体組織に相当するボクセルデータ列に基づいて形成される。つまり、第1三次元画像94は血管の内部の情報を含まず、生体組織を主体的に表した三次元投影画像となる。また、第2三次元画像96は、血管あるいはその血管の裏側に位置する生体組織に相当するボクセルデータ列に基づいて形成される。よって、第2三次元画像96では、器具投影部分98を認識することができる。
The first three-
図4は、図3に示す走査面70内において、第1レンダリング処理と第2レンダリング処理が適応される領域を区別して示した図である。図4には、図3に示す走査面70内のROI80の領域だけが示してある。
FIG. 4 is a diagram showing the areas to which the first rendering process and the second rendering process are applied in the
ROI80の上端には、第1レンダリング処理が開始される第1開始点群162が直線として示してある。前述の点P3も、第1開始点群162の上に存在する。また、ROI80の下端には、第1終了点群(164A、164B)が2つの線分として示してある。血管14が存在する部分は、第1レンダリング処理が血管内で終了するようにレンダリング条件が設定されているので、血管に対する第1終了点群166は血管壁の形状に対応した円弧形状となる。第1のレンダリング処理が施される領域は、第1開始点群162と第1終了点群(164A,164B,166)とに挟まれる領域であるので、図5において図示する逆凹型の斜線領域160となる。
At the upper end of the
本実施形態においては、第2レンダリング処理は、血管が存在する位置から得られるボクセルデータ列に対して実行される。よって、血管内の第1終了点群である166が第2開始点群168となる。第2レンダリング処理は、レイ170の深さ方向に沿って、第2開始点群168から開始されるので、第2レンダリング処理が施される領域は、図5において図示する斜線領域172となる。ちなみに、器具16の表面の位置で第2レンダリング処理を中止することもできる。
In the present embodiment, the second rendering process is executed on the voxel data string obtained from the position where the blood vessel exists. Therefore, the first end point group 166 in the blood vessel becomes the second start point group 168. Since the second rendering process starts from the second start point group 168 along the depth direction of the
図5は、ある一つのエコーデータ列を信号処理することで生成する各種信号を並べて示した図である。図5の最上段に示す図5(a)は、エコーデータ列の強度レベルを示している。図5(a)の横軸は時間軸であり、縦軸はエコーデータの強度レベルを示す。このエコーデータ列は、血管内に存在する器具に向かって1本の超音波ビームを送信することで得られたエコーデータ列を表している。図3に示したボクセルデータ列B88がこのエコーデータ列に相当する。 FIG. 5 is a diagram in which various signals generated by performing signal processing on one echo data string are arranged. FIG. 5A shown at the top of FIG. 5 shows the intensity level of the echo data string. The horizontal axis of Fig.5 (a) is a time axis, and a vertical axis | shaft shows the intensity level of echo data. This echo data string represents an echo data string obtained by transmitting one ultrasonic beam toward an instrument existing in a blood vessel. The voxel data string B88 shown in FIG. 3 corresponds to this echo data string.
エコーデータ列100は、そのデータ列の中間部分102において、レベルが急激に低下したり(104a,104b)、一時的にピークを示したり(106)している。レベルが急激に低下しているのは、この部分のエコーデータが血管内の低いエコー強度を反映しているためであり、レベルが一時的にピークを示すのは、このピーク部分のエコーデータが器具によるエコー強度を反映しているためである。なお、中間部分102に含まれず時間軸上で前後に広がるエコーデータは、生体組織によって得られるエコーデータである。
The
図5(b)は、エコーデータ列100を反転処理して得られた反転エコーデータ列108を示すグラフである。図5(b)の横軸と縦軸の定義は図5(a)と同一である。反転処理を行うことにより、エコーデータ列100において低レベルである部分(104a,104b)が、高レベルのデータに変換される。
FIG. 5B is a graph showing an inverted
ここで、図5の説明を一時的に離れて、図6を用いてエコーデータの反転処理特性の一例を示す。図6は、エコーデータの反転処理特性の一例を示す図である。横軸はエコー信号入力レベルを示し、縦軸はエコー信号出力レベルを示している。この曲線124に従った変換処理を行うと、低レベルの入力信号は高レベルの出力信号として変換され、逆に高レベルの入力信号は低レベルの出力信号として変換される。なお、グラフは非線形特性を示しているので、入力信号のレベルが低い程、高いレベルに強調された反転信号が得られるようになっている。また、ある閾値を上回る入力信号については、出力信号として変換されないカットオフ特性も有している。
Here, the explanation of FIG. 5 is temporarily separated, and an example of the echo data inversion processing characteristic is shown using FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating an example of echo data inversion processing characteristics. The horizontal axis represents the echo signal input level, and the vertical axis represents the echo signal output level. When the conversion process according to the
図5に戻って、反転エコーデータ列108の信号処理について説明する。本実施形態に係る超音波診断装置においては、この反転エコーデータ列108について、第1レンダリング処理を施している。第1レンダリング処理部54でボクセル演算を実行するのに伴って、各ボクセルデータからの出力光量値が求められ、それと平行して同時に不透明度(オパシティ)の積算値も求められる。
Returning to FIG. 5, the signal processing of the inverted
図5(c)は第1レンダリング処理によるオパシティの積算値(Σαi)の累積的な変
化を示し、図5(d)は第1レンダリング処理による出力光量値(C1out)の累積的な変化を示している。本実施形態においては、出力光量値(C1out)の値が一定の閾値を超えた場合に、第2レンダリング処理が開始される。よって、図5(d)において出力光量値を表す曲線112と、閾値Cthを表す水平線との交差点Tが存在することが、第2レンダリング処理の開始を意味する。本実施形態においては、第1レンダリング処理は、第2レンダリング処理が開始されたことをもって、その演算処理を中断する。但し、第2レンダリング処理の開始に関わらず、第1レンダリング処理の演算を終了条件を満たすまで継続してもよい。第1レンダリング処理は第2レンダリング処理とは別個独立に実行されるからである。図5(d)においては、第1レンダリング処理の中断又は継続が任意であることを破線によって示している。ボクセル演算はオパシティの積算演算と表裏一体に実行されるので、図5(c)においてもその積算値を表す曲線の一部を破線で示している。
FIG. 5C shows a cumulative change of the integrated opacity value (Σαi) by the first rendering process, and FIG. 5D shows a cumulative change of the output light amount value (C1out) by the first rendering process. ing. In the present embodiment, the second rendering process is started when the value of the output light amount value (C1out) exceeds a certain threshold value. Therefore, the presence of the intersection T between the
図5(e)は、第2レンダリング処理の処理対象となるエコーデータ列118を示している。このエコーデータ列118は、図5(a)に示すエコーデータ列100の後半部、つまり時間軸上にて一点鎖線116で示す時点以降で得られたエコーデータ列と同値である。第2レンダリング処理に関して注目すべきことは、処理対象のデータ列は反転エコーデータ列ではないことと、第2レンダリング処理のための第2のオパシティが新たにゼロから積算されることである。第2レンダリング処理を行う場合に、反転エコーデータ列を用いると、最初から高レベルのデータを処理することになり、器具の画像化に適さない。第2レンダリング処理は、ある判定条件を満たした場合に開始されるので、判定条件を満足した時点からオパシティの積算演算が新たに開始される。第2レンダリング処理を行うことによって、エコーデータ列118の中でピークを示している器具のエコーデータ120に基づいて器具に対応する画素値が求められる。
FIG. 5E shows an
図5(f)には、第2レンダリング処理による出力光量値C2out(122)の変化が示されている。第2レンダリング処理では、器具を明瞭に画像化することを優先してレンダリングパラメータを設定することが好ましい。従って、この出力光量値C2outについても、器具または血管内に相当する時間的な範囲での出力光量値の変化は大きいが、それ以降は飽和傾向になるため時間的な変化は少なくなる。 FIG. 5F shows a change in the output light amount value C2out (122) due to the second rendering process. In the second rendering process, it is preferable to set the rendering parameters in preference to clearly imaging the instrument. Therefore, the output light quantity value C2out also has a large change in the output light quantity value in the temporal range corresponding to the instrument or blood vessel, but since then, it tends to be saturated, the temporal change is small.
図7は、他の実施形態に係る超音波診断装置の構成ブロック図である。図2の構成ブロック図と比較して、三次元画像処理部130の構成が異なっている。よって、図7において、図2に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。 FIG. 7 is a configuration block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to another embodiment. Compared to the configuration block diagram of FIG. 2, the configuration of the three-dimensional image processing unit 130 is different. Therefore, in FIG. 7, the same components as those shown in FIG.
三次元画像処理部130においては、第2レンダリング開始点判定部56に対して、反転されていないエコーデータ列が入力される。第2レンダリング開始点判定部56では、低レベルのエコーデータが連続してM個(一例として5個)続いた場合に、そのM個目のエコーデータを第2開始点とする判定処理が行われる。低レベルのエコーデータが検出された後に、引き続いてM個のデータが連続しなければ判定条件が成立しないので、血管内に確実に入り込んだ位置に第2開始点を設定することができる。判定条件を満たす第2開始点が検出されると、その情報は、第1レンダリング処理部54に伝達される。この情報伝達の方向は、図2に示した機能ブロック図で示した情報伝達の方向と逆である。図7に示す第1レンダリング処理部54においては、第2開始点の検出をもって、その検出の直前まで実行していたボクセル演算を中止する。一方、本実施形態によると、第2開始点が検出されることをもって、生体組織ではなく血管内でのレンダリング処理に移行していることを確実に判断できる。よって、三次元画像処理部130によれば、第2開始点よりも更に深い位置から得られるエコーデータの情報に基づいて、第1レンダリング処理が実質的に処理不要になる位置を検出することにより、第1レンダリング処理を強制的に中止することができる。
In the 3D image processing unit 130, an echo data sequence that has not been inverted is input to the second rendering start
また、他の実施形態に係る超音波診断装置においては、図7に示す超音波診断装置の装置本体40が備えているカラードプラ処理部(図示せず)を用いて、以下に示す手法により第2開始点を検出することもできる。
In the ultrasonic diagnostic apparatus according to another embodiment, a color Doppler processing unit (not shown) provided in the apparatus
カラードプラ処理部は、送受信部46が出力する受信信号を入力して、その分析結果を第2レンダリング開始点判定部56に対して出力する。カラードプラ処理部においては、受信信号を直交検波した後にMTIフィルタにより低いドプラ偏移周波数を除去し、自己相関演算することでドプラ偏移周波数の平均周波数とパワーを検出することができる。このようにドプラ偏移周波数の平均周波数とパワーに基づいて血流のイメージング表示を行う技術は、いわゆるカラーフロー又はパワーフローと呼ばれる公知の技術である。この公知技術を用いれば、超音波断層画像上で血流の存在する部分と存在しない部分の境界を判定することができる。その判定結果、つまりカラードプラ処理部で求めた各レイ上での血流の存在位置を示す境界情報を第2レンダリング開始点判定部56に伝送することによって、第2レンダリング開始点判定部56において第2開始点を定めることができる。この判定方法によれば、血流の存在する血管内部の位置に確実に第2開始点を設定することができる利点がある。
The color Doppler processing unit receives the reception signal output from the transmission /
カラードプラ処理部にて行われる処理は、カラーフロー処理よりもパワーフロー処理の方が好ましい。パワーフロー処理は、カラーフロー処理に比べてドプラアングルの依存性が少ないため、血管の走行を連続的に捉えられる。なお、一般的に、器具が血管内を移動する速度は血液が血管内を流れる速度に比べて無視できる程度に小さいので、器具の運動によってドプラ偏移周波数が影響を受けることはない。 The process performed in the color Doppler processing unit is preferably a power flow process rather than a color flow process. Since the power flow process has less dependence on the Doppler angle compared to the color flow process, the traveling of the blood vessel can be captured continuously. In general, the speed at which the instrument moves in the blood vessel is negligibly small compared to the speed at which blood flows in the blood vessel, so that the Doppler shift frequency is not affected by the movement of the instrument.
図8は、他の実施形態に係る三次元画像合成部の構成ブロック図である。図8に示す三次元画像合成部140は、図2に示す三次元画像合成部60の変形例である。三次元画像合成部140は、三次元画像合成部60と置換して用いることが可能であり、2枚の三次元画像を合成する際に、各画像に輝度の重み付けを付加する機能を有している。三次元画像合成部140は、第1表示処理部142と第2表示処理部144を備える点において、前述の三次元画像合成部60と相違する。第1表示処理部142は、第1三次元画像の輝度と色彩を変換あるいは調整する機能を有しており、その機能を使用するために、例えば輝度変換係数J(設定可能範囲:−1≦J≦1)のパラメータが活用される。また、第2表示処理部144は、第2三次元画像の輝度と色彩を変換あるいは調整する機能を有しており、その機能を使用するために、例えば輝度変換係数K(設定可能範囲:−1≦K≦1)のパラメータが活用される。ちなみに、輝度変換係数J及びKは、入力部42からのオペレータの操作入力信号に基づいて、主制御部44から出力され、三次元画像合成部140に対して入力される係数である。
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of a 3D image composition unit according to another embodiment. A three-dimensional
輝度変換係数J及びKのそれぞれの機能は同一である。すなわち、輝度変換係数が1(J=1,K=1)である場合には三次元画像の輝度調整を一切行わず、輝度変換係数が−1(J=−1,K=−1)の場合には輝度反転処理を行う。そして、輝度変換係数が1から−1の間の小数値が指令された場合には輝度のグラデーション調整が行われる。 The functions of the luminance conversion coefficients J and K are the same. That is, when the luminance conversion coefficient is 1 (J = 1, K = 1), the luminance adjustment of the three-dimensional image is not performed at all, and the luminance conversion coefficient is −1 (J = −1, K = −1). In this case, luminance inversion processing is performed. When a decimal value between 1 and −1 is commanded as the brightness conversion coefficient, brightness gradation adjustment is performed.
このような輝度反転及び調整機能を有することにより、第1三次元画像と第2三次元画像とは、それぞれが独立に輝度調整を行うことができる。よって、血流を明瞭に画像化するためにレンダリング処理前にエコーデータの反転処理が行われる場合であっても、合成三次元画像においては生体組織と器具とを明暗により、あるいは色彩の違いによって識別することが可能となり、双方とも明瞭に三次元画像として形成することができる。 By having such brightness reversal and adjustment functions, the first 3D image and the second 3D image can be adjusted independently of each other. Therefore, even if echo data inversion processing is performed before rendering processing in order to visualize blood flow clearly, in a synthesized three-dimensional image, a living tissue and an instrument are differentiated by lightness or color difference. It is possible to identify them, and both can be clearly formed as a three-dimensional image.
図9は、三次元画像合成部140を用いて実行される画像合成の説明図である。図2にて説明した三次元画像合成部60、あるいは図8を用いて説明した三次元画像合成部140のどちらにおいても、第1三次元画像と第2三次元画像との画像合成が行われる。画像合成は、第1三次元画像の上に第2三次元画像を重ね合わせる、いわゆるオーバーレイ処理によって実行される。図9に示す第1三次元画像146には、生体組織内で屈曲した状態の血管152が示されている。この第1三次元画像146は、三次元のレンダリング処理を施して形成された三次元投影画像である。血管152の部分が白く表示されているのは、輝度反転したエコーデータ群によって第1三次元画像146が形成されるためである。第2三次元画像148には、血管に挿入された器具154の形状が示されている。この第2三次元画像148も三次元投影画像である。器具154の部分が白く表示されているのは、輝度反転していないエコーデータ群によって第2三次元画像148が形成されるためである。図9に示した状態のまま、血管152と器具154の双方が白く表示された状態で2枚の三次元画像を合成処理すると、血管内の器具154の位置を識別することが難しくなる。識別を容易にするために、図8を用いて説明した輝度変換係数JとKをJ=1,K=−1と設定することにより、第2三次元画像148だけについて反転処理が実行される。そうすると、器具154の部分が黒く変換されるため、合成三次元画像150においては、血管152の立体形状が明確に表示されると同時に、血管内の器具156の位置も明確に把握することができる。なお、第2三次元画像に対して着色表示を施せば、器具154の部分を生体組織と異なる色に表示することが可能となり、より明瞭に両者を識別することができる。
FIG. 9 is an explanatory diagram of image composition performed using the 3D
14 血管、16 器具、20 可動部、70 走査面、72 ボクセルデータA、80 関心領域(ROI)、82 境界部分、86 ビーム対応画素値A、90 ビーム対応画素値B1、92 ビーム対応画素値B2、94 第1三次元画像、 96 第2三次元画像、98 器具投影部分、P1,P3 第1開始点、P2,P4 第1終了点、P5 第2開始点、P6 第2終了点。
14 blood vessels, 16 instruments, 20 moving parts, 70 scanning plane, 72 voxel data A, 80 region of interest (ROI), 82 boundary portion, 86 beam corresponding pixel value A, 90 beam corresponding pixel value B1, 92 beam corresponding
Claims (9)
前記各レイについて、第1開始点から前記ボクセル演算の逐次実行結果により、第1三次元画像を構成する画素値を求める第1レンダリング手段と、
前記各レイについて第2開始点を判定する判定手段と、
複数のレイの中で前記第2開始点が判定されたレイについて、前記第2開始点からのボクセル演算の逐次実行結果により、前記器具が反映された第2三次元画像を構成する画素値を求める第2レンダリング手段と、
前記第1三次元画像と前記第2三次元画像とを合成し合成三次元画像を形成する合成処理手段と、
前記合成三次元画像を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。 In the ultrasonic diagnostic apparatus that sequentially executes voxel operations in the depth direction for each ray set for the voxel data group obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves to the blood vessel in which the instrument is inserted,
For each ray, a first rendering means for obtaining a pixel value constituting the first three-dimensional image from a result of sequential execution of the voxel calculation from a first start point;
Determining means for determining a second starting point for each ray;
For a ray for which the second start point is determined among a plurality of rays, a pixel value constituting a second three-dimensional image in which the device is reflected is obtained by a result of sequential execution of voxel calculation from the second start point. Second rendering means to be obtained;
Combining processing means for combining the first three-dimensional image and the second three-dimensional image to form a combined three-dimensional image;
Display means for displaying the synthesized three-dimensional image;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
前記判定手段は、前記血管内かつ前記器具の手前側の深さ位置を前記第2開始点として判定することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the determination unit determines a depth position in the blood vessel and on the near side of the instrument as the second start point.
前記第2開始点は、前記第1開始点からのボクセル演算の終了条件を満たす第1終了点に基づいて、前記血管内に設定されることを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the second start point is set in the blood vessel based on a first end point that satisfies a voxel calculation end condition from the first start point.
前記判定手段は、前記各レイについての前記第1開始点からのボクセル演算の逐次実行結果に基づいて、前記第2開始点の判定を行うことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the determination unit determines the second start point based on a sequential execution result of the voxel calculation from the first start point for each ray.
前記判定手段は、前記各レイについて逐次実行される前記第1開始点からのボクセル演算で用いられるパラメータの積算値に基づいて、前記第2開始点の判定を行うことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic diagnosis characterized in that the determination means determines the second start point based on an integrated value of parameters used in a voxel calculation from the first start point that is sequentially executed for each ray. apparatus.
前記各レイ上のボクセルデータ列に対して輝度反転処理を施す前処理手段を含み、
前記判定手段、前記第1レンダリング手段及び前記第2レンダリング手段の内の少なくとも1つは前記輝度反転処理が施されたボクセルデータ列に基づいて処理を実行することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
Including pre-processing means for performing luminance inversion processing on the voxel data string on each ray,
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein at least one of the determination unit, the first rendering unit, and the second rendering unit executes processing based on a voxel data sequence that has been subjected to the luminance inversion processing.
超音波を送受波して得られた受信信号を直交検波し、血液の移動に伴って発生するドプラ偏移周波数成分に応じて血流の存在位置を検出するカラードプラ処理手段を更に含み、
前記判定手段は、前記カラードプラ処理手段が検出する血流位置情報に基づいて、前記第2開始点の判定を行うことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
Further includes color Doppler processing means for performing quadrature detection on a received signal obtained by transmitting and receiving ultrasonic waves and detecting a position of blood flow in accordance with a Doppler shift frequency component generated along with blood movement;
The ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that the determination unit determines the second start point based on blood flow position information detected by the color Doppler processing unit.
前記合成処理手段は、前記血管を主体的に表した第1三次元画像上に、前記器具を主体的に表した第2三次元画像を重ね合わせて前記合成三次元画像を形成することを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The synthesis processing means forms the synthesized 3D image by superimposing a second 3D image mainly representing the instrument on a first 3D image mainly representing the blood vessel. Ultrasonic diagnostic equipment.
前記合成処理手段は、前記第1三次元画像と前記第2三次元画像とを視覚的に異ならせつつ合成処理を行うことを特徴とする超音波診断装置。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1,
The ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that the synthesis processing means performs synthesis processing while visually differentiating the first 3D image and the second 3D image.
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