JP4978148B2 - 多重断面映像を用いて３次元映像を形成するシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は映像形成システムに関し、特に対象体の多重断面映像を用いて３次元映像を形成するシステム及び方法に関する。

超音波診断システムは、被検体の体表から体内の所望部位に向かって超音波信号を照射し、反射された超音波信号（超音波エコー信号）の情報を用いて縁部組織の断層や血流に関する映像を非侵入で得る映像形成システムである。超音波診断システムは、Ｘ線診断装置、ＣＴスキャナ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ Ｓｃａｎｎｅｒ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｅ）、核医学診断装置などの他の映像診断システムと比較する時、小型かつ低廉で、リアルタイムで映像ディスプレイが可能であり、Ｘ線などによる放射線被爆がなく、安全性が高い長所を有しており、心臓、腹部、泌尿器及び産婦人科診断のために広く用いられている。

特に、従来の超音波診断システムは、超音波エコー信号から３次元超音波映像データを獲得し、獲得された３次元超音波映像データに基づいて３次元超音波映像を形成する。この時、従来の超音波診断システムは獲得された３次元超音波映像データの全てを用いて一つの３次元超音波映像を形成する。

ユーザ及び診断目的に応じて診断しようとする部位が相違するが、従来の超音波診断システムは、３次元超音波映像データを用いて一つの３次元超音波映像を形成するため、ユーザが直接３次元超音波映像から診断しようとする部位を探さなければならない不便さがある。

また、従来の超音波診断システムは、３次元超音波映像を形成するために３次元超音波映像データの全てを用い、即ち診断しようとする部位ではない部位に該当する３次元超音波映像データも用いて３次元超音波映像を形成するため、３次元超音波映像を形成するのに多少時間が要される問題があった。

本発明は前述した問題を解決するためのものであり、多重断面映像からユーザが診断しようとする領域を直接設定し、設定された領域に該当する断面映像を用いて３次元映像を形成するシステム及び方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明による３次元映像形成システムは、映像信号に基づいて３次元映像データを形成するための映像データ形成手段と、前記３次元映像データを所定の方向に切断して多重断面映像を形成し、前記多重断面映像の中から１つの断面映像を選択し、前記選択した断面映像に垂直な基準断面映像を形成し、前記基準断面映像上に所定の領域を設定し、前記３次元映像データから前記所定の領域に含まれた映像データを抽出し、前記抽出された映像データをレンダリングして少なくとも１つの３次元映像を形成するための映像形成手段とを備える。

また、本発明の３次元映像形成方法は、ａ）映像信号に基づいて３次元映像データを形成する段階と、ｂ）前記３次元映像データを所定の方向に切断して多重断面映像を形成する段階と、ｃ）前記多重断面映像の中から一つの断面映像を選択する段階と、ｄ）前記選択した断面映像に垂直な基準断面映像を形成する段階と、ｅ）前記基準断面映像上に所定の領域を設定する段階と、ｆ）前記３次元映像データから前記所定の領域に含まれた映像データを抽出する段階と、ｇ）前記抽出された映像データをレンダリングして少なくとも一つ以上の３次元映像を形成する段階とを備える。

前述したように本発明によれば、ユーザが断面映像上に３次元超音波映像を形成しようとする領域を設定することによって、ユーザが診断しようとする部位を容易に選択することができる。

また、本発明によれば、ユーザにより選択された部位に該当する断面映像を用いて３次元超音波映像を形成するため、より速やかに３次元超音波映像を形成することができる。

以下、図１〜図８を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。本発明による３次元映像形成システムの一例として超音波診断システムを説明する。

図１は、本発明の実施例による超音波診断システムの構成を示すブロック図である。

図示された通り、本発明による超音波診断システム１００は、プローブ１１０、ビームフォーマ（Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｅｒ）１２０、映像信号プロセッサ１３０、スキャンコンバータ（Ｓｃａｎ Ｃｏｎｖｅｒｅｒ）１４０、映像プロセッサ１５０、ディスプレイ部１６０及び入力部１７０を備える。そして、超音波診断システム１００は、図１に示していないが、２次元超音波映像データ、３次元超音波映像データなどを格納するための格納手段をさらに備える。また、映像信号プロセッサ１３０及び映像プロセッサ１５０は一つのプロセッサとして具現されることもできる。

プローブ１１０は、多数の１Ｄまたは２Ｄトランスデューサ１１２を備える。プローブ１１０は、各トランスデューサ１１２に入力される送信パルスに応答して集束された超音波ビームを送信スキャンラインに沿って対象体（図示せず）に送信する。一方、対象体から反射された超音波エコー信号は、各トランスデューサ１１２に互いに異なる受信時間を有しながら入力されて電気的信号（以下、受信信号）に変換され、受信信号はビームフォーマ１２０に出力される。

ビームフォーマ１２０は、各トランスデューサ１１２から入力された受信信号を適切に時間遅延させ、時間遅延された受信信号を合算することによって、送信スキャンライン上の送信集束点（図示せず）で反射された超音波エコー信号のエネルギーのレベルを表示する信号である受信集束ビームを出力する。

映像信号プロセッサ１３０、例えばＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）は、ビームフォーマ１２０により集束された受信信号に基づいて受信信号の大きさを検出する包絡線検波処理を行って超音波映像データを形成する。即ち、映像信号プロセッサ１３０は、各スキャンライン上に存在する多数の点の位置情報及び各点から得られるデータに基づいて２次元超音波映像データを形成する。ここで、３次元超音波映像データは、各点の座標情報、垂直スキャンラインに対する各スキャンラインの角度情報、及び各点から得られる映像データなどを備える。

スキャンコンバータ１４０は、映像信号処理部１３０で形成された３次元超音波映像データをディスプレイ可能な形態のデータにスキャン変換をする。

映像プロセッサ１５０は、３次元超音波映像を所定の方向に切断した多重断面映像を形成し、形成された多重断面映像にユーザにより設定された領域に含まれた多重断面映像を用いてユーザが診断することを所望の領域の３次元超音波映像を形成する。映像プロセッサ１５０の動作に対しては、図２〜図８を参照して下記でより詳細に説明する。

映像プロセッサ１５０により形成された多重断面映像及び３次元超音波映像はディスプレイ部１６０にディスプレイされる。

入力部１７０は、ユーザから多重断面映像の切断方向を決定するための断面選択命令と、選択された断面に対する基準断面映像に３次元超音波映像を形成するための領域（以下、３次元領域）を設定するための領域設定命令などの入力を受け、マウス（ｍｏｕｓｅ）、トラックボール（ｔｒａｃｋ ｂａｌｌ）、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）、タッチパッド（ｔｏｕｃｈ ｐａｄ）などからなり得る。

以下、図２〜図８を参照して映像プロセッサ１５０の動作を詳細に説明する。

図２は、本発明の実施例による３次元超音波映像を形成する手続を説明するためのフローチャートである。

図示された通り、プローブ１１０を通じて獲得された超音波エコー信号に基づいて３Ｄ超音波映像データを形成した後（Ｓ１１０）、映像プロセッサ１５０はユーザが入力部１７０を通じて入力された断面選択命令に応答して３次元超音波映像データを所定の切断方向に切断して多重断面映像を形成する（Ｓ１２０）。

段階Ｓ１２０で形成された多重断面映像でユーザが診断しようとする映像を含む一つの断面映像を選択した後（Ｓ１３０）、映像プロセッサ１５０は選択した断面映像に垂直な基準断面映像を形成する（Ｓ１４０）。例えば、図３に示された通り、選択された断面映像がＡ断面映像の場合、Ｂ断面映像またはＣ断面映像が基準断面映像として設定され、選択された断面映像がＢ断面映像の場合、Ａ断面映像またはＣ断面映像が基準断面映像として設定され、選択された断面映像がＣ断面映像の場合、Ａ断面映像またはＢ断面映像が基準断面として設定される。

図４に示された通り、ディスプレイ部１６０に提供される画面の多重断面映像表示領域２１０に多重断面映像がディスプレイされ、基準断面映像表示領域２２０に基準断面映像がディスプレイされる（Ｓ１５０）。

映像プロセッサ１５０は、ユーザが入力部１７０を通じて入力された領域設定命令に応答して、図５に示された通り、基準断面映像表示領域２２０にディスプレイされた基準断面映像５００に３次元領域５２０を二つの線(５２０Ａ，５２０Ｂ)を用いて設定する（Ｓ１６０）。本発明による３次元領域５２０は、基準断面映像５００に選択した断面映像の位置を示す垂直の中心線５１０が表示されると、中心線５１０を基準に左右対称の大きさを有するように設定される。本発明による３次元領域５２０の大きさは診断しようとする対象体の映像の大きさによって調節できる。

段階Ｓ１６０で、基準断面映像５００上に３次元領域５２０を設定した後、３次元領域５２０を分割するかを判断する（Ｓ１７０）。もし３次元領域を分割することに判断されれば、３次元領域を分割して得られるスラブの個数を決定する（Ｓ１８０）。図６は基準断面映像５００で分割された３次元領域５２０を示す。図６に示されているように、分割線６１０及び中心線５１０に沿って３次元領域を分割して４つのスラブが得られる。本発明の実施例では、各スラブの幅が同一に設定されたり、映像の種類などによって調節できる。

映像プロセッサ１５０は、３次元超音波映像データから各スラブに該当するスラブデータを抽出し（Ｓ１９０）、抽出されたスラブデータに対してイメージレンダリングを実施し、図７に示された通り、３次元スラブ映像７１０、７２０、７３０、７４０を形成する（Ｓ２００）。本発明によるイメージレンダリングは光投射法（ｒａｙ ｃａｓｔｉｎｇ）のようなボリュームレンダリング（ｖｏｌｕｍｅ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）を用いて実施できる。

一方、段階Ｓ１７０で、３次元領域５２０を分割しないことに決定されれば、映像プロセッサ１５０は、図４に示された多重断面映像の中から３次元領域５２０に含まれた断面映像を抽出し（Ｓ２１０）、図８に示された通り、抽出された断面映像８１０を多重断面映像から選択することができる。続けて、選択した各断面映像上に関心領域を設定し（Ｓ２２０）、映像プロセッサ１５０は３次元超音波映像データから設定された関心領域に対応する映像データを抽出する。このように抽出された映像データをイメージレンダリングを通じて最初に獲得した３次元超音波映像データで一部を用いた３次元超音波映像を形成する（Ｓ２３０）。段階Ｓ２００及び段階Ｓ２３０で形成された３次元超音波映像は、ディスプレイ部１６０を通じてディスプレイされる（Ｓ２４０）。

本発明の好適な実施の形態について説明し、例示したが、本発明の特許請求の範囲の思想及び範疇を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得ることが分かるであろう。

本発明の実施例による超音波診断システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施例による３次元超音波映像を形成する手続を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例によってユーザにより選択される断面映像の例を示す例示図である。 本発明の実施例による多重断面映像と基準断面映像をディスプレイした例を示す例示図である。 本発明の実施例による基準断面映像上に３次元領域を設定した例を示す例示図である。 本発明の実施例による基準断面映像上に設定される３次元領域を分割した例を示す例示図である。 本発明による３次元スラブ映像の例を示す例示図である。 本発明の実施例によって基準映像上に設定された３次元領域内に含まれた断面映像をディスプレイした例を示す例示図である。

符号の説明

１００ 超音波診断システム
１１０ プローブ
１２０ ビームフォーマ
１３０ 映像信号プロセッサ
１４０ スキャンコンバータ
１５０ 映像プロセッサ
１６０ ディスプレイ部
１７０ 入力部

Claims (11)

1. 映像信号に基づいて３次元映像データを形成するための映像データ形成手段と、
   前記３次元映像データを所定の方向に切断して多重断面映像を形成し、前記多重断面映像の中から１つの断面映像を選択し、前記選択した断面映像に垂直な基準断面映像を形成し、前記基準断面映像上に所定の領域を設定し、前記３次元映像データから前記所定の領域に含まれた映像データを抽出し、前記抽出された映像データをレンダリングして少なくとも１つの３次元映像を形成するための映像形成手段と、
   を備える３次元映像形成システム。
2. 前記３次元映像は、３次元超音波映像である請求項１に記載の３次元映像形成システム。
3. ユーザから断面映像選択命令及び領域設定命令の入力を受けるための入力手段をさらに備える請求項１に記載の３次元映像形成システム。
4. 前記映像形成手段は、
   前記断面映像選択命令に応答して所定の方向に切断された前記多重断面映像を形成するための第１映像形成部と、
   前記多重断面映像に垂直な基準断面映像を形成するための第２映像形成部と、
   前記領域設定命令に応答して前記基準断面映像に所定の領域を設定するための領域設定部と、
   前記３次元映像データから前記所定の領域に含まれた映像データを抽出するための第１データ抽出部と、
   前記抽出された映像データをレンダリングして３次元映像を形成するための第１イメージレンダリング部と
   を備える請求項３に記載の３次元映像形成システム。
5. 前記入力手段は、前記所定の領域の分割に関するユーザからの分割命令の入力を受けることができ、
   前記映像形成手段は、
   前記分割命令に応答して、前記所定の領域を分割して得られるスラブ（ｓｌａｂ）の個数を判断する判断部と、
   前記３次元映像データから前記各スラブに該当するスラブデータを抽出するための第２データ抽出部と、
   前記スラブデータをレンダリングして３次元スラブ映像を形成するための第２イメージレンダリング部と
   を備える請求項４に記載の３次元映像形成システム。
6. ａ）映像信号に基づいて３次元映像データを形成する段階と、
   ｂ）前記３次元映像データを所定の方向に切断して多重断面映像を形成する段階と、
   ｃ）前記多重断面映像の中から一つの断面映像を選択する段階と、
   ｄ）前記選択した断面映像に垂直な基準断面映像を形成する段階と、
   ｅ）前記基準断面映像上に所定の領域を設定する段階と、
   ｆ）前記３次元映像データから前記所定の領域に含まれた映像データを抽出する段階と、
   ｇ）前記抽出された映像データをレンダリングして少なくとも一つ以上の３次元映像を形成する段階と
   を備える３次元映像形成方法。
7. 前記３次元映像は、３次元超音波映像である請求項６に記載の３次元映像形成方法。
8. 前記段階ｂ）は、
   ｂ１）前記３次元映像データから切断方向を選択するための断面映像選択命令の入力を受ける段階と、
   ｂ２）前記断面映像選択命令に応答して前記多重断面映像を形成する段階と
   を備える請求項６に記載の３次元映像形成方法。
9. 前記段階ｅ）は、
   ｅ１）前記３次元映像データで３次元映像を形成するための領域を設定するための領域設定命令の入力を受ける段階と、
   ｅ２）前記領域設定命令に応答して前記基準断面映像上に前記選択した断面映像を示す中心線を基準に前記所定の領域を設定する段階と
   を備える請求項８に記載の３次元映像形成方法。
10. 前記段階ｅ）は、
    ｅ３）前記所定の領域を分割するかを判断する段階と、
    ｅ４）もし前記所定の領域を分割することに判断されれば、前記所定の領域を分割して得られるスラブの個数を決定する段階と、
    ｅ５）もし段階ｅ３）で前記所定の領域を分割しないことに判断されれば、前記所定の領域に含まれた断面映像を抽出する段階と、
    ｅ６）前記抽出された各断面映像に関心領域を設定する段階と
    をさらに備える請求項９に記載の３次元映像形成方法。
11. 前記段階ｆ）は、
    ｆ１）前記段階ｅ４）で決定されたスラブに対応するスラブデータを抽出する段階と、
    ｆ２）前記段階ｅ６）で設定された関心領域に含まれたデータを抽出する段階と
    を備える請求項１０に記載の３次元映像形成方法。

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