JP5618653B2 - 超音波三次元再構成方法及び装置、並びに超音波システム - Google Patents

超音波三次元再構成方法及び装置、並びに超音波システム Download PDF

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Description

本発明は、超音波三次元走査の技術分野に関し、特に超音波三次元再構成方法及び装置、並びに超音波システムに関する。
従来、超音波三次元走査の技術分野において、最新技術は主にシステムの実現に集中されている。例えば発明名称が「三次元超音波画像の形成に用いられる装置及び方法」である特許文献１、又は発明名称が「超音波ビームの三次元走査に用いられる機構及びシステム」である特許文献２が開示されている。
中国特許出願番号２００５１０００６８１８．５ 中国特許出願番号０２８２９６０３
しかし、実際の応用においてプローブのサイズ、パワーの制限などの要素の原因によって、１フレームの三次元超音波画像の走査範囲が限定され、走査される臓器全体を完全に走査できない場合が多い。このような場合において、臨床医師が異なる位置を走査するために、超音波プローブを移動する必要がある。このようにするとき、ある切断面の検査が漏れてしまうことがあり得る。
本発明は、複数の位置から超音波の三次元走査を行い、異なる位置の三次元走査画像を再構成して、臓器全体の超音波三次元画像が得られる超音波三次元再構成方法及び装置、並びに超音波システムを提供することを目的とする。
上述の問題を解決ために、本発明の超音波三次元再構成方法は、対応する特徴情報を含んだ複数枚の三次元画像が得られるように臓器の複数の位置に対して走査を行う走査ステップと、複数の三次元画像によって臓器全体の三次元画像を再構成する再構成ステップとを備える。
特徴情報は特徴血管、組織形態などを含む。
再構成ステップは、隣接した２枚の三次元画像の特徴情報を抽出する抽出ステップと、特徴情報によって１枚目の三次元画像内の点の座標系を２枚目の三次元画像の座標系での座標に変換する座標系変換ステップと、すべての三次元画像が１つの座標系にあるように抽出ステップ及び座標系変換ステップを繰り返すステップとを備える。
座標系変換ステップは、２枚の三次元画像の４つの共有している特徴点を見つけ、特徴点は特徴情報を含んでいる空間内の点であり、各特徴点ｗに対して数式（１）の３つの方程式をそれぞれ立てる。
… （１）
立てられた１２個の方程式で１２個の未知数値Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚを求め、求められた１２個の未知数値を数式（２）の方程式に代入して座標系の変換を行う。
…（２）
なお、（ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ）は特徴点ｗが１枚目の三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’ｗ、ｙ’ｗ、ｚ’ｗ）は特徴点ｗの２枚目の三次元画像の座標系での座標であり、（ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像での点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
本発明の超音波三次元再構成方法は、合成によって得られた臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ステップをさらに備える。
検証ステップは、三次元画像ｍ及び三次元画像ｎにおけるＬ個の共有している特徴点を選択し、数式（３）によって上記合成誤差を計算する。
… （３）
合成誤差εが閾値より小さいか否かを判断する。
なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｎの座標系での座標である。
本発明の超音波三次元再構成装置は、対応する特徴情報を含んだ複数枚の三次元画像が得られるように臓器の複数の位置に対して走査を行う走査ユニットと、三次元画像によって臓器全体の三次元画像を再構成する再構成ユニットとを含む。
特徴情報は特徴血管、組織形態を含む。
再構成ユニットは、隣接した２枚の三次元画像の特徴情報を抽出する抽出ユニットと、特徴情報によって１枚目の三次元画像内の点の座標系を２枚目の三次元画像の座標系での座標に変換する座標系変換ユニットとを備える。
座標系変換ユニットは、２枚の三次元画像の４つの共有している特徴点を見つけるユニットを備え、特徴点は特徴情報を含んでいる空間内の点であり、各特徴点ｗに対して数式（１）の３つの方程式をそれぞれ立てるユニットを備える。
… （１）
立てられた１２個の方程式で１２個の未知数値Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚを求めるユニットを備え、求められた１２個の未知数値を数式（２）の方程式に代入して座標系の変換を行うユニットを備える、
…（２）
なお、（ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ）は特徴点ｗが１枚目の三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’ｗ、ｙ’ｗ、ｚ’ｗ）は特徴点ｗの２枚目の三次元画像の座標系での座標であり、（ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像での点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
本発明の超音波三次元再構成装置は、合成によって得られた臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ユニットをさらに備える。
検証ユニットは、三次元画像ｍ及び三次元画像ｎにおけるＬ個の共有している特徴点を選択するユニットを備え、数式（３）によって合成誤差を計算するユニットを備える。
… （３）
合成誤差εが閾値より小さいか否かを判断する。
なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｎの座標系での座標である。
超音波三次元再構成装置を有する超音波システムにおいて、超音波三次元再構成装置は、対応する特徴情報を含んだ複数枚の三次元画像が得られるように臓器の複数の位置に対して走査を行う走査ユニットと、三次元画像によって臓器全体の三次元画像を再構成する再構成ユニットとを含む。
特徴情報は特徴血管、組織形態を含む。
再構成ユニットは、隣接した２枚の三次元画像の特徴情報を抽出する抽出ユニットと、特徴情報によって１枚目の三次元画像内の点の座標系を２枚目の三次元画像の座標系での座標に変換する座標系変換ユニットとを備える。
座標系変換ユニットは、２枚の上記三次元画像の４つの共有している特徴点を見つけるユニットを備え、特徴点は特徴情報を含んでいる空間内の点である。また、各特徴点ｗに対して数式（１）の３つの方程式をそれぞれ立てるユニットを備える。
… （１）
立てられた１２個の方程式で１２個の未知数値Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚを求めるユニットを備え、求められた１２個の未知数値を数式（２）の方程式に代入して座標系の変換を行うユニットを備える。
…（２）
なお、（ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ）は特徴点ｗが１枚目の三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’ｗ、ｙ’ｗ、ｚ’ｗ）は特徴点ｗの２枚目の三次元画像の座標系での座標であり、（ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像での点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
本発明の超音波システムは、合成によって得られた臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ユニットをさらに備える。
検証ユニットは、三次元画像ｍ及び三次元画像ｎにおけるＬ個の共有している特徴点を選択するユニットを備え、数式（３）によって合成誤差を計算するユニットを備える。
… （３）
合成誤差εが閾値より小さいか否かを判断するユニットを備える。
なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｎの座標系での座標である。
従来技術と比べれば、本発明の超音波三次元再構成方法及び装置、並びに超音波システムは以下の有益な効果がある。
まず、本発明は複数の位置から走査するので、複数の位置から臓器を走査することができる。このため、臓器全体の領域を覆うことができ、臓器全体の三次元画像を得ることができる。
次に、本発明は医師による超音波の走査をガイドする方法、装置又はシステムとして、臨床応用に役立ち、医師が１つ１つの位置を順に走査して組織臓器全体を走査する。
さらに、本発明が臓器全体の三次元画像を表示できるので、任意の角度において任意の切断面を選択して病気診断を行うことができ、臓器のある小さい病気のサーチ及びフィルタに対してさらに優れる効果がある。
以下、本開示内容をより容易に理解するために、図面を参照しながら説明する。
本発明の超音波三次元再構成方法のフローチャートである。 図１における再構成ステップをさらに小別したフローチャートである。 図２における座標系変換ステップをさらに小別したフローチャートである。 検証ステップのフローチャートである。 本発明の超音波三次元再構成装置の説明図である。
以下、本発明の実施形態について詳しく説明するが、本発明は後述の実施形態に限定されない。
図１に示されたように、超音波三次元再構成方法を開示し、以下のステップを備えている。
走査ステップ１）：複数枚の三次元画像が得られるように、臓器に対して複数の位置から走査し、各三次元画像は対応する特徴情報を含んでいる。
再構成ステップ２）：ステップ１）で得られた三次元画像によって臓器全体の三次元画像を再構成する。
なお、特徴情報は特徴血管、組織形態などを含む。
上述のように、本発明の超音波三次元再構成方法は複数の位置から走査するようになっている。すなわち、複数の位置から走査して複数の三次元画像を得る。また、各三次元画像は対応する点の範囲内の特徴情報を含むようにする。そして、これらの三次元画像を再構成して臓器全体の三次元画像を得る。得られた臓器全体の三次元画像はその臓器のすべての特徴情報を含んでいる。これにより、医師は臓器全体の三次元画像が見え、臓器のいずれの部分も漏れないようになる。
再構成ステップ２）において、図２に示されたように以下のステップが含まれる。
抽出ステップ２１）隣接した２枚の三次元画像の特徴情報を抽出する。
座標系変換ステップ２２）１枚目の三次元画像内の点の座標を２枚目の三次元画像の座標系での座標に変換する。
走査により得られた複数の三次元画像を臓器全体の三次元画像に再構成するとき、２枚ずつ合成するようにする。すなわち、隣接した２枚の三次元画像を合成した後、順次に合成して臓器全体の三次元画像が得られる。例えば、３つの位置から走査する実施例において、３枚の三次元画像（画像１、画像２及び画像３）が得られ、まず画像１と画像２とを合成して画像４が得られ、次に画像４と画像３とを合成して画像５が得られる。ここで、画像５が最後に得られた臓器全体の三次元画像である。もちろん、別の順で合成してもよい。
画像の合成において、まず合成しようとする２枚の三次元画像の特徴情報を抽出する。なお、特徴情報は例えば臓器の一部の特徴血管、組織形態などである。次に、２枚の三次元画像の座標系を変換する。すなわち、１枚目の三次元画像の座標系を２枚目の三次元画像の座標系に変換する。すべての三次元画像が１つの座標系内にあると、合成の完成を証明する。
座標系変換ステップ２２）において、図３に示されたように以下の方法で実現することができる。
ステップ２２１）２枚の三次元画像において４つの共有している特徴点を見つける。その特徴点は特徴情報を含んでいる空間内の点である。
ステップ２２２）各特徴点Ｗにおいて、以下の３つの方程式がある。
なお、（ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ）は１枚目の三次元画像の座標系での特徴点ｗの座標で、（ｘ’ｗ、ｙ’ｗ、ｚ’ｗ）は２枚目の三次元画像の座標系での特徴点ｗの座標である。
ステップ２２３）立てられた１２個の方程式で１２個の未知数値Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚを求める。
ステップ２２４）求められた１２個の未知数値を以下の数式（１）に示された方程式に代入して座標系を変換する。
…（１）
なお、（ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像での点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は上述の点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
上述のように、本発明は２枚の三次元画像で共有している特徴点を見つけることで、共有している特徴点により２つの座標系の変換に必要な係数を計算する。これらの係数を獲得した後、座標系を変換することができる。
ここで、本発明で言及された画像再構成方法はただ様々な再構成計算方法の１つで、当業者はいずれの別の画像再構成方法を考えてもよい。また、画像再構成方法は尽きないので、一つ一つ列挙しない。
また図１に示されたように、本発明の超音波三次元再構成方法は、合成によって得られた臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ステップ３）をさらに有している。
合成誤差は、図４に示されたステップによって検証することができる。
ステップ３１）三次元画像ｍ及び三次元画像ｎのＬ個の共有している特徴点を選択する。
ステップ３２）以下の数式によって合成誤差を計算する。
なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点が三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は特徴点が三次元画像ｎの座標系での座標で、ＬはＬ個の共有している特徴点を選択したことを示している。
ステップ３３）合成誤差が閾値より小さいか否か判断する。
上述のステップにおいて、特徴点の三次元画像ｍの座標系における座標及び三次元画像ｎの座標系における座標によって合成誤差εを計算する。もちろん、別の方法で合成結果を検証してもよい。
肝臓が人体内で最大の器官で、腹腔の右上に位置し、ちょうど右下肋骨の下方に位置していることはよく知られている。右下肋骨は肝臓の大部分を保護する。人と対面した方向から見ると、成人の肝臓の平均的な大きさは約２５ｃｍ（左から右まで）＊１５ｃｍ（前から後まで）＊６ｃｍ（上から下まで）である。このため、１つの位置だけで肝臓全体の領域を走査しにくい。
以下、本発明の超音波三次元再構成方法について、肝臓を一例として説明する。
肝臓に対して３つの点を選択して走査することができる。すなわち、プローブを位置１、位置２及び位置３の３つの位置に位置させる。位置１は腹部の中央部、左肝の正面にあり、位置１においてプローブは左肝領域を覆うことができる。位置２は右下肋骨の下方にあり、位置２においてプローブは右肝の下部領域を覆うことができる。位置３は側面にあり、第５及び第６肋骨の間で、プローブが右肝の上部領域を覆うことができる。この３つの位置で肝臓を走査して３枚の三次元画像が得られ、各枚の三次元画像は特徴情報を含むようにする。
位置１の三次元画像は以下の特徴情報を含むようにする。
左肝の縁部、
肝静脈の中央分枝及び左分枝、
肝動脈、門静脈及び胆管の主分枝点。
位置２の三次元画像は以下の特徴情報を含むようにする。
右肝の下部縁部、
肝動脈、門静脈及び胆管の主分枝点、
肝動脈、門静脈及び胆管の右分枝。
位置２の三次元画像は以下の特徴情報を含むようにする。
右肝の上部縁部、
肝動脈、門静脈及び胆管の右分枝、
肝静脈の中央分枝及び右分枝。
走査により得られた三次元画像が対応する特徴情報を含まないと、対応する特徴情報が含まれるようにその位置をもう一度走査する。
対応する特徴情報が含まれた３つの三次元画像を得た後、まず位置１の三次元画像と位置２の三次元画像を合成する。血管を見つけてそれらの中心軸を抽出する。超音波画像において血管は低エコー領域であるため、まず低エコー管状領域を選択し、次に領域の収縮で一つ一つの画素に従って血管の軸線を抽出する。
この２枚の三次元画像の４つの共有の特徴点は、門静脈、胆管及び肝動脈の主分枝点（第１分枝点）（３つの点がある）、並び肝動脈、門静脈及び胆管が肝臓の縁部に進入する交差点（３つのうち１つの点を選択すれば良い）である。
各特徴点（４つの特徴点をａ、ｂ、ｃ、ｄとする）に対して、数式（２）に示されたように１２個の方程式が立てられる。
…（２）
得られたＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚは数式（３）のとおりである。
…（３）
注意：Ｚ軸がプローブの中心軸線で、プローブを離れる方向が正方向で、プローブの表面が原点である。Ｘ軸はプローブ表面に平行で、プローブの走査平面内にあり、左から右の方向が正方向である。Ｙ軸は走査平面に垂直で、下から上の方向が正方向である。
次に、数式（３）の数値を以下の数式（１）に代入して三次元画像の座標系を変換する。
…（１）
注意：座標軸において１つの画素が１つの座標軸単位１に対応すると仮定し、１つの画素の距離が１ｍｍであると定義し、計算後は四捨五入で整数を得る。
このため、位置１で得られた三次元画像と位置２で得られた三次元画像とを合成して三次元画像’が得られる。
次に、合成により得られた三次元画像’と位置３で得られた三次元画像とを合成し、共有の特徴点は以下のとおりである。
肝動脈、門静脈及び胆管が肝臓に進入した後、右分枝の第１番目の分枝点（ここで３つの点が選択できる）、
肝臓縁部と肝静脈との交差点。
上述のような４つの特徴点に対して、数式（２）に示されたように１２個の方程式を立て、１２個の方程式の解を求めると、以下の数式（４）に示されたとおりである。
…（４）
次に、数式（４）の数値を以下の数式（１）に代入して三次元画像の座標系を変換する。
…（１）
上述のステップに基づいて、最後に肝臓全体の三次元画像が得られる。
以下、得られた三次元画像の合成誤差が認められるか否か検証する。
この例において、位置１で得られた三次元画像及び最後に得られた肝臓全体の三次元画像をそれぞれに画像ｍ及び画像ｎとする。
次に、画像ｍと画像ｎとの３つの共同点を選択し、すなわち肝静脈が肝臓に進入する方向の左、中、右の第１番目の分枝点である。
以下の数式により合成誤差を計算する。
（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点が三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は特徴点が三次元画像ｎの座標系での座標である。
εが閾値より小さいと、再構成の質量に優れる。本例ではεを１６にする。ここで、座標は１つの画素を１つの単位とする。
以下、本発明の超音波三次元再構成システムについて、脾臓を一例として説明する。
脾臓は左季肋部に位置し、胃の左側と膈との間、すなわち左側の第９〜第１１肋の深さ面に相当し、その長軸が第１０肋の方向とほぼ一致している。一般的に、脾動脈血管と脾静脈血管とは伴って存在している。
プローブを第９肋骨と第１０肋骨との間の前後対称である２つの位置（それぞれに第１脾位置及び第２脾位置と称する）に置くと、脾臓のすべての領域を走査することができる。
第１脾位置で得られた第１三次元画像は以下の特徴情報を含むようにする。
脾の前方縁部及び上下縁部、
脾動脈の主幹及び脾に進入する動脈血管、
脾静脈の主幹及び脾に進入する静脈血管。
第２脾位置で得られた第２三次元画像は以下の特徴情報を含むようにする。
脾の後方縁部及び上下縁部、
脾動脈の主幹及び脾に進入する動脈血管、
脾静脈の主幹及び脾に進入する静脈血管。
以下、再構成ステップを行い、第１三次元画像と第２三次元画像とを合成する。
第１三次元画像と第２三次元画像との４つの共同特徴点を見つける。
脾動、静脈の主幹分枝の第１番目の節点（２つの特徴点）、
脾動、静脈の主幹分枝の前から後の第２番目の分枝における第１番目の節点（２つの特徴点）である。
これにより、各特徴点に対して、以下の３つの方程式を立てる。
得られたＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚの数値は数式（５）のとおりである。
…（５）
なお、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を設定し、Ｚ軸はプローブの中心軸線で、プローブを離れる方向が正方向で、プローブの表面が原点である。Ｘ軸はプローブ表面に平行でプローブの走査平面内にあり、左から右の方向が正方向である。Ｙ軸は走査平面に垂直で、下から上の方向が正方向である。
次に、数式（５）の数値を以下の数式（１）に代入して計算する。
…（１）
これにより、脾臓全体の三次元画像が得られる。
次に検証を行い、検証のステップは肝臓と類似しているので説明を省略する。
超音波三次元再構成方法に対応して、本発明は超音波三次元再構成装置を開示している。図５に示されたように、超音波三次元再構成装置は以下の構成要件を有している。
走査ユニット１：複数枚の三次元画像が得られるように、臓器に対して複数の位置から走査し、各三次元画像は対応する特徴情報を含むようにする。
再構成ユニット２：これらの三次元画像によって、臓器全体の三次元画像を再構成する。
特徴情報は特徴血管、組織形態を含む。
再構成ユニット２はさらに以下の構成要件をさらに含んでいる。
抽出ユニット：隣接した２枚の三次元画像の特徴情報を抽出する。
座標系変換ユニット：特徴情報によって１枚目の三次元画像内の点の座標を２枚目の三次元画像の座標系の座標に変換する。
なお、座標系変換ユニットは２枚の三次元画像における共有の４つの特徴点を見つけるユニットを備え、特徴点としては特徴情報を含んでいる空間内の点である。
座標系変換ユニットは、各特徴点ｗに対して以下の３つの方程式をそれぞれ立てるユニットを備える。
なお、（ｘＷ、ｙＷ、ｚＷ）は特徴点ｗが１枚目の三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’Ｗ、ｙ’Ｗ、ｚ’Ｗ）はその特徴点ｗが２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
また、座標系変換ユニットは立てられた１２個の方程式によりＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚの１２個の未知数値を得るユニットを備える。
さらに、座標系変換ユニットは得られた１２個の未知数値を以下の数式（１）に代入しその数式（１）に基づいて座標系変換を行うユニットを備える。
…（１）
なお、（ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像内の点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は上述の点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
また図５に示されたように、本発明の超音波三次元再構成装置は合成によって得られた臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ユニット３をさらに備えている。
さらに、検証ユニット３は三次元画像ｍ及び三次元画像ｎにおける共有しているＬ個の特徴点を選択するユニットを備える。
検証ユニット３は、以下の数式により合成誤差を計算するユニットを備える。
なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｎの座標系での座標である。
また検証ユニット３は、合成誤差εが閾値より小さいか否かを判断するユニットを備える。
（元の
を削除しました。）
また、本発明は超音波システムを開示し、その超音波システムは超音波三次元再構成装置を有し、超音波三次元再構成装置は以下のユニットを有している。
走査ユニット１：臓器に対して複数の位置から走査して複数の三次元画像を獲得し、各三次元画像は対応する特徴情報を含んでいる。
再構成ユニット２：それらの三次元画像に基づいて臓器全体の三次元画像を再構成する。
なお、特徴情報は特徴血管、組織形態を含む。
さらに、再構成ユニット２は以下の構成要件をさらに含んでいる。
抽出ユニット：隣接した２枚の三次元画像の特徴情報を抽出する。
座標系変換ユニット：特徴情報によって１枚目の三次元画像内の点の座標を２枚目の三次元画像の座標系の座標に変換する。
なお、座標系変換ユニットは２枚の三次元画像における共有の４つの特徴点を見つけるユニットを備え、特徴点としては特徴情報を含んでいる空間内の点である。
座標系変換ユニットは、各特徴点Ｗに対して以下の３つの方程式をそれぞれ立てるユニットを備える。
なお、（ｘＷ、ｙＷ、ｚＷ）は特徴点ｗが１枚目の三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’Ｗ、ｙ’Ｗ、ｚ’Ｗ）はその特徴点Ｗが２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
また、座標系変換ユニットは立てられた１２個の方程式によりＲ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚの１２個の未知数値を得るユニットを備える。
さらに、座標系変換ユニットは得られた１２個の未知数値を以下の数式（１）に代入しその数式（１）に基づいて座標系変換を行うユニットを備える。
…（１）
なお、（ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像内の点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は上述の点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
また超音波システムは、合成によって得られた臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ユニット３をさらに備えている。
さらに、検証ユニット３は三次元画像ｍ及び三次元画像ｎにおける共有しているＬ個の特徴点を選択するユニットを備える。
検証ユニット３は、以下の数式により合成誤差を計算するユニットを備える。
なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｎの座標系での座標である。
また検証ユニット３は、合成誤差εが閾値より小さいか否かを判断するユニットを備える。
もちろん、本発明の超音波三次元再構成装置及びその方法はいずれの超音波システムに応用できる。
上述のように本発明の具体的な実施例について図面を参照しながら説明したが、当業者は本発明の主旨及び範囲を逸脱しない範囲で、本発明に対して様々な変形、修正及び改良を加えて実施することができる。これらの変形、修正及び改良は本発明の請求の範囲が限定する主旨及び範囲内である。

Claims (9)

  1. 特徴血管、組織形態などを含む、対応する特徴情報を含んだ複数枚の三次元画像が得られるように、臓器の複数の位置に対して走査を行う走査ステップと、
    上記複数の三次元画像によって臓器全体の三次元画像を再構成する再構成ステップと、
    合成によって得られた上記臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ステップと、
    を備え、
    上記再構成ステップは、
    隣接した２枚の三次元画像の上記特徴情報を抽出する抽出ステップと、
    上記特徴情報によって１枚目の三次元画像内の点の座標系を２枚目の三次元画像の座標系での座標に変換する座標系変換ステップと、
    すべての三次元画像が１つの座標系にあるように、上記抽出ステップ及び上記座標系変換ステップを繰り返すステップと、
    を備える、
    超音波三次元再構成方法。
  2. 上記座標系変換ステップは、
    ２枚の上記三次元画像の４つの共有している特徴点を見つけ、上記特徴点は特徴情報を含んでいる空間内の点であり、
    各特徴点ｗに対して数式（１）の３つの方程式をそれぞれ立て、
    … （１）
    立てられた１２個の方程式で１２個の未知数値Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚを求め、
    求められた１２個の未知数値を数式（２）の方程式に代入して座標系の変換を行う、
    …（２）
    請求項１に記載の超音波三次元再構成方法。
    なお、（ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ）は特徴点ｗが１枚目の三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’ｗ、ｙ’ｗ、ｚ’ｗ）は上記特徴点ｗの２枚目の三次元画像の座標系での座標であり、
    （ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像での点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は上記点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
  3. 上記検証ステップは、
    三次元画像ｍ及び三次元画像ｎにおけるＬ個の共有している特徴点を選択し、
    数式（３）によって上記合成誤差を計算し、
    … （３）

    上記合成誤差εが閾値より小さいか否かを判断する請求項１または２に記載の超音波三次元再構成方法。
    なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は上記特徴点ｉが三次元画像ｎの座標系での座標である。
  4. 特徴血管、組織形態を含む、対応する特徴情報を含んだ複数枚の三次元画像が得られるように、臓器の複数の位置に対して走査を行う走査ユニットと、
    上記三次元画像によって、臓器全体の三次元画像を再構成する再構成ユニットと、
    合成によって得られた上記臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ユニットと、
    を含み、
    上記再構成ユニットは、
    隣接した２枚の三次元画像の上記特徴情報を抽出する抽出ユニットと、
    上記特徴情報によって１枚目の三次元画像内の点の座標系を２枚目の三次元画像の座標系での座標に変換する座標系変換ユニットと、
    を備える、
    超音波三次元再構成装置。
  5. 上記座標系変換ユニットは、
    ２枚の上記三次元画像の４つの共有している特徴点を見つけるユニットを備え、上記特徴点は特徴情報を含んでいる空間内の点であり、
    各特徴点ｗに対して数式（１）の３つの方程式をそれぞれ立てるユニットを備え、
    … （１）
    立てられた１２個の方程式で１２個の未知数値Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚを求めるユニットを備え、
    求められた１２個の未知数値を数式（２）の方程式に代入して座標系の変換を行うユニットを備える、
    …（２）
    請求項４に記載の超音波三次元再構成装置。
    なお、（ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ）は特徴点ｗが１枚目の三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’ｗ、ｙ’ｗ、ｚ’ｗ）は上記特徴点ｗの２枚目の三次元画像の座標系での座標であり、
    （ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像での点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は上記点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
  6. 上記検証ユニットは、
    三次元画像ｍ及び三次元画像ｎにおけるＬ個の共有している特徴点を選択するユニットを備え、
    数式（３）によって上記合成誤差を計算するユニットを備え、
    … （３）
    上記合成誤差εが閾値より小さいか否かを判断するユニットを備える請求項４または５に記載の超音波三次元再構成装置。
    なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は上記特徴点ｉが三次元画像ｎの座標系での座標である。
  7. 超音波三次元再構成装置を有する超音波システムにおいて、
    上記超音波三次元再構成装置は、
    特徴血管、組織形態を含む、対応する特徴情報を含んだ複数枚の三次元画像が得られるように、臓器の複数の位置に対して走査を行う走査ユニットと、
    上記三次元画像によって、臓器全体の三次元画像を再構成する再構成ユニットと、
    合成によって得られた上記臓器全体の三次元画像の合成誤差が認められる範囲内にあるか否か検証する検証ユニットと、
    を含み、
    上記再構成ユニットは、
    隣接した２枚の三次元画像の上記特徴情報を抽出する抽出ユニットと、
    上記特徴情報によって１枚目の三次元画像内の点の座標系を２枚目の三次元画像の座標系での座標に変換する座標系変換ユニットと、
    を備える、超音波システム。
  8. 上記座標系変換ユニットは、
    ２枚の上記三次元画像の４つの共有している特徴点を見つけるユニットを備え、上記特徴点は特徴情報を含んでいる空間内の点であり、
    各特徴点ｗに対して数式（１）の３つの方程式をそれぞれ立てるユニットを備え、
    … （１）
    立てられた１２個の方程式で１２個の未知数値Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ３３、ｔｘ、ｔｙ、ｔｚを求めるユニットを備え、
    求められた１２個の未知数値を数式（２）の方程式に代入して座標系の変換を行うユニットを備える、
    …（２）
    請求項１５に記載の超音波システム。
    なお、（ｘｗ、ｙｗ、ｚｗ）は特徴点ｗが１枚目の三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’ｗ、ｙ’ｗ、ｚ’ｗ）は上記特徴点ｗの２枚目の三次元画像の座標系での座標であり、
    （ｘ、ｙ、ｚ）は１枚目の三次元画像での点がその三次元画像の座標系での座標で、（ｘ’、ｙ’、ｚ’）は上記点が２枚目の三次元画像の座標系での座標である。
  9. 上記検証ユニットは、
    三次元画像ｍ及び三次元画像ｎにおけるＬ個の共有している特徴点を選択するユニットを備え、
    数式（３）によって上記合成誤差を計算するユニットを備え、
    … （３）
    上記合成誤差εが閾値より小さいか否かを判断するユニットを備える請求項７または８に記載の超音波システム。
    なお、（ｘｍｉ、ｙｍｉ、ｚｍｉ）は特徴点ｉが三次元画像ｍの座標系での座標で、（ｘｎｉ、ｙｎｉ、ｚｎｉ）は上記特徴点ｉが三次元画像ｎの座標系での座標である。
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