JPH05228145A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JPH05228145A
JPH05228145A JP4195162A JP19516292A JPH05228145A JP H05228145 A JPH05228145 A JP H05228145A JP 4195162 A JP4195162 A JP 4195162A JP 19516292 A JP19516292 A JP 19516292A JP H05228145 A JPH05228145 A JP H05228145A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、3次元の血流状態を客観的に観察で
き、伝達性や記録性のある3次元血流情報を提供できる
超音波診断装置を提供することを目的とする。 【構成】本発明に係る超音波診断装置は、被検体の3次
元領域を超音波ビームで走査することにより、エコー信
号を収集する手段と、前記エコー信号を用いて血流情報
を作成するCFM処理系15と、前記血流情報をその収
集位置に応じて分布して3次元血流情報を構築する手段
と、前記3次元血流情報を用いて投影方向の異なる複数
の投影像を生成する手段と、前記複数の投影像を所定の
順番で表示する手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ドップラ効果を利用し
て生体内の血流状態を表示するいわゆるカラーフローマ
ッピング(CFM)法を備えた超音波診断装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】超音波診断装置は、超音波パルスを生体
内に放射し、固有音響インピーダンス(両媒質の密度と
音速との積)の異なる組織の境界面から反射してくる超
音波エコーを受信した後、これを処理して超音波断層像
を得るものである。この超音波診断装置は、X線診断法
のような被曝障害がなく、造影剤を用いずに軟部組織の
断層像を観測することができる。
【0003】しかも、電子走査技術に代表される各種技
術の進歩によりリアルタイム表示性能が向上し、動体計
測がより容易になり、その操作性の向上に伴い急速に普
及してきた。
【0004】さらに、近年は、血流状態を2次元で表示
することのできるカラーフローマッピング(CFM)法
が開発され、超音波診断装置の活用範囲はさらに拡大し
てきた。
【0005】このカラーフローマッピング法とは、ドプ
ラ効果を利用するものであり、送信周波数と受信周波数
を比較して得られる偏移周波数に基づく画素を2次元範
囲に分布して、画像(以下「血流像」という)を生成す
る方法である。
【0006】ところで、血管は、臓器間をぬうように生
体内を複雑に走行している。この走行の様子を2次元で
とらえようとすることは、事実上不可能である。このた
め次に示すような3次元表示技術が開発され、実用され
ている。
【0007】例えば、CT(コンピュータトモグラフ
ィ)や磁気共鳴イメージングの分野で使用されている表
面表示技術やボリュームレンダリング(volume renderi
ng)技術、人間の両眼視差を利用したステレオ撮影によ
る立体視技術、磁気共鳴アンギオの回転表示技術などが
ある。
【0008】しかし、上記技術はいずれも、血管の組織
情報を得るのみであり、血流の情報を提供することはで
きない。血流情報を提供できるのは、超音波診断装置だ
けである。しかし、従来の超音波診断装置は、2次元の
血流情報(上述した血流像)を提供するのみである。こ
の3次元の血流情報を提供しようと、例えば複数の血流
像を、その深さに応じて色を変えながら1枚の画像に合
成する方法など様々な方法が試みられているが、いずれ
も3次元を2次元で表現しようとすることの困難性に阻
まれ実用化されていない。
【0009】そこで、観察者は、プローブを移動しなが
ら様々な断面の血流像を観察し、その血流像を、その連
続性等を判断しながら観察者自ら頭の中でつなぎ合わせ
て、3次元に構築しているのが現状である。もちろんこ
の方法によっても診断に十分な程度の3次元の血流情報
が得られることがある。しかし、この方法は、その構築
結果が本人の頭の中にしかないため、その構築結果を他
の者に伝達したり、記録することができない。また、こ
の方法は、構築に必要な能力、例えば解剖学的知識は個
人差があり、その診断結果に個人差が生じやすいという
重大な問題もある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的
は、3次元の血流状態を客観的に観察でき、伝達性や記
録性のある3次元血流情報を提供できる超音波診断装置
を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波診断
装置は、被検体の3次元領域を超音波ビームで走査する
ことにより、エコー信号を収集する手段と、前記エコー
信号を用いて血流情報を作成する手段と、前記血流情報
をその収集位置に応じて分布して3次元血流情報を構築
する手段と、前記3次元血流情報を用いて投影方向の異
なる複数の投影像を生成する手段と、前記複数の投影像
を所定の順番で表示する手段とを具備する。
【0012】
【作用】本発明によれば、投影方向の異なる複数の投影
像を所定の順番で表示することによって、人間の「運動
視差」と呼ばれる視覚特性によって、血流全体の様子を
立体視することができる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照しながら第1実施例を説明
する。
【0014】図1は第1実施例の構成を示すブロック図
である。超音波プローブのスキャン方式にはリニア走
査、セクタ走査等があるが、ここではセクタ電子走査法
を例にとって説明する。
【0015】本実施例の超音波診断装置は、システムコ
ントローラ28を装置全体の制御中枢として、位置検出
回路1、超音波プローブ2、送信系3、受信系7、Bモ
ード処理系11、カラーフローマッピング(CFM)処
理系15、ディジタルスキャンコンバータ(DSC)2
1、3次元ディジタルスキャンコンバータ(3D−DS
C)26、表示系22、操作スイッチ27を具備してい
る。
【0016】プローブ2は、複数の圧電振動子を並設し
て成り、送信系3により駆動され、被検体P内に超音波
パルスを送信する。この超音波は、被検体P内の音響イ
ンピーダンスの異なる組織の境界面で反射し、プローブ
2の同一振動子で受信される。この受信信号には、血球
からの反射成分が含まれていて、この反射成分を受信信
号から取り出して血流情報を得るが、詳細は後述する。
【0017】ここで、3次元スキャンについて簡単に説
明する。図3は、この3次元スキャンの一例を示す図で
ある。3次元スキャンは、スキャンフレーム(走査面)
を被検体Pの3次元領域で移動して、その3次元領域内
の各点からの受信信号を収集するスキャンである。ここ
では、3次元スキャンは、プローブ2を、被検体面20
に移動しながら、X軸(被検体Pの体軸に水平方向に直
交する直交軸)を中心とした回転方向α、Y軸(被検体
Pの体軸方向に垂直に直交する直交軸)を中心とした回
転方向β、Z軸(被検体Pの体軸に平行軸)を中心とし
た回転方向γに操作することにより行われる。なお、2
次元走査が行われたときのプローブ2の位置を基準位置
P0 という。
【0018】位置検出回路1は、プローブ2の基準位置
P0 (x0,y0,z0 )や、角度θα(X軸を中心とした
回転角度)、角度θβ(Y軸を中心とした回転角度)、
角度θγ(Z軸方向を中心とした回転角度)を検出し、
これらの検出信号(以下「位置情報」と称する)を、3
D−DSC26へ供給する。なお、各スキャンフレーム
の各軸を中心とした回転角度は、当該スキャンフレーム
の中心線を基準として検出される。3D−DSC26
は、この位置情報および走査線の振り角に基づいて、各
スキャンフレームの2次元血流情報を、3次元メモリ空
間に分布して、実空間に応じたボリュームデータを構築
することができる。
【0019】送信系3は、パルス発生器4、送信遅延回
路5、パルサ6を備えている。この送信系3において、
パルス発生器4はレートパルスを発生し、このレートパ
ルスを送信遅延回路5へ送出する。送信遅延回路5は、
パルス発生器4から受けたレートパルスに対し、所定の
方向へ超音波ビームを集束させるべく振動子毎に所定の
遅延時間を与え、この遅延レートパルスをパルサ6へ送
出する。パルサ6は、送信遅延回路5から受けた遅延レ
ートパルスに基づき超音波プローブ2の各々の振動子を
所定回数だけ繰り返し駆動する。
【0020】この超音波の送受波で得たエコー信号を受
ける受信系7は、プリアンプ8、受信遅延回路9、加算
器10を備えている。プリアンプ8は、受信信号を所定
のレベルまで増幅し、受信遅延回路9へ出力する。受信
遅延回路9は、プリアンプ8の出力に送信遅延回路5で
与えた遅延時間を元に戻すような遅延時間を与える。加
算器10は、プリアンプ8から出力される各振動子の受
信信号を加算し、Bモード処理系11とCFM処理系1
5へそれぞれへ送出する。
【0021】Bモード処理系11は、対数増幅器12、
包絡線検波回路13、A/D変換器14を備えていて、
システムコントローラ28の制御下で次のような処理を
行う。対数増幅器12は、受信系7の加算器10の出力
を対数増幅し、包絡線検波回路13へ送出する。包絡線
検波回路13は、対数増幅器12の出力について包絡線
を検波する。A/D変換器14は、包絡線検波回路13
の出力をディジタル信号に変換し、後方のディジタル処
理を可能にする。
【0022】CFM処理系15は、位相検波回路16、
A/D変換器17、MTI(Moving-Target-Indicator
)フィルタ18、自己相関器19、演算部20を備え
ていて、システムコントローラ13の制御下で次のよう
な処理を行う。位相検波回路16は、受信系7の加算器
10の出力を受けて、直交位相検波する。なお、位相検
波回路16は、ローパスフィルタを有していて、高周波
成分を除去する。A/D変換器17は、位相検波回路1
6の出力をディジタル信号に変換し、後方のディジタル
処理を可能にする。
【0023】MTIフィルタ18は、受信信号に含まれ
る心臓の壁等のように動きの遅い動体からの不要なクラ
ッタ成分を除去し、血球からの反射成分を取り出す。こ
こで、MTI技術は、レーダ分野で使用されている技術
であり、移動目標の情報だけをドップラ効果を利用して
検出する技術である。MTIフィルタ18は、MTI技
術を応用したものであり、所定回数繰り返し送波したレ
ートパルスにおける同一ピクセル間の位相変化により移
動目標、すなわち血球からの情報を取り出す。
【0024】自己相関器19は、MTIフィルタ18に
より取り出された血球成分を2次元の多数点についてリ
アルタイムで周波数分析する。自己相関器19は、FF
T(高速フーリエ変換器)における演算数より極めて少
ない演算数で、周波数分析を実現でき、リアルタイム処
理を可能にすることができる。演算部20は、この自己
相関器19の出力を受けて、平均速度、分散、パワー等
の血流情報を算出する。
【0025】DSC21は、Bモード処理系11やCF
M処理系15からBモードデータおよびCFMデータを
入力し、表示系22に固有の表示範囲や走査方式に応じ
て、BモードデータやCFMデータを出力し、Bモード
像や血流像を形成する。なお、DSC21は、操作スイ
ッチ27を介して入力する観察者の指示にしたがって、
このBモード像や血流像を選択的に、または両像を一画
面に構成して出力する。
【0026】表示系22は、カラー処理回路23、D/
A変換器24、カラーモニタ25を備えていて、DSC
21から供給される画像情報にカラー処理を施し、表示
する。カラー処理回路23は、例えばRGB形式を採用
していて、画像情報に含まれるカラー成分にしたがっ
て、色相や輝度を割り当てる。D/A変換器24はカラ
ー処理回路23の出力をアナログ信号に変換し、カラー
モニタ25はアナログ信号にしたがって電子走査して、
像を表示する。3D−DSC26は、CFM処理系15
からの血流情報を受けて、血流の3次元像を作成する。
【0027】図2はこの3D−DSC26のブロック図
である。3D−DSC26は、図2に示したように、ア
ドレスコントローラ29、ボリュームメモリ(VM)3
0、最大値フィルタ31、中間バッファ32、座標回転
部33、Zバッファアルゴリズム部34、コントローラ
35、投影像メモリ36を備えている。
【0028】アドレスコントローラ29は、位置検出回
路1からの位置情報に基づいてアドレス信号を作成し、
そのアドレス信号をCFM処理系15からボリュームメ
モリ30への血流情報の入力タイミングに同期して、ボ
リュームメモリ30へ供給する。
【0029】図4は、ボリュームメモリ30の3次元メ
モリ空間を模式的に示す図である。ボリュームメモリ3
0は、アドレスコントローラ29からのアドレス信号お
よび、各走査線の振り角ωにしたがって、CFM処理系
15からの血流情報を3次元メモリ空間DAに分布させ
ることによって、スキャン時の血流情報の実空間におけ
る位置を、忠実に再現したボリュームデータを構築する
ことができる。なお、3次元メモリ空間DAの各ボクセ
ルは、血流情報の分布前においては全て初期化されてい
て(このときのボクセル値を「0」とする)、血流情報
は次の3種類の情報に変換されて3次元メモリ空間DA
に分布される。まず、スキャンフレーム内に含まれるが
血流情報のない情報(このときのボクセル値を「1」と
する)と、プローブ2に向かってくる血流情報(このと
きのボクセル値を「2」とする)と、プローブ2から遠
ざかる血流情報(このときのボクセル値を「3」とす
る)とであるなお、3次元スキャンはプローブ2を任意
に移動して行うことから、スキャンフレーム間に交差す
る部分が生じ、同一位置からの情報が複数存在すること
がある。この場合、情報(画素値)の大きい方を選択
し、拍動の影響を回避する。
【0030】最大値フィルタ31は、いわゆる最大値補
間回路である。通常、各スキャンフレームの間隔は、隣
り合う走査線の間隔に比べ極めて広く、スキャンフレー
ム方向の分解能が走査方向の分解能に比べ極めて悪い。
そこで、3次元スキャン範囲にかかわらず情報のないボ
クセルは、補間処理により情報を付加される。この補間
処理は、N×N×Nのフィールド毎のコンボリューショ
ンにより行い、補間点にこのフィールド内の最大値を割
り当て、拍動の影響を回避する。ただしこのNはこのフ
ィールドに含まれる補間点数より大きく設定する。最大
値フィルタ31は次のような処理を行い最大値補間を行
う。いま、vm(x,y,z) は、3次元メモリ空間DAにおけ
る補間点座標として、vm(x-i,y-j,z-k) は、前記フィー
ルドに含まれるボクセルデータの座標範囲とする。な
お、−N/2≦i ≦N/2、−N/2≦j ≦N/2、−
N/2≦k ≦N/2とする。そして補間点vm(x,y,z) に
vm(x-i,y-j,z-k) の中の最大値を割り当てる。最大値フ
ィルタ31で最大値補間されたボリュームデータは、ボ
リュームメモリ30と同様の中間バッファ32に供給さ
れる。
【0031】中間バッファ32は、最大値フィルタ31
で補間されたボリュームデータを一時的に記憶するため
のメモリであり、ボリュームメモリ30と同様の3次元
メモリ空間DAを有している。中間バッファ32に記憶
されたボリュームデータは、投影像を作成するための原
データであり、この原データを用いて複数枚の投影像が
作成される。
【0032】図5は、投影像作成の様子を模式的に示し
た図である。座標回転部33は、ボリュームデータ(原
データ)を、以下の式にしたがって、所定の回転ピッチ
角θd だけ回転するように、座標変換をする。なお、
(Xo,Yo,Zo)は変換前の座標であり、(X1,Y1,Z1)は変
換後の座標である。 X1 = cosθd ・Xo + sinθd ・Zo Y1 = Yo Z1 =-sinθd ・Xo + cosθd ・Zo
【0033】座標回転部33は、この座標変換を、変換
後の座標を変換前の座標として、複数回(360°/θ
d °回)繰り返すことにより、ボリュームデータをY
軸に平行な回転軸Rを中心にθd づつ間歇的に回転させ
る。ボリュームデータは、回転ピッチ角θd づつ回転す
る毎に、Zバッファアルゴリズム部34に供給される。
【0034】Zバッファアルゴリズム部34は、XYZ
座標系を有していて、このXYZ座標系内でθd づつ回
転するボリュームデータを入力し、その回転毎に投影像
を、複数枚(360°/θd °枚)作成する。再度図5
を用いて説明する。投影は、投影開始側からボリューム
データVDに向かって、互いに平行に設定された複数の
レイ(一点鎖線)に沿って行われる。この投影処理は、
次のように行われる。
【0035】レイ上のボクセルデータが、全て3次元ス
キャン範囲外である場合、即ち、ボクセル値が初期化さ
れた状態「0」ある場合には、そのレイが到達する投影
面S上の画素情報を「0」とする。レイ上のボクセルデ
ータが、「0」と「1」である場合、そのレイが到達す
る投影面S上の画素情報を「1」とする。また、レイ上
のボクセルデータが、「2」または「3」を含む場合、
レイ方向に最初に出現する「2」または「3」をそのレ
イが到達する投影面S上の画素情報を「2」または
「3」とする。すなわち、画素情報が「2」または
「3」の部分が、血流像の部分である。
【0036】さらに、Zバッファアルゴリズム部34
は、「2」または「3」のいずれかの画素情報を有する
各画素に、当該画素のZバッファアルゴリズム部3のX
YZ座標系のZ座標にしたがって、輝度情報を付加す
る。例えば、3次元メモリ空間DAがこのXYZ座標系
において、−126から126のZ座標範囲に対応する
とすると、Zバッファアルゴリズム部34は、画素情報
が「2」の場合、Z座標に128を加え、その画素値と
する。また、Zバッファアルゴリズム部34は、画素情
報が「3」の場合、Z座標に384を加え、その画素値
とする。このように、Zバッファアルゴリズム部34
は、θd づつ回転するボリュームデータを入力し、その
回転毎に投影像を、複数枚(360°/θd °枚)作成
して、投影メモ36に出力する。
【0037】投影メモリ36は、投影像の枚数(360
°/θd °枚)と同じ枚数のフレームメモリ361 〜3
6n を有していて、Zバッファアルゴリズム部34から
供給される複数枚の投影像を順番に各フレームメモリ3
61 〜36n に記憶する。各フレームメモリ361 〜3
6n は、コントローラ35の制御を受けて、所定の時間
間隔で、記憶している投影像を表示系22に出力する。
なお、この出力間隔は、観察者が操作スイッチ27を操
作して任意に設定することができる。
【0038】表示系22は、カラー処理回路23、D/
A変換器24、カラーモニタ25を備えていて、DSC
21や3D−DSC26から供給されるBモード像、血
流像、投影像を、選択的または組み合わせて表示する。
カラー処理回路23は、例えばRGB形式を採用してい
て、血流像や投影像の各画素に含まれるカラー成分にし
たがって、RGB情報に変換する。投影像の各画素は、
Zバッファアルゴリズム部34で、「0」、「1」、
「2〜254」、「258〜510」のいずれかであ
る。カラー処理回路23は、投影像の各画素値につい
て、「0」は緑に、「1」は黒に、「2〜254」は赤
に、「258〜510」は青に表示されるように、RG
Bの各情報を割り当て、また、「2〜254」と「25
8〜510」に数値の大きい方が明るく、小さい方が暗
くなるように、明るさ情報を与える。D/A変換器24
はカラー処理回路23の出力をアナログ信号に変換し、
カラーモニタ25はアナログ信号にしたがって電子走査
して像を表示する。次に以上のように構成された本実施
例装置の作用について説明する。
【0039】図3に示したように、3次元スキャンは、
プローブ2が体表面20上を移動され、また矢印α、
β、γに傾斜されことにより被検体Pの3次元領域を超
音波ビームで走査することにより行われる。なお超音波
送信タイミングは、図示しない心臓の拍動周期に応じて
心臓の拍動の影響を軽減するために、走査するようにし
てもよい。2次元走査は、超音波ビームが2次元領域
(走査面)を往復することにより繰り返し行われる。プ
ローブ2の基準位置P0 (x0,y0,z0)、プローブ2のX
軸を中心とした回転角度θα、Y軸を中心とした回転角
度θβ、Z軸を中心とした回転角度θγは、位置検出器
1により検出される。これらの検出信号、すなわち位置
情報は、3D−DSC26のアドレスコントローラ29
へ供給される。一方、プローブ2が受信した受信信号
は、受信系7を介して、CFM処理系15に供給され、
CFM処理系15でリアルタイム処理され血流情報に加
工され、3D−DSC26のボリュームメモリ30に供
給される。このときアドレスコントローラ29で位置情
報に基づいて作成されたアドレス信号が、ボリュームメ
モリ30に、供給される。血流情報は、上述した3種類
の情報、すなわちスキャンフレーム内に含まれるが血流
情報のない情報「1」と、プローブ2に向かってくる血
流情報「2」と、プローブ2から遠ざかる血流情報
「3」に置換され、ボリュームメモリ30の3次元メモ
リ空間DAにアドレスコントローラ29からのアドレス
信号にしたがって記憶される。この動作が、2次元走査
毎に繰り返され、ボリュームデータが作成される。この
ボリュームデータは、最大値フィルタ31により補間処
理され、中間バッファ32に保管される。
【0040】このボリュームデータVDは、中間バッフ
ァ32から座標回転部33に供給され、座標変換され
る。この座標変換は、図5に示すように、このボリュー
ムデータVDが、Y軸に平行な回転軸Rを中心に所定の
回転ピッチθd づつ回転するように行われる。なお、こ
の回転ピッチθd は、予め設定されていてもよいし、操
作スイッチ27から任意の角度を入力するようにしても
よい。この回転ピッチθd によって、投影像の枚数が決
定される。例えば、回転ピッチθd が、11.25°で
あれば、投影像の枚数は、32枚(360°/11.2
5°)であり、これに応じて投影メモリ36のフレーム
メモリは32枚準備される。以下、回転ピッチθd が、
11.25°に設定されているものとして説明する。
【0041】ボリュームデータVDが中間バッファ32
に当初保管されていた状態から回転ピッチθd だけ回転
した状態に変換されたボリュームデータVD1 は、Zバ
ッファアルゴリズム部34に供給され、図5に示すよう
に、互いに平行な複数のレイに沿って投影面Sに投影さ
れ、1枚目の投影像に処理される。この投影像は、投影
メモリ36の第1のフレームメモリ361 に供給され、
保管される。
【0042】そして、先に座標変換したボリュームデー
タVD1 は、座標回転部33でY軸に平行な回転軸Rを
中心にさらに回転ピッチθd だけ回転するように座標変
換され、この2番目のボリュームデータVD2 は、Zバ
ッファアルゴリズム部34でボリュームデータVD1 の
場合と同様にZ軸に平行な複数のレイに沿って投影面S
に投影され、2枚目の投影像に加工される。この投影像
は、投影メモリ36の第2のフレームメモリ362 に供
給され、保管される。以下同様に、ボリュームデータV
Dが回転ピッチθd づつ一周するまで繰り返され、投影
方向の異なる合計32枚の投影像が、投影メモリ36の
フレームメモリ361 〜3632に順番に保管される。
【0043】このフレームメモリ361 〜3632に保管
されている32枚の投影像は、コントローラ35に制御
されて、所定の時間間隔で順番に出力される。この時間
間隔は、例えば32枚の投影像が一通り出力されるのに
1秒になるようにtd に設定される。なお、この時間間
隔は、上述のようにtd に予め設定していてもよいし、
操作スイッチ27から任意の時間間隔を入力するように
してもよい。ここでは、この時間間隔が、32枚の投影
像が一通り出力されるのに1秒になるようにtd に設定
されているとして以下説明する。
【0044】投影メモリ36から出力される投影像は、
表示系22に供給され、カラー処理回路23でカラー情
報に変換され、D/A変換器24でアナログ信号に変換
された後、カラーモニタ25に表示される。そして次の
投影像が、投影メモリ36から出力されると、今表示し
ている投影像から次の投影像に切り替わり、表示され
る。
【0045】図6はこの投影像の切り替え表示について
模式的に示したした図である。なお、Pa,Pbは、ボ
リュームデータVD内の血流情報であり、Paはプロー
ブ2に向かってくる血流の血流情報であり、Pbはプロ
ーブ2から遠ざかる血流の血流情報であり、それぞれ
赤、青に色分けされて表示される。11.25°づつ投
影方向が変化した合計32枚の投影像G1 〜G32が、投
影メモリ36に保管されている。投影像G1 〜G32は、
G1 からG32まで順番に時間間隔td で投影メモリ36
から出力される。これによって、32枚の投影像G1 〜
G32が、投影メモリ36からの出力順にしたがって切り
替わりながらカラーモニタ25に表示される。なお、こ
こでの表示レートは、32枚/1秒であり、一般的な動
画像の表示レート(30枚/1秒)と同等である。
【0046】したがって、観察者は、運動視差により、
血流像が回転しているように知覚できる。また、投影像
の各画素値は、Zバッファアルゴリズム部34のXYZ
座標系のZ座標に応じて明るさ情報が与えられているの
で、遠方の像が暗く、近方の像が明るく表示される。こ
の結果、観察者は、血流の立体構造を認識することがで
きる。
【0047】なお、以上の説明では、回転座標部33に
おけるボリュームデータVDの回転軸Rは、Y軸に平行
に設定されていたが、操作スイッチ27を操作して、任
意の方向に設定するようにしてもよい。また、Zバッフ
ァアルゴリズム部34は、Z軸に平行な複数のレイに沿
って投影処理を行っていたが、Z軸上のある一点(視点
P(0,0,R ))から放射状のレイに沿って投影処理を行
い、より遠近感を出すようにしてもよい。この場合、あ
る点Q(X,Y,Z )の投影面(0,0,Z0)への到達座標(X
1,Y1,Z0)は、以下の式にしたがって、求めることがで
き、投影処理する際にスケーリング(拡大/縮小)を行
うことにより、投影処理が実現できる。 X1 = r(X) = ((R-Z0)/(R-Z)) ・X Y1 = r(Y) = ((R-Z0)/(R-Z)) ・Y 次に第2実施例について説明する。図7は、本実施例の
ブロック図である。なお、図1と同じ部分は、同符号を
付し、詳細な説明は省略する。
【0048】プローブ支持装置37は、図9に示すよう
に、プローブ2をZ軸に平行な方向(スキャンフレーム
に垂直な方向)に一定の速度で移動する。このとき、送
信系3は、一定の時間間隔でプローブ2を駆動して、2
次元走査を繰り返す。これによって、複数の平行なスキ
ャンフレームが等間隔で得られる。プローブ支持装置3
7は、このときのプローブ2の移動速度を、3D−DS
C38に供給する。
【0049】図8は、3D−DSC38のブロック図で
ある。なお、図2と同じ部分は、同符号を付し、詳細な
説明は省略する。3D−DSC38は、コントローラ3
9を制御中枢として、アドレス発生回路40、回転座標
変換回路41、フレームメモリ群42、最大値処理部4
3、Zバッファアルゴリズム34、投影メモリ36を備
えて成る。
【0050】フレームメモリ群42は、3次元メモリ空
間を有するボリュームメモリより安価な、2次元メモリ
空間を有した複数のフレームメモリ421 〜42m を備
えてなる。プローブ2により受信した各スキャンフレー
ムに関する受信信号は、受信系7およびCFM処理系1
5で血流情報に処理され順番に各フレームメモリ421
〜42m に記憶される。
【0051】アドレス発生回路40は、フレームメモリ
群42に記憶されている情報を回転座標系に変換するた
めの元となる XYZ座標(Xo,Yo,Zo)を発生する。回転座
標変換回路41は、まず、アドレス発生回路40から供
給される XYZ座標(Xo,Yo,Zo)を用いて座標変換する。
した後、この Z座標をフレーム座標系(X,Y,F)に変換
する。座標変換は、第1実施例と同様に以下の式にした
がって行われる。なお、(X1,Y1,Z1)は変換後の座標で
あり、θd は第1実施例と同様に回転ピッチである。 X1 = cosθd ・Xo + sinθd ・Zo Y1 = Yo Z1 =-sinθd ・Xo + cosθd ・Zo
【0052】回転座標変換回路41は、変換後の座標
(X1,Y1,Z1)のZ 座標を、いずれかのフレームメモリ4
21 〜42m を示すフレーム座標に変換し、この座標
(X1,Y1,Z1)をフレーム座標系(X1,Y1,Fn )の座標に
変換する。このフレーム座標系への変換は、次式にした
がって行われる。なお、aはフレームメモリ421 〜4
2m の画素サイズであり、bはプローブ支持装置37か
ら供給されるプローブ2の移動速度と2次元走査の時間
間隔とから算出できるスキャンフレームピッチである。 Fn = INT(a/b・(cosθd ・X1 − sinθd ・Z1)) この座標変換および座標系の変換処理は、第1実施例と
同様に、フレームメモリ群42の血流情報が一回転する
まで(360°/θd °)回繰り返される。
【0053】最大値処理部43は、隣合うフレームメモ
リの同じ位置(X1,Y1,Fn )と(X1,Y1,Fn+1 )に記憶
されている画素値を比較し最大値を選択することによ
り、心臓の拍動によるドプラ信号消失を防止する。Zバ
ッファアルゴリズム部34は、第1実施例と同様に、座
標変換および座標系の変換処理が行われる毎に、最大値
処理部43の出力について投影処理を行い、(360°
/θd °)枚の投影像を作成する。投影メモリ36は、
第1実施例と同様に、(360°/θd °)枚のフレー
ムメモリ361 〜35n を有している。各フレームメモ
リ361 〜35nは、Zバッファアルゴリズム部34か
ら出力される(360°/θd °)枚の投影像を、順番
に記憶する。
【0054】各フレームメモリ361 〜36n は、コン
トローラ39の制御を受けて、所定の時間間隔で、記憶
している投影像を順番に表示系22に出力する。表示系
22は各フレームメモリ361 〜36n から順番に出力
される投影像を、その出力時間間隔にしたがって切り替
えながらカラーモニタ25に表示する。
【0055】このように、本実施例によれば、第1実施
例と同様に、観察者は、運動視差により、血流像が回転
しているように知覚でき血流の立体構造を認識すること
ができるという効果を得ることができると共に、高価な
ボリュームメモリに代えて比較的安価なフレームメモリ
の使用を可能にして、コストの低減を図ることができ
る。次に第3実施例について説明する。
【0056】近年、超音波診断の分野では、血流像とB
モード像とを1枚の画像に合成し、表示して、血流像の
持つ血流情報とBモード像の持つ組織情報とを総合的に
判断できるような表示方法が、盛んに実用に供されてい
る。
【0057】ところが、3次元の分野においては、血流
情報と組織情報とをどのように重ね合わせて表示するか
という問題があり、実用化はされていない。これは、組
織情報の3次元像の構築が、非常に困難であることに大
きく起因する。組織情報の3次元像の構築が非常に困難
である主な理由は、次の示す通りである。まず第1に、
超音波により得られるBモード像は、CT像やMRI像
(磁気共鳴イメージング装置による像)に比べて、分解
能(特にコントラスト分解能)が悪く、また、スペック
ルと呼ばれる斑紋状のパターンが現れるため、3次元表
示には不可欠とされる臓器や腫瘍の輪郭抽出のために必
要な2値化処理が非常に困難であること。第2に、これ
は3次元表示に課せられた本質的かつ永続的であろう課
題であり、対象物の表面を表示すればその内部状態が観
察できなくなり、また逆に対象物の内部を表示すればそ
の表面状態が観察できなくなるという相殺的な問題が解
決できないこと。第3に、3次元スキャンのスキャンフ
レームピッチが、ラスタピッチに比較すると極めて大き
いのが通常であり、このため3次元スキャンにより得た
3次元データを用いて任意の断面の組織像を再構成して
も、その再構成像は、フレーム方向に粗くぼけた像にな
ること。
【0058】本実施例は、2次元走査により得たオリジ
ナルのBモード像(組織像)を使用して、分解能のよい
組織情報と3次元の血流情報を同時に提供し得る超音波
診断装置である。図10は、本実施例の構成を示すブロ
ック図である。なお、図1と同一部分は、同符号を付し
て、詳細な説明は省略する。
【0059】本実施例は、システムコントローラ28を
装置全体の制御中枢として、位置検出装置1、超音波プ
ローブ2、送信系3、受信系7、Bモード処理系11、
カラーフローマッピング(CFM)処理系15、ディジ
タルスキャンコンバータ(DSC)21、表示系22、
操作スイッチ27、3次元ディジタルスキャンコンバー
タ(3D−DSC)45、D/A変換器46、カラーモ
ニタ47を具備した超音波診断装置である。位置検出装
置1は、図12に示すように、アームを介してプローブ
2を1〜6軸に回転自在に保持していて、各軸の回転角
度からプローブ2の姿勢を検出する。
【0060】本実施例の3次元スキャンは、図3に示し
た第1実施例の場合と同様である。簡単に説明すると、
この3次元スキャンは、プローブ2を、被検体面20上
でスライドしながら、X軸を中心とした回転方向α、Y
軸を中心とした回転方向β、Z軸を中心とした回転方向
γに操作することにより行われる。2次元走査されたと
きのプローブ2の位置(基準位置)P0 (x0,y0,z0
)や、角度θα、角度θβおよび角度θγが位置検出
装置1で検出され、その検出信号(位置情報)が、3D
−DSC45へ供給される。3D−DSC45は、この
位置情報および走査線の振り角ωに基づいて、DSC2
1からの各スキャンフレーム(走査面)の2次元血流情
報を、3次元メモリ空間に分布して、実空間に応じたボ
リュームデータを構築することができる。
【0061】送信系3は、第1実施例と同様、パルス発
生器、送信遅延回路、パルサを備えていて、プローブ2
の各々の振動子を駆動して超音波ビームを送信する。受
信系7は、第1実施例と同様、プリアンプ、受信遅延回
路、加算器を備えていて、受信信号を所定のレベルまで
増幅し、送信時の遅延時間を元に戻すような遅延時間を
与え、各振動子の受信信号を加算し、Bモード処理系1
1とCFM処理系15へそれぞれへ出力する。
【0062】Bモード処理系11は、第1実施例と同
様、対数増幅器、包絡線検波回路、A/D変換器を備え
ていて、受信系7の出力を対数増幅し、包絡線を検波
し、その検波信号をディジタル信号に変換してBモード
情報を得て、そのBモード情報をDSC21に出力す
る。
【0063】CFM処理系15は、第1実施例と同様、
位相検波回路、A/D変換器、MTIフィルタ、自己相
関器、演算部を備えていて、受信系7の出力を直交位相
検波し、高周波成分を除去した後ディジタル変換する。
また、CFM処理系15は、そのディジタル信号から不
要なクラッタ成分を除去し、血球からの情報を取り出し
た後、周波数分析して血流情報を算出して、その血流情
報をDSC21に出力する。
【0064】DSC21は、Bモード処理系11とCF
M処理系15からBモード情報および血流情報を入力
し、Bモード像や血流像を形成する。表示系22は、D
SC21からの出力像をカラー表示する。
【0065】図11は3D−DSC45のブロック図で
ある。なお3次元スキャンで得られるスキャンフレーム
数は、100枚として以下説明する。切替器48は、D
SC21とBモード像用メモリ50との間に介在し、シ
ステムコントローラ28の制御下で、DSC21とBモ
ード像用メモリ50のフレームメモリ501 〜50100
のいずれか一とを接続する。また、切替器49は、DS
C21と血流像用メモリ51との間に介在し、システム
コントローラ28の制御下で、DSC21と血流像用メ
モリ51の各フレームメモリ511 〜51100 のいずれ
か一とを接続する。
【0066】CPU52は、血流像用メモリ51内の血
流像の座標を、各フレームメモリ511 〜51100 の2
次元メモリ空間を規定するxy座標系から、作業メモリ
54の3次元メモリ空間を規定するXYZ座標系へ、位
置検出装置1からの位置情報に基づいて変換する。これ
により血流像用メモリ51内の各血流像は、作業メモリ
54の3次元メモリ空間に分布され、3次元のボリュー
ムデータが構築される。また、3次元メモリ空間内の各
血流像の位置関係は、各血流像が当該スキャンフレーム
を規定する位置情報に基づいて3次元メモリ空間に分布
されるので、実空間上の位置関係に補正される。なお、
このボリュームデータの構築作用については後述する。
【0067】また、CPU52は、そのボリュームデー
タの各ボクセルのXYZ座標を、第1実施例と同様に、
回転ピッチθd (θd =11.25°として以下説明す
る)にしたがって座標変換し、その座標変換毎に32枚
(360°/11.25°)血流投影像を作成する。こ
の血流投影像は、血流像用投影メモリ55に供給され
る。
【0068】さらに、CPU52は、CPUバス53を
介して、Bモード像用メモリ50内のBモード像を1枚
づつ読みだし、図13(a)に示すように、そのBモー
ド像Bn の座標を、血流像の場合と同様に、各フレーム
メモリ501 〜50100 のxy座標系から、作業メモリ
54のXYZ座標系へ、位置検出装置1からの位置情報
に基づいて変換する。これにより、Bモード像Bn は、
ボリュームデータと共通の3次元メモリ空間に配置され
る。このBモード像Bn は、この3次元メモリ空間内
で、ボリュームデータの回転軸と同じ回転軸Rを中心と
して、回転ピッチθd だけ回転するように回転座標変換
され、ボリュームデータの場合と同じレイに沿って、ボ
リュームデータの場合と同様のXY面に平行な投影面S
に転移される。なおこの投影面Sに転移された像を、以
下、Bモード投影像という。
【0069】血流像用投影メモリ55は、血流投影像の
作成枚数に一致する32枚のフレームメモリ551 〜5
532を有している。フレームメモリ551 〜5532は、
32枚の血流投影像を1枚づつ保管する。
【0070】Bモード像用投影メモリ56は、第1のフ
レームメモリ群57と第2のフレームメモリ群58とか
らなるダブルバッファ構造を有している。これにより、
Bモード投影像の作成作業と、表示のための出力作業と
を平行に処理することができる。第1のフレームメモリ
群57は、Bモード投影像の作成枚数に一致する32枚
のフレームメモリ571 〜5732を有していて、32枚
のBモード投影像を1枚づつ保管する。同様に、第2の
フレームメモリ群58は、第1のフレームメモリ群57
の各フレームメモリ571 〜5732に対応した32枚の
フレームメモリ581 〜5832を有している。
【0071】切替器59は、血流像用投影メモリ55と
カラー処理回路61との間に介在し、フレームメモリ5
51 〜5532のいずれか一をカラー処理回路61に所定
の時間間隔で順番に接続し、32枚の血流投影像を1枚
づつ順番にカラー処理回路61に供給する。
【0072】切替器60は、Bモード像用投影メモリ5
6とカラー処理回路61との間に介在し、切替器59の
接続切替に同期して、フレームメモリ571 〜5732の
いずれか一をカラー処理回路61に所定の時間間隔で順
番に接続し、32枚のBモード投影像を1枚づつ順番に
カラー処理回路61に供給する。
【0073】カラー処理回路61は、同期して供給され
るBモード投影像と血流投影像とを用いて、1枚のカラ
ー合成像を作成し、D/A変換器46に供給し、カラー
モニタ47の表示に供する。この合成処理については、
後述する。次に以上のように構成された本実施例装置の
作用について説明する。
【0074】まず、図3と同様に、プローブ2が体表面
20上を移動しながら、矢印α、β、γに任意に操作さ
れ、3次元スキャンが行われると、各スキャンフレーム
の受信信号が、受信系7を介して、Bモード処理系11
およびCFM処理系15に供給される。その受信信号
は、Bモード処理系11およびCFM処理系15でBモ
ード情報と血流情報に加工され、DSC21に出力され
る。2次元走査が行われたときの基準位置P0 座標や、
角度θα,θβ,θγ(位置情報)が、位置検出装置1
により検出され、3D−DSC45に供給される。
【0075】Bモード像はDSC21から3D−DSC
45の切替器48に供給され、また、血流像はDSC2
1から3D−DSC45の切替器49に供給される。各
供給に同期して、切替え信号が、システムコントローラ
28から各切替器48,49に供給される。切替器48
は、Bモード像を、Bモード像用メモリ50のフレーム
メモリ501 〜50100 に順番に出力して、フレームメ
モリ501 〜50100に記憶する。切替器49は、血流
像を、血流像用メモリ51のフレームメモリ511 〜5
1100 に順番に出力して、フレームメモリ511 〜51
100 に記憶する。
【0076】血流像用メモリ51の各血流像は、1枚づ
つバス53を介してCPU52に供給される。その血流
像は、フレームメモリ511 〜51100 のxy座標系か
ら、作業メモリ54の3次元メモリ空間を規定するXY
Z座標系へ座標変換され、その3次元メモリ空間に分布
される。すべての血流像が3次元メモリ空間に分布さ
れ、ボリュームデータが構築される。具体的には、CP
U52は、位置検出器1からの位置情報、すなわち基準
位置P0(Xo,Yo,Zo) 、XYZ軸の各軸を中心とした回転
角度θα,θβ,θγを入力する。CPU52は、1枚
目の血流像の基準位置P0(Xo,Yo,Zo) に基づいて、XY
Z座標系の原点を設定して、XYZ軸を展開する。そし
て、フレームメモリ511 〜51100 の各画素のxy座
標(x,y,0)を、XYZ座標系の(X,Y,Z)
へ、血流像の回転角度θα,θβ,θγを用いて、以下
の式1にしたがって座標変換する。
【0077】なお、(Xo',Yo',Zo') は、各スキャンフレ
ームFの基準位置Pn から、3次元スキャンによる全ス
キャンフレームF1 〜F100 の中の中心スキャンフレー
ムF50の基準位置P100 を差し引いた座標である。
【0078】
【数1】
【0079】ボリュームデータは、このような座標変換
がすべての血流像について繰り返し行われることによっ
て構築される。なお、このボリュームデータのボクセル
値は、第1実施例のように、3次元スキャン範囲外を示
すボクセル値「0」、スキャンフレーム内に含まれるが
血流情報のないことを示すボクセル値「1」、プローブ
2に向かってくる血流情報を示すボクセル値「2」、プ
ローブ2から遠ざかる血流情報を示すボクセル値「3」
のいずれかのボクセル値にCPU52により置換され
る。
【0080】次に、必要に応じて、ボリュームデータ
は、ボクセル値「0」の点(以下「補間点」という)に
ついて、CPU52の制御のもと、補間処理を施され
る。この補間処理は、例えば、次のように行われる。補
間フィールドが、作業用メモリ54の3次元メモリ空間
内に、補間点を中心にn×n×nの範囲に設定される。
その補間フィールド内のボクセル値「1」、「2」、
「3」を有するボクセルが検索される。補間点のボクセ
ル値は、その検索されたボクセルの中の補間点に最も近
いボクセルのボクセル値が転用される。このような処理
が、ボリュームデータのすべてのボクセル値「0」の点
について行われ、補間処理が終了する。
【0081】次に、投影方向の異なる32枚の血流投影
像が作成される。なお、この血流投影像の作成処理は、
第1実施例と同一であるので、ここでは簡単に説明す
る。すなわち、図5に示すように、ボリュームデータ
は、3次元メモリ空間内を、所定の回転ピッチθd (θ
d =11.25°)だけ回転するように回転座標変換さ
れる。そして回転後のボリュームデータが、複数のレイ
に沿って、十分広いフレームサイズの投影面Sに投影さ
れ、血流投影像が作成される。ボリュームデータが回転
ピッチθd づつ回転する毎に投影処理が繰り返され、投
影方向の異なる合計32枚の血流投影像が作成される。
この32枚の血流投影像は、作成される毎に、血流像用
投影メモリ55に供給され、各フレームメモリ551 〜
5532に順番に保管される。なお、血流投影像の画素デ
ータは、図14(a)に示すように、2ビットからなる
データビットDc (「0」、「1」、「2」、「3」の
いずれか)と、このデータビットDc を拾ったボクセル
の3次元メモリ空間(XYZ座標系)のZ座標を示す8
ビットからなるZデータ(−128〜127)とから構
成されている。
【0082】次にBモード像の回転座標変換について説
明する。図13はBモード像の回転座標変換について説
明する図である。ある1枚のBモード像Bn が、Bモー
ド像用メモリ50のフレームメモリ50n から読み出さ
れ、CPU52に供給される。そのBモード像Bn の各
画素のxy座標は、ボリュームデータの場合と同様に、
式1にしたがってXYZ座標に変換される。そのBモー
ド像Bn は、図13(a)に示すように、その3次元メ
モリ空間内を、ボリュームデータの回転軸と同じ回転軸
Rを中心として回転ピッチθd だけ回転するように、回
転座標変換される。回転座標変換されたBモード像Bn
は、ボリュームデータの場合と同じレイに沿って投影面
Sに転移され、Bモード投影像に変換される。このBモ
ード像Bn は、さらに回転ピッチθd だけ回転し、投影
面Sに転移される。これが、32回繰り返され、図12
(b)に示すように、合計32枚のBモード投影像Bn1
〜Bn32 が順番に作成され、Bモード像用投影メモリ5
6の各フレームメモリ571 〜5732に一旦記憶され
る。なお、このBモード投影像の画素データは、図14
(b)に示すように、グレイレベルを示す8ビットから
なるデータビットDB(255階調)と、3次元メモリ
空間(XYZ座標系)のZ座標を示す8ビットからなる
Zデータ(−128〜127)とから構成されている。
【0083】ところで、フレームメモリ571 〜5732
のBモード投影像は、表示の際には、第2フレームメモ
リ群58のフレームメモリ581 〜5832に移される。
これにより、フレームメモリ571 〜5732は、次のB
モード像のBモード投影像を受け入れ可能な状態にな
り、CPU52は次のBモード像のBモード投影像の作
成を開始することができる。
【0084】表示に際しては、切替器59と切替器60
とが同期して、切り替え動作を開始する。これによっ
て、投影方向の同じフレームメモリ551 の血流投影像
と、フレームメモリ581 のBモード投影像とが同時に
カラー処理回路61に供給される。
【0085】カラー処理回路61は、血流像用投影メモ
リ55とBモード像用投影メモリ56とから同時に供給
される血流投影像とBモード投影像をリアルタイムで1
枚のカラー画像に合成し、D/A変換器46を介して、
カラーモニタ47に供給し、表示に供する。以下に、カ
ラー処理回路61の合成処理について説明する。
【0086】合成処理は、Bモード投影像と血流投影像
の同じ位置の画素同士を比較して行われる。Bモード投
影像の画素のデータDB が「0」(像がない)である場
合、または血流投影像の画素のZ座標Zc がBモード投
影像の画素のZ座標ZB より大きい場合(血流がBモー
ド像より手前にある場合)には、血流投影像の当該画素
にしたがって、合成像の当該画素のR(赤)データ、G
(緑)データ、B(青)データを次にように割り当て
る。すなわち、血流投影像の当該画素のデータが「0」
(3次元スキャン範囲外)の場合、表示色が灰色になる
ように、合成像の当該画素のRデータ、Gデータ、Bデ
ータそれぞれに16値を割り当てる。血流投影像の当該
画素のデータが「1」(血流なし)の場合、表示色が黒
色になるように、合成像の当該画素のRデータ、Gデー
タ、Bデータそれぞれに0値を割り当てる。血流投影像
の当該画素のデータが「2」(プローブ2に向かう血流
あり)の場合、表示色が赤色になるように、合成像の当
該画素のRデータに(Zc +128)を、またGデータ
とBデータそれぞれに0値を割り当てる。血流投影像の
当該画素のデータが「3」(プローブ2から遠ざかる血
流あり)の場合、表示色が青色になるように、合成像の
当該画素のRデータとGデータそれぞれに0値を、Bデ
ータに(Zc +128)を割り当てる。
【0087】また、上記以外の場合、すなわち、Bモー
ド投影像の画素のデータDB が「0」でなく(像があ
る)、且つ血流投影像の画素のZ座標Zc がBモード投
影像の画素のZ座標ZB より小さい場合(血流がBモー
ド像より後方にある場合)には、合成像の当該画素のR
データ、Gデータ、Bデータそれぞれに、DB (グレイ
レベル)を割り付ける。
【0088】このように合成処理がなされる結果、Bモ
ード像の手前の血流およびBモード像のない部分の血流
がカラー表示され、且つ血流のない部分のBモード像が
表示される。
【0089】最初のBモード投影像B11と血流投影像C
1 とが、カラー処理回路61で合成され、その合成像G
1 がカラーモニタ47に表示される。そして、所定の時
間間隔をおいて、切替器59,60が次のフレームメモ
リ552 、フレームメモリ582 とカラー処理回路61
とを接続することによって、次の血流投影像C2 とBモ
ード投影像B12とが、カラー処理回路61に供給され
る。血流投影像C2 とBモード投影像B12とが合成さ
れ、次の合成像G2 が、現に表示している合成像G1 に
代わってカラーモニタ47に表示される。この合成像の
切替表示が、フレームメモリ5532、フレームメモリ5
832の血流投影像C32とBモード投影像B132 とが合成
され、カラーモニタ47に表示されるまで、繰り返され
る。図15(a)から(d)は、この表示切り替えの様
子を示した図である。このように、合成像G1 からG32
が、順番に所定の時間間隔で切替えながら表示されるこ
とによって、観察者は、運動視差により、血流像が回転
しているように知覚でき血流の立体構造を認識すること
ができ、また同時に組織構造を認識することができる。
【0090】以上がフレームメモリ501 の最初のBモ
ード像B1 についての血流像との回転表示である。次
に、フレームメモリ502 の次のBモード像B2 が、B
モード像用メモリ50のフレームメモリ502 から読み
出される。32枚のBモード投影像B21〜B232 が、B
モード像B1 の場合と同様に、作成され、Bモード像用
投影メモリ56に保管される。この32枚のBモード投
影像B21〜B232 と、Bモード像B1 の場合に使用した
と同じ32枚の血流投影像とが、Bモード像B1の場合
と同様に、所定の時間間隔でカラー処理回路61に供給
され、その合成像がカラーモニタ47に順番に切替なが
ら表示される。以下同様に、この回転表示が、100枚
目のBモード像B100 まで繰り返される。
【0091】このように、本実施例によれば、3次元血
流像が1断面のBモード像(組織像)と共に回転しなが
ら表示され、さらにそのBモード像が他の断面のBモー
ド像に切り替わりながら表示され、この結果、観察者
は、運動視差により、血流像が回転しているように知覚
でき血流の立体構造を認識することができると共に組織
状態を同時に観察することができる。さらに、観察者
は、Bモード像が2次元走査により得られるオリジナル
のBモード像であるので、組織状態を高分解能で観察す
ることができる。次に第4実施例について説明する。
【0092】図16は本実施例のブロック図であり、図
17は3D−DSC62のブロック図である。なお、こ
れらの図16,17において図10,11と同一部分
は、同符号を付して、詳細な説明は省略する。
【0093】図16に示すように、本実施例は、3次元
ディジタルスキャンコンバータ(3D−DSC)62を
除き、他の構成は、第3実施例と同一である。なお3次
元スキャンのスキャンフレーム数は、100枚として以
下説明する。
【0094】3D−DSC62は、図17に示すように
構成されている。切替器48は、第3実施例と同様に、
システムコントローラ28の制御を受けて、DSC21
とBモード像用メモリ50のフレームメモリ501 〜5
0100 のいずれか一とを接続し、また切替器49は、D
SC21と血流像用メモリ51のフレームメモリ511
〜51100 のいずれか一とを接続する。
【0095】CPU63は、血流像用メモリ51内の血
流像の座標を、各フレームメモリ511 〜51100 の2
次元メモリ空間を規定するxy座標系から、作業メモリ
54の3次元メモリ空間を規定するXYZ座標系へ、位
置検出装置1からの位置情報に基づいて変換する。これ
により血流像用メモリ51内の各血流像は、作業メモリ
54の3次元メモリ空間に分布され、3次元のボリュー
ムデータが構築される。また、3次元メモリ空間内の各
血流像の位置関係は、各血流像が当該スキャンフレーム
を規定する位置情報に基づいて3次元メモリ空間に分布
されるので、実空間上の位置関係に補正される。なお、
このボリュームデータの構築作用は、第3実施例と同一
である。また、CPU63は、第3実施例と同様なレイ
に沿ってこのボリュームデータを投影面Sに投影して1
枚の血流投影像を作成し、この血流投影像を血流像用投
影メモリ64に供給する。このように、上述した第3実
施例は、ボリュームデータについて投影方向の異なる3
2枚の血流投影像を作成していたが、本実施例はボリュ
ームデータについて一投影方向の1枚の血流投影像を作
成する。なお、血流像用投影メモリ64は、1枚のフレ
ームメモリである。
【0096】さらに、CPU63は、Bモード像用メモ
リ50内のBモード像を読みだし、そのBモード像の座
標を、血流像の場合と同様に、各フレームメモリ501
〜50100 のxy座標系から、作業メモリ54のXYZ
座標系へ、位置検出装置1からの位置情報に基づいて変
換する。このBモード像は、ボリュームデータの場合と
同じレイに沿って、投影面Sに転移される。CPU63
は、Bモード像用メモリ50内の100枚のBモード像
B1 〜B100 それぞれについてこのような処理をして、
100枚のBモード投影像J1 〜J100 を作成する。な
おこのBモード投影像J1 〜J100 は、Bモード像用投
影メモリ65に供給される。なお、上述した第3実施例
は、1枚のBモード像について投影方向の異なる32枚
のBモード投影像を作成していたが、本実施例は1枚の
Bモード像について一投影方向の1枚のBモード投影像
を作成する。
【0097】Bモード像用投影メモリ65は、100枚
のフレームメモリ651 〜65100を有していて、10
0枚のBモード投影像J1 〜J100 を各フレームメモリ
651 〜65100 に1枚づつ保管する。
【0098】切替器60は、Bモード像用投影メモリ6
5とカラー処理回路61との間に介在し、フレームメモ
リ651 〜65100 のいずれか一をカラー処理回路61
に所定の時間間隔で順番に接続し、100枚のBモード
投影像を1枚づつ順番にカラー処理回路61に供給す
る。
【0099】カラー処理回路61は、同期して供給され
るBモード投影像と血流投影像とを用いて、1枚のカラ
ー合成像を作成し、D/A変換器46に供給し、カラー
モニタ47の表示に供する。この合成処理は、第3実施
例で説明した通りである。次にこのように構成された本
実施例の作用について説明する。
【0100】3次元スキャンが、図3に示すように、行
われる。各スキャンフレームの受信信号が、受信系7を
介して、Bモード処理系11およびCFM処理系15に
供給される。その受信信号は、Bモード処理系11およ
びCFM処理系15でBモード情報と血流情報に加工さ
れ、DSC21に出力される。一方、各スキャンフレー
ムを規定する位置情報が、位置検出装置1により検出さ
れ、3D−DSC54に供給される。なお、3次元スキ
ャンによるスキャンフレーム数は、100枚として説明
する。
【0101】各スキャンフレームのBモード像がDSC
21から3D−DSC54の切替器48に供給され、ま
た、各スキャンフレームの血流像がDSC21から3D
−DSC54の切替器49に供給される。この供給に同
期して、切替え信号が、システムコントローラ28から
各切替器48,49に供給される。このシステムコント
ローラ28の制御により、各Bモード像がBモード像用
メモリ50のフレームメモリ501 〜50100 に順番に
記憶される。また、各血流像が、血流像用メモリ51の
フレームメモリ511 〜51100 に順番に記憶される。
【0102】血流像用メモリ51の各血流像は、1枚づ
つバス53を介してCPU63に供給され、フレームメ
モリ511 〜51100 のxy座標系から作業メモリ54
の3次元メモリ空間を規定するXYZ座標系へ座標変換
され、その3次元メモリ空間に分布され、ボリュームデ
ータが構築される。この座標変換処理は、第3実施例と
同一である。
【0103】次に、このボリュームデータを用いて、血
流投影像Cが作成される。なお、本実施例は、第3実施
例のようにボリュームデータの回転座標変換はおこなわ
ず、一投影方向に関する1枚の血流投影像Cのみ作成す
る。この血流投影像Cは、血流像用投影メモリ64に保
管される。
【0104】一方、Bモード像は、フレームメモリ50
1 〜50100 のxy座標系から作業メモリ54の3次元
メモリ空間を規定するXYZ座標系へ座標変換され、そ
の3次元メモリ空間に配置され、ボリュームデータの場
合と同じレイに沿って投影面Sに転移され、Bモード投
影像に変換される。このBモード像は、さらに回転ピッ
チθd だけ回転し、投影面Sに転移され、血流投影像C
と同一の投影方向のBモード投影像が作成される。この
処理が、Bモード像用メモリ50内の100枚のBモー
ド像B1 〜B100 それぞれについて行われ、Bモード投
影像J1 〜J100 は、Bモード像用投影メモリ65の各
フレームメモリ651 〜65100 に保管される。
【0105】表示に際しては、切替器60が切り替え動
作を開始して、フレームメモリ651 とカラー処理回路
61とが接続される。フレームメモリ651 内のBモー
ド投影像J1 がカラー処理回路61に供給される。血流
投影像Cが、こに同期して血流像用投影メモリ64から
カラー処理回路61に供給される。このBモード投影像
J1 と血流投影像Cは、カラー処理回路61で合成像G
1 に合成され、RGBデータに変換されて、D/A変換
器46を介して、カラーモニタ47に表示される。
【0106】次に、切替器60の切り替え動作によりフ
レームメモリ652 とカラー処理回路61とが接続され
る。フレームメモリ652 内のBモード投影像J2 と血
流投影像Cは、カラー処理回路61で2番目の合成像G
2 に合成され、RGBデータに変換されて、D/A変換
器46を介して、カラーモニタ47に合成像G1 に代わ
って表示される。
【0107】このような動作が、切替器60が最後のフ
レームメモリ65100 とカラー処理回路61とを接続し
て、その合成像G100 がカラーモニタ47に表示される
まで、繰り返される。
【0108】このように、本実施例によれば、任意の一
方向から見た血流投影像がBモード像と共に表示され、
さらにそのBモード像が所定の時間間隔で他の断面のB
モード像に切り替わりながら表示される。この結果、観
察者は、運動視差により、組織状態を立体的に知覚する
ことができ、また、Bモード像の断面より手前の血流だ
けが表示され、かつその断面が移動することにより、血
流の立体構造を把握することができる。さらに、観察者
は、Bモード像が2次元走査により得られるオリジナル
のBモード像であるので、組織状態を高分解能で観察す
ることができる。次に第5実施例について説明する。本
実施例は、上記第4実施例の構成を簡略化したものであ
る。図18は本実施例のブロック図であり、図19は3
D−DSC66のブロック図である。なお、図16,1
7と同一部分は同符号を付して説明は省略する。
【0109】図18に示すように、本実施例は、位置検
出装置1を具備せず、スキャンフレームの位置を規定で
きる位置情報を検出しない。このため各スキャンフレー
ムの配置関係が不明となり、実空間に即したボリューム
データを構築することができない。
【0110】そこで本実施例は、図20に示すように、
3次元スキャンを行う。3次元スキャンは、プローブ2
をスキャンフレームに垂直な方向(フレーム方向)に直
線移動して行われる。このようなプローブ2の移動によ
り、互いに平行なスキャンフレームF1 〜F100 が得ら
れる。
【0111】各スキャンフレームF1 〜F100 に関する
100枚のBモード像と100枚の血流像は、切替器4
8,49を介して、Bモード像用メモリ50と血流像用
メモリ51に保管される。
【0112】100枚の血流像は、投影処理されて1枚
の血流投影像に変換される。なお、本実施例は、第3、
第4実施例のように位置情報がないため、フレームメモ
リのxy座標を、3次元メモリ空間を規定するXYZ座
標へ座標変換することができない。このため、100枚
の血流像の投影処理は、このフレームメモリ511 〜5
1100 のxy座標にしたがって行われる。図21はこの
投影処理を概念的に示す図である。各血流像I1 〜I10
0 は、フレーム方向に平行に設定されたF軸およびフレ
ームメモリのxy座標を規定するx軸、y軸に規定され
る空間に配置され、F軸に平行に設定されたレイに沿っ
て、xy面に平行に設置された投影面sに向かって投影
処理される。すなわち投影処理は、各血流像I1 〜I10
0 の同じxy座標の画素を検索しながら行われる。
【0113】なお、このとき各血流像は位置情報を用い
て位置合わせがなされていないので、投影像における血
流の連続性は、プローブ2が移動される際の直線精度に
応じて、第4実施例に比べると多少低下する。この血流
投影像は、血流像用投影メモリ64に保管される。
【0114】表示に際しては、この血流投影像Cがカラ
ー処理回路61に供給され、またBモード像B1 〜B10
0 が順番にカラー処理回路61に供給される。Bモード
像B1 から順番に血流投影像Cと合成され表示に供され
る。
【0115】このように、本実施例によれば、投影方向
がプローブ2の移動方向に限定され、また血流の連続性
が多少低下するものの、第4実施例と同様の効果を得る
ことができ、また装置構成を簡略化することができる。
【0116】なお、本発明は、上記実施例に限られるも
のではない。例えば、上記実施例では、回転自在のアー
ムを有する位置検出装置によりプローブの位置や姿勢を
検出していたが、図22に示すようなハンドヘルドタイ
プの位置検出装置によりプローブの姿勢を検出してもよ
い。ただし、この位置検出装置は角度θαだけしか検出
できないので、3次元スキャンは、プローブの位置を変
えずにα方向に傾斜することに、制約される。この場
合、P0(Xo,Yo,Zo) は一定、また回転角度θβおよびθ
γは0として式1を用いれば、血流像やBモード像の座
標変換を行うことができる。また、図23(a),
(b)に示すようなスケールを、カラーモニタに表示し
て、血流の立体視を補助するようにしてもよい。さら
に、上記式1の結果は、次の累積加算演算を用いても得
られ、この場合、高速演算処理が可能になる。まず、上
記式1を次ように書き替える。 X (xi,yj)=A11・xi + A12・yj + Xo' Y (xi,yj)=A21・xi + A22・yj + Yo' Z (xi,yj)=A31・xi + A32・yj + Zo' ただし、A11= cosθγ・ cosθβ A12= cosθγ・ sinθβ・ sinθα− sinθγ・ cos
θα A21= sinθγ・ cosθβ A22= sinθγ・ sinθβ・ sinθα+ cosθγ・ cos
θα A31=− sinθβ、 A32= cosθβ・ sinθα この書き替えた式から、次の関係が成立する。 X (xi,yj)=X (xi-1,yj)+A11 Y (xi,yj)=Y (xi-1,yj)+A21 Z (xi,yj)=Z (xi-1,yj)+A31 上記関係は、初期値さえ計算すれば、その後の計算は、
累積加算演算で達成できることを示している。
【0117】また、上記実施例では血流の方向が相違す
る部分には異なる色相、即ち赤あるいは青で表示させて
いたが、同一の色相で表示させるようにしてもよい。こ
の場合には、血流方向と超音波ビーム方向との角度に依
存して色相が変わってしまう、いわゆる角度依存性や、
高速血流の場合に発生する折り返し現象によって同一血
管内であっても色相が変わってしまう性質を考慮して診
断する必要がなくなる。
【0118】また、上述した実施例では複数の圧電振動
子を並設してなる超音波プローブを用いているが、複数
の圧電振動子を2次元状に配列してなる超音波プロー
ブ、いわゆる2次元アレイプローブを用いてもよい。こ
の場合には、3次元スキャンを高速で行なうことができ
る上、そのラスタ方向が送信系の遅延レートパルスから
予め分かっていることから位置検出装置により位置情報
を検出する必要がない。
【0119】また、上述した実施例では、作成した複数
の投影像を連続的に表示し、360度回転させている
が、所望の角度範囲内、例えば0度から60度の範囲内
の投影像だけを連続的に表示したり、その範囲内で左右
回転を繰り返して表示するように指示を与えることがで
きるようにしてもよい。また、その角度範囲を少しずつ
づらしながら表示できるようにしてもよい。例えば0度
から60度の範囲内の投影像の連続表示が一通り終了し
た後に今度は10度から70度の範囲内の投影像を連続
表示させるように、角度範囲を変えずに10度ずつづら
しながら表示する。もちろん、これらの表示方法は一例
であり、他の表示方法で表示できるようにしてもよい。
【0120】また、最近、複数の断層像から特定の血管
の連続性をパターン認識技術により判断し血管の連続画
像を作成することが行われているが、この技術を本発明
に加えて血流の連続画像を作成してもよい。この場合、
次のような表示方法が考えられる。血流の連続性を認識
し、連続した血流を幾つかのグループ、例えば主流グル
ープ(主幹血管の血流)と支流グループ(分岐血管の血
流)、あるいは動脈グループと静脈グループ等に分割
し、各グループ毎に色相を変えて表示したり、指定した
グループだけを表示する。この表示によって血流診断の
精度および効率を向上させることができる。
【0121】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、投
影方向の異なる複数の投影像を所定の順番で表示するこ
とによって、人間の「運動視差」と呼ばれる視覚特性に
よって、血流全体の様子を立体視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例のブロック図。
【図2】図1に示した3次元ディジタルスキャンコンバ
ータのブロック図。
【図3】第1実施例の3次元スキャンを説明する図。
【図4】血流像の3次元メモリ空間への分布を説明する
図。
【図5】第1実施例の投影処理を説明する模式図。
【図6】複数の投影像の切り替え表示の概要に示した
図。
【図7】第2実施例のブロック図。
【図8】図7に示した3次元ディジタルスキャンコンバ
ータのブロック図。
【図9】第2実施例の3次元スキャンを説明する図。
【図10】第3実施例のブロック図。
【図11】図10に示した3次元ディジタルスキャンコ
ンバータのブロック図。
【図12】図10に示した位置検出装置の斜視図。
【図13】Bモード投影像の作成処理を説明する図。
【図14】血流投影像とBモード投影像の画素データの
構造を示す図。
【図15】血流投影像とBモード投影像の合成像の連続
表示の概要を示す図。
【図16】第4実施例のブロック図。
【図17】図16に示した3次元ディジタルスキャンコ
ンバータのブロック図。
【図18】第5実施例のブロック図。
【図19】図18に示した3次元ディジタルスキャンコ
ンバータのブロック図。
【図20】第5実施例の3次元スキャンを説明する図。
【図21】第5実施例の投影処理を説明するための模式
図。
【図22】ハンドヘルドタイプの位置検出装置を示す斜
視図。
【図23】モニタに表示される3次元スケールを示す
図。
【符号の説明】
1…位置検出装置、2…プローブ、3…送信系、7…受
信系、11…Bモード処理系、15…カラーフローマッ
ピング処理系、21…ディジタルスキャンコンバータ、
28…3次元ディジタルスキャンコンバータ、22…表
示系、27…操作スイッチ、28…システムコントロー
ラ。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検体の3次元領域を超音波ビームで走査
    することにより、エコー信号を収集する手段と、 前記エコー信号を用いて血流情報を作成する手段と、 前記血流情報をその収集位置に応じて分布して3次元血
    流情報を構築する手段と、 前記3次元血流情報を用いて投影方向の異なる複数の投
    影像を生成する手段と、 前記複数の投影像を所定の順番で表示する手段とを具備
    する超音波診断装置。
  2. 【請求項2】被検体の3次元領域を超音波ビームで走査
    することにより、エコー信号を収集する手段と、 前記エコー信号を用いて断層像を生成する第1手段と、 前記エコー信号を用いて血流情報を作成する手段と、 前記血流情報をその収集位置に応じて分布して3次元血
    流情報を構築する手段と、 前記3次元血流情報を用いて所定の投影方向の投影像を
    生成する第2手段と、 前記投影像と前記断層像とから合成像を生成する第3手
    段と前記合成像を表示する手段とを具備する超音波診断
    装置。
  3. 【請求項3】被検体の3次元領域を超音波ビームで走査
    することにより、エコー信号を収集する手段と、 前記エコー信号を用いて断層像を生成する手段と、 前記断層像を用いて投影方向の異なる複数の投影像を生
    成する第1手段と、 前記エコー信号を用いて血流情報を作成する手段と、 前記血流情報をその収集位置に応じて分布して3次元血
    流情報を構築する手段と、 前記3次元血流情報を用いて投影方向の異なる複数の投
    影像を生成する第2手段と、 前記第1手段と前記第2手段で生成された同一投影方向
    の各投影像を合成した複数の投影合成像を生成する第3
    手段と、 前記複数の投影合成像を所定の順番で表示する手段とを
    具備する超音波診断装置。
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