JPH06254097A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、Ｂモード画像とＣＦＭ画像を
組み合わせた３次元表示を実現し得る超音波診断装置を
提供することである。 【構成】本発明は、プローブ１を移動しながら被検体内
３次元空間を超音波走査する手段と、プローブ１の位
置、姿勢を検出する位置検出装置２と、プローブ１から
の受信信号を用いて３次元空間内の組織情報と移動体の
移動情報を得る手段と、組織情報から関心部分の輪郭像
を抽出する手段と、移動情報から血流像を抽出する手段
と、プローブ１の位置および姿勢情報に基づいて輪郭像
と血流像を３次元空間に分布して３次元分布情報を得、
上記３次元空間に対して視点を変えながらその各位置で
上記３次元分布情報を投影処理して複数の２次元画像を
生成する３次元ディジタルスキャンコンバータ２７と、
上記２次元画像を所定の順番で連続的に表示する表示系
２６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波プローブからの
受信信号を用いて組織情報と移動体の移動情報を得る超
音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の超音波診断装置は、超音
波プローブからの受信信号の信号強度、つまり反射エコ
ー強度を測定して被検体の組織像（以下Ｂモード画像と
いう）を生成するＢモード処理系と、この送受信信号に
含まれるドプラ効果による偏移周波数情報を測定して所
望の速度で移動する移動体、つまり血球の移動像（以下
カラーフローマッピング（ＣＦＭ）画像という）を生成
するＣＦＭ処理系とを備え、両画像を合成して、または
一画面に分割して表示することができ、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、また腫瘍とその栄養血管を同
時に観察することができるというＸ線撮影装置やＸ線コ
ンピュータトモグラフィ装置や磁気共鳴イメージング装
置といった他のモダリティにはない独自性を備えた循環
器系の医療現場においては不可欠な装置である。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て、より実時間に近い動体
計測が可能となり急速に普及してきた。

【０００３】ところで近年、Ｘ線コンピュータトモグラ
フィ装置や磁気共鳴イメージング装置の分野では、骨格
や内臓や脳等の３次元表示が既に実用の域に達してい
る。また、頭蓋骨と脳内動脈瘤を同時に表示して手術シ
ミュレーションに適用する試みもなされている（メディ
カルレビューＮｏ．４６，ｐｐ２５〜４２，１９９
２）。

【０００４】これに対し、上述した従来の超音波診断装
置でも、Ｂモード画像の３次元表示（谷口他：「臨床応
用可能な超音波３次元装置の開発」、第６０回日本超音
波医学会講演論文集ｐｐ．１７〜１８，１９９２等）
や、ＣＦＭ画像の３次元表示（特願平３−２１３６２５
号）に見られるように、３次元表示の開発が盛んになっ
てきた。しかし、これらの３次元表示方法は、Ｂモード
画像とＣＦＭ画像のいずれか一方の単独の表示方法であ
り、両画像を組み合わせて３次元表示することはでき
ず、組織と血管との関係、例えば腫瘍とその栄養血管の
関係を提供することはできなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に対処すべくなされたもので、その目的は、Ｂモード
画像とＣＦＭ画像を組み合わせた３次元表示を実現し得
る超音波診断装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、超音波を送受
信する超音波プローブを移動しながら被検体内の所望の
３次元空間内を超音波で走査する手段と、上記プローブ
の位置および姿勢を検出する手段と、上記プローブから
の受信信号に基づいて上記３次元空間内の組織情報と上
記３次元空間内の移動体の移動情報を得る手段と、上記
組織情報から関心部分の輪郭像を抽出する手段と、上記
移動情報から血流像を抽出する手段と、上記検出手段か
らの上記プローブの位置および姿勢情報に基づいて、上
記輪郭像と上記血流像を３次元空間に分布して３次元分
布情報を得る手段と、上記３次元空間に対して視点を変
えながらその各位置で上記３次元分布情報を投影処理し
て複数の２次元画像を生成する手段と、上記２次元画像
を所定の順番で連続的に表示する手段とを具備する。

【０００７】

【作用】本発明によれば、組織情報から抽出した関心部
分の輪郭像と血流像の各像を３次元空間に分布して３次
元分布情報を作成し、視点を変えながらその各位置で３
次元分布情報を投影処理して複数の２次元画像を生成
し、これらの２次元画像を所定の順番で連続的に表示す
ることで、人間の運動視差と呼ばれる視覚特性によって
関心部分の立体構造と血流像の立体構造とを同時に把握
することができる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明による超音
波診断装置の一実施例を説明する。なお、超音波診断装
置のスキャン方式にはリニア走査、セクタ走査等がある
が、ここではセクタ走査を例にとって説明するものとす
る。

【０００９】図１は本実施例の構成を示すブロック図で
ある。図１において１は複数の圧電振動子を並設してな
る超音波プローブ（以下単に「プローブ」と略す）であ
る。このプローブ１は位置検出装置２に支持されてい
て、その位置や姿勢が検出されるようになっている。

【００１０】位置検出装置２は例えば図２に示すように
構成される。５０は滑車５１により自在に移動できる支
持台であり、この支持台５０の上面には支柱５２がＺ軸
に平行な１軸に沿って旋回可能に設置されていて、この
支柱５２の上端にはアーム５３がＸ軸に平行な２軸に沿
って起倒可能に設けられ、このアーム５３の先端にはア
ーム５４がＸ軸に平行な３軸に沿って回転可能に設けら
れる。このアーム５４の先端にはブロック５５を介して
Ｌ字形のＬ字ブロック５６がＹ軸に平行な４軸に沿って
回転可能に接続され、Ｌ字ブロック５６の一端にはブロ
ック５７を介して装着ブロック５８が４軸に直交する５
軸に沿って回転可能に接続される。装着ブロック５８は
プローブ１を５軸に直交する６軸に沿って回転自在に装
着する。したがって、位置検出装置２はプローブ１を任
意の位置でかつ任意の姿勢で支持することができ、さら
に各軸の角度でプローブ１の現在位置Ｐ₀ （ｘ₀ ，
ｙ₀ ，ｚ₀ ）や姿勢、つまりＸ軸に対するプローブ１の
長軸の傾斜角度α、Ｙ軸に対するプローブ１の長軸の傾
斜角度βおよびＺ軸に対するプローブ１の長軸の傾斜角
度γを検出することができるようになっている。なお位
置検出装置２で検出したプローブ１の現在位置および姿
勢の情報を位置データと称して以下の説明で使用する。

【００１１】プローブ１には、送信系３と受信系７が接
続される。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、送信時にプローブ１の各振動子に
送信パルスを供給する。パルス発生器４はレートパルス
を発生する。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、所定の方向へ超音波ビームを集束
させるべく各振動子毎に異なる遅延時間を与える。パル
サ６は、送信遅延回路５からの遅延レートパルスにした
がってプローブ２の各振動子に送信パルスを供給する。
送信系３からの送信パルスによりプローブ１から超音波
ビームが被検体Ｐ内に送信されると、被検体Ｐ内の異な
る音響インピーダンスの境界部で反射し、再度プローブ
２で受信される。この受信信号は受信系７に供給され
る。

【００１２】受信系７はプリアンプ８、受信遅延回路
９、加算器１０を備える。プリアンプ８は、受信信号を
所定のレベルまで増幅する。受信遅延回路９は、プリア
ンプ８で増幅された受信信号を受けて、この受信信号に
送信遅延回路５で与えた遅延時間と逆の遅延時間を与え
る。加算器１０は受信遅延回路９からの出力を加算す
る。この加算信号は、Ｂモード処理系１１とカラーフロ
ーマッピング（ＣＦＭ）処理系１５に供給される。

【００１３】Ｂモード処理系１１は、対数増幅器１２、
包絡線検波回路１３、アナログディジタル変換器（Ａ／
Ｄ）１４を備える。対数増幅器１２は、受信系７からの
加算信号を受けて、これを対数増幅する。包絡線検波回
路１３は、対数増幅器１２からの出力の包絡線の検波処
理を行う。包絡線検波回路１３からの検波信号は、アナ
ログディジタル変換器１４を介してＢモード処理系１１
から出力される。

【００１４】カラーフローマッピング処理系１５は、位
相検波回路１６、アナログディジタル変換器１７、ムー
ビング・ターゲット・インジケータ（ＭＴＩ；Moving T
arget Indicator ）フィルタ１８、自己相関器１９、演
算部２０を備える。位相検波回路１６は、受信系７から
の加算信号を受けて、これから高周波成分を除去すると
共に直交位相検波処理を行う。位相検波回路１６からの
出力はアナログディジタル変換器１７を介してＭＴＩフ
ィルタ１８に送られる。ＭＴＩとは、レーダ分野で常用
されている技術であり、設定した移動目標だけをドップ
ラ効果を利用して抽出する技術である。ＭＴＩフィルタ
１８は、この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
間の位相変化に基づいて、受信信号に含まれる心臓の壁
等のように比較的動きの遅い移動体からの不要なクラッ
タ成分を除去し、移動目標すなわち血球からの反射成分
だけを抽出するものである。

【００１５】自己相関器１９は、ＭＴＩフィルタ１８か
らの出力を用いて２次元多数点の出力レベルについてリ
アルタイムで周波数分析する。自己相関処理は、ＦＦＴ
（高速フーリエ変換）処理より演算数が著しく少ない演
算数で周波数分析を実現できるので、リアルタイム処理
を要する装置に多用されている処理である。演算部２０
は、この自己相関器１９の出力を受けて、各点の平均速
度や分散やパワー等の情報を計算する。この情報は、２
次元のディジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）２１に
送られる。

【００１６】ディジタルスキャンコンバータ２１は、Ｂ
モード処理系１１やＣＦＭ処理系１５からの各出力を受
けて、２次元のＢモード画像やＣＦＭ画像を各別に生成
する。このディジタルスキャンコンバータ２１には、２
次元画像の表示系２２と３次元画像の表示系２６が接続
される。表示系２２は、カラー処理回路２３、ディジタ
ルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器２４、カラーモニタ２５を
備え、ディジタルスキャンコンバータ２１からのＢモー
ド画像やＣＦＭ画像をそれぞれ白黒でまたはカラーで表
示する。

【００１７】他方の表示系２６は、本発明の主要部であ
る３次元ディジタルスキャンコンバータ（３Ｄ−ＤＳ
Ｃ）２７、ディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器２８、
カラーモニタ２９を備え、Ｂモード画像とＣＦＭ画像を
組み合わせた３次元画像を作成し、これを表示する。

【００１８】３次元ディジタルスキャンコンバータ２７
は図３に示すように構成される。すなわち、３次元ディ
ジタルスキャンコンバータ２７は中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）３３を各構成要素の制御および３次元画像処理の中
枢として、この中央処理装置３３からのＣＰＵバス３４
に各構成要素が枝状に接続されてなる。ディジタルスキ
ャンコンバータ２１からの各Ｂモード画像は切替器３５
の切替え操作により、スライス枚数分用意されたＢ画像
用イメージメモリ３６1 〜３６n に保持される。これら
Ｂ画像用イメージメモリ３６1 〜３６n はＣＰＵバス３
４に相互接続される。同様に、ディジタルスキャンコン
バータ２１からの各ＣＦＭ画像は切替器３７の切替え操
作により、スライス枚数分用意されたＣＦＭ画像用イメ
ージメモリ３８1 〜３８n に保持される。これらＣＦＭ
画像用イメージメモリ３８1 〜３８n はＣＰＵバス３４
に相互接続される。

【００１９】このＣＰＵバス３４には上述した位置検出
装置２が接続されていて、位置検出装置２が検出したプ
ローブ１の位置および姿勢の位置データが入力される。
また、ＣＰＵバス３４には上述したシステムコントロー
ラ３１が接続され、操作スイッチ３０から入力した関心
部位の輪郭のトレース情報が入力される。

【００２０】また、このＣＰＵバス３４には、実空間に
対応した３次元メモリ空間を有するＢ画像用３次元デー
タメモリ３９とＣＦＭ画像用３次元データメモリ４０が
接続される。操作スイッチ３０からシステムコントロー
ラ３１を介して入力された関心部位の輪郭のトレース情
報は、中央処理装置３３の書き込み制御のもと当該Ｂモ
ード画像を収集したときのプローブ１の位置データに基
づいて３次元座標変換されＢ画像用３次元データメモリ
３９の３次元メモリ空間の該当位置に順次書き込まれ
る。また、ＣＦＭ画像用イメージメモリ３８1 〜３８n
の各ＣＦＭ画像は中央処理装置３３で血管像を抽出さ
れ、中央処理装置３３の書き込み制御のもと当該Ｂモー
ド画像を収集したときのプローブ１の位置データに基づ
いて３次元座標変換されＣＦＭ画像用３次元データメモ
リ４０の３次元メモリ空間の該当位置に順次書き込まれ
る。

【００２１】さらにＣＰＵバス３４には、複数でかつ同
じ枚数のＢ画像用投影メモリ４１1〜４１m とＣＦＭ画
像投影メモリ４２1 〜４２m が接続される。Ｂ画像用３
次元データメモリ３９の３次元分布情報は、中央処理装
置３３で設定した複数の視点から投影され、これら投影
画像はそれぞれＢ画像用投影メモリ４１1 〜４１m に送
られ保持される。また、同様に、ＣＦＭ画像用３次元デ
ータメモリ４０の３次元分布情報は、Ｂ画像用３次元デ
ータメモリ３９の３次元分布情報を投影したときと同じ
複数の視点で投影され、これら投影画像はそれぞれＣＦ
Ｍ画像投影メモリ４２1 〜４２m に送られ保持される。

【００２２】Ｂ画像用投影メモリ４１1 〜４１m には切
替器４３が接続され、ＣＦＭ画像投影メモリ４２1 〜４
２m には切替器４４が接続される。切替器４３と切替器
４４は同期して同じ視点から投影した２種の投影画像を
それぞれ１枚ずつ選択的にカラー処理回路４５に出力す
る。カラー処理回路４５では両投影画像を合成し、この
合成画像をカラーバーを用いてＲ，Ｇ，Ｂの各カラー信
号に変換し出力する。

【００２３】３次元ディジタルスキャンコンバータ２７
からカラー処理回路４５を介して出力された合成画像
は、ディジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ）２８を介して
カラーモニタ２９に表示される。

【００２４】３０は、カラーモニタ２９に表示されたＢ
モード画像の関心部位（腫瘍）の輪郭を手入力でトレー
スするためのマウスやデバイダの如き操作スイッチ（Ｓ
Ｗ）である。操作スイッチ３０からのトレース情報（操
作軌跡）は、システムコントローラ３１を介して３次元
ディジタルスキャンコンバータ２７に送られる。３次元
ディジタルスキャンコンバータ２７は、このトレース情
報を現に保持しているＢモード画像に重ね合わせ、この
重ね合わせた画像をカラーモニタ２９に表示させる。次
に本実施例の作用について説明する。

【００２５】プローブ１がオペレータによって被検体Ｐ
の体表面を移動される。その各位置でプローブ１は送信
系３によって駆動され２次元スキャンを繰り返す。この
各２次元スキャンにより得られたエコー情報は、Ｂモー
ド処理系１１とカラーフローマッピング処理系１５に送
られ、各処理系１１，１５でそれぞれＢモード画像とＣ
ＦＭ画像に生成され、ディジタルスキャンコンバータ２
１に送られる。

【００２６】このとき２次元スキャンを繰り返したとき
の各位置のプローブ１の位置や姿勢が位置検出装置２で
検出される。この位置データは、３次元ディジタルスキ
ャンコンバータ２７に送られる。

【００２７】ディジタルスキャンコンバータ２１から各
Ｂモード画像と各ＣＦＭ画像が順次３次元ディジタルス
キャンコンバータ２７に出力される。３次元ディジタル
スキャンコンバータ２７は、各Ｂモード画像を切替器３
５の切替え操作により順番にＢ画像用イメージメモリ３
６1 〜３６n に保持し、また各ＣＦＭ画像を切替器３７
の切替え操作により順番にＣＦＭ画像用イメージメモリ
３８1 〜３８n に保持する。

【００２８】そして、３次元ディジタルスキャンコンバ
ータ２７はこれら保持した画像を用いて３次元画像を生
成する。図４は３次元ディジタルスキャンコンバータ２
７による３次元画像生成処理の概略的な流れを示す図で
ある。

【００２９】まず、３次元ディジタルスキャンコンバー
タ２７はＣＦＭ画像用イメージメモリ３８1 〜３８n に
保持されている各ＣＦＭ画像を多値化、ここでは４値化
して、血管像を抽出する。なお、ＣＦＭ画像から血管像
を抽出するのは比較的容易である。なぜなら、既にＭＴ
Ｉフィルタ１８によって血流成分のみが抽出されてい
て、ＣＦＭ画像上の像はすべて血管像であるので、比較
的ラフなしきい値でしきい値処置を行うことにより血管
部分を抽出できる。ＣＦＭ画像は、血流の方向、速度、
分散などの血流情報を有しているので、ここではＣＦＭ
画像の各画素の画素値を以下のような４種のデータのい
ずれかに置換する。 ０…スキャン範囲外 １ … 血流なし ２ … 向かってくる血流 ３ … 遠ざかる血流

【００３０】一方、Ｂモード画像を２値化して、腫瘍な
どの関心部位の輪郭を抽出することは非常に困難であ
り、現状では完全に自動化できる方法は存在しない。そ
こでここではＢモード画像用イメージメモリ３６1 〜３
６n に保持されている各Ｂモード画像をカラーモニタ２
９に表示し、マウス等の操作スイッチ３０でオペレータ
が手入力で各Ｂモード画像の当該関心部位の輪郭をトレ
ースする。なお、輪郭線上の画素の画素値は２に、また
それ以外の背景部分の画素の画素値は０に置換する。

【００３１】次に上述した各スライスの４値画像および
２値画像をそれぞれＢ画像用３次元データメモリ３９や
ＣＦＭ画像用３次元データメモリ４０の３次元メモリ空
間に展開する。この展開処理に必要な３次元座標変換処
理は次のように行われる。

【００３２】すなわち、中央処理装置３３に位置検出装
置２から２次元スキャンしたプローブ１の各位置の位置
データが供給される。この位置データは上述したよう
に、プローブ１の現在位置Ｐ₀ （ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）や
Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸に対する角度（α，β，γ）である。
中央処理装置３３はこの各スライス毎の位置データを用
いて各４値画像および各２値画像の２次元座標を３次元
座標に変換する。図５はＢ画像用３次元データメモリ３
９やＣＦＭ画像用３次元データメモリ４０の３次元メモ
リ空間を模式的に示した図である。各画像の基準位置
は、各スライスで検出したＰ₀ （ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）で
ある。（Ｘ，Ｙ）を２次元の画像のアドレス、（ｘ，
ｙ，ｚ）を３次元座標変換後の３次元空間のアドレスと
する。

【００３３】まず、３次元空間におけるＸ軸の回りの回
転パラメータＡは次式（１）のように、Ｙ軸の回りの回
転パラメータＢは次式（２）のように、Ｚ軸の回りの回
転パラメータＣは次式（３）のように表される。

【００３４】

【数１】

【００３５】したがって、（Ｘ，Ｙ）から（ｘ，ｙ，
ｚ）への３次元座標変換は式（４）で表すことができ
る。なお式（４）において、（ｘ₀ ′，ｙ₀ ′，
ｚ₀ ′）は、当該Ｐ₀ （ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）から、３次
元スキャンにおける全スライス中の中心に位置するスラ
イス（例えば１００スライススキャンであれば、５０番
目のスライス）のＰ₀ （ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）の値を引い
たものである。

【００３６】

【数２】

【００３７】ただし、この３次元座標変換は位置検出装
置２が認識しているＸＹＺ座標系に対して行われるが、
後述するように投影画像は視点を３次元メモリ空間のｘ
ｙｚ座標系のｙ軸の回りで回転しながら作成されるの
で、ｙ軸を回転中心に変更する、換言すると視点をｙ軸
を中心に移動するために、さらに以下のような座標変換
を行う。ここでは、３次元スキャンの中心のスライスが
回転軸の中心になるように座標変換処理を行う。３次元
スキャンの中心のスライスの回転角α_c 、β_c 、γ_c と
すると、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の座標系の各軸に対する回転
パラメータＡ_c ^-1，Ｂ_c ^-1，Ｃ_c ^-1はそれぞれ次式
（５），（６），（７）のように定義することができ
る。

【００３８】

【数３】

【００３９】そして、これら回転パラメータＡ_c ^-1，Ｂ
_c ^-1，Ｃ_c ^-1を次式（８）に示すように式（４）で得た
（ｘ，ｙ，ｚ）に適用すると、３次元メモリ空間のｘｙ
ｚ座標系の３次元座標（ｘ´，ｙ´，ｚ´）を得ること
ができる。

【００４０】

【数４】

【００４１】なお、（Ａ_c ^-1・Ｂ_c ^-1・Ｃ_c ^-1）・（Ｃ
・Ｂ・Ａ）の行列に対しては元の２次元座標を変換すれ
ば良いので、視点の移動を行っても処理時間は殆ど変わ
らない。

【００４２】中央処理装置３３は２値画像や４値画像の
全ての画素（Ｘ，Ｙ）に対してこの３次元座標変換を行
い３次元座標に変換する。この３次元座標に基づいて、
２値画像はＢ画像用３次元データメモリ３９の３次元メ
モリ空間に展開され、４値画像はＣＦＭ画像用３次元デ
ータメモリ４０の３次元メモリ空間に展開される。

【００４３】次にこの３次元座標変換後のデータが書き
込まれなかった３次元メモリ空間の領域について補間処
理を行う。上記視点の変換により、３次元スキャンの中
心スライスがｘ−ｙ平面にあるので、ｚ軸方向がほぼ超
音波スキャンの直交方向（スライス方向）と考えられ
る。スライスピッチは２次元スキャンの走査線ピッチに
比べて著しく大きので、音場的には、このスライス方向
の分解能が悪く、補間処理はこのスライス方向に沿って
行うことが望ましい。なお、この補間処理はＢモード画
像用３次元データメモリ３９とＣＦＭ画像用３次元デー
タメモリ４０の各３次元分布情報について個々に行う。
補間処理は次のように行われる。すなわち、ｚ軸と平行
に各画素の値を連続的に検索する。このとき画素値１以
上の２点の間に画素値が０の点があったとき（つまり像
情報のない画素が像情報を持つ画素に挟まれていると
き）、その画素値０の点の場所に、画素値１以上の２点
の大きい値を選択的に画素値０に置換して補間処理を行
う。但し、１以上の２点の間に画素値０の点が一定個数
以上（例えば３２点）あったならば、像は非連続である
と判断して当該画素値０の点については補間処理を行わ
ない。

【００４４】以上のような処理により３次元の血管像、
３次元の腫瘍の輪郭像がＢモード画像用３次元データメ
モリ３９とＣＦＭ画像用３次元データメモリ４０に格納
されると、３次元表示のための画像、すなわち視点の異
なる複数枚の投影画像の作成処理が開始される。ここで
は、Ｂモード画像用３次元データメモリ３９とＣＦＭ画
像用３次元データメモリ４０の各３次元メモリ空間内で
同じように視点を移動しながら同じ各位置で各３次元分
布情報を投影処理した複数枚の投影画像を作成し、各投
影画像を所定の時間間隔で視点の移動経路に沿った順番
で表示することで、人間の運動視差を利用してあたかも
血管および腫瘍の立体模型が回転する如く立体的に表示
する。このときの表示法は以下に記載するように複数の
表示法があり、適宜選択して使用する。 ［表示法１］

【００４５】表示法１は、腫瘍の輪郭像の表面像と血管
の表面像とを視点をｙ軸の回りで回転させながら表示す
る本実施例の基本となる表示法である。このときの色相
および輝度処理は、腫瘍の輪郭を灰色で、向かってくる
血管を赤色で、遠ざかる血管を青色で表現し、また視点
からの距離に応じて明るさを変えるように行う。これに
よってオペレータはその運動視差によってあたかも血管
および腫瘍の立体模型が回転する如く立体的に知覚する
ことができる。図６はこの表示法による表示順序を示す
図であり、（ａ）は視点の位置がｙ軸の回りの初期位
置、つまり角度０°のときの画像で、（ｂ）は４５°、
（ｃ）は９０°のときの画像である。実際には、腫瘍お
よび周囲の血管が３次元空間を連続回転するかのよう
に、５°間隔で投影画像を作成し、これらを連続的に表
示することが望ましい。 ［表示法２］

【００４６】表示法２は、表示法１において腫瘍像の一
部をカットして投影像を作成し、それを表示する表示法
である。例えば図６（ａ）の腫瘍の一部をカットした画
像は、図７（ａ）のようになる。 ［表示法３］表示法３は、表示法１の腫瘍像を半透明で
表示する表示法である。この画像は図７（ｂ）のように
なる。 ［表示法４］

【００４７】表示法４は、視点を腫瘍の内側に設定した
状態での、表示法１（腫瘍表面表示、血管表面表示）ま
たは表示法３（腫瘍半透明表示、血管表面表示）の表示
法である。視点を腫瘍の内側に設定した状態で表示法１
を適用したときの画像は図７（ｃ）のようになり、表示
法３を適用したときの画像は図７（ｄ）のようになる。 ［表示法５］表示法２で、腫瘍像の一部をカットした部
分に、Ｂモード画像をそのまま断面変換しただけで挿入
する。この画像は図７（ｅ）のようになる。次に上述の
各表示法を実施するための処理手順について説明する。

【００４８】まず、表示法１の処理手順について説明す
る。Ｂモード画像用３次元データメモリ３９とＣＦＭ画
像用３次元データメモリ４０には、３次元メモリ空間に
展開された血管像、腫瘍の輪郭像の３次元分布情報が保
持されている。いずれの処理手順も同じであるのでここ
では血管像の処理手順のみ説明し、腫瘍の輪郭像の処理
手順は省略する。血管の３次元分布情報に対して視点を
移動しながら各位置で回転表示のための投影画像を作成
する。ｙ軸の回りに角度θだけ視点を回転させた時の回
転後の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する回転前の座標（ｘ，
ｙ，ｚ）は次式（９）で求められる。

【００４９】

【数５】

【００５０】次に、回転後のＸＹＺ座標系のＺ軸方向か
ら見た投影画像を求める。なおここでは投影処理は、す
べての投影ラインがＺ軸に平行な平行投影で行われる。
中央処理装置３３は、Ｚ軸の大きい方から小さい方に順
次画素を探索してゆき、２以上の画素値を持つ画素が出
現したときに、当該探索を中止し、この画素のＺ座標お
よび当該画素値をＣＦＭ画像用投影メモリ４２1 〜４２
m のいずれかに出力し当該（Ｘ，Ｙ）の位置に保持させ
る。この処理手順は、一般にｚバッファアルゴリズムと
呼ばれている処理方法で実現される。なお、ここでは便
宜上、投影画像と呼んでいるが、正確には陰面消去され
た表面表示像である。投影ラインに沿って３次元メモリ
空間の最後の画素まで探索して、すべての画素の画素値
が０の場合は、ＣＦＭ画像用投影メモリ４２1 〜４２m
の同じメモリの当該（Ｘ，Ｙ）の位置に０を入れる。ま
た、途中に画素値１の画素があった場合は、同じメモリ
の当該（Ｘ，Ｙ）の位置に１を入れる。このような投影
処理を、視点を回転しながらその各位置で繰り返す。こ
れら複数の投影画像は視点の移動順に応じてそれぞれＣ
ＦＭ画像用投影メモリ４２1 〜４２m に順次格納され
る。例えば、間欠回転角度θを５．６２５°毎に変化さ
せた場合、３６０°の表示を行うためには６４回上記の
投影処理を繰り返し、得られた６４枚の投影画像をそれ
ぞれＣＦＭ画像用投影メモリ４２1 〜４２m に保持させ
る。

【００５１】なお、腫瘍の輪郭像の投影画像も、血管像
の処理手順と同じように作成され、視点の移動順に応じ
てそれぞれＢモード画像用投影メモリ４１1 〜４１m に
順次格納される。

【００５２】表示に際しては、切替器４３と４４とが同
期して切替え操作することで、Ｂモード画像用投影メモ
リ４１1 〜４１m の投影画像と、これと同じ視点で作成
したＣＦＭ画像用投影メモリ４２1 〜４２m の投影画像
とがそれぞれ１枚ずつ順次カラー処理回路４５に供給す
る。

【００５３】カラー処理回路４５では、Ｂモード画像用
投影メモリ４１1 〜４１m からの腫瘍の輪郭の投影画像
（各画素の画素値（Ｚ_B ，Ｄ_B ））と、ＣＦＭ画像用投
影メモリ４２1 〜４２m からの血管の投影画像（各画素
の画素値（Ｚ_C ，Ｃ_C ））とを１枚の画像に合成する。
なお、Ｚ_B とＺ_C は、投影処理の出現画素のＺ座標であ
り、Ｄ_B とＣ_C は２値化または４値化したときの値であ
る。カラー処理回路４５は表示法１のとき次のような処
理を行う。 Ｄ_B ＝２の時、合成画像の当該画素に白色情報を与え、
かつＺ座標のＺ_B に応じた輝度を与える。 Ｄ_B ≠２、かつ、Ｃ_C ＝０の時、合成画像の当該画素に
グレー情報を与える。

【００５４】Ｄ_B ≠２、かつ、Ｃ_C ＝１の時、合成画像
の当該画素に黒色情報を与える。 Ｄ_B ≠２、かつ、Ｃ_C ＝２の時、合成画像の当該画素に
赤色情報を与え、かつＺ_C に応じた輝度を与える。 Ｄ_B ≠２、かつ、Ｃ_C ＝３の時、合成画像の当該画素に
青色情報を与え、かつＺ_C に応じた輝度を与える。 こうして合成された複数の画像は、順次ディジタルアナ
ログ変換器２８を介してカラーモニタ２９に送られ連続
的に表示される。

【００５５】［表示法２］を行うためには、カットする
腫瘍の断面を最初に決定する必要がある。その決定方法
としては、マニュアルとオートを選択して用いる。マニ
ュアルでは、［表示法１］の回転画像を見ながら、まず
最適な断面のある投影像を選択する。次に、カットする
断面の深さを決めるために、腫瘍像の部分をマウスで指
定する。指定された場所のＺ_B の値をＺ_BTとすると、
「Ｄ_B ＝２であっても、Ｚ_B ＞Ｚ_BTならば、Ｄ_B ≠２の
時と同様の処理を行う」という処理を上述の合成処理に
追加することにより、深さがＺ_BTより手前にある腫瘍の
部分をカットすることが出来る。なお、オートのとき、
Ｚ_BTの値を自動的に少しずつ変えていくことで、カット
する断面を連続的に変えて表示することが出来る。［表
示法３］での合成処理は以下の条件のもとで行われる。 Ｄ_B ≠２、Ｃ_C ＝０の時は、合成画像の当該画素にグレ
ー情報を与える。 Ｄ_B ≠２、Ｃ_C ＝１の時は、合成画像の当該画素に黒色
情報を与える。 Ｄ_B ≠２、Ｃ_C ＝２の時は、合成画像の当該画素に赤色
情報を与え、かつＺ_C に応じた輝度を与える。 Ｄ_B ≠２、Ｃ_C ＝３の時は、合成画像の当該画素に青色
情報を与え、かつＺ_C に応じた輝度を与える。 Ｄ_B ≠２、Ｃ_C ≦１の時は、合成画像の当該画素に白色
情報を与え、かつＺ_B に応じた輝度を与える。 Ｄ_B ≠２、Ｃ_C ＝２の時は、合成画像の当該画素に赤紫
色情報を与え、かつＺ_C に応じた輝度を与える。 Ｄ_B ≠２、Ｃ_C ＝３の時は、合成画像の当該画素に青紫
色情報を与え、かつでＺ_C に応じた輝度を与える。 この合成処理により、視点から見て腫瘍の陰に隠れた血
管は、紫色系統の色で表現され、その存在を確認でき
る。［表示法４］を行うためには、投影ラインを腫瘍内
部の視点から放射状に配置して、視点から腫瘍外部に向
かって探索を進行すればよい。

【００５６】［表示法５］を行うためには、Ｂモード画
像の２値化を行わないで、もとのＢモード画像の階調の
ままのデータをＢモード画像用３次元データメモリ３９
に格納し、カットする範囲の部分に相当する断面の階調
データをＢモード画像用３次元データメモリ３９から読
出して血管の投影画像に合成する。

【００５７】このように本実施例によれば、Ｂモード画
像とＣＦＭ画像を組み合わせて３次元表示を行うことが
できる。この結果、次のような臨床的な有用性を達成す
ることができる。 １）例えば腫瘍は肝動脈、肝静脈、門脈のいずれかから
栄養を受けているのかといった腫瘍に栄養を提供してい
る栄養血管を特定することができる。 ２）組織や血管の３次元構造を、客観的な情報として伝
達および記録することができるので、カンファレンスや
患者への説明に用いることができる。 ３）組織や血管の３次元構造を直接表示でき、診断時間
の短縮化や診断精度の向上を図ることができる。 ４）腫瘍の像にその周辺の血管の像を組み合わせて３次
元表示することができるので、摘出範囲の決定等の手術
計画を優位に立案できる。 ５）腫瘍の像とその栄養血管の像を組み合わせて３次元
表示することができるので、エタノール塞栓術等の治療
後の治療効果の良否判定が容易になる。 ６）腫瘍の像とその栄養血管の像を組み合わせて３次元
表示することができるので、腫瘍が良性であるかまたは
悪性であるかという判定が容易になる。 本発明は上述した実施例に限定されることなく、種々変
形して実施可能である。

【００５８】

【発明の効果】本発明は、超音波を送受信する超音波プ
ローブを移動しながら被検体内の所望の３次元空間内を
超音波で走査する手段と、上記プローブの位置および姿
勢を検出する手段と、上記プローブからの受信信号に基
づいて上記３次元空間内の組織情報と上記３次元空間内
の移動体の移動情報を得る手段と、上記組織情報から関
心部分の輪郭像を抽出する手段と、上記移動情報から血
流像を抽出する手段と、上記検出手段からの上記プロー
ブの位置および姿勢情報に基づいて、上記輪郭像と上記
血流像を３次元空間に分布して３次元分布情報を得る手
段と、上記３次元空間に対して視点を変えながらその各
位置で上記３次元分布情報を投影処理して複数の２次元
画像を生成する手段と、上記２次元画像を所定の順番で
連続的に表示する手段とを具備する。

【００５９】したがって、本発明によれば、組織情報か
ら抽出した関心部分の輪郭像と血流像の各像を３次元空
間に分布して３次元分布情報を作成し、視点を変えなが
らその各位置で３次元分布情報を投影処理して複数の２
次元画像を生成し、これらの２次元画像を所定の順番で
連続的に表示することで、人間の運動視差と呼ばれる視
覚特性によって関心部分の立体構造と血流像の立体構造
とを同時に観察することができ、例えば腫瘍とその栄養
血管の関係を把握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超音波診断装置の一実施例の構成
を示すブロック図。

【図２】図１に示した位置検出装置の構造を示す外観
図。

【図３】図１に示した３次元ディジタルスキャンコンバ
ータの構成を示すブロック図。

【図４】本実施例による３次元表示の処理手順を示す
図。

【図５】図３に示した中央処理装置による３次元座標変
換処理を説明する図。

【図６】本実施例による回転表示を示す図。

【図７】本実施例による他の表示法を示す図。

【符号の説明】 １…プローブ、２…位置検出装置、３…送信系、７…受
信系、１１…Ｂモード処理系、１５…ＣＦＭ処理系、２
１…ディジタルスキャンコンバータ、２２，２６…表示
系、２７…３次元ディジタルスキャンコンバータ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送受信する超音波プローブを移
   動しながら被検体内の所望の３次元空間内を超音波で走
   査する手段と、 前記プローブの位置および姿勢を検出する手段と、 前記プローブからの受信信号に基づいて前記３次元空間
   内の組織情報と前記３次元空間内の移動体の移動情報を
   得る手段と、 前記組織情報から関心部分の輪郭像を抽出する手段と、 前記移動情報から血流像を抽出する手段と、 前記検出手段からの前記プローブの位置および姿勢情報
   に基づいて、前記輪郭像と前記血流像を３次元空間に分
   布して３次元分布情報を得る手段と、 前記３次元空間に対して視点を変えながらその各位置で
   前記３次元分布情報を投影処理して複数の２次元画像を
   生成する手段と、 前記２次元画像を所定の順番で連続的に表示する手段と
   を具備することを特徴とした超音波診断装置。
2. 【請求項２】 前記生成手段は、前記投影処理により前
   記３次元分布情報の中から前記視点から見て最初に出現
   する前記輪郭像上のデータまたは前記血流像上のデータ
   を抽出し前記２次元画像を生成することを特徴とした請
   求項１記載の超音波診断装置。
3. 【請求項３】 前記生成手段は、前記２次元画像から前
   記輪郭像の一部を除去する手段をさらに備えることを特
   徴とした請求項１記載の超音波診断装置。
4. 【請求項４】 前記表示手段は、前記視点からの距離に
   応じて色調と輝度の少なくとも一方を変化させながら前
   記２次元画像を表示することを特徴とした請求項１記載
   の超音波診断装置。
5. 【請求項５】 前記生成手段は、前記輪郭像の内部に前
   記視点を位置して前記２次元画像を生成することを特徴
   とした請求項１記載の超音波診断装置。