JPH07103994A

JPH07103994A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH07103994A
Application number: JP24807993A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Hashimoto; 敬介橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-10-04
Filing date: 1993-10-04
Publication date: 1995-04-21

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波ビーム走査の血流データ等を小容量の変
換テーブルでほぼリアルタイムにステレオ表示。【構成】プローブ１、セクタ走査部２及びＣＦＭ演算部
３からの血流カラーデータは、投影データ演算部４に供
給。演算部４は、入力バッファ１０、カラーデータ変換
回路１１、第１，第２メモリ１２ａ，１２ｂ、出力バッ
ファ１３を有し、書込み、読出し制御回路１４〜１７及
び中央制御回路１８を有する。メモリ１２ａ，１２ｂの
書込み制御回路１５は座標変換テーブル１５ａを有し、
プローブの走査断面直交方向の位置情報を受ける。中央
制御回路１８は入力器１９から２つの視点情報を受け
る。走査部２は２つの透視方向に各々一致させてビーム
走査。入力バッファ１０からのデータは、変換回路１１
で透視方向に各々投影後、メモリ１２ａ，１２ｂの透視
面位置に応じて各々記憶。この記憶データが出力バッフ
ァ１３、ＴＶ変換器５、モニタ６でステレオ表示。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、医療用の超音波診断
装置に係り、とくに、カラードプラ断層法（カラーフロ
ーマッピング（ＣＦＭ）を応用して血流などをステレオ
表示できるようにした超音波診断装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、血流などの流体情報を表示可能な
システムとしては、カラー・アンギオシステムが知られ
ている。このシステムは、例えば血流像を重ね書きして
リアルタイムに表示できるものである。

【０００３】また、アンギオシステムで得られたアンギ
オ像をステレオ方式で３次元表示するシステムもある。
このステレオ表示において投影像を得るには、第１段階
として、被検体のある３次元領域の血流データを３次元
のメモリ空間に取り込み、第２段階として、２つの投影
方向から見た場合の血流の位置を計算したり又はその位
置を座標変換テーブルで変換して求め、所望の投影像を
得ている。この投影像は、３次元メガネや液晶シャッタ
ーなどにより立体像に再生される。さらに、透視的ステ
レオ像を得る場合、一度、広範囲の画像データを多量の
メモリ空間に取り込み、その後、ある画像データの座標
を所望の視点から見た、投影プレーン上での座標に変換
する計算を計算機に行わせ、投影像を求めている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た座標変換テーブルを使って投影像の位置を得る場合、
例えば断層像の大きさが５１２×５１２ピクセル、投影
プレーンの幅が５１２ピクセルとすると、２¹⁹バイトの
大きな座標変換テーブルが必要になる。また計算によっ
て投影像の位置を求める場合、例えば５１２×５１２ピ
クセル全部についてデータの有無を調べ、データの存在
する位置では投影を行い、断層像の枚数だけそれを繰り
返すことになるので、演算時間が膨大になり、リアルタ
イム性が低下する。

【０００５】この発明は、上述したステレオ表示の際の
投影処理に係わる不都合に鑑みてなされたもので、超音
波に拠るカラーフローマッピング（ＣＦＭ）を使い、小
容量の座標変換テーブルながら、リアルタイム性良く透
視的なステレオ像を得ることことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるた
め、請求項１記載の発明では、２つの視点から個々に被
検体を透視する２つの透視方向を設定する設定手段と、
上記２つの透視方向を含む同一の断面において、それら
２つの透視方向に沿って超音波ビームを個々に走査させ
る走査手段と、この走査手段が２つの透視方向各々に超
音波ビームを走査したことにより得られた画像データ
を、上記透視方向に対向する面に各別に投影する投影手
段と、この投影手段により投影された２つの投影データ
群を個別に格納する格納手段と、前記超音波ビームを走
査させる断面を、その断面に直交する方向に順次移動さ
れたときに、上記格納手段に格納されている２つの２次
元投影データを同一のモニタにステレオ表示する表示手
段とを備えた。

【０００７】また請求項２記載の発明では、２つの視点
から個々に被検体を透視する２つの透視方向を設定する
設定手段と、上記２つの透視方向を含む同一の断面にお
いて、それら２つの透視方向に沿って超音波ビームを個
々に走査させる走査手段と、この走査手段が２つの透視
方向各々に超音波ビームを走査したことにより得られた
画像データを、上記透視方向に対向する面に各別に投影
する投影手段と、この投影手段により投影された２つの
投影データ群を個別に格納する格納手段と、前記超音波
ビームを走査させる断面を、その断面に直交する方向に
順次移動させる移動手段と、この移動手段によって断面
を移動させたときに、上記格納手段に格納されている２
つの２次元投影データを同一のモニタにステレオ表示す
る表示手段とを備えた。

【０００８】例えば、前記走査手段は、同一断面におけ
る超音波ビームによる２つの走査を心電同期信号を用い
て１心拍内で行う手段である。

【０００９】

【作用】設定手段により２つの視点から個々に被検体を
透視する２つの透視方向が設定される。そして、走査手
段により、その２つの透視方向を含む同一の断面におい
て、それら２つの透視方向に沿って超音波ビームが個々
に走査される。この走査により得られた画像データは、
投影手段により、透視方向に対向する面に各別に投影さ
れる。この投影された２つの投影データ群は格納手段に
より個別に格納される。超音波プローブを手動で移動さ
せたり、移動手段で移動させるなど、超音波ビームを走
査させる断面を、その断面に直交する方向に順次移動さ
せながら、上記走査手段及び投影手段に断面毎に上述し
た処理を繰り返させると、格納手段には２つの透視方向
に対応した２つの２次元投影データが個別に格納され
る。この２つの２次元投影データが表示手段により同一
モニタにステレオ像として表示される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図１〜図５を参
照して説明する。

【００１１】図１に示した超音波診断装置はカラーフロ
ーマッピングを適用した装置であり、セクタ電子プロー
ブ１と、このセクタ電子プローブ１に接続されたセクタ
電子走査部２、ＣＦＭ演算部３、投影データ演算部４、
ＴＶ変換器５、モニタ６、及びタイミング制御回路７と
を備えている。

【００１２】セクタ電子プローブ１は被検体内の断面を
セクタ走査可能な１次元アレイ構造を有する。このプロ
ーブ１を装置架台から支持するアーム１ａの所定屈曲部
分には、このプローブ１の体表面における所定方向の移
動位置を検出可能な位置検出器８が設置されている。こ
の位置検出器８は例えばポテンショメータなどからな
り、オペレータによってセットされたプローブ初期位置
（リセット位置）からの所定一方向における移動距離に
応じた位置信号を電気信号の形で投影データ演算部４に
供給する。

【００１３】セクタ電子走査部２は、プローブ励振用の
ディレイライン、パルサのほか、エコー信号受信時の整
相加算用のディレイライン、加算器を有し、セクタ電子
プローブ１を駆動してセクタ電子走査するようになって
いる。

【００１４】ＣＦＭ演算部３は、整相加算されたエコー
電気信号を９０度移相シフトさせた状態で検波する２系
統の検波回路、その２系統の検波信号を個別にデジタル
化するＡ／Ｄ変換器、２系統のデジタル検波信号に対す
るＭＴＩフィルタ、自己相関器、及び平均速度，分散，
パワーの各演算器を有し、この各演算器からカラードプ
ラ情報（血流データ）を投影データ演算部４に供給する
ようになっている。

【００１５】投影データ演算部４は、ＣＦＭ演算部３か
ら供給されたカラーデータ（カラー血流データ）を一時
記憶する入力バッファ１０と、この入力バッファ１０か
ら読み出されたカラーデータを後述する２つの投影方向
に応じて個々に投影するカラーデータ変換回路１１と、
このカラーデータ変換回路１１で変換された、２つの投
影面の投影データを個別に記憶する第１、第２メモリ
（リード・ライトメモリ）１２ａ，１２ｂと、この第
１、第２メモリ１２ａ，１２ｂから読み出された投影デ
ータを一時記憶する出力バッファ１３とを有する。これ
らの投影データ演算経路のデータ書込み・読出しを制御
する手段として、入力バッファ１０には書込み・読出し
回路１４が、第１，第２メモリ１２ａ，１２ｂには書込
み制御回路１５と読出し制御回路１６が、出力バッファ
１３には書込み・読出し回路１７が各々接続されてい
る。書込み制御回路１５は投影演算時の座標変換用テー
ブル１５ａを内臓すると共に、位置検出器８の検出信号
を入力して、書込み位置を制御するようになっている。
さらに、これらの制御回路１４〜１７は中央制御回路１
８からの指令信号に応じて駆動し、中央制御回路１８に
対してはオペレータが入力器１９を介して必要な情報を
入力できるようになっている。カラーデータ変換回路１
１は、中央制御回路１８の指令信号を直接受けて駆動す
る。

【００１６】ここで、この発明の原理に係る投影データ
の演算手法を投影データ演算部４の動作と伴に、図２〜
図５に基づき説明する。

【００１７】図２に示すように、被検体の所望診断域の
体表面に超音波プローブ１をセットする。このとき、予
め入力器１９からオペレータによって指令された視点情
報、即ち投影情報（透視情報）に基づき、超音波プロー
ブ１の上方に仮想の２つの視点Ｏ₁，Ｏ₂が設定され、
この２つの視点Ｏ₁，Ｏ₂から被検体の深度方向（Ｚ方
向）に距離Ｌ（図５参照）だけ離れた仮想の投影面ＰＰ
が想定される。つまり、超音波プローブ１のセクタ走査
によってスライスされるスライス面Ｓの下方に投影面Ｐ
Ｐが設定される。これにより、スライス面Ｓの大きさと
視点Ｏ₁，Ｏ₂の位置との関係から、投影面ＰＰに向か
う投影方向（透視方向ともいう）ＰＤ₁₁，ＰＤ_1n，ＰＤ
₂₁，ＰＤ_2nが図示の如く設定される。なお、視点Ｏ₁，
Ｏ₂の位置はスライス面Ｓの深度大方向の中心線に対し
て対称であっても、非対称であってもよく、必要に応じ
て設定できる。

【００１８】一方、超音波ビームは、図３に示すよう
に、あたかも視点Ｏ₁，Ｏ₂にビームの始点が在るかの
如く、投影方向ＰＤ₁₁〜ＰＤ_1n及びＰＤ₂₁〜ＰＤ_2nの範
囲内でセクタ走査される。例えば、視点Ｏ₁に超音波ビ
ームの始点を置いたときは、超音波プローブ１の整相加
算によって、ラスタＬＳ₁₁〜ＬＳ_1nまで順次セクタ走査
され、始点Ｏ₂に超音波ビームの始点を置いたときは、
同様に、ラスタＬＳ₂₁〜ＬＳ_2nまで順次セクタ走査され
る。しかも、それらのラスタの超音波ビームは図４に示
す如くスライス面Ｓに沿って（並行に）送受される。つ
まり、この発明では、ビーム走査時の超音波ビーム方向
と投影データ演算時の投影方向（視点方向）とが同一に
なっている。

【００１９】さらに、投影のための座標変換を図５に示
す。いま、一方の視点Ｏ₁の座標を（ｘ₀，ｙ₀）とし
（深度方向Ｚの位置は一定とする）、投影方向ＰＤ
₁₁（ラスタＬＳ₁₁に相当）上の点Ｂ₁（ｘ，ｙ）とし、
その投影方向ＰＤ₁₁の投影面ＰＰにおける位置Ｘ＝Ｘ₁
（Ｙの値は一定＝ｙ₀）とすると、

【数１】で変換される。次いで、投影方向ＰＤ₁₂（ラスタＬＳ₁₂
に概略、相当）上の点Ｂ₂（ｘ，ｙ）とし、その投影方
向ＰＤ₁₂の投影面ＰＰにおける位置Ｘ＝Ｘ₂（Ｙの値は
一定＝ｙ₀）とすると、同様に

【数２】で変換させる。次いで、投影方向ＰＤ₁₃（ラスタＬＳ₁₃
に概略、相当）上の点Ｂ₃（ｘ，ｙ）とし、その投影方
向ＰＤ₁₃の投影面ＰＰにおける位置Ｘ＝Ｘ₃（Ｙの値は
一定＝ｙ₀）とすると、同様に

【数３】で変換させる。つまり、一般式としては、

【数４】で表される。もう一方の視点Ｏ₂についても同様であ
る。

【００２０】このように、予め設定した視点Ｏ₁，Ｏ₂
の位置と投影面ＰＰまでの距離Ｌによる簡単な演算式を
用いて座標変換を行っている。これにより、座標変換の
演算精度を実用的に差支え無い範囲で保持しながら、そ
の演算を著しく簡単化させている。この変換のため、式
４に対応した変換テーブル１５ａを前記書込み制御回路
１５に持たせている。

【００２１】このように、超音波プローブ１の最初のセ
ット位置（つまりＹ方向の初期位置ｙ₀）でビーム走査
が行われると、これにほぼリアルタイムの時間で、上述
したようにＹ＝ｙ₀の位置での座標変換が行われ、各ラ
スタ毎（即ちＸ方向）の投影面ＰＰへの投影演算が周知
の方法で実施される。この結果、一方の視点Ｏ₁に対応
した１次元の投影データＰＪ_a1が演算され（図２参
照）、一方の第１メモリ１２ａの所定位置に格納される
と共に、もう一方の視点Ｏ₂に対応した１次元の投影デ
ータＰＪ_b1が演算され（図２参照）、他方の第２メモリ
１２ｂの所定位置に格納される。

【００２２】そして、超音波プローブ１の最初のセット
位置におけるビーム走査が終了すると、オペレータによ
って超音波プローブ１が予め設定されたプローブ移動方
向としてのＹ方向に所定距離だけ移動させられ、前述し
たと同様にビーム走査され、その走査とほぼリアルタイ
ムの時間で座標変換及び投影演算が演算される。以後プ
ローブ１をＹ方向に移動させながら、同様の演算がなさ
れる。これによって、１次元の投影データＰＪ_a1、ＰＪ
_b1に同様の投影データが順次追加され、論理空間では図
２に示すように２次元の投影データＰＪ_a，ＰＪ_bが得
られる。

【００２３】超音波プローブ１のＹ方向への移動距離は
位置検出器８によって順次検出されているから、この検
出信号を受けた書込み制御回路１５は第１、第２のメモ
リ１２ａ，１２ｂ内でＹ方向に対応した記憶位置を制御
しながら、上記投影データＰＪ_a，ＰＪ_bを各別に書き
込んでいく。

【００２４】さらに、モニタ６はＣＲＴディスプレイで
形成されている。ＴＶ変換回路５は投影データ演算部４
の出力バッファ１３から読み出されたステレオ表示用の
投影データを、モニタ６のアナログＴＶ信号に変換し、
モニタ６の走査タイミングに合わせてモニタ６に供給す
る。

【００２５】タイミング制御回路７はシステム全体の動
作タイミングを制御するものであり、その動作タイミン
グは心電計から供給されている心電同期信号に同期して
いる。このため、ドプラ情報の取得が心臓の拍動に影響
されないようになっている。

【００２６】続いて、この実施例の全体動作及び効果を
説明する。

【００２７】超音波プローブ１を患部にセットし、セク
タ電子走査部２を起動させる。この起動は、視点Ｏ₁，
Ｏ₂毎のシーケンシャルな２つのセクタ走査によるか、
又は、広範囲な同時ビーム放射及び個別の整相加算の組
み合わせに係るセクタ走査による。これにより、ＣＦＭ
演算部３から例え血流のカラードプラデータが投影デー
タ演算部４に供給される。このデータは、投影データ演
算部４において、入力バッファ１０に一時記憶された
後、所定タイミングで読み出されてカラーデータ変換回
路１１に送られる。

【００２８】このカラーデータ変換回路１１では、オペ
レータが選択した種々の態様で投影処理が実施される。
例えば、オペレータによってプローブ１に遠い血流が近
い血流でマスクされるモードの処理が選択されている場
合、入力バッファ１０のデータの内、最初に現れる血流
データに対応した色データが変換回路１１から出力され
る。これにより、投影方向（透視方向）の影になる部分
の血流データについては最初から投影演算を省略でき
る。また、オペレータによってＸ線アンギオのように血
流を重ねて表示するモードの処理が選択されている場
合、各ラスタ毎に投影方向の全てのカラーデータの和が
算出され、これに対応した色データがカラーデータ変換
回路１１から出力される。

【００２９】つまり、カラーデータ変換回路１１から
は、視点Ｏ₁，Ｏ₂の相違に基づく、投影した色データ
（即ち投影データ）がラスタ毎に同時に又はシーケンシ
ャルに出力される。このピクセルデータである投影デー
タは、第１、第２メモリ１２ａ，１２ｂ内の、前記式４
により座標変換された投影位置に対応したメモリ位置に
各々書き込まれる。この結果、最初のスライス面Ｓを視
点Ｏ₁，Ｏ₂に違いに応じてセクタ走査したことによる
投影データは、２つの１次元データＰＪ_a1、ＰＪ_b1とな
り、第１、第２メモリ１２ａ，１２ｂにも論理空間で１
次元のデータ書込みがなされる。

【００３０】このように最初のスライス面Ｓでの走査が
終了すると、超音波プローブ１はＹ方向に順次移動され
て上述した処理が同様に繰り返される。この結果、視点
Ｏ₁，Ｏ₂の相違に基づいて投影面ＰＰに投影されたと
等価な２つの２次元投影データ（色データ）ＰＪ_a，Ｐ
Ｊ_bが、書込み制御回路１５によって、第１、第２メモ
リ１２ａ，１２ｂに各々書き込まれる。

【００３１】この第１、第２メモリ１２ａ，１２ｂの記
憶データは、読出し制御回路１６によってモニタ６のＴ
Ｖ走査に同期して同時に読み出された後、書込み・読出
し制御回路１７によって出力バッファ１３に一時格納さ
れる。この格納時のメモリ位置は、同一血流に相当し且
つ視点の異なる投影データを隣合わせるなどのステレオ
表示用のデータ合成となるように決められる。なお、こ
のステレオ表示はホログラム形式であってもよい。この
出力バッファ１３からは、書込み・読出し制御回路１７
によって所定タイミングで投影データが読み出され、Ｔ
Ｖ変換器５に送られる。ＴＶ変換器５ではアナログＴＶ
信号に変換され、モニタ６にステレオ表示される。この
ため、モニタ６の画面に、２つの視点Ｏ₁，Ｏ₂から患
部の血流を透視したときのステレオ像が表示される。

【００３２】この本実施例では、従来のように一度３次
元の血流データを取得し終わってから、透視方向にデー
タを投影する手法とは根本的に異なる。即ち、超音波ビ
ームの始点を予め透視方向の視点に一致させ、異なる２
方向からの投影処理を超音波がスキャンする範囲内だけ
データ取得時に迅速に行ってしまう手法である。換言す
れば、血流データを得る最初のステップである超音波ビ
ームの走査自体が投影処理の容易化を考慮したものであ
る。したがって、透視的なステレオ像を従来の装置より
も短時間で（ほぼリアルタイムに）得られる。加えて、
２つの投影方向（透視方向）は常にスライス面に沿って
並行であることを前提にし、しかも、Ｘ方向の投影角度
は一定にしたため、投影処理の一部である投影位置の座
標変換が簡単になり、従って変換テーブル１５ａの容量
も従来よりも格段に少なくて済むし、仮にこれを演算で
行う場合にはその演算負荷を著しく減少させることがで
きる。

【００３３】さらに、この実施例では、心電波形で同期
をかけて、走査タイミングを一心拍内の一定タイミング
に調整しているため、心臓の拍動に影響されない安定し
た血流データを得ることができる。したがって、ステレ
オ表示された画像も高精度な表示となる。

【００３４】なお、上記実施例では、超音波プローブを
オペレータがＹ方向に動かすことにより異なる複数のス
ライス面の断層像を得るようにしたが、この複数断面の
データ取得は種々の変形が可能である。例えば、セクタ
プローブが１次元配列構造であれば、そのプローブをＹ
方向にあおるように操作し、そのあおり角度をＹ方向の
移動距離に換算する構造とすることができる。また、１
次元配列構造の複数のリニアプローブを並べて使用して
もよい。さらに、２次元配列構造のアレイプローブを用
いてもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の超音波
診断装置にあっては、２つの視点から個々に被検体を透
視する２つの透視方向を設定する設定手段と、上記２つ
の透視方向を含む同一の断面において、それら２つの透
視方向に沿って超音波ビームを個々に走査させる走査手
段と、この走査手段が２つの透視方向各々に超音波ビー
ムを走査したことにより得られた画像データを、上記透
視方向に対向する面に各別に投影する投影手段と、この
投影手段により投影された２つの投影データ群を個別に
格納する格納手段と、前記超音波ビームを走査させる断
面を、手動又は移動手段により、その断面に直交する方
向に順次移動されたときに、上記格納手段に格納されて
いる２つの２次元投影データを同一のモニタにステレオ
表示する表示手段とを備えた。このように、超音波ビー
ムの走査方向を透視方向に予め一致させたため、ビーム
走査しながら投影処理でき、また、透視方向は常に超音
波ビームによるスライス断面に並行であるとしているた
め、従来装置よりも、格段に迅速な投影処理となり、ほ
ぼリアルタイムのステレオ像が得られる一方、投影処理
のための座標変換が簡素化され、その変換テーブルも小
容量で済むし、座標変換を数値演算で行う場合でも、そ
の演算負荷が著しく軽減されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る超音波診断装置の概
略を示すブロック図。

【図２】この発明に係る投影処理の概略を示す説明図。

【図３】超音波ビームのセクタ走査と透視用視点との位
置関係を、スライス面に対向する方向から説明する説明
図。

【図４】超音波ビームと透視用視点との位置関係を、ス
ライス面の側方から説明する説明図。

【図５】投影処理時の座標変換の様子を一方の視点と任
意のスライス断面とに基づき説明する説明図。

【符号の説明】

１超音波プローブ２セクタ電子走査部３ＣＦＭ演算部４投影データ演算部５ＴＶ変換器６モニタ７タイミング制御回路８位置検出器１０入力バッファ１１カラーデータ変換回路１２ａ，１２ｂ第１、第２メモリ１３出力バッファ１４…１７書込み及び／又は読出し制御回路１８中央制御回路１９入力器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】２つの視点から個々に被検体を透視する
２つの透視方向を設定する設定手段と、上記２つの透視
方向を含む同一の断面において、それら２つの透視方向
に沿って超音波ビームを個々に走査させる走査手段と、
この走査手段が２つの透視方向各々に超音波ビームを走
査したことにより得られた画像データを、上記透視方向
に対向する面に各別に投影する投影手段と、この投影手
段により投影された２つの投影データ群を個別に格納す
る格納手段と、前記超音波ビームを走査させる断面を、
その断面に直交する方向に順次移動されたときに、上記
格納手段に格納されている２つの２次元投影データを同
一のモニタにステレオ表示する表示手段とを備えたこと
を特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】２つの視点から個々に被検体を透視する
２つの透視方向を設定する設定手段と、上記２つの透視
方向を含む同一の断面において、それら２つの透視方向
に沿って超音波ビームを個々に走査させる走査手段と、
この走査手段が２つの透視方向各々に超音波ビームを走
査したことにより得られた画像データを、上記透視方向
に対向する面に各別に投影する投影手段と、この投影手
段により投影された２つの投影データ群を個別に格納す
る格納手段と、前記超音波ビームを走査させる断面を、
その断面に直交する方向に順次移動させる移動手段と、
この移動手段によって断面を移動させたときに、上記格
納手段に格納されている２つの２次元投影データを同一
のモニタにステレオ表示する表示手段とを備えたことを
特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】前記走査手段は、同一断面における超音
波ビームによる２つの走査を心電同期信号を用いて１心
拍内で行う手段である請求項１又は２記載の超音波診断
装置。