JPH0716488B2 - 超音波三次元画像表示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波三次元画像表示
装置、特に表示すべき物体表面の奥行情報のほか、その
物体表面のエコーレベルを表現することのできる超音波
三次元画像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】生体へ超音波を送波し、生体内からの反
射波を受波して得られたエコーデータを解析することに
より生体内断層画像などを得る超音波診断装置が活用さ
れている。近年では、生体内の三次元領域のエコーデー
タを取り込み、その領域に含まれる物体を三次元的に表
示する超音波三次元画像表示装置が提案されている。

【０００３】この超音波三次元画像表示装置（以下、装
置という）は、例えば図７（Ａ）に示すように、表示す
べき物体Ｑの奥行方向の距離に応じて明度を変化させ、
これによって物体Ｑを疑似立体的に表現するものであ
る。すなわち、このような濃淡画像によって、画像上で
空間的に物体Ｑを認識することができる。

【０００４】ここで、物体Ｑの表面抽出について説明す
る。図６（Ａ）には、物体Ｑと視線Ｌとの関係が示され
ている。視点Ｉから延びる視線Ｌ1 において、まず、あ
るサンプル点Ｐ1 のエコーレベルを読み取る。そして、
Ｐ1 でのエコーレベルが所定の閾値αより大きいか否か
を判断し、閾値αを下回っている場合にはサンプル点を
一歩前へ進める。すなわち、Ｐ2 、Ｐ3 、……のように
順次エコーレベルのサンプリングを行う。そうすると、
（Ｂ）に示すように、あるサンプル点でエコーレベルが
閾値αを超えることになる。かかる点が物体の表面に相
当するものであり、以上の処理工程を視線Ｌを順次ずら
しながら実行することにより、結果として視点Ｉから見
た物体Ｑの表面がすべて抽出されることになる。

【０００５】そして、画像表示においては、かかる表面
に対して、視点Ｉからの奥行方向の距離に応じて明度が
設定され、上述したように、白黒濃淡画像によって空間
的に物体Ｑが表現される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置においては、図６（Ｃ）に示すように、エコー
データはすべて二値化処理され、奥行き方向の距離に応
じて明度が一義的に設定されるため、物体表面のエコー
レベル（エコー強度）を観察できないという問題があっ
た。すなわち、例えば物体表面の正常組織とそれに隣接
する異常組織とが閾値αより大きいという点では同じで
あるが、それぞれ異なるエコーレベルを有していても、
その組織の差異を画像上で認識することができなかっ
た。

【０００７】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、物体の奥行情報に加えて、物
体表面のエコーレベルの情報を表現することのできる超
音波三次元画像表示装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、生体への超音波の送受波により取り込ま
れた生体内三次元領域のエコーデータを格納する三次元
データメモリと、前記生体内三次元領域に含まれる表示
対象となる物体の表面を抽出する表面抽出手段と、前記
抽出された物体表面に対して、所定の仮想視点からの奥
行方向の距離に応じて明度を変化させる奥行表現手段
と、前記抽出された物体表面のエコーレベルに応じて色
相及び彩度のいずれか一方又は両方を変化させるエコー
レベル表現手段と、前記奥行表現手段及びエコーレベル
表現手段にて処理された前記物体のカラー画像を表示す
る表示手段と、を含むことを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、前記エコーレベル表現手
段を制御する外部入力装置が設けられ、この外部入力装
置によってエコーレベルについての色表現を可変できる
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、表示される物体の奥行情報
は、明度の変化として表現されることになる。そして、
物体表面のエコーレベルは、色相及び彩度のいずれか一
方又は両方の変化によって表現されるので、例えばエコ
ーレベルが異なる正常組織表面と異常組織表面とを区別
して、医療における診断精度を向上させることが可能と
なる。

【００１１】ここで、物体の奥行情報の表現は、人間の
感覚からして明度の変化によって表現することが好まし
い。従って、エコーレベルの表現は、色相及び彩度のい
ずれか一方又は両方によって表現される。

【００１２】そして、外部入力装置を用いることによ
り、所望の色相等でエコーレベルを表現できるという利
点がある。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面に基づい
て説明する。

【００１４】図１には、本発明に係る超音波三次元画像
表示装置の全体構成が示されており、図２及び図３に
は、具体的な処理工程が示されている。まず、図１を用
いて説明する。

【００１５】図１において、送信回路１０から出力され
る励振信号は、超音波探触子１２に供給される。具体的
には、超音波探触子１２に設けられた超音波振動子１４
に供給され、超音波振動子１４から超音波が生体内に向
けて送波される。本実施例において、超音波振動子１４
として、電子走査が行われるアレイ型超音波振動子が用
いられている。

【００１６】生体内からの反射波は、超音波振動子１４
にて受波され、受信信号は、受信回路１６によって増
幅、処理された後、Ａ／Ｄ変換部１８にてデジタル化さ
れ、エコーデータとして三次元データメモリ２０に格納
される。

【００１７】一方、超音波探触子１２の内部には、図示
されてはいないが、超音波振動子１４を揺動させる揺動
機構が配置されている。そして、その揺動機構は、振動
子移動制御回路２２によって制御されており、超音波振
動子１４が揺動されることによって、電子走査によって
形成される走査面が順次その面と直交方向に移動するこ
とになる。すなわち、生体内三次元領域のエコーデータ
が取り込まれる。

【００１８】振動子移動制御回路２２から出力される移
動位置信号は、移動位置解析回路２４によって解析さ
れ、移動位置解析回路２４から三次元データメモリ２０
に対して、エコーデータの三次元位置に対応するアドレ
ス信号が出力されている。

【００１９】従って、三次元デターメモリ２０には、取
り込みの対象となる三次元領域内のすべてのエコーデー
タがその位置情報も含めて格納されることになる。三次
元データメモリ２０は、バス２２に接続され、このバス
２２には、奥行情報メモリ２３、中央制御ユニット２
５、高速演算処理プロセッサ２６及びフレームバッファ
メモリ３０が接続されている。ここで、奥行情報メモリ
２３は、物体表面の奥行情報を格納するものである。ま
た、中央制御ユニット２５は、三次元データメモリ２０
の読出しや書込み制御を行うとともに、各回路の制御を
実行している。高速演算処理プロセッサ２６は、後述す
る表面抽出や明度設定や色相設定などの演算を含む画像
処理を実行するものである。

【００２０】フレームバッファメモリ３０には、バス２
２を介してカラー画像データが格納される。具体的に
は、フレームバッファメモリ３０は、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つ
に区分され、各色の画像データがそれぞれ別個に格納さ
れる。そして、各画像データは読み出されてＤ／Ａ変換
部３２によってアナログ信号に変換された後、カラーＣ
ＲＴ３４に送られ、生体内における物体の三次元的なカ
ラー画像表示が行われる。

【００２１】中央制御ユニット２５には、外部入力装置
２８が接続されている。この外部入力装置２８は、本実
施例において２つのダイヤルＡ，Ｂを有しており、各ダ
イヤルを回転させることにより、物体表面に施される色
相などの設定を任意に可変させることが可能である。

【００２２】次に、図２を用いて具体的な処理工程につ
いて説明する。なお、本実施例において、表示される物
体の奥行方向の情報は明度によって表され、物体表面の
エコーレベルは色相によって表されるものとする。勿
論、物体表面のエコーレベルを彩度によって表現しても
よく、あるいは色相及び彩度の両方を用いて表現しても
よい。

【００２３】ステップ１０１では、図６（Ａ）で示した
ように、視線上のあるエコーデータが読み込まれ、その
エコーレベルｅが判断される。ステップ１０２では、判
断されたエコーレベルｅと閾値αとが比較され、エコー
レベルｅが閾値αより小さい場合には、ステップ１０３
が実行され、視線方向に沿って１つ進んだ位置のエコー
レベルｅが読み込まれる。そして、再度ステップ１０２
が実行される。

【００２４】一方、ステップ１０２でエコーレベルｅが
閾値αを超えた場合には、ステップ１０４が実行され
る。このステップ１０４では、閾値αを超えたエコーレ
ベルを有するエコーデータの奥行情報が、奥行情報メモ
リ２３に格納される。すなわち、視点Ｉからエコーデー
タまでの距離が格納される。また、ステップ１０４で
は、閾値αを超えたエコーデータのエコーレベルが三次
元データメモリ２０あるいは他のデータメモリに一時的
に格納される。本実施例においては、従来例で説明した
ように二値化処理は行わずに、閾値αを超えるエコーデ
ータは表面エコーレベルの表現のためにそのまま保存さ
れる。

【００２５】ステップ１０５では、すべての視線につい
て表面抽出が実行されたか否かが判断され、表面抽出が
まだ実行されていない視線が残されている場合には、ス
テップ１０６が実行されて、視線が１つ隣に移動して、
再度ステップ１０１からの処理が繰り返される。

【００２６】一方、ステップ１０５で、表面抽出が終了
したと判断されると、ステップ１０７で、奥行情報メモ
リ２３に格納された奥行情報から明度が算出される。具
体的には、視点Ｉからエコーデータまでの距離に応じた
明るさが設定される。

【００２７】そして、ステップ１０８では、上記ステッ
プ１０４で格納されたエコーデータが読み出されそのエ
コーレベルに対応する色相が算出される。勿論、エコー
レベルが彩度で表現される場合には、このステップ１０
８で彩度が算出される。

【００２８】ステップ１０９では、ステップ１０７及び
ステップ１０８で求められた明度や色相などで決定され
る色データ（カラー画像データ）をフレームバッファメ
モリ３０に書き込む。そして、ステップ１１０では、フ
レームバッファメモリ３０から画像データが読み出さ
れ、カラーＣＲＴ３４にてカラー画像表示が行われる。
図７（Ｂ）には、本実施例の超音波三次元画像表示装置
における表示例が示され、物体Ｑの表面は、手前側が明
るく表示され奥側に行くに従って暗く表示されると共
に、エコーレベルが低い表面部位は黄色で表示され、エ
コーレベルが高くなるに従って赤っぽく表示される。な
お、図５には、周知のマンセルの色立体が模式的に示さ
れ、奥行情報は図５における垂直方向の明度で表現さ
れ、エコーレベルは本実施例において角度方向の色相で
表現されている。

【００２９】図１において、本実施例においては、外部
入力装置２８が設けられ、２つのダイヤルＡ，Ｂによっ
て、最高エコーレベルに対応する色相と最低エコーレベ
ルに対応する色相を任意に設定することが可能である。

【００３０】図３には、かかる処理例が示されている。
ステップ２０１では、ダイヤルＡが操作されたか否かが
判断される。ダイヤルＡが操作された場合には、ステッ
プ２０２が実行され、最高エコーレベルに対応する色相
が決定される。例えば、赤が指定される。

【００３１】一方、ステップ２０３では、ダイヤルＢが
操作されたか否かが判断され、ダイヤルＢが操作された
場合には、ステップ２０４で最低エコーレベルに対応す
る色相が決定される。例えば、黄色が指定される。

【００３２】ステップ２０５では、物体表面のそれぞれ
のエコーレベルに従って、新たに設定された色相条件に
基づいて、新たに色相が算出される。そして、このよう
に算出された色相と図２に示したステップ１０７で算出
された明度とに基づいて表される色データがステップ２
０６でフレームバッファメモリ３０に格納され、ステッ
プ２０７にてカラーＣＲＴ３４でカラー画像表示が行わ
れる。

【００３３】次に、物体表面のエコーレベル決定手法に
ついて説明する。図４（Ａ）には、従来同様のエコーレ
ベル決定手法が示されている。すなわち、閾値αを超え
た時に、そのエコーデータのレベルを物体表面のエコー
レベルとみなすものである。しかしながら、生体内の臓
器の多くは、その表面が膜などで覆われているため、
（Ａ）に示す手法によるとその膜のエコーレベルを物体
表面のエコーレベルとみなしてしまう可能性がある。

【００３４】そこで、（Ｂ）及び（Ｃ）に示す２つの手
法が考えられる。（Ｂ）に示す手法は、閾値αを超えた
点から視線に沿って更にｎ点サンプルを行い、そのｎサ
ンプルの中で最大値を求め、その最大値を物体表面のエ
コーレベルとするものである。

【００３５】また、（Ｃ）に示す手法は、上記同様に閾
値αを超えた点からｎ点サンプルを行い、次にそのサン
プルの中のエコーレベルの平均値を求め、その平均値を
物体表面のエコーレベルとするものである。一方、視点
Ｉから物体表面までの距離（奥行情報）については、膜
の厚みなどによる距離誤差をほとんど無視できるので、
閾値αを超えた位置を物体表面として算出する。平均値
計算等は高速演算処理プロセッサ２６によって実行され
る。

【００３６】従って、以上のようなエコーレベル決定手
法によれば、臓器が膜などに包まれていても、正確な臓
器自体のエコーレベルを判定し、例えば色相をもってそ
のエコーレベルを明確に表示することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
表示される物体表面の奥行情報を明度によって表現し、
更に物体表面のエコーレベルを色相や彩度などによって
表現することができるので、物体の形態的な異常のほか
に、物体表面の組織異常などを診断することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波三次元画像表示装置の全体
構成を示すブロック図である。

【図２】取り込まれたエコーデータの具体的な処理工程
を示すフローチャートである。

【図３】外部入力装置を用いて色相の任意設定を行う場
合の処理工程を示すフローチャートである。

【図４】物体表面のエコーレベル決定に係る手法を示す
説明図である。

【図５】マンセルの色立体を示す模式図である。

【図６】物体の表面抽出を示す説明図である。

【図７】物体Ｑの表示例を示す説明図である。

【符号の説明】

１２ 超音波探触子 ２０ 三次元データメモリ ２３ 奥行情報メモリ ２５ 中央制御ユニット ２６ 高速演算処理プロセッサ ２８ 外部入力装置 ３０ フレームバッファメモリ ３４ カラーＣＲＴ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 生体への超音波の送受波により取り込ま
   れた生体内三次元領域のエコーデータを格納する三次元
   データメモリと、 前記生体内三次元領域に含まれる表示対象となる物体の
   表面を抽出する表面抽出手段と、 前記抽出された物体表面に対して、所定の仮想視点から
   の奥行方向の距離に応じて明度を変化させる奥行表現手
   段と、 前記抽出された物体表面のエコーレベルに応じて色相及
   び彩度のいずれか一方又は両方を変化させるエコーレベ
   ル表現手段と、 前記奥行表現手段及びエコーレベル表現手段にて処理さ
   れた前記物体のカラー画像を表示する表示手段と、 を含むことを特徴とする超音波三次元画像表示装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の超音波三次元画像表示装
   置において、 前記エコーレベル表現手段を制御する外部入力装置が設
   けられ、 この外部入力装置によって物体表面のエコーレベルにつ
   いての色表現を可変できることを特徴とする超音波三次
   元画像表示装置。