JPH078487A

JPH078487A - 超音波画像処理装置

Info

Publication number: JPH078487A
Application number: JP5152272A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kasahara; 英司笠原; Takeshi Mochizuki; 剛望月
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-23
Filing date: 1993-06-23
Publication date: 1995-01-13
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH0775605B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波三次元画像の形成に当たって組織の表
面抽出を正確かつ迅速に行う。【構成】操作者より開始点Ｓが設定され、超音波ビー
ムラインＬ１上で順次所定の境界値が演算される。この
境界値は、例えば、１７×１７×１７の参照領域に対し
て中心座標を通過する１３の参照方向を設定し、各方向
において分散値を求め、これによって得られる１３個の
分散値から更に分散値を求めることによって得られるも
のである。この境界値が大きいほど境界である度合いが
高い。ラインＬ１で境界点が特定された後、その隣のラ
インＬ２においても同様の処理が実行され、順次境界１
０４が抽出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波画像形成装置、
特に組織の境界抽出に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、三次元画像を表示する超音波診断
装置が実用化されつつある。この超音波診断装置では、
超音波探触子によって、生体内三次元領域について超音
波が送受波される。取り込まれたエコーデータは、超音
波診断装置（又は超音波画像処理装置）で一旦メモリに
格納された後、読み出されて三次元画像処理部に送ら
れ、そこで超音波三次元画像が形成される。

【０００３】ここで、超音波三次元画像は、前記三次元
領域に含まれる物体（組織）の表面に濃淡処理を施し
て、物体を立体的に表現したものである。なお、前記三
次元領域を直交する３つの面で切断し、３つの断層面と
して組織を表示する方法も提案されている。

【０００４】上述のように、超音波三次元画像の作成に
当たっては、組織の表面（境界）を抽出する必要が生
じ、従来では、以下の方法が採用されていた。

【０００５】従来の第１の方法は、割面設定による方法
である。この方法では、三次元領域に１枚の割面を設定
し、それよりも手前の情報を切り捨てる方法である。

【０００６】また、従来の第２の方法は、しきい値抽出
法である。この方法では、表面抽出のためのしきい値を
超えたエコーレベルを有するデータを組織の表面とする
ものである。

【０００７】従来の第３の方法は、人為的なトレース法
である。この方法では、マウスやライトぺンが用いら
れ、それらによって操作者が実際に画像上で、組織の輪
郭をトレースするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の方法では、割面の設定如何によっては、正確な表面
の表示を行えないという問題があった。図１０には、割
面１００が設定された状態が示されている。実際には、
視点は図の上部にある。（Ａ）は、割面の設定が手前過
ぎるので、見たい胎児の画像が、骨盤によって妨げられ
ている場合であり、（Ｂ）は、割面１００の設定が遠過
ぎるために、胎児自体が切られてしまった場合である。
いずれにしても、胎児の像を適切に捕らえることができ
ない。なお、割面を複数設定すれば不要な部分を除去で
きるが、処理が極めて煩雑化してしまう。

【０００９】上記従来の第２の方法では、エコーレベル
の差が大きい組織間では、使用できるが、胎盤−羊水、
胎児−羊水のようなレベルの差が余りない組合せの場
合、しきい値の設定が厳格になり、容易に境界を検出す
ることが困難であるという問題がある。

【００１０】上記従来の第３の方法では、人為的な手法
ゆえに、処理が煩雑化し、大量の画像処理には向かない
という問題がある。

【００１１】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、境界抽出を簡単・迅速に、か
つ正確に行うことのできる超音波画像処理装置を提供す
ることにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、生体内三次元領域で超音波
を送受波することによって取り込まれたエコーデータを
格納する三次元データメモリと、前記エコーデータに基
づいて組織の境界抽出を行う境界抽出手段と、前記抽出
された境界を利用して前記超音波画像を形成する画像形
成手段と、を含む超音波画像処理装置であって、前記境
界抽出手段は、注目座標で交差しつつ三次元的に一定範
囲で広がる複数の参照方向ごとに、エコーデータの方向
別分散値を求める第１の分散値演算手段と、前記複数の
方向別分散値から更に分散値を演算するによって、前記
注目画素の境界値を求める第２の分散値演算手段と、前
記境界値の大きさから、前記注目座標が境界点か否かを
判定する境界判定手段と、を含むことを特徴とする。

【００１３】また、請求項２記載の発明は、境界抽出処
理の開始点の座標を入力するための入力手段と、前記開
始点から所定のラインに沿って各点の前記境界値を求
め、その中の最大値を境界点とする手段と、隣のライン
上で特定された境界点の座標を基準として、当該ライン
上で処理範囲を設定する手段と、を含み、その処理範囲
内で前記境界値を求め、その中の最大値を境界点とする
ことを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記請求項１記載の構成によれば、注目座標を
通過する複数の参照方向が設定され、各参照方向におい
て、エコーデータの分散値が演算される。すなわち、各
参照方向でのエコーデータのばらつきが求められる。

【００１５】次に、求められた複数の分散値に対し更に
分散値を求めることにより、境界値が演算される。この
境界値は、当該座標が境界点であるか否かの指標とな
り、境界値が大きい座標が境界点として特定される。

【００１６】上記請求項２記載の構成によれば、開始点
が入力されると、その開始点からラインに沿って境界値
が求められ、最大の境界値を有する座標が境界点とされ
る。次に、そのラインの隣のライン上に、処理範囲が設
定され、その範囲内の各点の境界値から境界点が特定さ
れる。

【００１７】

【実施例】

［境界値の演算］本発明では、図１に示す参照領域１０
２に対して、図２に示すように、注目座標（注目ボクセ
ル）を通過する複数の（例えば１３個）の参照方向を設
定し、各参照方向で分散値（代表値）を演算している。
そして、それら複数の分散値の更に分散値を演算するこ
とによって、注目座標の境界値を演算している。

【００１８】ここで、境界値は当該注目座標位置が境界
か否かの度合いを示すものである。図１には、生体内三
次元領域の一部である参照領域１０２が示されている。
この参照領域は、中心の注目座標が境界か否かを判定す
るために用いられる領域である。図１の例では、３×３
×３の領域が示されているが、実際の装置では例えば１
７×１７×１７の領域が用いられる。

【００１９】図２に示されるように、参照領域１０２に
対しては、均等に放射状に分かれた例えば１３個の参照
方向が設定される。なお、図面簡略化のため、図２には
一部の参照方向のみ図示している。

【００２０】以上の各参照方向上のエコーデータ（エコ
ーレベルの大きさ）を用いて、各参照方向毎に分散値た
る代表値が演算される。具体的には、以下の演算が実行
される。

【００２１】Ｄ₁=vari{d(x-n,y-n,z-n), …,d(x,y,z),…,d(x+n,y+n,z+n)} …(1) Ｄ₂=vari{d(x-n, y ,z-n), …,d(x,y,z),…,d(x+n, y ,z+n)} …(2) Ｄ₃=vari{d(x-n,y+n,z-n), …,d(x,y,z),…,d(x+n,y-n,z+n)} …(3) Ｄ₄=vari{d( x ,y-n,z-n), …,d(x,y,z),…,d( x ,y+n,z+n)} …(4) Ｄ₅=vari{d( x , y ,z-n), …,d(x,y,z),…,d( x , y ,z+n)} …(5) Ｄ₆=vari{d( x ,y+n,z-n), …,d(x,y,z),…,d( x ,y-n,z+n)} …(6) Ｄ₇=vari{d(x+n,y-n,z-n), …,d(x,y,z),…,d(x-n,y+n,z+n)} …(7) Ｄ₈=vari{d(x+n, y ,z-n), …,d(x,y,z),…,d(x-n, y ,z+n)} …(8) Ｄ₉=vari{d(x+n,y+n,z-n), …,d(x,y,z),…,d(x-n,y-n,z+n)} …(9) Ｄ₁₀=vari{d(x-n,y-n, z ), …,d(x,y,z),…,d(x+n,y+n, z )} …(10) Ｄ₁₁=vari{d(x-n, y , z ), …,d(x,y,z),…,d(x+n, y , z )} …(11) Ｄ₁₂=vari{d(x-n,y+n, z ), …,d(x,y,z),…,d(x+n,y-n, z )} …(12) Ｄ₁₃=vari{d( x ,y-n, z ), …,d(x,y,z),…,d( x ,y+n, z )} …(13) 以上により、１３個の代表値Ｄ₁〜Ｄ₁₃が演算される。
なお、ｖａｒｉ｛｝は、｛｝内の分散値を求める演算子
である。ｄ（ｘ，ｙ，ｚ）は、その座標のエコーデータ
レベル（輝度レベルに相当）である。

【００２２】次に、１３個の代表値に対して、以下のよ
うに更に分散値が演算される。

【００２３】 BL=vari(Ｄ₁, Ｄ₂, Ｄ₃, Ｄ₄, Ｄ₅, Ｄ₆, Ｄ₇, Ｄ₈, Ｄ₉, Ｄ₁₀, Ｄ₁₁, Ｄ₁₂, Ｄ₁₃) …(14) ただし、次のＢＬは、注目座標の境界値である。

【００２４】この境界値の性質を示すために、図３の領
域接合を考える。図３において、低レベルかつレベル一
定の領域Ａ内の点Ｐ１に関しては、各参照方向の代表値
は小さな値を取り、それらの分散値である境界値も小さ
な値となる。レベルが様々な領域Ｂ内の点Ｐ２に関して
は、各参照方向の代表値は大きな値となってしまうが、
それらの分散値が並んで大きいため、境界値は小さくな
る。

【００２５】一方、境界上にある点Ｐ１３に関しては、
境界と平行方向の参照方向については代表値は小さい値
となり、一方、それ以外の参照方向については代表値は
大ききなる。従って、境界値は大きくなる。

【００２６】要するに、二重的分散の性質から、２つの
領域上に注目座標があると、境界値は最大となり、ある
ラインに沿って順次、境界値を求めていけば、その中で
最大の境界値を持つ座標を境界点として特定できる。

【００２７】すなわち、本発明は、分散値は、高いレベ
ルと低いレベルとが同じくらいの確率で存在する場合
に、一番大きくなるという性質を利用し、分散値演算を
２回用いるものである。

【００２８】なお、本発明では、孤立境界点より連結性
のある境界点の方が、境界値が大きくなる。これは、孤
立的境界点では、１３方向のうちの１方向以外の代表値
はほとんど同じ値を取るため、代表値の分散値（境界
値）はそれほど大きくならないからである。このため、
検出された境界点は、連続的な境界面となる。以上は、
組織の表面抽出において理想的な特徴といえる。

【００２９】［自動的な境界線（面）の抽出］以上の原
理により、各境界点の座標は容易に把握できる。しか
し、三次元領域のすべての座標点について、上記境界値
を求める演算を行うのは煩雑となる。

【００３０】一方、境界は、連続性を持っているため、
１つの境界点の近傍に次の境界点が存在するのは自明で
ある。

【００３１】そこで、本発明では、図４に示すような境
界線（面）の抽出方法を採用している。図４には、２つ
の組織の境界１０４が示されている。なお、各ラインＬ
は、本実施例では、超音波ビームのラインを示してい
る。

【００３２】まず、操作者により、見たい組織近傍に、
開始点Ｓが入力される。なお、入力は三次元座標の特定
により行われ、操作者の作業は基本的にこれで終了す
る。

【００３３】入力があると、開始点Ｓが載るラインＬ１
（又は最近接ライン）上で順次、上記境界値が演算され
る。これは、通常、ラインの全範囲で行われるが、一定
範囲に制限してもよい。

【００３４】それが終わると、ラインＬ１上のすべての
境界値の中で、最大の境界値が判定される。よって、そ
の最大境界値を持つ座標が境界点と判定される。

【００３５】次に、隣のラインＬ２上に処理が移行す
る。このラインＬ２では、ラインＬ１上の境界値と同じ
位置（ビーム方向に同じ深さ）を中心位置として、ライ
ンに沿って両方向均等に一定範囲（処理範囲）が設定さ
れる。そして、その処理範囲の中で各点の境界値が演算
され、更に最大の境界値から境界点が特定される。

【００３６】このような繰り返しを連続的に各ラインで
行うことによって、最終的に境界面の抽出が実現され
る。

【００３７】ただし、境界がラインと平行になる場合も
考えられ、その場合には、各ラインを９０度回転させて
同様の演算を行えばよい。なお、視点が探触子側にある
場合には、そのような処理は基本的に不要となる。

【００３８】以上により、迅速かつ簡単な境界抽出が実
現できる。なお、図５には、処理前（Ａ）と処理後
（Ｂ）の状態が図示されている。

【００３９】［超音波画像処理装置の構成］図６には、
本発明に係る超音波画像処理装置１０の構成が示されて
いる。この装置１０は、超音波診断装置１２から送られ
てくるエコーデータに基づいて超音波画像を形成するも
のである。ここで、超音波診断装置１２は、生体内の三
次元領域で超音波を送受波することによって三次元エコ
ーデータを取り込むものである。

【００４０】エコーデータは、Ａ／Ｄ変換器１４にてデ
ジタル信号に変換された後、三次元データメモリ１６に
格納される。このメモリの格納に当たっては、生体内三
次元領域の座標にメモリのアドレスを対応させてその格
納が行われる。バス１８には、境界抽出部２０が接続さ
れている。この境界抽出部２０は、上述した境界値の演
算及び図４に示した境界抽出を行うものであり、後に詳
述する。

【００４１】バス１８には、境界抽出処理が行われた後
のエコーデータを書き込むための処理済みデータ格納メ
モリ２２が接続されている。また、バス１８には、前記
メモリ２２から読み出されるエコーデータに基づいて超
音波画像（三次元画像）を形成する画像形成部２４が接
続されている。

【００４２】フレームバッファメモリ２６は、形成され
た超音波画像を一旦格納するものである。このフレーム
バッファメモリ２６から読み出された画像データはＣＲ
Ｔ２８に送られ表示される。

【００４３】中央制御ユニット３０は、各構成の全体的
な制御を行うものであり、外部入力装置３２が接続され
ている。この外部入力装置３２には、例えば３つのダイ
ヤルＸ，Ｙ，Ｚが設けられ、操作者はこれらのダイヤル
を利用して上述した開始点の設定などを行うことができ
る。

【００４４】図７には、開始点の設定の仕方が示されて
いる。なお、図７に示す図は実際に画像として表示され
るものである。（Ｄ）に示す生体内の三次元領域１０６
に対して互いに直交する３つの切断面Ｘ，Ｙ，Ｚが任意
に設定される。すなわち、図６に示した外部入力装置３
２のダイヤルによってこれらの断面が設定される。

【００４５】（Ａ）は、上方からＺ断面を見た画像であ
り、３つの切断面相互間の関係を示すために２本のワイ
ヤが示されている。これと同様に、（Ｂ）には、正面か
ら見た切断面Ｙの状態が示され、（Ｃ）には、側面から
見た切断面Ｘの状態が示されている。

【００４６】従って、操作者は、以上のような画像をモ
ニタしながら自在にダイヤルを調節して、所望の位置に
開始点を容易に設定することが可能となる。なお、図７
に示す表示形態については本出願人が先に提案してい
る。

【００４７】次に、図６に示した境界抽出部２０などの
動作について説明する。図８において、Ｓ１０１では、
上述したように外部入力装置２２が用いられて、開始点
の座標が設定される。これは、図６に示した中央制御ユ
ニット３０を介して境界抽出部２０に送られる。

【００４８】次に、Ｓ１０２では、境界抽出部２０にお
いて、基準となる境界点が検出される。すなわち、図４
に示したＬ１上におい基準となる境界点が定められるこ
とになる。具体的には、その処理が図９に示されており
Ｓ２０１では、全点についての境界値の演算が終了した
か否かが判断され、ＮＯの場合には、演算対象となる注
目点が１つ移動され、Ｓ２０３において上述した各参照
方向の分散が演算される。すなわち、上記（Ｒ１〜Ｒ１
３）の演算が行われる。そして、Ｓ２０４では、求めら
れた１３の代表値に基づいて境界値が演算される。すな
わち、上記（１４）式が実行される。これらの工程がラ
イン上の各点について繰り返されることによって最終的
にＳ２０５において最大の境界値が判定され、当該最大
値を有する座標が境界点とみなされる。

【００４９】再び図８に戻って、Ｓ１０３では必要な全
ラインについて境界点の抽出が終了したか否かが判断さ
れ、終了していない場合には、Ｓ１０４においてライン
が１つ隣に移動される。そして、Ｓ１０５において、前
回のラインで求められた境界点に基づき当該ラインにお
ける処理範囲が設定される。

【００５０】そして、Ｓ１０６において図９に示した工
程が再度実行されることにより当該ラインにおいて境界
点が検出されることになる。

【００５１】そして、以上の工程がすべてのラインで繰
り返されることによって最終的に境界面が抽出されるこ
とになる。

【００５２】このように境界面が求められると、始点か
らその境界面までの間にあるデータがすべて削除され
て、図６に示した処理済みデータ格納メモリ２２にデー
タが格納されることになる。

【００５３】そして、画像形成部２４は、そのようなデ
ータを用いて生体内組織の表面に対して遠近に応じた濃
淡付けを行うことによって超音波三次元画像を形成す
る。これは最終的にＣＲＴ２８に表示される。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超音
波診断装置によれば、組織の境界を迅速かつ正確に抽出
することができる。従って、画像処理時間を短縮できる
とともに、精度の良い超音波三次元画像を形成できると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】参照領域１０２の概念を示す説明図である。

【図２】１３個の参照方向を示す説明図である。

【図３】２つの領域の接合を示す説明図である。

【図４】自動的な境界の抽出を示す原理説明図である。

【図５】境界抽出の処理前と処理後の状態を示す説明図
である。

【図６】本発明に係る超音波画像処理装置の構成を示す
ブロック図である。

【図７】直交する３つの断層面による表示画像の例を示
す説明図である。

【図８】本発明に係る三次元画像処理装置の動作を説明
するためのフローチャートである。

【図９】本発明に係る三次元画像処理装置の動作を説明
するためのフローチャートである。

【図１０】従来の割面による表面抽出を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１０超音波画像処理装置１２超音波診断装置１６三次元データメモリ２０境界抽出部２４画像形成部３２外部入力装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】生体内三次元領域で超音波を送受波する
ことによって取り込まれたエコーデータを格納する三次
元データメモリと、前記エコーデータに基づいて組織の境界抽出を行う境界
抽出手段と、前記抽出された境界を利用して前記超音波画像を形成す
る画像形成手段と、を含む超音波画像処理装置であっ
て、前記境界抽出手段は、注目座標で交差しつつ三次元的に広がる複数の参照方向
ごとに、エコーデータの方向別分散値を求める第１の分
散値演算手段と、前記複数の方向別分散値から更に分散値を演算するによ
って、前記注目画素の境界値を求める第２の分散値演算
手段と、前記境界値の大きさから、前記注目座標が境界点か否か
を判定する境界判定手段と、を含むことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項２】請求項１記載の超音波診断装置におい
て、境界抽出処理の開始点の座標を入力するための入力手段
と、前記開始点から所定のラインに沿って各点の前記境界値
を求め、その中の最大値を境界点とする手段と、隣のライン上で特定された境界点の座標を基準として、
当該ライン上で処理範囲を設定する手段と、を含み、前記処理範囲内で境界点を判断することを特徴とする超
音波画像処理装置。