JPH1156840A

JPH1156840A - 投影像形成方法および超音波撮像装置

Info

Publication number: JPH1156840A
Application number: JP9220442A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hashimoto; 浩橋本
Original assignee: GE Yokogawa Medical System Ltd
Current assignee: GE Healthcare Japan Corp
Priority date: 1997-08-15
Filing date: 1997-08-15
Publication date: 1999-03-02
Anticipated expiration: 2017-08-15
Also published as: JP3712506B2

Abstract

(57)【要約】【課題】血管等の像と関心領域の像を一緒に描出する
３次元表示像を得る投影像形成方法および超音波撮像装
置を実現する。【解決手段】Ｂモード画像データが存在する３次元座
標空間における３次元関心領域（ＲＯＩ）内の画像デー
タについて最大値投影を行い（３１４）、３次元座標空
間のＢモード画像データについて最小値投影を行い（３
１６）、最大値投影によって得られた画像データと最小
値投影によって得られた画像データの和に基づいて画像
を形成する（３１８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投影像形成方法お
よび超音波撮像装置に関し、特に、３次元座標空間の画
像データを最大値投影（maximum intensity projectio
n) ないし最小値投影(minimum intensity projection)
することによって３次元表示像を得る投影像形成方法、
および最大値投影ないし最小値投影によって３次元表示
像を得る超音波撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被検体内の３次元領域を超音波で走査
し、エコー(echo)の強度信号に基づいてその領域のＢモ
ード(mode)像を撮像したとき、３次元座標空間のＢモー
ド画像データを最小値投影することにより、例えば血管
像等について近似的な３次元表示像が得られることが知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】Ｂモード像において、
例えば腫瘍部等の関心領域の像は、周囲の正常組織の像
とは輝度やテクスチャ(texture) 等の違いによって目視
で識別できるとはいうものの、その画素値が正常組織の
ものより小さくなるとは限らないので、一般に最小値投
影では描出されない。腫瘍の診断においては、血管等と
の相対的な位置関係を示す３次元表示像を得ることが重
要であるが、Ｂモード像の最小値投影による３次元表示
像では血管像と腫瘍像を一緒に描出できず不便である。

【０００４】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、血管等の像と関心領域の像
を一緒に描出する３次元表示像を得る投影像形成方法お
よび超音波撮像装置を実現することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

（１）上記の課題を解決する第１の発明は、Ｂモード画
像データが存在する３次元座標空間における３次元関心
領域内の画像データについて最大値投影を行い、前記３
次元座標空間のＢモード画像データについて最小値投影
を行い、前記最大値投影によって得られた画像データと
前記最小値投影によって得られた画像データの和に基づ
いて画像を形成する、ことを特徴とする。

【０００６】（２）上記の課題を解決する第２の発明
は、被検体内の３次元領域を超音波で走査してそのエコ
ーを受信する超音波送受信手段と、前記エコーの強度信
号に基づいて被検体内のＢモード像を表すＢモード画像
データを生成するＢモード画像データ生成手段と、前記
Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間における
３次元関心領域内の画像データについて最大値投影を行
う最大値投影手段と、前記３次元座標空間のＢモード画
像データについて最小値投影を行う最小値投影手段と、
前記最大値投影手段によって得られた画像データと前記
最小値投影手段によって得られた画像データの和に基づ
いて画像を形成する画像形成手段と、を具備することを
特徴とする。

【０００７】第１発明または第２の発明において、前記
最小値投影が、投影方向から見て前記３次元関心領域以
遠を除いて最小値投影するものであることが、腫瘍部等
の背後に位置する血管等を描出しない点で好ましい。

【０００８】また、第１発明または第２の発明におい
て、前記３次元関心領域が楕円積層体であることが、３
次元関心領域の設定を簡便化する点で好ましい。その場
合、前記楕円積層体が前記Ｂモード像上に描画された楕
円形に基づくものであることが、関心領域を適正化する
点で好ましい。

【０００９】（作用）第１の発明または第２の発明で
は、３次元座標空間のＢモード画像データについて、３
次元関心領域内につき最大値投影して得られた画像デー
タと、３次元座標空間全体につき最小値投影して得られ
た画像データとの和に基づいて画像を形成する。そこ
で、Ｂモード像上で観察される腫瘍部の範囲を３次元関
心領域とすることにより、血管像と腫瘍部像を一緒に表
示した３次元表示像が得られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。

【００１１】図１に超音波撮像装置のブロック(block)
図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。
本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形
態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の
方法に関する実施の形態の一例が示される。

【００１２】（構成）本装置の構成を説明する。図１に
示すように、本装置は、超音波プローブ(probe) ２を有
する。超音波プローブ２は、図示しない複数の超音波ト
ランスデューサ(transducer)のアレイ(array) を有す
る。アレイは、例えば前方に張り出した円弧に沿って１
次元的に配列された１２８個の超音波トランスデューサ
によって構成される。

【００１３】すなわち、超音波プローブ２はコンベック
スプローブ(convex probe)となっている。なお、超音波
プローブ２はコンベックスプローブに限らない。個々の
超音波トランスデューサは例えばＰＺＴ（チタン酸ジル
コン酸鉛）セラミックス(ceramics)等の圧電材料によっ
て構成される。超音波プローブ２は被検体４に当接され
て使用される。

【００１４】超音波プローブ２は送受信部６に接続され
ている。超音波プローブ２と送受信部６は、本発明にお
ける超音波送受信手段の実施の形態の一例である。送受
信部６は、超音波プローブ２に駆動信号を与えて被検体
４内に超音波を送波させるようになっている。超音波は
被検体４内にビーム(beam)として送波される。超音波ビ
ームの送波は所定の時間間隔で繰り返し行われる。

【００１５】超音波ビームの送波方向は順次変更され、
被検体４の内部が、超音波ビームが形成する音線によっ
て走査される。すなわち被検体４の内部が音線順次によ
って走査される。音線の形成は、複数の超音波トランス
デューサの駆動に時間差を与えるフェーズドアレイ(pha
sed array)の手法を利用して行われる。また、音線の走
査は、音線形成に関わる複数の超音波トランスデューサ
を切り換えることにより、送波アパーチャ(aperture)を
アレイに沿って順次移動させる電子スキャン(scan)の手
法を利用して行われる。

【００１６】送受信部６は、また、超音波プローブ２が
受波した被検体４からのエコー信号を受信するようにな
っている。エコー信号の受信は超音波の送波の繰り返し
の合間に行われる。各回の受信によって、音線毎のエコ
ー受信信号がそれぞれ形成される。受波の音線も送波に
合わせて走査される。

【００１７】音線毎のエコー受信信号の形成は、例えば
アレイ中の複数の超音波トランスデューサの受信信号を
加算する時間差を調節するフェーズドアレイの手法によ
り行われる。受波の音線の走査は、受波のアパーチャを
アレイに沿って順次移動させる電子スキャンによって行
われる。

【００１８】超音波プローブ２および送受信部６によっ
て、図２に示すような走査が行われる。すなわち、同図
に示すように、放射点２００から発する音線２０２が円
弧２０４上を移動することにより、扇面状の２次元領域
２０６が走査され、いわゆるコンベックススキャンが行
われる。この走査はθ走査である。音線２０２を超音波
の送波方向とは反対方向に延長したとき、全ての音線が
一点２０８で交わるようになっている。点２０８は全て
の音線の発散点となる。

【００１９】超音波プローブ２はアクチュエータ(actua
tor)８に連結されている。アクチュエータ８は、超音波
プローブ２をθ走査方向とは直交する方向（φ方向）に
移動させるようになっている。すなわち、アクチュエー
タ８はφ走査を行うものである。φ走査はθ走査と協調
して行われ、例えばθ走査の１スキャン毎にφ走査を１
ピッチ(pitch) 進めるようになっている。

【００２０】φ走査を超音波プローブ２の揺動によって
おこなうとき、その中心軸は、図３に中心軸３００で示
すように、θ走査の音線の発散点２０８を通るようにな
っている。このようなφ走査とθ走査の組み合わせによ
って、被検体４の内部の３次元領域３０２が走査され
る。φ走査は、この他に図４に示すように行うようにし
ても良い。図４に示すφ走査は、超音波プローブ２をθ
走査と直交する方向に平行移動させるようにしたもので
ある。なお、φ走査は、必ずしもアクチュエータ８によ
らず、操作者が手動で行うようにしても良い。

【００２１】送受信部６から出力される音線毎のエコー
受信信号は、Ｂモード処理部１０に入力される。Ｂモー
ド処理部１０はＢモード画像データを形成するものであ
る。Ｂモード処理部１０は、図５に示すように対数増幅
回路１０２と包絡線検波回路１０４を備えている。Ｂモ
ード処理部１０は、対数増幅回路１０２でエコー受信信
号を対数増幅し、包絡線検波回路１０４で包絡線検波し
て音線上の個々の反射点でのエコーの強度を表す信号、
すなわちＡスコープ(scope) 信号を得て、このＡスコー
プ信号の各瞬時の振幅をそれぞれ輝度値として、Ｂモー
ド画像データを形成するようになっている。

【００２２】Ｂモード処理部１０は画像処理部１４に接
続されている。Ｂモード処理部１０と画像処理部１４
は、本発明におけるＢモード画像データ生成手段の実施
の形態の一例である。画像処理部１４は、Ｂモード処理
部１０から入力されるデータに基づいてＢモード画像を
生成するものである。

【００２３】画像処理部１４は、図６に示すように、バ
ス(bus) １４０によって接続された音線データメモリ１
４２、ディジタル・スキャンコンバータ(digital scan
converter)１４４、画像メモリ１４６および画像処理プ
ロセッサ１４８を備えている。Ｂモード処理部１０から
音線毎に入力されたＢモード画像データは、音線データ
メモリ１４２に記憶される。

【００２４】被検体４の走査が３次元的に行われること
により、音線データメモリ１４２には３次元の音線デー
タが記憶される。すなわち、音線データメモリ１４２内
には、例えば図７に示すような３次元の音線データ空間
が形成される。この音線データ空間はθ、φおよびｚの
３つの座標軸を有する。これらは極座標軸である。

【００２５】ディジタル・スキャンコンバータ１４４
は、走査変換により音線データ空間のデータを物理空間
のデータに変換するものである。これによって、音線デ
ータ空間は例えば図８または図９に示すような物理デー
タ空間に変換される。物理データ空間はＸ，Ｙ，Ｚの３
つの直交座標軸を有する。物理データ空間は、図３また
は図４に示した３次元領域３０２に相当する。

【００２６】ディジタル・スキャンコンバータ１４４に
よって変換された画像データが画像メモリ１４６に記憶
される。すなわち、画像メモリ１４６は物理空間の画像
データを記憶する。画像メモリ１４６には３次元座標空
間（データ空間）が形成される。

【００２７】画像処理プロセッサ１４８は、音線データ
メモリ１４２および画像メモリ１４６のデータについて
それぞれ所定のデータ処理を施すものである。このデー
タ処理には３次元表示像を得るためのデータ処理が含ま
れる。データ処理の詳細については後にあらためて説明
する。

【００２８】画像処理プロセッサ１４８は、本発明にお
ける最大値投影手段の実施の形態の一例である。また、
本発明における最小値投影手段の実施の形態の一例であ
る。また、本発明における画像形成手段の実施の形態の
一例である。

【００２９】画像処理部１４には表示部１６が接続され
ている。表示部１６は、画像処理部１４から画像信号が
与えられ、それに基づいて画像を表示するようになって
いる。

【００３０】以上の送受信部６、アクチュエータ８、Ｂ
モード処理部１０、画像処理部１４および表示部１６は
制御部１８に接続されている。制御部１８は、それら各
部に制御信号を与えてその動作を制御するようになって
いる。

【００３１】制御部１８には操作部２０が接続されてい
る。操作部２０は操作者によって操作され、制御部１８
に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作
部２０は、例えばキーボード(keyboard)やその他の操作
具を備えた操作パネル(panel) で構成される。

【００３２】（動作）本装置の動作を説明する。図１０
に本装置の動作のフロー図を示す。操作者はアクチュエ
ータ８に連結された超音波プローブ２を被検体４の所望
の個所に位置決めし、操作部２０を操作して撮像動作を
行わせる。以下、制御部１８による制御の下で本装置の
動作が遂行される。

【００３３】ステップ３１０において、３次元（３Ｄ）
スキャンを行う。すなわち、送受信部６は超音波プロー
ブ２を通じて音線順次で被検体４の内部をθ走査して逐
一そのエコーを受信する。Ｂモード処理部１０は、送受
信部６から入力されるエコー受信信号からＡスコープ信
号を求め、その各瞬時値を輝度値とするＢモード画像デ
ータを音線毎に形成する。

【００３４】画像処理部１４は、Ｂモード処理部１０か
ら入力される音線毎のＢモード画像データを音線データ
メモリ１４２に記憶する。これによって、音線データメ
モリ１４２内にＢモード画像データについての音線デー
タ空間が形成される。

【００３５】画像処理プロセッサ１４８は、音線データ
メモリ１４２のＢモード画像データをディジタル・スキ
ャンコンバータ１４４で走査変換して画像メモリ１４６
に書き込む。画像メモリ１４６の読出信号が表示部１６
に表示される。これによってＢモード画像が表示され
る。

【００３６】超音波プローブ２のφ走査につれて、例え
ば図１１に概念的に示すように、φ方向に異なる複数の
断面（θ走査面）９００〜９１０の像が順次表示され
る。各断面の像は画像メモリ１４６に蓄積される。これ
によって、画像メモリ１４６には、断面９００〜９１０
の積層によって構成される３次元領域３０２に関する画
像が記憶される。

【００３７】３次元領域３０２には血管９２０と腫瘍９
２２が存在する。腫瘍９２２の一端部９２４が断面９０
０に位置する。腫瘍９２２の最も太い中間部９２６が断
面９０６に位置する。腫瘍９２２の他方の端部９２８が
断面９１０に位置する。

【００３８】操作者は、表示部１６に順次表示される各
断面の画像を観察して、腫瘍９２２の全貌を把握する。
すなわち、断面９０６の画像を観察して腫瘍９２２の最
も太い中間部９２６を認識し、断面９００，９１０の画
像を観察して腫瘍９２２の両端部９２４，９２８をそれ
ぞれ認識する。

【００３９】ステップ３１２において、操作者は、画像
から認識した腫瘍９２２の像に基づいて、ＲＯＩ(regio
n of interest)すなわち関心領域を設定する。それに
は、先ず、操作者は、腫瘍９２２の最も太い中間部９２
６が表示されている断面９０６の画面において、操作部
２０の操作により腫瘍９２２の輪郭を描画する。輪郭の
描画は、例えば操作部２０により形状と寸法が調節でき
る可変の楕円図形を用いて行われる。これは近似的な輪
郭を簡便に描画する点で好ましい。

【００４０】例えば、肝臓癌等の腫瘍は、その断面が概
ね楕円ないし円形になっているので、可変の楕円図形を
利用することにより、比較的正確な輪郭を容易に描画す
ることができる。勿論、移動カーソル(cursor)等で輪郭
をなぞって描画するようにしても良い。

【００４１】操作者は、描画した輪郭図形を画像処理プ
ロセッサ１４８に記憶させる。操作者は、さらに、断面
９００、９０６および９１０の番号を入力し、３次元領
域３０２におけるそれら断面の位置を画像処理プロセッ
サ１４８に記憶させる。なお、画像処理プロセッサ１４
８が表示中の断面の３次元的位置を常に認識していると
きは、番号入力に代えて所定のキーを押すことで、それ
を記憶させることができる。

【００４２】画像処理プロセッサ１４８は、これらの入
力信号に基づき、腫瘍部９２２の３次元形状を求める。
それには、例えば、図１２に示すような手法が用いられ
る。同図に示すように、断面９０６における最も太い中
間部の輪郭が長径ａと短径ｂの楕円で表され、断面９０
６から断面９００および９１０までの距離をそれぞれＦ
およびＬとしたとき、断面９０６と断面９００の間の距
離ｉにおける腫瘍９２２の輪郭を、長径ａ’と短径ｂ’
がそれぞれ下記の（１），（２）式で与えられる楕円と
し、断面９０６と断面９１０の間の距離ｉにおける輪郭
を、長径ａ''と短径ｂ''がそれぞれ下記の（３），
（４）式で与えられる楕円とする。なお、ａ＝ｂの場合
を含む。

【００４３】

【数１】

【００４４】

【数２】

【００４５】

【数３】

【００４６】

【数４】

【００４７】これによって、腫瘍９２２の３次元形状が
複数の楕円板の積層（楕円積層体）からなる滑らかな近
似図形として求まる。すなわち、３次元領域３０２にお
いて、腫瘍９２２に対応する関心領域９２２’が３次元
的に設定される。

【００４８】次に、ステップ３１４において、画像処理
プロセッサ１４８は、画像メモリ１４６の画像データの
うちＲＯＩに属するものについて最大値投影を行う。す
なわち、例えば図１３に示すように、３次元領域３０２
に関して設定した所望の投影面３０４に、それに垂直な
複数の視線３０６により、関心領域９２２’に属する画
像データの最大値投影を行う。

【００４９】関心領域９２２’は腫瘍９２２に相当する
ので、これによって腫瘍９２２の投影像すなわち腫瘍９
２２の３次元表示像が得られる。画像処理プロセッサ１
４８は、最大値投影によって得た画像データを画像メモ
リ１４６に記憶する。

【００５０】次に、ステップ３１６において、画像処理
プロセッサ１４８は画像メモリ１４６に蓄積されている
３次元領域３０２全体の画像データについて最小値投影
を行う。すなわち、例えば図１４に示すように、３次元
領域３０２に関して設定した上記の投影面３０４に、そ
れに垂直な多数の視線３０６により、３次元領域３０２
の画像データについて最小値投影を行う。

【００５１】血液からのエコーが組織部からのエコーよ
りもはるかに弱いことにより、最小値投影によって血管
９２０の投影像すなわち血管９２０の３次元表示像が得
られる。画像処理プロセッサ１４８は、最小値投影によ
って得た画像データを、最大値投影によって得た画像デ
ータとは別に、画像メモリ１４６に記憶する。

【００５２】次に、ステップ３１８において、画像処理
プロセッサ１４８は、最大値投影によって得られた画像
データと最小値投影によって得られた画像データとを加
算して表示用の画像データを形成する。これによって、
腫瘍部９２２の３次元表示像と血管９２０の３次元表示
像を合成した画像が構成される。合成され画像はステッ
プ３２０において、表示部１６に可視像として表示され
る。

【００５３】表示画像の実例を中間調の写真により図１
５に示す。同図において、楕円形の白い像が腫瘍像であ
り、その上ないしその近辺の黒い帯状図形が血管像であ
る。ここで、腫瘍像は、操作者が腫瘍と認定した部分の
画像データの最大値投影によって形成されるので、表示
画像のテクスチャは実体感のあるものとなる。投影方向
を少しずつ変えた投影像を連続的に表示することによ
り、腫瘍と血管の相互関係が立体的に把握しやすくな
る。

【００５４】最小値投影を行うに当たり、例えば図１６
に示すように、視線方向において関心領域９２２’以遠
の範囲は最小値投影を行わないようにしても良い。この
ようにすると、関心領域９２２’の背後に位置する血管
部分９２０’が最小値投影の対象にならないので、血管
部分９２０’の像が腫瘍９２２の像に重なって表示され
ることがなくなる。これによって、両画像の前後関係が
明瞭になる。その表示画像の実例を中間調の写真により
図１７に示す。図１７を図１５と対比すると、図１５に
おいて腫瘍９２２の像を斜めによぎっている血管像が無
くなることが見てとれる。

【００５５】なお、最小値投影は視線方向において関心
領域９２２’の手前までは行われるので、例えば図１８
に示すように、関心領域９２２’の手前に血管部分９０
２''があるときは、その投影像が腫瘍９２２の像に重ね
て表示されるのはいうまでもない。

【００５６】また、最小値投影によって、血管ばかりで
なく例えばリンパ管等の投影像が得られるので、リンパ
管像と腫瘍部ないし関心領域の像との関係を示す３次元
表示像を得ることも可能であある。

【００５７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明で
は、Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間にお
ける３次元関心領域内の画像データについて最大値投影
を行い、３次元座標空間のＢモード画像データについて
最小値投影を行い、最大値投影によって得られた画像デ
ータと最小値投影によって得られた画像データの和に基
づいて画像を形成するようにしたので、血管等の像と関
心領域の像を一緒に表示した３次元表示像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。

【図２】本発明の実施の形態の一例の装置による音線走
査の概念図である。

【図３】本発明の実施の形態の一例の装置による３次元
走査の概念図である。

【図４】本発明の実施の形態の一例の装置による３次元
走査の概念図である。

【図５】本発明の実施の形態の一例の装置の一部のブロ
ック図である。

【図６】本発明の実施の形態の一例の装置の一部のブロ
ック図である。

【図７】本発明の実施の形態の一例の装置における音線
データ空間を示す概念図である。

【図８】本発明の実施の形態の一例の装置における物理
空間を示す概念図である。

【図９】本発明の実施の形態の一例の装置における物理
空間を示す概念図である。

【図１０】本発明の実施の形態の一例の装置の動作を示
すフロー図である。

【図１１】本発明の実施の形態の一例の装置の動作を示
す概念図である。

【図１２】本発明の実施の形態の一例の装置における３
次元関心領域の概念図である。

【図１３】本発明の実施の形態の一例の装置における最
大値投影の概念図である。

【図１４】本発明の実施の形態の一例の装置における最
小値投影の概念図である。

【図１５】本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に
表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。

【図１６】本発明の実施の形態の一例の装置における最
小値投影の概念図である。

【図１７】本発明の実施の形態の一例の装置の表示部に
表示した画面の一例を中間調の写真で示す図である。

【図１８】本発明の実施の形態の一例の装置における最
小値投影の概念図である。

【符号の説明】

２超音波プローブ４被検体６送受信部８アクチュエータ１０Ｂモード処理部１４画像処理部１６表示部１８制御部２０操作部１０２対数増幅回路１０４包絡線検波回路１４０バス１４２音線データメモリ１４４ディジタル・スキャンコンバータ１４６画像メモリ１４８画像処理プロセッサ２００放射点２０２音線２０４円弧２０６２次元領域２０８発散点３００回転軸３０２３次元領域９００〜９１０断面９２０血管９２２腫瘍９２２’ 関心領域９２４一端部９２６中間部９２８他端部３０４投影面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｂモード画像データが存在する３次元座
標空間における３次元関心領域内の画像データについて
最大値投影を行い、前記３次元座標空間のＢモード画像データについて最小
値投影を行い、前記最大値投影によって得られた画像データと前記最小
値投影によって得られた画像データの和に基づいて画像
を形成する、ことを特徴とする投影像形成方法。
【請求項２】被検体内の３次元領域を超音波で走査し
てそのエコーを受信する超音波送受信手段と、前記エコーの強度信号に基づいて被検体内のＢモード像
を表すＢモード画像データを生成するＢモード画像デー
タ生成手段と、前記Ｂモード画像データが存在する３次元座標空間にお
ける３次元関心領域内の画像データについて最大値投影
を行う最大値投影手段と、前記３次元座標空間のＢモード画像データについて最小
値投影を行う最小値投影手段と、前記最大値投影手段によって得られた画像データと前記
最小値投影手段によって得られた画像データの和に基づ
いて画像を形成する画像形成手段と、を具備することを
特徴とする超音波撮像装置。