JP2009018115A - ３次元超音波診断装置 - Google Patents

３次元超音波診断装置 Download PDF

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Abstract

【課題】心臓の弁構造などを短時間で把握できるような走査法及び表示法を具備する３次元超音波診断装置を提供する。
【解決手段】被検体内の３次元領域を超音波で３次元走査可能な超音波診断装置において、上記３次元走査可能領域内の任意の断層面を超音波で２次元走査して該断層面に対応する断層像を生成する断層像生成手段と、該断層像生成手段により生成された断層像上に関心領域を設定する関心領域設定手段と、該関心領域設定手段により設定された関心領域に外接する領域を３次元走査して該３次元領域に対応する３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、該３次元画像生成手段により生成された３次元画像と上記断層像とを位置照合させて合成表示する表示手段とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被検体内部を３次元的に映像化する３次元超音波診断装置に係り、特に２次元画像と３次元画像とを合成表示する３次元超音波診断装置に関する。
従来の２次元超音波診断装置を使用して、例えば循環器の弁疾患等を診断する場合、いくつもの異なる方向から見た断層像を比較しないと、逆流の程度を見分けることや手術方針を定めることが難しいことが多い。
この点、３次元超音波診断装置を使用すれば、視線方向が適切であれば、１枚の画像を見るだけでこれらを解決することができることがある。特に、形態のグレイスケール画像（２次元画像）と、血管のカラー画像（３次元画像）とを合成表示する３次元超音波診断装置では、それらの位置関係をより正確に観察することができる（例えば、特許文献１参照。）。
ところが、３次元走査ではボリュームでデータをとるので、時間がかかり、リアルタイムで画像が得られないことがある。逆に、リアルタイム性を維持して内部組織の自然な動きを再現するためには、３次元領域内を一通り走査するのに要する時間を短縮して、時間分解能（ボリュームレート）を向上させる必要があるが、空間分解能（超音波走査線の密度）を減らして、画質の劣化を我慢するか、視野角を限定するかしなければならない。後者の場合往々にして、被検体内のいったいどこを見ているのかわからないことがある。
このような問題を解決するものとして、３次元走査可能領域内の任意の２つの断層面のみを超音波で走査することにより、３次元領域を隈無く走査するよりも、走査に要する時間を著しく短縮できる３次元超音波診断装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。また、これらの断層像とＣモード像を使って局所領域を設定した３次元画像とを合成することにより、その局所領域を最適にして最低限の大きさに止めて、時間分解能の向上を図ることもできる。
特開平１１−１６４８３３号公報 特開２０００−１３５２１７号公報
しかしながら、斯かる３次元超音波診断装置であっても、いくつもの異なる方向から見た３次元像を比較しないと、逆流の程度を見分けることや手術方針を定めることが難しいことがある。
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、心臓の弁構造などを短時間で把握できるような走査法及び表示法を具備する３次元超音波診断装置を提供することを目的とするものである。
本発明に係る３次元超音波診断装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、被検体内の３次元領域を超音波で３次元走査可能な超音波診断装置において、上記３次元走査可能領域内の任意の断層面を超音波で２次元走査して該断層面に対応する断層像を生成する断層像生成手段と、該断層像生成手段により生成された断層像上に関心領域を設定する関心領域設定手段と、該関心領域設定手段により設定された関心領域に外接する領域を３次元走査して該３次元領域に対応する３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、該３次元画像生成手段により生成された３次元画像と上記断層像とを位置照合させて合成表示する表示手段とを備えるものである。
また、上述した課題を解決するために、請求項２に係る３次元超音波診断装置は、被検体内の３次元領域を超音波で３次元走査可能な超音波診断装置において、上記３次元走査可能領域内の任意の複数の断層面を超音波で２次元走査して該複数の断層面に対応する複数の断層像を生成する断層像生成手段と、該断層像生成手段により生成された複数の断層像の交線上に関心領域を設定する関心領域設定手段と、該関心領域設定手段により設定された関心領域に外接する領域を３次元走査して該領域に対応する３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、該３次元画像生成手段により生成された３次元画像と上記断層像とを位置照合させて合成表示する表示手段と、を備えるものである。
前記３次元画像生成手段は、好適には、請求項３に記載したように、前記３次元走査により得られるエコー信号に基づいて前記３次元領域に関するボリュームデータを生成し、該ボリュームデータを対象として任意の視線方向に従ってボリュームレンダリング処理を実行することにより３次元画像データを生成することが望ましい。
そして、前記３次元画像生成手段により生成される３次元画像は、好適には、請求項４に記載したように、それぞれ前記ボリュームレンダリング処理された、被検体の臓器実質を表す組織画像及び被検体の血流を表す構造物画像との合成画像とすることができる。
また、前記断層像生成手段は、好適には、請求項５に記載したように、前記３次元走査可能領域内の一又は複数の任意の断層面を移動可能に走査して該一又は複数の断層面に対応する断層像を生成するものとしてもよい。
前記３次元超音波診断装置は、好適には、請求項６に記載したように、さらに、前記３次元画像の領域内に、上下左右前後に移動可能に視点を設定する視点設定手段を備える構成としてもよい。
さらに、前記断層像生成手段は、好適には、請求項７に記載したように、前記視点の移動に追随して、該視点を含む断層像を生成し、前記３次元画像生成手段は、前記視点の移動に追随して、該視点を含む３次元画像を生成するものとすることができる。
前記視点設定手段は、好適には、請求項８に記載したように、設定された視点を所望の位置に固定し、前記断層像生成手段は、上記視点設定手段により固定された視点を中心とし、前記３次元領域の中心軸に対して略直交する断層面に関するＣモード像を生成することが望ましい。
前記視点設定手段は、好適には、請求項９に記載したように、固定された視点の視線方向を３次元的に回動させ、前記断層像生成手段は、前記Ｃモード像を上記視点設定手段により回動される視線に追随して回動させることができる。
好適には、請求項１０に記載したように、前記断層像生成手段による２次元走査と前記３次元画像生成手段による３次元走査とを同時に行う場合において、その走査比率を変更可能としてもよい。
本発明に係る３次元超音波診断装置によれば、心臓の弁構造などを短時間で把握できるような走査法及び表示法を具備することができる。
本発明に係る３次元超音波診断装置の第１の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波診断装置により、組織像及び構造物像を収集して合成し、これを表示するまでを経て、表示された合成画像を操作するまでの処理の流れを示すフローチャートであり、図２は、このフローチャートに基づく断層像の生成から画像操作までの過程を説明する図である。
先ず、ステップＳ１に示すように、超音波診断装置により３Ｄデータを収集する。収集は、２種類の撮影モード、すなわちＢモードとカラードプラモードに基づいて行われ、これらの撮影モードに応じ、Ｂモードの２Ｄデータと、カラードプラモードの３Ｄデータとが収集される。Ｂモードのデータは２Ｄデータなので、３Ｄデータに比べて短時間で収集することができる。
次に、ステップＳ２に示すように、収集されたＢモードの２Ｄデータを元に、断面変換（ＭＰＲ）処理及びテクスチャマッピング等の画像処理を行って断層像が生成される。この断層像は、図２（ａ）に示すように、３次元走査可能領域１内の任意の断層像２であり、回転させたり（同図の矢印イ）、煽ったり（同図の矢印ロ）することにより、所望の断層像２を得ることができる。なお、断層像２は、同図に示すように、オブリーク処理を施したものであっても、正面画像であってもよい。
そして、ステップＳ３において、関心領域が設定される。図２（ｂ）に示すように、関心領域３は、画面に表示された断層像２上に、マウス等の入力装置を用いて設定される。
関心領域３が設定されると、カラードプラモードの３Ｄデータを基にして３Ｄ画像４が生成される（ステップＳ４）。この３Ｄ画像４は、図２（ｃ）に示すように、関心領域３を内包する最小限の範囲に設定される。これにより、３Ｄデータ収集の負荷が軽減される。
続いて、関心領域３の中でも特に関心がある部位に視点が設定される（ステップＳ５）。この視点５は、図２（ｄ）に示すように、特に関心がある部位を求めて、上下方向、左右方向及び前後方向（紙面に対して垂直な方向）に移動させることができる。これに伴い、３Ｄ画像４も、視点５が３Ｄ画像４の横断面中央にくるように再構成される。
視点５の位置が決定されると、この視点５を含んで、超音波ビームに略直交する面（Ｃモード面）に関する断層像、すなわち、Ｃモード画像６が、図２（ｅ）に示すように、生成される（ステップＳ６）。
このＣモード画像６は、図２（ｆ）に示すように、視点５を中心にして３６０°回動させることができる（ステップＳ７）。これは、画面上の一点をマウスでドラッグする等により実行される。これにより、例えば、血管７Ａ，７Ｂ，７Ｃ等を、図２（ｇ）に示すように真上から見ることもでき、また、図２（ｈ）に示すように真下上から見ることもできるので、最も見やすい位置で見ることが可能となる。
次に、本発明に係る３次元超音波診断装置の第２の実施形態について、図３及び図４を参照して説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係る超音波診断装置による断層像の生成から画像操作までの過程を説明する図である。
本実施の形態の３次元超音波診断装置は、図３に示すように、交差する二つの断層像２Ａ，２Ｂを生成する点で、第１の実施形態におけるものと基本的に相違し、他の構成は第１の実施形態と実質的に同じであり、同じ符号を付して説明を省略する。
二つの断層像２Ａ，２Ｂは、それぞれ回転、煽りにより移動させることができ、互いに９０°又は任意の角度で交差する。そして、関心領域３は、二つの断層像２Ａ，２Ｂの交線上に設定される。
このように、断層像をバイプレーンとすることにより、関心領域の設定、延いては視点の設定をより精度良く行うことができる。
さらには、断層像２Ａ，２Ｂと３Ｄ画像４との走査シーケンスに関して、走査比率を変更することができる。例えば、図４（ｃ）に示すように時分割で断層像２Ａ，２Ｂの２次元走査と３次元画像４の３次元走査とを絶えず交互に繰り返すという一般的な同時スキャンのシーケンスだけでなく、図４（ｄ）に示すように、３Ｄ画像を分割して３次元走査を行うシーケンスも可能である。
図５に示すように、３Ｄデータプロファイルの一部を例えば１／８ずつデータを入れ替えながら、３Ｄのボリュームレンダリング演算を行っていくと、見かけ上、３Ｄ画像が高速化されるという効果が得られる。
以上に説明した実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものによって置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。
本発明の第１実施形態に係る超音波診断装置による３Ｄデータ収集から画像操作までの処理の流れを示すフローチャート。 図１に示されたフローチャートに基づく断層像の生成から画像操作までの過程を説明する図。 本発明の第２実施形態に係る超音波診断装置による断層像の生成から画像操作までの過程を説明する図。 本実施形態の断層走査／３Ｄ走査に係る時分割走査シーケンスの例を示す図。 ３Ｄデータプロファイルの構成を示す図。
符号の説明
１ ３次元走査可能領域
２，２Ａ，２Ｂ 断層像
３ 関心領域
４ ３Ｄ画像
５ 視点
６ Ｃモード画像
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ 血管

Claims (10)

  1. 被検体内の３次元領域を超音波で３次元走査可能な超音波診断装置において、
    上記３次元走査可能領域内の任意の断層面を超音波で２次元走査して該断層面に対応する断層像を生成する断層像生成手段と、
    該断層像生成手段により生成された断層像上に関心領域を設定する関心領域設定手段と、
    該関心領域設定手段により設定された関心領域に外接する領域を３次元走査して該３次元領域に対応する３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
    該３次元画像生成手段により生成された３次元画像と上記断層像とを位置照合させて合成表示する表示手段と、
    を備えることを特徴とする３次元超音波診断装置。
  2. 被検体内の３次元領域を超音波で３次元走査可能な超音波診断装置において、
    上記３次元走査可能領域内の任意の複数の断層面を超音波で２次元走査して該複数の断層面に対応する複数の断層像を生成する断層像生成手段と、
    該断層像生成手段により生成された複数の断層像の交線上に関心領域を設定する関心領域設定手段と、
    該関心領域設定手段により設定された関心領域に外接する領域を３次元走査して該領域に対応する３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
    該３次元画像生成手段により生成された３次元画像と上記断層像とを位置照合させて合成表示する表示手段と、
    を備えることを特徴とする３次元超音波診断装置。
  3. 前記３次元画像生成手段は、前記３次元走査により得られるエコー信号に基づいて前記３次元領域に関するボリュームデータを生成し、該ボリュームデータを対象として任意の視線方向に従ってボリュームレンダリング処理を実行することにより３次元画像データを生成することを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の３次元超音波診断装置。
  4. 前記３次元画像生成手段により生成される３次元画像は、それぞれ前記ボリュームレンダリング処理された、被検体の臓器実質を表す組織画像及び被検体の血流を表す構造物画像との合成画像であることを特徴とする請求項３記載の医用画像診断装置。
  5. 前記断層像生成手段は、前記３次元走査可能領域内の一又は複数の任意の断層面を移動可能に走査して該一又は複数の断層面に対応する断層像を生成することを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の３次元超音波診断装置。
  6. 前記３次元超音波診断装置はさらに、前記３次元画像の領域内に、上下左右前後に移動可能に視点を設定する視点設定手段を備えることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の３次元超音波診断装置。
  7. 前記断層像生成手段は、前記視点の移動に追随して、該視点を含む断層像を生成し、前記３次元画像生成手段は、前記視点の移動に追随して、該視点を含む３次元画像を生成することを特徴とする請求項６記載の３次元超音波診断装置。
  8. 前記視点設定手段は、設定された視点を所望の位置に固定し、前記断層像生成手段は、上記視点設定手段により固定された視点を中心とし、前記３次元領域の中心軸に対して略直交する断層面に関するＣモード像を生成することを特徴とする請求項７記載の３次元超音波診断装置。
  9. 前記視点設定手段は、固定された視点の視線方向を３次元的に回動させ、前記断層像生成手段は、前記Ｃモード像を上記視点設定手段により回動される視線に追随して回動させることを特徴とする請求項８記載の３次元超音波診断装置。
  10. 前記断層像生成手段による２次元走査と前記３次元画像生成手段による３次元走査とを同時に行う場合において、その走査比率を変更可能であることを特徴とする請求項１及び２のいずれかに記載の３次元超音波診断装置。
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