JPH0678925A

JPH0678925A - 超音波診断装置

Info

Publication number: JPH0678925A
Application number: JP23805892A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Sato; 武史佐藤; Akinami Ohashi; 昭南大橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-03-22
Anticipated expiration: 2016-09-17
Also published as: JP3210088B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、伝達性や記録性等の客観性を有し
た血流の３次元的な情報をリアルタイムで得ることがで
きる超音波診断装置を提供することを目的とする。【構成】本発明に係る超音波診断装置は、被検体内の
所望の３次元空間に対して超音波ビームスキャンを行な
い、前記３次元空間内の移動体からのエコー信号とその
エコー信号の前記３次元空間における位置情報を得る手
段と、前記エコー信号に基づいて前記移動体の移動情報
を得、その移動情報と前記位置情報とから前記移動体の
移動情報の３次元分布を得、前記超音波ビームスキャン
を行うごとに前記３次元分布を更新し、その３次元分布
に対して複数の方向に投影し複数の２次元像を得る３次
元ディジタルスキャンコンバータ８、前記複数の２次元
像を所定の順番でリアルタイムに表示する３次元表示系
１０とを具備することを特徴とする。【効果】リアルタイムで３次元超音波診断画像を見る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、心臓内あるいは血管内
の血流速の空間的拡がりを表示するいわゆるカラーフロ
ーマッピング（ＣＦＭ）法を備えた超音波診断装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】心臓内あるいは血管内の血流の情報を２
次元的拡がりの画像（以下「血流画像」と称する）を得
る方法、いわゆるカラーフローマッピング（ＣＦＭ）法
は、超音波のドップラ効果を利用するものである。即
ち、生体内に送信された超音波ビームが移動反射体（血
球）により反射されると、その反射波の周波数（受信周
波数）は送信周波数に比し血球の移動速度に応じて偏移
する効果（ドップラ効果）を利用し、その偏移周波数
（ドップラ信号）の分布、すなわち空間的拡がりを有す
る血流画像を得るものである。

【０００３】通常、血管は生体内において縦横に、即ち
３次元的に存在している。しかし、血流画像は、超音波
ビームの走査平面に応じた２次元像である。そこで、３
次元的に存在している血管の血流についてはその一部、
即ちその走査平面に交差する部分の血流のみが断片的に
表示されるにすぎず、その血管の広範囲にわたる血流全
体の様子を１枚の血流画像では認識することができなか
った。そのため、その血管の血流全体の様子を次のよう
な方法を用いて認識していた。

【０００４】すなわち、超音波プローブの向きを変えた
り、生体に対する超音波プローブの接触位置を移動する
ことにより、その走査平面を変え、互いに走査範囲の異
なる複数の血流画像を得、診断者がそれらの血流画像を
個々に見ながら血流全体の様子を類推していた。しかし
この方法には次のような問題がある。

【０００５】（１）血流全体の様子を類推するために
は、診断者は十分な解剖学的知識および非常な熟練が要
求される上、その血流全体の様子の認識の程度はその診
断者本人の解剖学的知識および熟練の程度に非常に左右
されてしまう。

【０００６】（２）診断者が得ている解剖学的知識は主
に正常時（健常時）に関する知識であるために、その解
剖学的知識の範囲外である異常部分についての類推は困
難である。

【０００７】（３）血流全体の様子を類推するために
は、複数の血流画像各々が生体のどの位置に、且つどの
ような方向に超音波プローブを接触させて得た画像であ
るか、を知っておく必要がある。しかし、その位置およ
び方向を把握しているのは実際に超音波プローブの操作
に携わった操作者（診断者）本人だけであり、その本人
以外の者が複数の血流画像を見たとしてもその本人以外
の者は前記位置および方向を把握していないために血流
全体の様子を類推することは困難である。また複数の血
流画像をビデオテープ等に記憶させておき、後日その本
人がその複数の血流画像を見たとしても、はたしてその
複数の血流画像を得た時に類推した血流全体の様子を正
確に再現できるかどうかは疑問である。

【０００８】（４）上記（３）の内容に関連して、血流
全体の様子は、超音波プローブの操作に携わった操作者
（診断者）本人の頭の中で複数の血流画像を基に類推さ
れたものであるため、その本人が第三者に血流全体の様
子を伝達することは非常に難しい。

【０００９】以上のように、従来の血流全体の様子を認
識する手段には、伝達性や記録性等の客観性がなかっ
た。そのため、客観性を有する血流全体の様子を認識す
る手段の開発が待望されている。

【００１０】一方、現在用いられている血管の３次元表
示方法は次のような方法がある。即ち、Ｘ線ＣＴ装置や
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置等の画像収集装置
における関心部の表面表示法やボリュームレンダリング
（volume rendering）による３次元表示法、また２焦点
を有するＸ線撮影装置においてカテーテルを用いて血管
内に造影剤を注入しその造影剤の存在部分（血管）だけ
の左右両眼用の２種の画像を得、その２種の画像をステ
レオ表示する方法、さらにＭＲアンギオにおける血管の
回転表示法などがある。しかしいずれの方法によって
も、血管の存在情報を得るのみであり、血流の情報を得
ることは出来ない。

【００１１】また、２次元像を得る超音波診断装置にお
いて、超音波プローブの向きを変えたり、生体に対する
超音波プローブの接触位置を移動することにより、その
走査平面を変え、このときの超音波プローブの位置を検
出すると共に互いに走査範囲の異なる複数の２次元血流
画像を得、得られた複数の２次元血流画像から３次元画
像を得、これを３次元表示する方法が考えられている。
しかしながらこの方法においては超音波プローブの操作
を終えてから３次元表示が行われるので、所望の３次元
画像が得られなかった場合には診断をやり直さなければ
ならず、３次元血流画像をリアルタイムで見ることがで
きないといった欠点があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の超音波診断装置においては、リアルタイムで伝達
性や記録性等の客観性を有した血流の３次元情報を得る
ことができなかった。そこで本発明は上記欠点を除去す
るものであり、リアルタイムで３次元画像を表示するこ
とが可能な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。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、被検体内の所望の３次元空間に対して超音
波ビームスキャンを行い、前記３次元空間内の移動体か
らのエコー信号とその移動体の前記３次元空間における
位置情報を得る手段と、前記エコー信号に基づいて前記
移動体の移動情報を得、その移動情報の前記３次元空間
に応じた３次元分布を前記位置情報に基づいて得る手段
と、前記超音波ビームスキャンを行うごとに前記３次元
分布を更新する手段と、その３次元分布に対して複数の
方向に投影し、複数の２次元像を得る手段と、前記複数
の２次元像を所定の順番でリアルタイムに連続表示し３
次元画像を得る手段とを備えることを特徴としている。

【００１４】

【作用】本発明によれば、被検体内の所望の３次元空間
に対して超音波ビームスキャンをして得た移動体からの
エコー信号に応じたその移動体の移動情報と、その移動
情報の前記３次元空間における位置情報とから前記移動
体の移動情報の３次元分布を得、前記超音波ビームスキ
ャンを行うごとに前記３次元分布を更新し、その３次元
分布に対して複数の方向から投影して得た複数の２次元
像を所定の順番でリアルタイムに表示し、人間の「運動
視差」と呼ばれる視覚特性によって、血流全体の様子を
３次元的に認識することができる画像を得ることができ
る。以上のようにしてリアルタイムに３次元画像を得る
こができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照しながら第１の実施例を説
明する。

【００１６】図１は本発明の第１の実施例に係る超音波
診断装置の概略的な構成を示すブロック図である。超音
波プローブのスキャン方式にはリニア走査、セクタ走査
等があり、またスキャン手段には手動走査、機械走査、
電子走査があり、いずれを採用してもよいがここではセ
クタ電子走査法を採用しているものとして以下説明す
る。

【００１７】図１に示し第１の実施例に係る超音波診断
装置は、システムコントローラ１３をシステム全体の制
御中枢として、位置検出回路１、超音波プローブ２、送
信系３、受信系４、Ｂモード処理系５、カラーフローマ
ッピング（ＣＦＭ）処理系６、ディジタルスキャンコン
バータ（ＤＳＣ）７、３次元ディジタルスキャンコンバ
ータ（３Ｄ−ＤＳＣ）８、２次元表示系９、３次元表示
系１０、操作スイッチ１２を具備している。

【００１８】超音波プローブ２は、複数の圧電振動子を
並設してなり、送信系３により送信駆動されると、超音
波パルスを被検体Ｐに送波し、被検体Ｐで流動する血流
によるドプラ偏移をともなうエコー信号を受信する。こ
の超音波プローブ２の走査方式は前述したようにセクタ
電子走査法であるので、走査面は扇状の２次元的に拡が
った平面である。ここで１走査面から得たエコー信号を
走査データと称するものとする。この超音波プローブ２
は、図３に示すように被検体Ｐの体表面２０に接触さ
れ、その走査面の方向を様々に変えられるようになって
いる。走査面の方向を変えることによって、被検体Ｐの
所望の３次元範囲（以下「実空間」と称する）内の複数
の走査データを得、この複数の走査データによって３次
元的拡がりを有するデータ（ボリュームデータ）が生成
される。ここで、その走査面の方向を変更するための超
音波プローブ２の操作は手動で行ってもよいし、機械的
手段により行ってもよい。本実施例ではこの超音波プロ
ーブ２の操作を手動で行うものとする。ここで複数の走
査データを得るための超音波プローブ２の操作を３次元
スキャンと称するものとする。

【００１９】位置検出回路１は、走査面毎に超音波プロ
ーブ２の位置、走査面方向、具体的には図４に示した位
置ｘ，ｙ，ｚと角度θ、φ、ψ（以下「走査データ位置
情報」と称する）を検出し、この走査データ位置情報を
３Ｄ−ＤＳＣ８へ供給する。この位置検出器の一例とし
て３次元位置検出アーム２０の外観図を図５に示した。
アーム２１の先端に超音波プローブ２が取り付けられて
いて、アーム２１の数箇所（図中１軸、２軸、３軸、４
軸、５軸、６軸）がそれぞれ回転可能に接続されてお
り、その回転角により位置情報を得るようになってい
る。この走査データ位置情報は、ＣＦＭ処理系６を介し
て得られる２次元血流情報（以下「ＣＦＭデータ」と称
する）を、実空間に対応している３Ｄ−ＤＳＣ８が有す
るＸ・Ｙ・Ｚ座標系の３次元メモリ範囲（以下「３次元
メモリ空間」と称する）に元の通りに分布させてボリュ
ームデータを生成する際のアドレスを算出するために用
いられることになるが、詳細は後述する。

【００２０】送信系３は、パルス発生器３Ａ、送信遅延
回路３Ｂ、パルサ３Ｃを備えている。この送信系３にお
いて、パルス発生器３Ａはレートパルスを発生し、この
レートパルスを送信遅延回路３Ｂへ送出する。送信遅延
回路３Ｂは、パルス発生器３Ａから受けたレートパルス
に対し、所定の方向へ超音波ビームを収束させるべく振
動子毎に所定の遅延時間を与え、この遅延レートパルス
をパルサ３Ｃへ送出する。パルサ３Ｃは、送信遅延回路
３Ｂから受けた遅延レートパルスに基づき超音波プロー
ブ２の各々の振動子を所定回数だけ繰り返し駆動する。

【００２１】この超音波の送受波で得たエコー信号を受
ける受信系４は、プリアンプ４Ａ、受信遅延回路４Ｂ、
加算器４Ｃを備えている。この受信系４において、プリ
アンプ４Ａはエコー信号を所定のレベルまで増幅し、増
幅された信号を受信遅延回路４Ｂへ送出する。受信遅延
回路４Ｂは、プリアンプ４Ａから受けた増幅後の信号に
対し送信遅延回路３Ｂで与えた遅延時間を元に戻すよう
な遅延時間を各振動子毎に与える。加算器４Ｃは、受信
遅延回路４Ｂを通した各振動子からの信号を加算合成す
る一方、その加算合成した信号をＢモード処理系５とＣ
ＦＭ処理系６へそれぞれへ送出する。

【００２２】Ｂモード処理系５は、対数増幅器５Ａ、包
絡線検波回路５Ｂ、Ａ／Ｄ変換器５Ｃを備えていて、シ
ステムコントローラ１３の制御下で次のような処理を行
う。即ち、Ｂモード処理系５において、対数増幅器５Ａ
は、受信系４の加算器４Ｃから受けた信号を対数増幅
し、包絡線検波回路５Ｂへ送出する。包絡線検波回路５
Ｂは、対数増幅器５Ａの出力について包絡線を検波し、
この検波出力をＡ／Ｄ変換器５Ｃへ送出する。従ってＡ
／Ｄ変換器５Ｃにおいて包絡線検波回路５Ｂからの検波
出力をディジタル信号に変換し、Ｂモード像データとし
てＤＳＣ７へ出力することになる。

【００２３】一方、ＣＦＭ処理系６は、位相検波回路６
Ａ、Ａ／Ｄ変換器６Ｂ、ＭＴＩ（Moving-Target-Indica
tor ）フィルタ６Ｃ、自己相関器６Ｄ、演算部６Ｅを備
えていて、システムコントローラ１３の制御下で次のよ
うな処理を行う。即ち、ＣＦＭ処理系６において、移送
検波回路６Ａは、受信系４の加算器４Ｃからの信号を受
けて、この信号について直交位相検波し、図示しないロ
ーパスフィルタにより高周波成分を除去してドップラ偏
移信号、即ち血流像のためのドップラ検波出力を得る。
このドップラ検波出力には血流情報以外に心臓の壁等の
ように動きの遅い物体からの不要な反射信号（クラッタ
成分）も含まれている。そこで、ドップラ検波出力をＡ
／Ｄ変換器６Ｂによりディジタル信号に変換し、ＭＴＩ
フィルタ６Ｃを通す。ここで、ＭＴＩとは、レーダで使
用されている技術で、前述したようにMoviーng-Target-
Indicator の略であり、移動目標だけをドップラ効果を
利用して検出する方法である。従って、ＭＴＩフィルタ
６Ｃは、所定回数繰り返し送波したレートパルスにおけ
る同一ピクセル間の移送変化により血流の動きだけを検
出し、ドップラ検波出力からクラッタ成分を除去するこ
とになる。

【００２４】自己相関器６Ｄは、このクラッタ成分を除
去した信号を２次元の多点数毎にリアルタイムで周波数
分析する。自己相関器６Ｄによる周波数分析の演算数
は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）法における演算数より
非常に少ないものであり、そのためリアルタイム処理が
可能となった。演算部６Ｅはこの自己相関器６Ｄの出力
を受けるものであり、平均速度演算部、分散演算部、パ
ワー演算部を有している。この演算部６Ｅにおいて、平
均速度演算部は平均ドップラシフト周波数ｆｄをもと
め、分散演算部は分散σ² を求め、パワー演算部はトー
タルパワーＴＰを求める。なお、トータルパワーＴＰは
血流からの散乱エコーの強度に比例するがＭＴＩフィル
タ６Ｃのカットオフ周波数以下に相当する移動物体から
のエコー成分が除かれている。この平均ドップラシフト
周波数ｆｄ、分散σ² 、トータルパワーＴＰからなるＣ
ＦＭデータは走査データ毎に得られ、ＤＳＣ７と３Ｄ−
ＤＳＣ８へ出力される。ここで３Ｄ−ＤＳＣ８へ供給さ
れるＣＦＭデータについて説明する。このＣＦＭデータ
は血流の有無、および血流方向に応じた次の３種類の値
（ボクセル値）からなる。即ち、血流がないことを表す
値「１」、血流方向がプローブに対して向かってくる方
向であることを表す値「２」、血流方向がプローブから
遠ざかる方向であることを表す値「３」である。ＤＳＣ
７は、Ｂモード処理系６の出力とＣＦＭ処理系６から入
力した各画像データを後述するカラーモニタ９Ｃの走査
方式に応じて表示系９へ出力する。

【００２５】３Ｄ−ＤＳＣ８は、ＣＦＭ処理系６の出力
を受けるものであり、３次元スキャンにより得た複数の
ＣＦＭデータを３次元メモリ空間内に分布させボリュー
ムデータを生成し、そのボリュームデータを用いて複数
の投影方向からの複数の投影像（２次元像）データを作
成し、その複数の投影像データを所定の順序で３次元表
示系１０へ供給する。

【００２６】図２は３Ｄ−ＤＳＣ８の構成を示すブロッ
ク図である。３Ｄ−ＤＳＣ８は、図２に示したように、
ボリュームメモリ（ＶＭ）８Ａ、アドレスコントローラ
８Ｂ、最大値フィルタ８Ｃ、中間バッファ８Ｄ、座標回
転部８Ｅ、Ｚバッファアルゴリズム部８Ｆ、投影像メモ
リ８Ｇ、３Ｄ−ＤＳＣコントローラ８Ｉを備えている。
３Ｄ−ＤＳＣ８においてボリュームメモリ（ＶＭ）８Ａ
は、実空間に対応している３次元メモリ空間を有してお
り、この３次元メモリ空間にＣＦＭ処理系６から入力す
る複数のＣＦＭデータを分布させ、ボリュームデータを
生成する。なお、ボリュームデータは３次元スキャン開
始前にクリアしておく。３次元メモリ空間は微小な立体
画素である複数のボクセルを有している。ＣＦＭデータ
の分布はアドレスコントローラ８Ｂから供給される書込
アドレス信号に応じて行われる。アドレスコントローラ
８Ｂは、位置検出回路１から入力する走査データ位置情
報を入力し、その走査データ位置情報を主に用いてＶＭ
８Ａの３次元メモリ空間におけるＣＦＭデータの書込ア
ドレスを算出し、その書込アドレスを適宜なタイミング
でＶＭ８Ａへ供給する。ここでもし３次元メモリ空間上
で同じアドレスのデータがあった場合（走査面が重なる
ような３次元スキャンを行った場合に発生する）には、
ボクセル値の大きい方を選択する。これはたとえ血管内
から得たデータであっても心臓の拍動の特定のタイミン
グ（拡張期）においてはそのデータはドップラ成分を含
まない場合、すなわち前述の血流なし「１」とされてし
まう場合（ドップラ消失）がある。このドップラ消失を
極力防ぐために値の大きいデータを選択する。

【００２７】最大値フィルタ８Ｃは、いわゆる補間回路
である。即ち、３次元メモリ空間において３次元スキャ
ン範囲内であるにもかかわらず、データが供給されない
点（補間点）のボクセルデータを補間するものである。
この補間はＮ×Ｎ×Ｎのフィールド内においてコンボリ
ューションにより行われる。ただしＮはこのフィールド
に含まれる補間点数より大きく設定される。この補間処
理は次のように行われる。ここで補間点の３次元メモリ
空間における座標を仮にvm(x,y,z) とすると、前記フィ
ールドに含まれるボクセルデータの座標範囲はvm(x-i,y
-j,z-k) である。ただし、−Ｎ／２≦ｉ≦Ｎ／２、−Ｎ
／２≦ｊ≦Ｎ／２、−Ｎ／２≦ｋ≦Ｎ／２である。そし
て補間点vm(x,y,z) にvm(x-i,y-j,z-k) の中の最大ボク
セル値を当てはめる。最大値フィルタ８Ｃで補間された
ボリュームデータは中間バッファ８Ｄに供給される。中
間バッファ８Ｄは、ＶＭ８Ａと同じ３次元メモリ空間を
有しており、最大フィルタ８Ｃで補間されたボリューム
データＶＤを記憶する。

【００２８】図６及び図７は複数種類の投影像を得る動
作を模擬的に示した図である。次に図２、図６及び図７
を用いて本実施例の動作を説明する。座標回転部８Ｅと
Ｚバッファアルゴリズム部８Ｆは、中間バッファ８Ｄに
記憶されているボリュームデータＶＤから複数の投影方
向から得た複数の投影像データを得る。ここでボリュー
ムデータＶＤは座標回転部８Ｅにおいて操作者が指定す
るｙ軸と並行な投影回転軸ＡＲの回りに矢印ａ₄の方向
に所定角度θｄ毎に回転する。ここで回転前の座標を
（ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）とし、角度θｄ回転後の座標を
（ｘ，ｙ，ｚ）とすると、それらの関係は次のようにな
る。ｘ0 ＝ｘ・cos θｄ＋ｚ・sin θｄ …（１）ｙ0 ＝ｙ …（２）ｚ0 ＝ｘ・（−sin θｄ）＋ｚ・cos θｄ …（３）この関係に基づいてボリュームデータＶＤを角度θｄ毎
に回転させる。

【００２９】Ｚバッファアルゴリズム部８Ｆは、ボリュ
ームデータＶＤが角度θｄ回転する毎に投影像を作成す
る。投影方法は図６に示したように、３次元メモリ空間
内の所定の位置、ここではｚ軸上のプラス側に固定した
点（視点）ＶＰから投影面ＳＦを介してボリュームデー
タＶＤのｘｙ面に向かって多数の投影光線（レイ）を規
定し、各レイ毎にそのレイ上に存在する特定のボクセル
データを抽出する。抽出するボクセルデータは次のよう
に特定される。レイ上のボクセルデータがすべて３次元
スキャン範囲外である場合、即ち、ボクセル値がゼロの
ままである場合にはそのレイに関する投影像上のピクセ
ル値を「０」とする。このピクセル値「０」の部分は表
示に際して例えば緑で表示されることになる。次に視点
ＶＰ側からｘｙ面に向かってレイ上のボクセルデータの
ボクセル値を順にみたとして、最初に現れる「２」また
は「３」のボクセル値を有するボクセルデータを抽出
し、そのボクセル値をこのレイに関する投影像上のピク
セル値とする。レイ上のボクセルデータに「２」または
「３」が１個もない場合であって「１」がある場合は
「１」をこのレイに関する投影像上のピクセル値とす
る。これらのピクセル値「１」、「２」、「３」は表示
に際しては、それぞれ黒、赤、青で表示されることにな
る。

【００３０】さらにＺバッファアルゴリズム部８Ｆは、
視点ＶＰからのｚ軸方向に関する距離に応じてその投影
像に明るさ値（輝度値）を与える。この輝度値を与える
ことによってモニタ上で遠近感を表現することができ
る。ここで、３次元メモリ空間で取り得る各ｘ，ｙ，ｚ
軸上の座標範囲が−１２６から１２６であるとし、投影
像上の或るピクセルの座標を（xa,ya,za）であるとす
る。そのピクセル値が「０」および「１」である場合、
そのピクセルに関しては輝度値は与えない。またそのピ
クセル値が「２」である場合、zaに１２８を加え、その
値をそのピクセルに関するピクセル値とするそのピクセ
ルの値が「３」のばあい、zaに３８４を加え、その値を
そのピクセルに関するピクセル値とする。すなわちＺバ
ッファアルゴリズム部８Ｆからの出力は「０」、
「１」、「２〜２５４」、「２５８〜５１０」のいずれ
かの値となる。

【００３１】投影メモリ８Ｇは、複数のプレーンメモリ
（ＰＭ）８Ｇ1 、８Ｇ2 …８Ｇm を有している。各プレ
ーンメモリが記憶する投影像データは予め決まってい
て、例えばプレーンメモリ８Ｇ1 は最初に得た投影像Ｇ
1 を記憶し、プレーンメモリ８Ｇ2 は次に得た投影像Ｇ
2 を記憶し、以下同様に投影像を得た順番に従ってプレ
ーンメモリに記憶される。出力に際してはプレーンメモ
リ８Ｇ1 に記憶されている投影像Ｇ1 を出力し、次にプ
レーンメモリ８Ｇ2 に記憶されている投影像Ｇ2を出力
し、以下同様にプレーンメモリ８Ｇm まで順番に連続的
に出力する。この連続的な出力動作は３Ｄ−ＤＳＣコン
トローラ８Ｉの制御下、操作者が終了指定するまで繰り
返し行われる。投影メモリ８Ｇからの出力は操作者が操
作スイッチ１２から指示することによって、様々に変化
させることができる。この出力の変化は、例えば所望の
投影像で停止させたり、出力間隔を変化させ表示スピー
ドを変化させたり、所望部の拡大、縮小させたり等であ
る。

【００３２】２次元表示系９は、ＤＳＣ７から供給され
るＣＦＭ像データあるいはＢモード像データを表示す
る。３次元表示系１０は、３Ｄ−ＤＳＣ８から供給され
る投影像データにカラー処理を施し、表示する。３次元
表示系１０は、カラー処理回路１０Ａ、Ｄ／Ａ変換器１
０Ｂ、カラーモニタ１０Ｃを備えている。カラー処理回
路１０Ａは、投影像データの各ピクセル値に応じて色
相、輝度を与える。

【００３３】Ｄ／Ａ変換器１０Ｂは、カラー処理回路１
０Ａからの出力をアナログ変換し、カラーモニタ１０Ｃ
は投影像データを表示する。カラーモニタ９Ｃには従来
のＢモードあるいはＣＦＭ像が表示され、カラーモニタ
１０Ｃには投影像がそれぞれリアルタイムで同時に表示
される。カラー処理回路１０Ａの処理形式ここではＲＧ
Ｂ形式を用いるものとする。もちろん他の形式を用いて
もよい。３Ｄ−ＤＳＣ８から供給される投影像データの
各ピクセル値は前述したように血流の状態によって４種
類に分類されており、さらに血流がある部分のピクセル
値は視点からの距離に応じて一定の範囲を有している。
ピクセル値の種類によって色相が決定され、ピクセル値
の大きさによって輝度が決定される。すなわちピクセル
値が「０」の場合には緑、「１」の場合には黒、「２〜
２５４」の場合には赤、「２５８〜５１０」の場合には
青となるようにＲ（赤）信号、Ｇ（緑）信号、Ｂ（青）
信号を割付け、さらにピクセル値が「２〜２５４」の範
囲のいずれかである場合には、ピクセル値「２５４」で
最大輝度、ピクセル値「２」で最小輝度となるように各
ピクセルの輝度を設定する。また、ピクセル値が「２５
８〜５１０」の範囲のいずれかである場合も同様に「５
１０」で最大輝度、ピクセル値「２５８」で最小輝度と
なるように各ピクセルの輝度を設定する。次に以上のよ
うに構成された本実施例装置の動作について説明する。

【００３４】図３は３次元スキャンの一例を示す図であ
る。一点鎖線は複数の走査データの操作方向を示してい
る。図３に示したように超音波プローブ２を被検体Ｐの
体表面２０に接触させ、その接触点（超音波放射点Ｐ0
）を変えずに、矢印ａ1,ａ2,ａ3 で示す方向に傾かせ
あるいは回転させながら３次元スキャンを行う。ここで
超音波プローブ２の矢印ａ1 の方向への傾きを角度θで
表し、同様に矢印ａ2 の方向への傾きを角度φで表し、
矢印ａ3 の方向への回転を角度ψで表すものとする。ま
た１走査面の最も端のラスタと各ラスタとのなす角（超
音波ビームの拡がり角度）はωで表すものとする。

【００３５】この３次元スキャンによって被検体Ｐの所
望の実空間（３次元空間）内の３次元スキャン範囲から
のエコー信号を得ることができる。ここで心臓の拍動の
影響を軽減するために、心臓の拍動周期に応じて走査す
るようにしてもよい。このエコー信号は受信系４を介し
て、Ｂモード処理系５およびＣＦＭ処理系６に供給さ
れ、各走査面毎にＢモード像およびＣＦＭ象が得られ
る。Ｂモード像データおよびＣＦＭデータはＤＳＣ７に
送られ、さらにＣＦＭデータは３Ｄ−ＤＳＣ８に送られ
る。

【００３６】３次元スキャンで得られる全てのＣＦＭデ
ータ（１走査面に対して１ＣＦＭデータが対応する）
は、３Ｄ−ＤＳＣ８に供給される。図４は３Ｄ−ＤＳＣ
８の３次元メモリ空間ＳＶにおけるＣＦＭデータの分布
の様子を示した図である。超音波プローブ２の位置およ
び回転角度、即ち走査データ位置情報（位置ｘ，ｙ，ｚ
及び角度θ、φ、ψ）は、各走査面毎に位置検出回路１
で検出され、３Ｄ−ＤＳＣ８のアドレスコントローラ８
Ｂへ供給される。３次元メモリ空間ＳＶ上で角度θは３
次元メモリ空間ＳＶのｙ軸と走査面の中心線ＣＬとのな
す角度であり、角度φはｘ軸と走査面の中心線ＣＬとの
なす角度であり、角度φは走査面の回転角度である。こ
れらの角度情報により３次元メモリ空間ＳＶにおける走
査面の範囲が確定され、さらに各ラスタの振り角ωと走
査面内の各点の深度と超音波放射点Ｐ0 の３次元メモリ
空間ＳＶ上の座標とによりＣＦＭデータの各点毎の３次
元メモリ空間ＳＶ上におけるアドレスが得られる。

【００３７】ＣＦＭデータは、ＣＦＭ処理系６より逐一
送られてきて、その時の位置データに基づいてアドレス
コントローラ８ＢによりボリュームメモリＶＭ上の所定
の位置に格納される。ボリュームデータは最大値フィル
タ８Ｃを介することによって補間され、中間バッファ８
Ｄに記憶される。このボリュームデータＶＤを用いて複
数の投影像データを得る。ここで投影像の作成動作は投
影回転軸の位置、視点の位置、角度θd の設定を待って
開始される。この設定は操作スイッチ１２から入力され
る。この投影回転軸の位置や、視点の位置の設定を変え
ることにより、様々な方向からの投影像を得、表示させ
ることができる。

【００３８】図６及び図７は複数の投影像データの作成
動作を示す図である。ボリュームデータＶＤは座標回転
部８Ｅでｙ軸と平行な投影回転軸ＡＲの回りを矢印ａ４
の方向に角度θd 毎に回転し、Ｚバッファアルゴリズム
部８Ｆで３次元メモリ空間ＳＶ内の投影面ＳＦ上に視点
ＶＰに基づいて投影され、さらにその投影像に視点ＶＰ
からのｚ軸方向の距離に応じた情報が付加される。この
情報は表示のときの輝度に対応する情報である。この角
度θd は１１．２５度程度に設定することが望ましく、
この場合ボリュームデータＶＤが１回転する間に３２枚
の投影像を得ることができる。ここでボリュームデータ
ＶＤの回転角度が角度θd の時に得た投影像データをＧ
1 とし、角度２θd の時に得た投影像データをＧ2 と
し、角度32θd の時に得た投影像データをＧ32とする
と、各投影像データＧ1 ，Ｇ2 …Ｇ32は投影メモリ８Ｇ
を介して、まず投影像データＧ1 が出力され、次いでＧ
2 が出力され、Ｇ32まで操作者が指定する時間間隔で連
続的に出力され表示される。この時間間隔を３２種類の
投影像を一通り表示するのに要する時間が１秒となるよ
うに設定すれば３２種類の投影像は非常にスムーズに回
転するアニメーション映像のように表示することができ
る。

【００３９】図７は複数の投影像の連続表示について示
した概念図である。図７においては説明の便宜上４種類
の投影像を得るものとする。また図７に示した矢印Ｑ1,
Ｑ2,Ｑ3,Ｑ4 それぞれは投影像Ｇ1,Ｇ2,Ｇ3,Ｇ4 を得る
際の投影方向に対応している。またボリュームデータＶ
Ｄは図示したような３次元的に配置された血管Ｐａ，Ｐ
ｂに関するデータであり、血管Ｐａ，Ｐｂそれぞれの血
流方向は矢印Ｓａ，Ｓｂで示す方向であるとする。投影
像Ｇ1,Ｇ2,Ｇ3,Ｇ4 は、ボリュームデータＶＤを回転さ
せ、投影方向を変えながら所定の角度θd 、ここでは９
０度毎に得られる。投影像Ｇ1,Ｇ2,Ｇ3,Ｇ4 は輝度情報
が付加されることから表示の際には、手前部分は明る
く、後方部分は暗く表示されるように、遠近感を持って
表示される。また血管Ｐａ，Ｐｂの血流方向が逆である
ことから、血流像Ｐｂ´は例えば赤で、血流像Ｐａ´は
青で表示される。その他に血流のない部分は黒で、スキ
ャン範囲外の部分は緑で表示される。この投影像Ｇ1,Ｇ
2,Ｇ3,Ｇ4 を、Ｇ1,Ｇ2,Ｇ3,Ｇ4 の順番で連続的に表示
する。この連続的な表示によって、診断者はあたかも血
管の３次元模型が回転しているように認識することがで
きる。その結果血管Ｐａ，Ｐｂの血流の３次元的な状態
を診断者が類推することなく認識することができ、また
類推する必要がないことから第三者に容易に伝達するこ
とができ、さらに回転の様子をアニメーション映像とし
て記録することも可能である。なお図７においてＱ５の
方向から見た投影像はＧ５のようになる。

【００４０】以上説明した本実施例装置の動作は、ＣＦ
Ｍデータの入力とは独立に非常に高速で行なわれるの
で、３次元スキャンが終了しない時点から、、回転投影
像による３次元表示が行なわれる。３次元スキャンの最
初の頃は、全体の１部しか見えないが、３次元スキャン
を行うにつれて、３次元空間の全体像が見えてくる。

【００４１】なお、現在スキャンしている断層像はカラ
ーモニタ９Ｃで常にリアルタイムで表示されている。３
次元表示は、カラーモニタ１０Ｃで表示される。操作者
は２つのモニタを見ながら最適な３次元画像が得られる
ようにプローブの動きを調整することができる。

【００４２】もし、操作者が途中で所望の３次元画像が
得られないと判断した場合には、操作スイッチ１２より
３次元スキャンを中断し、最初からやり直しをすること
ができる。

【００４３】また、操作スイッチ１２には、フリーズス
イッチが備えられていて、このフリーズスイッチをオン
にするとスキャンが停止され、画像がその時点で保持さ
れる。本実施例においては、３個のフリーズスイッチ
（ＦＳ１、ＦＳ２、ＦＳ３）が備えられている。これら
の３個のスイッチは、どれかが押されると他のスイッチ
は解除される。ＦＳ１がオンの場合には、スキャンが停
止されて２次元の画像及び３次元の画像がその時点で保
持される。保持された３次元画像は回転表示される。Ｆ
Ｓ２がオンの場合には、３次元画像だけが保持され、ス
キャンは続行され最新の２次元画像が表示される。ＦＳ
３がオンの場合には、２次元画像、３次元画像とも最新
の画像が表示される次に、これらのフリーズスイッチの使用方法について説
明する。

【００４４】最初に、ＦＳ２を押して３次元画像のみを
フリーズする。次に、操作パネル１２に設けられた図示
しない３次元画像クリアスイッチを押して３次元画像を
初期化する。２次元画像を観察しながら３次元スキャン
の範囲を決定して、最初のスキャン位置にプローブを持
ってくる。そこで、ＦＳ１を押して、リアルタイムの２
次元画像とリアルタイムの３次元画像を観察しながら３
次元スキャンを行う。３次元スキャンが終了した時点
で、ＦＳ２を押して３次元画像をフリーズする。そし
て、３次元画像で全体を観察するが、３次元画像だけで
は詳細な部分が観察しにくい場合がある。そこで、フリ
ーズした３次元画像を観察しながら、さらに超音波プロ
ーブを動かしてリアルタイムの２次元画像によって詳細
を観察することができる。

【００４５】さらに、３次元画像が部分的に不足してい
たり不鮮明な場合においては、臓器が動かないとすれ
ば、一度作成した３次元画像にスキャンを追加すること
も可能である。ＦＳ２を押して３次元画像をフリーズす
る。そして、３次元画像を観察してそれが不十分な場合
には、リアルタイムの２次元画像とフリーズした３次元
画像を観察しながら、超音波プローブを補充したい位置
に動かす。そこで、ＦＳ３を押すとそれ以降のスキャン
画像が３次元画像に追加されて、リアルタイムで３次元
画像を表示することができる。追加の３次元スキャンが
終了したらＦＳ１又はＦＳ２を押して３次元画像をフリ
ーズする。

【００４６】また、ＦＳ２を押した状態の場合に、３次
元画像の上に現在スキャンしている平面、即ち２次元画
像の面を、マーカなどで３次元画像の上に表示するよう
にしてもよい。

【００４７】また、ＦＳ１を押すと２次元画像と３次元
画像の両方がフリーズされる。その場合に、従来の超音
波診断装置と同様に、フリーズした時点から時間的に前
の２次元画像が一定枚数、例えば６４枚が記憶されてい
る。それらの画像は画像選択スイッチを操作することに
よって任意の画像を表示することができる。従って、３
次元画像を観察しながら、既にスキャンした２次元画像
も観察することができる。その場合には、現在表示して
いる２次元画像の面を、マーカ等で３次元画像の上に表
示するようにしてもよい。

【００４８】また、スキャンした２次元画像の全てを用
いて３次元画像を作成しているが、心電図の特定の信号
に同期した２次元画像のみを用いて３次元画像を作成す
るようにしてもよい。この場合は、リアルタイムの３次
元画像を観察しながらプローブの移動速度を調節して３
次元スキャンを行うようにする。こうすれば心臓などの
早い動きの臓器もリアルタイムで３次元画像を観察する
ことができる。

【００４９】また、２次元画像から３次元画像を作成す
る場合に３次元メモリ空間上で同じアドレスがあった場
合（スキャン面が部分的に重なる場合）にはボクセル値
が大きい方を選択するようにしている。これは心臓の拍
動などによるドプラ消失を防ぐためである。そこでプロ
ーブを遅く動かして３次元スキャンを行えば同一の面を
複数回スキャンするのでドプラ消失が防げる。しかしな
がら、その半面ノイズ、アーチファクト、臓器の動きな
どによって、１度ボクセル値に大きい値が入るとそれが
消えなくなる場合が生じる。このため３次元スキャンを
長く行うと３次元画像にアーチファクトが多くなるとい
う問題が生じる。そこで、スキャン面に相当する３次元
メモリのボクセル値にリカーシィブフィルタを掛けて、
古い情報を順次消去するようにしてもよい。リカーシィ
ブフィルタは例えば、表１に示すようにする。表１は、
３次元メモリの現在のボクセル値をスキャン画像のデー
タによって更新する場合の関係を示したものである。こ
れを実行するために、ボリュームメモリ８Ａは各ボクセ
ルが２桁の数値を記憶できるようにする。さらに、メモ
リからの出力は下記の表２に示すような値を出力するよ
うにする。また、３次元メモリは初期状態では全て０が
入っているものとする。なお、表１、表２は１例であ
り、これに限定されることなく種々の変形が可能であ
る。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】以上説明した実施例においては、３次元表
示はＴＶモニタで行ったが、次に、３次元の表示方式が
異なる実施例を説明する。図８に本実施例の構成の１部
を示す。図８は図１に示す実施例の構成のうち３Ｄ−Ｄ
ＳＣ８と３次元表示系１０をそれぞれ３Ｄ表示制御部８
０と３Ｄ表示装置９０に置き換えたものである。従っ
て、図８に図示していない部分は図１と同じである。図
８と図１で同一の構成要素は同一の番号で示してある。

【００５３】図９は、３次元表示制御部８０の一構成例
を示している。ボリュームメモリ８Ａにボクセル値を作
成するまでは、以上説明した実施例と同様である。３次
元アドレスコントローラ８４には図示していない操作パ
ネルより、表示方向を示す回転角度、表示の中心を移動
させるための移動量、表示の大きさを決めるための拡大
／縮小率が入力される。３次元アドレスコントローラ８
４はこれらのデータから表示の３次元座標とボリューム
メモリ８Ａに作成された３次元画像の座標との関係を計
算する。この計算は簡単なアフィン変換で求まる。３次
元アドレスコントローラ８４は表示の３次元上の各点に
対応するボリュームメモリ８Ａのアドレスを求めて、そ
のボクセル値を読出して、表示用３次元メモリ８２に記
憶する

【００５４】次に３Ｄ表示装置９０について、図１０に
示した概念図を参照して説明する。ＬＥＤ１０１を例え
ば１２８×１２８のマトリックスに配置してＸ，Ｙ平面
を表す。ＬＥＤ１０１は１色でもよいし、複数色であっ
てもよい。このマトリックス全体をＺ方向に、例えば１
０回／秒で往復運動をさせる。そうすると、ある時点に
おける１個のＬＥＤの位置は３次元上の１点に存在す
る。３次元上の各点は１回の往復で２回対応するが、通
常は往路のみを利用し、復路は利用しない。従って、１
０回／秒毎に３次元上の各点が存在する。その点を３次
元画像のボクセル値に対応してＬＥＤを点滅させれば３
次元画像を表示できる。１点についてみれば１０回／秒
毎にしか点灯しないが、人間の目には残像効果があるの
で、連続した３次元画像に見える。

【００５５】この３次元表示装置９０はＬＥＤの現在の
３次元座標に対応した表示用３次元メモリ８２のボクセ
ル値を読出してＬＥＤを点滅させる。その際に、図示し
ていない操作パネルより表示方法が指示され、それに基
づいた表示方式で表示する。表示方式は例えば表３に示
すようにボクセル値とＬＥＤの点滅を対応させて表示す
る。

【００５６】

【表３】尚、本発明は以上説明した実施例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載されている要旨に変更がな
い限り、あらゆる変形が可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、被
検体内の所望の３次元空間に対して超音波ビームスキャ
ンを行ない、このスキャンにより得た被検体内の移動体
からのエコー信号に応じたその移動体の移動情報と、そ
の移動情報の前記３次元空間における位置情報とから前
記移動体の移動情報の３次元分布を得、前記超音波ビー
ムスキャンを行うごとに前記３次元分布を更新し、その
３次元分布に対して複数の方向から得た複数の２次元像
を所定の順番でリアルタイムに表示することによって、
リアルタイムで血流全体の様子を３次元的に得ることが
でき、さらに伝達性や記録性等の客観性を有した画像を
リアルタイムで得ることができる超音波診断装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る超音波診断装置の概略的な
構成を示すブロック図。

【図２】図１に示した３次元ディジタルスキャンコンバ
ータの概略的な構成を示すブロック図。

【図３】３次元スキャンの一例を示す図。

【図４】ボリュームデータの生成動作を説明する図。

【図５】３次元位置検出アームの外観図。

【図６】図４に示したボリュームデータから投影像を得
る動作を説明する図。

【図７】図６に示した動作を繰り返すことにより得られ
る複数の投影像による血流の３次元表示について説明す
る図。

【図８】３次元表示方式の異なる実施例の構成の一部を
示すブロック図。

【図９】３次元表示部８０の構成を示すブロック図。

【図１０】３次元表示装置９０の概念図。

【符号の説明】

１位置検出回路２超音波プローブ３送信系４受信系５Ｂモード処理系６カラーフローマッピング処理系７ディジタルスキャンコンバータ８３次元ディジタルスキャンコンバータ９２次元表示系１０３次元表示系１２操作スイッチ１３システムコントローラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体内の所望の３次元空間に対して超
音波ビームスキャンを行い、前記３次元空間内の移動体
からのエコー信号とその移動体の前記３次元空間におけ
る位置情報を得る手段と、前記エコー信号に基づいて前
記移動体の移動情報を得、その移動情報の前記３次元空
間に応じた３次元分布を前記位置情報に基づいて得る手
段と、前記超音波ビームスキャンを行うごとに前記３次
元分布を更新する手段と、その３次元分布に対して複数
の方向に投影し、複数の２次元像を得る手段と、前記複
数の２次元像を所定の順番でリアルタイムに連続表示し
３次元画像を得る手段とを具備することを特徴とする超
音波診断装置。
【請求項２】被検体内の所望の３次元空間に対して超
音波ビームスキャンを行い、前記３次元空間内の移動体
からのエコー信号とその移動体の前記３次元空間におけ
る位置情報を得る手段と、前記エコー信号に基づいてＢ
モード像データを得る手段と、前記移動体の移動情報を
得る手段と、前記Ｂモード像データと前記移動情報を入
力し２次元画像として表示する２次元画像表示手段と、
前記移動情報の前記３次元空間に応じた３次元分布を前
記位置情報に基づいて得る手段と、前記超音波ビームス
キャンを行うごとに前記３次元分布を更新する手段と、
その３次元分布に対して複数の方向に投影し複数の２次
元像を得る手段と、前記複数の２次元像を所定の順番で
前記超音波ビームスキャンにより得られたものからリア
ルタイムに連続表示し３次元画像を得る３次元画像表示
手段とを具備することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】前記２次元画像表示手段又は３次元画像
表示手段を制御して前記２次元画像又は前記３次元画像
を所望の状態に保持する手段を設けたことを特徴とする
請求項２記載の超音波診断装置。
【請求項４】前記３次元画像上に超音波ビームのスキ
ャン平面を表示することを特徴とする請求項１乃至３記
載いずれかの超音波診断装置。
【請求項５】心電図の特定の信号に同期したエコー信
号を用いて３次元画像を作成することを特徴とする請求
項１乃至４記載いずれかの超音波診断装置。