JPH114824A - 最小値投影像形成方法および超音波撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 血管像と腫瘍像を一緒に描出する３次元表示
像を得る最小値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１４６における３次元関心領域内の画像データを
最小値化し、画像データが最小値化された関心領域を含
む３次元座標空間のＢモード画像データについて画像処
理プロセッサ１４８によって最小値投影を行い、最小値
投影された画像データに基づいて画像を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、最小値投影像形成
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小値投影することによって３次元表
示像を得る最小値投影像形成方法、および最小値投影に
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(MIP:minimum intensity projectio
n)処理することにより、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、
例えば腫瘍等の像は、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、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、血管像と腫瘍像を一緒に描
出する３次元表示像を得る最小値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を最小値化し、画像データが最小値
化された前記３次元関心領域を含む前記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、最小
値投影された画像データ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を最小値化する最小値化
手段と、画像データが最小値化された前記３次元関心領
域を含む前記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、前記最小値投
影手段によって得られた画像データ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
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。 （作用）第１の発明または第２の発明では、３次元関心
領域内の画像データの最小値化により、血管像に加えて
３次元関心領域の像が最小値投影される。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。

【０００８】

【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。

【０００９】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。

【００１０】（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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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走査と上記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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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に示すような物理データ空間に変
換される。この物理データ空間は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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】画像処理プロセッサ１４８は、本発明にお
ける最小値化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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】（動作）本装置の動作を説明する。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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。超音波プローブ２のφ走査につれて、例えば図９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。

【００３５】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。

【００３６】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。

【００３７】断面９００〜９１０の範囲について３次元
表示像を得るにあたり、操作者は、腫瘍９２２の最も太
い中間部９２６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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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１０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。

【００４１】

【数１】

【００４２】

【数２】

【００４３】

【数３】

【００４４】

【数４】

【００４５】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。

【００４６】次に、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関心領域９２２’に属
するものを全て最小値に書き替える。最小値としては例
えば０が選ばれる。このように関心領域９２２’の画像
データを最小値化することにより、下記のように、関心
領域９２２’について、血管とともに３次元表示像を得
ることが可能になる。

【００４７】関心領域９２２’内の画像データを０に書
き替えたのちに、画像処理プロセッサ１４８は、３次元
座標空間の画像データから３次元表示像を形成する。３
次元表示像の形成は最小値投影（ＭＩＰ）の技法を利用
して行われる。すなわち、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３０
２に関する画像データについてＭＩＰ処理を行う。

【００４８】ＭＩＰ処理は、よく知られているように、
３次元領域３０２に対して設定した所望の投影方向に、
投影方向に沿った多数の視線により、３次元領域３０２
における画像データの最小値を投影する処理である。

【００４９】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、ＭＩＰ処理によって血管
９２０の投影像が得られる。それに加えて、画像データ
が０とされた関心領域９２２’の投影像も得られる。関
心領域９２２’は、腫瘍の３次元形状に近似させてある
ので、結局、血管像と腫瘍像が一緒に描出された３次元
表示像が得られる。

【００５０】表示画像の実例を中間調の写真により図１
１に示す。同図において、右から斜めに降りている２本
の黒い帯状図形が血管像であり、その上部で黒く抜けて
いる楕円が腫瘍像である。投影方向を少しずつ変えたＭ
ＩＰ像を連続的に表示することにより、２つの像の相互
関係が立体的に把握しやすくなる。

【００５１】

【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を最小値化し、画像
データが最小値化された関心領域を含む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、最小
値投影された画像データに基づいて画像を形成するよう
にしたので、血管像に加えて３次元関心領域の像が最小
値投影される。したがって、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。

【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の動作を示す
概念図である。

【図１０】本発明の実施の形態の一例の装置における３
次元関心領域の概念図である。

【図１１】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。

【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 １０ Ｂ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 ２０６ ２次元領域 ２０８ 発散点 ３００ 回転軸 ３０２ ３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

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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を最小値
   化し、 画像データが最小値化された前記３次元関心領域を含む
   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、 最小値投影された画像データに基づいて画像を形成す
   る、ことを特徴とする最小値投影像形成方法。
2. 【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を最小値化する最小
   値化手段と、 画像データが最小値化された前記３次元関心領域を含む
   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、 前記最小値投影手段によって得られた画像データに基づ
   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。