JP4681543B2 - 超音波診断装置及び超音波画像表示方法 - Google Patents

Description

本発明は、３次元画像表示が可能な超音波診断装置及び超音波画像表示方法に関する。

従来の超音波診断装置は、図１２に示すように、超音波を送受信することによって３次元画像を構築し、構築した３次元取り込み空間に対して所定範囲を指定してその範囲において均等割りで複数の断層画像を表示するように構成されている（例えば下記の特許文献１参照）。
特開２００１−１７００５７号公報（第５〜７頁）

しかしながら、上記従来の超音波診断装置では、３次元画像に対して複数の断層画像を表示する場合に、３次元取り込み空間に対して所定の範囲を指定して、その範囲で均等割りで断層像を表示するのみであり、分割する方向の角度や分割する割合を任意に変更することができず、診断画像の表示において自由度がないという問題があった。

本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、３次元画像をリアルタイムに表示するとともに、この３次元画像の任意の断層像を分割表示することによって診断精度の向上を図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。

本発明の超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波振動子を有したプローブを接続可能な接続手段と、前記超音波振動子へ超音波信号を供給するとともに前記超音波振動子で受信した超音波信号の受信処理を行う送受信手段と、前記受信処理された超音波信号を画像データとして記憶する画像メモリと、前記画像メモリに記憶された画像データから３次元画像をリアルタイムに構築する３次元演算手段とを備え、前記３次元演算手段は、前記３次元画像を含む３次元表示範囲内での任意に設定された位置及び角度で前記３次元画像の複数の断層画像を切り取って分割表示する構成とした。

この構成により、３次元画像の任意の部分の複数の断層画像を表示させることができ、被検体内部の状態を容易に把握することができるので、超音波診断における精度と効率を向上させることができる。

また、本発明の超音波診断装置は、超音波を送受信する超音波振動子と回転モータと揺動モータとを有するプローブを接続可能な接続手段と、前記超音波振動子へ超音波信号を供給するとともに前記超音波振動子で受信した超音波信号の受信処理を行う送受信手段と、前記回転モータの回転制御を行う回転制御手段と、前記揺動モータの揺動制御を行う揺動制御手段と、前記受信処理された超音波信号を画像データとして記憶する画像メモリと、前記画像メモリに記憶された画像データから３次元画像を構築する３次元演算手段とを備え、前記３次元演算手段は、前記３次元画像を含む３次元表示範囲内での任意に設定された位置及び角度で前記３次元画像の複数の断層画像を切り取って分割表示する構成とした。

この構成により、メカセクタプローブにおいて３次元画像の任意の部分の複数の断層画像を表示させることができ、被検体内部の状態を容易に把握することができるので、超音波診断における精度と効率を向上させることができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記複数の断層画像と前記３次元画像とを同時に表示する構成とした。

この構成により、３次元画像と断層画像とを同時に観察することができ、診断精度と効率を向上させることができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記３次元表示範囲内における分割表示した断層画像の位置を前記３次元画像上に表示する構成とした。

この構成により、複数の断層画像と３次元画像とを関連付けて同時に観察することができ、診断精度と効率を向上させることができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記３次元表示範囲内で断層画像として分割表示する上限の位置と下限の位置との間で、あらかじめ指定された間隔で断層画像を切り取って表示する構成とした。

この構成により、必要な部位において複数の断層画像を観察することができ、診断精度と効率を向上させることができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記分割表示された断層画像を選択する手段と、前記選択された断層画像を拡大表示する構成とした。

この構成により、複数の断層画像の中で、詳細に観察したい部位を拡大表示できるので、診断精度と効率を向上させることができる。

また、本発明の超音波診断装置は、前記３次元画像上に表示された断層画像の位置を選択する手段と、前記選択された位置の断層画像を拡大表示する構成とした。

この構成により、複数の断層画像の中で、詳細に観察したい部位を拡大表示できるので、診断精度と効率を向上させることができる。

また、本発明の超音波画像表示方法は、超音波振動子を有したプローブから受信した超音波信号の受信処理を行い、前記受信処理された超音波信号を画像データとして画像メモリに記憶し、前記画像メモリに記憶された画像データから３次元画像を構築する際に、前記３次元画像を含む３次元表示範囲内での任意に設定された位置及び角度で前記３次元画像の複数の断層画像を切り取って分割表示する構成とした。

この構成により、３次元画像の任意の部分の複数の断層画像を表示させることができ、被検体内部の状態を容易に把握することができるので、超音波診断における精度と効率を向上させることができる。

本発明は、超音波を生体内に送受信することによって得られた画像データから３次元画像を構築する３次元演算手段とを備え、この３次元演算手段は、３次元画像をリアルタイム表示するとともに、この３次元画像を含む３次元表示範囲内での任意に設定された位置及び角度で３次元画像の複数の断層画像を切り取って分割表示するので、３次元画像の任意の部分の複数の断層画像を表示させることができ、被検体内部の状態を容易に把握することができるので、超音波診断における精度と効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態の超音波診断装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、メカニカルセクタ型の３次元超音波プローブ（以下、単に「３次元プローブ」、「プローブ」と言う）が接続され、このプローブによって超音波を送受信して３次元画像を含む画像表示を行う超音波診断装置について記載する。

図１Ａ及び１Ｂに示すように、本発明の実施の形態の超音波診断装置は、回転及び揺動しながら超音波を送受信する超音波振動子を有したプローブ１００、このプローブ１００が接続可能なプローブコネクタ（図示せず）、超音波の送受信制御を行う送受信回路１１１、プローブの回転エンコーダ信号を受信しながら回転の速度を安定させる回転制御回路１１２、揺動エンコーダ信号を受信しながら揺動の速度と角度を制御する揺動制御回路１１３、３次元画像データを含む断層像データを格納する画像メモリ１１４、送受信回路で受信した超音波受信信号から３次元画像を構成する３次元処理部１２０、断層像と３次元画像を表示するフォーマットに変換する画像処理回路１１５、表示フォーマットが変換された超音波画像などを表示する観測モニタ１１６及びシステム全体を制御するホストｕｐ１１７から構成され、３次元処理部１２０は、回転と揺動の２つのエンコーダ信号から高分解能な角度情報を生成する角度検知回路１２１と、３次元画像データの生成、加工、切り出しなどの処理を行う高速演算処理回路１２２で構成される。
また、動作や設定を行うための、トラックボールやキーボード、音声入力回路などの入力手段（図示せず）も備えている。
なお、プローブに関して、図１Ａはプローブ１００が回転する場合の回転方向を示す側面図であり、図１Ｂはプローブ１００が揺動する場合の揺動範囲を示す平面図である。

ここで、プローブ１００の構成について図２、３を用いて説明する。
図２において、１３０はハンドル部を示し、揺動モータなど中継電子回路基板が内蔵されている。１３１は超音波プローブの先端部（以下、単に「先端部」と言う）であり、超音波透過性を有する窓材からなるウインドゥケース１３２が先端に取り付けられていて、駆動モータと超音波振動子などが内蔵されている。超音波プローブは本体にケーブル１３３で接続されている。先端部１３１は体腔内に挿入し易いように円筒形状のなめらかな流線形状をしている。このケーブル１３３は、超音波振動子と超音波診断装置本体とを接続する入出力線（Ｉ／Ｏ線）と駆動モータと揺動モータを駆動制御するための電気制御線と、エンコーダなどの信号線と、衝撃検出用の信号線などを超音波診断装置本体と接続するケーブルであって、ケーブル被覆により保護され、かつ入出力線だけはシールドが施されていて、超音波振動子側と超音波診断装置本体側の両端で接地されている。

また、図３において、プローブ１００の先端には超音波振動子１４１、１４２を回転駆動させる回転モータ１４３、その回転軸である回転軸１４８、回転モータ１４３を支持するベースハウジング１４４が内蔵され、超音波プローブのハンドル部はベースハウジング１４４を揺動させる揺動モータ１４５とハンドルシャフト１４６とで構成されている。
超音波振動子１４１、１４２は回転モータ１４３の回転部の外周部に取り付けられて、回転軸に対して超音波振動子１４１、１４２が超音波ビームをラジアル方向に放射する。

また、従来の２次元画像を構成する場合は軸が１つであるが、本実施の形態におけるプローブ１００の場合は軸が２本あり、１本が超音波振動子１４１、１４２を回転させる回転軸１４８と、もう１本は揺動軸１４９である。回転軸１４８を中心に超音波振動子１４１、１４２が回転しながら超音波を送受信することによって、図４のＳ１に示すような２次元画像を構築し、揺動軸１４９を中心に、回転モータ１４３を支持するベースハウジング１４４が図４のＨ方向に揺動し、順次Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の２次元画像を構築していくことによって３次元画像を描画する。

次に、本発明の実施の形態における超音波診断装置の動作について説明する。
送受信回路１１１の送信パルス発生回路（図示せず）で発生された超音波パルスがプローブ１００の超音波振動子１４１又は１４２から所定の間隔で送信され、生体の組織などで反射されてきた超音波パルスを超音波振動子１４１又は１４２で受信する。このとき回転制御回路１１２が回転モータ１４３を回転させながら、超音波振動子１４１又は１４２が送受信を行うことによって、Ｓ１に示すような２次元画像を構築するデータを取得する。この受信した超音波受信信号は、送受信回路１１１の受信回路で受信の処理が行われ、画像メモリ１１４に記憶される。
同時に、揺動制御回路１１３が揺動モータ１４５を回転させて順次２次元画像を構築するデータを受信して画像メモリ１１４に書き込み、３次元処理部１２０の高速演算処理回路１２２が極座表変換を行って３次元データを作成し、この３次元データが画像メモリ１１４に記憶されるか、又は逐次、画像処理回路１１５を介して観測モニタ１１６に表示される。
このとき、１画面ごとの２次元画像を構築する際に、揺動モータ制御タイミングに応じて２次元画像を１画面取得するように制御することによって、モータの揺動に同期して一定間隔で２次元画像を取得することができるので、３次元画像の幾何学的精度を向上させることができる。
３次元データ作成においては、２次元画像を取り込むとともに積算などの演算処理を行い、３次元データを平面に投射した画像を作成するものであって、３次元画像をリアルタイムに表示、又は画像メモリに構築の後、表示する。
３次元画像はプローブ１００の揺動モータ１４５の片道揺動ごとに作成・表示する。極座標から直交座標への座標変換後のボクセルデータに基づいて３次元画像を構築するので、歪みのない３次元画像が表示できる。
なお、３次元画像の構築時においては、片道揺動ごとに行うのではなく、往復揺動ごとに３次元画像を構築するようにしてもよい。このように動作することによって３次元画像の表示精度を高めることができる。

画像処理回路１１５は３次元データを３次元画像として観測モニタ１１６に表示できるように画像フォーマットを変換する。
これらの一連の処理を、ホストｕｐ１１７が制御する。
画像メモリ１１４に記憶された３次元データは、高速演算処理回路１２２によって任意の位置のデータを読み出すことができる。

次に、いわゆるマルチスライス表示に関する動作について説明する。
マルチスライス表示とは、図５、図６に示すように、３次元画像の任意の複数の位置（同一平面上）で切った断面を並べて表示する表示方法である。図５では９分割した画像、図６では１６分割した画像の例を示した。

分割表示する位置は、トラックボール、キーボードなどから操作者が任意に設定することもできるし、あらかじめ設定された条件によることもできる。
このように任意の断面を表示することによって３次元画像ではその外形しか観測できなかったものが、その内部まで描画できるようになる。

図５においてスライス位置表示図形１５０は、３次元画像のどこからどこまで分割して表示するかを指定するとともに、どの位置が分割して表示されているかを表示する図形であり、スライス上限線１５１、スライス下限線１５２はそれぞれ３次元画像を切り取る（スライスする）上限位置及び下限位置を指定するとともに、どの位置までスライスされるかを表示するものである。

図５ではスライス上限線１５１、スライス下限線１５２は上下方向に平行に設定されているが、図６に示すように傾けて設定することもできる。
また、回転と揺動の２つのエンコーダ信号から高分解能な角度情報を生成する角度検知回路１２１によって検出された、回転、揺動の２つのモータの角度情報により、分割画像の数や方向の最適化を行なって分割表示処理を行っている。
このように、スライス上限線１５１、スライス下限線１５２は任意に設定することができ、その設定の仕方について以下に説明する。
ユーザーの操作により、マルチスライス表示モードに入ると、まずデフォルトのスライス上限及びスライス下限が設定され、その間を指定された分割数で分割された断面を表示する。

次に、傾きを設定する傾き設定モードに入ると、図６に示すように選択マーク１５３がスライス上限線１５１の手前の辺に表示され、この選択マーク１５３が表示された辺をトラックボールなどの移動手段で上下に移動させることができる。そして選択マーク１５３を移動させるためのキーを押すと、選択マーク１５３は隣の辺に移動し、そこで選択マーク１５３が移動した辺を上下に移動させることができる。

そして、位置設定モードに入ると、選択マーク１５３は、上記で設定したスライス上限線１５１と同じ傾きで表示されるスライス下限線１５２に移動するので、スライス下限線１５２全体を上下に移動させることができる。
このように操作することによって、３次元画像をスライス表示させるときの上限と下限及びその角度を設定することができる。

ここで、上限と下限が設定され、分割表示数が、例えば図６に示すように１６分割の場合は、上限から下限までを均等に１６分割して表示することによって、均等に分割されたマルチスライス表示を行うことができる。
分割する際は、均等だけでなく、上方向から徐々に広く、又は徐々に狭くしたり、中央部を細かく、上下部を粗く分割するようにすることも可能である。
このように上限と下限及びその角度を変更した場合でも、メニューなどからリセット機能を動作させることによって、デフォルトの設定に戻すことができる。
これらの動作は、画像メモリ１１４に記憶された３次元データを、高速演算処理回路１２２が任意の位置で読み出すことができ、この制御をホストｕｐ１１７が行うことによって可能となる。

図５、図６の表示例では、スライス位置表示図形１５０は外周のフレームのみの表示であるが、図７に示すように、このスライス位置表示図形１５０の内部に、３次元画像を表示して、さらにスライス上限線１５１、スライス下限線１５２を表示すれば、３次元画像のどの部分を分割しているかを容易に把握することができる。
また、分割してスライスする方法は、上述したように平行であるだけでなく、図８、図９に示すように、１点を中心に分割スライスしたり、扇型に分割スライスすることも可能である。
分割されたスライス画像と、スライス位置表示図形１５０上に表示された分割線との対応をわかりやすくするために、各スライス画像を線で囲み、この囲み線と分割線の色や線種を一致させて表示させることによって、スライス位置とスライス画像との対応がわかりやすくなる。

また３次元画像は、図９に示すように任意に回転させたり移動させたりすることも可能であるので、スライス位置表示図形１５０内の３次元画像を回転や移動させることによってスライスする部位を任意に変更することができる。
また、画像メモリ１１４へ逐次データを記憶しつつ、３次元処理部１２０が３次元画像を構築することによってリアルタイムに３次元画像を表示することもでき、いわゆる動画として３次元画像の表示が可能になるので、ＣＴやＭＲＩでは実現できないリアルタイム３次元画像表示とマルチスライス表示の同時表示が可能となる。
また、リアルタイムに３次元画像が更新されるに従い、マルチスライス表示も一定の間隔で更新することも可能となる。

以上説明したとおり、リアルタイムに逐次更新される３次元動画像を任意の位置で断層像を分割表示することによって、ＣＴやＭＲＩでは実現できない３次元動画像とともに診断対象の内部の様子を展開して観察することができるので、診断の精度、効率を大幅に改善することができる。また観察したい部位に対してその周囲を同時に観察して診断を行う、いわゆる広がり診断を容易に行うことができるようになる。

次に、分割されたスライス画像の拡大表示の動作について説明する。
図１０に示すように、分割表示された任意の画像（図１０では選択画像１５４）をトラックボールなどで選択し、決定させるキーを押すと、その選択された画像が図１１に示すように拡大表示される。さらに拡大表示状態で再度決定させるキーを押すと分割表示に戻る。
また、図７に示すポインタ１６０を、３次元画像上の分割線に合わせて、決定させるキーを押すと、その分割線部分の断層画像を拡大表示することもできる。
このように動作することによって、任意の分割画像を拡大表示して詳細に評価することができ、また容易に分割表示に戻って別の画像を選択することができるので、診断の精度、効率を大幅に改善することができる。
また、ポインタ１６０で３次元画像表示上の分割線を画面上で選択することによって、必要な位置のみのスライス画像を表示させることもできる。

本実施の形態では、超音波振動子を回転及び揺動させることによって３次元画像を構築する構成について述べたが、超音波振動子をアレイ状に配列したアレイプローブを揺動させることによって３次元画像を構築する構成や、超音波探触子を２次元に配列させる２次元アレイプローブにおいても同様の表示を行うことができるので診断の精度、効率を大幅に改善することができる。

メカセクタプローブ使用時は超音波振動子をアレイ上に配列する必要がないので、プローブの先端を小さくすることができるとともに、プローブの真横（１８０度方向）の画像もひずみなく描出することができるので、特に体腔内へ挿入する診断において有効である。
また、アレイプローブ使用時は、送受信する超音波にフォーカスをかけることができるので、距離分解能、方位分解能を向上させることができる。
いずれのプローブを用いても、本発明によれば、３次元画像を任意に分割した断層画像を表示させることができるので、用途に応じてプローブを使い分ければ更なる診断精度が向上するものである。

以上のように、本発明にかかる超音波診断装置及び超音波画像表示方法は、３次元画像をリアルタイムに表示するとともに、この３次元画像の任意の断層像を任意の角度、方向、分割数で分割表示することによって診断精度の向上を図ることができるという効果を有し、３次元画像表示と共に複数の断層画像を表示可能な超音波診断装置などとして有用である。

本発明の実施の形態における超音波診断装置のブロック図 図１Ａに示す３次元プローブの平面図 本発明の実施の形態におけるメカセクタプローブの斜視図 本発明の実施の形態におけるメカセクタプローブの構成図 ２次元画像から３次元画像を構成するときの概念図 マルチスライス表示の一例を示す図 マルチスライス表示の一例を示す図 マルチスライス表示における分割位置の一例を示す図 マルチスライス表示における分割位置の一例を示す図 マルチスライス表示における分割位置の一例を示す図 マルチスライス表示において一つの画像を選択したときの図 マルチスライス表示で選択された画像の拡大図 従来技術の説明図

Claims (7)

1. 超音波を送受信する超音波振動子を有したプローブを接続可能な接続手段と、
   前記超音波振動子へ超音波信号を供給するとともに前記超音波振動子で受信した超音波信号の受信処理を行う送受信手段と、
   前記受信処理された超音波信号を画像データとして記憶する画像メモリと、
   前記画像メモリに記憶された画像データから３次元画像をリアルタイムに構築する３次元演算手段とを備え、
   前記３次元演算手段は、前記３次元画像を含む３次元表示範囲内での任意に設定された位置及び角度で前記３次元画像の複数の断層画像を切り取って分割表示するよう構成され、かつ前記３次元表示範囲内で断層画像として分割表示する上限の位置と下限の位置との間で、あらかじめ指定された間隔で断層画像を切り取って表示するよう構成された超音波診断装置。
2. 超音波を送受信する超音波振動子と回転モータと揺動モータとを有するプローブを接続可能な接続手段と、
   前記超音波振動子へ超音波信号を供給するとともに前記超音波振動子で受信した超音波信号の受信処理を行う送受信手段と、
   前記回転モータの回転制御を行う回転制御手段と、
   前記揺動モータの揺動制御を行う揺動制御手段と、
   前記受信処理された超音波信号を画像データとして記憶する画像メモリと、
   前記画像メモリに記憶された画像データから３次元画像を構築する３次元演算手段とを備え、
   前記３次元演算手段は、前記３次元画像を含む３次元表示範囲内での任意に設定された位置及び角度で前記３次元画像の複数の断層画像を切り取って分割表示するよう構成され、かつ前記３次元表示範囲内で断層画像として分割表示する上限の位置と下限の位置との間で、あらかじめ指定された間隔で断層画像を切り取って表示するよう構成された超音波診断装置。
3. 前記分割表示された断層画像を選択する手段と、前記選択された断層画像を拡大表示するよう構成された請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記３次元画像上に表示された断層画像の位置を選択する手段と、前記選択された位置の断層画像を拡大表示するよう構成された請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
5. 超音波振動子を有したプローブから受信した超音波信号の受信処理を行い、前記受信処理された超音波信号を画像データとして画像メモリに記憶し、前記画像メモリに記憶された画像データから３次元画像を構築する際に、前記３次元画像を含む３次元表示範囲内での任意に設定された位置及び角度で前記３次元画像の複数の断層画像を切り取って分割表示するよう構成され、かつ前記３次元表示範囲内で断層画像として分割表示する上限の位置と下限の位置との間で、あらかじめ指定された間隔で断層画像を切り取って表示するよう構成された超音波画像表示方法。
6. 前記超音波診断装置に接続可能なプローブは、前記超音波振動子がアレイ状に配列され、前記アレイ状に配列された超音波振動子を揺動させる揺動手段を有し、前記送受信手段は、前記揺動手段で揺動されたアレイ状超音波振動子で送受信された超音波信号の受信処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波診断装置に接続可能なプローブは、前記超音波振動子が２次元のアレイ状に配列され、前記送受信手段は、前記揺動手段で揺動された２次元アレイ状超音波振動子で送受信された超音波信号の受信処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。