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JPH04332544A - 超音波撮像システム - Google Patents

超音波撮像システム

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Publication number
JPH04332544A
JPH04332544A JP3307599A JP30759991A JPH04332544A JP H04332544 A JPH04332544 A JP H04332544A JP 3307599 A JP3307599 A JP 3307599A JP 30759991 A JP30759991 A JP 30759991A JP H04332544 A JPH04332544 A JP H04332544A
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JP
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scan head
image
imaging system
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acceleration
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Application number
JP3307599A
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Philip Keller
フィリップ・ケラー
Larry J Augustine
ラリー・ジェイ・オーガスティーン
Ronald E Daigle
ロナルド・イー・デイグル
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Advanced Technology Laboratories Inc
Original Assignee
Advanced Technology Laboratories Inc
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Publication date
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    • G01N2291/02827—Elastic parameters, strength or force
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の連続的画像面か
らの超音波画像、たとえば平行な画像面からの空間的に
連続的な一連の画像の読取と表示に関する。この発明の
１つの応用は、３次元的効果を与えるような２次元的画
像情報の提示である。
【０００２】
【従来の技術】２次元的画像は、伝統的に、物体の平面
領域における連続的に方向づけられた個々の線の集合で
ある。その理由は、音情報を伝送（発生）し受信する超
音波ヘッドが一時に１つの線または１つのベクトルにそ
って「見る」ように設計されているからである。超音波
スキャンヘッドは、与えられた方向からある深さにわた
る情報を集め、次に、スキャンヘッド変換器の機械的ま
たは電気的操作によって、画像面におけるそのような１
連のベクトルすなわち方向にそって「見る」。掃引コン
バータは、これらの全画像線のデータを記憶し、適当な
平面方位に方向づける。この方位は、通常は平行または
放射状である。全線の集合は、表示のために掃引される
面における物体の２次元画像の基礎である。そのような
通常の２次元超音波画像は、２方向の画像情報を表す。 各ベクトルすなわち各線の長さ方向は、掃引される物体
すなわち患者の中への深さ方向である。線から線への第
２方向は、掃引表面にほぼ平行な横方向である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】３次元表現における従
来の技術において１連の超音波画像を読み取るとき、各
画像面の他の画像面に対する位置を知ることがしばしば
役に立ち、また必要である。そのような位置情報は、た
とえば、適当に重み付け処理を用いて面を結合すること
を可能にし、画像が撮られる物体の中での３次元的表面
の画像再構成を可能にするために必要である。そのよう
な位置情報を得るための従来の試みは、たとえば従来の
Ｂアームスキャナの連結アームのように、わずらわしく
、また、通常の手に持って使用する掃引ヘッドと組み合
わせて使用することが制限される。たとえば、従来の１
つの技法では、スパークギャップによりスキャンヘッド
から鋭い音が繰り返し発生される。この音は、スキャン
ヘッドの回りに位置する多数の音検知器によって検出さ
れ、位置は３角法で決定された。したがって、臨床医が
通常スキャンヘッドを容易に使用する可能性を妨げるこ
となく、スキャンヘッドの画像面付近の位置情報を与え
ることが可能であることが望ましい。
【０００４】本発明は、これらの短所と困難を避けるた
めになされ、その目的は、スキャンヘッドを容易に使用
する可能性を妨げることなく、スキャンヘッドの画像面
付近の位置情報を与えることが可能である超音波撮像シ
ステムを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用】本発明に係る
第１の超音波撮像システムは、空間的に同定される面画
像を与える手段を備え、面画像情報を与える超音波撮像
システムにおいて、物体の面を超音波で掃引する手段を
備えるスキャンヘッドと、上記の面の空間的位置を決定
する位置決定手段とを備え、上記位置決定手段は、上記
のスキャンヘッドに取り付けられ、上記のスキャンヘッ
ドの移動を検知する加速度計手段と、この加速度計手段
により得られた加速度信号を処理する信号処理手段とを
備えることを特徴とする。本発明によれば、１連の通常
の２次元画像は、第２方向において通常の１画像面から
次の１画像面へ読み取られ表示される。第２の横方向で
の連続的順序での２次元画像の表示は、画像情報の実際
的３次元表示となる。そのような実際的表示は、たとえ
ば１連の画像を早く連続して表すことにより行える。画
像の表示において、１連の画像を連続的に示してもよい
し、最初から最後までに、また最後から最初に戻って循
環的に表示してもよい。本発明では、スキャンヘッドの
画像面の付近の位置情報は、多数の加速度計をスキャン
ヘッドの１部として用いて得られる。これらの加速度計
は、スキャンヘッドが移動されるとき、あらかじめ決め
られた軸にそっての加速度を表す電気信号を発生する。 これらの加速度値を積分することにより、スキャンヘッ
ドの相対的座標が、したがってスキャンヘッドを含む画
像面の方向に対する変位が、３次元空間において決定で
きる。
【０００６】本発明に係る第２の超音波撮像システムに
おいては、空間的に同定される面画像を与える手段を備
え、面画像情報を与える超音波撮像システムにおいて、
物体の面を超音波で掃引する手段を備えるスキャンヘッ
ドと、上記の面の空間的位置を決定する位置決定手段と
を備え、上記位置決定手段は、磁界発生器と、上記のス
キャンヘッドに取り付けられ、発生された磁界に対する
上記のスキャンヘッドの位置を検知する受信器と、この
受信器により得られた位置情報信号を処理する信号処理
手段とを備えることを特徴とする。本発明では、スキャ
ンヘッドの画像面の付近の位置情報は、３次元ＤＣ磁界
のなかでスキャンヘッドを操作することにより得られる
。ＤＣ磁界における各方向がスキャンヘッドの回りで発
生されるので、磁束は、スキャンヘッドの１部であるフ
ラックスゲート磁力計の中に生じる。これにより各磁力
計は、磁力計の対応する磁界方向との関係に対し機能的
に関連づけられた電気信号を出力し、この関連づけ情報
は、スキャンヘッドの画像面の相対的位置と方向を表す
信号を得るために用いられる。
【０００７】本発明に係る第３の超音波撮像システムは
、空間的に同定される面画像を与える手段を備え、面画
像情報を与える超音波撮像システムにおいて、物体の面
を超音波で掃引する手段を備えるスキャンヘッドと、こ
のスキャンヘッドに結合され、上記の面の空間的位置を
決定する位置決定手段と、上記のスキャンヘッドと位置
決定手段とに結合され、相互に方向が関連づけられた投
影において基準面情報とリアルタイム画像面情報を表示
する表示手段を備えることを特徴とする。本発明によれ
ば、超音波画像表示は、１連の読取を方向づける基準画
像を与える。スクリーンに表された基準画像を用いて、
得られた１連の画像の相対的方向は、斜視的方向での得
られた画像の輪郭、および、もし交差が起こる場合には
、得られた各画像と基準画像の交差の線を表示して示さ
れる。そのような表示技法は、使用者が、掃引される物
体に対する読取画像の空間的関係を理解するのに有効で
あることが分かっている。
【０００８】
【実施例】以下、添付の図面を用いて、本発明に係る実
施例について説明する。
【０００９】図１に、超音波画像情報を読み取り、かつ
３次元画像型式の画像情報を提供するシステムを示す。 線形アレースキャンヘッド１０は、超音波エネルギーの
パルスを伝送し、画像化される物体から返送されたエコ
ーを受信する。返送されたエコーは、スキャンヘッド１
０内の変換アレーにより電気信号に変換され、電気信号
を超音波画像情報のコヒーレントベクトルを形成するビ
ーム生成回路１２に入力される。ベクトル情報は、ディ
スプレイ４０上に表示された２次元画像のアレーを形成
するスキャン変更回路メモリ１４に入力される。物体が
走査され、リアルタイム画像がディスプレイ４０上に表
示されるため、特定の画像は、静止ボタン１６を押下す
ることにより静止画像とすることが可能である。使用者
が、静止画像を記憶したいと欲した場合には格納ボタン
２２が押下され、表示画像は画像メモリ２０に格納され
る。
【００１０】多数の画像がこの方法で観察され、画像メ
モリ２０内に格納された後に、画像のシーケンスは、画
像メモリ２０により映像ループ格納装置３０に格納され
た一連の画像を読み込むためのロードボタン３６を押下
することにより再観察される。映像ループ格納装置３０
は、１６０枚の画像フレームを格納できるだけの容量を
もち、順に読み込まれた画像を保存する。シーケンス制
御回路３４を調整することにより、使用者は、一連の画
像をどのように画面に出力するか、即ち、最初の画像か
ら最後の画像までを繰り返して出力するのか、最後の画
像から最初の画像までを繰り返して出力するのか、もし
くは最初の画像から最後の画像までを続け、次に、最後
の画像から最初の画像に戻って連続して出力するのかを
決定する。速度制御回路３２は、低速から高速まで、使
用者にフレームが表示される速度を決定させる。映像ル
ープ格納装置３０は、格納された画像をディスプレイ４
０上で再観察するために要求された順にこのように再現
する。
【００１１】この装置により実施される走査技術の一例
として、超音波伝送媒体の考察の前に、中空ボールの走
査を考察する。中空ボールは、最初にボールに隣接した
平面を走査するように位置決めされたスキャンヘッド１
０により走査される。ここで、スキャンヘッドは、１ｍ
ｍ毎にこの平面の垂直方向に動かされる。各走査位置に
おいて走査された平面の画像はディスプレイ４０上で静
止画像とされ、画像メモリ２０に格納される。最初の画
像、即ちボールの端をちょうど横切る走査画面は、図２
のフレームＦ１に示される。スキャンヘッド１０の次の
走査位置では、図２のフレームＦ２に示される断面画像
が得られ、格納される。続くスキャンヘッド１０の走査
位置では、走査画面は、図２のフレームＦ３及びフレー
ムＦ４により示されるボールのいわば”スライス”を生
成する。
【００１２】この走査及画像読取処理は、ボールの反対
側を走査平面が通過するまで続けられる。このようにし
て画像メモリ２０内に読取及び格納された一連の２次元
画像は、図３に示されるようにフレームＦ１から始まり
最後のフレームＦｎまで続く。この一連の画像は、映像
ループ格納装置３０に読み込まれる。シーケンス制御回
路３４及び速度制御回路３２の調整は、希望の表示速度
及びシーケンスに設定され、一連の画像は、ディスプレ
イ４０上で再現される。これらの画像が連続することに
より生じる、即ち、平行に方向づけられた画像をディス
プレイ４０上に再現した場合、使用者は、中空ボールの
３次元画像を得る。
【００１３】本発明における画像シーケンスの３次元表
示は、フレームの画像情報に重み付けをすることで、よ
り重要な意味を持つ。好ましい重み付けの技術は、前面
のフレーム、即ち使用者に対して接近した画像スライス
に、後ろのフレームよりも重みを与えることである。こ
れは、３次元対象物の近い領域を遠い領域の画像フレー
ムよりも濃く表示するものである。なお、ここで上記の
近い領域及び遠い領域とは、画像シーケンスの連続方向
に関する用語である。対象物の前面から後ろへの重み付
け処理は、要求される効果に応じて線形もしくは指数的
に比例して行われる。
【００１４】重み付けされたフレームは、幾つかの異な
る方法で考察される。一つの方法としては、急な比率で
重み付けされた連続するフレームを用いるものである。 これは、米国特許第４，２９７，００９号に記載される
”スイム・スルー（ｓｗｉｍ　ｔｈｒｏｕｇｈ）”モー
ドもしくは、”スイム・バック・アンド・フォース（ｓ
ｗｉｍ　ｂａｃｋ　ａｎｄ　ｆｏｒｔｈ）”モードのシ
ーケンスを提供する。２番目の方法は、重み付けされた
フレームを単一の合成フレームに重ね、もしくはかぶせ
るものである。３番目の方法は、重み付けされた複数の
フレームの対応する画素毎の加算処理を施すものであり
、シーケンス内の複数の画像により結果を分割するもの
である。２番目の技術の効果的な実施は、最後のフレー
ムに重み付けすることであり、図３に示されるフレーム
Ｆｎには４０％の重みを、その隣のフレームＦｎ−１に
は６０％の重み付けを施す。 ２つの重み付けのなされたフレームは、１つの合成フレ
ームに結合され、上記合成フレームの４０％は、最も離
れたフレームと結合され、上記合成フレームの６０％は
、最も離れたフレームの次のフレームと結合される。 この合成フレームは、４０％の重み付けがなされ、隣の
フレームＦｎ−２には、６０％の重み付けがなされる。 重み付けがなされた合成フレーム及び重み付けのなされ
たフレームＦｎ−２は、新しく合成フレームに結合され
る。 この重み付け及び結合処理は継続され、最も近いフレー
ムＦ１を処理し、遠くの領域よりも大きく重み付けされ
た近い領域を備える最後の合成フレームを生じる。重み
付け処理は、希望の線形もしくは非線形で実行され、例
えば各フレーム及び合成フレームに対して５０％一定の
重み付けは、実質的に線形の重み付け処理を生じること
が認識されている。正味５％の重み付けにおいて、画像
情報は、合成画像に対して識別可能な影響を与えないこ
とが分かっている。このため効果的な画像は、遠いフレ
ームの１／３までを消去し、即ち遠方の領域から近い領
域のフレームの残り２／３を順次重み付けすることによ
り作成される。
【００１５】複数の機構が、超音波画像平面の所定位置
の情報を提供するために発明され、提供されている。例
えば、ジョイントでポテンショメータ分解器を備える連
続Ｂ−アームの終端に接続された線形アレー変換器を備
える周知のＢ−アーム走査システムは、実質的に平行の
一連の画像フレームを得るために用いることができる。 しかし、一連の画像は、３次元の効果を提供するために
平行である必要はない。例えば、スキャンヘッドは、継
続的な角度の増加で画像のシーケンスを得るために揺り
動かされることもあり、もしくはスキャンヘッドは、共
通の軸を通過する画像平面のシーケンスを得るための面
のほぼ中央で回転されることもある。
【００１６】しかしＢ−アーム機構は、かなり大きく、
しばしば扱いにくく、現在の手に持てるスキャンヘッド
の携帯性及び使用容易性を欠く。従って、手に持つスキ
ャンヘッド内に位置決定手段を用意することが望ましい
。既知の位置増加分で画像のシーケンスを得るための上
記の好ましい機器が、図４〜図６に示されている。図４
に示されるバー７０は、スキャンヘッドの中心軸が描か
れ、上記中心軸７０は、図５に示されるスキャンヘッド
１０’の水平軸７０’と同様なものである。スキャンヘ
ッドケース２４内に位置し、図４に示される加速ベクト
ル１〜６により表示される方向付けされているのは、６
つの加速度計である。好ましい加速度計はアクセスセン
サＳＡ製のＡＭＤ−ＣＫ／０Ａ２である。これらの加速
度計は非常に小さな加速力、即ち１ミリ重力加速度（ｍ
Ｇ）までを分析する事が可能である。図４に示されるこ
れら６つの位置の加速度計、即ち、軸に平行な加速度計
５、加速度計５及び外の加速度計に対して垂直な加速度
計４及び６、軸のもう一方の終端で加速度計４及び６に
対して平行な加速度計２及び３、及び加速度計４と離れ
、かつ平行な加速度計１は、直角座標Ｘ，Ｙ，Ｚの切り
替え、もしくは、ロール，ピッチもしくはヨーの回転に
よりスキャンヘッド１０’のあらゆる方向を解析する。 ６つのスキャンヘッド加速度計により作成される加速度
信号は、スキャンヘッドケーブル７２により図１に示さ
れるシステム制御部内の増加量計算器８０に入力される
。
【００１７】スキャンヘッド内部の軸７０’は、アルミ
ニウム管７０ａ，７０ｂのような２つの堅い物体の中央
を通過する。アルミニウム管は、スキャンヘッドケース
２４内部に配設される。スキャンヘッド底部７４は、音
響口７６を介して超音波信号を伝送及び受信する超音波
変換器を収容し。アルミニウム管７０ａ及び７０ｂの所
定の面には、加速度計２’，３’，４’，５’及び６’
が取り付けられており、上記加速度計は、それぞれ図４
の番号を付されたベクトルに応じた方向の加速度を検知
する。取り付けられた加速度計４’，５’及び６’を備
えるアルミニウム管７０ｂの拡大図を、図６に示す。図
６に示されるように３つのベクトル４，５及び６は、管
の中央で全てが一致する。独立した加速度計からの図示
されていない導線は、スキャンヘッドケーブル７２及び
増加量計算器８０につながる。図５はさらに、加速度計
１’が、アルミニウム管及びスキャンヘッド内部の軸７
０’から常識で考えられる方向に所定の間隔をおいて配
設されることを示す。
【００１８】スキャンヘッドの所定位置の情報は、以下
に示すように６つの加速度信号から演算される。加速度
計からの信号は、所定の標本率及で継続的に標本化され
分析される。加速度信号は相関データを提供し、スキャ
ンヘッドの位置は使用者により任意に定められるので、
基準が位置情報のため確立されねばならない。これは、
スキャンヘッドが静止した時にスキャンヘッドの位置を
初期化することにより達成される。スキャンヘッドが静
止したときに、加速により受ける唯一の加速力は、重力
である。ゆえに増加量計算部は、加速度が一定値だけ残
り、加速度ベクトルの大きさが重力加速度（９．８ｍ／
ｓｅｃ２）と等しいことを確認することにより初期設定
のチェックを行う。走査開始の静止位置で、スキャンヘ
ッドのＸ，Ｙ，Ｚ空間座標系は、実質的に全ての演算を
行うための初期位置を確定する。
【００１９】スキャンヘッドが一連の超音波画像を得る
ために走査中移動されるために、各加速度計は、加速力
を受け、上記加速度計が出力する信号は、連続的に位置
データを作成するために継続的に標本化される。出力信
号は、以下の「数１」及至「数６」に示されるスキャン
ヘッド及びそれに応じる画像平面の線形及び角加速度特
性を定める以下に示される方法で結合される。
【数１】ｄ２ｘ／ｄｔ２＝−ａ４−ｇｘ
【数２】ｄ２ｙ
／ｄｔ２＝　　ａ６−ｇｙ
【数３】ｄ２ｚ／ｄｔ２＝　
　ａ５−ｇｚ
【数４】ｄ２ｒｏｌｌ　／ｄｔ２＝（　　
ａ３−ａ６）／Ｄ１
【数５】ｄ２ｐｉｔｃｈ／ｄｔ２＝
（　　ａ２−ａ４）／Ｄ１
【数６】ｄ２　ｙａｗ　／ｄ
ｔ２＝（−ａ１＋ａ４）／Ｄ２ここで、ｘ，ｙ及びｚは
、図５及び図６に示される空間座標系に対応する。Ｄ１
は、２本のアルミニウム管７０ａ及び７０ｂの中央の間
の距離であり、Ｄ２は、加速度計１’の中央及び管７０
ｂの中央の間の距離であり、”ａ”の項は、下に記した
数字に応じる図５及び図６の加速度計の加速値を示し、
ｇｘ，ｇｙ及びｇｚは、重力加速度の３つのベクトル構
成要素である。３つの式の２回微分の表記示がすように
、信号標本化率（時間）の関数である３つの式の２回積
分は、走査開始の静止位置に対する位置の３つの並進特
性と回転特性を生じる。
【００２０】所定の配列に設置された加速度計を備える
図５に示されるスキャンヘッドは、図１を参照し、次の
方法で３次元表示のための一連の画像フレームを得るの
に用いられる。使用者は、まず最初にシーケンス内の画
像を得る増加量を決定する画像化システム上の増加量制
御回路８２を調整する。増加量は、例えばスキャンヘッ
ドの線形移動を１ｍｍ毎に、もしくはスキャンヘッドの
回転動作を１０度毎に、もしくはｎミリセカンド毎に調
整することができる。このようにして使用者は走査開始
の静止位置のスキャンヘッドを位置決めする。使用者は
、上述したようにシステムに位置の初期設定を施すため
に初期化ボタン８４を押下する。増加量は、この初期設
定位置から処理される。使用者は、任意にスキャンヘッ
ドを動かして走査を実行する。スキャンヘッドの移動は
、加速度計により検知され、位置は加速度から求められ
る。増加量計算器８０により決定することにより所望し
た位置もしくは時間の増加量が得られるので、格納ボタ
ン２２は、各増加量の画像フレームを格納するために自
動的にトリガされる。読取が使用者により手動で停止さ
れるとき以外は、スキャンヘッドが停止した時に、一連
の読取は終了される。画像メモリ２０はここで、所望し
た増加量で得られた画像のシーケンスを有し、それらは
、所望された３次元表示で表示される
【００２１】一連
の既知の位置の増加分で複数の画像を読み取るための第
２の好ましい実施例の装置が図７に示されている。この
装置は、ある電磁界においてスキャンヘッド１０の位置
を検出することによって動作する。この位置検出の原理
を考察するとき、多くのファクタがそのようなシステム
の使用の複雑さ及び容易さに影響を与える。例えば高周
波三角測量システムもしくは伝送時間又は位相差システ
ムなどの、複数の送信機又は受信機を必要とするような
装置は、ハードウエアが大きく複雑であるという理由に
よって好まれない。また、当該装置は、病院においてし
ばしば存在する金属の部材の存在と、超音波撮像装置の
電子素子に比較的影響されないものでなければならない
。また、装置は、ミリメータの大きさの増加分を解像で
きるのに十分な精度を有さねばならない。
【００２２】これらのファクタを考察すると、米国特許
４，９４５，３０５号及び４，８４９，６９２号に記載
されたような磁界の位置検出技術が好ましい。そのよう
な装置は、発生される磁界の分極のために、１個の送信
機と１個の受信機のみを必要とするという利点がある。 直流磁界を使用するので、例えば病院のベッドのフレー
ムなどの近くの金属部材に誘起される渦電流に対しても
、超音波撮像システムの電子回路に対して、この技術が
比較的影響を受けなくなる。また、そのようなシステム
は、一連の３次元画像の読取のために必要とされる解像
度を有することが可能である。
【００２３】図７を参照すれば、超音波撮像システム１
００は、２個のモニタディスプレイ１０２を備える。撮
像システム１００に隣接して、超音波走査のときに患者
が横たわる病院のベッド１１０が置かれている。撮像シ
ステム１００と病院のベッド１１０の両方は、図示され
るように、使い勝手がよくなるように、両方に付けられ
た車輪によって移動可能である。送信機１１２が病院の
ベッドのフレームのより低い横木に取り付けられ、送信
機（発生機）１１２は異なった空間の極性を有するパル
スバースト磁界を送信（発生）する。病院のベッド１１
０上にスキャンヘッド１０が取り付けられ、当該スキャ
ンヘッド１０に複数の磁気計を備えた磁界受信機１１４
が取り付けられる。スキャンヘッド１０と磁界受信機１
１４と送信機１１２からの各ケーブルはともに撮像装置
１００のスキャンヘッド入力ポートに接続され、これに
よって、当該システムのすべての構成要素の各装置が共
通の制御のもとで動作する。第４のケーブル１１６は、
好ましくは後述するように使用されるが、操作者によっ
て操作されるフットペダル（図示せず。）に導かれる。 パルス磁界送信機と磁界受信機の各装置は、米国バーモ
ント州バーリントンに住所を有するアセンション・テク
ノロジー・コーポレーション（Ａｓｃｅｎｓｉｏｎ　　
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）か
ら購入することができる。
【００２４】動作中において、送信機１１２は、当該送
信機１１２の位置に関して空間的に方向づけられた磁界
を送信する。その磁界の強度及び方向は、受信機１１４
によって検出される。受信機１１４は、送信機１１２の
位置と位置付けを基準として、受信機１１４の位置付け
の同次座標における並進と回転の特性を記述するディジ
タル信号のマトリックスを生成する。ケーブルを介して
超音波撮像システム１００に伝送されるこれらの複数の
信号は、次の数式７の形で表される。
【数７】 ここで、Ｒ３ｘ３は回転データの３×３のサブマトリッ
クスであり、Ｔ１ｘ３は１×３のサブマトリックスであ
る。
【００２５】この位置の情報は、図７において図示され
るようにディスプレイ１０２の表示を生成するために用
いられ、これは複数の一連の空間的に関連した複数の画
像の読取中に、特に有用であることが判明している。こ
のディスプレイ１０２の表示を生成するためにユーザは
次のように撮像システム１００を操作する。まず始めに
、ユーザは患者の人体を測定して、弓状、台形の画像の
セクタ１２０によって示されるようにディスプレイ１０
２上にリアルタイムの複数の画像を生成する。ある特定
のアプリケーションにおいては、セクタの形状はスキャ
ンヘッド１０の特性によって決定され、矩形状、台形状
、又はいくつかの他の形状であってもよい。ユーザが所
望の基準画像面を定めるとき、ユーザは上記フットペダ
ルを押下し、ディスプレイ１０２上の基準画像を静止さ
せる。一連の空間的に関係した複数の画像の読取りは、
この面を基準にして行われ、この面が好ましくは撮像シ
ーケンスの目標とすべき人体の輪郭又は他の身体の目印
を示すようにしてもよい。
【００２６】ディスプレイ１０２上で静止された基準面
の画像を用いて、ユーザは、スキャンヘッド１０を一連
の画像が読み取られるべき開始位置に位置させた後、操
作する。スキャンヘッド１０が操作されたとき、ディス
プレイ１０２は、上記基準画像面に関係して画像セクタ
の方向づけを行なうために、斜視図でディスプレイ１０
２上の画像セクタの輪郭を生成する。さらに、ディスプ
レイ１０２は、画像セクタ１２２の面と基準画像１２０
の面とが交差しているならば、交差しているところのラ
イン１２４を表示する。このように、ユーザがスキャン
ヘッド１０を操作したとき、ディスプレイ１０２は、一
連の空間的に関係した複数の画像が読み取られるとき、
上記基準に対する画像セクタ１２２の関係を連続的に表
示する。
【００２７】典型的な読み取りの走査においては、基準
画像に対して約９０°の角度であって当該画像の左側に
上記画像セクタを方向づけし、スキャンヘッド１０を９
０°の方向づけを保持しながら左側から右側に掃引する
。スキャンヘッド１０が掃引されたとき、結果として読
み取られた複数の画像と、関連する位置に関する情報は
、映像ループメモリに格納される。ある好ましい操作技
術では、上記映像ループメモリを連続的に動作させた後
、当該読み取りが完了したときに上記映像ループメモリ
の動作を停止させる。次いで、上記映像ループメモリは
当該一連の最後のｎ個の複数の画像を保持する。ここで
、ｎは映像ループメモリの容量によって決定される。 好ましくは、画像と位置の情報は、“タグが付けられた
”フォーマットで格納され、ここで、各ブロックの画像
データは、位置の情報を格納するタグのデータとともに
格納される。次いで、位置の情報を有する一連の複数の
画像は、都合よく、続いて行われる処理、解析又は３次
元表示のために利用することができる。
【００２８】リアルタイムの画像セクタの輪郭１２２は
、次のように連続的に計算されて表示される。リアルタ
イムのセクタの任意の点に対して、当該セクタの点が基
準画像の面に対して適当な遠近法で表示されるべきディ
スプレイ１０２上の対応する点が存在する。特に、表示
すべき複数のリアルタイムのセクタの点は、当該セクタ
の輪郭を描く複数の最大深さの位置（弓状部）と上記画
像セクタの複数の側面として予め定義される点である。 任意のセクタの輪郭の点をディスプレイ１０２上の一点
に変換するために、多くの座標システムの変換が必要と
される。まず始めに、図７に示すようにスキャンヘッド
１０の前面に空間的に置かれたセクタの輪郭１２２が、
スキャンヘッド１０に取り付けられた受信機１１４に対
して一定の関係を生成することについて考える。第１の
変換は、空間におけるセクタの座標を受信機１１４の座
標システムに変換することが必要とされる。次いで、受
信機１１４の座標から、空間の原点を提供する送信機１
１２の座標への変換が必要とされる。そして、送信機１
１２から、基準画像の読取後に変化しない上記基準画像
が読取られたときの受信機１１４の座標への変換が必要
とされる。そして、これらの受信機１１４の座標からス
キャンヘッド１０の前面における基準画像のセクタへの
変化しない変換が必要とされる。最後に、上記基準画像
のセクタからディスプレイ１０２上の複数の画素への変
化しない変換が必要とされる。
【００２９】また、これらの変換を、多くの変換マトリ
ックスによって数学的に記述することができる。その１
つは、セクタの輪郭上の任意の点ｘの座標をスキャンヘ
ッド１０上の受信機１１４の座標に変換するマトリック
スＭＤである。第２の変換マトリックスＭは、受信機１
１４の座標を送信機１１２の位置によって定義される絶
対的な空間座標に変換する。第３の変換マトリックスは
、セクタの座標をディスプレイ１０２上の複数の画素位
置に変換するマトリックスＭＳである。最後のマトリッ
クスＭｏはフットペダルが押下されたときに定義され、
基準面が決定されかつ表示されたときの受信機１１４の
座標を表すマトリックスである。これらの変換マトリッ
クスを用いて、セクタの輪郭１２２上の各点の複数の表
示位置ｘ’が次の数式８によって計算される。
【数８】ｘ’＝ｘ（ＭＤＭ）（ＭＤＭｏ）−１（Ｍｓ）
【００３０】基準画像とリアルタイムのセクタとの交差
ライン１２４は、基準面のｚ座標をｚ＝０として定義す
ることによって計算され、ｚ＝０に対するセクタの輪郭
上の複数の点が調査される。リアルタイムのセクタの輪
郭１２２の弓形状の部分は仮想的な３６０°の全部の円
を形成するように拡張され、ｚ＝０に対する当該仮想的
な円上の第２の点の位置が定められる。次いで、ライン
１２４はセクタの輪郭１２２の境界内で平面の交差のこ
れら２つの点を連結することによって形成される。
【００３１】さらにリアルタイムのセクタの輪郭に対す
る深さの視覚化を高めるために、基準面の前面に位置す
るリアルタイムのセクタのその部分は、基準面の後ろに
位置する部分よりもより強調されて表示される。例えば
セクタ又はその輪郭の前方部分を、画像面の後ろに位置
する部分よりもより大きな明るさで表示することができ
る。
【００３２】さらに、当業者は前述の実施例の変形例を
容易に考えることができるであろう。例えば、図８の表
示の反転像を発生してもよい。すなわち、リアルタイム
の画像は表示面において表示され、基準画像の輪郭の投
影によってさらに重ねて表示される。この変形例は、リ
アルタイムのセクタの輪郭のみならず、その画像の情報
をも単一のディスプレイにおいて画像情報を表示し、好
ましい。もう１つの変形例は、表示面におけるリアルタ
イムの画像と、基準面とリアルタイムの画像面の２つの
矩形の輪郭の斜めの投影を表示することである。後者の
アプローチは、２つの面の幾何学的関係をより容易に理
解できるようにする。上述された前方と後方のセクタの
部分を明るさの差で表示する例に対する代替例の１つと
して、観察者に対して近いか否かを表す近接の関数でラ
イン幅を変化させることによって同一の目的を達成する
ことができる。
【００３３】
【発明の効果】本発明に係る超音波撮像システムにおい
ては、スキャンヘッドを容易に使用でき、かつ、物体の
３次元的画像を表示することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】空間的に関連される１連の画像を読み取るため
に用いられる超音波画像化システムのブロック図である
。
【図２】中空ボールの空間的に関連する１連の画像の図
である。
【図３】３次元的空間における表示のために図２の１連
の画像の順序を示す図である。
【図４】多数の加速度計がスキャンヘッドの位置決めの
ための信号を発生するために配列されているシステムに
おいてスキャンヘッド軸を示す図である。
【図５】位置決定のための加速度計を備えるスキャンヘ
ッドの斜視図である。
【図６】図５のスキャンヘッドの加速度計の取り付けの
詳細を示す図である。
【図７】磁界中の方向を決定するためのフラックスゲー
ト磁力計を備えたスキャンヘッドにおける１連の空間的
に関連した画像を得るための装置の図である。
【図８】図７の装置の基準画像とリアルタイム画像の表
示の図である。
【符号の説明】
２’〜６’：　　加速度計、　　　　１０：　　スキャ
ンヘッド、２０：　　画像メモリ、４０：　　ディスプ
レイ、７０：　　スキャンヘッドの中心軸、　　８０：
　　増加量計算器、８２：　　増加量制御回路、１００
：　　超音波撮像システム、　　　　１１２：伝送器（
発生器）、１１４：　　受信器、　　１２０：　　基準
画像、１２２：　　画像セクタ、　　　　１２４：　　
線、Ｆ：　　フレーム。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　空間的に同定される面画像を与える手
    段を備え、面画像情報を与える超音波撮像システムにお
    いて、物体の面を超音波で掃引する手段を備えるスキャ
    ンヘッドと、上記の面の空間的位置を決定する位置決定
    手段とを備え、上記位置決定手段は、上記のスキャンヘ
    ッドに取り付けられ、上記のスキャンヘッドの移動を検
    知する加速度計手段と、この加速度計手段により得られ
    た加速度信号を処理する信号処理手段とを備えることを
    特徴とする超音波撮像システム。
  2. 【請求項２】　　上記のスキャンヘッドの直線方向加速
    度と角方向加速度を計算するために上記の加速度信号が
    上記の信号処理手段により用いられることを特徴とする
    請求項１に記載された超音波撮像システム。
  3. 【請求項３】　　上記の加速度信号が重力加速度で補償
    されることを特徴とする請求項１に記載された超音波撮
    像システム。
  4. 【請求項４】　　上記の位置情報が上記の加速度信号の
    第２積分によって得られることを特徴とする請求項１に
    記載された超音波撮像システム。
  5. 【請求項５】　　上記の加速度計手段が、上記のスキャ
    ンヘッドのハウジングの中に位置する複数の加速度計を
    備えることを特徴とする請求項１に記載された超音波撮
    像システム。
  6. 【請求項６】　　上記の加速度計が加速度の直交方向の
    ベクトルを検知するために位置されることを特徴とする
    請求項５に記載された超音波撮像システム。
  7. 【請求項７】　　上記の加速度計の数が６であることを
    特徴とする請求項５に記載された超音波撮像システム。
  8. 【請求項８】　　空間的に同定される面画像を与える手
    段を備え、面画像情報を与える超音波撮像システムにお
    いて、物体の面を超音波で掃引する手段を備えるスキャ
    ンヘッドと、上記の面の空間的位置を決定する位置決定
    手段とを備え、上記位置決定手段は、磁界発生器と、上
    記のスキャンヘッドに取り付けられ、発生された磁界に
    対する上記のスキャンヘッドの位置を検知する受信器と
    、この受信器により得られた位置情報信号を処理する信
    号処理手段とを備えることを特徴とする超音波撮像シス
    テム。
  9. 【請求項９】　　上記の受信器が、発生された磁界の極
    性に関して上記のスキャンヘッドの位置情報信号を発生
    する磁力計手段を備えることを特徴とする請求項８に記
    載された超音波撮像システム。
  10. 【請求項１０】　　上記の受信器が、上記のスキャンヘ
    ッドのハウジングに取り付けられ、上記の信号処理手段
    が、上記のスキャンヘッドの位置を決定し、上記の面の
    空間的方向を決定するために上記のスキャンヘッドを移
    動することを特徴とする請求項８に記載された超音波撮
    像システム。
  11. 【請求項１１】　　空間的に同定される面画像を与える
    手段を備え、面画像情報を与える超音波撮像システムに
    おいて、物体の面を超音波で掃引する手段を備えるスキ
    ャンヘッドと、このスキャンヘッドに結合され、上記の
    面の空間的位置を決定する位置決定手段と、上記のスキ
    ャンヘッドと位置決定手段とに結合され、相互に方向が
    関連づけられた投影において基準面情報とリアルタイム
    画像面情報を表示する表示手段を備えることを特徴とす
    る超音波撮像システム。
  12. 【請求項１２】　　上記の基準面情報が上記の表示手段
    の面に表示され、上記のリアルタイム画像情報がこの面
    に対して投影されることを特徴とする請求項１１に記載
    された超音波撮像システム。
  13. 【請求項１３】　　上記の面の１つの情報が上記の物体
    の構造に関する情報を含み、上記の面のなかの他方の情
    報が画像面の輪郭を有することを特徴とする請求項１１
    に記載された超音波撮像システム。
  14. 【請求項１４】　　上記の輪郭が深さ方向を示すように
    表示されることを特徴とする請求項１３に記載された超
    音波撮像システム。
  15. 【請求項１５】　　上記の輪郭の輝度または幅が上記の
    表示において深さの関数として変わることを特徴とする
    請求項１３に記載された超音波撮像システム。
  16. 【請求項１６】　　上記の画像面の輪郭が、さらに、上
    記の２つの面の交差を示す線を有することを特徴とする
    請求項１３に記載された超音波撮像システム。
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