(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内の３次元領域から３次元断層画像情報を取得する３次元断層画像情報取得手段と、
前記３次元断層画像情報を記憶する画像記憶手段と、
前記３次元領域内に３次元関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記画像記憶手段に記憶された３次元断層画像情報を用いて前記３次元関心領域における塊状組織についてサーフェスレンダリングをし、そのレンダリングをした画像を表示する表示手段とを備える超音波撮像装置であって、
前記関心領域設定手段は、
前記３次元断層画像情報から前記塊状組織を含む２次元断層画像情報を抽出して、２次元断層画像を表示する塊状組織断面表示手段と、
前記２次元断層画像に表示された塊状組織の辺縁部に直線で示される塊状組織境界を設定する塊状組織境界設定手段と、
前記塊状組織境界を中央近傍に含む２次元関心領域を生成する２次元関心領域生成手段と、
前記２次元関心領域と同形の関心領域を、前記２次元領域と直交する方向に拡張した前記３次元関心領域を生成する３次元関心領域生成手段を備えることを特徴とする超音波撮像装置。
【請求項２】
前記超音波撮像装置は、前記３次元領域で互いに直交する直交３断面の断層画像情報を形成する直交３断面形成手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の超音波撮像装置。
【請求項３】
前記表示手段は、前記直交３断面の断層画像情報を表示することを特徴とする請求項２に記載の超音波撮像装置。
【請求項４】
前記３次元断層画像情報取得手段は、圧電素子が円弧状または直線状に１次元配列される探触子アレイを有し、前記探触子アレイを前記１次元配列の方向と直交する機械走査方向に繰り返し機械的に走査する超音波プローブを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項５】
前記直交３断面形成手段は、前記直交３断面の一つを前記一次元配列の方向をなす電子走査方向を含む断面とし、前記直交３断面の別の一つを前記機械走査方向を含む面とすることを特徴とする請求項４に記載の超音波撮像装置。
【請求項６】
前記塊状組織断面表示手段は、前記２次元断層画像を前記直交３断面の電子走査方向を含む断面に一致させることを特徴とする請求項５に記載の超音波撮像装置。
【請求項７】
前記３次元断層画像情報取得手段は、圧電素子が面状に２次元配列される２次元探触子アレイを有する超音波プローブを備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項８】
前記塊状組織境界設定手段は、前記２次元断層画像に表示された塊状組織の辺縁部に２つのマーカを設定し、前記２つのマーカを結んだ直線が前記塊状組織境界を示すマーカ設定手段を備えることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項９】
前記２次元関心領域生成手段は、前記塊状組織境界を挟んで面積の等しい２つの領域からなる２次元関心領域を生成することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１０】
前記２次元関心領域生成手段は、前記塊状組織境界を挟んで前記２次元断層画像内の前記塊状組織境界と直交する方向の長さが概ね等しい２つの領域からなる２次元関心領域を生成することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１１】
前記３次元関心領域生成手段は、前記２次元関心領域を、前記３次元関心領域において前記２次元関心領域と直交する方向の中心に位置させることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１２】
前記３次元関心領域生成手段は、前記２次元関心領域を、前記２次元領域と直交する方向に拡張する大きさを入力する拡張入力手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１３】
前記表示手段は、前記３次元関心領域の３次元断層画像情報から、画素値を用いて前記サーフェスレンダリングにおいて画像情報を抽出する際の閾値を入力する閾値入力手段を備えることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１４】
前記表示手段は、前記サーフェスレンダリングがなされた画像情報をシェーディング表示することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の超音波撮像装置。
【請求項１５】
被検体内の３次元断層画像情報を記憶する画像記憶手段と、
前記３次元断層画像情報が取得された３次元領域内に３次元関心領域を設定する関心領域設定手段と、
前記画像記憶手段に記憶された３次元断層画像情報を用いて前記３次元関心領域における塊状組織についてサーフェスレンダリングをし、そのレンダリングをした画像を表示する表示手段とを備える画像処理装置であって、
前記関心領域設定手段は、
前記３次元断層画像情報から前記塊状組織を含む２次元断層画像情報を抽出して、２次元断層画像を表示する塊状組織断面表示手段と、
前記２次元断層画像に表示された塊状組織の辺縁部に直線で示される塊状組織境界を設定する塊状組織境界設定手段と、
前記塊状組織境界を中央近傍に含む２次元関心領域を生成する２次元関心領域生成手段と、
前記２次元関心領域と同形の関心領域を、前記２次元領域と直交する方向に拡張した前記３次元関心領域を生成する３次元関心領域生成手段とを備えることを特徴とする画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被検体の３次元断層画像情報から、被検体内部に存在する塊状組織の表面画像を抽出し、立体表示を行う超音波撮像装置および画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、超音波撮像装置を用いた画像診断分野においても、３次元断層画像情報に基づいて、胎児等の塊状組織の表面画像を抽出し、立体表示するボリュームレンダリング（ｖｏｌｕｍｅ  ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）が行われる。この立体表示は、塊状組織の全体像を、オペレータ（ｏｐｅｒａｔｏｒ）にとって容易に把握できるものとする（例えば、特許文献１）。
【０００３】
この表面画像の抽出では、抽出する塊状組織部分の位置情報を、対応する２次元断層画像上に設定される２次元関心領域を用いて指定する。この塊状組織部分を含む２次元関心領域は、例えば２次元断層画像上にあるカーソル（ｃｕｒｓｏｒ）を用いて、オペレータが２次元関心領域の境界をなす境界ライン（ｌｉｎｅ）を形成する。そして、３次元関心領域は、この境界ラインを、さらにこの２次元断層画像と直交する方向に自動的に拡張して形成される。
【特許文献１】特開２００３―２０４９６３号公報、（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記背景技術によれば、立体表示される塊状組織の表面画像は、３次元関心領域の中にバランス（ｂａｌａｎｃｅ）良く配置されたものとはならない。すなわち、塊状組織の表面をなす境界は、２次元関心領域には含まれるものの、自動的に拡張された３次元関心領域の外にはみ出す場合が存在する。この場合、表面画像の立体表示は、３次元関心領域の全域に拡がったものではなく、部分的に限定された領域でのみの立体表示となる。
【０００５】
表面画像の立体表示は、塊状組織の全体像を、容易に把握することを目的とするものであるので、限定された領域でのみ立体表示は、好ましいことではない。そこで、オペレータは、塊状組織の表面をなす境界が、３次元関心領域に満遍無く行き渡る様に、繰り返し２次元関心領域の設定を行う必要があり、最終的な立体表示が得られるまでに、多くの時間と手間を費やす要因となる。
【０００６】
一方、臨床現場において、胎児の立体表示を被験者に示すことは、被験者に多大の安心感を与え好ましいものである。この場合、３次元断層画像情報の取得の後に、胎児の立体表示を作成することに時間と手間をかけることは、オペレータおよび被検者双方にとってもどかしく、好ましいことではない。
【０００７】
これらのことから、塊状組織の表面をなす境界が、３次元関心領域に最大限行き渡る様な２次元関心領域を、容易に短時間で設定することができる超音波撮像装置および画像処理装置をいかに実現するかが重要となる。
【０００８】
この発明は、上述した背景技術による課題を解決するためになされたものであり、塊状組織の表面をなす境界が、３次元関心領域に最大限行き渡る様な２次元関心領域を、容易に短時間で設定することができる超音波撮像装置および画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、第１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体内の３次元領域から３次元断層画像情報を取得する３次元断層画像情報取得手段と、前記３次元断層画像情報が保存される画像メモリに前記３次元領域に相当する３次元関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記３次元断層画像情報を用いて、前記３次元領域に含まれる塊状組織の前記３次元関心領域における表面画像情報を抽出する表面画像抽出手段と、前記表面画像情報を立体表示する立体表示情報を生成する立体表示生成手段と、前記立体表示情報を表示する表示部とを備える超音波撮像装置であって、
前記関心領域設定手段は、前記塊状組織を含む２次元領域の２次元断層画像を前記表示部に表示し、前記２次元断層画像の塊状組織の辺縁部を示すマーカを手動で設定し、前記マーカの前記２次元断層画像内での位置情報に基づいて、前記マーカが中央近傍に位置する前記３次元関心領域を生成することを特徴とする。
【００１０】
この第１の観点による発明では、関心領域設定手段により、塊状組織の辺縁部が中央近傍に位置する３次元関心領域を生成する。
【００１１】
また、第２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、被検体内の３次元領域から３次元断層画像情報を取得する３次元断層画像情報取得手段と、前記３次元断層画像情報が保存される画像メモリに前記３次元領域に相当する３次元関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記３次元断層画像情報を用いて、前記３次元領域に含まれる塊状組織の前記３次元関心領域における表面画像情報を抽出する表面画像抽出手段と、前記表面画像情報を立体表示する際の立体表示情報を生成する立体表示生成手段と、前記立体表示情報を表示する表示部とを備える超音波撮像装置であって、前記関心領域設定手段は、前記塊状組織を含む２次元領域の２次元断層画像を表示する塊状組織断面表示手段、前記２次元断層画像に表示される塊状組織の辺縁部に直線状の塊状組織境界を手動で設定する塊状組織境界設定手段、前記塊状組織境界を中央近傍に含む２次元関心領域を生成する２次元関心領域生成手段および前記２次元関心領域と同形の関心領域を、前記２次元領域と直交する方向に拡張した３次元関心領域を生成する３次元関心領域生成手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
この第２の観点による発明では、関心領域設定手段は、塊状組織断面表示手段により、塊状組織を含む２次元領域の２次元断層画像を表示し、塊状組織境界設定手段により、２次元断層画像に表示される塊状組織の辺縁部に直線状の塊状組織境界を手動で設定し、２次元関心領域生成手段により、塊状組織境界を中央近傍に含む２次元関心領域を生成し、３次元関心領域生成手段により、２次元関心領域と同形の関心領域を、２次元領域と直交する方向に拡張した３次元関心領域を生成する。
【００１３】
また、第３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２の観点に記載の超音波撮像装置において、前記超音波撮像装置が、前記３次元領域で互いに直交する直交３断面の断層画像情報を形成する直交３断面形成手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
この第３の観点の発明では、直交３断面の断層画像情報により、３次元断層画像情報の主たる断層画像情報部分を抽出する。
【００１５】
また、第４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第３の観点に記載の超音波撮像装置において、前記表示部が、前記直交３断面の断層画像情報を表示することを特徴とする。
【００１６】
この第４の観点の発明では、表示された直交３断面の断層画像情報により、オペレータは、容易に３次元断層画像情報の主な内容を把握する。
【００１７】
また、第５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし４の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記３次元断層画像情報取得手段が、圧電素子が円弧状または直線状に１次元配列される探触子アレイ、並びに、前記１次元配列の方向と直交する機械走査方向に、前記探触子アレイを繰り返し機械的に走査する超音波プローブを備えることを特徴とする。
【００１８】
この第５の観点の発明では、１次元配列される探触子アレイを機械的に走査することで、リアルタイムに３次元断層画像情報を取得する。
【００１９】
また、第６の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第５の観点に記載の超音波撮像装置において、前記直交３断面形成手段が、前記直交３断面の一つを、前記一次元配列の方向をなす電子走査方向を含む断面とし、前記直交３断面の別の一つを、前記機械走査方向を含む面とすることを特徴とする。
【００２０】
この第６の観点の発明では、直交３断面の断面と、電子走査方向および機械走査方向の断面の向きを一致させる。
【００２１】
また、第７の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第６の観点に記載の超音波撮像装置において、前記塊状組織断面表示手段が、前記２次元領域を、前記直交３断面の電子走査方向を含む断面に一致させることを特徴とする。
【００２２】
この第７の観点の発明では、電子走査方向を向く断面で、２次元関心領域の設定を行う。
【００２３】
また、第８の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし４の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記３次元断層画像情報取得手段が、圧電素子が面状に２次元配列される２次元探触子アレイを有する超音波プローブを備えることを特徴とする。
【００２４】
この第８の観点の発明では、２次元探触子アレイにより、より高速に３次元断層画像情報を取得する。
【００２５】
また、第９の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし８の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記塊状組織境界設定手段が、前記２次元断層画像に２つのマーカを設定し、前記２つのマーカを結ぶ直線を前記塊状組織境界とするマーカ設定手段を備えることを特徴とする。
【００２６】
この第９の観点の発明では、簡易に、２次元断層画像に含まれる塊状組織境界を、指定する。
【００２７】
また、第１０の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし９の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記２次元関心領域生成手段が、前記塊状組織境界を挟んで、面積の等しい２つの領域からなる２次元関心領域を生成することを特徴とする。
【００２８】
この第１０の観点の発明では、塊状組織境界を、２次元関心領域の中央近傍に位置させる。
【００２９】
また、第１１の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし９の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記２次元関心領域生成手段が、前記塊状組織境界を挟んで、前記２次元断層画像内の前記塊状組織境界と直交する方向の長さが概ね等しい２つの領域からなる２次元関心領域を生成することを特徴とする。
【００３０】
この第１１の観点の発明では、塊状組織境界を、２次元関心領域の中央近傍に位置させる。
【００３１】
また、第１２の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし１１の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記３次元関心領域生成手段が、前記２次元関心領域を、前記３次元関心領域の前記２次元関心領域と直交する方向の中心に位置させることを特徴とする。
【００３２】
この第１２の観点の発明では、２次元関心領域を、３次元関心領域の中央に位置させ、より確実に塊状組織境界が、３次元関心領域の全領域に行き渡る様にする。
【００３３】
また、第１３の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし１２の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記３次元関心領域生成手段が、前記２次元関心領域を、前記２次元領域と直交する方向に拡張する大きさを入力する入力部を備えることを特徴とする。
【００３４】
この第１３の観点の発明では、２次元領域と直交する方向の３次元関心領域の大きさを調整する。
【００３５】
また、第１４の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし１３の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記表面画像抽出手段が、前記３次元関心領域の３次元断層画像情報から、画素値を用いて表面画像情報を抽出する際の閾値を入力する入力部を備えることを特徴とする。
【００３６】
この第１４の観点の発明では、表面画像、ひいては表面画像の立体表示を、ノイズの少ない明瞭なものにする。
【００３７】
また、第１５の観点の発明にかかる超音波撮像装置は、第２ないし１４の観点のいずれか一つに記載の超音波撮像装置において、前記立体表示生成手段が、前記表面画像情報を、シェーディング表示することを特徴とする。
【００３８】
この第１５の観点の発明では、陰影により、立体表示を分かりやすいものにする。
【００３９】
また、第１６の観点の発明にかかる画像処理装置装置は、被検体内の３次元断層画像情報を保存する画像メモリと、前記３次元断層画像情報が取得された３次元領域に３次元関心領域を設定する関心領域設定手段と、前記３次元断層画像情報を用いて、前記３次元関心領域に含まれる塊状組織の表面画像情報を抽出する表面画像抽出手段と、前記表面画像情報を立体表示する際の立体表示情報を生成する立体表示生成手段と、前記立体表示情報を表示する表示部とを備える画像処理装置であって、前記関心領域設定手段は、前記塊状組織を含む２次元領域の２次元断層画像を表示する塊状組織断面表示手段、前記２次元断層画像に表示される塊状組織の辺縁部に直線状の塊状組織境界を手動で設定する塊状組織境界設定手段、前記塊状組織境界が中央近傍に位置する前記２次元領域に含まれる２次元関心領域を生成する２次元関心領域生成手段および前記２次元関心領域と同形の関心領域を、前記２次元領域と直交する方向に拡張した３次元関心領域を生成する３次元関心領域生成手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、塊状組織境界が３次元関心領域に最大限含まれるように２次元関心領域を設定するので、立体表示を行う際に、最初から最適な立体画像が取得され、２次元関心領域の設定を繰り返し行う手間を省き、容易にしかも速く最適な表面画像を表示することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる超音波撮像装置を実施するための最良の形態について説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００４２】
まず、本実施の形態にかかる超音波撮像装置１００の全体構成について説明する。図１は、本実施の形態にかかる超音波撮像装置１００の全体構成を示すブロック（ｂｌｏｃｋ）図である。超音波撮像装置１００は、超音波プローブ（ｐｒｏｂｅ）１０、画像取得部１０２、画像メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）１０４、画像表示制御部１０５、表示部１０６、入力部１０７および制御部１０８を含む。ここで、超音波プローブ１０、画像取得部１０２、画像メモリ（ｍｅｍｏｒｙ）１０４および後述する制御部１０８の画像取得制御部は、３次元断層画像情報取得手段をなす。
【００４３】
超音波プローブ１０は、超音波を送受信するための部分、つまり被検体２の撮像断面の特定方向に超音波を照射し、被検体２の内部から都度反射された超音波エコー（ｅｃｈｏ）を時系列的な音線として受信する。一方、超音波プローブ１０は、超音波の照射方向を順次切り替えながら電子走査および機械走査を行う。後に詳述するように、この超音波プローブ１０は、電子走査方向に圧電素子がアレイ（ａｒｒａｙ）状に配列される探触子アレイおよびこの配列と直交する方向に探触子アレイを機械的に走査する機械走査手段を含み、被検体２の内部に位置する３次元領域から３次元断層画像情報を取得する。
【００４４】
画像取得部１０２は、送受信部、Ｂモード（ｍｏｄｅ）処理部、ドップラ（ｄｏｐｐｌｅｒ）処理部等を含む。送受信部は、同軸ケーブル（ｃａｂｌｅ）を介して、超音波プローブ１０と接続されており、超音波プローブ１０の圧電素子を駆動するための電気信号を発生する。また、送受信部は、受信した反射超音波エコーの初段増幅も行う。
【００４５】
Ｂモード処理部は、送受信部で増幅された反射超音波エコー信号からＢモード画像をリアルタイム（ｒｅａｌ ｔｉｍｅ）で生成するための処理を行い、ドップラ処理部は、送受信部で増幅された反射超音波エコー信号から位相変化情報を抽出し、リアルタイムで、周波数偏移の平均周波数値である平均速度、パワー（ｐｏｗｅｒ）値、分散といった、血流情報を算出する。
【００４６】
画像メモリ１０４は、画像取得部１０２で取得されたＢモード画像情報、血流情報を含むドップラ画像情報等を保存する、大容量メモリである。画像メモリ１０４は、例えばハードディスク（ｈａｒｄ  ｄｉｓｋ）等から構成される。
【００４７】
画像表示制御部１０５は、Ｂモード処理部で生成されたＢモード画像情報およびドップラ処理部で生成された血流情報等の表示フレームレート（ｆｒａｍｅ ｒａｔｅ）変換、並びに、画像表示の形状や位置制御を行う。
【００４８】
表示部１０６は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）あるいはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）等からなり、Ｂモード画像あるいはドップラ画像等の表示を行う。
【００４９】
入力部１０７は、キーボード（ｋｅｙｂｏａｒｄ）、マウス（ｍｏｕｓｅ）等からなり、オペレータにより、操作入力信号が入力される。入力部１０７は、例えば、Ｂモードによる表示あるいはドップラ処理の表示を選択するための操作入力、表示された画像情報に画像処理を行うためのカーソル等による指定、ドップラ処理を行うドップラ撮像領域の設定を入力する操作入力等が行われる。また、入力部１０７からは、超音波プローブ１０の探触子アレイを機械的に走査する際の、走査モード、機械走査の速度、最大振れ角度およびスキャン（ｓｃａｎ）開始等の情報が、制御部１０８に入力される。
【００５０】
制御部１０８は、入力部１０７から入力された操作入力信号および予め記憶したプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）やデータ（ｄａｔａ）に基づいて、上述した超音波プローブを含む超音波撮像装置各部の動作を制御する画像取得制御部および画像メモリ１０４に保存された３次元断層画像情報を用いて、画像処理を行う画像処理部を含む。画像取得制御部は、入力部１０７から入力される超音波プローブ１０の走査モード、機械走査の速度、最大振れ角度およびスキャン開始等の情報に基づいて、超音波プローブ１０内部での探触子アレイの位置を制御する。なお、制御部１０８の画像処理部については、後に詳述する。
【００５１】
図２は、超音波プローブ１０の内部構造を示す断面図である。超音波プローブ１０は、カバー（ｃｏｖｅｒ）５１、把持部５２、探触子アレイ１７、結合流体４７、並びに、機械走査手段をなす駆動歯車２１、駆動シャフト（ｓｈａｆｔ）２４、ステッピングモータ（ｓｔｅｐｐｉｎｇ  ｍｏｔｏｒ）２８、ベルト（ｂｅｌｔ）３３および回転制御部２５を含む。ここで、カバー５１および把持部５２は、探触子アレイ１７、結合流体４７、並びに、機械走査手段をなす駆動歯車２１、ステッピングモータ２８、ベルト３３および回転制御部２５を内包する容器を形成する。なお、図中に示されたｘｙｚ座標軸は、この座標軸が存在するすべての図面で共通する座標軸であり、図面相互の位置関係を示す。ここで、ｘ軸は、電子走査方向を向き、ｙ軸は、機械走査方向を向き、ｚ軸は、把持部５２の長手方向を向いている。
【００５２】
カバー５１は、半透明の膜からなり、円弧状に機械走査される探触子アレイ１７の軌道に沿った円弧状の形状を有する。カバー５１は、探触子アレイ１７で発生される超音波および被検体２からの反射超音波エコーを、低損失で通過させる音響インピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）の材質とされる。
【００５３】
把持部５２は、成形可能なプラスチック（ｐｌａｓｔｉｃ）等からなり、オペレータが超音波プローブ１０を、容易にしかも確実に保持できる形状とされる。
【００５４】
探触子アレイ１７は、コンベックス（ｃｏｎｖｅｘ）状のリニア（ｌｉｎｅａｒ）走査型探触子である。このリニア走査型探触子は、機械走査方向と直交する電子走査方向に複数の圧電素子がアレイ状に配列させられ、この配列に沿って電子的な走査を行う。
【００５５】
探触子アレイ１７は、機械走査手段により、機械走査方向への機械的な走査を行う。機械走査手段は、電子走査方向を向く首振り手段である駆動シャフト２４を有する。そして、駆動シャフト２４の回転により、探触子アレイ１７のカバー５１と接する探触子表面は、機械走査方向に円弧状の軌道を描く首振り動作を行う。なお、探触子アレイ１７が存在するカバー５１の内側は、結合流体４７で満たされており、探触子アレイ１７およびカバー５１の間の音響的な結合を、損失の少ない状態とする。
【００５６】
駆動シャフト２４は、駆動歯車２１、ベルト３３を介してステッピングモータ２８と機械的に接続される。ステッピングモータ２８は、回転制御部２５からの制御パルス（ｐｕｌｓｅ）の入力により、高精度で目的とする所定角度の回転を行う。この回転により、機械的に接続された駆動シャフト２４、ひいては探触子アレイ１７も機械走査方向に回転を行う。
【００５７】
回転制御部２５は、ステッピングモータ２８を駆動するパルスを発生するパルス発生部およびこのパルスを制御するパルス制御部を有する。回転制御部２５は、画像取得部１０２からの制御情報に基づいて、ステッピングモータ２８、ひいては探触子アレイ１７の回転角度を制御し、探触子アレイ１７に駆動シャフト２４を回転中心とする首振り運動を行わせる。
【００５８】
回転制御部２５は、例えば、探触子アレイ１７が被検体正面に向くｚ軸方向にある場合をホームポジション（ｈｏｍｅ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）として、スキャンを行わない場合に常時停留される場所とする。回転制御部２５は、オペレータにより入力部１０７から入力される、被検体が存在する正面から測った探触子アレイ１７の最大振れ角度情報および探触子アレイ１７の機械走査方向への走査速度情報に基づいて、ホームポジションから所定の機械走査方向にスキャンを開始する。その後、回転制御部２５は、オペレータによる入力部１０７からのスキャン停止の指示により、ホームポジションに探触子アレイ１７を戻しスキャンを停止する。
【００５９】
図３は、超音波プローブ１０を用いて行われる電子走査方向および電子走査方向と直交する機械走査方向のスキャン、並びに、このスキャンの際に取得される被検体２の内部に位置する３次元領域８を、模式的に示した説明図である。超音波プローブ１０は、圧電素子が配列される探触子アレイ１７の電子走査方向に電子走査を行い、断層画像情報を取得する。その後、超音波プローブ１０は、電子走査方向と直交する機械走査方向に探触子アレイ１７を移動させ、そこで電子走査を再び行い断層画像情報の取得を繰り返し行う。これにより、被検体２内部の３次元領域８における、３次元断層画像情報を取得する。
【００６０】
図４は、制御部１０８の機能的な構成を示すブロック図である。制御部１０８は、画像取得制御部５９および画像処理部６０を含み、画像処理部６０は、さらに直交３断面形成手段７１、関心領域設定手段７２、表面画像抽出手段７３および立体表示生成手段７４を含む。
【００６１】
画像取得制御部５９は、図３に示した様な３次元領域８で、３次元断層画像情報の取得を行い、取得された３次元断層画像情報を、画像メモリ１０４の３次元メモリ領域に保存する。この３次元メモリ領域は、３次元領域８に対応するアドレス（ａｄｄｒｅｓｓ）空間であり、３次元領域８の各位置に対応するアドレスに、取得された断層画像情報が保存される。
【００６２】
直交３断面形成手段７１は、画像メモリ１０４の３次元メモリ領域に保存された３次元断層画像情報に基づいて，３次元領域８で互いに直交する直交３断面の２次元断層画像情報を形成する。
【００６３】
図５は、３次元領域８に設定される直交３断面を模式的に示した説明図である。直交３断面は、Ａ断面８１、Ｂ断面８２およびＣ断面８３からなる。Ａ断面８１は、ｘｚ軸面と平行な断面であり、ホームポジションにおける電子走査方向の断面を示す。Ｂ断面８２は、ｙｚ軸面と平行な断面であり、機械走査方向の断面を示す。Ｃ断面８３は、ｘｙ軸面と平行な断面であり、超音波プローブ１０が被検体２に接触する接触面と対向する対向断面である。なお、Ａ断面８１の機械走査方向位置、Ｂ断面８２の電子走査方向位置およびＣ断面８３の超音波プローブ１０が被検体２と接触する接触面からの深さ位置は、入力部１０７からの指定により変更することができる。
【００６４】
直交３断面形成手段７１は、３次元領域８のＡ断面８１、Ｂ断面８２およびＣ断面８３に対応する画像メモリ１０４の３次元メモリ領域から、断層画像情報を抽出し、表示部１０６に表示する。これらの断層画像は、画像を書き換えるフレームレート（ｆｒａｍｅ  ｒａｔｅ）が単一の２次元Ｂモード画像と比較して低下するものの、概ねリアルタイムに画像情報の更新を行う。
【００６５】
関心領域設定手段７２は、３次元領域８に対応する画像メモリ１０４の３次元メモリ領域に、３次元関心領域を設定する。この３次元関心領域は、例えば子宮内に存在する胎児と言った塊状組織を含む様に設定される。なお、３次元関心領域の設定の仕方については、後に詳述する。
【００６６】
表面画像抽出手段７３は、設定された３次元関心領域の３次元断層画像情報から、塊状組織の表面画像情報を抽出する。この抽出では、例えば、図５に示したＡ断面８１と平行な断面内の２次元関心領域を、ｙ軸方向に拡張した３次元関心領域での３次元断層画像情報を抽出する。そして、この３次元断層画像情報用いて、各２次元関心領域の２次元断層画像情報ごとに表面画像の輪郭線を抽出し、これら輪郭線がｙ軸方向に配列された一枚の表面画像を形成する。例えば、被検体２が妊婦である際に、腹部に超音波プローブ１０を密着させ、子宮全体の３次元断層画像情報を用いて、胎児の表面画像を形成する場合等である。
【００６７】
図６は、各２次元断層画像情報から輪郭線を求め、この輪郭線を重ね合わせて表面画像を形成する過程を、模式的に示した説明図である。なお、図６（Ａ）および（Ｃ）に示した２次元関心領域６１および３次元関心領域６７は、見易くするため矩形および直方体の形状を有しているが、２次元断層画像に実際に設定される２次元関心領域は、扇形の形状を有し、対応する３次元関心領域６７も図５に示した３次元領域の様な形状を有する。
【００６８】
図６（Ａ）は、３次元関心領域に含まれるＡ断面８１と平行な２次元関心領域６１の一例である。２次元関心領域６１の下部には、塊状組織である胎児６２の断層画像が表示されており、上部には羊水６３が描出されている。
【００６９】
図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示した２次元関心領域６１から胎児６２の表面に位置する輪郭線６４を抽出した輪郭線画像６５である。ここで、輪郭線の抽出の際には、輪郭線の位置を、周囲の組織と比較して反射超音波エコーの強度が高い位置と仮定し、実験で決定される初期設定された閾値または入力部１０７から設定された閾値を用いて、閾値を越える画素位置を選別し、輪郭線６４を求める。
【００７０】
図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）で取得されたＡ断面８１の輪郭線画像６５と同様の輪郭線画像を、ｙ軸方向に配列し、３次元関心領域６７に表面画像６６を形成した図である。輪郭線画像６５の配列により、胎児６２の顔面形状が概ね生成される。なお、３次元関心領域６７は、関心領域設定手段７２により３次元領域８の内部に設定される領域で、詳細は後に述べる。また、図６（Ｃ）に示されたｘｙｚ座標軸は、図６（Ｃ）のみの他の図との位置関係を示すものであり、図６（Ａ）および（Ｂ）の位置関係を示すものではない。
【００７１】
立体表示生成手段７４は、表面画像抽出手段７３により抽出された表面画像６６に、影付け（シェーディング；ｓｈａｄｉｎｇ）等のレンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）を行った、立体表示情報を生成し、表示部１０６の表示画面に表示する。表面画像６６を立体表示する際には、入力部１０７から、オペレータの視線方向等の入力が行われ、乱反射面モデル等を用いて陰影付けが行われた立体表示情報が作成される。
【００７２】
図７は、図６に示した様な３次元関心領域６７を設定する関心領域設定手段７２の詳細な機能構成を示すブロック図である。関心領域設定手段７２は、塊状組織断面表示手段４１、塊状組織境界設定手段４２、２次元関心領域生成手段４３および３次元関心領域生成手段４４を含む。なお、塊状組織断面表示手段４１、塊状組織境界設定手段４２、２次元関心領域生成手段４３および３次元関心領域生成手段４４の機能については、以下に示す関心領域設定手段７２の動作で詳細に説明する。
【００７３】
つぎに、関心領域設定手段７２の動作について、図８を用いて説明する。図８は、関心領域設定手段７２の動作を示すフローチャートである。まず、オペレータは、塊状組織断面表示手段４１により、表示部１０６に被検体２内部の塊状組織、例えば胎児の２次元断層画像情報を表示する（ステップＳ８０１）。塊状組織断面表示手段４１は、直交３断面形成手段７１により、超音波プローブ１０で取得される３次元断層画像情報の中から抽出されたＡ断面８１の２次元断層画像情報を表示する。ここで、Ａ断面８１は、機械走査方向の中央に位置するホームポジションにおける電子走査方向の断層画像情報である。
【００７４】
図９（Ａ）は、図５に示す様なホームポジションにあるＡ断面８１の、胎児６２の断層画像を含む２次元断層画像９１の一例である。オペレータは、３次元領域８のＡ断面８１に、羊水６３および胎児６２を含む被検体２の２次元断層画像９１が位置するように、超音波プローブ１０を被検体２に密着させる。
【００７５】
その後、オペレータは、塊状組織境界設定手段４２により、２次元断層画像９１に示される塊状組織をなす胎児６２の表面に沿って、２つのマーカ（ｍａｒｋｅｒ）９３および９４を設定する（ステップＳ８０２）。塊状組織境界設定手段４２は、入力部１０７からカーソルの位置指定を行うマウスあるいはトラックボール（ｔｒａｃｋｂａｌｌ）等のマーカ設定手段により、２つのマーカ９３および９４を、２次元断層画像９１において、概ね直線をなす胎児６２の表面に沿って配置する。図９（Ｂ）は、胎児６２の画像上に設定された２つのマーカ９３および９４を図示したものである。図９（Ｂ）では、マウスあるいはトラックボール等により、概ね直線をなす胎児６２の顔面に沿って、２つのマーカ９３および９４が設定されている。
【００７６】
図９（C）は、２次元断層画像９１で設定されたマーカ９３および９４を結ぶ直線９５を示す説明図である。ここで、マーカ９３および９４を結ぶ直線９５は、概ね胎児６２の顔面に沿ったものとなり、塊状組織境界を示している。
【００７７】
その後、２次元関心領域生成手段４３は、マーカ９３、９４および直線９５に基づいて、２次元断層画像９１内に２次元関心領域６１を生成する（ステップＳ８０３）。図１０は、２次元関心領域生成手段４３により生成された、２次元関心領域６１の一例を示す説明図である。２次元関心領域生成手段４３は、２次元関心領域６１を、直線９５が中央近傍に位置する様な領域として生成する。
【００７８】
ここで、２次元関心領域生成手段４３は、例えば、マーカ９３および９４を通過する、超音波エコーの送受信が行われる音線方向の線分９６および９７を、直線９５を挟んで存在する羊水６３および胎児６２部分の面積が概ね等しくなるような走査方向の線分９８および９９とに囲まれた２次元関心領域６１を形成する。なお、この面積は、入力部１０７から、オペレータにより入力された値を用いる。
【００７９】
なお、走査方向の線分９８および９９の位置は、マーカ９３および９４を挟んだ線分９６および９７の長さが等しくなるような位置とすることもできる。また、上述した面積または線分の長さは、オペレータが入力部１０７から設定するようにすることもできる。
【００８０】
図１１は、２次元関心領域生成手段４３により生成される２次元関心領域６１の変形例を示す説明図である。図１０の２次元断層画像９１に示されている直線９５は、概ね電子走査方向を向く様に設定されたものであるが、立体表示を行う体表面の方向に応じて、２次元断層画像９１の面内で様々な方向に向きうる。直線９５が２次元断層画像９１内で有する向きに応じて、生成される２次元関心領域６１も異なるものとなる。
【００８１】
図１１（Ａ）は、塊状組織境界の位置を示すマーカ３１および３２が音線方向に配列され、マーカ３１および３２を結ぶ直線３３が音線方向を向く場合の２次元関心領域３４を示す説明図である。２次元関心領域３４は、直線３３により、電子走査方向の面積が２等分される走査方向の線分およびこれら線分の端部を接続する音線方向の線分からなる。
【００８２】
図１１（Ｂ）は、塊状組織境界の位置を示すマーカ３５および３６が音線方向に対して傾いた配列とされ、マーカ３５および３６を結ぶ直線３７が音線方向となす角度の９０度を越えない鋭角部分が音線方向を向く場合の２次元関心領域３８を示す説明図である。２次元関心領域３８は、直線３７により、電子走査方向の面積が２等分されるマーカ３５および３６を通過する走査方向の線分およびこれら線分の端部を接続する音線方向の線分からなる。
【００８３】
図１１（C）は、塊状組織境界の位置を示すマーカ４１および４２が音線方向と傾いた配列とされ、マーカ３５および３６を結ぶ直線４３が音線方向となす角度の９０度を越えない鋭角部分が音線方向と反対の方向を向く場合の２次元関心領域３９を示す説明図である。２次元関心領域３９は、直線４３により、音線方向の面積が２等分されるマーカ４１および４２を通過する音線方向の線分およびこれら線分の端部を接続する走査方向の線分からなる。
【００８４】
図８に戻り、３次元関心領域生成手段４４は、生成された２次元関心領域６１を用いて、３次元関心領域６７を生成する（ステップＳ８０４）。３次元関心領域生成手段４４は、入力部１０７から指定される、探触子アレイ１７の機械走査方向の中心部からの振れ角度情報を用いて、２次元関心領域６１を機械走査方向に拡張する。これにより、図５に示した３次元領域を縮小した形状の３次元関心領域６７が、画像メモリ１０４に形成され、本処理を終了する。
【００８５】
ここで、ホームポジションに位置するＡ断面８１に、塊状組織境界をなす直線９５、３３、３７、４３が中央近傍に位置する２次元関心領域６１、３４、３８、３９、を設定するので、２次元関心領域を機械走査方向に拡張した３次元関心領域は、塊状組織境界を最大限含むものとなる。なお、塊状組織境界は、ホームポジションを中心として、機械走査方向にどのように拡がっているかは未定であるので、必ずしも３次元関心領域のＣ断面８３に該当する断面全域に塊状組織境界が存在するとは限らない。
【００８６】
なお、この処理の終了後、画像処理部６０は、表面画像抽出手段７３および立体表示生成手段７４を用いて、表面画像６６を表示部１０６に立体表示する。
【００８７】
上述してきたように、本実施の形態では、２次元関心領域６１を設定する際に、塊状組織の直線状の表面にマーカ９３および９４を設定し、マーカ９３および９４を結ぶ直線９５により概ね面積または長さが均等に分割される２次元関心領域６１を生成することとしているので、ホームポジションにある２次元関心領域６１を、機械走査方向に拡張して生成される３次元関心領域６７に、表面画像６６が最大限含まれるようにし、ひいてはオペレータによる最適な立体画像を描出するための繰り返し操作をなくし、短時間で立体表示を行うことができる。
【００８８】
また、本実施の形態では、１次元配列された圧電素子アレイを、機械的に走査する超音波プローブ１０を用いたが、代わりに圧電素子が平面上に２次元配列された２次元探触子アレイを有する超音波プローブを用いることもできる。この場合には、電子走査のみで３次元領域８の３次元断層画像情報を取得することができる。
【００８９】
また、本実施の形態では、画像処理部６０は、制御部１０８に含まれることとしたが、演算部および画像メモリを有する画像処理装置を、超音波撮像装置とは別に設け、この画像処理装置を用いて画像処理部６０と全く同様の動作を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】超音波撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態にかかる超音波プローブの構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態にかかる超音波プローブの３次元操作を示す説明図である。
【図４】実施の形態にかかる制御部の機能的な構成を示すブロック図である。
【図５】超音波プローブで取得される３次元領域および３次元領域の直交３断面を示す説明図である。
【図６】Ａ断面に設定された２次元関心領域から表面画像を生成する過程を示す説明図である。
【図７】実施の形態にかかる関心領域設定手段の機能的な構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態にかかる関心領域設定手段の動作を示すフローチャートである。
【図９】Ａ断面の２次元断層画像に設定されるマーカを示す説明図である。
【図１０】２次元断層画像のマーカから生成される２次元関心領域の代表例を示す説明図である。
【図１１】マーカから生成される２次元関心領域の別の例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９１】
２  被検体
８  ３次元領域
１０  超音波プローブ
１７  探触子アレイ
２１  駆動歯車
２４  駆動シャフト
２５  回転制御部
２８  ステッピングモータ
３１、３５、４１、９３、９４  マーカ
３３  ベルト
３３、３７、４３、９５  直線
３４、３８、３９、６１  ２次元関心領域
４１  塊状組織断面表示手段
４２  塊状組織境界設定手段
４３  ２次元関心領域生成手段
４４  ３次元関心領域生成手段
４７  結合流体
５１  カバー
５２  把持部
５９  画像取得制御部
６０  画像処理部
６２  胎児
６３  羊水
６４  輪郭線
６５  輪郭線画像
６６  表面画像
６７  ３次元関心領域
７１  直交３断面形成手段
７２  関心領域設定手段
７３  表面画像抽出手段
７４  立体表示生成手段
８１  Ａ断面
８２  Ｂ断面
８３  Ｃ断面
９１  ２次元断層画像
９６、９７，９８，９９  線分
１００  超音波撮像装置
１０２  画像取得部
１０４  画像メモリ
１０５  画像表示制御部
１０６  表示部
１０７  入力部
１０８  制御部
【図１】
0005394620.tif 000002
【図２】
0005394620.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005394620.tif 000008
【図８】
0005394620.tif 000009
【図９】
0005394620.tif 000010
【図１０】
0005394620.tif 000011
【図１１】
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