(57)【要約】  【課題】  被検体の特徴を検出し、被検体座標系を算出することで設定された表示座標系において三次元画像を表示することができる超音波診断装置を提供する。  【解決手段】  画像信号から三次元画像データを生成する三次元画像処理手段３と、三次元画像データが有する座標系を決定する基準座標系設定手段５と、三次元画像データから被検体の特徴を検出する特徴検出手段４と、特徴検出手段から検出された特徴に基づいて被検体座標系を形成する被検体座標系決定手段６と、所望の三次元画像を被検体座標系から表示座標系へ変換するための変換情報を生成する座標変換手段７と、三次元画像処理手段が生成した三次元画像データを三次元画像として表示する表示手段を備え、三次元画像処理手段が三次元画像データを基準座標系から表示座標系に変換する。【選択図】  図１
2006288964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に超音波を送信するとともに反射された超音波を受信する送受信手段と、
前記送受信手段が受信した信号を、音響線データに変換する信号処理手段と、
前記信号処理手段の出力である音響線データから三次元画像データを生成する三次元画像処理手段と、
前記三次元画像データが形成する三次元画像の基準となる座標系を設定する基準座標系設定手段と、
前記三次元画像データが形成する三次元画像における前記被検体の所定部位に対して設定された特徴を検出する特徴検出手段と、
前記基準となる座標系に対して、前記特徴が検出された部位の位置に基づいて被検体座標系を形成する被検体座標系決定手段と、
前記被検体座標系の三次元画像データを所望の三次元画像を表示するための表示座標系の三次元画像データに変換するための変換情報を生成する座標変換手段と、
三次元画像データを三次元画像として表示する表示手段とを備え、
前記三次元画像処理手段は、前記変換情報に基づき前記基準となる座標系の三次元画像データを前記表示座標系の三次元画像データに変換し、
前記表示手段は、変換された三次元画像データを三次元画像として表示することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
前記特徴検出手段は、前記三次元画像データが形成する三次元画像と前記被検体の所定部位に対して設定されたパターン図形とのマッチングを行うことにより被検体の特徴を検出する請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】
前記パターン図形を設定し、前記被検体の所定部位と前記パターン図形をマッチングさせる方法を設定する検出特徴設定手段と、
前記特徴検出手段により求められる特徴を、前記被検体座標系を形成する決定要素として登録する被検体座標系決定要素登録手段とを備えた請求項１または２記載の超音波診断装置。
【請求項４】
前記表示座標系を設定する表示座標系設定手段を備えた請求項１〜３のいずれか一項に記載の超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波診断装置、特に三次元画像を構築することができる超音波診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、三次元画像を表示する超音波診断装置としては、例えばボリュームレンダリング法に基づく三次元画像処理方法を備えた超音波診断装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、各超音波ビーム上に存在する個々のエコーデータをその時系列順に参照し、所定のボクセル演算を逐次実行して、超音波ビームごとに画素値が演算される。そして、そのような画素の集合として三次元画像が構築される。
【０００３】
上記のような超音波診断装置は、上記画像処理を施すことにより、被検体の三次元画像を患者に提供する。
【特許文献１】特開平１０−３３５３８号公報
【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、上記従来の超音波診断装置では、構築される三次元画像が該超音波診断装置の座標系により決定されるため、患者や妊婦に被検体の画像を分かりやすく見せる際、もしくは、医師が特定部位の計測などを正確に行う際にユーザがトラックボールなどを用いて、操作し、被検体の座標系を適切に設定する必要があり、煩雑である上、時間を要するという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題を解決し、被検体の特徴を検出し、被検体座標系を算出することで設定された表示座標系において三次元画像を表示す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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の超音波診断装置は、被検体に超音波を送信するとともに反射された超音波を受信する送受信手段と、前記送受信手段が受信した信号を、音響線データに変換する信号処理手段と、前記信号処理手段の出力である音響線データから三次元画像データを生成する三次元画像処理手段と、前記三次元画像データが形成する三次元画像の基準となる座標系を設定する基準座標系設定手段と、前記三次元画像データが形成する三次元画像における前記被検体の所定部位に対して設定された特徴を検出する特徴検出手段と、前記基準となる座標系に対して、前記特徴が検出された部位の位置に基づいて被検体座標系を形成する被検体座標系決定手段と、前記被検体座標系の三次元画像データを所望の三次元画像を表示するための表示座標系の三次元画像データに変換するための変換情報を生成する座標変換手段と、三次元画像データを三次元画像として表示する表示手段とを備え、前記三次元画像処理手段は、前記変換情報に基づき前記基準となる座標系の三次元画像データを前記表示座標系の三次元画像データに変換し、前記表示手段は、変換された三次元画像データを三次元画像として表示することを特徴とする。この構成により、被検体の特徴を検出し、被検体座標系を算出することであらかじめ設定された表示座標系で三次元画像を形成することができる。
【０００７】
また、前記特徴検出手段は、前記三次元画像データが形成する三次元画像と前記被検体の所定部位に対して設定されたパターン図形とのマッチングを行うことにより被検体の特徴を検出する構成にすることもできる。
【０００８】
また、前記パターン図形を設定し、前記被検体の所定部位と前記パターン図形をマッチングさせる方法を設定する検出特徴設定手段と、前記特徴検出手段により求められる特徴を、前記被検体座標系を形成する決定要素として登録する被検体座標系決定要素登録手段とを備えた構成にすることもできる。この構成により検出すべき特徴を設定し、被検体座標系の決定要素を登録することができ、多様な被検体と診断手法に対応した柔軟な座標系を設定することができる。
【０００９】
また、前記表示座標系を設定する表示座標系設定手段を備えた構成にすることもできる。この構成により、あらかじめ所望の表示座標系を設定することができ、診断状況に応じて即座に表示座標系を変更することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被検体の特徴を検出し、被検体座標系を算出することで設定された表示座標系において三次元画像を表示す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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態ついて、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。
【００１３】
送受信部１（送受信手段）は、電気信号と超音波を相互に変換し、超音波の送受信を行う超音波探触子を有し、被検体を走査して受信信号を得、信号処理部２へ受信信号を送る。信号処理部２（信号処理手段）は、受信信号に増幅、検波などの処理を施し、音響線データを形成し、三次元画像処理部３へ画像データを送る。三次元画像処理部３（三次元画像処理手段）は、形成された複数の音響線データから三次元画像データを構築する。
【００１４】
特徴検出部４（特徴検出手段）は、構築された三次元画像データにおける被検体の特徴を検出する。特徴の検出方法は被検体の所定部位の三次元画像に対して、設定されたパターン形状をマッチングさせる。マッチングしたパターン形状が特徴として検出される。
【００１５】
基準座標系設定部５（基準座標系設定手段）は、本超音波診断装置により決まる基準座標系を設定する。特徴検出部４は、基準座標系設定部５により設定された基準座標系と三次元画像処理部３からの三次元画像データに基づいて、検出した特徴から各検出座標を検出する。
【００１６】
被検体座標系決定部６（被検体座標系決定手段）は、特徴検出部４により検出された検出座標から被検体座標系を決定し、座標系変換部７（座標変換手段）へ被検体座標系の情報を供給する。
【００１７】
座標系変換部７は、被検体座標系決定部６から被検体座標系の情報と、あらかじめ設定された表示座標系の情報に基づき、被検体座標系から表示座標系への変換情報を生成し、その変換情報を三次元画像処理部３へ送る。表示部８（表示手段）は、三次元画像処理部３において、基準座標系から表示座標系に変換された三次元画像データを画像として表示する。
【００１８】
次に、以上のような構成の本実施の形態に係る超音波診断装置の動作について図２を参照しながら説明する。図２は、本実施の形態に係る超音波診断装置の動作を示す流れ図である。
【００１９】
送受信部１は、被検体により反射された超音波を受信信号へ変換する。信号処理部２は、変換された受信信号を信号処理する。三次元画像処理部３は、信号処理が施された受信信号に対してボリュームレンダリング処理等を行い、三次元画像を構築する（ステップＳ１０１）。次に、被検体座標系が決定されているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。被検体座標系が決定されている場合には、座標系変換部７は被検体座標系から表示座標系への変換情報を生成する（ステップＳ１０５）。
【００２０】
ステップＳ１０２において、被検体座標系が決定されていない場合には、特徴検出部４は構築された三次元画像から被検体の特徴を検出する（ステップＳ１０３）。特徴の検出方法は、三次元画像に対して設定されたパターン形状をマッチングさせることにより行われ、マッチングした形状が特徴となる。検出された特徴に基づいて、被検体座標系決定部６は、被検体座標系を決定する（ステップＳ１０４）。次に、座標系変換部７は、被検体座標系から表示座標系への変換情報を作成する（ステップＳ１０５）。三次元画像処理部３は、作成された変換情報に基づいて基準座標系における三次元画像データを表示座標系における三次元画像データに変換する（ステップＳ１０６）。表示部８は変換された三次元画像データを三次元画像として表示する（ステップＳ１０７）。
【００２１】
以上のように、被検体の特徴を検出し、被検体座標系を算出することであらかじめ設定された表示座標系において三次元画像を表示することができる。
【００２２】
（第２の実施の形態）
まず、本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。
【００２３】
図３は、本実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。本実施の形態の超音波診断装置は、第１の実施の形態に係る超音波診断装置に対して、入力部９、検出特徴設定部１０および被検体座標系決定要素登録部１１が追加され、特徴検出部４ｂには第１の特徴検出器１２ａ、第２の特徴検出器１２ｂ、第３の特徴検出器１２ｃが配置されている点が異なる。第１の実施の形態に係る超音波診断装置と同様の構成要素は同一の符号を用いて説明を省略する。
【００２４】
第１〜第３の特徴検出器１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、被検体の三次元画像から設定されたパターン形状を用いて被検体の特徴を検出する。入力部９は、例えばマウス、キーボードを有し、後述する各種設定を行うために用いられる。検出特徴設定部１０（検出特徴設定手段）は、検出対象を設定する機能と、検出対象とパターン形状をマッチングさせるマッチング評価方法を設定する機能を有する。なお、検出対象とパターン形状とマッチング評価方法が未登録の場合は、それぞれデフォルト値とする。
【００２５】
また、検出特徴設定部１０は、検出対象、パターン形状、マッチング評価方法などの検出特徴設定部１０で設定された検出特徴設定情報を被検体座標系決定要素登録部１１（被検体座標系決定要素登録手段）へ送る。被検体座標系決定要素登録部１１は、特徴検出部４ｂが検出特徴設定情報に基づいて検出する特徴を被検体座標系の決定要素として登録し、検出特徴設定情報および登録情報を第１〜第３の特徴検出器１２ａ、１２ｂ、１２ｃに設定する機能を有する。
【００２６】
図４は、検出特徴設定部１０および被検体座標系決定要素登録部１１の入力インターフェースの一例を示す図である。画像表示部３１は、被検体の三次元画像を表示する。検出対象選択部３２は、検出特徴設定部１０に被検体の特徴を検出する部位を設定するインターフェースである。パターン形状選択部３３は、被検体の部位にマッチングさせるパターン形状を検出特徴設定部１０に設定するインターフェースである。マッチング評価方法選択部３４は、被検体の部位とパターン形状をマッチングさせる方法を検出特徴設定部１０に設定するインターフェースである。検出座標選択部３５は、マッチング形状から被検体座標を求めるために、被検体座標系決定要素登録部１１に決定要素を登録するインターフェースである。
【００２７】
ユーザは、検出対象、パターン形状、マッチング評価方法および検出座標の設定をそれぞれ検出対象選択部３２、パターン形状選択部３３、マッチング評価方法選択部３４および検出座標選択部３５のプルダウンメニューなどにより例えば、トラックボール等を用いて選択する。
【００２８】
特徴検出部４は、三次元画像処理部３より三次元画像構築時の倍率を得て、倍率と妊娠週数よりパターン形状の初期値を決定する。各特徴検出器１２ａ〜１２ｃは、該初期値を用いて被検体の三次元画像のボクセルとパターン形状のマッチング評価（図４では、各表面ボクセルとの距離の二乗の総和についての評価）し、評価値が最小となる基準座標系における各検出座標を決定する。
【００２９】
このように３つの検出座標が得られる。なお、本超音波診断装置は、パターン形状として球、楕円体、三角錐のみに限らず、立方体、円柱などの基本図形を保持し、ユーザはこれらより検出特徴設定部１０を用いて選択可能である。また、マッチング評価方法はここに記載した距離二乗和のみに限らず、各種の評価方法を適用することができる。
【００３０】
次に、以上のような構成の本実施の形態に係る超音波診断装置の動作について、被検体が胎児である場合の例を、図３〜６を参照しながら説明する。図５は本実施の形態に係る超音波診断装置の動作を示す流れ図である。
【００３１】
送受信部１は、被検体により反射された超音波を受信信号へ変換する。信号処理部２は、変換された受信信号を信号処理する。三次元画像処理部３は、信号処理が施された受信信号に対してボリュームレンダリング処理等を行い、三次元画像を構築する（ステップＳ２０１）。次に、被検体座標系が決定されているか否かを判定する（ステップＳ２０２）。被検体座標系が決定されている場合には、座標系変換部７は被検体座標系から表示座標系への変換情報を作成する（ステップＳ２０８）。ステップＳ２０２において、被検体座標系が決定されていない場合、ユーザに対し、被検体座標を構成する被検体の検出すべき特徴を設定するか否かを判定させる（ステップＳ２０３）。検出特徴を設定しない場合には、特徴検出部４ｂはデフォルトの特徴を検出する（ステップＳ２０６）。
【００３２】
ステップＳ２０３において、特徴を設定する場合には、図４に示すインターフェースを用いて、検出特徴設定部１０は、ユーザにより入力された検出対象、パターン形状、マッチング評価方法を被検体座標系決定要素登録部１１へ送る（ステップＳ２０４）。
【００３３】
次に、図４に示すインターフェースを用いて、被検体座標系決定要素登録部１１は、ユーザにより入力された被検体座標系を形成するための決定要素を受け取る。そして、被検体座標系決定要素登録部１１は、検出対象、パターン形状、マッチング評価方法および決定要素を第１〜第３の特徴検出器１２ａ〜１２ｃに登録する（ステップＳ２０５）。ここでは、第１の特徴検出器１２ａに、検出対象を頭部４１、パターン形状を球４２、マッチング評価方法を距離の２乗の和が設定され、検出座標として中心座標が登録される。同様に、第２の特徴検出器１２ｂには、検出対象を胴部４３、パターン形状を楕円体４４、マッチング評価方法を距離の２乗の和が設定され、検出座標として第１軸が登録される。第３の特徴検出器１２ｃに、検出特徴設定部１０により、検出対象を鼻部４５、パターン形状を三角錐４６、マッチング評価方法を距離の２乗の和が設定され、検出座標として第２軸が登録される。
【００３４】
次に、第１〜第３の特徴検出器１２ａ〜１２ｃは、被検体の三次元画像と設定したパターン形状をマッチングさせることにより被検体の特徴を検出する（ステップＳ２０６）。図６は、被検体の三次元画像から被検体座標を検出するための模式図である。Ｓ２０４において設定したように、被検体の頭部４１に対してパターン形状の球４２がマッチングされ、胴部４４に対してパターン形状の楕円体４３がマッチングされ、鼻部４５に対してパターン形状の三角錐がマッチングされる。マッチングにより被検体の特徴を検出し、基準座標系設定部５により検出される基準座標系における各検出座標とし、被検体座標系決定部６へ出力する。また、各被検出座標の中心座標と第１軸決定座標と第２軸決定座標と第３軸決定座標のいずれかに未登録のものがあれば、その未登録の座標系決定要素についてはデフォルト値を用いる。
【００３５】
次に、被検体座標系決定部６は、中心座標から第１軸決定座標へのベクトルを第１軸、中心座標から第２軸決定座標へのベクトルを第２軸、中心座標から第３軸決定座標へのベクトルを第３軸として、被検体座標系を決定する（ステップＳ２０７）。被検体座標系決定部６は、決定された被検体座標系を座標系変換部７へ供給する。座標系変換部７は、受信した被検体座標系および表示座標系に基づいて、被検体座標系から表示座標系への変換情報を生成し、三次元画像処理部３へ送る（ステップＳ２０８）。三次元画像処理部３は、作成された変換情報により基準座標系における三次元画像データを、表示座標系における三次元画像データに変換する（ステップＳ２０９）。表示部８は、変換された三次元画像データを三次元画像として表示する（ステップＳ２１０）。
【００３６】
以上のように、本実施の形態の超音波診断装置は、被検体の特徴を検出し、被検体座標系を算出することで設定された表示座標系において三次元画像を表示することができる。さらに、被検体座標系をユーザが設定することができる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
まず、本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。
【００３８】
図７は、本実施の形態に係る超音波診断装置の一構成例を示すブロック図である。本実施の形態に係る超音波診断装置は、第２の実施の形態に係る超音波診断装置に表示座標系設定部１３を設けた構成である。表示座標系設定部１３（表示座標系設定手段）は、入力部９を介して、ユーザが表示部８に表示させることを所望する三次元画像の表示に対応する表示座標系を設定する機能を有する。座標系変換部１４は、設定された被検体座標系、表示座標系の設定および座標変換情報を記録し、被検体座標系が記録されている場合は、再度特徴の検出を行うことなく座標系変換のみを行うことで、別の表示座標系に変換し、表示することが可能となる。
【００３９】
図８は、ユーザが表示座標系を簡便な操作で切り替えることを可能にする切り替インタフェースの一例を示す模式図である。図８は、被検体の三次元画像５１と、表示座標系選択部５２とを有している。表示座標系選択部５２は、例えばあらかじめユーザによって４つの表示座標系を有し、トラックボール等により選択し、決定することで、被検体の表示座標系を切り替えることが可能である。図８の場合、第１の表示座標系５３が有効となっている。
【００４０】
以上のような構成の超音波診断装置の動作について図９を用いて説明する。図９は、本実施の形態に係る超音波診断装置の流れ図である。第２の実施の形態に係る超音波診断装置のステップＳ２０８が異なり、同一のステップに関して同一の符号を付して説明を省略する。ステップＳ２０２において、被検体座標系が決定済みである、またはステップＳ２０７において、被検体座標系を決定すると、次に表示座標系を設定するか否かをユーザに判断させる（ステップＳ３０１）。表示座標系を設定しない場合は、座標系変換部１４はデフォルトの表示座標系を用いて座標系変換情報を生成し、三次元画像処理部３へ送る（ステップＳ３０３）。表示座標系を設定する場合は、表示座標系設定部１３は、入力部９からユーザにより入力された表示座標系の設定情報に基づいて表示座標系を構築し、座標系変換部１４へ送る（ステップＳ３０２）。次に、座標系変換部１４は構築された表示座標系を用いて座標系変換情報を生成し、三次元画像処理部３へ送る（ステップＳ３０３）。三次元画像処理部３は、送られた情報を基に三次元画像を基準座標系から表示座標系に変換し（ステップＳ２０９）、表示部８に表示する（ステップＳ２１０）。
【００４１】
以上のように、本実施の形態の超音波診断装置は、被検体の特徴を検出し、被検体座標系を算出することで設定された表示座標系において三次元画像を表示することができる。さらに、表示座標系を複数設定することができ、ユーザが所望する向きからの三次元画像に切り替え表示することができる。
【００４２】
また、第２、第３の実施の形態においては、特徴検出器が３つの場合を示したが、必ずしも３つ必要であるわけではなく、１つ以上あれば良い。
【００４３】
なお、本発明の実施の形態に係る超音波診断装置は、あくまでも一例であり、本発明はこれらの例にのみ限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、設定された座標軸に三次元画像を表示させることができ、患者や妊婦に被検体の画像を分かりやすく見せること、もしくは、医師が特定部位の計測などを正確に行うことができる超音波診断装置として、医療分野の特に超音波診断の分野で利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図
【図２】同上超音波診断装置の動作を示す流れ図
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図
【図４】同上超音波診断装置の被検体座標設定インターフェースを示す図
【図５】同上超音波診断装置の動作を示す流れ図
【図６】同上超音波診断装置の三次元画像と特徴の検出を示す図
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る超音波診断装置の構成を示すブロック図
【図８】同上超音波診断装置の表示座標を選択する画面を示す図
【図９】同上超音波診断装置の動作を示す流れ図
【符号の説明】
【００４６】
１  送受信部
２  信号処理部
３  三次元画像処理部
４、４ｂ  特徴検出部
５  基準座標系設定部
６  被検体座標系決定部
７、１４  座標系変換部
８  表示部
９  入力部
１０  検出特徴設定部
１１  被検体座標系決定要素登録部
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ  特徴検出器
１３  表示座標系設定部
３１  画像表示部
３２  検出対象選択部
３３  パターン形状選択部
３４  マッチング評価方法選択部
３５  検出座標選択部
４１  頭部
４２  パターン形状の球
４３  胴部
４４  パターン形状の楕円体
４５  鼻部
４６  パターン形状の三角錐
４７  被検体座標系の原点
５１  三次元画像
５２  表示座標系選択部
５３  第１の表示座標系
【図１】
2006288964.tif 000003
【図２】
2006288964.tif 000004
【図３】
2006288964.tif 000005
【図４】
2006288964.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006288964.tif 000008
【図７】
2006288964.tif 000009
【図８】
2006288964.tif 000010
【図９】
2006288964.tif 000011