(57)【要約】  ３次元イメージング方法及びシステムであって、当該方法は、直交する走査プローブによって現在位置における走査対象に関する少なくとも２枚の直交する２次元画像を取得するステップ（Ｓ１）と、前記直交する走査プローブを空間の任意の一方向に沿って運動させて、走査対象に関する少なくとも２枚の直交する２次元画像を取得するステップ（Ｓ２）と、ステップＳ１及びＳ２で取得した対応方向の２次元画像を比較することで、当該方向における直交する走査プローブの運動情報を取得するステップ（Ｓ３）と、走査対象が完全に走査されるまでステップＳ１〜Ｓ３の手順を繰り返すステップ（Ｓ４）と、取得した２次元画像及びプローブの３次元運動情報を用いて走査対象に関する３次元画像を再現する（Ｓ５）と、を含む。また、システムは、直交画像を取得する少なくとも２つの走査プローブ（２０１）と、連続した２次元画像プローブの３次元運動情報を分析する演算ユニット（２０２）と、３次元画像を取得するイメージング装置（２０３）を含む。当該方法及びシステムによれば、イメージングシステムの構造が簡略化されるとともに、経済性及び実用性が向上する。【選択図】図８
2019517362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成された２次元走査プローブで走査した３次元空間情報を用いて実現される３次元イメージング方法であって、
Ｓ１）走査プローブ（１０７）によって現在位置における走査対象に関する少なくとも２枚の直交する２次元画像（１０２）を取得するステップと、
Ｓ２）前記走査プローブ（１０７）を空間の任意の一方向に沿って若干の距離だけ移動させるか、若干の角度だけ回転させて、走査対象に関する少なくとも２枚の直交する２次元画像（１０３ｂ，１０３ｄ）又は（１０４ｂ，１０４ｄ）を取得するステップと、
Ｓ３）ステップＳ１及びＳ２で取得した対応方向において隣接する２組の直交する２次元画像（１０３ｂ，１０３ｄ）と（１０３ａ，１０３ｃ）又は（１０４ｂ，１０４ｄ）と（１０４ａ，１０４ｃ）を比較することで、当該方向における走査プローブ（１０７）の移動距離情報と回転角度情報を取得するステップと、
Ｓ４）走査対象が完全に走査されるまでステップＳ１〜Ｓ３の手順を繰り返すステップと、
Ｓ５）取得した全ての走査対象に関する２次元画像と、一つ前の組の画像に対する各組の画像の移動距離及び回転角度を用いることで、走査対象に関する３次元画像を再現するステップと、を含むことを特徴とする３次元イメージング方法。
【請求項２】
前記２次元画像（１０３，１０４）は、超音波画像、光干渉断層画像（ＯＣＴ）、光音響画像、テラヘルツ画像のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項３】
最終的な３次元イメージングのためではなく、鮮明画像に対応する平面内における走査プローブの移動距離と回転角度を取得することを主な目的として、前記走査対象に関する直交する２枚の２次元画像（１０３，１０４）のうち１枚は相対的に低い解像度を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項４】
走査対象に関する直交する２枚の２次元画像は異なるサイズを有することを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項５】
走査対象に関する直交する２枚の２次元画像（１０２）又は（１０３，１０４）はリアルタイムで取得され、少なくとも２５枚／秒とし、前記走査プローブ（１０７）がインターバル中に２枚の隣接する画像間で行う移動及び回転が主に一平面上で発生するよう保証されることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項６】
２次元画像の回転角度は、走査プローブ（２０１）に設けられた加速度計（２０１ａ）により取得されることを特徴とする請求項１に記載の３次元イメージング方法。
【請求項７】
直交するプローブにより取得される連続した２次元画像、位置情報及び角度情報で実現される３次元イメージングシステムであって、直交画像を取得する少なくとも２つの走査プローブ（２０１）と、連続した２次元画像プローブの移動距離と回転角度を分析する演算ユニット（２０２）と、３次元画像を取得するイメージング装置（２０３）を含むことを特徴とする３次元イメージングシステム。
【請求項８】
前記走査プローブ（２０１）は少なくとも２つのプローブが直交して構成され、前記走査プローブ（２０１）はリアルタイムで走査した直交画像を連続的に前記３次元イメージング装置（２０３）に送信するとともに、角度情報と距離位置情報を前記演算ユニット（２０２）に送信し、前記演算ユニット（２０２）は比較演算した角度情報と距離位置情報を３次元イメージング用に３次元イメージング装置（２０３）に送信することを特徴とする請求項７に記載の３次元イメージングシステム。
【請求項９】
前記走査プローブ（２０１）は、２次元イメージング装置（２０１ｂ）と、走査プローブ（２０１）の角度情報を取得する加速度計（２０１ａ）を含み、前記２次元イメージング装置（２０１ｂ）は２次元直交画像を取得するために用いられ、前記加速度計（２０１ａ）は前記走査プローブ（２０１）の回転角度情報を取得するために用いられることを特徴とする請求項７に記載の３次元イメージングシステム。
【請求項１０】
構成された直交画像を取得する走査プローブ（２０１）におけるプローブのサイズは互いに異なっていることを特徴とする請求項７に記載の３次元イメージングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像処理技術に関し、より具体的には、連続した２次元画像を取得することで３次元イメージングを実現する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元イメージングは医学分野において幅広く応用されている。３次元イメージング方式には、連続した２次元画像と対応空間を得ることで３次元画像を取得するものがある。この種の３次元イメージングシステムでは、空間位置情報を下記３つのいずれかにより取得する。
１）機械走査装置を用いて各２次元画像の位置と情報を取得する。
２）電磁式、光学センシング式等の空間情報センサを応用する。
３）取得した連続２次元画像の間に内在する関連性及び画像サイズを利用する。
これら３つの方法にはそれぞれ利点と欠点がある。なかでも３つ目の方法は走査プローブ以外の装置を必要としないため、最も経済的且つ実用的な方法であるとともに、走査プローブを何ら変更しなくとも３次元イメージング効果が得られる。しかし、３次元走査の範囲には限界があり、走査速度も十分とはいえない。また、一方向にしか走査できず、走査中にプローブの角度を自由に変えることができないため、実用性が大きく制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の上記３次元イメージング技術における瑕疵に対し、プローブ自体が取得した画像情報を用いて３次元空間情報を抽出することで、走査対象物の３次元イメージングを実現可能な３次元イメージング方法及びシステムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
構成された２次元走査プローブで走査した３次元空間情報を用いて実現される３次元イメージング方法であって、以下のステップを含む。
【０００５】
Ｓ１）走査プローブによって、現在位置における走査対象に関する少なくとも２枚の直交する２次元画像を取得する。
【０００６】
Ｓ２）前記走査プローブを空間の任意の一方向に沿って若干の距離だけ移動させるか、若干の角度だけ回転させて、走査対象に関する少なくとも２枚の直交する２次元画像を取得する。
【０００７】
Ｓ３）ステップＳ１及びＳ２で取得した対応方向の２次元画像を比較することで、当該方向における走査プローブの移動距離と回転角度を取得する。
【０００８】
Ｓ４）走査対象が完全に走査されるまで、ステップＳ１〜Ｓ３の手順を繰り返す。
【０００９】
Ｓ５）取得した全ての走査対象に関する２次元画像と、一つ前の組の画像に対する各組の画像の移動距離及び回転角度を用いることで、走査対象に関する３次元画像を再現する。
【００１０】
本発明で述べる３次元イメージング方法によれば、前記２次元画像は、超音波画像、光干渉断層画像（ＯＣＴ）、光音響画像、テラヘルツ画像のいずれかである。
【００１１】
本発明で述べる３次元イメージング方法によれば、最終的な３次元イメージングのためではなく、鮮明画像に対応する平面内における走査プローブの移動距離と回転角度を取得することを主な目的として、前記走査対象に関する直交する２枚の２次元画像のうち１枚は相対的に低い解像度を有する。
【００１２】
本発明で述べる３次元イメージング方法によれば、走査対象に関する直交する２枚の２次元画像は異なるサイズを有する。
【００１３】
本発明で述べる３次元イメージング方法によれば、走査対象に関する直交する２枚の２次元画像はリアルタイムで取得され、少なくとも２５枚／秒とし、走査プローブがインターバル中に２枚の隣接する画像間で行う移動及び回転が主に一平面上で発生するよう保証される。
【００１４】
本発明で述べる３次元イメージング方法によれば、２次元画像の回転角度は、走査プローブに設けられた加速度計により取得される。
【００１５】
本発明で提供する多方向２次元画像走査用プローブで取得した画像を利用する３次元イメージングシステムは、直交画像を取得する少なくとも２つの走査プローブと、画像を取得するイメージング装置と、連続した２次元画像プローブの移動距離と回転角度を分析する演算ユニットと、走査プローブに装着されて前記直交する２次元画像の回転角度を取得する加速度計を含む。
【００１６】
前記多方向２次元画像走査用プローブで取得した画像を利用する３次元イメージングシステムによれば、イメージング装置で取得される画像は、超音波画像、光干渉断層画像（ＯＣＴ）、光音響画像及びテラヘルツ画像のいずれかである。
【００１７】
前記多方向２次元画像走査用プローブで取得した画像を利用する３次元イメージングシステムによれば、直交画像を取得する走査プローブのサイズは互いに異なっている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明が提供する３次元イメージング方法及びシステムは、直交するよう構成された走査プローブ自体で取得した画像情報と３次元空間情報に基づいて、３次元イメージング装置により走査対象の３次元画像を構築する。これによれば、イメージングシステムの構造が簡略化され、コストが削減されるとともに、イメージングシステムの使用性が向上する。
【００１９】
以下に、図面と実施例を組み合わせて本発明につき更に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の２つの平面それぞれに位置する走査プローブの配置を示す図である。
【図２】図２は、図１に配置された２つの走査プローブで形成される２つの２次元画像を示す図である。
【図３】図３は、異なる２次元画像における走査対象の移動を説明する図である。
【図４】図４は、異なる２次元画像における走査対象の回転を説明する図である。
【図５】図５は、超音波トランスデューサを用いて互いに直交する走査プローブを構成したことを説明する図である。
【図６】図６は、従来技術における超音波走査プローブトランスデューサアレイを示す図である。
【図７】図７は、本発明における直交する走査プローブを有する超音波トランスデューサアレイを示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施例における３次元イメージング方法のフローチャートである。
【図９】図９は、本発明が提供する３次元イメージングシステムの実施例を示す図である。
【図１０】図１０は、３つのプローブからなるトランスデューサアレイの配置を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明で用いる２つのＯＣＴプローブの配置を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明において２つのＯＣＴプローブを用いて直交走査を実施することで２つの２次元画像を取得する場合を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明において１つのＯＣＴプローブを用いて直交走査を実施することで２つの２次元画像を取得する場合を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明において１つの光音響イメージングプローブ（超音波プローブとレーザビームを１つずつ含む）と１つの直交する超音波プローブを用いる場合の配置図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の２つの平面それぞれに位置する走査プローブ１０１の配置を示す図である。従来の走査技術ではプローブを１つしか有さないため、毎回取得される画像も２次元画像が１枚のみとなり、走査対象の立体イメージングには不利であった。図２は、図１に配置された２つの直交する走査プローブで形成される２つの２次元画像１０２を示す図である。２つの直交するプローブは対象を走査する度に、互いに直交する２枚の２次元画像を１組取得する。図３は、異なる２次元画像１０３における走査対象の移動を説明する図である。直交するプローブ１０５を有する超音波トランスデューサアレイ１０７を移動させることにより、一つ前の組の直交する２次元画像に対して位置が変更された直交する２次元画像の組が取得される。図４は、異なる２次元画像１０４における走査対象の回転を説明する図である。直交するトランスデューサアレイを有する走査プローブ１０５を回転させることにより、一つ前の組の直交する２次元画像に対して角度の異なる直交する２次元画像の組が取得される。図５は、本実施例の直交するプローブ１０５を有するトランスデューサアレイを説明する図である。図６は、従来技術における超音波プローブトランスデューサアレイ１０６を示す図である。走査プローブを１つしか備えないトランスデューサアレイ１０６の場合、走査ごとに１枚の２次元画像が取得される。図７は、本発明における直交する走査プローブを有するトランスデューサアレイ１０７を示す図である。互いに直交する２つの走査プローブを有する超音波トランスデューサアレイ１０７の場合、関連の対象を走査する度に、互いに直交する２枚の２次元画像が１組取得される。走査プローブ１０７の位置を変更することで、異なる位置の直交する２次元画像（１０４，１０５）が取得される。また、異なる位置の直交する２次元画像（１０４，１０５）と、隣接する組の距離及び位置を連続的に取得した後、３次元画像イメージング装置によって走査対象に関する３次元画像を取得する。
【００２２】
図８は、本発明において構成された走査プローブにより空間情報を取得して３次元イメージングを実行する方法のフローチャートである。図９は、本発明が提供する３次元イメージングシステムを示す図である。図１〜図９を参照して、構成された走査プローブにより空間情報を取得して３次元イメージングを実行する方法は、以下の複数のステップを含む。
【００２３】
Ｓ１）走査の度に、直交する走査プローブ１０５により構成される超音波トランスデューサプローブ１０７は、現在位置の走査対象に関する少なくとも２枚の２次元画像の組（１０３ａ，１０３ｃ）又は（１０４ａ，１０４ｃ）を取得する。超音波トランスデューサプローブ１０７は２つの走査プローブが直交して構成され、走査される２次元画像１０３ａと１０３ｃが直交するとともに、２次元画像１０４ａと１０４ｃが直交する。
【００２４】
Ｓ２）超音波トランスデューサ走査プローブ１０７を空間の任意の一方向に沿って若干の距離だけ移動させるか、若干の角度だけ回転させて、走査対象に関する少なくとも２枚の直交する２次元画像（１０３ｂ，１０３ｄ）又は（１０４ｂ，１０４ｄ）を取得する。走査対象に関する３次元画像を取得するために、超音波トランスデューサ走査プローブ１０７が任意の一方向に沿って一定の距離だけ移動するか一定の角度だけ回転しながら走査することで、移動後又は回転後の直交する２次元画像の組（１０３ｂ，１０３ｄ）又は（１０４ｂ，１０４ｄ）が取得される。
【００２５】
Ｓ３）超音波トランスデューサ走査プローブ１０７は、ステップＳ１及びＳ２で取得した対応方向の２次元画像（１０３ｂ，１０３ｄ）と（１０３ａ，１０３ｃ）又は（１０４ｂ，１０４ｄ）と（１０４ａ，１０４ｃ）を比較する。そして、組ごとの直交画像における空間情報の角度及び位置情報を演算する演算ユニット２０２を利用して、当該方向における走査プローブ１０５の移動距離及び回転角度情報を取得する。
【００２６】
Ｓ４）走査プローブが走査対象の全ての位置情報を網羅するまで、ステップＳ１〜Ｓ３の手順を繰り返し、連続的に任意の一方向に沿って超音波トランスデューサプローブ１０７を移動及び回転させて、移動及び回転後の走査対象の２次元画像を走査及び保存し、３次元イメージングを行う３次元イメージング装置２０３に送信する。
【００２７】
Ｓ５）ステップＳ４で取得した全ての走査対象に関する２次元画像と、一つ前の組の画像に対する各組の画像の移動距離及び回転角度情報を受信した後、３次元イメージング装置２０３が走査対象に関する３次元画像を再現する。
【００２８】
本実施例において、図３又は図４を参照して、直交する２枚の画像のうち１枚は相対的に低い解像度を有する。これは、鮮明画像に対応する平面内における走査プローブ１０５の移動距離情報と回転角度情報を取得することが目的であり、低解像度の２次元画像を最終的な３次元イメージング装置２０３によるイメージングに用いるわけではない。
【００２９】
本発明で述べる３次元イメージング方法によれば、本実施例において、図３又は図４を参照して、走査対象に関する直交する２枚の２次元画像はリアルタイムで取得され、少なくとも２５枚／秒とする。また、超音波トランスデューサ走査プローブ１０７がインターバル中に２枚の隣接する画像間で行う移動及び回転は主に一平面上で発生するよう保証される。
【００３０】
本発明で述べる３次元イメージング方法によれば、本実施例において、連続して取得された隣接する２組の直交する２次元画像の回転角度情報は、走査プローブ２０１に設けられた加速度計２０１ａにより取得される。
【００３１】
図９を参照して、本発明で提供する多方向２次元画像走査用プローブで取得した画像を利用する３次元イメージングシステムは、直交画像を取得する少なくとも２つの走査プローブ２０１と、連続した２次元画像プローブの移動距離と回転角度を分析する演算ユニット２０２と、３次元画像を取得するイメージング装置２０３を含む。
【００３２】
本発明で述べる３次元イメージングシステムによれば、走査プローブ２０１は少なくとも２つのトランスデューサアレイが直交して構成される。走査プローブ２０１はリアルタイムで走査した直交画像を連続的に３次元イメージング装置２０３に送信する一方、角度情報と距離位置情報を演算ユニット２０２に送信する。演算ユニット２０２は、角度情報と距離位置情報を比較演算した後、３次元イメージング用に３次元イメージング装置２０３へと送信する。
【００３３】
走査プローブ２０１は、２次元イメージング装置２０１ｂと、走査プローブ２０１の角度情報を取得する加速度計を含む。２次元イメージング装置２０１ｂは２次元直交画像を取得するために用いられ、加速度計は走査プローブ２０１の回転角度情報を取得するために用いられる。
【００３４】
本発明で述べる３次元イメージングシステム２０３によれば、取得される画像は、超音波画像、光干渉断層画像（ＯＣＴ）、光音響画像及びテラヘルツ画像のいずれかとすればよい。
【００３５】
本発明で述べる３次元イメージングシステム２０３によれば、直交画像を取得する走査プローブのサイズは互いに異なっている。
【００３６】
図１０は、本発明のイメージングにおける３つのプローブを有するトランスデューサアレイの構成配置を示す図であり、１０Ｂ１と１０Ｂ２が１０Ａと直交している。プローブ１０Ｂ１と１０Ｂ２により形成される画像情報は互いに補い合うことが可能である。例えば、一方が質の良い画像を得られなかった場合に、他方の画像を用いて関連の演算を行うことができる。また、２枚の画像から取得した情報を平均して精度を上げてもよい。
【００３７】
図１１は、本発明で用いる２つの光干渉断層（ＯＣＴ）プローブの配置を示す図である。図１２は、本発明において２つのＯＣＴプローブを用いて直交走査を実施することで２つの２次元画像を取得する場合を示す図である。図１３は、本発明において１つのＯＣＴプローブを用いて直交走査を実施することで２つの２次元画像を取得する場合を示す図である。この場合には、１つのＯＣＴプローブにより１つの位置で２次元画像を走査して取得した後、直交する位置で走査することにより直交する２枚の２次元画像を取得可能である。
【００３８】
図１４は、本発明で使用する１つの光音響プローブ（主超音波プローブ１４１とレーザビーム１４２を１つずつ含む）に補助超音波プローブ１４３を１つ加えた配置を示す図である。走査プローブの移動及び回転情報の測定に用いられる補助超音波トランスデューサアレイ１４３は超音波イメージングモードで動作する。即ち、イメージングのために超音波を発射及び受信することで、主超音波プローブ１４１の対応平面における移動と回動が取得される。超音波モードで動作する主超音波プローブ１４１によれば、対応平面におけるより多くの移動及び回動の情報を測定可能である。また、光音響イメージングモードで動作させてもよい。
【００３９】
以上は本発明における好ましい具体的実施形態にすぎず、本発明の保護の範囲はこれらに限定されない。当業者が本発明で開示する技術範囲において容易に想到し得る変形又は置き換えは、いずれも本発明の保護の範囲に含まれる。したがって、本発明の保護の範囲は特許請求の範囲に準じる。
【図１】
2019517362.tif 000003
【図２】
2019517362.tif 000004
【図３】
2019517362.tif 000005
【図４】
2019517362.tif 000006
【図５】
2019517362.tif 000007
【図６】
2019517362.tif 000008
【図７】
2019517362.tif 000009
【図８】
2019517362.tif 000010
【図９】
2019517362.tif 000011
【図１０】
2019517362.tif 000012
【図１１】
2019517362.tif 000013
【図１２】
2019517362.tif 000014
【図１３】
2019517362.tif 000015
【図１４】
2019517362.tif 000016
【国際調査報告】
2019517362.tif 000017
2019517362.tif 000018
2019517362.tif 000019
2019517362.tif 000020