(57)【要約】【課題】超音波３次元映像復元方法およびその超音波システムを開示する。【解決手段】開示された超音波３次元映像復元方法は、複数の方向から平面超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される平面超音波エコー信号を受信することによって得られる平面超音波データから、超音波３次元映像を復元する方法であって、前記平面超音波データから、周波数領域で多様な方向を有する複数の２次元映像を形成するステップと、前記複数の２次元映像のデータに逆投影法を適用して３次元映像データを形成するステップと、前記３次元映像データを逆フーリエ変換して３次元映像を復元するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の方向から平面超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される平面超音波エコー信号を受信することによって得られる平面超音波データから、超音波３次元映像を復元する方法であって、
前記平面超音波データから、周波数領域で多様な方向を有する複数の２次元映像を形成するステップと、
前記複数の２次元映像のデータに逆投影法を適用して３次元映像データを形成するステップと、
前記３次元映像データを逆フーリエ変換して３次元映像を復元するステップと、
を含むことを特徴とする超音波３次元映像復元方法。
【請求項２】
前記２次元映像を形成するステップは、高速フーリエ変換またはルックアップテーブルを用いて、前記平面超音波データを処理し、前記周波数領域の２次元映像を形成するように実行される請求項１に記載の超音波３次元映像復元方法。
【請求項３】
前記３次元映像データを形成するステップは、前記２次元映像の前記データをフィルタリングした後に、前記逆投影法を適用するように実行される請求項１に記載の超音波３次元映像復元方法。
【請求項４】
前記３次元映像データを形成するステップは、前記２次元映像の前記データに圧縮センシングとノイズ除去法をさらに適用して前記３次元映像データを形成するように実行される請求項１に記載の超音波３次元映像復元方法。
【請求項５】
複数の方向から平面超音波を対象体に送信し、前記対象体から反射される平面超音波エコー信号を受信して、平面超音波データを取得する超音波データ取得部と、
前記平面超音波データに基づいて、周波数領域で多様な方向を有する複数の２次元映像を形成する２次元映像形成部と、
前記複数の２次元映像のデータに逆投影法を適用して３次元映像データを得て、前記３次元映像データを逆フーリエ変換して３次元映像を復元する３次元映像復元部と、
前記３次元映像を表示する表示部と、
を含むことを特徴とする超音波システム。
【請求項６】
前記２次元映像形成部は、高速フーリエ変換またはルックアップテーブルを用いて前記平面超音波データを処理し、前記平面超音波の前記周波数領域の前記複数の２次元映像を求める請求項５に記載の超音波システム。
【請求項７】
前記３次元映像復元部は、前記２次元映像の前記データをフィルタリングした後に、前記逆投影法を適用する請求項５に記載の超音波システム。
【請求項８】
前記３次元映像復元部は、前記２次元映像の前記データに圧縮センシングとノイズ除去法をさらに適用して前記３次元映像データを得る請求項５に記載の超音波システム。
【請求項９】
請求項１〜請求項４のうちいずれか一項の方法を実行するためのプログラムが記録されているコンピュータで読取可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超音波３次元映像復元方法およびこれを用いた超音波システムに関し、より詳しくは、投影断層（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｌｉｃｅ）技法を用いた超音波３次元映像復元方法および超音波システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波システムの使用領域が拡大するのに伴い、超音波システムが提供する超音波映像に対する様々な要求も増えている。特に、検診、生体検査、手術などの施術のためには患者の病変や組織をより精密に見なければならず、超音波システムは３次元の超音波映像を取得しなければならない場合がある。
【０００３】
このような超音波３次元映像を得るためには、高いＰＲＦ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｃｕｒｒｅｎｃｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）が要求される。特に、心臓のように速く動いている対象体をリアルタイムで３次元映像化するためには、高いＰＲＦが必須である。高いＰＲＦを得るための方法としては、複数のスキャンラインデータを一度に得ることができる平面波（ｐｌａｎｅ  ｗａｖｅ）を用いる技術が提示されている。しかしながら、この方法は、フォーカシングをしないためにノイズが多く、このためＳＮ比（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が低くなって映像の解像度が落ちる欠点がある。
【０００４】
また、従来の３次元映像復元技術は、取得された多様な方向の２次元映像から補間（ｉｎｔｅｒｐｌｏｌａｔｉｏｎ）技術を用いて復元する方式を用いているが、２次元映像のノイズが多いのと２次元映像の取得枚数が少ないため、３次元映像の解像度が低くなってしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決するために、高解像度の超音波３次元映像を得ることができる超音波３次元映像復元方法およびその超音波システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態に係る超音波３次元映像復元方法は、複数の方向から平面超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される平面超音波エコー信号を受信することによって得られる平面超音波データから、超音波３次元映像を復元する方法であって、前記平面超音波データから、周波数領域で多様な方向を有する複数の２次元映像を形成するステップと、前記複数の２次元映像のデータに逆投影法を適用して３次元映像データを形成するステップと、前記３次元映像データを逆フーリエ変換して３次元映像を復元するステップとを含む。
【０００７】
また、本発明の実施形態に係る超音波システムは、複数の方向から平面超音波を対象体に送信し、前記対象体から反射される平面超音波エコー信号を受信して、平面超音波データを取得する超音波データ取得部と、前記平面超音波データに基づいて、周波数領域で多様な方向を有する複数の２次元映像を形成する２次元映像形成部と、前記複数の２次元映像のデータに逆投影法を適用して３次元映像データを得て、前記３次元映像データを逆フーリエ変換して３次元映像を復元する３次元映像復元部と、前記３次元映像を表示する表示部とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、投影断層技法を用いて、多方向の２次元映像から高解像度の超音波３次元映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法を示すフローチャートである。
【図２】ＦＦＴを用いた２次元映像形成方法を示す概念図である。
【図３】ルックアップテーブルを用いた２次元映像形成方法を示す概念図である。
【図４】周波数領域で複数の方向を有する２次元映像から３次元映像を復元する過程を示す概念図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法を実行する超音波システムの構造を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付する図面を参照しながら本発明の実施形態に係る超音波３次元映像復元方法およびその超音波システムに対して詳細に説明する。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法のステップを図１を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法を示すフローチャートである。
【００１２】
図１を参照すれば、本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法は、複数の方向から平面超音波信号を対象体に送信し、対象体から反射される平面超音波エコー信号を受信することによって得られた平面超音波データを用いて２次元映像を形成する（Ｓ１１）。
【００１３】
図２は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）（高速フーリエ変換）を用いた２次元映像形成方法を示す概念図であり、図３は、ルックアップテーブルを用いた２次元映像形成方法を示す概念図である。
【００１４】
図２を参照すれば、平面波データをｘ軸（要素）とｔ軸（時間）に配列した後（図２（ａ））、２次元ＦＦＴを実行して周波数領域（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｐａｃｅ）でｆｘ値、ｆｙ値を得る（図２（ｂ））。そして、これを位相移動（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ）、補間（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）、再マッピング（ｒｅｍａｐｐｉｎｇ）という処理過程を経てｘ軸とｚ軸の値ｆｘ、ｆｚに転換する（図２（ｃ））。最後に２次元ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）（逆高速フーリエ変換）を実行すれば２次元映像を形成することができる（図２（ｄ））。
【００１５】
図３を参照すれば、図２（ａ）のように入力された平面波データをｘ軸（要素）とｔ軸（時間）に配列した後（図３（ａ））、ルックアップテーブル行列を参照してＲｘダイナミックフォーカス（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）されたデータを得る（図３（ｂ））。すなわち、ルックアップテーブルを用いて平面波データを処理する。その次に、位相移動（ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ）、補間、再マッピングという処理過程を経て２次元映像を形成する（図３（ｃ））。
【００１６】
再び図１に戻れば、２次元映像を形成した後に、逆投影（ｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）を用いて３次元映像データを形成する（Ｓ１３）。多方向の２次元映像から３次元映像データを形成する方法にはいろいろある。例えば、３次元映像データをｘ、多方向の２次元映像データ集合をｙ、投影行列をＡとすれば式１のように表すことができる。
【００１７】
【数１】
2011120869.tif 000003
【００１８】
ｙからｘを求めるために式２のようにＡの逆関数を用いて求められる。
【００１９】
【数２】
2011120869.tif 000004
【００２０】
しかしながら、投影集合（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  ｓｅｔ：一連の投影データ）が限定されているので、制約因子（ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）を利用して復元結果を改善する。このような一連の過程は、投影断層技法を利用して行うことも可能である。
【００２１】
圧縮センシング（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ  ｓｅｎｓｉｎｇ）技法も信号処理法の一つである。この圧縮センシング技法とは、スパース法（ｓｐａｒｓｅ）や圧縮法などの先行技術と組み合わせて信号を取得したり復元する技術である。これにより、限定された投影集合から、さらに高い解像度の結果を得ることができる。このために、次の式３のようにＬ１標準制限（ｎｏｒｍ  ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ）を用いてノイズを最小化する値を見つけることができる。
【００２２】
【数３】
2011120869.tif 000005
【００２３】
これ以外にもノイズ除去（ｄｅｎｏｉｓｉｎｇ）技術を用いて２次元映像データ中のノイズを大幅に除去することができる。
【００２４】
図４は、周波数領域で複数の方向を有する２次元映像から３次元映像を復元する過程を示す概念図である。
【００２５】
図４（ａ）は、多様な方向を有する複数の２次元映像を示し、図４（ｂ）は２次元映像に逆投影（ｂａｃｋ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）、フィルタリング（ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）、圧縮センシング、ノイズ除去技術などを適用して３次元映像データを形成する過程を示す。最後に、図４（ｃ）で３Ｄ−ＩＦＦＴを適用して超音波３次元映像を復元するステップ（Ｓ１５）を示す。本発明では、２次元映像のデータをフィルタリングした後に、逆投影を適用することが好ましい。
【００２６】
図５は、本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法を実行する超音波システムの構造を示すブロック図である。
【００２７】
図５を参照すれば、本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法を実行する超音波システム１００は、複数の方向から送信される平面超音波から得られる平面超音波データに基づいて周波数領域で多様な方向を有する複数の２次元映像を求める２次元映像形成部１０１と、複数の２次元映像のデータに逆投影法を適用して３次元映像データを得て、３次元映像データを逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）して３次元映像を復元する３次元映像復元部１０２と、３次元映像を表示する表示部１０３とを含む。
【００２８】
また、本発明の超音波システム１００は、図示しない超音波データ取得部を含んでいる。該超音波データ取得部は、複数の方向から平面超音波信号を対象体に送信し、前記対象体から反射される平面超音波エコー信号を受信して、平面超音波データを取得する。
【００２９】
２次元映像形成部１０１は、超音波データ取得部からの平面超音波データに基づいて、複数の２次元映像を形成する。また、２次元映像形成部１０１は、平面超音波データに対して高速フーリエ変換を実行して複数の２次元映像を形成することができるし、ルックアップテーブルを用いて平面超音波データを処理することにより複数の２次元映像を形成することもできる。
【００３０】
３次元映像復元部１０２は、２次元映像のデータにフィルタリング、圧縮センシングおよびノイズ除去法の１または２以上をさらに適用してもよい。この場合、３次元映像復元部１０２は、２次元映像のデータにフィルタリングを施した後に、逆投影法を適用することが好ましい。
【００３１】
本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法およびその超音波システムは、平面波を用いた高解像度の３次元映像を提供することができる。
【００３２】
また、本発明の一実施形態に係る超音波３次元映像復元方法は、コンピュータ手段により実現される多様な動作を実行するためのプログラム命令を含むコンピュータ読取可能な記録媒体に記録される。当該記録媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含むこともできる。また、記録媒体およびプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されたものでも、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知であり使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体、フロプティカルディスクのような磁気−光媒体、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。また、記録媒体は、プログラム命令、データ構造などを保存する信号を送信する搬送波を含む光または金属線、導波管などの送信媒体でもよい。プログラム命令の例としては、コンパイラによって生成されるような機械語コードだけでなく、インタプリタなどを用いてコンピュータによって実行され得る高級言語コードを含む。上述したハードウェア装置は、本発明の動作を実行するために１つまたは複数のソフトウェアモジュールで動作するように構成されることができる。
【００３３】
上述したように、本発明の好ましい実施形態を説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更することができることを理解するであろう。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。
【符号の説明】
【００３４】
１００  超音波システム
１０１  ２次元映像形成部
１０２  ３次元映像復元部
１０３  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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