(57)【要約】【課題】  従来の超音波診断装置は、超音波プローブを手で持ち、超音波画像を得ていたので、得られた画像は２次元的であり、対象とするものの任意の断面像、立体像やその回転像を表示することは出来なかった。  また、ドップラーエコー像で得られる拍動するものの像も２次元的にしか観察することが出来ず、３次元的に表示したり、回転像を表示することも出来なかった。【解決手段】  ロボット７に超音波プローブ８を持たせ、少しずつロボット７を動かし、複数の画像を得る。  得られた画像を３次元空間に再配置し、その３次元画像の任意の断面像立体像、回転像を表示する。  ドップラーエコー画像で行えば、拍動する物体の立体的な３次元画像、回転像が得られる。【選択図】図１
2008006243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットに超音波プローブを持たせ、ロボットを少しずつ移動、停止させる。  ロボットの停止している時間に、対象が拍動している場合は、拍動から一定の遅延時間をもたせたドップラーエコー画像を得る。
得られた画像の中で、拍動している部分はカラー表示されているので、そのカラー部分のみを抽出する。  拍動していない場合は、一般のグレースケールのエコー画像を得て、目的とする部分と同じ濃度の部分を抽出する。  抽出されたそれらの画像を、超音波プローブがスキャンした空間に３次元的に再配置し、画像を３次元の立体画像として表示し、また、回転画像として表示する装置。
さらに、得られた３次元画像と一般の超音波画像、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像との合成画像を表示する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、ロボットに超音波プローブを持たせ、ロボットを少しずつ動かしながらエコー画像やドップラーエコー画像を得る。  得られた複数のエコー画像から、目的とする部位とほぼ同じ濃度の部分やカラー表示された部分を抽出し、それを元の３次元空間に再配置し、３次元画像や任意の断面画像や立体画像、その回転画像を表示出来るようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】  現在、血管撮影やＭＲＡによって、太い動脈などの断面像や立体画像を得ることは容易となっている。  しかし、それらの装置は大型かつ高価であり、大量のデータ処理には大型のコンピュータを必要とし、処理には長時間を要する問題があった。  また、広い設置場所が必要であり、診療所のようなところにそれらを設置することは極めて困難であった。  さらに、太い動脈の走行を得ることは容易であるが、前立腺内部などの細い動脈を表示することは出来なかった。
一方、超音波診断装置は、ＣＴのように放射線を使用しないので、極めて安全であり、小型で、容易に移動でき、安価であるので、診療所でも容易に設置でき、ドップラー用のプローブを使用すれば、拍動する組織、すなわち、細い動脈でも観察することができる。
しかし、従来、超音波ブローブを手で持って画像を得ていたので、２次元画像は得られても、３次元画像は得られず、頭の中で画像を合成し、想像するしかなかった。
また、エコー画像で得られる脈管、特にドップラエコー画像で得られる動脈の走行を３次元画像として得ることができず、動脈の走行の全体像を把握するには困難を伴った。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  従来の超音波装置では２次元画像は得られても、それらを３次元表示することはできなかった。  また、一般のエコー画像や、ドップラーエコー画像で得られた画像から、脈管の走行を３次元表示することもできなかった。  もちろん、任意の断面画像を得ることは出来なかった。
本発明は、この課題を解決し、小型で安価、かつ、移動も容易で、短時間で安価な、いわゆるパソコンで画像処理ができ、特別な知識が必要ではなく、初心者でも簡単に立体画像を得ることができるようになされたものである。  血管撮影やＭＲＡでも細い動脈の立体画像を得るには限界がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  ロボット７に超音波プローブ８を持たせ、超音波プローブ８の先端と方向が決められた位置と角度になるようロボット７を移動させる。  その後、少しずつロボット７を動かしながら、複数のエコー画像を得る。  拍動する対象物の場合、ドップラーエコー画像を得るタイミングは、心電計１で得られた心電図のＲ波、他の波でもよいが、を波形整形回路２で整形し、遅延回路３で一定の遅延時間を与え、そのパルスで、Ｒ波から一定の遅延時間後にドップラーエコー画像を得る。  得られた複数の２次元のドップラーエコー画像を本来の３次元空間に再配置し、得られた３次元画像を表示装置６に表示する。  得られた３次元画像をコンピュータ処理により、任意の断面像や立体像として表示し、また、画像を回転させて表示する。
対象物が拍動していない場合は、エコー画像を得るには心電図に同期させる必要はなく、目的とする対象物の濃度の部分を抽出すれば同様に出来る。
【発明の効果】
【０００６】  従来、血管撮影やＭＲＡでは撮影が困難であった細い動脈の走行画像が、ドップラーエコー画像を使用することにより、細い動脈の走行の立体画像、および、回転画像が得られた。  また、エコー画像を使用すれば、静脈や嚢胞などの立体画像や回転画像が得られる。
本装置はこのような構成であるので、特別な部屋を必要とせず、安価であり、放射線を使用しないので安全であり、移動が容易であるなどは特筆すべき効果であるといえる。
【実施例１】
【０００７】  図１において、超音波診断装置１０は、超音波プローブ８を駆動し、超音波の反射波を超音波プローブ８で受け、超音波診断装置１０で画像とし、表示装置９に表示する。  これが従来からある超音波診断装置の一般的な構成である。
実施例では、これに外付けする装置として説明しているが、全装置を一体化すれば、表示装置６、コンピュータ４は省略することも出来る。  また、ロボット７は超音波プローブ８を直線的、又は、回転のみの運動をさせたり、それらの組み合わせの装置も含めるものとする。
超音波プローブ８により得られたドップラーエコー信号は超音波診断装置１０に入り、表示装置９に表示される。  同時にビデオ信号の出力をビデオキャプチャ装置５に入力する。  ロボット７に超音波プローブ８を持たせ、固定する。  次に、コンピュータ４からロボット７へ信号を送り、ロボット７の各アームを動かし、超音波プローブ８の先端をスタート位置に移動させる。  コンピュータ４からロボット７へ信号を送り、ロボット７を少しずつ動かし、超音波プローブ８で得られたドップラーエコー信号を超音波診断装置１０でビデオ信号とし、その信号をビデオキャプチャ装置５に送り、ドップラーエコー画像をコンピュータ４に取り込む。
ドップラーエコー画像をキャプチャするには、心拍に同期したドップラーエコー画像を得る必要がある。  心電図のどの波でも可能だが、Ｒ波が使用しやすのでＲ波を使用するものとする。  心電計１で得られた心電図のＲ波を波形整形回路２で整形する。波形整形回路２としてシュミットトリガ回路を使用した。  次に、そのパルスに一定の遅延時間を持たせるために遅延回路３に信号を送る。  遅延回路としてワンショットマルチバイブレータを使用した。  ０秒を含む一定の遅延時間を持たせたパルスをビデオキャプチャのトリガパルスとする。  遅延時間は、ハードウェアでもソフトウェアでも、または両方を使用してもよい。  このようにして、心電図のＲ波から一定時間後に、ドップラーエコー画像をビデオキャプチャ装置５でキャプチャする。
ロボット７を次の位置へ移動し停止させる。  ロボット７の停止と心電図のＲ波から一定の時間後、ビデオキャプチャ装置５によりビデオ画像をキャプチャする。  ロボット７を連続的に動かしても良いが、ロボット７の移動時に超音波画像にノイズが入ることがあるので、それを防止するためには、ロボット７の移動、停止を行い、ロボット７を一定時間停止させた後ビデオキャプチャ装置５でドップラーエコー画像を得る。  これを目的の回数繰り返し、コンピュータ４に複数のドップラーエコー画像を取り込む。
ドップラーエコー画像は、モノクロ画像の中に、動脈の部分は通常は赤くカラー表示される。  血流方向を表示する場合は赤と青で表示される。  画像上の各ピクセルはＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）で構成されている。  モノクロの部分のＲ、Ｇ、Ｂは同じ値である。  カラー表示された部分が赤く表示されているものとすると、Ｒの値がＧの値より大きいのでその条件を満たすピクセルを得ることにより動脈成分を抽出することが出来る。  実際にはＲ／Ｇの値が１．７の時にうまく分離することが出来た。  しかし、この値は装置や画質により変える必要がある。  青く表示された部分はＲのかわりにＢと置き換えるとよい。
得られた複数の画像を超音波プローブ８がスキャンした３次元空間の座標に戻す処理をコンピュータ４で行う。  例えば、超音波プローブ８の先端の座標を原点として、超音波プローブ８を回転させた場合、得られたドップラーエコー画像上の点Ｐ（Ｘ，Ｙ）は次のように変換される。  超音波プローブがスキャンする画像平面とＸＺ平面とのなす角度をＡとする。  点Ｐ（Ｘ，Ｙ）は、３次元空間での座標をＰ（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）とすると、Ｘ０＝Ｘ、Ｙ０＝ＹｘＳＩＮ（Ａ）、Ｚ０＝ＹｘＣＯＳ（Ａ）となる。  得られた３次元画像をコンピュータ処理により、任意の断面像、立体像の回転像を表示装置６に表示する。  前立腺肥大症に応用した場合、２心拍に１回のドップラエコー画像のキャプチャを行い、計６０枚の画像を得た。  それを表示するために３次元空間として、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸は各々３００ピクセルが必要であった。  取得した画像の枚数や、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の必要なピクセル数は目的とする対象によって変化する。
画像の回転の一例について述べると、回転中心を新しい原点（０、０、０）とする。  ある任意の点をＰ（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）とする。  平方根を求める関数をＳＱＲＴ（）、二乗を＊＊２で表現する。  点Ｐは、半径をＲとすれば、Ｒ＝ＳＱＲＴ（Ｘ０＊＊２＋Ｙ０＊＊２＋Ｚ０＊＊２）  の球面上にある。  点ＰがＸＺ平面に投影されたとき、点Ｐと原点を結ぶ線と、Ｘ軸とのなす角度をαとすると、点Ｐと原点の間の距離Ｒ１は、Ｒ１＝ＳＱＲＴ（Ｘ０＊＊２＋Ｚ０＊＊２）、Ｘ０＝Ｒ１ｘＣＯＳ（α）、Ｙ０＝Ｒ１ｘＳＩＮ（α）の関係が成り立つ。  点ＰをＹ０を一定にしてＸＺ平面上でλだけ回転すると、移動後の点をＰ１とすれば、Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は、Ｘ１＝Ｒ１ｘＣＯＳ（α＋λ）、Ｙ１＝Ｙ０、Ｚ１＝Ｒ１ｘＳＩＮ（α＋λ）で表される。  同様にして、Ｘ１を一定にして、ＺＹ平面に投影された点Ｐ１と原点を結ぶ線と、Ｚ軸とのなす角度βをさらにμだけ回転させたとき、移動先の点をＰ２（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とすると次のように計算できる。
Ｒ２＝ＳＱＲＴ（Ｙ１＊＊２＋Ｚ１＊＊２）、Ｚ１＝Ｒ２ｘＣＯＳ（β）、Ｙ１＝Ｒ２ｘＳＩＮ（β）とすれば、Ｘ２＝Ｘ１、Ｙ２＝Ｒ２ｘＣＯＳ（β＋μ）、Ｚ２＝Ｒ２ｘＳＩＮ（β＋μ）を満たす値が回転させたときの新しい位置である。  ＸＹ平面に表示するときは座標（Ｘ２，Ｙ２）に点Ｐ２は表示される。  Ｚ２の値は奥行きに関係するので、例えば、最も手前にある点を表示させるとか、手前にある点を明るくし、奥にある点を暗く表示したり、種々の条件で色を変えるなどに使用することで表示を見やすくできる。  さらにＺ２が同じ点のみを表示させれば、Ｚ２の深さの断面画像を得たことになる。  λやμを少しずつ変化させながら画面に表示することによって、任意の回転画像が得られる。
前立腺に応用したところ、今まで体外から確認不可能であった前立腺の動脈を観察することができた。  勿論、一般の超音波画像・ＣＴ画像やＭＲＩ・ＭＲＡの画像のサイズを同じに変換すれば、超音波画像と重ね合わせて表示できることは可能である。  超音波プローブ８をロボット７に持たせて画像を取得したからこそ可能となったのであり、広く応用できる。
図２は、本発明の装置により、前立腺肥大症における前立腺の左側の動脈の複数のドップラーエコー画像から立体画像を得、それを９０度回転させた画像である。  すなわち、動脈を体の左側から観察している画像である。  今まで誰も観察出来なかった、前立腺の神経血管束から前立腺内部に分布する動脈を表示している。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】  本発明のブロック図である。
【図２】  本発明により得られた動脈の回転画像である。
【符号の説明】
【０００９】    １  心電計
２  波形整形回路
３  遅延回路
４  コンピュータ
５  ビデオキャプチャ装置
６  表示装置
７  ロボット
８  超音波プローブ
９  表示装置
１０  超音波診断装置
【図１】
2008006243.tif 000003
【図２】
2008006243.tif 000004