JP2004159997A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元超音波画像を形成可能な超音波診断装置において、臓器の腔の部分を、その一部が欠けることなく全体を表示可能とし、観察しやすくする。
【解決手段】対象臓器に対し、送受した超音波に基づき三次元超音波画像のデータをメモリ２０に格納する。格納されたデータに対し、各ボクセルの輝度値を所定のしきい値により二値化処理部２４にて二値化し、さらに二値化された輝度値を輝度値反転部２６にて反転する。これにより輝度値を反転する前、低輝度であった臓器の腔の部分が高輝度となり、反転前高輝度で、内部の腔の部分の観察の妨げとなっていた臓器壁部分が低輝度となる。そして、観察対象となる腔の部分が立体的に表示され、観察が容易になる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、臓器の腔の部分の画像を、三次元画像として提供する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生体に対し超音波を送受し、受信された超音波信号に基づき生体内部の三次元画像を提供する超音波診断装置が知られている。このときの三次元画像は、一般的には、各ボクセルの輝度値の情報を立体的に表示したものである。この場合、臓器内部の腔の部分を観察することができない。例えば、心臓を観察する場合、超音波は、心臓の心筋で反射するため、心筋部分が高輝度となって表示され、臓器内部の、すなわち心室などの腔の部分の情報が得られない。腔の部分を観察するためには、例えば、切断面を指定し、その面の手前の情報を排除した状態で表示する処理が行われている。
【０００３】
また、心臓に係る診断において、心臓の拍出量を得たいという要求がある。従来、拍出量は、断層画像などに基づき近似的に求められていた。例えば、左心室の所定部分の長さを観測し、この長さの時間変化に基づき拍出量を求めたり、ある切断面における左心室の断面積を求め、この時間変化に基づき拍出量を算出していた。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２４１１６公報
【特許文献２】
米国特許出願公開第２００２／０１３３０７５Ａ１明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
臓器内部の腔の部分を観察する場合、必要な情報は、その内壁面の状態であることが多い。従来のように、切断面を指定して、その手前の情報を排除して、観察を行った場合、排除された部分の観察ができないという問題があった。
【０００６】
また、観察対象の腔の部分の容積（体積）を求める場合においては、所定部分の長さ、または所定断面の面積に基づき推定しているに過ぎず、正確な容積を求めることができなかった。
【０００７】
本発明は、前述の問題点を考慮してなされたものであり、臓器内部の腔の部分に関する観察、情報の取得を良好に行える超音波診断装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明の超音波診断装置は、受信した超音波信号により得られた三次元データに対し、臓器の腔の部分を表示するために各ボクセルの輝度値を反転かつ二値化し、この反転二値化されたデータに基づき、臓器の腔の部分の三次元画像を提供する。輝度値を反転したデータを作成することにより、超音波の反射が弱い腔の部分が観察可能となる。また、二値化処理を行うことにより、観察対象である腔の部分の輪郭面の抽出を確実に行うことができる。
【０００９】
また、前記反転二値化されたデータに対し、対象となる臓器の腔の部分を抽出するための、関心領域を指定する手段を設けることができる。
【００１０】
また、前記臓器の腔の部分の三次元画像に基づき、この部分の容積を演算し、提供するようにできる。さらに、この容積の時間変化、最大値最小値の比など診断の支援となるデータを提供するようにできる。
【００１１】
対象臓器は心臓とすることができ、また対象となる腔の部分は左心室とすることができる。左心室の容積を算出することにより心拍量に係る情報を算出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。なお、以下においては、観察対象を心臓、特に左心室として説明するが、他の心腔部、また他の臓器の腔の部分に本発明を適用することも可能である。
【００１３】
図１は、本実施形態の超音波診断装置１０の外観を概略的に示した図である。超音波診断装置１０は、三次元超音波画像を形成する機能を有している。装置本体１２の前面には、各種の操作を行う操作パネル１４が設けられている。また、対象に対して超音波の送受を行う超音波探触子１６が、ケーブルを介して装置本体１２に接続されている。装置本体１２の上方には、モニタ１７が設けられ、超音波探触子１６により受信された反射波に基づく超音波画像などがここに表示される。装置本体１２の内部には、超音波の送受、受信された反射波の信号処理、さらに画像処理などを行う回路が組まれた回路基板が配置されている。
【００１４】
図２は、超音波画像の形成に係る構成を示すブロック図であり、特に臓器の腔の部分、例えば左心室などの心腔部の表示に好適な画像処理に係る構成を示している。超音波探触子１６は、超音波ビームを二方向に走査可能であり、これにより三次元超音波画像の形成を可能としている。送受信部１８は、前記三次元用の超音波探触子１６に対応しており、超音波の送受信の制御を行って受信されたデータを三次元データメモリ２０に送り、データはここに格納される。超音波探触子１６をコンベックスタイプの探触子とすると、本実施形態においては、三次元データは超音波ビームの主走査方向θ、これに直交する副走査方向φ、および超音波探触子の当接面の曲率中心からの距離ｒによる極座標系（θ，φ，ｒ）にて格納される。三次元データの格納形態については、反射波の情報から直接的に得られる極座標系から、他の座標系、例えば直交座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に変換した形態にて格納することもできる。
【００１５】
三次元データメモリ２０に格納されたデータは、反射波の強度に対応した輝度を格納するもので、観察対象が心臓の場合、反射の大きい心筋部が高輝度に、反対に反射の小さい流体（血液）で満たされた心腔部は低輝度となっている。このデータを三次元表示した場合、高輝度の心筋部が表示され、内部の心腔部は心筋部に隠れ表示がなされない。この心腔部を表示するために、本実施形態においては、輝度値を反転させ、心筋部は低輝度に、心腔部を高輝度にする。これにより、心腔部全体を三次元表示にて観察可能としている。この反転画像は、三次元データメモリ２０内のデータを反転画像形成部２２により処理して形成される。次に、反転画像形成部２２による画像処理について説明する。
【００１６】
まず、三次元データメモリ２０の各ボクセルデータの輝度値を二値化処理部２４にて二値化する。二値化する際のしきい値は、あらかじめ定められた固定値であってもよく、また取得された超音波画像に応じて操作者が設定できるようにすることもできる。例えば、６４階調の輝度データであれば、ボクセルごとに、しきい値未満であれば輝度値を０に、またしきい値以上であれば６３とする。次に、輝度値反転部２６にて、輝度値を反転する。すでに二値化されているデータであるので、輝度値０を６３に、輝度値６３を０とする。上記の二値化と反転処理は順序を逆にしても同様の結果を得ることができる。二値化以前に反転処理を行う場合には、６４階調においては、輝度値０を６３に、輝度値１を６２に、輝度値２を６１に、・・・輝度値６３を０に、と処理を行い、その後所定の輝度値のしきい値によって二値化する。
【００１７】
図３は、二値化反転後のデータに基づく画像の一例である。この図は、すでに極座標から直交座標への変換を行った後の状態を示している。また、四角錐の側面のように見える面は、肋骨などの影響により、超音波の反射波がなかった部分を示すものであり、輝度値を反転することによって現れたものである。図の中心部分に盛り上がったように見える部分が心腔部を示している。なお、この図は、出願の形式に適合させるために中間階調の表現などが実際の超音波診断装置１０と異なり、本装置の表示そのものを示すものではない。例えば、本装置においては中間階調を輝度により表現しているが、図３においては黒画素の密度により表現されている。
【００１８】
図３においては、十分表現されていないが、二値化されたデータそのままを表示すると、コントラストが強すぎるため非常に見づらい表示となる。また、ノイズも強調される。したがって、二値化反転データに対し、以下の画像処理を行い、見やすい画像を形成して表示する必要がある。まずノイズ除去部２８にて、ノイズ除去を行う。例えば、θ−φ平面上で、あるボクセルの周囲８個のボクセルのうち、例えば５個の輝度値が６３（６４階調の場合）であれば、その注目したボクセルの値を６３とする。５個未満であれば、注目したボクセルの従前の輝度値を維持する。また、周囲５個の輝度値が０の場合は、注目したボクセルの輝度値を０とし、５個未満であれば従前の輝度値を維持する。このノイズ除去の処理は、θ−φ平面上で実行されるが、θ−ｒ平面、φ−ｒ平面で行うこともできる。また、あるボクセルの三次元的な周囲２６個のボクセルの輝度値に基づき、その注目したボクセルの輝度値を決定するようにもできる。
【００１９】
次に、平滑化部３０により平滑化処理を行う。前述のように、二値化されたデータは見づらいので、なめらかな表示となる画像処理を行う。例えば、あるボクセルの輝度値を、これと、その周囲のボクセルとの輝度値の平均値に決定することで平滑化を行うことができる。平均値算出の対象となるボクセルは、一つの平面内の９個のボクセルを用いることも、立体的な２７個のボクセルを用いることもできる。この平滑化処理を行うことにより、中間階調のボクセルが発生し、なめらかな表示となる。さらに、補間部３２によりライン間（θ方向）、フレーム間（φ方向）の補間を行う。
【００２０】
最後に、心腔部抽出部３４にて心腔部の抽出を行う。図３にも示されるように、二値化反転した画像においては、観察対象である心腔部以外の部分が心腔部の観察の障害となっている。そこで、心腔部の一般的な形状を利用して、この部分の抽出を行う。図４には、心腔部抽出用の関心領域の例が示されている。心腔部の形状は略楕円体で囲むことができ、前記関心領域は、略楕円体に設定される。図４では、左上が平面図、左下が正面図、右上が側面図、右下が斜視図となっている。楕円体の形状（長径、短径の長さなど）と位置を、心腔部が良好に抽出されるように設定する。関心領域は、心腔部を抽出する際には略楕円体が好適であるが、他の部位を抽出する場合には、この部位に応じた形状の関心領域を用いて行うことが好ましい。
【００２１】
セレクタ３６は、元の三次元データか、二値化反転され心腔部が抽出されたデータか、操作者の指示に従って、いずれかを選択し、変換部３８にデータを送出する。変換部３８では、極座標から直交座標への、さらに二次元表示するための変換を行う。前述のように三次元データメモリ２０に格納されるデータがすでに直交座標系への変換を終えている場合には、ここでの変換は、三次元のデータを二次元表示するための変換だけとなる。変換されたデータに基づきモニタ１７にて表示が行われる。
【００２２】
また、心腔部抽出部３４にて抽出された心腔部のデータに基づき、容積演算部４０にて心腔部の容積を算出する。抽出された心腔部は立体モデルであるので、一部分の長さや、一つの断面における断面積から容積を推定するのに比べ、高い精度で容積を求めることができる。算出された容積に基づき、診断の支援となる情報、例えば容積の時間変化、最大値、最小値、最大値と最小値の差に相当する拍出量なども算出される。これらの算出されたデータの全て、またはその一部をモニタ１７に表示させる。
【００２３】
図５は、抽出された心腔部の画像の一例である。図３と同様に、中間階調の表現手法等が、超音波診断装置１０のものと異なるために、実際の表示そのものを示すものとはなっていない。しかしながら、心腔部が立体として認識しやすい表示となっていることが理解できる。また、操作パネル１４からの操作によって、視点の位置を変えることができ、図５の表示における裏側も観察することができる。
【００２４】
以上の実施形態においては、輝度値について反転し、かつ二値化する処理を行っているが、二値化を行なわず反転のみを行い表示を行うようにすることもできる。
【００２５】
【発明の効果】
得られた超音波画像の輝度値を反転させることで、通常、低輝度の臓器の腔の部分を高輝度とし、腔の部分の三次元表示を行うことにより、腔の部分の形状の把握が容易となり、またこの腔の部分の容積の算出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の超音波診断装置の概略外観図である。
【図２】本実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】超音波画像を二値化反転した画像の一例を示す図である。
【図４】心腔部の抽出するための注目領域の例を示す図である。
【図５】二値化反転され、抽出された心腔部の画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０ 超音波診断装置、１６ 超音波探触子、２０ 三次元データメモリ、２２ 反転画像形成部、２４ 二値化処理部、２６ 輝度値反転部、３４ 心腔部抽出部、４０ 容積演算部。

Claims (7)

1. 生体に対し超音波を送受し、これに基づき臓器の三次元画像を提供する超音波診断装置において、
   受信した超音波信号により得られた三次元データに対し、臓器の腔の部分を表示するために各ボクセルの輝度値を反転し、この反転されたデータに基づき、臓器の腔の部分の三次元画像を提供する超音波診断装置。
2. 請求項１に記載の超音波診断装置において、前記反転されたデータに対し、対象となる臓器の腔の部分を抽出するための、関心領域を指定する手段を有する、超音波診断装置。
3. 請求項１または２に記載の超音波診断装置において、前記各ボクセルの輝度値を反転する際に、その前、またはその後において、輝度値を二値化する、超音波診断装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、前記臓器の腔の部分の三次元画像に基づき、この部分の容積を演算し、提供する、超音波診断装置。
5. 請求項４に記載の超音波診断装置において、前記腔の部分の容積の演算結果に基づき、診断支援データを演算し、提供する、超音波診断装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波診断装置において、対象となる臓器が心臓である、超音波診断装置。
7. 請求項６に記載の超音波診断装置において、対象となる腔の部分が左心室である、超音波診断装置。

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