JP2005102945A - 生体組織多次元可視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 所望の生体組織のみを選択的に抽出してより明瞭に可視化できる生体組織多次元可視装置を提供する。
【解決手段】 生体組織の互いに平行な複数の断面の各々について、超音波進行方向及び超音波走査方向に配列される複数の画素データからなる超音波断層画像データを形成する超音波診断手段と、超音波診断手段を用いて形成した各断面毎の断層画像データを格納する記憶手段と、各断面毎に少なくとも１つの局所的な閉領域を設定する閉領域設定手段と、記憶手段に格納されている各断面の断層画像データのうちの閉領域設定手段によって設定された閉領域内に存在している画素データを超音波進行方向に沿って演算処理することにより各断面についての１次元画像データを求める計算手段と、生体組織の複数の断面における求めた１次元画像データから２次元画像を表示する表示手段とを備えている。
【選択図】 図５

Description

本発明は、超音波診断装置等を利用した生体組織多次元可視装置に関する。

超音波診断装置は、線形走査型の超音波プローブを生体組織表面にあてることにより、そのプローブの線形走査方向面内の生体組織の断層画像を表示するようにしたものである。例えば、人体のある組織を観察又は可視化しようとする場合は、超音波診断装置のプローブをその組織に近い体表面にあててパルス状の超音波を発射し反射された超音波の強度を時間軸に表示する。プローブからの上述の超音波を線形走査することによって１つの断層画像が得られる。その組織全体の診断を行うためには、プローブをその線形走査方向と垂直の方向に移動させながら多数の断層画像を得、これら多数の断層画像から目視により判断を行う。

従来の超音波診断装置による診断は、上述したように多数の断層画像を医師などが目視して判断を行うことによって、病理、病変を診断し異常部位を見つけていたので、診断には専門的な高度の経験と熟練とが要求され、特別の訓練を受けた医師が断層画像の読み取りを行うことが必要であった。即ち、従来の超音波診断装置は専門の医師が画像を解読して診断を行うためのものであった。

このような不都合を解消するため、超音波診断装置からの断層画像データをコンピュータにより画像処理して２次元画像又は３次元画像を作成し、これを断層画像データに基づく所望の断面の断層画像と同一の画面上に表示することなどにより、特別の経験がなくとも生体組織の観察が容易に行えるようにした多次元可視装置が本出願人により提案され公知となっている（例えば、特許文献１及び２）。

特に特許文献２では、各断層毎の断層画像データのうちの、超音波走査方向に沿った２つの線分間の領域として指定された関心領域内に存在している画素データのうち、超音波進行方向に沿った画素データの平均値を算出して２次元画像データを求めている。

特許第２７８５６３６号 特許第２７８５６７９号

しかしながら、特許文献２のごとく、各断層画像の関心領域を超音波走査方向に沿って画像全体に拡がる２つの線分間の帯状領域とし、その内部の画像処理を行って骨組織を検出しようとすると、骨以外の他の生体組織や超音波の偽像、音響雑音などの存在により、骨組織部分のみを抽出して明瞭に画像表示することが非常に困難であった。

従って本発明の目的は、所望の生体組織のみを選択的に抽出してより明瞭に可視化できる生体組織多次元可視装置を提供することにある。

本発明によれば、生体組織の互いに平行な複数の断面の各々について、超音波進行方向及び超音波走査方向に配列される複数の画素データからなる超音波断層画像データを形成する超音波診断手段と、超音波診断手段を用いて形成した各断面毎の断層画像データを格納する記憶手段と、各断面毎に少なくとも１つの局所的な閉領域を設定する閉領域設定手段と、記憶手段に格納されている各断面の断層画像データのうちの閉領域設定手段によって設定された閉領域内に存在している画素データを超音波進行方向に沿って演算処理することにより各断面についての１次元画像データを求める計算手段と、生体組織の複数の断面における求めた１次元画像データから２次元画像を表示する表示手段とを備えた生体組織多次元可視装置が提供される。

各断面毎に少なくとも１つの局所的な閉領域が設定され、この閉領域内に存在している画素データを超音波進行方向に沿って演算処理することにより各断面についての１次元画像データが求められることにより、これが複数断面となることにより、２次元画像として表示される。各断面毎に少なくとも１つの局所的な閉領域が設定され、これが関心領域となるので、所望の生体組織以外の生体組織や超音波の偽像、音響雑音などの影響を排除することができる。その結果、例えば骨組織などの所望の生体組織部分のみを抽出して明瞭に画像表示することが可能となる。

閉領域設定手段が、操作者が任意に設定した少なくとも２つの特定の断面における少なくとも１つの局所的な閉領域から、残りの全ての断面における少なくとも１つの局所的な閉領域を補間演算により設定する設定手段であることが好ましい。全ての断面、例えば１５０断面について、操作者が少なくとも１つの局所的な閉領域を設定することは煩雑であるが、少なくとも２つの特定の断面、例えば３〜５断面のみを設定し、残りは補間計算で自動的に設定することにより、操作者の負担が大幅に軽減され、操作性が大幅に向上する。

この閉領域設定手段が、矩形形状又は楕円形状の少なくとも１つの局所的な閉領域を設定する設定手段であることがより好ましい。

計算手段が、閉領域内に存在している画素データのうちの超音波進行方向に沿った画素データの高輝度部分の輝度値を求めて各断面についての１次元画像データを求める計算手段であることが好ましい。

この計算手段が、閉領域内に存在している画素データのうちの超音波進行方向に沿った所定数の画素の加算値が最大となる部分の平均輝度値を求めて各断面についての１次元画像データを求める計算手段であることがより好ましい。

計算手段が、音響陰影を考慮した輝度値を求めて各断面についての１次元画像データを求める計算手段であることも好ましい。この場合、計算手段が、音響陰影が存在する場合は輝度値が高くなるように設定されていることが好ましい。

計算手段が、閉領域外に存在している画素データをも考慮して音響陰影を求めるように設定されているかもしれない。

計算手段が、前記閉領域内に存在している画素データのうちの超音波進行方向に沿った全ての画素データの平均値を求めることにより各断面についての１次元画像データを求める計算手段であっても良い。

表示手段が、２次元画像と、記憶手段に格納されている断層画像データに基づく所望の断面の断層画像とを同一の画面上に表示可能である表示手段であることが好ましい。

本発明によれば、所望の生体組織以外の生体組織や超音波の偽像、音響雑音などの影響を排除することができ、例えば骨組織などの所望の生体組織部分のみを抽出して明瞭に画像表示することが可能となる。

図１は本発明における生体組織多次元可視装置の一実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。

同図において、１０は超音波診断装置、１１はこの超音波診断装置１０のプローブである。この超音波診断装置１０は市販の一般的な超音波診断装置の構成を有するものであり、同図に示すように高周波パルス電圧を発生する発振器１０ａと、この高周波パルスを増幅してプローブ１１に送り出す送信アンプ１０ｂと、プローブ１１から送られる反射パルス（エコー信号）を受けて増幅する受信アンプ１０ｃと、受信アンプ１０ｃの出力を表示する例えば液晶表示装置又はＣＲＴ等の表示部１０ｄと、受信アンプ１０ｃの出力をビデオ信号に変換する機能と、１断面画像分のビデオ信号を一時的に保存するバッファ機能を有するビデオ信号出力装置１０ｅと、送信する高周波パルスと表示部１０ｄとの同期や発振周波数の選択制御などのその他の制御を行うコントローラ１０ｆとを有している。

発振器１０ａの発振周波数は、検査対象１２ａの種類に応じて、例えば骨組織であるのか筋肉や血管等の軟部組織であるのか内臓であるのか等に応じて選択されるものであり、本実施形態においては、例えば、３．５ＭＨｚ、５．０ＭＨｚ、７．５ＭＨｚのうちから選択できるように構成されている。なお、発振周波数に応じてプローブ１１も交換することがある。

プローブ１１は、多数の圧電振動子を１次元配列した線形走査型の超音波プローブである。このプローブ１１は、図示されてない水袋又は体表に塗られたゼリー状の油を介して検査すべき人体１２の皮膚表面に接触保持される。診断装置本体からこのプローブ１１へ送られた高周波パルスは、１次元配列された各圧電振動子に順次切り換えて印加され、これにより各圧電振動子から人体１２の生体組織に超音波パルスが発射される。人体１２内の検査対象１２ａ等で反射された超音波エコーは、各圧電振動子に印加されて電気的パルスに変換されてエコー信号となり、診断装置本体へ送られる。

超音波診断装置１０のビデオ信号出力装置１０ｅの出力端子は、アナログのビデオ信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄコンバータ１３を介して、例えばパーソナルコンピュータ等によるデジタルコンピュータ１４の入力インタフェース（図示なし）に接続されている。コンピュータ１４は、図示されてないＣＰＵ（中央処理装置）、後述するプログラムが格納されているＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、画像メモリ、これらを接続するバス、その他一般的な制御回路を有しており、さらに図示のごときキーボード１４ａやマウス１４ｂのごとき入力機器、ＣＲＴ１４ｃ、外部メモリ１４ｄ等を一般的に備えている。画像メモリは、超音波診断装置１０からＡ／Ｄコンバータ１３を介して送られる断層画像データを一時的に格納しておくものであり、一般的なＲＡＭで構成可能である。本実施形態では１５０断面分の断層画像データが格納できる容量を有している。この容量を越えるデータが入力された場合は、先頭アドレスから順次オーバーライトされ、従って１５０画像分の最新画像データが常に記憶されていることとなる。

次に本実施形態の動作をデジタルコンピュータ１４のフローチャートに基づいて説明する。図２は、超音波断層画像データの取り込み動作制御プログラムを説明するフローチャートである。

キーボード１４ａやマウス１４ｂによって、操作者が超音波断層画像データの取り込みを指示すると、まずステップＳ１において、取り込み動作が所定時間遅延される。これは、取り込み指示からプローブ１１の移動開始までの時間的遅れを吸収するためである。

操作者又は図示しない自動送り装置がプローブ１１を人体１２の層表面を所定の軸に沿って一定速度で移動させている間に、ステップＳ２及びステップＳ３の処理が実行される。ステップＳ２では、従来と同様の超音波診断が行われて１画面分の、即ち１つの断面についての、超音波断層画像データが取り込まれ、コンピュータ内の画像メモリに格納される。ステップＳ３では、あらかじめ指定した分だけ画像を取り込んだかどうか判別する。この判別は、実際に取り込んだ画像数が指定数となったかどうか判定してもよいし、又は起動してから所定時間経過したかどうか判定することによってもよい。後者の方が処理内容を簡易化できる。指定画像分の取り込みが終了してない場合は、ステップＳ２へ戻り、終了した場合はこの取り込み処理が終了する。

この時点で、画像メモリ内には指定数の断面に関する超音波断層画像データが格納されている。即ち、図３に示すように、画像メモリ内には人体１２の互いに異なるｎ個の断面についての断層画像データが各断層毎に蓄積されることになる。図４は、このようにして画像メモリ内に格納されたｎ断面（例えば１５０断面）の断層画像データの構成を３次元で示している。

図５は、画像表示動作制御プログラムを説明するフローチャートである。

キーボード１４ａやマウス１４ｂによって、操作者が画像表示を指示すると、ステップＳ１１において、画像表示処理動作を開始する。次いでステップＳ１２において、画像メモリに格納されている超音波断層画像データを１画像分（１断面分）だけ取り出し、ＲＡＭへ一時的に格納する。

次のステップＳ１３では、この取り出した超音波断層画像データについて低レベルのエコー部分をカットする処理を行う。この処理は、プローブ１１と皮膚表面との間で生じるノイズを除去するために行われるものであり、その内容について、以下、図６及び図７を用いて説明する。

図６はステップＳ１３における処理を説明するフローチャートであり、図７は１つの断面の画像とその超音波断層画像データとの対応関係を示す図である。図６に示すように、１断面分の超音波断層画像データは、超音波走査方向（Ｘ軸、行方向）と超音波進行方向（Ｙ軸、列方向）とのマトリクスで配列された多数の画素データＰ_ＸＹで構成されている。

図６のステップＳ１３１において、ＲＡＭ内の超音波断層画像データの先頭アドレスにポインタを合わせ、その画素データＰ_００を読み出す。各画素データＰ_ＸＹはエコーレベルに応じた０〜２５５の輝度値で表されおり、次のステップＳ１３２では読み出した画素データＰ_００が輝度値５０以下であるかどうか判別する。画素データが輝度値５０以下の場合のみ、次のステップＳ１３３においてその画素データＰ_００の輝度値を０としＲＡＭに再格納する。次のステップＳ１３４ではＹ軸方向（超音波進行方向、図７を参照のこと）の次の行の画素データＰ_１０に対応する位置にアドレスを歩進させる。次のステップＳ１３５ではＹ軸方向の全ての画素データＰ_０１、Ｐ_０２、Ｐ_０３、・・・、Ｐ_０ｍについて以上の処理が終了したかどうか判別し、終了してない場合はステップＳ１３１に戻ってこれら画素データについて同様の処理を行う。終了した場合は次のステップＳ１３６においてＸ軸方向（超音波走査方向、図７を参照のこと）の次の列の先頭行の画素データＰ_０１に対応する位置にアドレスを歩進させる。次のステップＳ１３７ではＸ軸方向についても最後の列の画素データＰ_ｎ０、Ｐ_ｎ１、・・・、Ｐ_ｎｍまで処理が終了したかどうか判別し、終了してない場合はステップＳ１３１に戻って同様の処理を繰り返して行う。終了した場合は図５のステップＳ１４へ進む。

図５のステップＳ１４では、皮膚表面の座標値の検出を行う。この処理は、超音波断層画像データを超音波の進行方向に順次チェックして隣接する画素データ間の輝度値の差が０ではなくなった位置を皮膚表面として検出するものであり、そのより詳しい内容が図８に示されている。

図８のステップＳ１４１において、ステップＳ１３の処理が実施された後のＲＡＭ内の超音波断層画像データが格納されている先頭アドレスにポインタを合わせ、その画素データＰ_００を読み出す。次のステップＳ１４２では前の画素データとの輝度値の差が０であるかどうか判別する。輝度値の差が０でなくなった場合のみ、この位置が皮膚表面であると判断して次のステップＳ１４３においてその画素データの座標値をＲＡＭに格納する。輝度値の差が０である場合はステップＳ１４４へ進み、Ｙ軸方向（超音波進行方向、図７を参照のこと）の次の行の画素データＰ_０１に対応する位置にアドレスを歩進させる。次のステップＳ１４５ではＹ軸方向の全ての画素データＰ_０１、Ｐ_０２、Ｐ_０３、・・・、Ｐ_０ｍについて以上の処理が終了したかどうか判別し、終了してない場合はステップＳ１４１に戻ってこれら画素データについて同様の処理を行う。終了した場合及び輝度値の差が０でなくなりステップＳ１４３の処理を実行した場合は次のステップＳ１４６においてＸ軸方向（超音波走査方向、図７を参照のこと）の次の列の先頭行の画素データＰ_０１に対応する位置にアドレスを歩進させる。次のステップＳ１４７ではＸ軸方向についても最後の列の画素データＰ_ｎ０、Ｐ_ｎ１、・・・、Ｐ_ｎｍまで処理が終了したかどうか判別し、終了してない場合はステップＳ１３１に戻って同様の処理を繰り返して行う。終了した場合は図５のステップＳ１５へ進む。

以上の処理によりＲＡＭ内には、この超音波断層画像データにおける皮膚表面２０（図７参照）の座標データが蓄積されることとなる。即ち、プローブ１１と人体の層表面との間には水を詰めた水袋又はゼリー状の油のみでありプローブ１１から発射された超音波ビームが音響インピーダンスの違いにより最初に反射するのは、その皮膚表面であるとみなされるので、輝度値の差が０であるかどうか判別することによって皮膚表面の位置が分かるのである。

図５のステップＳ１５では、指定画像分について以上のステップＳ１２〜Ｓ１４の処理が全て終了したかどうか判別する。終了していない場合はステップＳ１２へ戻って同様の処理を繰り返して行う。終了した場合はステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、ステップＳ１５で得た皮膚表面の座標データから、皮膚表面の補正曲線を作成する。

次のステップＳ１７では、関心領域として、操作者が複数の特定の断層画像上に局所的な閉領域を設定する。図９はこの閉領域設定処理の内容を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１７１において、操作者が指定した断面の断層画像が表示される。次いで、ステップＳ１７２において、操作者がマウス１４ｂなど用いて、その断層画像上で楕円による閉領域を設定する。この設定は、楕円の中心位置及び大きさを指定することにより行われる。即ち、操作者は、表示されている断層画像上において、偽像や音響雑音を避けながら、検査対象である生体組織、例えば骨組織、筋肉や血管等の軟部組織又は内臓（以下の説明では骨組織であるとする）、のみをできるだけ包み込むようにマウス１４ｂを操作しながら、少なくとも１つの楕円の閉領域を設定する。具体的には、マウス１４ｂをクリックすると、カーソル位置を中心にした規定の大きさの楕円が生成され、表示される。マウスをドラッグするか、又は画面上に表示された操作ボタンをクリックすることによって、その中心位置及び大きさを調整し、骨組織の外周により近づくことができるように構成されている。

図１０の（Ａ）は本実施形態における閉領域による関心領域、（Ｂ）特許文献２に記載された開領域による従来の関心領域をそれぞれ示している。

同図（Ｂ）に示すごとく対象とする骨組織１００ａ及び１００ｂを含む帯状の開領域である従来の関心領域１０２によると、不要な他の生体組織が関心領域に含まれてしまうが、同図（Ａ）に示すごとく楕円の閉領域１０１ａ及び１０１ｂで骨組織１００ａ及び１００ｂそれぞれのみ包み込むように設定することによって、不要な他の生体組織、偽像や音響雑音を含まないように関心領域設定が可能となる。なお、図１０は、閉領域を２つ設定する例であるが、３つ以上の閉領域を設定しても良いし、単一の閉領域を設定しても良いことは明らかである。

図１１に示すように、楕円の中心位置の座標をＣ（ｘ_０，ｙ_０）、長径をａ、短径をｂとすると、楕円の式は（ｘ−ｘ_０）^２／ａ^２＋（ｙ−ｙ_０）^２／ｂ^２＝１で与えられる。関心領域は楕円の閉領域として表され、画像処理においても楕円で演算されるが、コンピュータ内部では、この楕円が外接する矩形の左上のコーナー座標Ｐ_Ｃ１（ｘ_１，ｙ_１）及び右下のコーナー座標Ｐ_Ｃ２（ｘ_２，ｙ_２）が、この断面における関心領域データとして記憶される。この場合、ｘ_０＝（ｘ_１＋ｘ_２）／２、ｙ_０＝（ｙ_１＋ｙ_２）／２、ａ＝（ｘ_２−ｘ_１）／２、ｂ＝（ｙ_２−ｙ_１）／２となる。

図９の次のステップＳ１７３では、複数の特定の断面の断層画像について閉領域設定を終了したかどうか判別し、設定していない場合は、ステップＳ１７１へ戻って次の設定すべき断面の断層画像の表示を行ってステップＳ１７２へ進み、同様の処理を行う。

操作者による閉領域の設定は、全ての断面、例えば１５０断面について行うと処理が煩雑となるので、少なくとも２つの特定の断面、例えば３〜５断面のみで行う。この特定の断面としては、最初の断面及び最後の断面に加えて、対象となる骨組織が変曲している断面を選ぶことが、後に他の断面の断層画像の閉領域を補間で求めた場合に、より正確な閉領域の自動設定が可能となる。

図５のステップＳ１８では、ステップＳ１７で設定した複数の特定の断面の断層画像における閉領域から、残りの全ての断面における閉領域を補間演算により自動的に設定する。図１２はこの閉領域設定処理の内容を示すフローチャートであり、図１３は特定の断面の断層画像とそこで設定されている楕円の閉領域との関係を示す図であり、図１４は補間演算を説明する図である。

まず、ステップＳ１８１では、１つの断面の断層画像を取り出して、その断層画像において閉領域が設定されているかどうか設定状況を検出する。その断層画像上に閉領域が設定されている場合はステップＳ１８２からステップＳ１８３へ進み、設定されていない場合はステップＳ１８６へ進む。図１３に示すように、最初の断面１３０では閉領域１３０ａが設定されているので、ステップＳ１８３へ進む。

ステップＳ１８３では、この断面１３０に対応する断面１３１、即ち次に閉領域設定が行われている特定の断面１３１の断層画像を取り出して、その断面で設定されている閉領域１３１ａの状況、例えばその数などを検出する。その断面で設定されている閉領域の数が最初の断面の断層画像の閉領域の数と一致した場合は対応しているとしてステップＳ１８４からステップＳ１８５へ進み、一致しない場合は補間演算ができないので、この図１２の処理、従って図５のステップＳ１８の処理を終了し、操作者による閉領域の設定をやり直す。

ステップＳ１８５では、閉領域が設定されている２つの断面１３０及び１３１間の全ての断面について、補間演算により楕円の閉領域が求められる。

補間演算は、本実施形態では、直線補間が用いられている。即ち、図１４に示すように、閉領域の設定されている断面１３０及び１３１における楕円の閉領域１３０ａ及び１３１ａが外接する矩形１３０ｂ及び１３１ｂの左上のコーナー座標Ｐ_{Ｃ１１３０}（ｘ_１１３０，ｙ_１１３０）及びＰ_{Ｃ１１３１}（ｘ_１１３１，ｙ_１１３１）により、算出する断面１３３における楕円の閉領域１３３ａが外接する矩形１３３ｂの左上のコーナー座標Ｐ_{Ｃ１１３３}（ｘ_１１３３，ｙ_１１３３）が直線補間される。同様に、外接矩形１３０ｂ及び１３１ｂの右下のコーナー座標Ｐ_{Ｃ２１３０}（ｘ_２１３０，ｙ_２１３０）及びＰ_{Ｃ２１３１}（ｘ_２１３１，ｙ_２１３１）により、算出する断面１３３における外接矩形１３３ｂの右下のコーナー座標Ｐ_{Ｃ２１３３}（ｘ_２１３３，ｙ_２１３３）が直線補間される。

この補間演算により、
ｘ_１１３３＝（ｎ_１ｘ_１１３１＋ｎ_２ｘ_１１３０）／（ｎ_１＋ｎ_２）
ｙ_１１３３＝（ｎ_１ｙ_１１３１＋ｎ_２ｙ_１１３０）／（ｎ_１＋ｎ_２）
ｘ_２１３３＝（ｎ_１ｘ_２１３１＋ｎ_２ｘ_２１３０）／（ｎ_１＋ｎ_２）
ｙ_２１３３＝（ｎ_１ｙ_２１３１＋ｎ_２ｙ_２１３０）／（ｎ_１＋ｎ_２）
なる座標Ｐ_{Ｃ１１３３}（ｘ_１１３３，ｙ_１１３３）及びＰ_{Ｃ２１３３}（ｘ_２１３３，ｙ_２１３３）が得られる。ただし、ｎ_１は断面１３０からの断面１３３までの断面数、ｎ_２は断面１３３からの断面１３１までの断面数である。

次のステップＳ１８６においては、全ての断面について閉領域が設定されていることを検出したかどうか判別し、設定されている場合はこの図１２の処理を終了する。設定されていない場合はステップＳ１８１へ戻り、現在の断面１３１において閉領域１３１ａが設定されているかどうか設定状況を検出する。この現在の断面１３１では閉領域１３１ａが設定されているので、ステップＳ１８２からステップＳ１８３へ進み、前述した内容と同様の処理が実行され、この断面１３１とこれに対応する断面１３２との間の断面について補間演算によって閉領域が求められる。

このように、図５のステップＳ１８の補間演算によって、全ての断面、例えば１５０断面の楕円閉領域が設定される。閉領域が複数設定されている場合も同様に補間演算することによって、全ての断面に楕円閉領域が設定される。このようにして設定された閉領域を各断面を縦断する方向に連結すると、対象となる骨組織に沿ってこれを包含する管状の領域が形成される。

図５のステップＳ１９では、超音波断層画像データから骨及び軟部組織の２次元画像データを求め、これに基づいて２次元輝度画像をＣＲＴ１４ｃ上に表示する。ステップＳ１９のより詳しい内容が図１５に示されている。

図１５のステップＳ１９１においては、コンピュータ１４のＲＡＭ内のポインタによって指定された１つの断面における超音波断層画像データが読み出される。次いで、ステップＳ１９２において、その指定断面における皮膚及びその下の脂肪層に対応する画素データが超音波断層画像データから削除される。皮膚及び脂肪層の深さ１７２ａ（図１７参照）は、可変の表面補正値としてあらかじめ設定されている。従って、削除すべき画素データ領域は、皮膚表面座標データとこの表面補正値とによって規定されることとなる。

次のステップＳ１９３においては、その断面における関心領域である閉領域内の断層画像データから超音波進行方向（Ｙ軸方向）において高輝度部分を探し、その部分の輝度値を算出する。さらに、閉領域内の輝度分布から音響陰影の有無を判別し、音響陰影が存在しない部分では、高輝度部分の輝度値が減少するような補正を行い、補正後の高輝度部分の超音波進行方向（Ｙ軸方向）の画素における平均輝度値を求め、これをその断面における１次元画像データとする。

以下、このステップＳ１９３の演算処理内容について、図１６を用いて詳しく説明する。

まず、楕円の関心領域１６０内の断層画像データについて、Ｘ軸方向の最も手前の画素列において、Ｙ軸方向にｍ_１画素分の輝度値を加算した値Ｄ_１を求める。Ｙ軸方向に１画素づつずらしながら同様にＤ_１を求め、Ｄ_１が最大となるＹ軸方向位置及びそのときの値Ｄ_１ＭＡＸを求める。この最大値Ｄ_１ＭＡＸは、対象とする骨組織１６１の部分である高輝度部分で得られることとなる。次いで、このＤ_１が最大である位置に続けてＹ軸方向にｍ_２画素分の輝度値を加算した値Ｄ_２を求める。ただし、この値Ｄ_２を求める場合、楕円の関心領域１６０の外の断層画像データも使用することがある。ｍ_１及びｍ_２は、実験的に決定した係数であり、その一例として、例えばｍ_１＝５、ｍ_２＝２０である。

次いで、音響陰影に基づく補正係数である音響陰影効果係数ＳｅをＳｅ＝Ｄ_１ＭＡＸ／（Ｄ_１ＭＡＸ＋Ｄ_２）から算出する。この音響陰影効果係数Ｓｅは、音響陰影が存在するときは大きくなり、存在しない場合は小さくなる。

その後、この音響陰影効果係数Ｓｅ及び最大値Ｄ_１ＭＡＸを用いて、そのＸ軸方向の画素列における平均輝度値Ｄを、Ｄ＝Ｄ_１ＭＡＸ（ｋ_１Ｓｅ＋ｋ_２）から求める。ｋ_１及びｋ_２も、実験的に決定した係数であり、その一例として、例えばｋ_１＝０．７、ｋ_２＝０．３である。

次いで、Ｘ軸方向の次の画素列において同様の演算を行って平均輝度値Ｄを求め、関心領域１６０内の全ての画素列について平均輝度値Ｄを求めることにより、この断面の１次元画像データを得る。

次いで、ステップＳ１９４において、指定された断面についてのＸ軸に沿った平均輝度値Ｄが（例えば２５６階調の）輝度情報に変換され、１本の線の輝度画像としてＣＲＴ１４ｃ上に表示される。これは、例えば図１７の破線１７１ａに沿った線画像に相当している。

上述した説明では、楕円関心領域内の音響陰影を考慮した高輝度部分の平均輝度値Ｄを求めて各断面の１次元画像データを算出しているが、楕円関心領域内における超音波進行方向（Ｙ軸方向）に沿った全ての画素データの平均値を求めて各断面の１次元画像データを算出しても良い。この場合の平均値の算出方法としては、関心領域内における各列の全ての画素データの和を関心領域内におけるその列の画素数で割り算することによって得られる。なお、本発明における閉領域内に存在している画素データを超音波進行方向に沿って演算処理することによって各断面の１次元画像データを求める方法は、上述したものに限定されるものではない。

次のステップＳ１９５においては、ポインタを次の断面における超音波断層画像データ及び皮膚表面座標データに移動する。次のステップＳ１９６では、全ての断面について上述のステップＳ１９１〜Ｓ１９５の処理が終了したかどうか判別する。終了していない場合はステップＳ１９１へ戻って同様の処理を繰り返して行う。全ての断面について終了した場合は図５のステップＳ２０へ進む。

以上の処理によりコンピュータのＣＲＴ１４ｃ上には、図１７に示すように、骨組織を示す２次元の輝度画像１７１がＸ線像のごとく表示されることとなる。

図５のステップＳ２０では、図１７に示すように、指定された断面についての断層画像１７２がコンピュータ１４のＲＡＭ内に格納されている超音波断層画像データを用いて、２次元の輝度画像１７１と同一の画面１７０内に表示される。次のステップＳ２１では、指定された断面の位置を表すマーク１７５が２次元画像１７１の側部に表示され、これによって２次元輝度画像と断層画像との対応関係が一目で分かるようになる。このマーク１７５の表示としては、例えば、（１）そのマークの表示色を他部分の像と異なる色とする、（２）マーク１７５を点滅させる、（３）マーク１７５に破線、鎖線又は点滅線等の特別の線を付随させる等がある。

例えばキーボード１４ａ又はマウス１４ｂ等を用いて、画面１７０上でマーク１７５を移動させることによって所望の断面を指定し、その指定された断面の超音波断層画像データを画面１７０上に表示することができる。

以上述べたように、本実施形態では、図１７に示すように、対象となる骨組織１７４ａ及び１７４ｂの外周にできるだけ近接しこれら骨組織１７４ａ及び１７４ｂのみを包み込むような楕円の閉領域１７３ａ及び１７３ｂを各断面に設け、このようにして設定された閉領域を各断面を縦断する方向に連結することにより、図１８に示すような対象となる骨組織１７４ａ及び１７４ｂに沿ってこれを包含する管状の領域１７６ａ及び１７６ｂが形成される。このような管状の関心領域１７６ａ及び１７６ｂ内で演算を行うことによって、不要な他の生体組織、偽像や音響雑音を含まない画素データでの画像処理が可能となり、所望の骨組織のみを明瞭に画像表示することが可能となる。

もちろん本実施形態によれば、所望の断面に関する断層画像の隣に検査対象である骨組織の２次元輝度画像が表示され、しかも２次元輝度画像のどの位置の断層画像かがマーク等で明示されるので、両者の関係が具体的（客観的）に把握でき、特別の経験がなくとも人体組織、例えば骨、軟部組織の腱、筋結合組織等の損傷変化の解析を容易に行うことができる。このため、骨折、打撲、捻挫等、外部からは診断できないもの及びＸ線撮像でも診断が難しいものについて、特別の経験がないものでも把握することができる。しかも操作が簡単であり、容易に骨、腱、筋肉組織について観察することができる。また、Ｘ線のごとく危険性もなく、操作に法的な制限がないのでだれでも簡便に使用することができる。さらに、ＣＴスキャン装置等に比してはるかに安価に製造することができる。

なお、上述の実施形態においては、骨組織の２次元画像を輝度画像で表しているが、骨組織の２次元画像を適当な数の輝度値別に異なる色とした色画像で表示することにより体内の損傷変化をより明瞭に表示するようにしてもよいことは明らかである。

なお、このようにして表示された２次元輝度画像を参照し、抽出対象の骨組織が管状の関心領域に含まれるように閉領域の再設定を行うことも可能であり、その場合、より明瞭に画像表示することができる。

図１９〜図２１は、図１７に示したごとき断層画像及び２次元輝度画像をコンピュータの画面上に実際に表示した例を示す写真図である。図１９は本発明による楕円関心領域内の音響陰影を考慮した高輝度部分の平均輝度値Ｄを求めて各断面の１次元画像データを算出した場合、図２０は本発明による楕円関心領域内における超音波進行方向（Ｙ軸方向）に沿った全ての画素データの平均値を求めて各断面の１次元画像データを算出した場合、図２１は従来技術による超音波走査方向（Ｘ軸方向）に沿って画像全体に拡がる２つの線分間の帯状の関心領域内における超音波進行方向（Ｙ軸方向）に沿った全ての画素データの平均値を求めて各断面の１次元画像データを算出した場合である。

図２１の従来技術に比べて、図１９及び図２０の本発明では、骨組織が明瞭に表示されており、その骨折部分が鮮明に示されている。特に図１９の方式は、図２０の方式に比べて骨折部分がさらに鮮明に表示されている。

以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。

本発明における生体組織多次元可視装置の一実施形態の構成を概略的に示すブロック図である。 超音波断層画像データの取り込み動作制御プログラムを説明するフローチャートである。 人体とその断層画像との関係を説明する図である。 画像メモリ内に格納されたｎ断面の断層画像データが３次元で表わす図である。 画像表示動作制御プログラムを説明するフローチャートである。 図５の低レベルエコーカット処理の内容を説明するフローチャートである。 １つの断面例における画像とその超音波断層画像データとの対応関係を示す図である。 図５の皮膚表面位置の検出処理の内容を説明するフローチャートである。 図５の閉領域を設定する処理の内容を説明するフローチャートである。 閉領域による関心領域と従来技術による関心領域とを比較して説明する図である。 楕円を特定する座標を説明する図である。 図５の閉領域の補間処理の内容を説明するフローチャートである。 特定の断面の断層画像とそこで設定されている楕円の閉領域との関係を示す図である。 図１２の閉領域の補間処理における演算内容を説明する図である。 断層画像データについて音響陰影を考慮した高輝度部分の平均輝度値を算出し各断面毎の２次元画像データを形成する図５の処理の内容を説明するフローチャートである。 図１５の音響陰影を考慮した高輝度部分の平均輝度値の演算内容を説明する図である。 図５の画像表示動作制御プログラムによって表示される画面例を示す図である。 各断層の閉領域を連結して形成される管状の領域を説明する図である。 断層画像及び２次元輝度画像をコンピュータの画面上に実際に表示した例を示す写真図である。 断層画像及び２次元輝度画像をコンピュータの画面上に実際に表示した例を示す写真図である。 断層画像及び２次元輝度画像をコンピュータの画面上に実際に表示した例を示す写真図である。

符号の説明

１０ 超音波診断装置
１０ａ 発振器
１０ｂ 送信アンプ
１０ｃ 受信アンプ
１０ｄ 表示部
１０ｅ ビデオ信号出力装置
１０ｆ コントローラ
１１ プローブ
１２ 人体
１２ａ 検査対象
１３ Ａ／Ｄコンバータ
１４ デジタルコンピュータ
１４ａ キーボード
１４ｂ マウス
１４ｃ ＣＲＴ
１４ｄ 外部メモリ
２０ 皮膚表面
１００ａ、１００ｂ、１６１、１７４ａ、１７４ｂ 骨組織
１０１ａ、１０１ｂ、１３０ａ、１３１ａ、１３３ａ、１６０ 閉領域
１０２ 帯状の関心領域
１３０、１３１、１３３ 断面
１３０ｂ、１３１ｂ、１３３ｂ 矩形領域
１７０ 画面
１７１ ２次元輝度画像
１７２ 断層画像
１７５ マーク
１７６ａ、１７６ｂ 管状領域

Claims (10)

1. 生体組織の互いに平行な複数の断面の各々について、超音波進行方向及び超音波走査方向に配列される複数の画素データからなる超音波断層画像データを形成する超音波診断手段と、該超音波診断手段を用いて形成した各断面毎の断層画像データを格納する記憶手段と、前記各断面毎に少なくとも１つの局所的な閉領域を設定する閉領域設定手段と、前記記憶手段に格納されている各断面の断層画像データのうちの前記閉領域設定手段によって設定された閉領域内に存在している画素データを超音波進行方向に沿って演算処理することにより各断面についての１次元画像データを求める計算手段と、生体組織の前記複数の断面における該求めた１次元画像データから２次元画像を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする生体組織多次元可視装置。
2. 前記閉領域設定手段が、操作者が任意に設定した少なくとも２つの特定の断面における少なくとも１つの局所的な閉領域から、残りの全ての断面における少なくとも１つの局所的な閉領域を補間演算により設定する設定手段であることを特徴とする請求項１に記載の生体組織多次元可視装置。
3. 前記閉領域設定手段が、矩形形状又は楕円形状の少なくとも１つの局所的な閉領域を設定する設定手段であることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体組織多次元可視装置。
4. 前記計算手段が、前記閉領域内に存在している画素データのうちの超音波進行方向に沿った画素データの高輝度部分の輝度値を求めて各断面についての１次元画像データを求める計算手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の生体組織多次元可視装置。
5. 前記計算手段が、前記閉領域内に存在している画素データのうちの超音波進行方向に沿った所定数の画素の加算値が最大となる部分の平均輝度値を求めて各断面についての１次元画像データを求める計算手段であることを特徴とする請求項４に記載の生体組織多次元可視装置。
6. 前記計算手段が、音響陰影を考慮した輝度値を求めて各断面についての１次元画像データを求める計算手段であることを特徴とする請求項４又は５に記載の生体組織多次元可視装置。
7. 前記計算手段が、音響陰影が存在する場合は前記輝度値が高くなるように設定されていることを特徴とする請求項６に記載の生体組織多次元可視装置。
8. 前記計算手段が、前記閉領域外に存在している画素データをも考慮して音響陰影を求めるように設定されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の生体組織多次元可視装置。
9. 前記計算手段が、前記閉領域内に存在している画素データのうちの超音波進行方向に沿った全ての画素データの平均値を求めることにより各断面についての１次元画像データを求める計算手段であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の生体組織多次元可視装置。
10. 前記表示手段が、前記２次元画像と、前記記憶手段に格納されている断層画像データに基づく所望の断面の断層画像とを同一の画面上に表示可能である表示手段であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の生体組織多次元可視装置。