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【発明の名称】 三次元画像処理装置
【発明者】 【氏名】望月 剛

【氏名】赤羽 睦弘
【要約】 【課題】三次元投影画像を表示する装置において、表示対象の三次元空間に対して複数の視点を設定できるようにし、かつ処理時間を短縮する。

【解決手段】三次元ボクセル空間１００は、複数の走査面Ｓで構成される。各走査面Ｓは超音波ビームを走査することによって形成される。Ｙ方向ボクセル演算部２０は、超音波ビーム方向でＹ方向に沿ってデータの時系列順でボクセル演算を実行する。Ｘ方向ボクセル演算部２８は、走査面上におけるビーム走査方向であるＸ方向に沿ってデータ並び順でボクセル演算を実行する。Ｚ方向ボクセル演算部３０は、各走査面を貫通する走査面の整列方向であるＺ方向に沿って各アドレスごとにボクセル演算を実行する。これらの３つのボクセル演算により第１画像１０２、第２画像１０４及び第３画像１０６が形成される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する演算手段と、前記各アドレスごとの最終画素値演算結果を利用して構成される三次元投影画像を表示する表示手段と、を含み、前記複数の走査面にわたる各アドレスごとのデータ列に対し、その時系列順で画素値演算が実行されることを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記走査面上の各アドレスに対応した記憶領域を有し、前記演算手段で演算された画素値演算結果が前記前回の画素値演算結果として格納される第１フレームメモリを含み、前記画素値演算の実行ごとに前記第１フレームメモリが再帰的に利用されることを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項３】 請求項２記載の装置において、前記走査面の各アドレスに対応した記憶領域を有し、前記演算手段の演算で利用されるパラメータが格納される第２フレームメモリを含むことを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項４】 請求項１記載の装置において、前記演算手段は、ｉ番目の走査面におけるデータをｅiとし、重み付け値としての不透明度をαiとし、前回の画素値演算結果をＣINi（＝ＣOUTi-1）とし、今回の画素値演算結果をＣOUTiとした場合、ＣOUTi＝（１−αi）ＣINi＋αi・ｅiの演算を実行することを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項５】 請求項１記載の装置において、前記送受波手段は超音波の送受波を行い、前記データはエコーデータであることを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項６】 走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面を構成する各ビームごとに、データの時系列順に従って、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第１演算手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第２演算手段と、前記第１演算手段の演算結果を利用して構成される第１三次元投影画像と、前記第２演算手段の演算結果を利用して構成される第２三次元投影画像と、を一緒に表示する表示手段と、を含むことを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項７】 走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各深さのデータ列ごとに、そのデータ並び順で、前回の画素値演算結果と当該データとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する演算手段を含み、前記演算手段の演算結果を利用して構成される三次元投影画像を表示する表示手段と、を含み、各深さのデータ列ごとにそのデータ並び順で画素値演算が実行されることを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項８】 走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面を構成する各ビームごとに、データの時系列順に従って、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第１演算手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第２演算手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各深さのデータ列ごとに、そのデータ並び順で、前回の画素値演算結果と当該データとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第３演算手段と、前記第１演算手段の演算結果を利用して構成される第１三次元投影画像と、前記第２演算手段の演算結果を利用して構成される第２三次元投影画像と、前記第３演算手段の演算結果を利用して構成される第３三次元投影画像と、を一緒に表示する表示手段と、を含むことを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項９】 請求項８記載の装置において、前記第１演算手段、前記第２演算手段及び前記第３演算手段が並列的に動作することを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項１０】 走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面ごとにデータ配列変換を実行し、表示座標系に従ったデータ配列を順次形成する座標変換手段と、前記データ配列の形成順序に従って、表示座標系上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する演算手段と、前記各アドレスごとの最終画素値演算結果を利用して構成される三次元投影画像を表示する表示手段と、を含み、前記複数のデータ配列にわたる前記表示座標系上の各アドレスごとのデータ列に対し、その時系列順で画素値演算が実行されることを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項１１】 走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面ごとにデータ配列変換を実行し、表示座標系に従ったデータ配列を順次形成する座標変換手段と、前記データ配列の形成順序に従って、水平方向又は垂直方向に沿ったデータ列ごとに、そのデータ並び順で、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する演算手段と、前記演算手段の演算結果を利用して構成される三次元投影画像を表示する表示手段と、を含むことを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項１２】 請求項１０又は１１記載の装置において、前記座標変換後のデータ配列で各データが格納されるフレームメモリを有し、前記フレームメモリがデータ配列単位で再帰的に利用されることを特徴とする三次元画像処理装置。
【請求項１３】 走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面ごとにデータ配列変換を実行し、表示座標系に従ったデータ配列を順次形成する座標変換手段と、前記データ配列の形成順序に従って、水平方向又は垂直方向に沿ったデータ列ごとに、そのデータ並び順で、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第１演算手段と、前記データ配列の形成順序に従って、表示座標系上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第２演算手段と、前記第１演算手段による演算結果を利用して構成される第１三次元投影画像と前記第２演算手段による演算結果を利用して構成される第２三次元投影画像とを一緒に表示する表示手段と、を含むことを特徴とする三次元画像処理装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は三次元画像処理装置に関し、特に、三次元投影画像を形成する超音波診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】三次元画像を構成する方法として、ボリューム・レンダリング（Volume Renderring）法が知られている。この方法は各種の投影法を包含するものである。例えば、三次元ボクセル空間（データ取込空間）に対して複数の視線（レイ）を設定し、各視線上において所定のデータ演算を逐次的に実行し、最終的な演算結果をスクリーン上の対応点に表すという投影法もボリューム・レンダリング法の１つである。視線上に沿った逐次演算手法としては、例えば不透明度などの概念を利用した手法、最大値を探索する手法、最小値を探索する手法、データを積算する手法、などの各種の手法が提案されている。
【０００３】従来の三次元画像処理装置、特に従来の三次元超音波診断装置において、上述のボリューム・レンダリング法を実現しようとする場合、三次元データ取込空間内のすべての各データ（ボクセル値）は、三次元データメモリへいったん格納される。そして、各視線上に沿って各データが個別的に読み出され、上述のような演算が実行される。従って、視線上のエコーデータを特定するために、複雑な座標計算が必要であり、画像形成までに多くの時間を要するという問題があった。もちろん、高速のメモリやＣＰＵを使用すれば処理時間を短縮できるが、その場合には装置のコストが上昇してしまうという問題があった。
【０００４】そこで、本願出願人は、特願平１０−３３５３８号で処理時間を大幅に削減できる三次元画像処理装置を提案している。かかる装置においては、超音波ビームのビーム方向に沿って各エコーデータ（ボクセル）の演算が逐次的に行われ、すなわち、データの時系列順でその取込タイミングに同期して画素値演算を逐次実行していくものであるため、ほぼリアルタイムでボリュームレンダリング演算を実現することが可能である。
【０００５】しかしながら、その場合においては、視点が超音波探触子の送受波原点に固定されるため、視点を変えて対象物体の三次元投影像を見たいという要求を満たすことはできなかった。疾病診断に当たって、臓器を複数の角度から投影画像として観察できればより疾病診断精度を向上できる。
【０００６】本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、計測されたデータを利用してボリューム・リンダリング法により三次元画像を構成する場合に、その処理時間を短縮するとともに、複数の視点を設定できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】（１）上記目的を達成するために、本発明は、走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する演算手段と、前記各アドレスごとの最終画素値演算結果を利用して構成される三次元投影画像を表示する表示手段と、を含み、前記複数の走査面にわたる各アドレスごとのデータ列に対し、その時系列順で画素値演算が実行されることを特徴とする。
【０００８】上記構成によれば、三次元データ取込空間（ボクセル空間）を構成する複数の走査面にわたって、それらを貫通する複数の視線が走査面上のアドレス単位で設定される。そして、各視線上のデータ列に対して、その時系列順で画素値演算が行われる。各画素値演算に当たっては、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとが利用される。すなわち、すべてのデータの取得後に一括演算を行う必要はなく、個々のデータの取得時に逐次的に画素値演算を進行させることができる。また、複数の走査面間において同じアドレスのデータ列を視線上のデータ列とみなしたので、視線設定に当たって特別なアドレス計算を行う必要がなく、迅速な処理を達成できる。よって、データ取込タイミングに同期して実質的に実時間で画像処理を行える利点がある。
【０００９】上記の画素値演算は、走査面上の全データが取り込まれた後に各アドレス単位で開始されるようにしてもよいが、データが得られたアドレスから順次開始するようにしてもよい。いずれにしても、ボクセル空間内のすべてのデータの取込を待って演算を開始するのではないので、三次元投影画像の形成時間を短縮できる。特に、各走査面の処理に当たって、データが得られたアドレスから画素値演算を開始させれば、より迅速な処理を達成できる。
【００１０】上記の画素値演算としては、視線上に沿って逐次的に画素値演算を行う各種の手法を適用できる。例えば、不透明度などを利用した手法、最大値を検索する手法、最小値を検索する手法、積算を行う手法など各種の手法を適用できる。
【００１１】画素値演算の終了条件としては適宜設定可能であり、例えば最終走査面まで画素値演算が進行した時点で画素値演算を終了させるようにしてもよく、あるいは、所定の条件を満たした時点で画素値演算を終了させるようにしてもよい。それらの場合、各アドレスごとに異なるタイミングで画素値演算が終了してもよく、あるいは同じタイミングで（同じ走査面上で）画素値演算が終了してもよい。
【００１２】本発明の好適な態様では、前記走査面上の各アドレスに対応した記憶領域を有し、前記演算手段で演算された画素値演算結果が前記前回の画素値演算結果として格納される第１フレームメモリを含み、前記画素値演算の実行ごとに前記第１フレームメモリが再帰的に利用される。
【００１３】上記構成によれば、ボクセル空間を構成するすべてのデータを格納する従来の記憶手段に代えて、１フレーム分の画素値演算結果を格納しておくフレームメモリを利用できる。よって、その面でのコストダウンを図ることができる。
【００１４】本発明の好適な態様では、前記走査面の各アドレスに対応した記憶領域を有し、前記演算手段の演算で利用されるパラメータが格納される第２フレームメモリを含む。すなわち、上記の画素値演算結果の他に、他の情報を格納しておく必要がある場合には第２フレームメモリを設け、それを再帰的に利用すればよい。
【００１５】（２）本発明の好適な態様では、前記画素値演算手段は、各データごとに、 ＣOUTi＝（１−αi）ＣINi＋αi・ｅi ・・・（１）
の計算を実行する。ここでは、ｉ番目の走査面におけるデータがｅiで表され、重み付け値としての不透明度がαiで表され、前回の画素値演算結果がＣINiで表され、今回の画素値演算結果がＣOUTiで表されている。ただし、前回の画素値演算結果（前データの出力光量）は、以下のように、今回の画素値演算における入力光量に相当する。
【００１６】
ＣINi＝ＣOUTi-1 ・・・（２）
画素値演算の終了条件として、例えば、最終の走査面まで画素値演算が進行した場合（第１条件）、不透明度αの積算値が１に到達した場合（第２条件）などをあげることができ、望ましくは、それらのいずれかの条件が満たされた場合に画素値演算を終了させる。
【００１７】画素値演算が終了した時点の画素値は、スクリーン上における当該視線に対応する画素の画素値Ｐ（ｘ，ｙ）として以下のように決定される。ここで、ｘ，ｙはスクリーン上のアドレスを示すものとする。
【００１８】
Ｐ（ｘ，ｙ）＝ＣOUTlast ・・・（３）
よって、各視線上において、上記の画素値演算を進行させれば、各視線ごとに画素値を決定でき、それらによって三次元投影画像が構成される。
【００１９】（３）上記目的を達成するために、本発明は、走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面を構成する各ビームごとに、データの時系列順に従って、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第１演算手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第２演算手段と、前記第１演算手段の演算結果を利用して構成される第１三次元投影画像と、前記第２演算手段の演算結果を利用して構成される第２三次元投影画像と、を一緒に表示する表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００２０】上記構成によれば、第１演算手段によってビーム方向と視線方向とを一致させた画素値演算が行われ、第２演算手段によって走査面の整列方向と視線方向とを一致させた画素演算が行われる。そして、第１三次元投影画像と第２三次元投影画像が一緒に表示される。よって、２つの視点によってボクセル空間を投影像として観察でき、特に医療診断において有用な情報を提供できる。すなわち、例えば癌組織を上面及び正面から投影像として観察することなどが可能となり、より疾病診断を的確に行えるという利点がある。
【００２１】（４）上記目的を達成するために、本発明は、走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各深さのデータ列ごとに、そのデータ並び順で、前回の画素値演算結果と当該データとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する演算手段と、前記演算手段の演算結果を利用して構成される三次元投影画像を表示する表示手段と、を含み、各深さのデータ列ごとにそのデータ並び順で画素値演算が実行されることを特徴とする。
【００２２】上記構成によれば、走査面上における各深さのデータ列に沿って画素値演算が行われ、それを走査面ごとに繰り返すことによって、最終的に三次元投影画像を構成できる。よって、上記構成によれば、ボクセル空間を構成するすべてのデータをいったん三次元データメモリに格納し、その上で視線上のデータを特定しつつ画素値演算を行っていく必要がなくなり、走査面単位で画素値演算を進行させることができるので、画像形成に係る時間を短くできる。また、同じ深さのデータを取り出すので視線計算に関わる複雑な計算が不要となり、その意味においても処理時間を短縮できる。
【００２３】（５）上記目的を達成するために、本発明は、走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面を構成する各ビームごとに、データの時系列順に従って、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第１演算手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第２演算手段と、前記走査面の形成順序に従って、走査面上の各深さのデータ列ごとに、そのデータ並び順で、前回の画素値演算結果と当該データとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第３演算手段と、前記第１演算手段の演算結果を利用して構成される第１三次元投影画像と、前記第２演算手段の演算結果を利用して構成される第２三次元投影画像と、前記第３演算手段の演算結果を利用して構成される第３三次元投影画像と、を一緒に表示する表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００２４】本発明の好適な態様では、前記第１演算手段、前記第２演算手段及び前記第３演算手段が並列的に動作する。
【００２５】（６）複雑なハードウエアおよびソフトウエアを要することなく三次元投影像を形成するためには、データ配列に従って画素値演算を順次実行すればよい。その場合には、上述したように、データ取込座標系におけるＸ（走査方向），Ｙ（ビーム方向），Ｚ（走査面の形成方向）のいずれか１又は複数の方向に沿って画素値演算を行えばよく、あるいは、表示座標系におけるＸ’（水平方向），Ｙ’（垂直方向），Ｚ’（奥行き方向）のいずれか１又は複数の方向に沿って画素値演算を行うこともできる。
【００２６】かかる原理に基づいて、本発明は、走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面ごとにデータ配列変換を実行し、表示座標系に従ったデータ配列を順次形成する座標変換手段と、前記データ配列の形成順序に従って、表示座標系上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する演算手段と、前記各アドレスごとの最終画素値演算結果を利用して構成される三次元投影画像を表示する表示手段と、を含み、前記複数のデータ配列にわたる前記表示座標系上の各アドレスごとのデータ列に対し、その時系列順で画素値演算が実行されることを特徴とする。
【００２７】上記構成によれば、座標変換後において、データ配列（イメージプレーン）上の各座標で、各データ配列の形成ごとに画素値演算が順次実行される。そして、最終的に三次元投影画像が表示される。よって、従来装置でも存在するデジタルスキャンコンバータなどを利用して座標変換を行われ、その後に三次元投影画像を簡単に構成できる。
【００２８】また、上記目的を達成するために、本発明は、走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面ごとにデータ配列変換を実行し、表示座標系に従ったデータ配列を順次形成する座標変換手段と、前記データ配列の形成順序に従って、水平方向又は垂直方向に沿ったデータ列ごとに、そのデータ並び順で、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する演算手段と、前記演算手段の演算結果を利用して構成される三次元投影画像を表示する表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００２９】上記構成によれば、座標変換後の水平方向及び垂直方向に画素値演算が行われ、上記同様に複雑な視線計算が不要となる。
【００３０】本発明の好適な態様では、前記座標変換後のデータ配列で各データが格納されるフレームメモリを有し、前記フレームメモリがデータ配列単位で再帰的に利用される。
【００３１】また、上記目的を達成するために、本発明は、走査面位置をシフトさせながら、ビーム走査により走査面を形成する送受波手段と、前記走査面ごとにデータ配列変換を実行し、表示座標系に従ったデータ配列を順次形成する座標変換手段と、前記データ配列の形成順序に従って、水平方向又は垂直方向に沿ったデータ列ごとに、そのデータ並び順で、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第１演算手段と、前記データ配列の形成順序に従って、表示座標系上の各アドレスごとに、前回の画素値演算結果と今回取得されたデータとを利用して所定の画素値演算を繰り返し実行する第２演算手段と、前記第１演算手段による演算結果を利用して構成される第１三次元投影画像と前記第２演算手段による演算結果を利用して構成される第２三次元投影画像とを一緒に表示する表示手段と、を含むことを特徴とする。
【００３２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３３】図１には、本発明に係る三次元画像処理装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。この三次元画像処理装置は、超音波の送受波により被検体内に設定されるエコーデータ取込領域の三次元投影画像を形成する装置である。
【００３４】図１において、三次元エコーデータ取込用超音波探触子１０は、アレイ振動子１２及び機械走査機構１４で構成される。アレイ振動子１２は、複数の振動素子を含むものであり、そのアレイ振動子１２を電子走査することによって超音波ビームがスキャンされる。機械走査機構１４は、アレイ振動子１２を、走査面と直交する方向に機械的に走査する機構である。すなわち、超音波ビームの電子走査により走査面が形成され、その走査面を機械走査によって移動走査させることにより三次元エコーデータ取込空間を形成できる。三次元エコーデータは画像処理の面からボクセル値として捉えることができ、三次元エコーデータ取込空間はボクセル空間を構成するものである。
【００３５】なお、アレイ振動子１２としてはリニア型のアレイ振動子あるいはコンベックス型のアレイ振動子を利用できる。また、電子走査方式としては、電子リニア走査方式あるいは電子セクタ走査方式などを適用可能である。機械走査方式としては、直線的に走査面を走査させる方式の他、円弧状に走査面を揺動走査する方式などを適用可能である。何れの方式においても本発明を適用可能である。
【００３６】走査制御部１６は電子走査及び機械走査を制御する手段として機能するものである。電子走査は送受信部１８により実行されている。すなわち、この送受信部１８は送信ビーム及び受信ビームの形成機能を有しており、アレイ振動子１２に対して所定の送信信号を供給すると共に、アレイ振動子１２からの受信信号の処理を行っている。ちなみに、機械走査機構１４には機械走査位置を検出するセンサが設けられ、そのセンサからの信号が走査制御部１６に送られている。なお、送受信部１８にはＡ／Ｄ変換器や検波回路等の従来装置同様の回路構成が含まれる。
【００３７】本実施形態に係る装置には３つのボクセル演算部が含まれる。すなわちＹ方向ボクセル演算部２０と、Ｘ方向ボクセル演算部２８と、Ｚ方向ボクセル演算部３０と、が含まれる。これらのボクセル演算部は、本実施形態において上述した（１）式に基づく画素値演算すなわちボクセル演算を実行する手段である。ここで、Ｙ方向ボクセル演算部２０は、ビーム方向であるＹ方向に沿ってエコーデータの時系列順でボクセル演算を実行する手段である。Ｘ方向ボクセル演算部２８は、ビーム走査方向であるＸ方向に沿ってデータの並び順でボクセル演算を実行する手段である。Ｚ方向ボクセル演算部３０は、複数の走査面を貫通する走査面整列方向であるＺ方向に沿って走査面上の各アドレスごとにボクセル演算を実行する手段である。
【００３８】Ｘ方向ボクセル演算部２８の前段にはフレームメモリ２６が設けられ、そのフレームメモリ２６内には走査面単位でエコーデータ（ボクセル値）が格納される。すなわち、いったん１走査面分のエコーデータをこのフレームメモリ２６に格納した段階でＸ方向に沿った各データ列ごとにボクセル演算が実行される。この場合、そのＸ方向に沿った各データ列ごとに同時にボクセル演算を実行してもよく、あるいは各データ列ごとに順番にボクセル演算を実行してもよい。
【００３９】Ｚ方向ボクセル演算部３０には、フレームメモリ３２が接続されている。このフレームメモリ３２には、ボクセル演算で得られた画素値演算結果が各アドレスに対応して格納される。そして、その格納された演算結果は、次のデータに対するボクセル演算時に読み出され同様のボクセル演算が再帰的に繰り返し実行される。Ｚ方向のボクセル演算は、一つの走査面が得られるごとに１ステップずつ進行し、各ステップにおいては基本的に全てのアドレスについてボクセル演算が同時又は順番に実行される。
【００４０】Ｚ方向ボクセル演算部３０にはメモリ３４が接続されている。このメモリ３４はフレームメモリと同様のメモリ空間を有し、各アドレスごとに定義される不透明度を格納するものである。ボクセル演算の進行に伴って不透明度の値が可変設定されるような場合、このようなメモリ３４を利用すれば、フレームメモリ３２と同様に、再帰的な演算を円滑に行うことができる。すなわち、最小の記憶容量を利用して各ボクセル演算を実行することが可能である。
【００４１】ボクセル演算部２０，２８及び３０において、所定の終了条件が満たされると、その時点での演算結果すなわち画素値が画像合成部２２に送られる。この画像合成部２２は１フレーム分の記憶領域をもった表示メモリ２４を有するものであり、画像合成部２２は公知のデジタルスキャンコンバータ（ＤＳＣ）等で構成される。
【００４２】表示メモリ２４内には、表示部３６に表示される画面イメージが構築される。本実施形態において、表示メモリ２４上には３つの記憶エリア２４Ａ，２４Ｂ及び２４Ｃが設定されており、Ｙ方向ボクセル演算部２０にて生成される第１画像は記憶エリア２４Ａに格納され、Ｘ方向ボクセル演算部２８にて形成される第２画像は記憶エリア２４Ｂに格納され、Ｚ方向ボクセル演算部３０にて形成される第３画像は記憶エリア２４Ｃに格納される。
【００４３】それらの第１画像、第２画像及び第３画像は、上述したボクセル演算の結果として形成されるものであり、それらの画像は三次元投影画像をなすものである。すなわちボクセル空間内に存在する例えば臓器などの三次元的な投影像を表すものである。
【００４４】表示部３６には、表示メモリ２４上に形成された画面イメージが表示される。したがって、その表示部３６を観察することにより、例えば生体内の臓器を直交する３つの視点からみた三次元投影画像として観察することができ、疾病診断精度を向上できるという利点がある。
【００４５】次に、図１に示した各ボクセル演算による画像形成原理について図２を用いて説明する。
【００４６】図２において、三次元ボクセル空間１００は、エコーデータ取込空間に相当するものであり、その空間は、複数の走査面Ｓにより構成される。ここで、最初の走査面がＳ1で示され、最後の走査面がＳnで示されている。それらの走査面は超音波ビームを電子走査することによって形成されるものであり、超音波ビーム方向がＹ方向として示されている。また、ビーム走査方向がＸ方向として示されている。Ｚ方向は走査面の形成方向を示すものである。
【００４７】従来装置においては、このような三次元ボクセル空間１００が全て得られた段階で各視点を設定しその視点から出る視線に沿ったデータを順次読み出すことによりボクセル演算を行っていた。したがって、上述したように、データ取込から画像表示までに多くの時間を要することになり、また画像処理に必要なハードウエアやソフトウエアが複雑になるという問題があった。本実施形態の装置によれば、データのＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の並びに沿ってボクセル演算を行なうことができるので、データ取込と同期した画像処理を行えると共に複雑なアドレス計算が不要であるという利点がある。
【００４８】第１画像１０２は、超音波探触子側からみた画像に相当するものである。各超音波ビームごとにそのエコーデータの時系列に沿って上述したボクセル演算がリアルタイムで実行され、各ビームごとに１つの画素値が決定される。したがって、そのビームを走査して走査面を形成すれば、複数の画素値からなるイメージライン１０２Ａを構成できる。更に引き続いて走査面を順次形成すれば、各走査面に対応してイメージライン１０２Ａを構成でき、その結果、第１画像１０２が形成される。
【００４９】第２画像１０４は三次元ボクセル空間１００を横から見た画像であり、一つの走査面の形成が完了した段階でビーム走査方向に沿ったデータ列ごとにボクセル演算が並列的にあるいは順番に実行される。あるＸ方向のデータ列に着目した場合、その一端又は他端方向から順次ボクセル演算が実行され、最終的に当該データ列に対応する画素値が決定される。したがって、Ｘ方向に沿う各データ列ごとにボクセル演算を実行すれば、複数の画素値の列としてイメージライン１０４Ａを構成できる。したがって、各走査面ごとに行えばイメージライン１０４Ａが順次形成され、最終的に第２画像１０４を構成できる。
【００５０】第３画像１０６は、図において正面からみた画像に相当するものである。この第３画像１０６の形成に当たっては各走査面を貫通するＺ方向に沿った視線（レイ）が各アドレスごとに設定される。走査面の形成順番にしたがって各視線上においてボクセル演算が順次実行される。したがって、１つのアドレスに対して１つの画素値が決定され、各アドレスについて同様のボクセル演算を行うことにより第３画像１０６を構成する全ての画素値を決定できる。
【００５１】もちろん、それらの画像の形成に当たって、ボクセル演算が所定の終了条件を満たす場合には、その時点でボクセル演算は終了し、その時のボクセル演算結果、すなわち画素値が投影画像を構成する画素値として利用される。
【００５２】ちなみに、第３画像１０６の形成に当たっては、各アドレスごとに所定の終了条件を満たすか否かの判定を行なうのが望ましい。
【００５３】図３には表示部３６に表示される画像２００が示されている。この画像２００内には第１画像１０２、第２画像１０４及び第３画像１０６が含まれる。第１画像１０２の表示に当たっては、イメージライン１０２Ａの形成に伴って順次画像が展開していくことになる。これは第２画像１０４においても同様であり、イメージライン１０４Ａの形成に伴って順次画像が展開していくことになる。第３画像１０６は終了条件を満たしたアドレスごとに画素値単位で表示されるものであり、もちろん、この場合において、演算途中にあるボクセル値を中間的に第３画像１０６として表示するようにしてもよい。すなわち、最終的な第３画像１０６に至るまでの中間的な画像を参考までに画像表示するものである。
【００５４】次に図４〜図６を用いて各ボクセル演算部の動作の一例について説明する。なお、各ボクセル演算部は実質的にハードウエアとして構成することができ、あるいはソフトウエアとして構成することができる。いずれにしても、それらのボクセル演算部は並列的に動作することが望ましく、かかる構成によればより画像処理時間を短縮できるという利点が得られる。
【００５５】図４には、図１に示したＹ方向ボクセル演算部２０の動作例がフローチャートとして示されている。
【００５６】Ｓ１０１では、初期設定が行われ、すなわちｉに１が代入される。Ｓ１０２では、ｉ番目のデータが取得される。そして、Ｓ１０３ではそのデータを利用してボクセル演算が実行される。このボクセル演算における演算式は上述した（１）式などが用いられる。ちなみに、その式において用いられる不透明度αの値はエコーデータｅの値に依存して決定するようにしてもよい。最初のボクセル演算においては、前回の画素値演算結果が存在しないため、ＣINiは０である。
【００５７】Ｓ１０４及びＳ１０５では終了条件の判定が行われている。Ｓ１０４では、各ボクセル演算ごとに加算された不透明度αの加算値が１を超えたか否かが判断されている。Ｓ１０５ではｉが最大値となったか否かが判断されている。すなわち、不透明度が１を超えたような場合、あるいは最終のエコーデータまで処理が到達したような場合、それ以降処理を停止させ、その時点での画素値演算結果をＳ１０８において出力させるものである。Ｓ１０４及びＳ１０５の何れの終了条件も満たさない場合、Ｓ１０６においてＹ方向ボクセル演算部２０内に含まれるメモリに演算結果が上書き保存される。ただし、最初のボクセル演算結果に関しては上書き対象が存在していないため単にその演算結果が保存される。Ｓ１０７ではｉが１つインクリメントされる。
【００５８】したがって、以上の各工程を繰り返し実行すると、ある超音波ビーム上における最初のエコーデータから終了条件を満たした時点のエコーデータまでボクセル演算が実行されることになり、終了条件が満たされた場合、Ｓ１０８においてその時点での画素値演算結果が画像合成部２２に出力される。
【００５９】Ｓ１０９では、現在処理を行っている走査面内において次のビームが存在しているか否かが判断され、存在していれば上述した各工程が繰り返し実行され、存在していない場合には、Ｓ１１０において次の走査面が存在しているか否かが判断される。このように各走査面を構成する各ビームごとにボクセル演算が実行され、最終的に画像合成部２２上において第１画像１０２が形成される。
【００６０】図５には、図２に示したＸ方向ボクセル演算部２８の動作例がフローチャートとして示されている。Ｓ２０１では、図１に示したフレームメモリ２６内に１走査面分のデータが格納される。これは、Ｘ方向ボクセル演算部２８の制御により行われてもよいが、他の書き込み及び読み出し制御部によって制御されてもよい。
【００６１】Ｓ２０２及びＳ２０３では初期設定が行われ、ｙに１が代入され、ｉに１が代入される。
【００６２】Ｓ２０４では、ｙ番目のライン上におけるｉ番目のエコーデータが取り込まれる。ｙ番目のラインとは、走査面上におけるｙアドレスをもったデータの列を示すものである。ちなみに、ビーム走査方向にしたがってデータの取り出しを行ってもよい。
【００６３】Ｓ２０５では上述同様にボクセル演算が実行される。Ｓ２０６及びＳ２０７では、上述同様に終了条件を満たすか否かの判断が行われる。ここで、それらの終了条件の何れも満たされない場合、Ｓ２０８において演算結果がＸ方向ボクセル演算部２８内に設けられているメモリに上書き保存される。そして、Ｓ２０９においてｉが１つインクリメントされる。
【００６４】一方、所定の終了条件のいずれか一方が満たされた場合、Ｓ２１０において演算結果が画像合成部２２に出力される。Ｓ２１１では走査面内の全てのＸ方向データ列についてボクセル演算が終了したか否かが判断され、終了していない場合にはＳ２１３においてｙが１つインクリメントされて次のラインについて上述同様の処理が実行される。Ｓ２１２においては次の走査面があるか否かが判断され、最終の走査面まで上記処理が行われた場合にはこのルーチンが終了する。
【００６５】図６には、Ｚ方向ボクセル演算部３０の動作例がフローチャートとして示されている。
【００６６】Ｓ３０１〜Ｓ３０３では初期設定が行われ、ｉに１が代入され、ｘ及びｙにも１が代入される。
【００６７】Ｓ３０４においてはアドレス（ｘ，ｙ）について既に画像合成部２２へ演算結果が出力されているか否かが判断され、演算結果が出力済みでなければ次のＳ３０５Ａ及びＳ３０５Ｂが同時進行で実行される。
【００６８】Ｓ３０５Ａでは、ｉ番目の走査面上におけるアドレス（ｘ，ｙ）のデータが取り込まれる。その一方、Ｓ３０５Ｂにおいては、フレームメモリ３２上のアドレス（ｘ，ｙ）に格納された前回の演算結果が取得される。ただし、最初の走査面の処理を行っている段階ではフレームメモリ３２には何も格納されておらず、実質的にこのＳ３０５Ｂは実行されない。
【００６９】Ｓ３０６では、アドレス（ｘ，ｙ）についてボクセル演算が実行される。そして、Ｓ３０７では、アドレス（ｘ，ｙ）について所定の終了条件が満たされたか否かが判断される。すなわち、当該アドレスについての不透明度の加算値が１以上になったか否かが判断される。ここで、その終了条件が満たされた場合、Ｓ３１０において演算結果が画像合成部２２へ出力される。
【００７０】一方、Ｓ３０７の終了条件を満たさないと判断された場合、Ｓ３０８において次の終了条件を満たすか否かが判断される。すなわち、最後の走査面上におけるボクセル演算である場合には、Ｓ３１０が実行され、アドレスについての画素値演算結果が画像合成部２２へ出力されることになる。
【００７１】一方、何れの終了条件も満たしていないと判断された場合には、Ｓ３０９において、フレームメモリ３２上におけるアドレス（ｘ，ｙ）に画素値演算結果が上書き保存される。もちろん、最初の走査面に対するボクセル演算時にはフレームメモリ３２には何も格納されていないため、画素値演算結果はアドレス（ｘ，ｙ）に保存される。
【００７２】Ｓ３１１においては、ｙが最大値になったか否かが判断されている。すなわち超音波ビーム方向における最終のデータまで処理が到達したか否かが判断され、到達していない場合にはＳ３１２においてｙが１つインクリメントされ、上記のＳ３０４からの各工程繰り返し実行される。また、Ｓ３１３においてはｘが最大値になったか否かが判断され、最大値になっていないと判断された場合には、Ｓ３１４においてｘが１つインクリメントされ、上述したＳ３０３からの各工程が繰り返し実行される。
【００７３】さらに、Ｓ３１５においては最後の走査面まで処理が到達したか否かが判断され、次の走査面が存在すればＳ３１６においてｉが１つインクリメントさ、全ての走査面上におけるデータについての処理が完了した場合にはこのルーチンが終了する。
【００７４】なお、各アドレスごとにボクセル演算の進行に伴って不透明度が再定義されるような場合、前回決定された不透明度がメモリ３４に格納され、次のボクセル演算時にそのメモリ３４から前回使用された不透明度が読み出され、その不透明度が更新される。その更新された不透明度も再びメモリ３４内に格納され、これが繰り返される。
【００７５】以上のように、本実施形態に係る装置によれば、１フレーム分の遅れだけでデータの入力に同期させて順次ボクセル演算を実行することができるので、従来よりも大幅に演算時間を短縮することができる。また、複雑なアドレス計算などが不要であるので、ハードウエアあるいはソフトウエアの構成を極めて簡略化できるという利点がある。
【００７６】上記の実施形態では、データ取込座標系におけるＸ（走査方向），Ｙ（ビーム方向），Ｚ（走査面の形成方向）のいずれか１又は複数の方向に沿って画素値演算を行ったが、表示座標系におけるＸ’（水平方向），Ｙ’（垂直方向），Ｚ’（奥行き方向、データ配列の形成方向）のいずれか１又は複数の方向に沿って画素値演算を行っても、上記同様の効果を得られる。その場合には、図１に示した構成と同様に、座標変換を行う座標変換部の後段にフレームメモリを設け、そのフレームメモリの後段にＸ’方向ボクセル演算部及びＹ’方向ボクセル演算部を設けるとともに、更に、座標変換部の後段にＺ’方向ボクセル演算部を設ければよい。
【００７７】ちなみに、上記の各実施形態においては、超音波画像処理に本発明を適用した場合を説明したが、本発明はもちろんＸ線画像などに適用することも可能である。
【００７８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、計測されたデータを利用して三次元画像を構築する場合において、その処理時間を短縮でき、かつ複数の視点を設定できる。
【出願人】 【識別番号】３９００２９７９１
【氏名又は名称】アロカ株式会社
【出願日】 平成１０年（１９９８）５月６日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】吉田 研二 （外２名）
【公開番号】 特開平１１−３１３８２４
【公開日】 平成１１年（１９９９）１１月１６日
【出願番号】 特願平１０−１２３２７７