(57)【要約】  本発明は、得られたフレームのレートと同じレートでレンダリング画像を生成することにより、より高いレートで超音波ボリューム画像を生成することを提供する。このことは、取得及びレンダリングを分離することにより達成され、２Ｄフレームが連続的に得られ、３Ｄメモリに記憶される。一度３Ｄメモリが充填されると、古いフレームがオンザフライで新しいフレームにより置き換えられる。レンダリングは、選択されたレートで３Ｄメモリ上において実行される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波ボリュームレンダリング画像を生成する方法であって、
３Ｄスキャンコンバータで３Ｄボリュームを生成するステップと、
最新のボリュームデータを蓄積するために３Ｄボリュームバッファを設けるステップと、
前に取得されたボリュームデータを記憶するために３Ｄボリュームバッファを設けるステップと、
ボリュームレンダリングが選択されたレートで前記バッファに対して動作し、基礎となる３Ｄ超音波データが取得されるよりも高いレートで超音波レンダリング画像が生成されるように、最新の２Ｄフレームを加えるとともに、前記バッファ内の３Ｄボリュームのいくつかの空間的な位置から得られるより古い等価の２Ｄフレームを置き換えることにより、スキャンコンバートされたボリュームを新たな画像データで連続的に更新するステップと
を有する方法。
【請求項２】
前記ボリュームレンダリングが、２Ｄ取得レートと３Ｄ取得レートとの間のどこかのレートで生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ボリュームレンダリングレートが、前記３Ｄ取得レートの約２倍である、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
異なる時刻に取得されたボリュームの部分の間の裂け目を防ぐために、２Ｄ掃引方向に対して直角又は直角に近い角度で投影するステップ
を更に有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バッファがソフトウェアで実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
超音波ボリュームレンダリング画像を生成するシステムであって、
３Ｄボリュームを生成する３Ｄスキャンコンバータと、
最新のボリュームデータを蓄積する３Ｄボリュームバッファと
を有し、前記３Ｄボリュームバッファは、前記バッファのボリュームレンダリングが選択されたレートで実行し、基礎となる３Ｄ超音波データが取得されるレートよりも高いレートで超音波レンダリング画像が生成されるように、最新の２Ｄフレームを加えるとともに、３Ｄボリューム内の空間的な位置から得られるより古い等価の２Ｄフレームを置き換えることにより、新たな画像で連続的に更新されるスキャンコンバートされたボリュームを受けるシステム。
【請求項７】
前記ボリュームレンダリングが、２Ｄ取得レートと３Ｄ取得レートとの間のどこかのレートで生じる、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記ボリュームレンダリングレートが、前記３Ｄ取得レートの約２倍である、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記システムが、異なる時刻に取得されるボリュームの部分の間の裂け目を防ぐために、２Ｄ掃引方向に対して直角又は直角に近い角度で投影する、
請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記バッファがソフトウェアで実現される、請求項６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎となる３Ｄ超音波データが得られるレートよりも高いレートで超音波ボリュームレンダリング画像を生成することに関する。特に、本発明は、新たな超音波データが取得されるとすぐに該新たな超音波データを３Ｄデータセットに組込み、より高いレートで再度投影することにより、より高いレートでボリュームレンダリング画像を生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元超音波画像化、単掃引（３Ｄ）及び実時間（一般に４Ｄ又はライブ３Ｄとして知られる）の両方が、現代の超音波システムにおいてますます普及している。臨床的に、（例えば赤ん坊の顔、及び先天的欠陥の診断に対する）ＯＢ、（例えば駆出率の量的評価、及び心臓機能の可視化のための）Cardiac等を含む多くの用途に使用される。
【０００３】
実時間（ライブ）３Ｄは、３Ｄディスプレイが臨床的に役立つレートで３Ｄレンダリング画像又は複数のスライスを示すのに十分速いレートで、データの全体のボリュームを取得し、表示することを含む。一般画像化用途に対する３Ｄデータの取得は、電動又は２Ｄアレイトランスデューサを使用してなされる。図１は、取得ステップと可視化ステップとの両方を示す、電動トランスデューサに対する典型的な３Ｄ／４Ｄデータ経路のブロック図を示す。非電動の２Ｄアレイトランスデューサの単一の経路は同様であるが、モータコントローラ及びギア列は使用されない。
【０００４】
超音波ボリュームレンダリング画像は、２Ｄ表面上に３Ｄデータセットを投影することにより生成される。これらの画像は、基礎となる３Ｄ超音波データが取得されるのと同じレートで通常生成され、該レートは、音波伝播時間及び／又は（機械的な３Ｄプローブに対する）機械的な制限により制限される。ほとんどの臨床医は、これらのレートがより高くなることを好むであろう。
【０００５】
電動取得は、モータコントローラの制御下で１Ｄアレイを機械的に移動させるとともに、ビームデータを取得することによりなされる。プローブは、連続的に移動され、全体のボリュームからの走査線（ビーム）、又は複数の２Ｄスライスビューが所望される場所のみにおける走査線（ビーム）が、回転又は平行移動の間に取得される。これらのビームに対する焦点遅延、重み付け及びタイミングは、フロントエンドコントローラにより設定される。２Ｄアレイトランスデューサ（Ｘマトリクス）を使用した取得は、フロントエンドコントローラ及び通常２Ｄトランスデューサ自身の内部のマイクロビーム形成器の制御の下で、ビームを電子的に方位角及び仰角の両方に操作することによって再びなされる。そのように形成されるＲＦビームが、通常、包絡線検波、圧縮等のような様々な標準的な超音波信号処理演算を実行する信号調整モジュールを通じて入力される。
【０００６】
可視化ソフトウェアのスキャンコンバータは、リニア及びセクタフォーマットの両方に対して、図２に示されるように、位置により走査線をアセンブルすることにより、ボリューム又はスライスビューフレームを生成する。全体のボリュームは、実時間（ライブ３Ｄ）レンダリングに対して直接移動されるか、又は保存され、後の３Ｄレビューのために回復され得るように、画像メモリ内の３Ｄ  Cineloop履歴バッファ内に維持される。
【０００７】
たいていの場合において、超音波３Ｄ又は４Ｄビューは、レンダリングビューとして知られ、２Ｄ平面上の視点の方向の線に沿って、データの全体のボリュームを投影することにより生成される。制御は、よりよく内部領域を得るために、外部領域を整え、形を変えることに加え、視点の向き、透明度、及びボリュームのテクスチャを調整するように操作され得る。その結果は、ボリュームの量的可視化を提供する「３Ｄ画像」である。特定の実施は異なる一方、ボリュームレンダリングは、半透明ボリュームを通じて光（又は超音波）の伝播を概算する。全てのボリュームレンダリングアルゴリズムの基本的なステップは、線形の線に沿ってサンプルを２Ｄ画像に投影するボリューム内の各々のサンプルに色及び不透明度を割り当てるステップと、投影されたサンプルを各々の線に沿って蓄積するステップとからなる。このプロセスは、単一の視線及び関連付けられる画像ピクセルに対して、以下図３に示される。
【０００８】
実時間３Ｄで動作する現行の超音波システムの一つの制限は、ボリュームレンダリングされた画像が、通常、内在する３Ｄ超音波データが取得されるのと同じレートで生成される、すなわち可視化レートが取得レートと同じであることである。（特にＯＢ及び一般画像化における）広い視野に対して、及び許容可能な画像品質に対して、非常に多くの音響走査線が、ボリュームを十分にサンプリングするために取得されなければならず、その結果、２、３Ｈｚと同程度に低い取得レートになる。このことは、マトリクス（すなわち２Ｄ）アレイに対してさえも正しい。可視化レートが取得レートと同じであるので、このことは、可視化される解剖と実時間で相互作用しようとするユーザに対して問題を生じさせる。ボリュームレートを改善する一つの態様は、より少ないデータを取得することであるが、こうすることは、視野、画像品質、又はその両方を犠牲にする。
【０００９】
上述の従来技術の欠点を避ける、より高いレートで生成される超音波ボリューム画像を提供することが望ましいであろう。
【００１０】
（フィリップスではSonoCTとして知られる）実時間空間合成は、異なるアングルから取得される複数の重なる２Ｄ画像から得られる超音波データを平均化することに関し、一つの完全な合成画像を生成するために大量の音響データが必要とされ、事実上合成されるフレームレートが低いという同様の問題を有する。しかしながら、SonoCTからの経験は、全体の合成シーケンスのために待つ（米国特許ＵＳ６１２６５９９を参照されたい）のとは対照的に、新たなコンポーネントフレーム（すなわち１つの操作アングル）が得られるたびに合成画像を更新することにより、具体的には新たな情報が到着するとすぐに合成画像が構成される場合、ユーザ体験がより改善されることを示している。実質的に、合成フレームレートの代わりにコンポーネントフレームレートで合成画像を表示しており、これらは、真に独立した合成画像間を完全に内挿し得る場合、得られ得る画像に類似する。ユーザは、通常、フレームレートを実際の合成されるレートの約２倍であると知覚する。他の利点は、待ち時間である。ユーザは、完全に合成された画像の代わりに合成フレームのレートで新たな情報を見るためである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ボリューム投影は、SonoCTに使用されるフレーム平均化に非常に類似した考え方であるので、これらの同じ利点は、各々のコンポーネント２Ｄスライスが得られる際、又はいくつかの他の中間的なレートでレンダリング画像を更新することにより、３Ｄボリュームレンダリング画像化に移行され得る。この考えは、３Ｄボリューム取得レートの代わりに、臨床的な必要性及び処理電力により決定されるレートでボリュームレンダリング画像を更新することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、得られる３Ｄボリュームのレートではなく得られる２Ｄフレームのレートと同じレート、又はいくつかの中間的なレートでレンダリング画像を生成することにより、より高いレートで超音波ボリューム画像を生成することを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図面を参照すると、図４は、本発明の動作を説明する。システム（１）は、各々の２Ｄフレーム（５ａ）が取得するのにある期間（ｔ）かかることを必要とし、その結果、Ｎ個の２Ｄフレームからなる完全な取得ボリューム（５）が、ある期間（Ｎｔ）で取得される。従来技術において、３Ｄスキャンコンバータは、それから取得ボリュームレート（１／Ｎｔ）で３Ｄボリュームを生成し、これらは、同じレート（１／Ｎｔ）でレンダリング（及びしたがって可視化１２）もされるであろう。しかしながら、図４に示されるように、新たな画像が到着するとすぐに該新たな画像で、スキャンコンバートされたボリュームを連続的に更新し、より具体的には、最新の２Ｄフレーム（５ａ）を加え（６）、前に取得されたボリューム（１１ａ）から等価の２Ｄフレーム（１１ａ）を差引く（７）ことにより、ボリュームレート（１／Ｎｔ）の代わりに、取得フレームレート（１／ｔ）でボリュームレンダリング画像を生成することが可能である。
【００１４】
２Ｄ取得フレームレートでのボリュームレンダリングが、共通して多くの画像データを有するレンダリングボリュームという結果となり（Ｎ個の２Ｄフレームのうち１つのみがユニークである）、その結果、レンダリング画像は非常に類似し、実際に、２Ｄ取得レート（１／ｔ）と３Ｄ取得レート（１／Ｎｔ）との間のどこかのレートでボリュームレンダリングが生じる傾向にある。また、２Ｄ取得レートでのボリュームレンダリングは、ボリュームレンダリングが極めて集中的に処理するので、システム処理リソースを超え得る。SonoCTからの経験は、周囲のボリュームレンダリングレート（２／Ｎｔ）すなわち取得ボリュームレートの２倍が、よりよい妥協となり得ると提案している。
【００１５】
このコンセプトは、図４に示されるように、最新のボリュームデータを蓄積するように使用され得るであろう３Ｄボリュームバッファ（１０）と、前のボリュームデータを記憶する別個の３Ｄボリュームバッファ（１１）とを必要とする。新たな２Ｄフレーム（５）は、バッファ（１０）に加えられ（６）、このバッファ（１０）から差引かれる（７）記憶された３Ｄボリューム（１１）内の同じ空間的な位置から得られるより古い２Ｄフレームを置き換えるであろう。ボリュームレンダリング（１２）は、選択された、すなわちボリューム取得レートから分離されるレートで３Ｄボリュームバッファ上において実行するであろう。
【００１６】
したがって、本発明は、（図２ｂ及び図３に示される）通常の３Ｄボリュームレンダリングを、通常なされる図２ｂ及び３において図示されるような取得されたボリュームのレートではなく、取得されたフレーム（１／ｔ）と同じレートでレンダリング画像を生成することにより、修正する方法及びシステムを提供する。この操作は、取得されたボリュームレートではなく２Ｄフレームレートに基づく取得をソフトウェアで実施される。
【００１７】
一つの問題は、異なる時刻に取得されているボリュームの部分の間の「裂け目」のリスクである。このことは、２Ｄ掃引方向に対して直角又は直角に近い角度で常に投影することにより、軽減され得、この場合、いかなるアーチファクトも正常に（すなわち取得ボリュームレートで）表示されるであろう投影される視野にあるほど悪くないであろう。マトリクスアレイにおいて、原則として２Ｄスライスは、ビームの頂点がトランスデューサにある限りいかなる向きにも掃引され得るので、ビーム軸に直接沿わない投影に対して保証することは容易である。
【００１８】
本発明は、実時間３Ｄ画像化をサポートするいかなる超音波システム上でも動作することができ、それゆえ、本発明は、何れか１つの超音波システムに制限されない。制限することを意図されない説明的な例として、本発明は、超音波システムPhilips  iU22,  Philips  iE33,  GE  Logic  9,  GE  Voluson,  Siemens  Antares,  及びToshiba  Aplio上で動作することができる。
【００１９】
現在好ましい実施例が開示する目的で記載されている一方、方法のステップ及び装置の部分の構成において多くの変更が、当業者によりなされ得る。このような変更は、請求項により規定される本発明の趣旨の範囲内に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実時間３Ｄ取得を示す典型的な実時間３Ｄ信号経路を図示する。
【図２ａ】図２ａは、線形の掃引のための従来の３Ｄスキャン変換を図示する。
【図２ｂ】図２ｂは、扇形の掃引のための従来の３Ｄスキャン変換を図示する。
【図３】図３は、ボリュームレンダリングの従来の方法論を図示する。
【図４】図４は、本発明が、通常の３Ｄボリュームレンダリングをどのように修正し、レンダリング画像が、取得されたボリュームのレートではなく、取得された２Ｄフレームのレートで生成されるようにするのかを図示する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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