(57)【要約】  本開示は、３次元（３Ｄ）データセットの２次元投影画像をレンダリングするために３Ｄデータセット内に配置されるシミュレーション光源を提供する画像レンダリング技術を記載する。シミュレーション光源は、例えば関心領域内など、３Ｄデータセットの内部又は外部の任意の位置に配置され得る。シミュレーション光源は多方向光源であり得る。ユーザは、ユーザインターフェースを介してシミュレーション光源の位置を選択し得る。ユーザがシミュレーション光源の面内位置を選択し、画像プロセッサ及び／又はボリュームレンダラーが、シミュレーション光源と３Ｄデータセット内の関心領域の表面との間の距離を維持するよう、深度位置を自動的に計算し得る。
2019532760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検者のあるボリュームを撮像するときに前記被検者から受け取られた超音波エコーから３次元（３Ｄ）データセットを生成するスキャンコンバータと、
シミュレーション光源の位置に少なくとも部分的に基づいて前記３Ｄデータセットの第１の表面の表面シェーディング情報を計算し、前記シェーディング情報を含む前記３Ｄデータセットの２次元（２Ｄ）投影画像をレンダリングするボリュームレンダラーと、
ユーザインターフェースとを備える超音波撮像システムであって、
前記ユーザインターフェースは、
前記２Ｄ投影画像を表示するディスプレイと、
前記２Ｄ投影画像の投影平面内の前記シミュレーション光源の面内位置を示す第１のユーザ入力を受け取るユーザインターフェース要素を含む入力デバイスとを含み、前記ボリュームレンダラーは、前記入力デバイスを介する前記シミュレーション光源の移動に応じて、前記ボリュームレンダラーによって決定された深度位置及び前記面内位置に対応する地点に前記シミュレーション光源を自動的にレンダリングし、前記深度位置は、前記第１の表面の輪郭に少なくとも部分的に基づき設定される、超音波撮像システム。
【請求項２】
前記深度位置は、前記３Ｄデータセットの前記第１の表面から設定距離にある、前記投影平面に垂直な軸に沿った地点に対応し、前記設定距離は、前記第１の表面上の異なる位置から一定の距離である、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項３】
前記３Ｄデータセットの前記第１の表面からの前記設定距離は、前記第１のユーザ入力より前に受け取られたユーザ入力に応じて決定される、請求項２に記載の超音波撮像システム。
【請求項４】
前記３Ｄデータセットの前記第１の表面からの前記設定距離は、前記超音波撮像システムのメモリ内に予めプログラムされている、請求項２に記載の超音波撮像システム。
【請求項５】
前記ユーザ入力要素は、前記超音波撮像システムのタッチスクリーン上に表示されるＧＵＩを含み、前記ＧＵＩは、前記レンダリングされた３Ｄデータセットとともに前記２Ｄ投影画像内に表示される前記シミュレーション光源の視覚的キューを含み、前記視覚的キューはユーザ入力に応じて移動可能であり、それにより、前記レンダリングされた３Ｄデータセットに対する前記シミュレーション光源の前記面内位置をユーザが動的に変更することを可能にする、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項６】
前記視覚的キューはオーブを含む、請求項５に記載の超音波撮像システム。
【請求項７】
前記視覚的キューはさらに、前記オーブを囲うハローを含む、請求項６に記載の超音波撮像システム。
【請求項８】
前記シミュレーション光源は多方向光源である、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項９】
前記第１の表面は、前記撮像されるボリュームの２つの異なる材料間の境界を表し、前記オフセット距離は、前記境界からの１〜１０ｍｍのオフセットに対応する、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項１０】
前記ボリュームレンダラーは、第２の表面の手前の面内位置への前記シミュレーション光源の移動を示すユーザ入力に応じて、前記シミュレーション光源を、前記３Ｄデータセットの前記第２の表面から第２のオフセット距離に配置する、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項１１】
前記被検者の前記ボリュームを撮像するために前記被検者からの前記超音波エコーを受け取る超音波プローブを備える、請求項１に記載の超音波撮像システム。
【請求項１２】
前記シミュレーション光源の前記面内位置が調整されるとき、前記ボリュームレンダラーは、前記第１の表面又は前記第２の表面が前記シミュレーション光源の前記面内位置に対応するかに少なくとも部分的に基づいて、前記シミュレーション光源の前記深度位置を動的に調整する、請求項１０に記載の超音波撮像システム。
【請求項１３】
被検者のあるボリュームから受け取られた超音波エコーから構築される３Ｄデータセットの２Ｄ投影画像をレンダリングするためのシミュレーション光源の選択を受け取るステップと、
ユーザ入力に応じて、前記２Ｄ投影画像の投影平面に対応する平面内の前記シミュレーション光源の面内位置の指示を受け取るステップと、
前記投影平面に垂直な軸上の前記シミュレーション光源の深度位置を自動的に決定するステップであって、前記深度位置は第１の表面の輪郭に基づいて設定される、ステップと、
前記面内位置及び前記深度位置に少なくとも部分的に基づいて、前記３Ｄデータセットの表面の表面シェーディング情報を計算するステップと、
前記シェーディング情報を含む前記２Ｄ投影画像をディスプレイ上にレンダリングするステップとを含む、方法。
【請求項１４】
前記シミュレーション光源の前記深度位置は、前記シミュレーション光源と前記表面との間の設定距離に少なくとも部分的に基づく、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記設定距離は、前記ユーザインターフェースを介して受け取られたユーザ入力に少なくとも部分的に基づく、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
医療用イメージングでは、リアルタイムで又はデータセットの取得後に画像がレンダリングされ得る。画像は、あるボリューム内で取得された二次元（２Ｄ）スライス又は平面であってもよいし、又は画像は三次元（３Ｄ）ボリュームであってもよい。３Ｄボリュームレンダリング技術は、撮像対象の３Ｄボリュームに仮想光線を投射することにより、最終的なレンダリング画像内に表示可能なデータの２Ｄ投影を取得することを含み得る。データは、撮像対象のボリューム内の解剖学的構造を含み得る。光線が仮想観察者の位置から撮像対象のボリューム内の関心領域に向かって投射される際、見通し線に沿って様々な解剖学的構造が間に挟まれ得る。入射光の方向は、解剖学的構造の表面上の影及び反射の出現を促す。画像をレンダリングする際にシミュレーション光源を使用することにより、ユーザに奥行き感や、様々な解剖学的構造が３Ｄボリューム内にどのように配置されているかを提供することができる。１つ又は複数の解剖学的構造が、関心領域の鮮明な画像を取得することをブロックする又は他の態様で妨げる可能性がある。ユーザは３Ｄボリュームを回転させ、それにより、３Ｄボリュームに対する仮想観察者及び／又はシミュレーション光源の位置が変わり得る。データの新しい２Ｄ投影がレンダリングされ得る。シミュレーション光源からの影及び他の照明効果は、３Ｄボリュームの回転に基づいてシフトし、解剖学的特徴の深さ及び配置に関する追加の情報をユーザに提供する。
【０００２】
所定の色及び強度の光源の下で撮像されている組織の光学特性について仮定することによって、所与の３Ｄ画像データセットに関して、所与の視点から２Ｄ画像を生成するために画像レンダリング技術が使用される。現在、超音波撮像システム用の画像レンダリング技術は、固定距離及び無限遠に位置する指向性光源に依拠している。入射光の方向は、トラックボールで制御される専用の球形ウィジェット（小型装置）上の矢印によってユーザに提示され得る。３Ｄボリュームを回転させることに加えて、ユーザはシミュレーション光源からの入射光の方向を変更し得る。
【０００３】
図１は、既存の画像レンダリング技術１００の一例の概略図である。３Ｄデータセット１３０は、超音波プローブ又は他の撮像技術によって取得されていてもよい。３Ｄデータセット１３０は、身体内の３Ｄボリュームに対応するデータを含み得る。３Ｄデータセット１３０は、関心領域１３５を含み得る。関心領域１３５は、物体の一部（例えば血管壁、心臓弁）でもよく、又は物体の全体（例えば腫瘍、胎児）でもよい。関心領域１３５を含む３Ｄデータセット１３０の画像をレンダリングするとき、シミュレーション光源を使用して、３Ｄデータセット１３０内の１つ又は複数の表面、例えば関心領域１３５の表面１３６上の影及び反射を提供することができ、これは、ユーザに深度知覚を提供し得る。シミュレーション光源は指向性光源１０５であり得る。指向性光源１０５は、矢印１１５によって示される方向にのみ光を送り得る。ユーザは、３Ｄデータセット１３０から固定距離１１０にある指向性光源１０５の位置を選択可能であり得る。矢印１２５によって示される視点から３Ｄデータセット１３０を観察する仮想観察者に基づいて、３Ｄデータセット１３０の２Ｄ投影が、表示画像平面１２０に対してレンダリングされ得る。表示画像平面１２０は、３Ｄデータセット１３０のＸＹ平面と合わせられ得る。矢印１２５は画像平面１２０に対して垂直であり得る。すなわち、仮想観察者は、画像平面１２０を介し、Ｚ軸によって示される３Ｄデータセット１３０の深さを介して３Ｄデータセット１３０を「見ている」と考えることができる。３Ｄデータセット１３０の表示画像平面１２０における２Ｄ投影は、ディスプレイ上の画像としてユーザに提供され得る。
【０００４】
ユーザは３Ｄデータセット１３０に対して指向性光源１０５を動かすことができるが、指向性光源１０５をレンダリングボリュームの外部に配置する場合、物体の自己遮蔽（セルフシャドウ）を引き起こし、関心領域１３５の構造を照らすことが困難になる可能性がある。関心ボリューム及び／又は領域１３５の詳細が不明瞭になる可能性がある。凹型キャビティの内部の解剖学的詳細は、３Ｄデータセット１３０の切り取り（ｃｒｏｐｐｉｎｇ）又は他の大きな調整なしには見ることができない可能性がある。
【０００５】
図２は、外部指向性光源を使用して３Ｄデータセットからレンダリングされた画像２００の一例である。画像２００は子宮２１０内の胎児２０５を表示する。子宮２１０の外側に配置された指向性光源を使用する画像レンダリング技術によれば、胎児２０５の多くの解剖学的構造は、子宮２１０によって投射される影によって不明瞭にされている。これは、ユーザ（例えば超音波技師、産科医、又は他の臨床医）が診断を行うこと、又は３Ｄデータセットによって定められるボリューム内をナビゲートすることを妨げ得る。
【０００６】
ＪＰ２０１４１５０９５７は、光源設定部、レンダリング制御部、及び表示制御部を有する超音波診断装置を開示する。光源設定部は、超音波プローブにより収集された三次元画像データに含まれる関心領域の形状に基づいて、関心領域が描かれる方向を設定する。レンダリング制御部は、光源設定部によって設定された方向で関心領域が描かれたレンダリング画像を生成するように制御を行う。表示制御部は、レンダリング画像を表示部に表示するように制御を行う。
【０００７】
ＷＯ２０１６／０３２７１７は、３Ｄ医療用撮像データセットにアクセスし、３Ｄ医療用撮像データセットからボリュームレンダリング画像を生成することを含む方法、システム、及び医療用撮像装置を開示する。ボリュームレンダリング画像を生成することは、第１の光源、第２の光源、及び第３の光源に基づいてボリュームレンダリング画像のためのシェーディングを計算することを含む。第２の光源及び第３の光源は両方とも、第１の光源とは異なる位置に配置される。該方法、システム、及び医療用撮像装置はまた、ボリュームレンダリング画像を表示することを含む。
【発明の概要】
【０００８】
本開示の少なくとも１つの実施形態に係る撮像システムは、被検者のあるボリュームを撮像するために前記被検者から超音波エコーを受け取るよう構成され得る超音波プローブと、前記超音波エコーから３次元（３Ｄ）データセットを生成するよう構成され得るスキャンコンバータと、シミュレーション光源の位置に少なくとも部分的に基づいて前記３Ｄデータセットの第１の表面の表面シェーディング情報を計算し、前記シェーディング情報を含む前記３Ｄデータセットの２次元（２Ｄ）投影画像をレンダリングするよう構成され得るボリュームレンダラーと、ユーザインターフェースとを備え、前記ユーザインターフェースは、前記２Ｄ投影画像を表示するよう構成され得るディスプレイと、前記２Ｄ投影画像の投影平面内の前記シミュレーション光源の面内位置を示す第１のユーザ入力を受け取るよう構成され得るユーザインターフェース要素を含み得る入力デバイスとを含み、前記ボリュームレンダラーはさらに、前記ユーザ入力に応じて、前記ボリュームレンダラーによって決定された深度位置及び前記面内位置に対応する地点に前記シミュレーション光源を自動的に配置するよう構成され得る。
【０００９】
本開示の少なくとも１つの実施形態に係る方法は、３Ｄデータセットの２Ｄ投影画像をレンダリングするためのシミュレーション光源の選択を受け取るステップであって、前記３Ｄデータセットは、被検者のあるボリュームから受け取られた超音波エコーから構築される、ステップと、ユーザ入力に応じて、前記２Ｄ投影画像の投影平面に対応する平面内の前記シミュレーション光源の面内位置の指示を受け取るステップと、前記投影平面に垂直な軸上の前記シミュレーション光源の深度位置を自動的に決定するステップと、前記面内位置及び前記深度位置に少なくとも部分的に基づいて、前記３Ｄデータセットの表面の表面シェーディング情報を計算するステップと、前記シェーディング情報を含む前記２Ｄ投影画像をディスプレイ上にレンダリングするステップとを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、外部指向性光源を用いた画像レンダリング技術の概略図である。
【図２】図２は、図１に示される画像レンダリング技術を使用してレンダリングされた画像の例である。
【図３】図３は、本開示の実施形態に係る撮像システムのブロック図である。
【図４】図４は、本開示の一実施形態に係るシミュレーション光源を用いた画像レンダリング技術の概略図である。
【図５】図５は、図４に示される画像レンダリング技術を使用してレンダリングされた画像の例である。
【図６】図６は、図４に示される画像レンダリング技術の概略図である。
【図７】図７は、本開示の一実施形態に係るユーザインターフェースを示す。
【図８】図８は、本開示の一実施形態に係るユーザインターフェースのディスプレイの概略図である。
【図９】図９は、本開示の一実施形態に係るユーザインターフェースのディスプレイの概略図である。
【図１０】図１０は、本開示の一実施形態に係る画像レンダリング技術の概略図である。
【図１１Ａ−Ｂ】図１１Ａ及び図１１Ｂは、本開示の一実施形態に係る、ユーザが光源の位置を決定する様子の概略図である。
【図１２】図１２は、本開示の一実施形態に係る方法のフローチャートである。
【図１３Ａ−Ｃ】図１３Ａ〜図１３Ｃは、本開示の一実施形態に係るレンダリングされた脊柱画像の例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
特定の例示的な実施形態に関する以下の説明は、単なる例示に過ぎず、本発明又は本発明の適用若しくは用途を限定するものではない。本発明に係るシステム及び方法の実施形態に関する以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付図面が参照され、添付図面には、説明されるシステム及び方法が実施され得る具体的実施形態が例示されている。これらの実施形態は、当業者が本開示のシステム及び方法を実施することを可能にするのに十分に詳細に記載されており、他の実施形態も利用可能であること、及び本発明に係るシステムの趣旨及び範囲を逸脱することなく構造的及び論理的変更がなされ得ることを理解されたい。さらに、明瞭さを目的として、当業者には明らかであると考えられる場合、本発明に係るシステムの説明を不明瞭にしないために、特定の特徴の詳細な説明は省かれる。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではなく、本発明に係るシステムの範囲は添付の特許請求の範囲によってのみ規定される。
【００１２】
一部の用途では、３Ｄデータセット内に配置されたシミュレーション光源を使用して、３Ｄデータセットから画像をレンダリングすることが望ましい場合がある。一部の用途では、３Ｄデータセット内の関心領域内のシミュレーション光源を使用して、３Ｄデータセットから画像をレンダリングすることが望ましい場合がある。一部の用途では、シミュレーション光源が多方向光源であることが望ましい場合がある。例えば、シミュレーション光源は、球の表面全体から全方向に光を投射する球としてモデル化され得る。別の例では、シミュレーション光源は、全方向に光を投射する点光源としてモデル化され得る。ユーザがシミレーション光源を３Ｄデータセット内に配置することを可能にすることにより、３Ｄデータセットの外部に配置されたシミュレーション指向性光源を用いて画像がレンダリングされたときに生じる影及び／又は他のアーチファクトによる不明瞭化が低減されたレンダリング画像が提供され得る。外部光源による照明と比較して、近距離照明は、物体の形状及び湾曲のより優れた局所的奥行き知覚を提供し得る。３Ｄデータセット内のシミュレーション光源を用いてレンダリングされた画像は、臨床医又は他のユーザにとってより解釈し易い画像を提供し得る。これにより、臨床医又は他のユーザが診断を下し、及び／又は３Ｄデータセット内をナビゲートする能力が向上され得る。
【００１３】
ある例では、臨床医は患者に対して超音波検査を行い、患者（例えば、子宮内の胎児）から３Ｄデータセットを取得し得る。撮像システムは、シミュレーション多方向光源を用いて３Ｄデータセットの２Ｄ投影の画像をレンダリングし得る。臨床医は３Ｄデータセット内で光源を動かすことができ、撮像システムは、光源の新しい位置に部分的に基づいてレンダリング画像を調整することができる。例えば、臨床医は、光源の視覚的キュー（例えば、円、四角、Ｘなど）とともにレンダリング画像を表示するタッチスクリーンに触れ、光源を画像内の異なる位置に「ドラッグ」することができる。臨床医は光源を動かして、異なる関心領域を調べ得る。引き続きこの例について、臨床医は光源を動かして、胎児の顔の輪郭を強調表示することにより口蓋裂をチェックし得る。その後、臨床医は光源を動かして脊柱を照らし、変形をチェックし得る。臨床医は、画像平面内の光源の位置（例えば、面内位置、ＸＹ平面位置）、及び３Ｄデータセット内の光源の深さ（例えば、面内位置の平面に対して垂直な軸沿い、Ｚ軸沿い）を制御することを選択し、又は、撮像システムが、３Ｄデータセット内の光源の深度位置を自動的に設定し得る。臨床医は、超音波検査中に、又は検査の後、保存された画像を検討している間に光源を制御することができる。
【００１４】
図３は、本開示の原理に従って構成された超音波撮像システム１０のブロック図を示す。本発明の実施形態の説明のための例では超音波イメージングシステムが示されているが、本発明の実施形態は、他のイメージングモダリティと共に実施されてもよい。他のモダリティは、限定的ではないが、磁気共鳴イメージング及びコンピュータトモグラフィを含み得る。図３の超音波診断イメージングシステム１０は超音波プローブ１２を含み、該超音波プローブは、超音波を送信し、エコー情報を受信するトランスデューサアレイ１４を含む。様々なトランスデューサアレイ、例えばリニアアレイ、コンベックスアレイ、又はフェーズドアレイが当該技術分野において周知である。トランスデューサアレイ１４は、例えば、２Ｄ及び／又は３Ｄイメージングのために仰角次元及び方位角度次元の両方で走査可能な複数のトランスデューサ素子からなる２次元アレイを含むことができる（図示のように）。トランスデューサアレイ１４は、アレイ内のトランスデューサ素子による信号の送受信を制御する超音波プローブ１２内のマイクロビームフォーマ１６に結合される。この例では、マイクロビームフォーマ１６は、送受信の切り替えを行い、メインビームフォーマ２２を高エネルギー送信信号から保護する送信／受信（Ｔ／Ｒ）スイッチ１８にプローブケーブルによって結合される。一部の実施形態、例えば携帯型の超音波システムでは、システム内のＴ／Ｒスイッチ１８及び他の要素は、別個の超音波システムベース内ではなく、超音波プローブ内に含まれ得る。マイクロビームフォーマ１６によって制御されるトランスデューサアレイ１４からの超音波ビームの送信は、Ｔ／Ｒスイッチ１８及びビームフォーマ２２に結合される送信コントローラ２０によって管理され、送信コントローラ２０は、ユーザのユーザインターフェース又はコントロールパネル２４の操作から入力を受け取る。ユーザインターフェース２４は、１つ又は複数ののユーザインターフェース要素（例えば、ボタン、トラックボール、ロータリーエンコーダ、又はタッチスクリーン上に設けられたソフトコントロール）を含む１つ又は複数の入力装置を含み得る。いくつかの実施形態では、１つ又は複数のユーザインターフェース要素は、タッチスクリーン上に設けられ得る１つ又は複数のグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）要素を含み得る。送信コントローラ２０によって制御される機能の１つは、ビームがステアリングされる方向である。ビームは、トランスデューサアレイから直進する（アレイに対して直交する）よう方向づけられてもよいし、又は、より大きな視野のために異なる角度に方向づけられてもよい。マイクロビームフォーマ１６によって生成された部分的にビーム成形された信号は、メインビームフォーマ２２に送られ、各トランスデューサ素子パッチからの部分的にビーム成形された信号が結合され、完全にビーム成形された信号が生成される。
【００１５】
ビーム成形された信号は、信号プロセッサ２６に結合される。信号プロセッサ２６は、受信されたエコー信号を、バンドパスフィルタリング、デシメーション、Ｉ及びＱ成分分離、及び高調波信号分離などの様々なやり方で処理することができる。信号プロセッサ２６はまた、スペックル低減、信号合成、及びノイズ除去などの追加の信号エンハンスメントを実行してもよい。処理された信号は、Ｂモードプロセッサ２８に結合され、体内の構造のイメージングのために振幅検出が使用され得る。Ｂモードプロセッサ２８によって生成された信号は、スキャンコンバータ３０及び多断面（ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒ）リフォーマッタ３２に結合される。スキャンコンバータ３０は、所望の画像フォーマットで、エコー信号が受信された空間的関係にエコー信号を配置する。例えば、スキャンコンバータ３０は、エコー信号を２次元（２Ｄ）扇形フォーマット又はピラミッド３次元（３Ｄ）画像に配置し得る。いくつかの実施形態では、スキャンコンバータ３０はエコー信号から３Ｄデータセットを生成し得る。多断面リフォーマッタ３２は、米国特許第６，４４３，８９６号（Ｄｅｔｍｅｒ）に記載されているように、人体の立体領域内の共通平面内の複数の点から受信されたエコーを、その平面の超音波画像に変換し得る。ボリュームレンダラー３４は、例えば、米国特許第６，５３０，８８５号（Ｅｎｔｒｅｋｉｎら）に記載されているようにして、３Ｄデータセットのエコー信号を、所与の基準点から見た投影３Ｄ画像に変換する。いくつかの実施形態では、ボリュームレンダラー３４は、ユーザインターフェース２４から入力を受け取ることができる。入力は、所与の基準点（例えば、仮想観察者の視点）、シミュレーション光源の位置、及び／又はレンダリング投影画像のためのシミュレーション光源の特性を含み得る。いくつかの実施形態では、ボリュームレンダラー３４が、シミュレーション光源の面内及び／又は深さ位置を自動的に決定し得る。いくつかの実施形態では、ボリュームレンダラー３４は、シミュレーション光源の位置及び／又は特性に少なくとも部分的に基づいて、３Ｄデータセット内の１つ又は複数の表面のための表面シェーディング情報を計算し得る。２Ｄ又は３Ｄ画像は、スキャンコンバータ３０、多断面リフォーマッタ３２、及びボリュームレンダラー３４から画像プロセッサ３６に結合され、画像ディスプレイ３８上に表示するために、さらなるエンハンスメント、バッファリング、及び一時的保存が行われる。いくつかの実施形態では、画像プロセッサ３６は、シミュレーション光源（例えば、オーブ、ハロー）のための視覚的キューをレンダリングし得る。いくつかの実施形態では、視覚的キューは、ボリュームレンダラー３４によってレンダリングされてもよい。グラフィックスプロセッサ４０は、超音波画像と共に表示されるグラフィックオーバーレイを生成し得る。グラフィックオーバーレイは、例えば、患者の名前、画像の日時、イメージングパラメータなどの標準的な識別情報を含み得る。これらの目的のために、グラフィックプロセッサは、タイピングされた患者の名前などの入力をユーザインターフェース２４から受け取る。ユーザインターフェースはまた、複数のＭＰＲ（ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒ  ｒｅｆｏｒｍａｔｔｅｄ）画像の表示の選択及び制御のために多断面リフォーマッタ３２に結合され得る。
【００１６】
本開示の一実施形態によれば、超音波プローブ１２は、被検者から超音波エコーを受信して被検者のあるボリュームを撮像するように構成され得る。スキャンコンバータ３０は、超音波エコーを受信して３Ｄデータセットを生成し得る。上述のように、超音波エコーは、スキャン３０によって受信される前に、ビームフォーマ２２、信号プロセッサ２６、及び／又はＢモードプロセッサによって前処理されてもよい。３Ｄデータセットは、撮像対象のボリューム内の各点（例えばボクセル）の値を含み得る。各値は、エコー強度、組織密度、流速、及び／又は材料組成に対応し得る。３Ｄデータセット内の値に基づいて、スキャンコンバータ３０及び／又はボリュームレンダラー３４は、撮像ボリューム内の１つ又は複数の表面を定め得る。表面は、撮像ボリューム内の２つの異なる物体（例えば、胎児と子宮）、材料（例えば、骨と筋肉）、又は領域（例えば、血管内の異なる流速）の間の境界を表し得る。一部の実施形態では、表面は等値面（ｉｓｏｓｕｒｆａｃｅ）であり得る。
【００１７】
３Ｄデータセットの２Ｄ投影画像をレンダリングするとき、ボリュームレンダラー３４は、３Ｄデータセットに対するシミュレーション光源の位置を受け取り得る。いくつかの実施形態では、シミュレーション光源の位置は撮像システム１０によって予めプログラムされていてもよい。シミュレーション光源は、例えばボリュームレンダリングモードの起動時に、予めプログラムされた位置にデフォルト設定されてもよく、また場合によっては、ボリュームレンダリングモードでの動作中、光源はユーザによって移動可能であり得る。いくつかの実施形態では、シミュレーション光源の位置は、ユーザ入力を受け取るように構成された１つ又は複数の入力要素を有する入力装置を含み得るユーザインターフェース２４を介して受け取ることができる。例えば、ユーザインターフェース２４は、ユーザがシミュレーション光源の位置を３Ｄデータセット内及び／又は３Ｄデータセットに近接した任意の場所に設定することを可能にするグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を備えたタッチスクリーンを含み得る。一例として、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）は、ユーザがシミュレーション光源の位置を設定することを可能にする１つ又は複数のＧＵＩ要素を提供し得る。いくつかの例では、ＧＵＩ要素（例えば、光球）はさらに、ボリュームに対する光源の位置に関する視覚的キューを提供し得る。他の例では、ＧＵＩ要素は、ユーザが光源の位置を指定する（例えば、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標を指定する）ことを可能にする入力ウィジェットとすることができる。ＧＵＩ要素の他の例が使用されてもよい。他の例では、ユーザ入力は、ボリュームレンダリングモードにおいて、光源を移動させるための操作コマンドに特に関連付けられ、操作コマンドを生成するように構成され得る機械的制御装置（例えば、トラックボール又はコントロールパネル上のロータリーエンコーダ）を介して受けとられ得る。一部の実施形態では、面内位置（例えば、Ｘ及びＹ座標）のみがユーザインターフェース２４を介して受けとられ、ボリュームレンダラー３４がシミュレーション光源の深度位置（例えば、Ｚ座標）を自動的に決定してもよい。深度位置は、少なくとも部分的に、３Ｄデータセット内の表面からのプリセット距離に基づいて決定され得る。プリセット距離は予めプログラムされていてもよく、かつ／又は、ユーザ設定可能であってもよい。例えば、プリセット距離はメモリに記憶されていてもよく、ボリュームレンダラーは、デフォルト値がユーザによって変更されない限り、深度次元デフォルトを決定するときにプリセット距離をデフォルト値として使用するようにプログラムされてもよい。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェースは、プリセット距離を指定するためのユーザ入力を受け取るように構成されたユーザインターフェース要素を提供し得る。
【００１８】
ボリュームレンダラー３４は、３Ｄデータセットに対するシミュレーション光源の位置に少なくとも部分的に基づいて、３Ｄデータセット内の１つ又は複数の表面のための表面シェーディング情報を計算し得る。表面シェーディング情報は、レンダリングされる２Ｄ投影画像における３Ｄデータセットの表面を表す任意の所与のピクセルの明るさに関する情報を含み得る。この情報は、さもなければ２Ｄレンダリングされる画像に三次元性を提供し得る。表面に対する光源の位置に加えて、表面シェーディング情報は、表面に隣接するボリュームの特性（例えば、光源と表面との間に挟まれたボクセルの値）に基づいてもよい。例えば、所与の表面についてシェーディング情報を計算するとき、ボリュームレンダラー３４は、シミュレーション光源とレンダリングされる外面との間に挟まれた組織の密度を考慮に入れることができる。シミュレーション光源が撮像されるボリュームの表面の前に位置している場合、ゼロ値ボクセルのみが光源と表面との間に配置され、表面上の照射される領域は、シミュレーション光源が表面の背後に位置し、したがって非ゼロ値のボクセルによって表面から離間されている場合よりも、高い光度又は明るさを有し得る。レンダリングされる３Ｄデータセットを囲う領域のゼロ値ボクセルを介する光透過率は、既知の光シミュレーション技術によって、空気を介する光透過率に類似するように近似され、したがって、非ゼロ値を介する光透過率は、空気より密度の高い組織を介する透過率に近づくよう低減され得る。したがって、シミュレーション光源が、周囲のボリュームよりも高い密度を有する３Ｄデータセットのボリュームを囲う表面の背後に配置される場合、ボリュームレンダラー３４によって計算される表面シェーディング情報は、シミュレーション光源が表面の前に配置される場合とは異なり得る。例えば、表面シェーディング情報は、シミュレーション光源が表面の背後に配置されている場合には、より少ない反射を含み、内部から「輝く」ように見え得るが、シミュレーション光源が表面の手前に配置される場合には、表面シェーディング情報はより不透明に見え得る。理解されるであろうように、光源の前に配置された物体の密度及び他の特性は、物体を介する光透過率に影響を及ぼすので、ボリュームレンダラー３４は、光源とレンダリングされる表面との間に配置された材料の密度を考慮するように構成される。
【００１９】
表面シェーディングについて言及したが、ボリュームレンダラー３４は、表面シェーディング情報を計算するために３Ｄデータセットから表面を明示的に抽出してもしなくてもよい。例えば、ボリュームレンダラー３４は、３Ｄデータセット内のすべてのボクセルについてシェーディング情報（例えば、ボリュームシェーディング）を計算し得る。上記のように、各ボクセルのシェーディング情報は、シミュレーション光源からのボクセルの距離、ボクセルの密度、及び／又は周囲のボクセルの密度に少なくとも部分的に基づき得る。結果として得られる、３Ｄデータセットについてのシェーディング情報は、３Ｄデータセット内の３Ｄ表面の外観をユーザに提供し得る。単純化のために、３Ｄデータセット内の関心対象の物体及び／又は領域の表面のシェーディング情報は、ボリュームレンダラー３４によって計算される態様に関わらず、表面シェーディング情報と呼ばれる。
【００２０】
表面シェーディング情報は、２Ｄ投影画像をレンダリングするためにボリュームレンダラー３４によって使用され得る。一部の実施形態では、レンダリング２Ｄ投影画像は、ボリュームレンダラー３４によって画像プロセッサ３６に提供され得る。レンダリング２Ｄ投影画像は、臨床医などのユーザによる閲覧のためにディスプレイ３８に提供されてもよい。一部の例では、ボリュームレンダラー３４によるレンダリング、及びその結果生じる、ディスプレイ３８上に提供される２Ｄ投影画像は、例えば、ボリュームの移動（例えば、平行移動又は回転）、ボリュームに対するシミュレーション光源の移動、及び／又はレンダリングにおける様々なレンダリング構成要素に関連するパラメータへの他の変更を示すための、ユーザインターフェース２４を介したユーザ入力に応答して更新され得る。例えば、ボリュームレンダラーは、ユーザ入力を介したシミュレーション光源の移動に応答して、ボリュームレンダラーによって決定された面内位置及び深度位置に対応する位置にシミュレーション光源を自動的にレンダリングするように構成される。一部の実施形態では、深度位置は、第１の表面の輪郭に少なくとも部分的に基づいて設定される。
【００２１】
図４は、本開示の一実施形態に係る画像レンダリング技術４００の概略図を示す。一部の実施形態では、画像レンダリング技術４００は、超音波イメージングシステム１０などのイメージングシステムによって実行され得る。３Ｄデータセット４３０は、超音波プローブ（例えば、図３に示される超音波プローブ１２）によって取得されていてもよい。他の例では、３Ｄデータセット４３０は、異なる医療用イメージングモダリティ（例えば、ＣＴ、ＭＲＩなど）を使用して取得されてもよい。３Ｄデータセット４３０は、身体内の３Ｄボリュームに対応するデータを含み得る。３Ｄデータセット４３０は、関心領域４３５を含み得る。関心領域４３５は、物体の一部（例えば血管壁、心臓弁）でもよく、又は物体の全体（例えば腫瘍、胎児）でもよい。一部の実施形態では、３Ｄデータセット４３０は、複数の関心領域４３５を含み得る。矢印４２５によって示される視点から３Ｄデータセット４３０を観察する仮想観察者に基づいて、３Ｄデータセット４３０の２Ｄ投影画像が、表示画像平面４２０に対してレンダリングされ得る。表示画像平面４２０は、ＸＹ平面と合わせられ得る。矢印４２５によって示されるベクトルは、画像平面４２０を通過し得る。すなわち、仮想観察者は、画像平面４２０を介し、ＸＹ平面に対して垂直であるＺ軸によって示される３Ｄデータセット４３０の深さを介して３Ｄデータセット４３０を「見ている」と考えることができる。画像平面４２０に対して垂直に示されているが、矢印４２５は、画像平面４２０に対して他の角度（例えば、１０、３０、４５度）であってもよい。３Ｄデータセット４３０の表示画像平面４２０における２Ｄ投影画像は、ディスプレイ（例えば、図３に示されるディスプレイ３８）上の画像としてユーザに提供され得る。
【００２２】
関心領域４３５を含む３Ｄデータセット４３０の画像をレンダリングするとき、シミュレーション光源４０５を使用して表面シェーディング情報を計算し、３Ｄデータセット４３０内の１つ又は複数の表面、例えば関心領域４３５の表面４３６上の影及び反射をレンダリングすることができ、これは、ユーザに深度知覚を提供し得る。表面シェーディング情報は、少なくとも部分的に、３Ｄデータセット４３０及び／又は関心領域４３５に対するシミュレーション光源４０５の位置に基づき得る。一部の実施形態では、シミュレーション光源４０５は多方向光源であり得る。光源４０５は、複数の矢印４１５によって示されるように全方向に光を送り得る。図１に示される光源１０５とは異なり、ユーザは、３Ｄデータセット４３０の外部、又は内部の任意の場所に光源４０５の位置を選択することが可能であり得る。図４の実施形態において示されるように、光源４０５は、３Ｄデータセット４３０内であって、関心領域４３５の深さよりも小さい深さに位置する。すなわち、光源４０５は、関心領域４３５と、矢印４２５によって示される方向から見ている仮想観察者との間のＺ軸沿いの深さにある。一部の実施形態では、ユーザは画像平面４２０内のシミュレーション光源４０５の位置を選択し、撮像システムは、シミュレーション光源４０５の深度位置を自動的に決定し得る。
【００２３】
図５は、図４に示される画像レンダリング技術４００を使用してレンダリングされた例示的な画像５００である。画像５００は、図２に示す画像２００と同じ３Ｄデータセット、すなわち子宮５１０内の胎児５０５からレンダリングされたものである。一部の実施形態では、シミュレーション光源は、画像において発光材料としてレンダリングされ得る。画像５００に示す例では、シミュレーション光源は発光球５１５としてレンダリングされている。発光球５１５は、子宮５１０内の３Ｄデータセット内にレンダリングされている。結果として、子宮５１０は、胎児５０５を不明瞭にする影を投げかけない。図２の胎児２０５とは対照的に、胎児５０５の左腕、右肩、及び胴体が識別され得る。図２に示す画像２００では、これらの特徴は子宮の影によって隠されている。
【００２４】
上記したように、光源４０５は、３Ｄデータセット４３０から設定距離には限定されない。図６は、本開示の実施形態に係る光源４０５ａ〜ｅが取り得る様々な例示的な位置の概略図である。図６に示すように、光源４０５は、画像平面４２０内の様々な位置（例えば、ＸＹ平面上の様々な位置）、及び３Ｄデータセット４３０内の様々な深さ（例えば、Ｚ軸に沿い）にレンダリングされ得る。例えば、光源４０５ａは図４に示される位置にあり、光源４０５ｂは光源４０５ａと同じ深さにあるが、３Ｄデータセット４３０内の画像平面４２０内では異なる点にある。関心領域４３５の手前に光源４０５を配置することにより、ユーザは、関心領域４３５の表面４３６及び／又は周辺領域上の特徴を識別可能となり得る。光源４０５ｃは、３Ｄデータセット４３０内において、画像平面４２０上の異なる点かつ異なる深さに位置する。図６に示されるように、光源４０５ｃは、画像平面４２０を基準にして関心領域４３５よりも深い位置にある。関心領域４３５の背後に光源４０５を配置することにより、ユーザは、関心領域４３５の厚さ及び／又は密度の少なくとも定性的な決定をすることが可能となり得る。光源４０５は、光源４０５ｄによって示されるように、関心領域４３５内に配置されてもよい。関心領域４３５内に光源４０５を配置することにより、ユーザは、関心領域４３５内の異なる構成要素のより微細な輪郭及び深さを観察することが可能となり得る。光源４０５の位置は、３Ｄデータセット４３０に限定されない。光源４０５ｅは、３Ｄデータセット４３０外の位置の例を示す。上記の例示的な各位置は、説明目的のためだけに示されており、光源４０５は図６に示されている位置に限定されない。光源４０５の様々な位置には、上述のものとは異なる及び／又は追加の利点があり得る。例えば、ユーザは、他の解剖学的構造及び／又は関心領域４３５の一部からの影を落とさないように、光源４０５を配置し得る。
【００２５】
図６には示されていないが、シミュレーション光源４０５は、多方向光源ではなく指向性光源であり得る。一部の実施形態では、ユーザは、多方向モードと指向性モードとの間で切り替えを行うことができ得る。一部の用途では、３Ｄデータセット４３０内の指向性光源が望ましい可能性がある。例えば、ユーザは、他の領域への照明を最小にしつつ、３Ｄデータセット内の特定の領域を強調したいと望む可能性があり、これは、ディストラクションを低減し得る（例えば、「スポットライト」効果）。
【００２６】
図７は、本開示の一実施形態を実施するために使用され得る超音波システム７００の一部を表す図である。超音波システム７００は、ユーザインターフェース７０５及びディスプレイ７１０を含み得る。一部の実施形態では、図３に示されるユーザインターフェース２４を実装するためにユーザインターフェース７０５が使用されてもよい。一部の実施形態では、図３に示されるディスプレイ３８を実装するためにディスプレイ７１０が使用されてもよい。ユーザインターフェース７０５は、１つ又は複数のユーザインターフェース要素を含む１つ又は複数の入力装置を含み得る。例えば、ユーザインターフェース７０５は、タッチスクリーン７１５、１つ又は複数の回転式制御装置７２０、トラックボール７２５、及びボタン７３０を含み得る。一部の実施形態では、ボタン７３０は、矢印キー及び／又はＱＷＥＲＴＹキーボードを含み得る。一部の実施形態では、ディスプレイ７１０もユーザインターフェース７０５の一部であり得る。例えば、ディスプレイ７１０は、タッチスクリーンを使用して実装され得る。ユーザは、レンダリング画像内でシミュレーション光源を位置決めするために、及び／又は、シミュレーション光源の他の特性を制御するために（例えば、指向性ｖｓ多方向性、強度、色など）、ディスプレイ８１０、タッチスクリーン７１５、及び／又はユーザインターフェース７０５に含まれる他の制御装置を使用するという選択肢を有し得る。他の例では、入力装置は、ユーザがタッチスクリーン又はシステム７００の機械的制御装置に物理的に接触することなくユーザ入力を受け取るように構成された非接触インターフェースを含み得る。
【００２７】
ユーザは、図７に示されるユーザインターフェース７０５などのユーザインターフェースを介して、レンダリング画像内のシミュレーション光源の位置を制御し得る。一部の実施形態では、ユーザは、トラックボール７２５及び回転式制御装置（ｒｏｔａｒｙ  ｃｏｎｔｒｏｌ）７２０を使用し得る。ユーザは、画像平面上の面内位置（例えば、ＸＹ座標）をトラックボール７２５を用いて選択し、深度位置（例えば、Ｚ軸上の座標）を回転式制御装置７２０を用いて選択することにより、シミュレーション光源の位置を設定し得る。一部の実施形態では、シミュレーション光源の位置を設定するために、各自由度について個々の回転式制御装置（例えば、Ｘ軸制御装置、Ｙ軸制御装置、及びＺ軸制御装置）が設けられてもよい。一部の実施形態では、ユーザは、シミュレーション光源の位置（例えば、ＸＹＺ座標）を選択するために矢印キーなどのボタン７３０を使用することができる。一部の実施形態では、ユーザがシミュレーション光源の面内位置を選択し、撮像システムが、選択された面内位置に対するシミュレーション光源の深度位置を自動的に決定し得る。
【００２８】
一部の実施形態では、ユーザインターフェース７０５、又はユーザインターフェースの入力要素はグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を含む。例えば、ディスプレイ７１０及び／又はタッチスクリーン７１５がＧＵＩを含み得る。一部の実施形態では、ユーザは、シミュレーション光源の位置を決定するためにタッチスクリーン７１５を使用してもよい。シミュレーション光源の位置を選択するために、タッチスクリーン７１５上の様々なジェスチャが使用され得る。例えば、ユーザは、面内位置を設定するためにタッチスクリーン７１５をある位置でタップし、かつ／又は、タッチスクリーン７１５上に表示された画像内のレンダリングされた光球に触れ、タッチスクリーン７１５沿いに指を動かすことである面内位置まで「ドラッグ」し得る。タッチスクリーン７１５上の各点は、レンダリングされた２Ｄ投影画像の画像平面の各点と一致し得る。これらのジェスチャは例として提供されているに過ぎず、他のジェスチャを使用して３Ｄデータセット内のシミュレーション光源の位置を設定することが可能である（例えば、タッチスクリーン上に設けられた制御ボタン）。一部の実施形態では、ユーザは、１つのユーザ入力方法又は複数のユーザ入力方法の組み合わせを使用してシミュレーション光源の位置を決定し得る。例えば、ユーザは、タッチスクリーンを使用してシミュレーション光源の位置を設定した後に、トラックボール及び／又は回転式制御装置を使用してその位置を「微調整」してもよい。一部の実施形態では、ユーザインターフェース７０５は、シミュレーション光源の位置を決定するための追加及び／又は代替的ユーザ入力制御装置（例えば、スライド制御装置、モーションセンサ、スタイラス）を含み得る。一部の実施形態では、ユーザは、シミュレーション光源の特性を制御するためにユーザインターフェース７１０を使用してもよい。例えば、ユーザは、光源の強度及び／又は色を設定することができる。
【００２９】
図８は、本開示の一実施形態に係るディスプレイ８０５上にレンダリングされた画像８１０を示す。一部の実施形態では、図３のディスプレイ３８又は図７のディスプレイ７１０を使用してディスプレイ８０５が実装され得る。一部の実施形態では、ディスプレイ８０５はＧＵＩを含み、３Ｄデータセット内の光源の位置をユーザが理解することを助けるための視覚的キューを使用して、シミュレーション光源８１５がレンダリングされ得る。図８に示されるように、シミュレーション光源８１５は、光源が３Ｄデータセット内の画像平面からより遠くに配置されるのに伴い、より小さいサイズで画像８１０内にレンダリングされてもよい。一部の実施形態では、画像平面はディスプレイ８０５と整列される。図８に示されるように、光源８１５はページの奥に移動しているように見える。この例では、光源８１５ａが画像平面に最も近く、光源８１５ｃが画像平面から最も遠い。画像８１０内の光源８１５のサイズを変更することにより、３Ｄデータセット内のＺ軸に沿った光源８１５の深さを示す視覚的キューが提供され、ユーザが３Ｄデータセット内の光源の位置を解釈することを助け得る。
【００３０】
図９は、本開示の一実施形態に係るディスプレイ９０５上にレンダリングされた画像９１０を示す。一部の実施形態では、図３のディスプレイ３８又は図７のディスプレイ７１０を使用してディスプレイ９０５が実装され得る。一部の実施形態では、ディスプレイ９０５はＧＵＩを含み、ハロー９２０を用いてシミュレーション光源９１５が画像９１０内にレンダリングされ得る。ハロー９２０は、ユーザが画像９１０内で光源９１５を視覚的に確認することを可能にし得る。一部の実施形態では、ハロー９２０は、光源９１５が画像９１０の視野外に配置されている場合にユーザが光源９１５を見つけることを可能にし得る。一部の実施形態では、ユーザはハロー９２０を有効又は無効にすることができる。すなわち、ユーザは、画像９１０においてハロー９２０が光源９１５の周りにレンダリングされるか否かを制御することができる。一部の実施形態では、ハロー９２０は、光源９１５がある期間（例えば、０．５秒、２秒、１０秒）静止した後に自動的に消えてもよい。一部の実施形態では、ユーザは、光源９１５の視覚的キューを無効にすることができる。無効にするとは、ユーザが、光源９１５からレンダリングされる照明を画像９１０から除去することを選択するという意味ではなく、ユーザが、画像９１０内の光源９１５の視覚的キュー（例えばオーブ）のレンダリングをオフにすることを意味する。一部の実施形態では、光源９１５の視覚的キューのレンダリングは、光源９１５がある期間（例えば、０．５秒、２秒、１０秒）静止した後に自動的に消えてもよい。ハロー９２０及び／又は光源９１５のレンダリングの有効化及び無効化は、光源９１５の位置を決定するための視覚的キューによる妨害なしにユーザが画像９１０を観察することを可能にし得る。オーブ及び／又はハローなどの視覚的キューは、撮像システムのボリュームレンダラー及び／又は画像プロセッサによってレンダリングされ得る。例えば、図１に示される超音波撮像システム１０のボリュームレンダラー３４及び画像プロセッサ３６を用いて、本開示の実施形態が実装され得る。
【００３１】
３Ｄデータセット内及び／又は３Ｄデータセットの周囲の任意の場所に配置可能なシミュレーション光源は、３Ｄデータセットからレンダリングされる画像に追加の照明オプションを提供し得る。一部の実施形態では、シミュレーション光源は多方向光源であり得る。これらの追加オプションは、他の解剖学的特徴による自己遮蔽をより生じにくい画像のレンダリング、及びより鮮明な組織の表面及び／又は厚みを実現可能にし得る。しかしながら、用途によっては、ユーザは、シミュレーション光源の面内位置及び／又は深度位置を選択することを望まない可能性がある。ユーザは、深度位置を選択するために３Ｄデータセット全体にわたりナビゲートするには時間がかかり、かつ／又は煩わしいと感じる可能性がある。一部の実施形態では、ユーザは、シミュレーション光源を関心領域及び／又は関心領域の表面からある設定距離に配置するオプションを選択することができる。すなわち、ユーザが画像平面上でシミュレーション光源を動かすと、関心領域の表面の輪郭に基づき、シミュレーション光源と関心領域及び／又は表面との間の距離が維持されるようにシミュレーション光源の深度位置が自動的に調整され得る。例えば、ユーザが背骨の画像に沿って光源を動かすと、背骨の輪郭を辿り、かつ背骨から一定の距離を保ったまま、光源が椎骨の上を「浮遊している」ように見え得る。この自動深度選択モードは、ユーザが画像をざっとレビューしているとき、及び／又はユーザが撮像システムにあまり慣れていないときに好ましい可能性がある。
【００３２】
図１０は、本開示の一実施形態に係る画像レンダリング技術１０００の概略図を示す。一部の実施形態では、画像レンダリング技術１０００は、シミュレーション光源の深度位置が撮像システムによって自動的に決定される画像レンダリング技術４００の一実施形態であり得る。画像レンダリング技術１０００は、図３に示される超音波撮像システム１０などの撮像システムによって実行され得る。３Ｄデータセット１０３０は、超音波プローブ（例えば、図３に示される超音波プローブ１２）又は他の入力デバイスによって取得されていてもよい。３Ｄデータセット１０３０は、対象者の身体内の３Ｄボリュームに対応するデータを含み得る。３Ｄデータセット１０３０は、関心領域１０３５を含み得る。関心領域１０３５は、物体の一部（例えば血管壁、心臓弁）でもよく、又は物体の全体（例えば腫瘍、胎児）でもよい。矢印１０２５によって示される視点から３Ｄデータセット１０３０を観察する仮想観察者に基づいて、３Ｄデータセット１０３０の２Ｄ投影が、表示画像平面１０２０に対してレンダリングされ得る。表示画像平面１０２０は、ＸＹ平面と合わせられ得る。矢印１０２５によって示されるベクトルは、画像平面１０２０を通過し得る。すなわち、仮想観察者は、画像平面１０２０を介し、Ｚ軸によって示される３Ｄデータセット１０３０の深さを介して３Ｄデータセット１０３０を「見ている」と考えることができる。画像平面１０２０に対して垂直に示されているが、矢印１０２５は、画像平面１０２０に対して他の角度（例えば、１０、３０、４５度）であってもよい。３Ｄデータセット１０３０の表示画像平面１０２０における２Ｄ投影は、ディスプレイ（例えば、図３に示されるディスプレイ３８又は図７に示されるディスプレイ７１０）上の画像としてユーザに提供され得る。
【００３３】
一部の実施形態では、表示画像平面１０２０内のシミュレーション光源１００５の所与の位置（例えば、ＸＹ座標）について、矢印１０２５に沿って光線１０２６が３Ｄデータセット１０３０内に投射され得る。一部の実施形態では、矢印１０２５は、画像平面１０２０に直交する軸に沿っていてもよい（例えば、Ｚ軸に沿う）。光線は、３Ｄデータセット１０３０内の撮像対象の一部（例えば、解剖学的特徴の表面）、例えば、関心領域１０３５の表面１０３６であり得る、密度がゼロでない点（例えば、ボクセル）を見つけるまで、３Ｄデータセット１０３０内に投射され得る。一部の実施形態では、最も近い密度がゼロでない点は補間によって発見され得る。光線１０２６に沿って、非ゼロ密度点から仮想観察者まで戻る距離１０１５が計算され得る。その後、撮像システムは、関心領域１０３５の表面１０３６から距離１０１５の深さ位置にシミュレーション光源１００５を配置し得る。一部の実施形態では、距離１０１５は、画像プロセッサ及び／又はボリュームレンダラーによって計算され得る。例えば、図３に示される超音波撮像システム１０の画像プロセッサ３６及び／又はボリュームレンダラー３４を用いて、本開示の実施形態が実装され得る。一部の実施形態では、距離１０１５を計算するために他のプロセッサを使用することができる。
【００３４】
距離１０１５は予めプログラムされていてもよいし、ユーザによって設定されてもよい。距離１０１５は、３Ｄデータセット１０３０が取得されたボリューム内の１〜１０ミリメートルに相当する範囲であり得る。部分的に用途に基づいて、対象からの光源１００５の距離１０１５はより大きくても小さくてもよい。例えば、胎児全体を見るときには光源と対象との間のより大きい距離を用いてもよく、心臓弁を見るときにはより小さい距離を用いてもよい。一部の実施形態では、関心領域１０３５の表面１０３６からの光源１００５の距離１０１５は、少なくとも部分的に品質基準に基づいてもよい。例えば、関心領域１０３５の表面１０３６上の光線１０２６のターゲットの近傍における遮蔽（シャドーイング）の量を最小にする距離１０１５が選択され得る。別の品質測定基準の例では、２Ｄ投影画像内の照明強度のダイナミックレンジを最大にする距離１０１５が選択され得る。
【００３５】
光源１００５と関心領域１０３５との間の距離１０１５は、光源１００５の面内位置が画像平面１０２０内で変更されても維持され得る。すなわち、光源１００５の深度位置は自動的に調整され得る。撮像システムは、関心領域１０３５の表面に沿って光源１００５を自動的に「走査」し、かつ／又は、ユーザは、ユーザインターフェースを介して画像平面１０２０内の光源１００５の位置を制御し得る（例えば、タッチスクリーンを介して画像内にレンダリングされたオーブを「ドラッグ」する、タッチスクリーン上で光源のための所望の位置をタップする、トラックボールを操作する、など）。一部の実施形態では、関心領域１０３５が画像平面１０２０に対して回転されている間、及び／又は関心領域１０３５が移動している間、距離１０１５は維持され得る。例えば、複数の異なる期間に対応する複数の３Ｄデータセットを３Ｄデータセット１０３０が含む場合（例えば、４次元画像、リアルタイムイメージング、時間経過（ｔｉｍｅ  ｅｌａｐｓｅｄ）ループ）、関心領域１０３５は時間とともに移動し得る。別の例では、３Ｄデータセット１０３０がユーザ及び／又は仮想観察者に対して回転している間、光源１００５は、ユーザ及び／又は仮想観察者に対して静止したままであり得る。
【００３６】
一部の実施形態では、ボリュームレンダラー及び／又は画像プロセッサが、シミュレーション光源１００５の深度位置を決定し得る。一部の実施形態では、ボリュームレンダラー及び／又は画像プロセッサは、画像平面１０２０において２Ｄ投影画像をレンダリングするために表面１０３６のシェーディング情報を決定し得る。一部の実施形態では、ボリュームレンダラー及び／又は画像プロセッサは、シミュレーション光源１００５の深度位置、シェーディング情報を動的に決定し、シミュレーション光源１００５の面内位置が変更されるに伴い２Ｄ投影画像をレンダリングし得る。
【００３７】
図１１ａ及び図１１ｂは、本開示の一実施形態に係るシミュレーション光源の位置を決定するユーザの概略図である。一部の実施形態では、３Ｄデータセットは、複数の関心領域（例えば、血管壁に沿った複数の病変）及び／又は物体（例えば、椎骨、介入デバイス）を含み得る。各関心領域を照明するために、ユーザは、シミュレーション光源を異なる位置に動かし得る。画像レンダリング技術１０００が採用される場合、各関心領域とシミュレーション光源との間の設定距離が自動的に維持され得る。図１１ａに示されるように、ユーザ１１０１は、平面１１２０内の３Ｄデータセット１１３０内にシミュレーション光源１１０５を配置し得る。一部の実施形態では、平面１１２０は、２Ｄ投影画像の画像平面に対応し得る。図１１ａは、ユーザが、３Ｄデータセット１１３０からレンダリングされた投影画像を表示しているタッチスクリーン上に指を置くことによって平面１１２０内でシミュレーション光源１１０５の位置を決定している様子を示す。しかしながら、図７を参照して説明したものなど、光源１１０５の位置を決定する他のやり方を使用することもできる。３Ｄデータセット１１３０内の光源１１０５の深度位置は、第１の関心領域１１３５の表面１１３６からの距離に基づいて自動的に決定されてもよい。上記距離は、図１０を参照して上述したやり方のうちの１つ又はいくつかのやり方の組み合わせに従って計算され得る。ユーザが光源１１０５を平面１１２０内の新しい位置に「ドラッグ」し、かつ／又は関心領域１１３５上又はその近くの平面１１２０内の新しい地点を選択すると、光源１１０５は、関心領域１１３５の表面１１３６から設定距離を定める経路１１１６に沿って移動し得る。
【００３８】
図１１ｂに示されるように、ユーザが、第２の関心領域１１３７上又はその近くの平面１１２０内に光源１１０５を配置すると、光源１１０５の深度位置は、第１の関心領域１１３５の表面１１３６からの距離と同じ距離だけ第２の関心領域１１３７の表面１１３８から離れて光源１１０５が位置するように自動的に調整され得る。一部の実施形態では、関心領域１１３５の表面１１３６からの設定距離は、関心領域１１３７の表面１１３８からの設定距離とは異なり得る。例えば、シミュレーション光源１１０５との間の距離が、少なくとも部分的に品質測定基準に基づいて決定される場合、関心領域１１３５のために計算される品質測定基準の値は、関心領域１１３７のために計算される品質測定基準の値とは異なり得る。ユーザが光源１１０５を平面１１２０内の新しい位置に「ドラッグ」し、かつ／又は関心領域１１３７上又はその近くの平面１１２０内の新しい地点を選択すると、光源１１０５は、関心領域１１３７の表面１１３８から設定距離を定める経路１１１７に沿って移動し得る。図１０及び図１１ａ〜図１１ｂに示される技術１０００は、光源１１０５の深さを手動で調整する必要なしに、ユーザが、画像の複数の領域を連続して照明することを可能にし得る。一部の用途では、ユーザは光源１１０５の面内位置を選択するだけでよいので、これはユーザの時間を節約することにつながる。
【００３９】
図４の画像レンダリング技術４００を参照して説明した特徴は、図１０及び図１１ａ〜図１１ｂの画像レンダリング技術１０００に適用され得る。例えば、光源１００５、１１０５は、画像内で放射性オブジェクト（例えば光球）としてレンダリングされてもよい。画像内の光源１００５、１１０５のレンダリングは、自動的に及び／又はユーザ選択によって有効化及び／又は無効化されてもよい。光源１００５、１１０５はハローを有するようにレンダリングされてもよく、これは自動的に及び／又はユーザ選択によって有効化及び／又は無効化され得る。一部の実施形態では、ユーザは、画像レンダリング技術４００と画像レンダリング技術１０００とを切り替えることができる。例えば、臨床医は、画像レンダリング技術１０００を使用してレンダリングされた画像を調べ、連続していくつかの関心領域にわたって光源をスイープし得る。臨床医が特定の関心領域（例えば、病変）を発見すると、臨床医は画像レンダリング技術４００に切り替え、光源の位置を「微調整」してその領域をより詳細に調べることができる。
【００４０】
図１２は、本開示の一実施形態に係る、３Ｄデータセットの仮想観察者の視点から２Ｄ投影をレンダリングするために３Ｄデータセット内にシミュレーション光源を配置する方法１２００のフローチャートである。一部の実施形態では、方法１２００は、図１０に示される画像レンダリング技術１０００及び図３に示される超音波撮像システムを使用して実施され得る。一部の実施形態では、ユーザは、３Ｄデータセットの２Ｄ投影画像をレンダリングする前に、３Ｄデータセット内のシミュレーション光源の位置を選択し得る。一部の実施形態では、撮像システムは、デフォルト位置に配置された初期デフォルト光源を用いて、３Ｄデータセットから２Ｄ投影画像をレンダリングし得る。デフォルト光源及び位置は、撮像システムに予めプログラムされていてもよく、及び／又はユーザによって設定されてもよい。一部の実施形態では、デフォルト光源は、データセットから一定の距離にある外部指向性光源であり得る。一部の実施形態では、デフォルト光源は、３Ｄデータセット内又はその近傍に配置された多方向光源であり得る。ステップ１２０５において、撮像システムは、３Ｄデータセットの２Ｄ投影画像をレンダリングするためのシミュレーション光源の選択を受け取り得る。一部の実施形態では、ユーザはシミュレーション光源を選択し得る。ユーザは、図１のユーザインターフェース２４又は図７のユーザインターフェース７１０などのユーザインターフェースを介して光源を選択することができる。一部の実施形態では、ユーザは、撮像システムの照明制御モードに入るためにユーザインターフェース中をナビゲートし得る。一部の実施形態では、ユーザは、光源を選択するためにボタン又はタッチスクリーンをタップし得る。任意選択的に、ステップ１２１０において、ユーザ及び／又は撮像システムが光源の視覚的キューを有効化し得る。すなわち、ユーザは、光源をオブジェクト（例えば、オーブ）として画像内にレンダリングさせることを選択することができる。一部の実施形態では、光源はデフォルトで画像内にレンダリングされてもよい。任意選択的に、ステップ１２１５において、ユーザ及び／又は撮像システムが光源の周囲のハローを有効化し得る。一部の実施形態では、光源はデフォルトでハローとともにレンダリングされてもよい。一部の実施形態では、ユーザは、ハローなしで画像をレンダリングすることを好み得る。
【００４１】
ステップ１２２０において、撮像システムは、ユーザ入力に応じて、２Ｄ投影画像の投影平面に対応する平面（例えば、図１０の画像平面１０２０）内のシミュレーション光源の面内位置の指示を受け取り得る。ユーザは光源の面内位置を選択してもよい。一部の実施形態では、面内位置は画像平面内のある位置に対応し得る。ステップ１２２５において、投影平面に対して垂直な軸（例えば、Ｚ軸）上のシミュレーション光源の深度位置が、撮像システムによって自動的に決定され得る。一部の実施形態では、深度位置は、シミュレーション光源と関心領域内の表面との間の設定距離に基づいてもよい。深度位置は、画像平面に対する３Ｄデータセット内の深度に対応し得る。一部の実施形態では、ステップ１２２５及びステップ１２２０は逆の順序で実行され得る。一部の実施形態では、ステップ１２２０及びステップ１２２５は同時に実行されてもよい。ユーザは、トラックボール、タッチスクリーン、及び／又は、図８を参照しながら上述したもの等の他のやり方及び／又はユーザインターフェースを使用することによって、面内位置及び深度位置を選択することができる。次いで、ステップ１２３０において、撮像システムは、面内位置及び深度位置に基づいて、３Ｄデータセット内の１つ又は複数の表面に関する表面シェーディング情報を計算し得る。ステップ１２３５において、撮像システムは、シェーディング情報を含む２Ｄ投影画像をディスプレイにレンダリングし得る。一部の実施形態では、撮像システムは、光源の面内位置がユーザによって動かされるのに伴い、画像を再レンダリングすることができる。すなわち、光源の位置が変更されると、画像の光と影とが動的に変化し得る（例えば、深度位置及び表面シェーディング情報が再計算され得る）。これにより、ユーザは、光源が取り得る複数の位置を迅速に比較し、かつ／又は、画像の複数の部分を順に照らすことによって画像の特徴を調べることができる。例えば、ユーザは各脊椎骨を調べるために、脊柱に沿って光源を動かすことができる。
【００４２】
光源が所望の位置に配置されると、（レンダリングされている場合）ハローはステップ１２４０において無効にされ得る。一部の実施形態では、ユーザがハローを無効にすることを選択することができる（例えば、ユーザインターフェースを介して）。一部の実施形態では、光源がある期間静止していると、撮像システムがハローのレンダリングを自動的に停止してもよい。あるいは、ハローはレンダリングされ続けてもよい。これは、ユーザが視野外の光源位置を選択したときに望ましい可能性がある。任意選択的に、ステップ１２４５において、光源の視覚的キューが無効化されてもよい。すなわち、画像内で光源としてレンダリングされたオブジェクトを画像から削除することができる。撮像システムが光源の視覚的キューを自動的に無効化してもよいし、又はユーザが光源の視覚的キューを無効化することを選択してもよい。光源の視覚的キューを無効にすることは、ユーザが光源の近くの画像内で照らされている微細な特徴を観察したいときに有利であり得る。
【００４３】
方法１２００は、一部の実施形態では画像取得中に実行され得る。例えば、撮像システムは、超音波検査中にマトリックスアレイ超音波トランスデューサから取得される３Ｄデータセットから画像をレンダリングし得る。方法１２００は、撮像システム又は他のコンピューティングデバイス（例えば、コンピュータ、病院のメインフレーム、クラウドサービス）に格納された３Ｄデータセットについて実行され得る。例えば、放射線科医は、過去の検査中に取得された３Ｄデータセットからレンダリングされた画像をレビューし得る。
【００４４】
方法１２００は単一の光源を参照しながら説明されているが、方法１２００の全部又は一部が、複数の光源に関して実行及び／又は繰り返されてもよい。例えば、ユーザは、第１の関心領域に第１の光源を設定し、第２の関心領域に第２の光源を設定することができる。これは、ユーザが３Ｄデータセットの特徴を素早く強調することを可能にし得る。
【００４５】
図１３ａ〜図１３ｃは、本開示の一実施形態に係るレンダリングされた脊柱画像１３００ａ〜ｃの例である。図１３ａは、光球としてレンダリングされたシミュレーション光源１３０５を有する脊柱画像１３００ａを示す。脊柱画像１３００ａは、デフォルト位置のシミュレーション光源１３０５を用いてレンダリングされていてもよい。脊柱画像１３００ａがレンダリングされた後、ユーザ及び／又は撮像システムが、シミュレーション光源１３０５の位置を調整し得る。図１３ｂは、椎骨１３１０の上方のシミュレーション光源１３０５を有する脊柱画像１３００ｂを示す。シミュレーション光源１３０５は、椎骨１３１０の表面から設定距離に位置し得る。ユーザは、シミュレーション光源１３０５の面内位置を、画像１３００ａに示すデフォルト位置から画像１３００ｂに示す椎骨１３１０上の現在位置まで調整してもよい。ユーザは、図７を参照しながら上記したやり方のうちの１つ又は複数を使用して、シミュレーション光源１３０５の面内位置を調整してもよい。撮像システムが、シミュレーション光源１３０５が椎骨１３１０の表面から設定距離に位置するように、シミュレーション光源１３０５の深度位置を自動的に調整してもよい。図１３ｃは、椎骨１３２０の上方のシミュレーション光源１３０５を有する脊柱画像１３００ｃを示す。シミュレーション光源１３０５は、椎骨１３２０の表面から設定距離に位置し得る。ユーザは、シミュレーション光源１３０５の面内位置を、画像１３００ｂに示す椎骨１３１０上の位置から画像１３００ｃに示す椎骨１３２０上の現在位置まで調整してもよい。ユーザは、図７を参照しながら上記したやり方のうちの１つ又は複数を使用して、シミュレーション光源１３０５の面内位置を調整してもよい。例えば、ユーザはタッチスクリーンを使用して、矢印１３１５で示される方向に沿って光源１３０５をドラッグしてもよい。撮像システムは、シミュレーション光源１３０５が椎骨１３２０の表面から設定距離に位置するように、シミュレーション光源１３０５の深度位置を自動的に調整してもよい。ユーザが脊柱画像１３００ｃに沿って光源１３０５を椎骨１３１０と椎骨１３２０との間でドラッグするのに応じて、撮像システムが、光源１３０５と脊椎画像１３００ｃに示される表面との間の設定距離が維持されるように、シミュレーション光源１３０５の深度位置を自動的に調整してもよい。撮像システムは、図１０〜図１２を参照しながら上記した技術のうちの１つ又は複数を使用して、光源１３０５の深度位置を調整してもよい。これにより、臨床医は脊柱を素早くスキャンして、各椎骨を調べることが可能になり得る。
【００４６】
コンピュータベースシステム又はプログラマブルロジックなどのプログラム可能なデバイスを使用して、構成要素、システム、及び／又は方法が実装される様々な実施形態において、上記システム及び方法は、様々な既知の又は後に開発されるプログラム言語、例えば“Ｃ”、“Ｃ  ＋＋”、“ＦＯＲＴＲＡＮ”、“Ｐａｓｃａｌ”、及び“ＶＨＤＬ”などのうちの任意のものを使用して実装され得る。したがって、コンピュータなどのデバイスに上記システム及び／又は方法を実施するよう指示することができる情報を含む様々な記憶媒体、例えば磁気コンピュータディスク、光学ディスク、及び電子メモリなどを準備することが可能である。適切なデバイスが記憶媒体に含まれる情報及びプログラムにアクセスすると、記憶媒体は情報及びプログラムを該デバイスに提供し、デバイスが本明細書に記載のシステム及び／又は方法の機能を実行することを可能にする。例えば、ソースファイル、オブジェクトファイル、又は実行可能ファイルなどの適切な素材を含むコンピュータディスクがコンピュータに提供された場合、コンピュータは情報を受け取り、適切に自身を構成し、様々な機能を実現するための上記図面及びフローチャートに概説されている様々なシステム及び方法の機能を実行することができる。すなわち、コンピュータは、上記システム及び／又は方法の各種の要素に関するディスクから情報の様々な部分を受信し、個々のシステム及び／又は方法を実施し、個々の上記システム及び／又は方法の機能を調整することができる。
【００４７】
この開示に関連して、本明細書に記載されている様々な方法及びデバイスは、ハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアとして実装され得ることに留意されたい。さらに、様々な方法及びパラメータは、単なる例示であって、限定的な意味は有さない。この開示に関連して、当業者は、本発明の範囲内において、技術に影響を及ぼすような各自の技術及び必要な機器を決定しつつ、本教示を実施することができる。
【００４８】
超音波イメージングシステムを具体的に参照して本発明に係るシステムを説明してきたが、本発明に係るシステムは、１つ又は複数の画像がシステマチックに取得される他の医療イメージングシステムにも拡張され得ることが想定される。本発明に係るシステムは、腎臓、精巣、乳房、卵巣、子宮、甲状腺、肝臓、肺、筋骨格、脾臓、心臓、動脈、及び血管系に関連する画像情報を取得及び／又は記録するために、並びに超音波誘導インターベンションに関連する他のイメージング用途に適用され得る。さらに、本発明に係るシステムは、従来のイメージングシステムとともに使用され、本発明に係るシステムの特徴及び利点を提供することを可能にする１つ又は複数のプログラムを含み得る。本開示の追加の利点及び特徴が、本開示を研究した当業者に明らかとなり、又は本開示の新規システム及び方法を利用する者によって経験される可能性がある。本発明に係るシステム及び方法の他の利点は、従来の医療画像システムを容易にアップグレードして、本発明に係るシステム、装置、及び方法の特徴及び利点を組み込むことができることである。
【００４９】
当然のことながら、本明細書に記載される例、実施形態、又はプロセスのいずれか１つが、１つ又は複数の他の例、実施形態、及び／又はプロセスと組み合わせられてもよく、又は、本発明に係るシステム、装置、及び方法にしたがって別の装置又は装置の部分の間で分離及び／又は実行されてもよい。
【００５０】
最後に、上記の議論は、本発明に係るシステムの単なる例示であり、添付の特許請求の範囲をいずれかの特定の実施形態又は実施形態のグループに限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、例示的な実施形態を参照して特に詳細に本発明に係るシステムを説明したが、以下の特許請求の範囲に示される本発明に係るシステムの意図される広範な趣旨及び範囲から逸脱することなく、多様な変更及び代替的実施形態が当業者によって考案され得ることも理解されたい。したがって、明細書及び図面は例示的であると解釈されるべきであり、添付の特許請求の範囲を限定するものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【国際調査報告】
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