(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内の三次元空間から取得されたボリュームデータに対して、レンダリング対象となる対象データを画定する三次元関心領域を設定する設定手段と、
前記対象データに対して複数のレイを設定し、レイ単位でレイに沿ってレンダリング演算を実行する手段であって、前記複数のレイに対応した複数の輝度からなる輝度マップと前記複数のレイに対応した複数の距離からなる距離マップとを生成するレンダリング手段と
前記輝度マップ及び前記距離マップに基づいて、カラー三次元画像を形成する画像形成手段と、
を含み、
前記設定手段は、前記三次元関心領域が有するクリッピング面としての変形可能な開始面とは別に、前記複数のレイに対して交差する関係を有する基準面を設定し、
前記レンダリング手段は、
前記レイ単位で前記開始面から前記レンダリング演算を実行することにより輝度を演算する輝度マップ生成手段と、
前記レイ単位で前記基準面からレンダリング演算終了点までの距離を演算する距離マップ生成手段と、
を含むことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記基準面は前記複数のレイに対して直交する関係を有する平面である、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、
前記基準面は前記三次元関心領域よりも視点に近い側に設定される、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記距離マップ生成手段は、前記レンダリング演算終了点が前記基準面よりも視点に近くなる場合には前記距離をゼロにする、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記距離マップ生成手段は、
前記レイ単位で前記開始面から前記レンダリング演算終了点までの第１の距離を演算する手段と、
前記レイ単位で前記基準面から前記開始面までの第２の距離を演算する手段と、
前記レイ単位で前記第１の距離と前記第２の距離とを加算して前記距離を演算する手段と、
を含む、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記画像形成手段は、
少なくとも輝度に基づいて第１のカラー値を決定する第１の変換テーブルと、
少なくとも輝度に基づいて第２のカラー値を決定する第２の変換テーブルと、
前記距離に応じて、前記第１の変換テーブルによって決定された第１のカラー値と前記第２の変換テーブルによって決定された第２のカラー値とを重み付け合成する手段と、
を含み、
前記重み付け合成後の複数のカラー値によって前記カラー三次元画像が構成される、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記カラー三次元画像の形成に先立って前記距離マップを平滑化する平滑化手段を含む、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波画像処理装置に関し、特に、超音波ボリュームデータに基づいてカラーの三次元超音波画像を形成する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像処理装置として、超音波診断装置の他、超音波診断装置で取得されたボリュームデータを処理する情報処理装置があげられる。超音波画像処理装置においては、超音波ボリュームデータ（以下、単に「ボリュームデータ」という。）に基づくレンダリング演算により三次元超音波画像（対象組織を立体的に表現した画像）が形成される。その手法としてボリュームレンダリング法が周知である。
【０００３】
ボリュームレンダリング法においては、ボリュームデータに対して、視点から出る複数のレイ（視線）が設定され、個々のレイごとにレンダリング演算が実行されて画素値（輝度）が求められる。より詳しくは、レイ上の開始点から奥行き方向に沿ってオパシティ（不透明度）を利用した出力光量演算（ボクセル演算）が繰り返し実行され、所定の終了条件が満たされた時点での出力光量つまり演算終了点での出力光量をもって画素値が決定される。所定の終了条件としては、オパシティ累積加算値が１又はそれに近い値に到達したことを内容とする第１の終了条件、レイ上の最後のサンプル点まで出力光量演算が到達したことを内容とする第２の終了条件、等が知られている。オパシティ累積加算値は、一般に、出力光量演算ごとにそこで利用したオパシティを累積加算することによって求められるものである。出力光量演算式としては各種の式が知られている。複数のレイについて求められる複数の輝度は輝度マップとして観念され、それが三次元超音波画像を構成する。
【０００４】
上記のような一般的なボリュームレンダリング法とは異なる特別なボリュームレンダリング法として、輝度アップと共に距離マップを生成し、それらに基づいてカラー三次元画像を形成するボリュームレンダリング法が知られている。その方法では、レイ単位でのレンダリング演算に際し、終了点での出力光量（輝度）の他、終了点の深さ等が距離として特定され、これによって複数のレイに対応する複数の距離からなる距離マップが生成される。例えば、距離に応じて色相を変化させることにより、カラー三次元超音波画像における奥行き感を増大させることが可能である。
【０００５】
特許文献１、２は、三次元超音波画像の形成に際して距離に応じた色付けを提案するものである。具体的には、特許文献１に開示されたボリュームレンダリング法では、距離マップとして、平均深さマップが生成されている。特許文献２に開示されたボリュームレンダリング法では、距離マップとして、投影面からの距離を示す距離マップが生成されている。
【０００６】
特許文献３には、ボリュームデータに対して設定される三次元関心領域が示されている。その関心領域はクリッピング面としてのレンダリング開始面（以下「開始面」と称する。）を有する。その開始面は変形可能な面である（更に高さ方向への並行移動や傾斜運動も可能である）。例えば、胎児と胎盤との間の隙間の形状に合わせて開始面を変形させれば、胎盤を画像化対象から除外しつつ、胎児をレンダリング対象とすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５１１７４９０号公報
【特許文献２】特許第５５２５９３０号公報
【特許文献３】特開２０１１−８３４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の距離マップを構成する距離を、レンダリング開始点からレンダリング終了点までの区間の長さと定義した場合、その距離が開始面の形状に依存することになる。開始面を湾曲させた場合、仮に対象物の表面形状が平坦であっても、距離マップの内容が上記湾曲の度合いに依存して変化する。これに起因して、カラー処理の段階では無用な色相変化が生じてしまう。特に、開始面を複雑に変形させた場合、その変形に応じて複雑な色相変化が生じてしまう。
【０００９】
本発明の目的は、輝度マップ及び距離マップに基づいて三次元超音波画像を形成する場合に、レンダリング開始面の変形による影響が距離マップに直接的に及ばないようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、三次元超音波画像の画質を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る超音波画像処理装置は、生体内の三次元空間から取得されたボリュームデータに対して、レンダリング対象となる対象データを画定する三次元関心領域を設定する設定手段と、前記対象データに対して複数のレイを設定し、レイ単位でレイに沿ってレンダリング演算を実行する手段であって、前記複数のレイに対応した複数の輝度からなる輝度マップと前記複数のレイに対応した複数の距離からなる距離マップとを生成するレンダリング手段と、前記輝度マップ及び前記距離マップに基づいて、カラー三次元画像を形成する画像形成手段と、を含み、前記設定手段は、前記三次元関心領域が有するクリッピング面としての変形可能な開始面とは別に、前記複数のレイに対して交差する関係を有する基準面を設定し、前記レンダリング手段は、前記レイ単位で前記開始面から前記レンダリング演算を実行することにより輝度を演算する輝度マップ生成手段と、前記レイ単位で前記基準面からレンダリング演算終了点までの距離を演算する距離マップ生成手段と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
上記構成において、開始面は、画像化の対象とそれ以外とを分けるクリッピング面として機能するものであり、それは変形可能な面である。望ましくは、開始面は、傾斜可能で且つ視点に対して前後動可能な面である。本発明によれば、そのような開始面とは別に、距離演算の基準となる特別な面つまり基準面が設定される。望ましくは、基準面は複数のレイに対して直交する関係を有する平面であるが、それが若干傾斜可能なものであってもよい。基準面が三次元関心領域よりも視点に近い側に設定されるのが望ましい。基準面が距離演算の基準となることで、開始面の変形等の影響が各距離に直接的に及ぶことが回避される。よって、カラー三次元画像上での無用な色相変化を防止して、その品質を高められる。
【００１２】
上記の三次元関心領域は、画像化対象（例えば胎児）を包含し、且つ、画像化対象でない組織（例えば胎盤）が除外されるように、自動的に又はマニュアルで設定される。その際に、上記のようにクリッピング面である開始面の変形等がなされる。開始面は個々のレイにおけるレンダリング開始点を規定するものであり、具体的には、開始面上に複数のレイに対応する複数のレンダリング開始点がセットされる。輝度マップを構成する輝度は、一般に、レンダリング終了条件が満たされた時点での出力光量、つまり、レンダリング終了点での出力光量、として定められる。ボリュームレンダリング法に従ってレイに沿って出力光量演算（ボクセル演算）を繰り返し実行していく過程で、オパシティが累積加算され、その累積加算値が１又はその手前の所定値に到達したならば、レンダリング終了が判断され、その次の出力光量演算は行われない。つまり、その時点をもって当該レイについてのレンダリング演算が終了し、輝度が定義されることになる。それと共に、開始点（レンダリング開始点）からレンダリング終了点までの距離が演算される。例えば、もっぱら胎児表面上又は表層内でレンダリング演算が終了するように、オパシティその他のパラメータを設定するなら、距離マップが胎児形状を表すことになる。そのような距離マップに従ってカラー演算が実行されれば、三次元画像上において胎児の三次元形態が輝度変化に加えて色相変化によって表現される。そのような場合に上記構成によれば距離マップの内容を優良化できるから、三次元画像のカラー表現も優良化される。ボリュームレンダリングのための計算式としては各種の数式が知られている。
【００１３】
三次元関心領域のクリップ面（変形前の開始面）の初期形状として基準面を定義してもよい。もっとも開始面が対象物側に膨らんだ凹面となる場合の他、開始面が視点側に膨らんだ凸面となる場合もある。開始面よりも常に視点側に基準面が設定されるようにしてもよい。なお、レンダリング終了点が基準面よりも視点側になる事態が生じた場合、例外的に距離を強制的にゼロにし、距離が異常値（マイナス値）になることを防止してもよい。すなわち、望ましくは、前記距離マップ生成手段は、前記レンダリング演算終了点が前記基準面よりも視点に近くなる場合には前記距離をゼロにする。
【００１４】
望ましくは、前記距離マップ生成手段は、前記レイ単位で前記開始面から前記レンダリング演算終了点までの第１の距離を演算する手段と、前記レイ単位で前記基準面から前記開始面までの第２の距離を演算する手段と、前記レイ単位で前記第１の距離と前記第２の距離とを加算して前記距離を演算する手段と、を含む。基準面からレンダリング終了点までの距離を直接的に演算するよりも上記構成の方が既存の構成を生かして簡便に距離を演算することができる。なお、レイ上の個々の演算点（サンプル点）でのエコー値は、通常、その点周囲の複数のエコー値から補間演算により求められる。
【００１５】
望ましくは、前記画像形成手段は、少なくとも輝度に基づいて第１のカラー値を決定する第１の変換テーブルと、少なくとも輝度に基づいて第２のカラー値を決定する第２の変換テーブルと、前記距離に応じて、前記第１の変換テーブルによって決定された第１のカラー値と前記第２の変換テーブルによって決定された第２のカラー値とを重み付け合成する手段と、を含み、前記重み付け合成後の複数のカラー値によって前記カラー三次元画像が構成される。重み付け合成条件をユーザーによって自在に可変できるように構成するのが望ましい。望ましくは、前記カラー三次元画像の形成に先立って前記距離マップを平滑化する平滑化手段を含む。距離マップにおいては特に辺縁において滑らかさに欠ける傾向が認められ、それは色相の無用な変化を生じさせる。上記構成によれば距離マップの平滑化によりそのような色相の不自然な変化が生じることを防止又は軽減できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、輝度マップ及び距離マップに基づいて三次元超音波画像を形成する場合に、レンダリング開始面の変形による影響が距離マップに直接的に及ばないようにできる。あるいは、本発明によれば、三次元超音波画像の画質を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る超音波画像処理装置の実施形態を示すブロック図である。
【図２】輝度マップ及び距離マップを示す図である
【図３】比較例を示す図である。
【図４】基準面の第１例を示す図である。
【図５】基準面の第２例を示す図である。
【図６】基準面の第３例を示す図である。
【図７】図１に示した装置の動作例を示すフローチャートである。
【図８】図７に示した動作例についての変形例を説明するための図である。
【図９】距離マップに対する平滑化を説明するための図である。
【図１０】カラー処理部の第１構成例を示す図である。
【図１１】カラー処理部の第２構成例を示す図である。
【図１２】カラー処理部の第３構成例を示す図である。
【図１３】重み付け合成処理を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１には本発明に係る超音波画像処理装置の好適な実施形態が示されている。この超音波画像処理装置は、本実施形態において、超音波診断装置である。超音波画像処理装置が画像処理を実行する情報処理装置によって構成されてもよい。その場合、超音波診断装置で取得されたボリュームデータが情報処理装置へ渡される。
【００２０】
図１に示す超音波診断装置は医療機関において設置され、生体に対する超音波の送受波により超音波画像を形成する装置である。本実施形態においては、以下に詳述するように、超音波画像としてカラー三次元画像が生成されている。それは例えば、子宮内の胎児の三次元形態を輝度及び色相の変化によって立体的に表現した画像である。
【００２１】
図１において、３Ｄプローブ１０は生体内の三次元空間に対して超音波の送受波を行うことによりボリュームデータを取得するための送受波器である。３Ｄプローブ１０は例えば２Ｄアレイ振動子を有し、それは二次元配列された複数の振動素子からなるものである。２Ｄアレイ振動子によれば、超音波ビームを電子的に二次元走査することが可能である。電子走査方式としては電子セクタ走査方式等が知られている。１Ｄアレイ振動子を機械的に走査することによってもボリュームデータを取得可能である。一般に、ボリュームデータは複数の走査面データにより構成され、各走査面データは複数のビームデータにより構成される。各ビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータにより構成される。
【００２２】
送受信部１２は電子回路であり、それは送信ビームフォーマー及び受信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、送信時において、送受信部１２から３Ｄプローブ１０へ複数の送信信号が供給され、これにより送信ビームが形成される。受信時において、生体内からの反射波が３Ｄプローブ１０によって受波されると、３Ｄプローブ１０から複数の受信信号が送受信部１２へ出力される。送受信部１２では複数の受信信号を整相加算処理し、これにより受信ビームに相当するビームデータを出力する。
【００２３】
送受信部１２からビームデータ処理部１４へ複数のビームデータが順次出力される。ビームデータ処理部１４は、検波器、対数変換器等を備える電子回路である。そこで処理された各ビームデータが座標変換部１６へ送られる。
【００２４】
座標変換部１６は、座標変換機能、補間機能、等を有する電子回路である。座標変換部１６は、各ビームデータを構成する個々のエコーデータを三次元記憶空間内にマッピングする処理を実行する。実際には補間データのマッピングを実行している。走査面に対応するフレームデータ単位で座標変換を実行してもよい。それを繰り返すことによりボリュームデータを生成するようにしてもよい。その場合には二次元スキャンコンバータが利用される。いずれにしても、本実施形態においては、座標変換部１６が有するメモリ１８内にボリュームデータが格納される。なお、そのようなボリュームデータから切り出される面データに基づいて二次元断層画像（Ｂモード画像）が形成される。
【００２５】
ボリュームレンダリング部２０は、三次元関心領域設定手段、レンダリング手段、等として機能する。それは電子回路又はソフトウエア機能として実現される。三次元関心領域は、ボリュームデータの中で画像化したい部分を切り出すための領域であり、逆に言えば、画像化したくない部分を除外した領域であり、その領域の形態や位置は自動的に又はユーザー入力により定められる。例えば、子宮内の胎児の三次元画像を形成したい場合、胎児と胎盤との間の隙間（羊水）に、クリッピング面としての開始面が設定されるように、三次元関心領域が設定される。その場合において、視点に対してボリュームデータを相対的に回転させれば、それに伴って三次元関心領域に対してボリュームデータが相対的に回転する。クリッピング面つまり開始面は、デフォルト状態では平面であるが、上記特許文献３に記載されているように、それは凸面又は凹面に変形可能な面である。更に、その高さ、傾きを変更することも可能である。
【００２６】
本実施形態においては、ボリュームレンダリング部２０が、後述する基準面の設定手段としても機能する。基準面は、通常、開始面よりも視点側に設けられる平面であり、後述するレイ群に対して直交する平面である。
【００２７】
ボリュームレンダリング部２０は、ボリュームレンダリング法に基づいて、三次元関心領域つまり対象データに対してレイ群を設定した上で、個々のレイごとにレンダリング演算を実行する。複数のレイは本実施形態において互いに並行であり、それらは視点（又はそれに相当する面）から奥行き方向に延びる。複数のレイは三次元画像を構成する複数の画素に対応している。ボリュームレンダリング部２０は、レイ単位で、開始点（レンダリング開始点）から終了点（レンダリング終了点）までにわたって、一定のピッチで、出力光量演算（ボクセル演算）を繰り返し実行する。より正確に言えば、所定の終了条件が満たされるまで、演算点を順次シフトさせながら、オパシティ（不透明度）を利用した出力光量演算が繰り返し実行される。所定の終了条件には、第１の終了条件と第２の終了条件とがある。出力光量演算で利用するオパシティの累積加算値が１又は所定値（例えば０．９８）を超える場合に、第１の終了条件が満たされたと判断される。一方、出力光量演算が終了面まで到達した場合に第２の終了条件が満たされたと判断される。オパシティ関数を適宜設定しておけば、例えば、胎児表面又はその近傍で第１の終了条件が満たされる。その結果、胎児表面が表された三次元画像を形成することが可能である。所定の終了条件が満たされた時点での出力光量、つまり終了点での出力光量がそのレイに対応する輝度とされる。その輝度がメモリ２２上にマッピングされる。複数のレイに対応する複数の輝度のマッピング結果としてメモリ２２上に輝度マップが構成される。
【００２８】
一方、出力光量演算に際しては、オパシティの累積加算が実行されており、上記の所定の終了条件が満たされた時点で、終了点の深さを表す“距離”が特定される。本実施形態では、その距離として、基準面から終了点までの長さが演算される。具体的には、終了条件が満たされるまでの出力光量演算回数に対してレイ上でのサンプル点ピッチを乗算することにより、開始面から終了点までの第１の距離が求められる。一方、当該レイ上において又はその延長線上において、基準面から開始面までの長さが第２の距離として求められる。第１の距離と第２の距離とを加算することにより、距離（基準面を基準として規格化された距離）が求められる。その距離がメモリ２４上にマッピングされる。複数のレイに対応する複数の距離によりメモリ２４上に距離マップが構成される。それは、輝度マップと同様、三次元画像を構成する画素配列と同じ配列を有するものである。
【００２９】
輝度マップ及び距離マップの生成それ自体は公知であるが、本実施形態においては、距離マップを構成する個々の距離が基準面からの距離つまり規格化された距離である。これに関しては後に更に詳述する。
【００３０】
回路２６は必要に応じて設けられる。それは例えば画像フィルタであり、例えばエッジ強調フィルタである。平滑化フィルタ２８は平滑化手段として機能し、それは電子回路又はソフトウエアによって構成される。距離マップにおいては組織の輪郭において不自然な段差等が生じ易く、それは最終的な三次元画像の画質低下要因となるものである。そこで、本実施形態では、平滑化フィルタ２８が距離マップの平滑化処理を実行しており、そのような処理を経た距離マップが表示処理部３０内のカラー処理部３２へ送られている。
【００３１】
表示処理部３０は、色付け機能、画像合成機能、等の各種の表示処理機能を備えている。その内でカラー三次元画像を生成する部分がカラー処理部３２として示されている。カラー処理部３２は、画素ごとに、輝度と距離とから画素値（カラー値）を決定するものであり、例えば、輝度マップとしての白黒の三次元画像に対して、個々の座標での距離に応じた色付けを施している。本実施形態では、診断目的やユーザー希望に応じて色表現を変えられるようにするため、カラー処理部３２が２つの変換テーブル（変換関数）を有しており、それらによって特定される２つのカラー値が距離に応じて重み付け合成される。その重み付け合成条件をユーザーにおいて任意に変更することが可能である。生成されたカラー三次元画像が表示器３４で表示される。それは静止画像又は動画像である。
【００３２】
制御部３６はＣＰＵ及び動作プログラムによって構成され、制御部３６により、図１に示されている個々の構成の動作が制御される。操作パネル３８は入力装置を構成し、それを利用して三次元関心領域をマニュアル設定したり重み付け合成条件を変更したりすることが可能である。特にクリッピング面としての開始面をマニュアルで設定する場合に操作パネルが利用される。本実施形態では、三次元関心領域よりも視点側に基準面が自動的に設定されているが、基準面をマニュアルで設定できるように構成してもよい。表示器３４には、カラー三次元画像の他、必要に応じて、任意断面画像やいわゆるトリプレーン画像が表示される。それらの画像を参照しながら三次元関心領域が設定される。
【００３３】
図２には輝度マップ及び距離マップの生成法が模式的に示されている。但し、図２においては一般的な生成法が示されており、そこには基準面は示されていない。
【００３４】
三次元関心領域４０に対して互いに並行に複数のレイ４２が設定される。Ｘ−Ｙ−Ｚは直交座標系を表している。Ｚ方向が深さ方向である。符号４１で示す矢印は視点から出る投影方向を示している。その方向に対して複数のレイ４２が並行に設定される。なお、ボリュームデータに対して任意の位置に視点を設定することが可能である。
【００３５】
図示の例では、符号４０Ａがクリッピング面としての開始面を示している。それは平面として描かれている。実際には開始面の形状等を自在に変更することが可能である。個々のレイにおいて、開始面４０Ａ上の開始点から奥行き方向（図示の例ではＺ方向）へ出力光量演算が繰り返し実行される。その演算の都度、オパシティが累積加算される。上述した終了条件が満たされた時点で、出力光量演算が止まり、つまり、レンダリング演算が終了する。これによって、レイ４２ごとに終了点４４が特定される。レンダリング演算終了時点での出力光量が輝度としてメモリ上にマッピングされる。複数のレイ４２に対応する複数の輝度のマッピング結果として輝度マップ４６が構成される。それは白黒のボリュームレンダリング画像に相当する。一方、レイ単位での終了点４４の深さが距離としてメモリ上にマッピングされる。複数のレイ４２に対応する複数の距離のマッピング結果として距離マップ４８が構成される。グレースケール５０に示されているように、図示の例では、最小距離から最大距離までの間が輝度変化として表現されている。もっとも、距離が他の数値として表現されてもよい。
【００３６】
輝度マップ４６及び距離マップ４８は、三次元画像を構成する二次元画素配列と同じ二次元画素配列を有する。輝度マップ４６及び距離マップ４８に基づいて、カラー三次元画像が形成される。例えば、上記のように、白黒三次元画像に相当する輝度マップが各画素に対応する距離に応じて色付けされる。
【００３７】
図３には比較例が示されている。符号５４は胎児を示しており、符号５６は胎盤を示している。符号５７は羊水を示している。符号５２はボリュームデータを示し、符号５８は三次元関心領域を示している（図３には三次元関心領域の断面が現れている）。三次元関心領域５８は、クリッピング面として機能する開始面６０、底面（下面）としての終了面６５、及び、４つの側面（図３には２つの側面６２，６４が現れている）を有するボックス状の形態を有する。開始面６０の凹形変形により、開始面６０が胎児５４と胎盤５６との間の隙間に差し込まれている。このように三次元関心領域５８の形態が定められた上で、それに対して設定される個々のレイごとにレンダリング演算が実行される。図３において、個々の下向き矢印６２はレンダリング演算経路を示しており、矢印６２の先端が終了点を示している。なお、図３には、複数の下向き矢印６２の中で胎児表層まで到達していないものが含まれているが、それは作図上の都合によるものである。図３に示す比較例では、基準面が採用されていない。つまり、各レイにおいて、開始面から終了点までの長さが距離として演算され、その距離がそのまま色付け処理で参照される。それ故、開始面６０が湾曲していることに起因して、距離マップに胎児表面形態とは関係のない距離勾配が生じてしまう。それは無用な色相変化を引き起こすものである。
【００３８】
図４には実施形態が示されている。なお、図３に示した要素と同様の要素には同一符号を付し、その説明を省略する。このことは後に説明する図５及び図６についても同様である。
【００３９】
図４においては、開始面６０よりも視点に近い側に基準面６６が設定されている。その基準面６６は、複数のレイに直交する関係を有する平面である。デフォルト状態の開始面６０をもって基準面であると定めてもよい。基準面６６は三次元関心領域５８の全体を覆っている。具体的には、三次元関心領域５８が有する４つの側面の上辺に連接する平面として基準面が定義されている。但し、視点により近い位置に基準面を設定してもよい。基準面６６が観察対象組織を横切らないように当該基準面６６の位置を定めるのが望ましい。
【００４０】
個々のレイにおいては、従来同様にレンダリング演算が実行されるが、距離の演算に限っては、基準面６６が演算基準として利用される。すなわち、各レイにおいて、基準面６６から終了点までの規格化された長さが距離として演算される。実際には、開始面６０上の開始点から終了点までの第１の距離が演算され、一方、基準面６６から開始面６０までの第２の距離が演算される。そして、第１の距離と第２の距離とを加算することにより、その加算結果としてマッピングされる距離が演算される。もっとも、基準面から終了点までの距離が直接的に求められてもよい。本実施形態では、レンダリング演算範囲とは別に距離が定義されるようにしたので、開始面の形態に依存しない、規格化された距離を演算できる。
【００４１】
図５には基準面の第２例が示されている。この第２例では、胎盤５６Ａの形態を考慮して、三次元関心領域５８Ａの開始面６０Ａが凸面を構成しており、これにより、開始面６０Ａから見て視点とは反対側に基準面７０が設定されている。但し、基準面７０は、胎児５４にかかっておらず、各レイにおいて演算される距離はいずれもプラス距離である（符号７２を参照）。もっとも、図５に示す第２例では、基準面７０が画像化対象組織にかかり易いので、基準面７０がより上方に位置するように、例えば、基準面７０が開始面６０Ａの頂点を通過するように、基準面設定条件を変更するのが望ましい。
【００４２】
図６には基準面の第３例が示されている。この例では、胎盤５６Ｂがかなり複雑な形態を有しており、それに応じて、三次元関心領域５８Ｂの開始面６０Ｂも複雑な形態を有している。開始面６０Ｂの視点側に基準面７４が設定されている。それは平面であるが、各レイに対しては傾斜している。その傾斜角度は小さく、傾斜を原因とする距離変化量はかなり小さい。しかも一様に傾斜しているので不自然な距離変化や局所的な距離変化は生じていない。このように、場合によっては、傾斜した基準面７４を利用することも可能である。但し、傾斜に起因して見かけ上の距離増減が生じるので、各レイに直交する基準面（上記第１例として示した基準面）を採用するのが望ましい。
【００４３】
図７には動作例、特に輝度マップ及び距離マップの生成に関する動作の一例が示されている。Ｓ１０では、レイ番号を示すｋが初期化され、Ｓ１２では、深さを示すｄが初期化される。Ｓ１４では、ｋ番目のレイ上において深さｄにある注目点について、エコー値（ボクセル値）が演算される。例えば、注目点の近傍に存在する８個のエコー値に基づいて三次元線形補間演算により注目点のエコー値が算出される。Ｓ１６では、注目点でのエコー値、それに対応したオパシティ、等に基づく出力光量演算（ボクセル演算）が実行される。これにより注目点での出力光量が求まり、その出力光量が次の注目点での入力光量とされる。Ｓ１６では、オパシティの累積加算も実行される。
【００４４】
Ｓ１８では、所定の終了条件が満たされたか否かが判断される。満たされていない場合、Ｓ２８においてｄがインクリメントされた上で、Ｓ１４からの各工程が繰り返し実行される。一方、Ｓ１８において、終了条件が満たされたと判断された場合、Ｓ１９において、最終的な出力光量が輝度としてメモリ上にマッピングされる。
【００４５】
Ｓ２０では、基準面から開始面までの距離Δｄが計算される。距離Δｄは開始面の位置及び形態に依存する。Ｓ２２では、終了点の深さであるｄと、基準面と開始面との間の距離Δｄと、が加算され、その結果として距離Ｚが求まる。Ｓ２４ではＺがメモリ上にマッピングされる。Ｓ２６では、ｋが最大値に到達したか否かが判断され、ｎｏであればＳ３０においてｋがインクリメントされた上で、Ｓ１２以降の各工程が繰り返し実行される。
【００４６】
この後、輝度マップ及び距離マップに基づいてカラーの三次元画像が形成される。但し、三次元画像形成に先立って、少なくとも距離マップに対してはＳ２７で平滑化処理が施される。
【００４７】
図８には変形例が示されている。この変形例では図７に示したＳ２２とＳ２４との間にＳ３２及びＳ３４が設けられている。Ｓ３２では、Ｚがマイナス値であるか否かが判断され、Ｚがマイナス値である場合にはＳ３４においてＺが強制的にゼロとされている。これにより距離に異常値が与えられることが防止されている。もっとも、開始面よりも常に視点側になるように基準面を定めるようにすればこのような変形例を採用する必要はない。ユーザーが任意に基準面の位置を設定できるように構成する場合、図８に示す変形例を採用するのが望ましい。
【００４８】
図９には図１に示した平滑化フィルタの作用が示されている。符号７８は平滑化前の距離マップを示している。そこに含まれる組織の辺縁７８Ａにおいてギザギザが生じている。そのような距離マップを基礎として三次元画像を形成した場合に上記ギザギザが三次元画像において不自然な色相変化を生じさせる。一方、符号８０には平滑化フィルタによる平滑化を行った後の距離マップが示されている。平滑化後においては上記ギザギザが消失しており、滑らかな辺縁８０Ａとなっている。平滑化の作用はもちろん辺縁以外にも及ぶ。平滑化後の距離マップを基礎として三次元画像を形成することにより、その画質を向上することが可能である。すなわち、三次元画像上において、観察者に違和感を生じさせない色相変化つまり自然な色相変化を生じさせることが可能である。
【００４９】
図１０には図１に示したカラー処理部の第１構成例が示されている。それは変換テーブル８２を有する。変換テーブル８２は例えば輝度Ｉと距離Ｚとから画素値としてのカラー値Ｐを決定するルックアップテーブルとして構成される。それが数学的な関数によって構成されてもよい。図１１にはカラー処理部の第２構成例が示されている。変換テーブル８４，８６はそれぞれ輝度Ｉからカラー値を決定するものであり、それらから２つのカラー値が出力される。重み付け合成器８８は、２つのカラー値を距離Ｚに基づいて重み付け合成する。図１２にはカラー処理部の第３構成例が示されている。２つの変換テーブル９０，９２はそれぞれ輝度Ｉと距離Ｚの組合せに応じてカラー値を決定するものである。重み付け合成器９４は、入力される２つのカラー値を距離Ｚに基づいて重み付け合成するものである。上記第１構成例乃至第３構成例はそれぞれ例示であり、他の構成例を採用し得る。
【００５０】
図１３には重み付け合成の一例が示されている。横軸は距離Ｚを示している。縦軸はカラー値、特に、変換テーブル（Ｆ）によって決定されたカラー値と、変換テーブル（Ｂ）によって決定されたカラー値と、が示されている。重み付け関数が符号１０４で示されている。縦軸方向に３つの区間１０６，１０８，１１０が設定されている。区間１０６においては、変換テーブル（Ｆ）のカラー値が１００％採用されている。区間１１０において、変換テーブル（Ｂ）のカラー値が１００％採用されている。それらの間の区間１０８においては、距離Ｚに応じて、変換テーブル（Ｆ）のカラー値から変換テーブル（Ｂ）のカラー値まで、重みが変化している。区間１０８の中央で、両カラー値の重みがいずれも０．５とされている。ユーザーによって、Depth1及びDepth2の位置を縦軸方向に任意に設定できるように構成されている。両者を一致させれば、ある距離を境として使用テーブルが切り換えられる。胎児の表面が区間１０８に入るようにすればその表面の奥行き感を色相変化として顕著に表現することが可能である。
【００５１】
その場合、本実施形態では、クリッピング面としての開始面の形態によらずに距離が演算されるので、開始面の変形に伴う色相変化という問題を回避できる。
【符号の説明】
【００５２】
２０  ボリュームレンダリング部、２２  メモリ（輝度マップを格納したメモリ）、２４  メモリ（距離マップを格納したメモリ）、３２  カラー処理部。
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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