(57)【要約】【課題】ディスプレイされるライブ３Ｄイメージのフレームレートを増大させてより自然な３次元超音波動画像を提供する。【解決手段】動いている対象体に対する３次元動画像を形成するための装置において、上記対象体に向けて超音波信号を転送して、反射されてくる超音波信号を受信するための手段と、上記受信した超音波信号からロウデータを獲得するための手段と、上記獲得されたロウデータから複数の映像フレームデータを生成し、該複数の映像フレームデータから複数の映像フレーム間に挿入される複数の仮想フレームデータを生成し、該複数の仮想フレームデータ及び上記複数の映像フレームデータを用いて上記対象体に対する３次元動画像をレンダリングするための手段と、を備える【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動いている対象体に対する３次元動画像を形成するための装置において、
前記対象体に向けて超音波信号を転送して、反射されてくる超音波信号を受信するための手段と、
この受信した超音波信号からロウデータを獲得するための手段と、
この獲得されたロウデータから複数の映像フレームデータを生成し、この複数の映像フレームデータから複数の映像フレーム間に挿入される複数の仮想フレームデータを生成し、この複数の仮想フレームデータ及び前記複数の映像フレームデータを用いて前記対象体に対する３次元動画像をレンダリングするための手段とを有することを特徴とする３次元動画像形成装置。
【請求項２】
前記複数の仮想フレームデータは、インターポレーション技法及びエクストラポレーション技法のうちの一つを用いて生成されることを特徴とする請求項１記載の３次元動画像形成装置。
【請求項３】
前記複数の仮想フレームは、前記複数の映像フレームのフレームレートがＦフレーム／秒である場合、１／（Ｆ＊（ｍ＋１））秒内に獲得されることを特徴とする請求項１記載の３次元動画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３Ｄ（ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）超音波イメージ形成装置に関し、特に、対象体に対する３Ｄ動画像を形成するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、スタティック（ｓｔａｔｉｃ）３Ｄイメージは３Ｄプローブ（ｐｒｏｂｅ）を用いて時間によらず３Ｄロウデータ（ｒａｗ　ｄａｔａ）（即ち、ｘ，ｙ，ｚ座標上のデータ）を獲得した後、連続するフレームを一つずつ一定の間隔で積んで、これを３Ｄレンダリング（ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ）技法を通じて構成する３Ｄイメージである。このようなスタティック３Ｄイメージは、超音波診断に用いる場合、例えば外科手術のような煩わしい手続をせずに人体の内部を正確に観察して診断、さらには治療を行うことができるため、近年広く用いられるようになってきた。
【０００３】
しかし、スタティック３Ｄイメージは静止イメージであるため、例えば妊婦の胎内の赤ん坊のように動いている対象体をリアルタイムで観察し難いという短所がある。
【０００４】
従って、上記のような問題点を解決するために、最近はスタティック３Ｄイメージではない３Ｄ動画像を提供するための方法としてライブ３Ｄイメージング（ｌｉｖｅ　ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ）技法が用いられている。本明細書において、「ライブ３Ｄイメージ」とは、毎秒３０フレーム以上で構成される「リアルタイム３Ｄイメージ」よりはフレーム数が少なくて、対象体の完全な動きを示すことはできないが、例えば毎秒２〜４フレームで構成される「スタティック３Ｄイメージ」よりはフレーム数が多くて、ある程度の対象体の動きを示す「準リアルタイム３Ｄイメージ」である。
【０００５】
図１は、ライブ３Ｄイメージを形成するための従来技術による装置の概略ブロック図を示す。図１に示すように、従来のライブ３Ｄイメージ形成装置１００は、超音波信号を対象体（図示せず）に向けて転送し、該対象体から反射されてくる超音波信号を受信、即ちスキャニング（ｓｃａｎｎｉｎｇ）するプローブ１０２と、このプローブ１０２から受信したデータを用いてライブ３Ｄイメージを生成するためのイメージ処理部１０４と、イメージ処理部１０４で生成されたライブ３Ｄイメージを表示するディスプレイ部１０６とを含んでいる。また、イメージ処理部１０４は３Ｄロウデータ獲得部１０８とレンダリング部１１０とで構成されている。
【０００６】
３Ｄロウデータ獲得部１０８は、プローブ１０２を通じて受信した超音波反射信号からライブ３Ｄイメージを生成するためのロウデータ（ｒａｗ　ｄａｔａ）（以下、３Ｄロウデータという）を獲得し、これをレンダリング部１１０に転送する。なお、３Ｄロウデータ獲得部１０８は、一つのフレームに該当する複数の３Ｄロウデータを獲得して自身の予め設定されていた場所に格納した後、これを順次レンダリング部１１０に転送することもできる。次いで、レンダリング部１１０は、３Ｄロウデータ獲得部１０８から受け取った３Ｄロウデータに対して、公知のレンダリング技法によってレンダリング処理を行ってディスプレイされるライブ３Ｄイメージを形成した後、ディスプレイ１０６に転送する。すると、ディスプレイ１０６は形成されたライブ３Ｄイメージをディスプレイする。
【０００７】
図２は、ライブ３Ｄイメージを形成するための従来技術による方法を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップＳ２０２において、プローブ１０２が超音波信号を対象体に向けて転送した後、該対象体から反射されてくる超音波信号を受信し、対象体に対するスキャニングを行う。ステップＳ２０４において、映像処理部１０４における３Ｄロウデータ獲得部１０８は、３Ｄロウデータを獲得し、自身に備えられていた所定の場所に格納する。この時、３Ｄロウデータの格納は、連続する複数のフレームをフレーム毎にデータ化して格納することによってなされる。次に、このようにして格納された３Ｄロウデータがｎ番目のフレームに対応する場合においては、レンダリング部１１０は、ステップＳ２０６において（ｎ−１）番目のフレームに該当する３Ｄロウデータ、即ち時間的に直前に格納されていた３Ｄロウデータをレンダリングのために読み出するとともに、時間的に（ｎ−１）番目のフレームの直前に待機していた（ｎ−２）番目のフレームに対応する３Ｄロウデータを高速でレンダリングする。このような並列的なレンダリングを連続的に行うことによって、レンダリング部１１０はライブ３Ｄイメージング（ｉｍａｇｉｎｇ）を行う。ステップＳ２０８において、ディスプレイ１０６はレンダリングされたイメージ、即ちライブ３Ｄイメージをディスプレイする。なお、ディスプレイされるライブ３Ｄイメージのフレームレート（ｆｒａｍｅ　ｒａｔｅ）は、通常、２〜４フレーム／秒程度である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したように、映画のような自然な動画像を得るためには毎秒３０フレーム程度のイメージが必要である。しかしながら、従来のライブ３Ｄイメージ装置１００は、ハードウェア的な制限によりリアルタイム動画像より毎秒非常に少ない数のフレーム（通常、２〜４フレーム）にて３Ｄイメージをディスプレイするため、３Ｄイメージが自然に連続的にディスプレイされることには困難があるという問題点がある。例えば、フレームレートが４フレーム／秒であると仮定すると、毎秒４フレームのイメージが表示されることによって３Ｄイメージは、それぞれ一動作ずつ途切れてディスプレイされるように認識される。
【０００９】
従って、ライブ３Ｄイメージ装置の計算負荷を大きく増大させずに、従来のライブ３Ｄイメージよりもフレームレートを高めて、より自然な３Ｄ動画像イメージを提供できる装置が要求される。
【００１０】
本発明は、前述した課題を解決するためのものであって、３Ｄロウデータから獲得した複数の３Ｄイメージ間に、予め設定された個数の仮想イメージを一定の時間間隔に挿入してフレームレートを増大させることによって、従来のライブ３Ｄイメージよりも自然なライブ３Ｄイメージをディスプレイできる装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明にかかる３次元動画像形成装置は、動いている対象体に対する３次元動画像を形成するために、対象体に向けて超音波信号を転送して、反射されてくる超音波信号を受信するための手段と、この受信した超音波信号からロウデータを獲得するための手段と、この獲得されたロウデータから複数の映像フレームデータを生成し、この複数の映像フレームデータから複数の映像フレーム間に挿入される複数の仮想フレームデータを生成し、この複数の仮想フレームデータ及び複数の映像フレームデータを用いて対象体に対する３次元動画像をレンダリングするための手段とを有することを特徴とする。この発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態にかかる３次元動画像形成装置について、図３〜図５を参照して詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態によるライブ３Ｄイメージを形成するための装置の概略ブロック図を示す。
【００１３】
図３に示すように、本発明によるライブ３Ｄイメージ形成装置３００は超音波信号を動いている対象体（図示せず）に向けて転送し、該対象体から反射された超音波信号を受信、即ちスキャニングするプローブ３０２、このプローブ３０２から受け取ったデータを用いてライブ３Ｄイメージを生成するためのイメージ処理部３１０、イメージ処理部３１０で生成されたライブ３Ｄイメージを表示するディスプレイ部３０８を含んでいる。また、イメージ処理部３１０は３Ｄロウデータ獲得部３０４及びエンハンストライブ３Ｄイメージング部（ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｌｉｖｅ　ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ）３０６で構成されている。
【００１４】
イメージ処理部３１０の３Ｄロウデータ獲得部３０４は、プローブ３０２から受け取った超音波反射信号から３Ｄイメージを生成するためのロウデータ（ｒａｗ　ｄａｔａ）（以下、３Ｄロウデータという）を獲得してエンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６に転送する。なお、３Ｄロウデータ獲得部３０４はライブ３Ｄイメージの１フレームに該当する３Ｄロウデータを獲得して順次エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６に転送する。エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６は、３Ｄロウデータ獲得部３０４から転送されてきた３Ｄロウデータに基づいて、ディスプレイ部３０８でディスプレイされるオリジナルライブ３Ｄイメージに関するデータを生成し、生成されたオリジナルライブ３Ｄイメージデータに基づいてこれらのイメージの間に挿入される仮想イメージに関するデータを生成した後、これらのデータを３Ｄレンダリングすることによって、オリジナルライブ３Ｄイメージと仮想イメージとを組み合せた最終的なライブ３Ｄイメージを生成する。この時、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６は仮想イメージに関するデータを生成するために後述するインターポレーション（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）技法またはエクストラポレーション（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）技法を用いる。
【００１５】
以下、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６の動作を詳細に説明する。図４（Ａ）は、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６がオリジナルライブ３Ｄイメージのｎ個のフレームのうち、（ｎ−１）番目のフレーム４０２及びｎ番目のフレーム４０６と、これらのフレーム４０２、４０６の間に挿入される、インターポレーション技法を用いて生成したｍ個の仮想イメージ４０４を示す図面である。また、図４（Ｂ）は、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６がオリジナルライブ３Ｄイメージのｎ番目のフレーム４０６と、このフレーム４０６の次に挿入される、エクストラポレーション技法を用いて生成したｍ個の仮想イメージを示す図面である。また、図４（Ｃ）は、図４（Ａ）で説明するようなインターポレーション技法を用いて生成される仮想イメージの例を示す図面であり、オリジナルライブ３Ｄイメージの（ｎ−１）番目のフレームとｎ番目のフレームとの間に生成された複数の仮想イメージが挿入されることによって、胎児の動きが自然にディスプレイされるように認識される。ここで、３Ｄロウデータに基づいて生成されるオリジナルライブ３Ｄイメージのフレーム総個数はｎ個であり、インターポレーション技法またはエクストラポレーション技法によって生成される仮想イメージの総個数はｍ個であり、ｎ及びｍは整数である。
【００１６】
まず、図４（Ａ）を参照すれば、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６が線形（ｌｉｎｅａｒ）インターポレーション技法を用いる場合、オリジナルライブ３Ｄイメージの（ｎ−１）番目のフレーム４０２とｎ番目のフレーム４０６との間に挿入される、ｍ個の仮想イメージ４０４のうち、ｊ番目の仮想イメージのいずれか一つの画素（ｐｉｘｅｌ）における映像値は次の式１のように示される。
ここで、ｔａｊはｊ番目の仮想イメージをディスプレイすべき時間であり、　ｙａｊはｊ番目の仮想イメージのうち、座標（ｔａｊ，ｙａｊ）の画素における映像値（即ち、マッピングされたカラー値）である。
【数１】
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なお、ｙｎは時間ｔｎでディスプレイされるオリジナルライブ３Ｄイメージ内の特定の画素の映像値で、ｍは（ｎ−１）番目のフレーム４０２とｎ番目のフレーム４０６との間に挿入される仮想イメージ４０４の個数を示し、ａは一つの仮想イメージを構成する各画素中のいずれか一つの画素を示す。
【００１７】
上記の式１の映像値を（ｎ−１）番目のフレーム４０２とｎ番目のフレーム４０６との間に挿入されるｍ個の仮想イメージ４０４それぞれのすべての画素に適用することによってｍ個の仮想イメージに関するデータ（以下、仮想イメージデータという）の全てを生成できる。
【００１８】
同様に、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６は、次の（ｎ＋１）番目のフレーム（図示せず）に対するオリジナルライブ３Ｄイメージに関するデータを入力して、前記の過程を繰り返して、ｎ番目のフレーム４０６と（ｎ＋１）番目のフレームとの間に挿入される仮想イメージデータを生成する。
【００１９】
これに対して、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６が線形インターポレーション技法の代わりに高次インターポレーション技法を用いる場合、ｎ次のインターポレーション多項式は次の式２のように示される。
【数２】
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ここで、ｃ０〜ｃｎは任意の係数で、ｔはオリジナルライブ３Ｄイメージのディスプレイ時間を示し、ｙは仮想イメージデータを示し、ｎは獲得されるフレームの総個数を示す。
【００２０】
オリジナルライブ３Ｄイメージの（ｎ−１）番目のフレーム４０２とｎ番目のフレーム４０６との間に挿入されるｍ個の仮想イメージデータを生成する場合、生成されたｍ個の仮想イメージのうち、ｊ番目の仮想イメージをディスプレイすべき時間ｔａｊは前述した式１のように示される。時間ｔａｊの時、ｊ番目の仮想イメージ内の特定の画素における映像値ｙａｊは、次の式３のように示される。
【数３】
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式３を用いてｍ個の仮想イメージのうち、ｊ番目の仮想イメージのすべての画素に対する映像値を計算することによって、ｊ番目の仮想イメージデータが獲得できる。上記のような線形及び高次インターポレーション技法を用いることによって、毎秒ディスプレイされるオリジナルライブ３Ｄイメージの個数がＦ個である場合、毎秒ディスプレイされるべきすべてのフレームの個数はＦ＊（ｍ＋１）個となり、３Ｄロウデータから獲得されるオリジナルライブ３Ｄイメージ間にｍ個の仮想イメージが挿入されることになって、従来技術によるライブ３Ｄイメージよりもはるかに自然なライブ３Ｄイメージ、即ち３Ｄ動画像を得ることができる。
【００２１】
次に、高次（ｈｉｇｈ−ｏｒｄｅｒ）エクストラポレーション技法を用いる場合について説明する。エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６は、図４（Ｂ）を参照すれば、ｎ番目のフレーム４０６以後にｍ個の仮想イメージを挿入する際、挿入されるｍ個の仮想イメージのうち、ｊ番目の仮想イメージをディスプレイすべき時間ｔｅｊ、及びｊ番目の仮想イメージ内のいずれか一つの画素の映像値ｙｅｊは次の式４のように示される。
【数４】
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式４を用いて、挿入されるｍ個の仮想イメージそれぞれのすべての画素に対して映像値を計算することによって、仮想イメージデータを獲得する。高次エクストラポレーションを用いる場合、毎秒ディスプレイされるオリジナルライブ３Ｄイメージの個数がＦ個であるとすると、毎秒ディスプレイされる全体フレームの個数はＦ＊（ｍ＋１）個となる。
【００２２】
本明細書ではエンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６が線形インターポレーション、高次インターポレーション、高次エクストラポレーションの３つの技法を用いて仮想イメージデータを生成することについて説明したが、本発明はこれに限定されずに他の適した仮想イメージデータ生成技法が用いられることもできる。
【００２３】
さらに、ライブ３Ｄイメージのフレームレートは、プローブの種類、超音波イメージの深さ、３Ｄイメージ獲得速度等の様々な状況により変わるので、このような状況に適するようにインターポレーション技法またはエクストラポレーション技法により獲得される仮想イメージの個数を調節して、インターポレーション技法またはエクストラポレーション技法に要される作業時間を最小化するとともに、獲得される仮想イメージをオリジナル３Ｄイメージ間に均一の間隔で挿入して、ディスプレイしなければならない。例えば、オリジナルライブ３Ｄイメージのフレーム率がＦフレーム／秒であるというのは、毎秒Ｆ枚に該当するデータを獲得することを意味するので、ｍ個の仮想イメージがオリジナルライブ３Ｄイメージ間に挿入される場合においては、ｍ個のインターポレーションまたはエクストラポレーションされた仮想イメージが追加されると、オリジナルライブ３Ｄイメージと追加された仮想イメージとを含めて１／（Ｆ＊（ｍ＋１））秒ごとにイメージをディスプレイしなければならない。そのため、ｍ個の仮想イメージをインターポレーションまたはエクストラポレーションするのに要される時間は１／（Ｆ＊（ｍ＋１））秒を超えないようにしなければならない。従って、１／（Ｆ＊（ｍ＋１））秒内に獲得できる仮想イメージの個数ｍを決定することになる。
【００２４】
図５は、　本発明の実施の形態によるライブ３Ｄイメージを形成するための方法を説明するためのフローチャートを示す。まず、ステップＳ５０２において、プローブ３０２が超音波信号を対象体に向けて転送した後、その対象体から反射された超音波信号を受信することによって、対象体に対するスキャニングを行う。ステップＳ５０４において、映像処理部３１０の３Ｄロウデータ獲得部３０４で３Ｄロウデータを獲得して格納する。ステップＳ５０６において、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６は、３Ｄロウデータ獲得部３０４で獲得された３Ｄロウデータに基づいてオリジナルライブ３Ｄイメージデータを発生させ、発生したオリジナルライブ３Ｄイメージデータに基づいてオリジナルライブ３Ｄイメージ間に挿入される仮想イメージデータを生成する。ステップＳ５０８において、エンハンストライブ３Ｄイメージング部３０６はオリジナル３Ｄイメージデータ及び仮想イメージデータに対するレンダリングを行って、最終的なライブ３Ｄイメージを発生させる。ステップＳ５１０において、ディスプレイ部３０８は発生した最終ライブ３Ｄイメージ、即ち３Ｄ動画像をディスプレイする。
【００２５】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００２６】
【発明の効果】
前述のように、本発明は、オリジナルライブ３Ｄイメージ間に追加で仮想イメージを挿入することによって、最終的にディスプレイされるライブ３Ｄイメージのフレームレートを増大させることで、ライブ３Ｄイメージ形成装置の計算負荷を大きく増大させないとともに従来のライブ３Ｄイメージよりも自然なライブ３Ｄイメージ、即ち３Ｄ動画像を提供できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術によるライブ３Ｄ（ｌｉｖｅ　ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ）イメージを形成するための装置の概略ブロック図である。
【図２】従来技術によるライブ３Ｄイメージを形成するための方法を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態によるライブ３Ｄイメージを形成するための装置の概略ブロック図である。
【図４（Ａ）】エンハンストライブ３Ｄイメージング部がオリジナルライブ３Ｄイメージのｎ個のフレームのうち、（ｎ−１）番目のフレーム及びｎ番目のフレームと、これらのフレームの間に挿入される、インターポレーション技法を用いて生成したｍ個の仮想イメージを示す図面である。
【図４（Ｂ）】エンハンストライブ３Ｄイメージング部がオリジナルライブ３Ｄイメージのｎ番目のフレームと、このフレームの次に挿入される、エクストラポレーション技法を用いて生成したｍ個の仮想イメージを示す図面である。
【図４（Ｃ）】図４（Ａ）で説明するようなインターポレーション技法を用いて生成される仮想イメージの例を示す図面である。
【図５】本発明の実施の形態によるライブ３Ｄイメージを形成するための方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
３０２　プローブ
３０４　３Ｄロウデータ獲得部
３０６　エンハンストライブ３Ｄイメージング部
３０８　ディスプレイ部
３１０　イメージ処理部
４０２　（ｎ−１）番目のフレーム
４０４、４０８　仮想イメージ
４０６　ｎ番目のフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
2004041722.tif 000011
【図４（Ｃ）】
2004041722.tif 000012
【図５】
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