(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エコーデータ列に沿って各エコーデータごとにオパシティを利用したボリュームレンダリング演算を行って三次元画像を形成する超音波診断装置において、
オパシティ関数に従って、前記各エコーデータごとにそのエコー値に基づいてオパシティを決定するオパシティ決定手段と、
前記決定されたオパシティを利用して前記ボリュームレンダリング演算を実行するレンダリング実行手段と、
を含み、
前記オパシティ関数は、エコー値ゼロ側に低域強調のための立ち上がり部分を有し、かつ、該立ち上がり部分を除いた部分がエコー値ゼロ側からエコー値最大にかけて全体として徐々に増大することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記立ち上がり部分は矩形形状を有することを特徴とする超音波診断装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記立ち上がり部分についての幅Ｗ、中央エコー値Ｐ及び立ち上がり量Ｋの内の少なくとも１つを可変設定するための手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記立ち上がり部分のエコー値は液体のエコー値に対応することを特徴とする超音波診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波診断装置に関し、特にボリュームレンダリング演算によって三次元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】
例えば、特開平１０−３３５３８号公報には、超音波三次元画像を形成する装置が開示されている。その三次元画像の形成原理について以下に説明する。生体内に設定される三次元空間に対して、複数のレイ（実際には超音波ビームに一致）が設定される。各レイごとに、エコーデータが順番に参照され、各エコーデータごとにボリュームレンダリング法に基づくレンダリング演算（ボクセル演算）が逐次的に実行される。所定の終了条件を満たした時点で、そのレンダリング演算は終了し、その時点での演算値が当該レイに対応する画素値として決定される。各レイごとに画素値を決定すれば、その集合として三次元空間を投影した三次元画像を構築できる。
【０００３】
レンダリング演算は、以下のように実行される。ここで、ｉ番目のエコーデータのエコー値（ボクセル値）をｅiとし、その際のオパシティ（不透明度）をαi（但し、０≦αi≦１．０）とし、ＣOUTiをｉ番目のエコー値についての演算結果（出力光量に相当）とし、ＣINiをｉ番目のエコー値についての入力値（これはｉ−１番目の演算結果と同じで、入力光量）とする。
【０００４】
ＣOUTi＝ＣINi（１−αi）＋ｅiαi      ・・・（１）
ここで、（１−αi）は透明度と称され、それはオパシティ（不透明度）から演算される。
【０００５】
レイ上に沿って逐次的に上記演算を行っていく場合において、それと並行して各オパシティを積算し、その値が１以上になった場合には、当該レイについての演算は終了する。また、最終のエコーデータについての演算が終了した場合にも当該レイについての演算は終了する。その終了時点の出力光量が画素値に相当する。なお、オパシティはエコーデータの関数として定義され、その関数形式は一般に指数関数である。つまり、エコー値がゼロの場合にゼロとなり、エコー値が増大するのに従ってオパシティが指数関数的に増大する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来においては、オパシティ関数はエコー値が増大するに従って指数関数的に単調に増大していた。しかしながら、そのような関数によると、血液などの液体についてはそのエコー値が比較的小さいことから（ゼロ又はゼロ付近となる場合が多い）、それについては透明度が大きくなり、画素値へ寄与が非常に少なくなる。その結果、血液層の奥側に弁が存在していても、弁が手前に現れたような画像となり、遠近感をつかみ難いという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、液体部が手前にある場合でも奥側の組織を遠近感をもって表現できるようにすることにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、より自然な奥行き感を得られる画像を形成できるようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、エコーデータ列に沿って各エコーデータごとにオパシティを利用したボリュームレンダリング演算を行って三次元画像を形成する超音波診断装置において、オパシティ関数に従って、前記各エコーデータごとにそのエコー値に基づいてオパシティを決定するオパシティ決定手段と、前記決定されたオパシティを利用して前記ボリュームレンダリング演算を実行するレンダリング実行手段と、を含み、前記オパシティ関数は、エコー値ゼロ側に低域強調のための立ち上がり部分を有し、かつ、該立ち上がり部分を除いた部分がエコー値ゼロ側からエコー値最大にかけて全体として徐々に増大することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、低域強調のための立ち上がり部分を有するオパシティ関数が用いられるので、例えば血液についてボリュームレンダリング演算でより積極的に不透明度を付与することができ、その結果、自然な奥行き感を得られる。
【００１１】
望ましくは、前記立ち上がり部分は矩形形状を有する。望ましくは、前記立ち上がり部分についての幅Ｗ、中央エコー値Ｐ及び立ち上がり量Ｋの内の少なくとも１つを可変設定するための手段を含む。望ましくは、前記立ち上がり部分のエコー値は液体のエコー値に対応する。なお、立ち上がり部分の形態は矩形に限られず、山状であってもよい。立ち上がり部分が矩形の場合、中央エコー値Pは、立ち上がりエコー値区間の中央値である。また、立ち上がり部分が山状の場合、中央エコー値Ｐとして、例えば最大立ち上がり点に対応するエコー値を採ることができる。そして、幅Ｗは、例えば半値幅（最大値の半分の値におけるエコー値幅）を立ち上がり量には、例えば最大ピーク量を採って、パラメータＰ、Ｗ、Ｋをそれぞれ定義できる。
【００１２】
ここで、図１を用いて、各種のボリュームレンダリング演算方法について説明する。図１には、エコーデータ列（ボクセルデータ列）における２つのエコーデータ（ボクセルデータ）が示されている。各エコーデータごとにレンダリング演算が実行され、その演算結果が次のエコーデータについてのレンダリング演算にわたされる。
【００１３】
その演算手法としては、以下の３つのものが公知である。
【００１４】
【数１】
0003875915.tif 000002
上記において、計算方法Ａ（ボル・モード法）は、上記（１）式と同一である。上記においては、それ以外に、計算方法Ｂ（フロント・ツー・バック法）及び計算方法Ｃ（バック・ツー・フロント法）が示されている。もちろん、これ以外にも不透明度（オパシティ）を利用した関数がある。それらのいずれにも本発明を適用できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図２には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図２はその全体構成を示すブロック図である。
【００１７】
３Ｄプローブ１０は三次元エコーデータ取込用超音波探触子であり、この３Ｄプローブ１０は体表面上に当接して用いられあるいは体腔内に挿入して用いられる。３Ｄプローブ１０は、一次元配列された複数の振動素子からなる１Ｄアレイ振動子を有している。この１Ｄアレイ振動子にて超音波ビームが形成され、その超音波ビームを電子走査することにより走査面が形成される。１Ｄアレイ振動子をその走査面と直交する方向に機械的に走査すれば、三次元エコーデータ取込空間（ボクセルデータ空間）を形成することができる。もちろん２Ｄアレイ振動子を用いて二次元的に超音波ビームを電子走査することにより、三次元データ取込空間を形成するようにしてもよい。
【００１８】
送信部１２は送信ビームフォーマーとして機能し、受信部１４は受信ビームフォーマーとして機能する。
【００１９】
すなわち、送信部１２は複数の振動素子に対して所定の遅延関係をもって複数の送信駆動信号を供給する。一方、受信部１４は３Ｄプローブ１０から出力される複数の受信信号に対して整相加算処理を実行し、その整相加算後の受信信号を出力する。
【００２０】
信号処理部１８は受信信号に対して必要な信号処理を実行する回路であり、その信号処理には例えば検波や対数圧縮などが含まれてもよい。
【００２１】
３Ｄメモリ２０は三次元エコーデータ取込空間内において取り込まれた複数のエコーデータ（ボクセルデータ）を格納する記憶容量を有し、各エコーデータは三次元空間内の座標に対応したアドレスに書き込まれる。もちろん、超音波ビームに沿って時系列順で逐次的にレンダリング演算を実行する場合においては、この３Ｄメモリ２０を省略することもできる。
【００２２】
レンダリング演算部２２は上述した各種のボリュームレンダリング演算を実行するものであり、特にオパシティ決定関数を用いてエコー値に基づいて決定されるオパシティを用いてボリュームレンダリング演算を実行する。その場合においては上述した計算方式Ａ〜Ｃを適用することができ、またそれ以外のボリュームレンダリング演算を実行してもよい。
【００２３】
表示部２６には、形成された三次元画像が表示される。また図２には示されていないがＢモード画像形成部が設けられており、三次元画像の形成に伴って各走査面ごとにＢモード画像が形成され、そのＢモード画像も表示部２６に表示される。
【００２４】
制御部１６は装置内に含まれる各構成の動作制御を行っており、特にレンダリング演算部２２におけるオパシティ決定関数の特性を切り替えている。そのオパシティ決定関数は関数の形式でそのまま保有してもよいし、あるいはメモリテーブルとしてレンダリング演算部２２内に格納するようにしてもよい。
【００２５】
制御部１６には入力部２４が接続されている。この入力部２４は例えばキーボールやトラックボールなどによって構成される操作パネルである。この入力部２４を用いてオパシティ決定関数の特性を適宜修正することができる。
【００２６】
図３には、従来装置において用いられているオパシティ決定関数の例が示されている。オパシティ決定関数としては所定の条件にしたがってその関数形式を選択することができるが、いずれの関数形式においても右肩上がりの単調な指数関数の形態を有している。一方、本実施形態においては図４に示されるような関数形式が用いられている。すなわち、各関数形式とも、エコー値ゼロ側からエコー値最大にかけて徐々に増大する形態を有しているが、特にエコー値ゼロ側におけるすなわち低域側における範囲に立ち上がり部分１００が存在している。この立ち上がり部分１００は図４に示される例においていずれの関数形式においても矩形であるがもちろんそれには限られない。立ち上がり部分１００の中央エコー値Ｐ、その幅Ｗ及びその高さＫについては上記の入力部２４を用いてユーザーが適宜設定することができる。この立ち上がり部分１００は液体に対してより大きな不透明度すなわちオパシティを与えるように設けられているものである。
【００２７】
したがって、レンダリング演算部２２は、図４に示されるようなオパシティ決定関数を用いてボリュームレンダリング演算を実行する。その場合において、図４に示される複数の関数形式のうちでいずれかの関数形式が指定される。もちろん１つの関数形式のみを利用してボリュームレンダリング演算を行ってもよい。いずれの場合においても上記の立ち上がり部分１００を用いて液体について大きなオパシティを設定することにより、奥行き感あふれる三次元画像を形成することができ、特に心臓の観察を行う場合においても血流の奥側に存在する弁をより自然に表現することが可能となる。
【００２８】
図５には、従来装置において形成される三次元画像（Ａ）及び断層画像（Ｂ）が示されている。
【００２９】
羊水などの液体部については小さなエコー値しか存在していないためそれには不透明度（オパシティ）が小さな値しか与えられず、その結果、羊水部分については、光の減衰がほとんど起こらず、胎児表面の遠近感が乏しいものとなる。
【００３０】
これに対し、本実施形態によれば、図６に示されるように、羊水のような小さなエコー値に対して積極的に大きな不透明度を割り当てることができるので、その結果、羊水部分で光の減衰を生じさせて胎児表面についての遠近感を十分に表現することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば三次元画像を形成する場合において液体部についてより大きなオパシティを設定して、例えば液体部の奥側に存在する組織について遠近感あふれる画像を提供できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ボリュームレンダリング演算を説明するための図である。
【図２】  本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図３】  従来におけるオパシティ決定関数を示す図である。
【図４】  本実施形態におけるオパシティ決定関数を示す図である。
【図５】  従来における三次元画像（Ａ）及び断層画像（Ｂ）を示す図である。
【図６】  本実施形態における三次元画像（Ａ）及び断層画像（Ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
１０  ３Ｄプローブ、１２  送信部、１４  受信部、１６  制御部、１８  信号処理部、２０  ３Ｄメモリ、２２  レンダリング演算部、２４  入力部、２６表示部。
【図１】
0003875915.tif 000003
【図２】
0003875915.tif 000004
【図３】
0003875915.tif 000005
【図４】
0003875915.tif 000006
【図５】
0003875915.tif 000007
【図６】
0003875915.tif 000008