(57)【要約】【課題】三次元表現された注目組織像上に線分が設定された場合に、その線分によって定義される計測経路を容易に認識できるようにする。また、計測経路を容易に補正できるようにする。【解決手段】主画像２００の他、参照画像２０２が表示される。主画像２００は、三次元組織画像９２とユーザー指定された線分を示す第１の線分マーカー９４とを含む。参照画像２０２は、線分に対応する断面を示す断面画像１００と、第２の線分マーカー１０８と、計測経路マーカー１１４と、を有する。計測経路マーカー１１４は、注目組織の表層に沿って設定される計測経路を示すものである。線分９４を曲線として指定すると、曲面に相当する断面画像１００が表示される。主画像２００上における線分の形態を補正することにより、又は、参照画像２０２上において計測経路マーカー１１４の形態を補正することにより、計測経路の形態を自在に変更し得る。【選択図】図７
2017093842.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受波により得られたボリュームデータに対して複数の視線を設定し、視線単位で画素値演算を実行することにより、視点から見た注目組織像としての三次元組織画像を形成する三次元組織画像形成手段と、
前記三次元組織画像上に設定された線分に基づいて、注目組織に対して計測経路を設定する設定手段と、
超音波の送受波により得られた断面データであって前記線分を通過する視線列に対応する断面を表す断面データに基づいて、断面画像を形成する断面画像形成手段と、
前記三次元組織画像と前記線分を示す第１の線分マーカーとを含む主画像、及び、前記断面画像と前記計測経路を示す計測経路マーカーとを含む参照画像、を表示する表示手段と、
を含む、ことを特徴とする超音波ボリュームデータ処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記設定手段は、前記注目組織の表層に沿って前記計測経路を設定する、
ことを特徴とする超音波ボリュームデータ処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記ボリュームデータに対する視線単位での画素値演算に際して視線単位で前記注目組織の表層深さを特定し、これによって前記複数の視線に対応する複数の表層深さが登録されたテーブルを生成する生成手段を含み、
前記設定手段は前記テーブルにおいて前記視線列に対応する複数の表層深さからなる列を特定することにより前記計測経路を設定する、
ことを特徴とする超音波ボリュームデータ処理装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記参照画像は、前記計測経路マーカーからその視点側に隔てられつつ表示された直線状のマーカーであって前記線分を示す第２の線分マーカーを含む、
ことを特徴とする超音波ボリュームデータ処理装置。
【請求項５】
請求項４記載の装置において、
前記参照画像は、
前記第２の線分マーカーの一方端点と前記計測経路マーカーの一方端点とを通る第１の視線マーカーと、
前記第２の線分マーカーの他方端点と前記計測経路マーカーの他方端点とを通る第２の視線マーカーと、
を含む、ことを特徴とする超音波ボリュームデータ処理装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記参照画像上において前記計測経路に対する補正操作があった場合に、前記計測経路を補正する補正手段を含む、
ことを特徴とする超音波ボリュームデータ処理装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記線分は直線状であり、
前記断面は平面であり、
前記計測経路は二次元的に変化する経路である、
ことを特徴とする超音波ボリュームデータ処理装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、
前記線分は曲線状の線分であり、
前記断面は曲面であり、
前記計測経路は三次元的に変化する経路である、
ことを特徴とする超音波ボリュームデータ処理装置。
【請求項９】
超音波ボリュームデータ処理装置が超音波ボリュームデータ処理方法を実行するためのプログラムであって、
前記超音波ボリュームデータ処理方法が、
超音波の送受波により得られたボリュームデータに対して複数の視線を設定し、視線単位で画素値演算を実行することにより、視点から見た注目組織像としての三次元組織画像を形成する工程と、
前記三次元組織画像上において線分を特定する工程と、
前記線分に基づいて注目組織に対して計測経路を設定する工程と、
超音波の送受波により得られた断面データであって前記線分を通過する視線列に対応する断面を表す断面データに基づいて、断面画像を形成する工程と、
前記三次元組織画像と前記線分を示す第１の線分マーカーとを含む主画像を生成する工程と、
前記断面画像と前記計測経路を示す計測経路マーカーとを含む参照画像を生成する工程と、
前記主画像と前記参照画像とを同時表示する工程と、
を含む、
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波ボリュームデータ処理装置に関し、特に、超音波が送受波される三次元空間内に存在する注目組織に対して計測経路を設定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波ボリュームデータ処理装置は、三次元超音波画像としての三次元組織画像を形成する装置である。その装置は、超音波診断装置として構成され、あるいは、情報処理装置として構成される。三次元組織画像は、生体内の三次元空間内に存在する注目組織（対象組織）を立体的に表現した画像である。
【０００３】
三次元組織画像の生成方法について説明する。生体内の三次元空間に対して超音波を送受波することによりボリュームデータ（超音波ボリュームデータ）が取得される。そのボリュームデータに対して複数の視線（レイ）が設定され、個々の視線ごとに画素値演算（レンダリング処理）が実行される。これによって生成された各視線に対応する各画素値が投影面上にマッピングされる。その結果、三次元組織画像が構成される。三次元組織画像が三次元超音波画像あるいは単に三次元画像と称されることもある。
【０００４】
三次元組織画像形成方法としてボリュームレンダリング法、サーフェイスレンダリング法、等が知られている。超音波ボリュームデータ処理装置において、互いに直交する３つの断面（トリプレーン）に対応する３つの断面画像や、任意断面に対応する断面画像が形成されることもある。
【０００５】
特許文献１には、三次元画像上で指定された点に基づいて、その点に対応する組織表面位置を決定することが記載されている。同文献には、点に代えて線を指定すること、及び、その線に基づいて組織表面上における経路長つまり距離を演算することも記載されている。しかし、同文献に記載された構成では、ユーザーにおいて、距離計測対象となった経路についての具体的な形態を認識することができない。特許文献２には、ボリュームレンダリング法の実行過程において、視線単位での画素値演算と並行して、視線単位で投影面からの距離（つまり対象組織の表層（又は表面）の深さ）を演算することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２０１７５５号公報
【特許文献２】特開２０１２−５５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
三次元組織画像上において線分を指定し、注目組織表層（表面）に沿った経路として線分に対応する計測経路を特定し、その計測経路の長さ（経路長）を演算する場合、三次元組織画像上に線分をマーカーとして重畳表示するだけでは、実際の計測経路の三次元形態（特に視線方向である奥行き方向における形態）認識することは困難である。そのマーカーは、計測経路の投影像に過ぎないからであり、つまり、それは奥行き情報を反映したものではないからである。
【０００８】
本発明の目的は、ボリュームデータ又は三次元組織画像に対して計測経路を設定して計測を行う場合において、その計測経路の具体的形態をユーザーが容易に認識できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、注目組織表層の形態と計測経路の形態との関係を同時に認識できる画像を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、計測経路の形態を正しくしかも容易に変更できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る超音波ボリュームデータ処理装置は、超音波の送受波により得られたボリュームデータに対して複数の視線を設定し、視線単位で画素値演算を実行することにより、視点から見た注目組織像としての三次元組織画像を形成する三次元組織画像形成手段と、前記三次元組織画像上に設定された線分に基づいて、注目組織に対して計測経路を設定する設定手段と、超音波の送受波により得られた断面データであって前記線分を通過する視線列に対応する断面を表す断面データに基づいて、断面画像を形成する断面画像形成手段と、前記三次元組織画像と前記線分を示す第１の線分マーカーとを含む主画像、及び、前記断面画像と前記計測経路を示す計測経路マーカーとを含む参照画像、を表示する表示手段と、を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
上記構成において、主画像には三次元画像と第１の線分マーカーとが含まれる。第１の線分マーカーによって、三次元的に表現された注目組織像との関係で、線分の位置や長さを把握できる。但し、一般に、第１の線分マーカーを観察するだけでは、線分に基づいて自動的に設定される計測経路が視線方向（奥行き方向）にどのような形態を有しているのかはわからない。そこで、上記構成では、主画像と共に参照画像が同時表示される。参照画像には、注目組織の断面画像と計測経路を示す計測経路マーカーとが含まれる。断面画像が表す断面は、三次元組織画像上に設定された線分を奥行き方向に展開することにより観念される面に相当し、あるいは、線分を通過する視線列に対応する面である。つまり、断面画像は、投影面に対して交差（通常、直交）する関係にある。そのような断面画像を通じて、注目組織の断面内の構造を容易に把握できる。断面画像に重畳表示される計測経路マーカーを観察することにより、注目組織の断面構造との関係で、実際の計測経路の形態を認識することが可能である。参照画像を通じて、例えば、計測経路が注目組織からはみ出していないことや、計測経路が注目組織の深部まで達しておらずそれが表層内に正しく設定されていること、を確認できる。
【００１１】
断面データは、例えば、ボリュームデータから切り出されるデータ、ボリュームデータ構成前の段階で線分に相当する複数のビームデータを取り出すことによって構成されるデータ、あるいは、ボリュームデータ取得用の送受波とは別の送受波によって取得されるデータである。望ましくは、前記設定手段は、前記注目組織の表層に沿って前記計測経路を設定する。表層（表面）以外の層や面に対して計測経路が設定されてもよい。
【００１２】
望ましくは、前記ボリュームデータに対する視線単位での画素値演算に際して視線単位で前記注目組織の表層深さを特定し、これによって前記複数の視線に対応する複数の表層深さが登録されたテーブルを生成する生成手段を含み、前記設定手段は前記テーブルにおいて前記視線列に対応する複数の表層深さからなる列を特定することにより前記計測経路を設定する。
【００１３】
この構成によれば、視線単位での画素値演算と並行して、又は、その前後において、視線単位で注目組織の表層深さが演算され、その演算結果からテーブルが構成される。線分が指定された時点で、テーブル内容を参照することにより、それに対応する実際の計測経路を特定する座標情報を直ちに特定することが可能である。注目組織の表層（表面）深さは、投影面又はレンダリング開始面からの距離であってもよい。あるいは、視点からの距離であってもよい。あるいは、それ以外であってもよい。
【００１４】
望ましくは、前記参照画像は、前記計測経路マーカーからその視点側に隔てられつつ表示された直線状のマーカーであって前記線分を示す第２の線分マーカーを含む。第２の線分マーカーによれば、線分を注目組織の表層に投影したものが計測経路マーカーであることを直感的に認識することが可能である。
【００１５】
望ましくは、前記参照画像は、前記第２の線分マーカーの一方端点と前記計測経路マーカーの一方端点とを通る第１の視線マーカーと、前記第２の線分マーカーの他方端点と前記計測経路マーカーの他方端点とを通る第２の視線マーカーと、を含む。この構成によれば、線分の両端と計測経路マーカーの両端との関係を直感的に認識できる。特に、視線方向を自然に観念することが可能となる。計測経路マーカーは、計測経路が注目組織表層に沿って設定される場合にトレースラインに相当する。
【００１６】
望ましくは、前記参照画像上において前記計測経路に対する補正操作があった場合に、前記計測経路を補正する補正手段を含む。この構成によれば、断面上の組織構造を実際に観察しながら、計測経路の形態を補正することが可能となる。すなわち、線分に対応する断面上において計測経路の形態を直接的に変更し得る。必要であれば、三次元組織画像上において線分の位置、長さ、形態等を補正し、その上で、更新された断面画像上において、計測経路の形態等を補正してもよい。
【００１７】
望ましくは、前記線分は直線状であり、前記断面は平面であり、前記計測経路は二次元的に変化する経路である。あるいは、前記線分は曲線状の線分であり、前記断面は曲面であり、前記計測経路は三次元的に変化する経路である。例えば、環状の線分を指定した場合、展開図のような断面画像を表示し得る。そのような断層画像は、胎児の腹囲長の計測等において有用である。
【００１８】
本発明に係るプログラムは、超音波ボリュームデータ処理装置が超音波ボリュームデータ処理方法を実行するためのプログラムであって、前記超音波ボリュームデータ処理方法が、超音波の送受波により得られたボリュームデータに対して複数の視線を設定し、視線単位で画素値演算を実行することにより、視点から見た注目組織像としての三次元組織画像を形成する工程と、前記三次元組織画像上において線分を特定する工程と、前記線分に基づいて注目組織に対して計測経路を設定する工程と、超音波の送受波により得られた断面データであって前記線分を通過する視線列に対応する断面を表す断面データに基づいて、断面画像を形成する工程と、前記三次元組織画像と前記線分を示す第１の線分マーカーとを含む主画像を生成する工程と、前記断面画像と前記計測経路を示す計測経路マーカーとを含む参照画像を生成する工程と、前記主画像と前記参照画像とを同時表示する工程と、を含む。上記プログラムが可搬型の記録媒体を経由して超音波ボリュームデータ処理装置にインストールされてもよいし、当該プログラムがネットワークを経由して当該装置へインストールされてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ボリュームデータ又は三次元組織画像に対して計測経路を設定して計測を行う場合において、その計測経路の具体的形態をユーザーが認識できる。あるいは、注目組織表層の形態と計測経路の形態との関係を容易に認識できる画像を提供できる。あるいは、計測経路の形態を容易に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る超音波ボリュームデータ処理装置の好適な実施形態を示すブロック図である。
【図２】ボリュームデータに対するレンダリング処理を説明するための図である。
【図３】不透明度（オパシティ）関数を示す図である。
【図４】一般的な表示例を示す図である。
【図５】動作例を示すフローチャートである。
【図６】三次元組織画像と断面画像とを示す図である。
【図７】主画像及び参照画像の第１表示例を示す図である。
【図８】三次元組織画像と断面画像との関係を示す図である。
【図９】主画像及び参照画像の第２表示例を示す図である。
【図１０】計測経路の補正方法を示す図である。
【図１１】曲線状の計測経路を示す図である。
【図１２】曲線状の線分と曲面としての断面との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
図１には、本発明に係る超音波ボリュームデータ処理装置の好適な実施形態がブロック図として示されている。この超音波ボリュームデータ処理装置は図示の例において超音波診断装置である。超音波診断装置は、医療機関において設置され、生体への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。
【００２３】
プローブ１０は、本実施形態において、２Ｄアレイ振動子を備えた送受波器である。プローブ１０によって三次元送受波空間が形成される。その空間内には注目組織が含まれる。注目組織は、被検体１２内に存在し、それは、例えば、心臓、肝臓、胎児等である。三次元送受波空間はボリュームデータ取得空間と言い得る。
【００２４】
プローブ１０の送受波面が被検体１２の表面に当接され、その状態で超音波が送受波される。２Ｄアレイ振動子は、縦横に並んだ複数の振動素子により構成される。２Ｄアレイ振動子によって超音波ビームが形成され、それは電子的に二次元走査される。これによりボリュームデータが取得される。電子走査方式として電子セクタ走査方式、電子リニア走査方式、等が知られている。
【００２５】
なお、１Ｄアレイ振動子を機械走査するタイプのプローブを利用してボリュームデータを取得するようにしてもよい。２Ｄアレイ振動子としてｃＭＵＴ型の電気音響変換器を用いてもよい。体腔内に挿入されるプローブが利用されてもよい。
【００２６】
送信部１４は送信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。送信部１４は、送信時において、複数の送信信号をアレイ振動子へ並列的に供給する。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アレイ振動子において受信されると、アレイ振動子から複数の受信信号が受信部１６へ並列的に出力される。受信部１６は受信ビームフォーマーとして機能する電子回路である。具体的には、複数の受信信号が整相加算処理され、これによりビームデータが構成される。受信部１６が有する各受信チャンネル回路は、アンプ、Ａ／Ｄ変換器、遅延器を備える。遅延処理後の複数の受信信号が加算器に入力される。整相加算処理においては、受信ダイナミックフォーカス技術が適用される。受信部１６において、パラレル受信処理が実行されてもよい。送受信制御部１８は、主制御部４２の制御の下、超音波の送信及び受信を制御する。
【００２７】
ビームデータ処理部２０は、個々のビームデータに対して必要な処理を施すものである。それは、例えば、検波回路、対数圧縮回路、相関回路等を含む。個々のビームデータは深さ方向に並ぶ複数のエコーデータからなる。ビームデータ処理部２０から出力された個々のビームデータが三次元座標変換部２２及び断面画像作成部２６へ送られている。
【００２８】
三次元座標変換部２２は、各エコーデータに対して三次元の送受波座標から三次元の直交座標への座標変換を実行し、すなわち、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。実際には、座標変換後の各エコーデータ（あるいは補間データ）が３Ｄメモリ２４に格納される。このような書き込み時の座標変換に代えて、読み出し時の座標変換が実行されてもよい。走査面に相当するビームデータ列をスキャンコンバータによって走査面データに変換し、その後、複数の走査面データを座標変換してボリュームデータを構成するようにしてもよい。いずれにしても、３Ｄメモリ２４内には、生体内の三次元送受波空間から取得されたボリュームデータが格納される。
【００２９】
断面画像作成部２６は、ソフトウエアモジュール又は電子回路により構成され、それは幾つかの機能を有する。断面画像作成部２６は、ボリュームデータに対して設定される互いに直交関係にある３つの断面（トリプレーン）に対応した３つの断面画像を形成する機能を有する。また、断面画像作成部２６は、ボリュームデータに対して設定された任意断面に対応する断面画像を作成する機能を有する。更に、後述する三次元組織画像上において計測経路を規定する線分が指定された場合に、その線分で定義される断面を表す断面画像を形成する機能を有する。断面画像の形成に際しては、ビームデータ処理部から出力された所定のビームデータ列が利用され、あるいは、ボリュームデータから抽出された断面データが利用される。そのような断面データに基づいて断面画像が形成される。高分解能をもったつまり高精細の断面画像を形成するために、断面データに対して又は生成後の断面画像に対して、補間処理あるいは超解像処理を適用してもよい。作成された断面画像のデータが表示処理部３４へ送られる。
【００３０】
ボリュームレンダリング部２８は、ボリュームレンダリング法に基づいて、ボリュームデータから三次元組織画像を形成するソフトウエアモジュールあるいは電子回路である。具体的には、後に図２を用いて説明するように、ボリュームデータに対して、視点から伸びる複数の視線（レイ）が設定され、視線ごとに画素値演算（レンダリング処理）が実行される。画素値演算では、ボリュームデータに対して設定されたレンダリング開始面及びレンダリング終了面の間（レンダリング範囲）において、個々のボクセルごとに不透明度（オパシティ）を利用した所定の演算が実行される。視線ごとの演算結果である画素値が投影面上にマッピングされる。開始面が投影面であってもよい。不透明度（オパシティ）関数３０は、ボクセル値から不透明度を決定するための関数であり、その具体例については後に図３を用いて説明する。
【００３１】
本実施形態では、ボリュームレンダリング部２８が深さ演算機能を有している。それが図１において深さ演算部３２として示されている。深さ演算部３２は、視線単位で注目組織の表層（表面）深さを演算する。その深さは、本実施形態では、投影面（レンダリング開始面）から注目組織の表面までの距離である。視線ごとに、画素値演算と並行して距離演算が実行される。複数の視線に対応する複数の深さ（距離）により距離テーブルが構成される。そのような距離テーブルが構成される記憶領域をＺバッファと称することもある。距離テーブルは、後に図６等に示すように、三次元組織画像上において線分が指定された場合に、その線分に対応する計測経路を特定する場合に利用される。具体的には、距離テーブルから、線分を構成する各位置に対応する各距離を読み出すことにより、線分上の各位置に対応する深さが特定される。これによって三次元送受波空間内の三次元の経路として計測経路が特定される。画素値演算のための計算式及び距離演算のための計算式については後ほど説明する。三次元組織画像のデータが表示処理部３４へ送られる。距離テーブルは図示の例では主制御部４２へ送られている。
【００３２】
表示処理部３４は、画像合成機能、色付け機能、等を有するソフトウエアモジュール又は電子回路である。表示処理部３４が有する主画像構成機能が図１において主画像構成部３６として示されている。また、表示処理部３４が有する参照画像構成機能が図１において参照画像構成部３８として示されている。主画像構成部３６は、三次元組織画像とユーザー指定された線分を表す線分マーカー（第１の線分マーカー）とを有する主画像を生成する。線分マーカーは表示要素としてのグラフィック要素であり、それは三次元組織画像上に重畳表示される。参照画像構成部３８は、線分に対応する断面を表す断面画像と、そこに重畳表示される計測経路マーカーと、を含む参照画像を生成する。計測経路マーカーは、断面上における計測経路の形態を曲線として示したものであり、それはトレースラインである。計測経路マーカーは、線分マーカーと同様に、表示要素又はグラフィック要素である。
【００３３】
表示部４０は例えば液晶表示器であり、その画面上には主画像と参照画像とが並んで同時に表示される。本実施形態においては、主画像の上に線分を指定すると、それが主画像上において線分マーカー（第１の線分マーカー）として表現され、同時に、線分に対応する断面を表す断面画像が形成及び表示される。断面画像上には計測経路を示す計測経路マーカーが重畳表示される。計測経路マーカーは、注目組織の表層又はあるいは表面に沿ったトレースラインである。
【００３４】
三次元組織画像に重畳表示される線分マーカーの参照によれば、注目組織との関係で、線分の位置及び長さを把握できるが、計測経路についての奥行き方向の形態を把握することまではできない。本実施形態では、断面画像が表示され、そこに計測経路を表す計測経路マーカーが表示されるので、注目組織の断面上において、計測経路の屈曲形態を正確に認識することが可能である。つまり、注目組織の表層形態に対して正しく計測経路が設定されていることを確認できる。本実施形態では、参照画像内には、後に図７等に示すように、計測経路マーカーの他に、線分マーカー（第２の線分マーカー）及び２つの視線マーカーが含まれる。本実施形態では、後に図１０等に示すように、必要に応じて、いったん設定された計測経路の形態を事後的に補正することが可能である。
【００３５】
主制御部４２は、ＣＰＵ及び動作プログラムによって構成される。主制御部４２は、図１に示されている各構成の動作を制御するものである。それが有する幾つかの代表的な機能が複数のブロックとして表示されている。具体的には、主制御部４２は、線分設定部４４、計測経路設定部４８、計測経路補正部５０、及び、経路長演算部４６を有している。線分設定部４４は、三次元組織画像上におけるユーザーの座標指定に基づいて線分を設定するモジュールである。線分設定が完全に自動化されてもよい。例えば、画像解析結果に基づいて線分が自動的に設定されてもよい。計測経路設定部４８は、指定された線分を注目組織表層へ投影することにより、具体的には、上述した距離テーブルから線分に対応する複数の距離（深さ）の列を読み出すことにより、注目組織表層に沿った計測経路を設定するモジュールである。計測経路は、二次元的に変化する経路、又は、三次元的に変化する経路である。前者の場合には直線状の線分が指定され、後者の場合には曲線状の線分が指定される。ポインティングデバイス等を利用してユーザーが計測経路に対して補正操作を行った場合、それを受けて計測経路補正部５０が計測経路を補正する。そのような処理を実行するモジュールが計測経路補正部５０である。計測経路の補正に際しては、断面画像上で操作を行えるから、注目組織の構造との関係で、正しい補正を速やかに行える。もっとも、計測経路の基礎をなす線分が三次元組織画像上で補正されてもよい。そのような補正は結果として計測経路の補正を生じさせるものである。経路長演算部４６は、計測経路についての全長を演算するモジュールである。ユーザーが特定の臓器における特定の部位に計測経路を指定すると、その長さが自動的に計算される。他の計測部を設けてもよい。
【００３６】
コントロールパネル５２は、トラックボール等の各種の入力器を備えた入力デバイスである。それを利用して線分が指定され、また線分や計測経路が補正される。
【００３７】
上記ボリュームレンダリング部が実行する幾つかの計算式について具体例を説明する。上記のボリュームレンダリングにおいては例えば以下に示す計算が実行される。
【００３８】
Cout= Cout-1＋（１−Aout-1）・Ai・Ci・Si           …(1)
Aout= Aout-1＋（１−Aout-1）・Ai                    …(2)
【００３９】
上記計算式において、Ciは、二次元投影面上のある点から三次元画像を見た場合（その点を通る視線を設定した場合）における、当該視線上のi番目に存在するボクセルの輝度値である。視線上にNボクセルが並んでいる場合、原則として、i=0〜Nについて上記計算が繰り返し実行される。その結果の値Coutが最終的な出力ピクセル値（画素値）となる。但し、途中で終了条件が満たされた場合、その時点で演算が終了し、画素値が確定する。Cout-1はi-1番目のボクセルについての結果値である。Aiは視線上i番目に存在するボクセルについて定義される不透明度（オパシティ）である。不透明度は0〜1.0の値をとる。Siは輝度Ciについて定義される傾きより算定される陰影付け用重み成分である。たとえば、光源と、ボクセルiを中心とした面の法線と、が一致する場合、もっとも強く反射し、Si に1.0が与えられ、光源と法線とが直交する場合にはSi に0.0が与えられる。Cout及びAoutは、ともに0を初期値とする。(2)式に示されるように、Aoutはボクセルを通過するたびに積算されて1.0に収束する。よって、式(1)に示されるようにi-１番目までのボクセルの不透明度の積算値Aout-1が1.0（又は所定値）になった場合、i番目のボクセル値Ci（及びそれ以降のボクセル値）は出力画像に反映されない。以上の説明は例示であり、ボリュームレンダリング法として、各種の手法が知られている。
【００４０】
距離の計算方法として幾つかの方法があげられる。例えば特許文献２に記載された方法を用いる場合、個々の視線に対して、ボクセル単位で以下の(3)式が実行される。ここでi番目ボクセルの距離がDiで表現されている。Diはボクセル間ピッチとボクセル番号とから計算され得る。
【００４１】
Dout= Dout-1＋（１−Aout-1）・Ai・Di                  …(3)
【００４２】
上記(3)式では、距離Doutを(1)式と同様の方法で計算している。つまり、(1)式に基づくピクセル値Coutの算定過程で用いられる不透明度によって重み付けされた距離Doutが求められている。注目組織の表層又は表面（あるいは所定の層又は面）を特定できればよいのであるから、上記(1)式の演算が終了した時点（つまり不透明度飽和時点）でのボクセル深さをもって又はそれを基準として距離を定義してもよい。不透明度が閾値に到達した時点をもって距離を定義してもよい。対象組織によってはDoutが最大となった深さをもって距離を定義してもよい。更に、視線ごとにエッジ検出法を適用して注目組織表面を特定し、その深さをもって距離を定義してもよい。計測したい層、面等に応じて距離計算条件を定めればよい。
【００４３】
図２には、三次元空間内に存在するボリュームデータ５６が示されている。そこにおける座標系がＸＹＺで特定されている。参考までに、トリプレーン表示を行う場合における３つの断面が符号５８，６０，６２で示されている。それらは直交関係にある。投影面６４は図示の例ではボリュームデータの視点側に示されている。ボリュームデータ５６に対しては、例えば、視線方向６６に並行に複数の視線が設定される。図２においては、その内の１つの視線６８が示されている。視線６８上には、複数のボクセルデータ（エコーデータ又は補間データ）が存在し、個々のボクセルデータを単位として出力光量演算が逐次的に実行される。その実行結果としての出力光量が画素値となる。その画素値は、視線が通過する（視線に対応する）画素７０の値としてその位置にマッピングされる。投影面６４上の座標がｘｙで特定されている。ボリュームデータ５６内には注目組織データ塊７２が存在している。視線単位での画素値演算に際しては、注目組織データ塊７２の表層を位置（深さ）が特定される。実施形態では、距離は投影面から表層までの長さである。複数の視線を非並行に設定するようにしてもよい。
【００４４】
図３には不透明度（オパシティ）関数７６が示されている。横軸はボクセル値を示しており、縦軸は不透明度を示している。関数７６においては、ボクセル値７８より下の区間において不透明度０（つまり完全透明）が設定されており、ボクセル値７８からボクセル値８０にかけて不透明度が線形かつ比較的急峻に増大しており、ボクセル値８０よりも上の区間ではかなり高い不透明度が設定されている。このような関数７６を用いると、注目組織の表面で、あるいは、組織内にあまり進入しない地点で、視線単位での画素値演算が終了する確率が高くなる。図３に示した不透明度関数７６の形態は一例に過ぎない。
【００４５】
図４には、参考として、超音波診断装置における一般的な表示態様が示されている。それはトリプレーン表示を示すものである。表示器の画面８２上には、第１の垂直断面画像８４、第２の垂直断面画像８６、及び、水平断面画像８８が表示される。また、三次元組織画像９０も併せて表示されている。
【００４６】
次に、図５に示すフローチャートに基づいて、図１に示した装置の動作例について説明する。個々の工程の説明に際しては適宜、図６以降を参照することにする。
【００４７】
図５において、Ｓ１０では、リアルタイム動作状態又はフリーズ動作状態において表示された三次元組織画像上で、ユーザーにより、直線として又は曲線として、線分が指定される。この場合、計測したい部位に線分が指定される。例えば、図６の右側には、ボリュームレンダリング結果としての三次元組織画像９２が示されており、その三次元組織画像９２上において、線分マーカー（第１の線分マーカー）９４の位置、長さ等を調整することにより、計測経路の基礎をなす線分を指定することができる。線分マーカー９４は線分を表現するグラフィック要素である。それは、白黒の三次元組織画像上に例えばカラー表現される。図６に示される線分マーカー９４は直線状の形態を有している。曲線として線分を指定することも可能である。その例については後に図１１を用いて説明する。線分の指定に際しては、その両端９６，９８の座標をユーザー指定するようにしてもよい。線分のユーザー指定により、制御部が、線分についての座標情報を認識する。
【００４８】
なお、図６の左側には線分に対応する断面を表す断面画像１００が示されている。それは、線分を通過する視線列によって構成される面を表すものである。それは、線分を奥行き方向（視線方向）に展開することにより定義される面を表すものである。図６の左側には、視線列が概念的に示されている。その両端に相当する２つの視線が符号１０２、１０４で特定されている。各視線上には複数のボクセルデータが存在する。各ボクセルデータはエコーデータであり、または、ボクセル周囲の複数のエコーデータから生成される補間データである。断面画像は、二次元的に配列されたボクセルデータアレイに基づいて生成されるものである。
【００４９】
図５において、Ｓ１２では、上記のように指定された線分に基づいて計測経路が特定される。本実施形態では、対象組織の表層深さを示す表層座標（深さ）テーブル（つまり距離テーブル）上から、線分に対応する複数の表層座標を読み出すことにより（Ｓ１４参照）、計測経路が特定される。Ｓ１６では、指定された線分に対応する参照画像が形成され、それが表示される。続いて、Ｓ１８では、経路長が演算され、それが数値として表示される。以下にＳ１６及びＳ１８の内容について詳述する。
【００５０】
図７には、第１の表示例が示されている。表示画面上には、主画像２００と参照画像２０２とが同時に表示されている。主画像２００は、三次元組織画像９２と、線分マーカー（第１の線分マーカー）９４と、を含む。符号９６，９８は線分マーカー９４の両端を示している。参照画像２０２は、断面画像１００と、それ対してオーバーレイ表示されたグラフィック画像と、からなる合成画像であり、グラフィック画像は、計測経路マーカー（トレースライン）１１４、線分マーカー（第２の線分マーカー）１０８、及び、視線マーカー１２２，１２４を有する。個々のグラフィック要素は、相互に区別可能な色相をもってカラー表現されている。断面画像１００は、上述したように、線分に対応する断面を示すものであり、図示の例では、線分を含みその両端を延長した直線に対応する断面を表す画像（白黒Ｂモード断層画像に相当する画像）である。このため、線分に対応する計測経路マーカー１１４の両側を超えて広い範囲にわたる断面画像１００が表示されている。
【００５１】
線分マーカー１０８は、対象組織の視点側に表示されており、それは線分の水平方向の位置及び長さを示すものである。望ましくは、投影面が存在する高さに相当する位置に線分マーカー１０８が表示される。但し、その表示高さを変更してもよい。計測経路マーカー１１４及び対象組織断面に被らない位置に、線分マーカー１０８を表示するのが望ましい。線分マーカー１０８は、その本体をなすラインの他、線分の両端を表す２つの端点マーカー１１０，１１２を有している。このように２つの線分マーカー９４，１０８を表示することにより、三次元組織画像と断面画像の空間的関係や、線分と計測経路マーカーとの空間的関係を直感的に認識することが可能となる。
【００５２】
計測経路マーカー１１４は、線分に対応する計測経路を表すラインである。計測経路は、断面上において、対象組織の表層又は表面に沿って設定される。すなわち、計測経路マーカー１１４は、断面画像１００において、対象組織の表層内にそれをトレースするように表現されるラインである。符号１００Ａは対象組織の視点側表面を示している。計測経路マーカー１１４は、線分の両端に対応する２つの端点マーカー１１６，１１８を有する。左側の端点マーカー１１０と左側の端点マーカー１１６とを通過するラインとして視線マーカー１２２が表示されている。左側の端点マーカー１１２と左側の端点マーカー１１８とを通過するラインとして視線マーカー１２４が表示されている。それらによって、視線方向あるいは線分投影方向を直感的に認識でき、また、線分マーカー１０８と計測経路マーカー１１４との対応関係を容易に把握できる。表示画面の右下には、計測経路の長さを示す経路長が数値として表示されている。計測経路に基づいて、曲率、凹凸度、直線距離、輝度分布、輝度ヒストグラム、等が演算されてもよい。
【００５３】
図５に戻って、Ｓ２０では、補正を行うか否かが判断され、補正を行う場合には後に詳述するＳ２２において補正処理が実行され、その後、Ｓ１２以降の各工程が繰り返し実行される。
【００５４】
図８には、三次元組織画像１２６と断面画像１２８との空間的な関係が概念図として示されている。なお、そこに含まれる複数の像の空間的な相互関係を正解するために「前」及び「後」のラベルが付されている。
【００５５】
三次元組織画像１２６上には線分（及び線分マーカー１３２）が設定される。線分により、それを含む断面１３０が定義される（便宜上、断面１３０がやや傾斜した状態で表現されている）。断面１３４は断面１３０の向きを変えて（より面が見えるように開いた姿勢をもって）その内容を表示したものである。断面１３４上に、線分１３６と計測経路１３８との関係が示されている。断面１３０，１３４上の組織構造を表したものが断面画像１２８である。それと共に線分マーカー１４０及び計測経路マーカー１４２が表示される。断面画像１２８の裏面を表現したものが断面１２８Ａである。そこには線分マーカー１４０に相当するライン１４０Ａと、計測経路マーカー１４２に相当するライン１４２Ａと、が表現されている。一般に、ユーザーは、主画像及び参照画像の観察に際して、上述したような補助的な複数のグラフィック要素を媒介として、図８に示した空間的関係を容易に認識できる。
【００５６】
図９には第２表示例が示されている。拡大表示された主画像１４４は、三次元組織画像１４６と線分マーカー１４８とを含む。具体的には、表示画面内には、主画像１４４の右上部分に重合する画像として参照画像１５０が表示されている。参照画像１５０はこの例では比較的に小さな画像である。その表示位置及びそのサイズをユーザーによって変更することが可能である。参照画像１５０は断面画像１５２と計測経路マーカー１５４とを含む。この例では、参照画像１５０に第２の線分マーカーは含まれていないが、それを表示するようにしてもよい。
【００５７】
次に、計測経路の補正について説明する。本実施形態では、断面画像上において表示された計測経路マーカーの形態を補正することにより、計測経路を補正することが可能である。図１０には図９に示した主画像１４４と参照画像１５０とが示されている。カーソル１５６の移動等のユーザー操作によって、計測経路マーカー１５４Ａの形態を変更し得る。具体的には、計測経路マーカー１５４Ａ上の点１５８を指定して、その点１５８の座標を変更することにより、計測経路マーカー１５４Ａの形態を任意に変更し得る。例えば、注目組織の表層に沿って計測経路マーカー１５４Ａが描かれていない場合、その形態を修正して、対象組織内に計測経路を正しく設定することが可能である。図１０に示す例では、参照画像１５０上において補正操作が行われており、つまり、平面としての断面上においてのみ計測経路の形態の変更が許容されている。これに対して、元になる線分それ自体の形態を補正することも可能である。あるいは、最初から曲線として線分を指定することに可能である。これについて以下に説明する。
【００５８】
図１１には、主画像１６０と参照画像１６６とが示されている。主画像１６０は三次元組織画像１６２と線分マーカー１６４とを含む。図示の例では、最初から線分として曲線が指定されており、あるいは、補正操作により直線が曲線に変更されており、結果として、曲線として線分マーカー１６４が指定されている。参照画像１６６は、断面画像１６８と計測経路マーカー１７０とを含む。断面画像１６８は、以下に図１２を用いて説明するように、曲線としての線分に対応した、曲面としての断面を表す画像である。その断面は計測経路を含み、それが計測経路マーカー１７０として表示されている。
【００５９】
図１２において、既に説明したように、三次元組織画像上には曲線としての線分マーカー１６４が設定されている。三次元組織画像の手前側には断面１７２が模式的に表現されている。断面１７２は、線分マーカー１６４を奥行き方向（視線方向）に展開した面である。断面１７２には、線分マーカー１６４に対応する曲線１６４Ａが描かれており、その両端点を通過する視線方向１７４に伸びる２つの視線が２つのライン１７８、１８０によって示されている。また、断面１７２上には計測経路マーカー１７０に対応する曲線１７６が描かれている。このように三次元組織画像上において、曲線を指定すると、それに従って、曲面としての断面が設定され、その断面上において計測経路が定義されることになる。参照画像１６６において、必要に応じて、カーソル１５６を用いて、計測経路マーカーつまり計測経路の形態を補正することが可能である。断面が平面の場合と同様に、断面が曲面の場合であっても計測経路を容易に補正することが可能である。
【００６０】
三次元組織画像上での線分についての位置、形態、長さ等の補正と、断面画像上での計測経路つまり計測経路マーカーの位置、形態、長さ等の補正と、を併用して、注目する部位に沿った適切な計測経路を設定することが可能である。なお、断面画像上において、マニュアルで、計測経路マーカーに属するある点の座標を補正する場合、深さテーブルの内容よりもその補正が優先されることになる。補正に際してはスプライン補間等の公知の曲線生成アルゴリズムを適用可能である。補正に際しては、不動の固定点と可動の補正点とを区別して指定できるようにしてもよい。
【００６１】
上記実施形態によれば、三次元組織画像上で線分を指定するだけで注目組織の表層での経路長を求めることが可能である。また、曲線として線分を指定することができるので、所望の計測経路を自在に設定することが可能である。特に、線分に対応する断面を表す断面画像上において計測経路を確認できるので、計測が正しく行われていることを瞬時に確認できる。更に、投影面上で及び断面上で計測経路の形態を補正できるから、ユーザーにおいて三次元の座標を指定する場合における混乱を防止できる。なお、上記の手法を超音波ボリュームデータ以外の他の医療上のボリュームデータに適用することも可能であるが、特に、解像度が比較的に低く遠近感を得られにくい超音波ボリュームデータに対して上記の手法を適用するのが望ましい。
【００６２】
上記実施形態は超音波診断装置への本発明の適用例であったが、コンピュータ等の情報処理装置に対して本発明が適用されてもよい。その場合、情報処理装置に対して超音波診断装置等から超音波ボリュームデータが与えられ、情報処理装置において超音波ボリュームデータに対する処理を実行することになる。計測項目としては、既に説明したように、距離計測（経路長計測）が一般的であるが、それ以外にも多様な計測項目があげられる。特に三次元計測を行う場合、空間的に計測経路を把握困難であるから、上記手法はそのような課題を克服する技術として産業上大きな価値を有するものである。
【符号の説明】
【００６３】
２８  ボリュームレンダリング部、３２  深さ演算部、３６  主画像構成部、３８  参照画像構成部、４４  線分設定部、４６  経路長演算部、４８  計測経路設定部、５０  計測経路補正部、９２  三次元組織画像、９４  第１の線分マーカー、１００  断面画像、１０８  第２の線分マーカー、１１４  計測経路マーカー（計測経路）、２００  主画像、２０２  参照画像。
【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】
2017093842.tif 000009
【図８】
2017093842.tif 000010
【図９】
2017093842.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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