(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体ボリュームのイメージングのためのシステムであって、超音波ビームを送信し、且つ走査平面内の多数のサンプル・ボリュームにおいて前記物体ボリュームから反射された超音波エコーを検出する超音波トランスデューサ・アレイと、前記超音波トランスデューサ・アレイに結合されており、前記物体ボリュームを通る多数の走査平面の各々から反射された超音波エコーから導出されるイメージング・データを取得する手段と、前記多数の走査平面に対応している多数の画像フレームの各々についてのデータを記憶する手段と、オペレータの入力を受け取るオペレータ・インタフェイス手段と、オペレータの入力に基づいて、前記多数の画像フレームからデータ・ボリュームを画定する手段と、オペレータの入力に基づいて、第１のモードでの３次元イメージングのために前記データ・ボリュームの配置方向の選択を可能にする第１のモード手段と、前記データ・ボリュームに対して投影変換を適用することにより、前記配置方向を有している前記データ・ボリュームのイメージング平面への３次元投影を表す第１のイメージング・データを生成する手段と、前記データ・ボリュームの前記画定及び前記配置方向を指示する第１の図形データを生成する手段と、表示モニタと、前記第１のモードにおいて、前記表示モニタ上に前記３次元投影及び前記図形データを同時に表示させるビデオ・プロセッサと、
オペレータの入力に基づいて、第２のモードにおいて、前記配置方向を有している前記データ・ボリュームに対する２次元スライスの位置の選択を可能にする第２のモード手段と、前記データ・ボリュームをリフォーマットすることにより、前記位置を有している前記２次元スライスを表す第２のイメージング・データを生成する手段と、前記２次元スライスの前記位置を指示する第２の図形データを生成する手段と、
を有しており、前記ビデオ・プロセッサは、前記第２のモードにおいて、前記表示モニタ上に前記第１及び第２の図形データ並びに前記２次元スライスを同時に表示することを特徴とする前記システム。
【請求項２】
前記第１の図形データはボックスを表し、前記第２の図形データは前記ボックス内に設定されている多角形を表す請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２の図形データを生成する手段は、第１のオペレータの入力に応答して、前記第２のモードにおいて、前記表示モニタ上で前記第２の図形データを前記第１の図形データに対して変位させる手段を含んでいる請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２のイメージング・データを生成する手段は、前記第１のオペレータの入力の後に、前記第２のモードにおいて、前記第１の図形データに対する前記第２の図形データの位置に対応する位置を有している２次元スライスを表す第２のイメージング・データを生成する請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
オペレータの入力に応答して、第３のモードにおいて、ある軸に対する前記データ・ボリュームの配置方向の選択を可能にする第３のモード手段を更に含んでおり、前記第１の図形データを生成する手段は、第１のオペレータの入力に応答して、前記第３のモードにおいて、前記第１の図形データを前記第２の図形データに対して前記表示モニタ上で回転させる手段を含んでいる請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第２のイメージング・データを生成する手段は、第２のオペレータの入力に応答して、前記第３のモードにおいて、前記第１の図形データに対する前記第２の図形データの位置に対応する位置を有している２次元スライスを表す第２のイメージング・データを生成する請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記データ・ボリュームは、それぞれの座標を有している多数のボクセルを含んでおり、前記投影変換は、前記ボクセルの前記座標に対してスケーリング行列及び回転行列を適用して、前記イメージング平面でのピクセルの座標を生成することと、前記ボクセルに対して前記イメージング平面内の各々のピクセルについて投影法を適用することとを含んでいる請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記投影変換は、スケーリング・ファクタを適用して、前記データ・ボリューム内で１単位ずつ離隔しているボクセルが、前記イメージング平面上で最大で１単位ずつ離隔しているピクセルへ写像されるように保証することを更に含んでいる請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記オペレータ・インタフェイス手段はモード・キーを含んでおり、前記システムは、前記モード・キーの相次ぐ操作に応答して、前記第１、第２及び第３のモードを循環する請求項６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般的には、医療診断の目的での人体の解剖学的構造の３次元超音波イメージングに関する。具体的には、本発明は、人体内の走査されるボリュームから反射された超音波エコーを検出することによる人体の解剖学的構造の３次元イメージングのための方法及び装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来の超音波スキャナは、ピクセルの輝度がエコー反射の強度に基づいて定まるような組織の２次元Ｂモード画像を作成する。代替的には、カラー・フロー・イメージング・モードでは、流体（例えば、血液）又は組織の動きをイメージングすることができる。ドプラ効果を利用した心臓及び血管の血流の測定については周知である。後方散乱された超音波の位相シフトを用いて、組織又は血液からの後方散乱波の速度を測定することができる。ドプラ・シフトを、異なる色を用いて表示して、流れの速度及び方向を表すこともできる。パワー・ドプラ・イメージングでは、反射したドプラ信号に含まれているパワーを表示する。以下の開示は主として、簡潔にするためにＢモード・イメージングに関して説明するが、本発明は、いかなるモードの超音波イメージングにも適用される。
【０００３】
従来のＢモードにおける基本的な信号処理チェーンを図１に示す。超音波トランスデューサ・アレイ（配列）２が駆動されて、走査線に沿って音波バーストを送信する。反射されたＲＦ信号は、トランスデューサ素子によって検出された後に、ビームフォーマ４によって受信ビームに形成される。各々の走査線についてのビームフォーマの出力データ（Ｉ／Ｑ又はＲＦ）は、等化フィルタ処理、包絡線検出及び対数圧縮を含んでいるＢモード処理チェーン６を通過する。走査の幾何形状に応じて、数百までのベクトルを用いて単一の音波画像フレームを形成することができる。１つの音波フレームから次の音波フレームへの時間的移行を平滑化するために、走査変換の前に何らかの音波フレーム平均化８を行ってもよい。セクタ走査の場合には、Ｒ−θフォーマットの圧縮された画像が、スキャン・コンバータ１０によって表示用のＸ−Ｙフォーマットへ変換される。システムによっては、フレーム平均化を走査変換の前の音波フレームに対して行うのではなく、Ｘ−Ｙデータに対して行ってもよく（破線ブロック１２によって示す）、場合によっては、所与のビデオ表示フレーム・レート（典型的には、３０Ｈｚ）を達成するために、音波フレームと音波フレームとの間に重複したビデオ・フレームを挿入してもよい。走査変換されたフレームはビデオ・プロセッサ１４へ送られ、ビデオ・プロセッサ１４は、基本的には、走査変換されたデータをビデオ表示のために表示用のグレイ・マップ又はカラー・マップへ写像（マッピング）する。
【０００４】
システムの制御は、ホスト・コンピュータ２０に集中されている。ホスト・コンピュータ２０は、オペレータ・インタフェイス２２（例えば、キーボード及びトラック・ボール）を介してオペレータの入力を受け取り、様々なサブシステムを制御する。（図１では、ホスト・コンピュータから様々なサブシステムへのシステム制御線は、簡潔にするために省略されている。）イメージングの際には、シネ・メモリ１６に最新の画像の長い系列が記憶され、絶えず自動的に更新される。システムによっては、Ｒ−θ音波画像を保存するように設計されているものもある（このデータ経路は、図１に破線で示されている）が、他のシステムはＸ−Ｙビデオ画像を記憶する。シネ・メモリ１６に記憶されている画像ループは、トラック・ボール制御（インタフェイス２２）を介して表示モニタ上で詳しく観察することができ、画像ループの一部分を選択してハード・ディスクに記憶させることもできる。フリー・ハンド式の３次元イメージング性能を備えた超音波スキャナでは、シネ・メモリ１６に記憶されている選択された画像系列は、３次元再構成のためにホスト・コンピュータ２０へ転送される。この結果は、シネ・メモリの他の部分又はスキャン・コンバータ・メモリへ戻して書き込まれ、ここから、ビデオ・プロセッサ１４を介して表示装置１８へ送られる。
【０００５】
図２を参照すると、スキャン・コンバータ１０は、音響線メモリ２４及びＸＹ表示メモリ２６を含んでいる。［カラー・フローの音波サンプルの場合には、独立した音響線メモリ（図示されていない）が設けられる。］音響線メモリ２４に極座標（Ｒ−θ）セクタ・フォーマットで記憶されているＢモード・データは、適当にスケーリングされたデカルト座標強度データへ変換され、このデータはＸＹ表示メモリ２６に記憶される。ＸＹ表示メモリ２６からの各々の画像フレームは、ビデオ・プロセッサ１４及びシネ・メモリ１６の両方へ送られる。
【０００６】
Ｂモード・データの多数の連続したフレームは、先入れ先出し方式でシネ・メモリ１６に記憶されている。シネ・メモリは、ユーザに対して実時間で表示される画像データを絶えず取得しながらバックグラウンドで動作している循環画像バッファのようなものである。ユーザがシステムをフリーズさせる（インタフェイス２２上のフリーズ・キーを押すことにより）と、ユーザは、シネ・メモリ内に過去に取得されている画像データを見ることが出来る。
【０００７】
従来のシステムは、任意の超音波画像上に図形記号を重畳する性能を有している。画像フレーム上への図形(graphics)の重畳はビデオ・プロセッサ１４において行われ、ビデオ・プロセッサ１４は、ＸＹ表示メモリ２６から超音波画像フレームを受け取り、また図形表示メモリ３４から図形データを受け取る。図形データは、図形プロセッサ３６によって処理されて図形表示メモリ３４へ入力される。図形プロセッサ３６は、ホスト・コンピュータ２０によって他のサブシステムと同期させられている。
【０００８】
ホスト・コンピュータ２０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２８及びランダム・アクセス・メモリ３０を含んでいる。ＣＰＵ２８は、取得ボリュームの強度データを、様々な角度で捉えた多数の３次元投影画像へ変換するのに用いられるルーチンを記憶するメモリを有している。ＣＰＵ２８は、システム制御バス３２を介して、Ｘ−Ｙメモリ２６及びシネ・メモリ１６を制御する。具体的には、ＣＰＵ２８は、スキャン・コンバータ１０の音響線メモリ２４又はＸ−Ｙメモリ２６からビデオ・プロセッサ１４及びシネ・メモリ１６へのデータの流れ、並びにシネ・メモリからビデオ・プロセッサ１４及びＣＰＵ２８自体へのデータの流れを制御する。イメージング・データの各々のフレームは、被検体についての多数の走査又はスライスの１つを表していて、音響線メモリ２４、ＸＹメモリ２６及びビデオプロセッサ１４に順次記憶される。これと並行して、音響線メモリ又はＸ−Ｙメモリのいずれかからの画像フレームが、シネ・メモリ１６に記憶される。フレームのスタックは、走査されている物体ボリュームを表していて、シネ・メモリ１６に記憶されてデータ・ボリュームを形成する。
【０００９】
２次元超音波画像は、走査されている解剖学的構造の２次元表現を観測者が視覚化することができないことが原因で、しばしば解釈が困難となることがある。しかしながら、超音波プローブで関心区域の全体を掃引して、２次元画像を蓄積することにより３次元データ・ボリュームを形成すれば、熟練した観測者及び熟練していない観測者の双方にとって、解剖学的構造を視覚化することは遥かに容易になる。
【００１０】
３次元画像を形成するために、ＣＰＵ２８は、シネ・メモリ１６から検索されるソース・データ・ボリュームをイメージング平面データ・セットへ変換することができる。このような相次ぐ変換は、例えば＋９０°から−９０°にわたる角度の範囲内で、例えば１０°の間隔の角度増分で行われる最大値投影、最小値投影、合成投影、表面投影又は平均投影等の様々な投影手法を含み得る。投影後の画像内の各々のピクセルは、所与の画像平面への投影によって導出される変換後データを含む。
【００１１】
フリー・ハンド式の３次元超音波走査では、トランスデューサ・アレイ（１Ｄ乃至１．５Ｄ）を仰角方向に平行移動させて、関心のある解剖学的構造を通る実質的に平行な画像平面の組を取得する。これらの画像は、シネ・メモリに記憶され、システム・コンピュータによって３次元再構成のために後で検索することができる。画像フレーム間の間隔が既知であれば、平面外の寸法と走査平面の寸法とを正確な縦横比（アスペクト比）にして、３次元ボリュームを再構成することができる。しかしながら、スライス間の間隔の推定値が良好でないと、３次元物体の幾何形状にかなりの歪みが生じ得る。
【００１２】
従来の超音波スキャナは、Ｂモード・データ、カラー・ドプラ・データ及びパワー・ドプラ・データを連続的にシネ・メモリ内に収集する。フリー・ハンド式走査法又は何らかの種類の機械的プローブ移動器のいずれかを用いて、プローブで解剖学的構造のある区域の全体を掃引すると、３次元ボリュームがシネ・メモリに記憶される。プローブが平行移動した距離は、いくつかの手法によって決定することができる。ユーザが、掃引された距離の推定値を供給することができる。プローブがプローブ移動器によって一定の速度で移動している場合、距離は容易に決定することができる。代替的には、プローブに位置センサを取り付けて、各々のスライスの位置を決定することもできる。解剖学的構造上に又はデータの内部に付されたマーカもまた、必要とされる位置情報を提供することができよう。更に他の方法としては、相次ぐ画像フレーム間でのスペックル無相関度から直接的に走査平面の変位を推定するものがある。一旦、データ・ボリュームが取得されると、中央処理装置は、データ・ボリュームを通る任意のスライスに加えて、データの３次元投影を提供することができる。
【００１３】
図３を参照して説明すると、超音波プローブ２１により人体のある区域を（手動又はプローブ移動器のいずれかによって）掃引し（矢印３８がリニア掃引を示す）、スライス間の間隔が既知であり、且つスライス４０がメモリに記憶された場合、３次元データ・ボリューム４２を取得することができる。このデータ・ボリュームを（例えば、イメージング平面への投影を用いて）処理することにより、関心区域の３次元ビューを形成することができる。加えて、データをリフォーマットして、任意の角度での個別のスライス４４を生成することができ（図４を参照）、これにより、ユーザは検査中の解剖学的構造がいかなるものであれ、所望の正確なビューを得ることが可能になる。２次元データの３次元投影を生成するアルゴリズムは周知であり、データをリフォーマットしてデータ・セットを通る任意のスライスを生成する手法も周知である。ここで生ずる問題点は、観測者にとって２次元スライスを３次元の解剖学的構造に容易に関連付け易くなるように情報を表示するにはどのようにしたらよいかということである。
【００１４】
【発明の概要】
本発明は、超音波イメージング・システムのオペレータが３次元の解剖学的構造に対する２次元スライスの関係を視覚化するのが容易になるように、２次元スライスと３次元投影とを切り換えることが出来るように設計されているユーザ・インタフェイスを組み込む。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、「ボリューム回転」モードにおいて、表示画面には、所定のデータ・ボリュームから形成される３次元投影画像と共に配向ボックスを表示する。配向ボックスは、上述の所定のデータ・ボリュームの形状及び配置方向の視覚的表示を提供する。
配向ボックスは、データ・ボリュームから任意の角度で３次元画像を投影する任意の公知の手法と組み合わせて用いることができるが、好ましい態様によれば、ボクセル・データは縦横スケーリング・ファクタを乗算し且つ所望の角度だけ回転させて、画像平面に投影する。好ましい投影手法の更なる側面によれば、スケーリング・ファクタを用いることにより、データ・ボリューム内のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って１単位ずつ離隔しているボクセルが、画像平面上のＸ軸及びＹ軸に沿って最大で１単位ずつ離隔しているピクセルへ確実に写像されるようにする。
【００１６】
「切断平面」モードにおいては、選択された２次元スライスを表す移動可能な多角形が、静止した配向ボックスの内部に表示される。この多角形は、所定のデータ・ボリュームに対するスライスの配置方向及び位置の視覚的表示を提供する。オペレータは、所望の２次元スライスを表示するために、トラック・ボールを用いてデータ・ボリュームを通してスクロールすることができる。配向ボックスの内部の多角形は、トラック・ボールの動きの関数として移動し、所定のデータ・ボリュームに対する２次元スライスの位置を指示する。トラック・ボールが停止すると、配向ボックスに対する多角形の位置がフリーズされ、所定のデータ・ボリュームに対する対応する位置を有するリフォーマットされたスライスが表示される。
【００１７】
「切断平面回転」モードにおいては、選択された２次元スライスを表す静止した多角形が、回転可能な配向ボックスの内部に表示される。オペレータは、トラック・ボールを動かして、配向ボックスを回転させる。多角形の形状は、２次元スライスの形状が変化するのに合わせて変化する。トラック・ボールが停止すると、多角形に対する配向ボックスの配置方向がフリーズされ、多角形の位置に対応する位置を有しているリフォーマットされたスライスが表示される。
【００１８】
【好ましい実施態様の詳しい説明】
図５は、取得及び表示の手順の流れ図を示す。ユーザは、関心区域の全体を超音波プローブで掃引することにより開始する（工程５０）。例えば、掃引は、線動又は揺動を行うフリー・ハンド式掃引によって得ることができる。一旦、データが取得されたら、ユーザは、フリーズ・キーを押すことによりシネ・メモリを「フリーズ」させ（工程５２）、データ・ボリュームのＺ寸法に含まれるべきシネ・メモリ・フレーム（スライス）の範囲を選択する（工程５４）。オペレータは、後者の工程を、トラック・ボールを動かすことにより行う。図６に示すように、トラック・ボールを動かすと、Ｚ寸法選択用ゲージ１００が表示画面１８′上に現れる。次いで、トラック・ボールを用いて、ゲージ１００に対するインジケータ１０２の位置を制御する。インジケータは、所望の左端の点に動かすことができ、次いで、オペレータ・インタフェイス上の所定のキーを押すことにより、この左端の点をロックする。次いで、インジケータを所望の右端の点まで動かすことができ、次いで、同じ所定のキーを押すことにより、この右端の点をロックする。これにより、データ・ボリュームに含まれるべきスライスが設定される。次いで、オペレータは、インタフェイス上の適当なキーを押すことにより、特定の所望の「３Ｄモード」、即ち「再スライス」モードに入る（工程５６）。
【００１９】
再スライス・モードに入ると、オペレータは先ず、ＸＹ寸法、及びデータ・ボリュームの位置を選択しなければならない（工程５８）。この工程は、再スライス・モード・キーが押されるのに応答して表示画面１８′上の既定の位置に現れる関心領域ボックス１０４（図６に示す）を操作することにより行われる。関心領域ボックス１０４は、セクタ走査画像１０６上に現れているイメージングされた構造１０８を包含するように、Ｘ及びＹに関してサイズの変更を行うと共に平行移動することができる。関心領域ボックス１０４は、トラック・ボールを動かすことにより平行移動され、オペレータ・インタフェイスに組み込まれている四方向首振り（rocker）スイッチを操作することによりサイズ変更される。例えば、首振りスイッチは、スイッチを下に動かすと関心領域のサイズがＹ寸法について増大し、スイッチを上に動かすとサイズがＹ寸法について減少し、スイッチを右に動かすとサイズがＸ寸法について増大し、スイッチを左に動かすとサイズがＸ寸法について減少するようにプログラムされている。
【００２０】
データ・ボリュームが画定された後に、オペレータは、所望の３次元投影の種類（最小又は最大ピクセル投影、表面、合成等）を選択し（図５の工程６０）、レンダリング・キーを押す。次いで、所定のデータ・ボリュームがシネ・メモリ１６（図２参照）からホスト・コンピュータ２０によって検索される。ホスト・コンピュータは、重複したフレームについて検索されたデータを走査し、これらのデータを廃棄する（工程６２）。次いで、ホスト・コンピュータは、このデータ・セットについてスライス間の間隔を算出する（工程６４）。（スライス間の間隔は、データ・ボリュームの長さの全体にわたって一定であるものと仮定する。）例えば、スライス間の間隔は、１９９８年３月２０日に出願された米国特許出願第０９／０４５，７８０号に開示されている適応スペックル相関法を用いて算出することができる。尚、この特許出願の内容はここに参照することによって組み入れられるべきものである。
【００２１】
スライス間の間隔が算出された後に、システムは、「ボリューム回転」モードに入る。このモードは、いわゆる「再スライス」モードに含まれる３つの下位モードの１つである。図２を参照して述べると、「ボリューム回転」モードでは、色付き（例えば、緑）の配向ボックスを表す信号が、図形プロセッサ３６によって発生され、図形表示メモリ３４においてＸＹフォーマットに整形された後に、ビデオ・プロセッサ１４へ送られる。ビデオ・プロセッサは、緑の配向ボックスが表示画面上に表示されるようにする（工程６６）。同時に、ホスト・コンピュータは、算出されたスライス間の間隔に基づいて、所定のデータ・ボリュームの選択された投影を実行する（工程６８）。投影後の３次元画像は、ＸＹ表示メモリ２６へ送られ、次いで、ビデオ・プロセッサ１４へ送られる。投影後の３次元画像はまた、シネ・メモリ１６によって取得される。ビデオ・プロセッサ１４は、投影後の３次元画像が、配向ボックスと共に表示画面に表示されるようにする。配向ボックス及び初期投影は両方とも、Ｚ軸が画面の奥へ向かい、Ｙ軸が垂直に向き、Ｘ軸が水平に向くようにして配置方向が定められている。即ち、配向ボックスは、選択された関心領域のＸ及びＹの寸法に比例したＸ及びＹの寸法を有する矩形として現れる。データ・スライスは、Ｚ軸に沿って取得されている。これは、ゼロ角度の投影であると定義される。
【００２２】
「ボリューム回転」モードでは、オペレータは、トラック・ボールを用いて、Ｘ軸及びＹ軸の周りに配向ボックスを回転させることができる。Ｚ軸の周りでの回転は、オペレータ・インタフェイス上の独立した回転ノブを用いて行われる。配向ボックスは「実時間」でトラック・ボール及び回転ノブの動きに従い、これによりユーザは所望通りにボックスの配置方向を定めることができる（工程７０）。各々の軸についての回転位置は、表示パネルに示される。位置が設定されると、ユーザは「計算」キーを押し（工程７２）、システムが、配向ボックスによって指示される向きで３次元データ・セットの新たな投影を表示するようにする（工程６８）。図７は、配向ボックス１１０によって指示される任意の角度にある例示的な投影１１２を示している。配向ボックスは、下方前方左側の角にマーカ１１４を有しており、ボックスの後方の角は、ユーザがボックスの前後を識別し易くするように破線になっている。視覚化の助けとして、ボックス１１６が投影１１２に重ね描きされており、ボックス１１６は、配向ボックス１１０と整合しており、且つボックスがデータ・ボリュームの「奥」に向かうにつれて暗く見えるように深さに陰影が付けられる。ユーザは、トラック・ボール及び回転ノブを用いて、所望の回数だけ配向ボックス１１０を再配置すると共に再投影することができる。加えて、オペレータ・インタフェイス上の特別のキーを用いてプラス９０°又はマイナス９０°の回転を行うことができる。
【００２３】
本発明の１つの好ましい実施態様によれば、３次元超音波データ・セットのレンダリングは、各々のボクセルが投影マトリクスに従ってデータ空間から画像空間へ写像されるような対象順次（object-order）ボリューム視覚化手法を利用して達成されている。このレンダリング方法の目標は、アーティファクトを最小限に抑えながら、３次元データから２次元画像を効率的に生成することにある。
【００２４】
データ・ボリュームは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸にそれぞれ沿ったＮx ×Ｎy ×Ｎz のデータ・サンプルから成っており、各データ・サンプルはボクセルとして知られている。このデータ座標系では、ボクセルは、データ・ボリュームの中心を原点として、各々の軸に沿って１単位ずつ等間隔に離隔しているものと仮定されている。実際のデータ・ボリューム内のボクセルは、等間隔になっていない可能性があるので、データ・サンプルの縦横比を扱うスケーリング行列［ＳA ］を用いる。次いで、データ・サンプルをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の周りに所望の角度だけ回転させて、正射影変換を用いて画像平面へ投影することができる。この処理は以下のように書くことができる。
【００２５】
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］＝［ｘi ，ｙi ，ｚi ］
ここで、［ｘd ，ｙd ，ｚd ］はデータ・ボリューム内のボクセルの座標であり、［Ｒ］は所望の回転行列であり、［ｘi ，ｙi ，ｚi ］は画像空間ピクセルである。投影変換［ＳA ］［Ｒ］は、Ｚ3 をＲ3 へ写像する（ここで、Ｒ空間内の座標は実数であり、Ｚ空間内の座標は整数である。）。ｚ成分は廃棄され、切り捨て演算（floor operation 、即ち実数を整数に丸める）を適用してＲ2 をＺ2 へ変換する。この投影変換を行うと、ボクセル・データは、選択された投影法に従って処理される。例えば、最大ピクセル投影法が用いられているならば、各々の画像空間ピクセルは、上述の投影変換によって各画像空間ピクセルへ写像されているボクセル・データの組の最大値のみを記憶する。この処理を図８に示す。同図には、ボクセル・データ１１８が示されており、ボクセル・データ１１８に縦横スケーリングを乗算し（工程１２０）、所望の角度だけ回転させて（工程１２２）、画像平面へ投影している（工程１２４）。
【００２６】
図８に示す処理を用いると、隣接するデータ・サンプルは、画像平面上の隣接するピクセルに必ずしも投影されるとは限らないので、投影後の画像に空白のスポット又は「穴（hole）」が空く。これらの穴を除去するために、投影に２つの更なるスケーリング工程を導入すると、以下の式が得られる。
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］［ＳH ］［ＳH-1 ］
＝［ｘi ，ｙi ，ｚi ］
すると、この投影処理は、２つの工程に分解される。
【００２７】
［ｘd ，ｙd ，ｚd ］［ＳA ］［Ｒ］［ＳH ］＝［ｘt ，ｙt ，ｚt ］
［ｘt ′，ｙt ′］［ＳH-1 ］＝［ｘi ，ｙi ］
第１の工程では、Ｚ3 のデータ座標［ｘd ，ｙd ，ｚd ］は、Ｒ3 の中間座標［ｘt ，ｙt ，ｚt ］へ写像される。ｚ成分は廃棄され、切り捨て演算を用いてＺ2 における［ｘt ′，ｙt ′］を得る。第２の工程では、２次元画像空間内で逆スケーリング演算を行う。
【００２８】
画像から穴を除去するために、スケーリング行列［ＳH ］は、隣接するデータ・サンプル（データ空間内でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って最大で１サンプル分ずつ離隔しているもの）が隣接するピクセルへ写像されることを保証するものでなければならない。画像の穴に寄与している要因には２つのものがある。第１の要因は、縦横比を扱うサンプル点のスケーリングに起因するものであり、第２の要因は、データ・サンプルの回転に起因するものである。スケーリング行列［ＳH ］は、画像のＸ軸及びＹ軸に沿ってスケーリングを行うことにより、穴を除去する。
【００２９】
縦横比を扱うスケーリング・ファクタは、以下の式を用いて算出される。
Ｘas＝１．０／‖［１，０，０］［Ｒ-1］［ＳA-1 ］‖
Ｙas＝１．０／‖［０，１，０］［Ｒ-1］［ＳA-1 ］‖
Ｚas＝１．０
これらのスケーリング・ファクタを用いて中間スケーリング行列［ＳH ′］を定義し、この中間スケーリング行列［ＳH ′］を用いて回転スケーリング・ファクタを算出する。
【００３０】
回転を補正するスケーリング・ファクタは、立体の４つの対角ベクトルＶ＝｛［１，１，１］，［−１，１，１］，［−１，１，−１，］，［１，１，−１］｝の各々を画像平面に投影し、Ｘ次元及びＹ次元に沿った最大離隔距離を独立に算出することにより決定される。
【００３１】
【数１】
0004324274.tif 000002
【００３２】
［ＳH ］を算出するのに用いられる最終的なスケーリング・ファクタは、縦横スケーリング・ファクタと回転スケーリング・ファクタとの積である。
Ｘs ＝ＸasＸrs，  Ｙs ＝ＹasＹrs，  Ｚs ＝１．０
これらのスケーリング・ファクタの組合せを用いて、データ空間内でＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って１単位ずつ離隔している各ボクセルが、画像平面上でＸ軸及びＹ軸に沿って最大で１単位ずつ離隔しているピクセルへ確実に写像されるようにする。
【００３３】
超音波イメージング・システムのオペレータが、データ・ボリュームを通る２次元スライスを現在のＸ，Ｙ，Ｚ回転配置方向で見たいという場合には、オペレータは「表示モード」キーを押し（図５の工程７４）、「ボリューム回転」モードから「切断平面」（リフォーマット）モードに切り換える。図９を参照して説明すると、配向ボックス１１０の色が変わり（例えば、緑から白へ）、色付き（例えば、緑）の多角形１２６が配向ボックス内のデータ・ボリュームの中央に現れる（工程７６）。緑の色は、ボックス内のこの部分を動かすことができることを示している。次いで、システムは、データ・セットの中央を通る２次元スライスの現在の配置方向における初期表現１２８を作成する（工程７８）。
【００３４】
このスライス１２８の形状は、配向ボックス１１０内の緑の多角形１２６の形状と整合する。次いで、オペレータは、トラック・ボールを用いて、データ・セットを通してスクロールして、このデータ・セットの選択された配置方向及び位置における相次ぐ２次元スライスを表示させることができる。トラック・ボールが動くにつれて（工程８０）、配向ボックス内の緑の多角形が移動し（工程８２）、データ・ボリューム内でのスライスの位置を視覚的に指示すると共に、表示パネルが更新されて、スライスの位置を全ボリュームの百分率として示す（即ち、５０％はデータ・ボリュームの中央に相当する。）。トラック・ボールの動きが止まったときに、システムは、「表示モード」キーの状態を検査する（工程８４）。「表示モード」キーが押されていなければ、表示はホスト・コンピュータによってリフォーマットされて、トラック・ボールの動きが止まったときの最後のスライス位置におけるデータ・ボリュームを通るスライスを示す。「表示モード」キーが押されていれば、システムは、「切断平面」モードを出て、「切断平面回転」モードに入る。
「切断平面回転」モードでは、データ・ボリュームを通るスライスの位置を指示する緑の多角形が白に変わり、配向ボックスが緑に変わって（工程８６）、スライスがこの時点で固定され、且つデータ・ボリュームをスライスに対して回転させ得ることを示す。次いで、システムは、リフォーマットされたスライスを前述の方式で表示する（工程８８）。ユーザはこの時点で、トラック・ボールを動かすことにより、配向ボックスを新たなＸ，Ｙ，Ｚ配置方向に回転させることができる（工程９０）。ユーザがトラックボールを動かすにつれて、白の多角形の形状が変化し、スライスの形状を示す。配置方向が設定されたら、ユーザは「計算」キーを押し（工程９２）、システムが、配向ボックスに対する多角形の角度によって指示される角度で捉えた新たな２次元スライスを表示するようにする。「表示モード」キーが押されていなければ（工程９４）、オペレータは、データ・ボリュームの配置方向を再設定することができる。「表示モード」キーが押されていれば、システムは「ボリューム回転」モードへ戻る。
【００３５】
２次元データの３次元投影を生成するアルゴリズムは周知であり、データをリフォーマットしてデータ・セットを通る任意のスライスを生成する手法も周知である。投影後又はリフォーマット後のデータは、ホスト・コンピュータによってＸＹ表示メモリ２６に出力される（図２を参照）。次いで、投影後又はリフォーマット後のデータの画像フレームは、ビデオ・プロセッサ１４へ送られ、シネ・メモリ１６によって取得される。ビデオ・プロセッサは、配向ボックス及び他の図形記号を投影後のリフォーマットされたデータの画像フレームに重畳して、表示モニタに出力する。
【００３６】
以上の好ましい実施態様は、説明の目的のために開示されたものである。本発明の基本的な概念の変形及び修正は、当業者には容易に明らかとなろう。例えば、平行四辺形以外の図形記号を用いて、データ・ボリュームを表現したり、多角形以外の図形記号を用いてデータ・ボリュームを通るスライスを表現することができる。また、ユーザ・インタフェイスは、ここに開示された特定の入力装置（即ち、トラック・ボール、首振りスイッチ、回転スイッチ及びキー）に限定されているものではない。マウス、ジョイスティック、レバー、スライダ又はその他の入力装置も用いることができる。このようなすべての変形及び改変は、特許請求の範囲によって包含されているものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】実時間式超音波イメージング・システム内の主要な機能サブシステムを示すブロック図である。
【図２】ピクセル強度データの相次ぐ三次元投影を含んでいるフレームを再構成する手段を示すブロック図である。
【図３】超音波プローブの走査平面に垂直な方向に超音波プローブをリニア走査することにより取得されるデータのボリュームを示す線図である。
【図４】図３に示すデータ・ボリュームをリフォーマットすることにより得られる任意角度における個々のスライスを示す線図である。
【図５】本発明の好ましい実施態様による取得及び表示の手順を示す流れ図である。
【図６】ユーザが画定した関心ボリュームを指示する図形と共にセクタ走査方式の超音波画像の表示を示す線図である。
【図７】データ・ボリュームの配置方向を表示する図形と共に任意の角度で形成された投影後の超音波画像の表示を示す線図である。
【図８】本発明の好ましい実施態様による投影変換手順を示す線図である。
【図９】データ・ボリュームに対するスライスの位置及び配置方向を表す図形と共に２次元スライスの表示を示す線図である。
【図１】
0004324274.tif 000003
【図２】
0004324274.tif 000004
【図３】
0004324274.tif 000005
【図４】
0004324274.tif 000006
【図５】
0004324274.tif 000007
【図６】
0004324274.tif 000008
【図７】
0004324274.tif 000009
【図８】
0004324274.tif 000010
【図９】
0004324274.tif 000011