JP2001276066A - 三次元画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波診断装置の特徴を生かした三次元画像
処理を行う三次元画像処理装置を提供する。 【解決手段】 ボリュームデータに切断面を設定するこ
とで、複数の分割データを生成する。分割データ毎に独
立した光源を設け、独立したボクセル追跡処理を行う。
得られた各投影画像を合成することで、各切断面が見開
きとなる合成画像を生成し、リアルタイム表示する三次
元画像表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波診断装置等
と組み合わせて使用可能な三次元画像処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】医療用画像機器は、被検体についての多
くの情報を画像により提供するものであり、疾病の診
断、治療や手術計画等を初めとする多くの医療行為にお
いて重要な役割を果たしている。現在では、主な医療用
画像機器として、超音波診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、磁気
共鳴イメージング（ＭＲＩ）装置、核医学診断装置等が
ある。その中でも超音波診断装置は、画像化の対象とな
る物理量が超音波であるという特性から、他の医療用診
断機器にはない種々の特徴を有している。この超音波診
断装置について、特に大きな特徴について述べると、以
下のようである。

【０００３】超音波診断装置は、通常、複数の撮影モー
ドを有しており、撮影対象に応じたモード選択が可能で
ある。例えば、Ｂモードと称される撮影方式は、被検体
内部の超音波の伝達速度の違いを輝度の変化として画像
化するものであり、組織そのものを表示する場合に適し
ている。また、ドップラモードと称される撮影方式は、
血管内を流れる赤血球により散乱された反射波の変化を
画像化するものであり、血流情報を表示する場合に適し
ている。

【０００４】さらに、超音波診断装置は、上述の表示形
態による断層画像を重ねて経時的に表示する、又は複数
枚を経時的に並べて同時に表示する等のリアルタイム表
示が可能である。このリアルタイム表示によれば、臓器
等の現実動作を疑似画像として見ることが可能であり、
医療分野におけるその有効性は多大なものである。

【０００５】一方、医療分野における三次元画像処理技
術は、著しい発展を遂げている。特に三次元画像を利用
した診断等は、内臓等の構造を非侵襲的に、そして立体
的に把握できる診断法として、大きな割合を占めるもの
となっている。診断等に利用される三次元画像処理装置
は、通常、上述した超音波診断装置に代表される医療用
撮影機器と組み合わせて使用される。すなわち、三次元
画像処理装置は、それぞれの医療用撮影機器の撮影方式
による断層画像を収集してボリュームデータを生成し、
所定の処理を施して三次元画像を表示する装置として利
用されている。この断層画像から生成されたボリューム
データを立体的に表示する方法については、種々の方法
が開発されている。例えば、所定の撮影方式によるボリ
ュームデータから閾値処理を行って表面を抽出し、当該
表面を三次元的に表示するサーフェスレンダリング、ボ
リュームデータを構成する個々の画素値に不透明度や色
を割り当て、データそのものを三次元的に表示するボリ
ュームレンダリング、また、特願平１０−２７５３５４
号に開示されている、ＭＰＲ画像とサーフェスレンダリ
ング画像若しくはボリュームレンダリング画像とを合成
して表示するフュージョンレンダリング等がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た三次元画像処理は、被写体から測定する物理量は装置
によって異なるにも関わらず、装置断層画像を撮影した
装置によってその画像処理を区別することなく、一律的
な技術を適用していることが多い。超音波診断装置にお
ける三次元画像処理について考察すると、それぞれ目的
とする対象が異なる複数の撮影モードが存在するにも関
らず、X線CT装置やMRIと同様な画像処理が行われてお
り、その特性が十分考慮されたものではなかった。従っ
て、例えば、超音波により心臓や腹部臓器等を撮影し従
来の画像処理を施した画像は、一般にコントラストが低
いものとなり、その輪郭等がはっきりしないことが多
い。

【０００７】また、複数の撮影モードを有することやリ
アルタイム表示が可能であること等により、他の医療用
画像機器にはない独自の表示技術が考えられる余地があ
る。

【０００８】更に、上記複数のイメージング装置によっ
て得られるボリュームデータを複合して見たいという要
望もあり、表示方法の確立が急がれる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情に鑑
みてなされたもので、超音波診断装置の特性を考慮し、
被検体について適切な画像化を行うことで、医療におけ
る診断能の向上を実現する三次元画像装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】（１）本発明は、一以上のボリュームデー
タを記憶する記憶手段と、前記ボリュームデータのそれ
ぞれに対し切断面を設定することで、当該各ボリューム
データから複数の分割ボリュームデータを生成する生成
手段と、前記各分割ボリュームデータに対して、任意の
方向からの投影画像を生成する画像生成手段と、前記各
投影画像を合成した合成画像を生成する合成画像生成手
段と、前記合成画像を表示する表示手段と、を具備する
ことを特徴とする三次元画像処理装置である。

【００１１】（２）本発明は、（１）の装置において、
前記画像生成手段は、前記ボリュームデータのそれぞれ
に対して複数の切断面を設定し、各ボリュームデータか
ら３以上の分割ボリュームデータを生成する機能を有す
ることを特徴としている。

【００１２】（３）本発明は、（１）の装置において、
前記画像生成手段は、前記ボリュームデータ毎に独立な
切断面を設定することで、各ボリュームデータから分割
ボリュームデータを生成する機能を有することを特徴と
している。

【００１３】（４）本発明は、一以上のボリュームデー
タを記憶する手段と、上記ボリュームデータのそれぞれ
に対し切断面を設定することで、当該各ボリュームデー
タから複数の分割ボリュームデータを生成する生成手段
と、前記分割ボリュームデータのそれぞれに対して相似
変換を行い、複数の変換ボリュームデータを生成する変
換手段と、前記各変換ボリュームデータに対して、任意
の方向からの投影画像を生成する画像生成手段と、前記
各投影画像を表示する表示手段と、を具備することを特
徴とする三次元画像処理装置である。

【００１４】（５）本発明は、（４）の装置において、
前記画像生成手段は、前記ボリュームデータのそれぞれ
に対して複数の切断面を設定し、各ボリュームデータか
ら３以上の分割ボリュームデータを生成する機能を有す
ることを特徴としている。

【００１５】（６）本発明は、（４）の装置において、
前記画像生成手段は、前記ボリュームデータ毎に独立な
切断面を設定することで、各ボリュームデータから分割
ボリュームデータを生成する機能を有することを特徴と
している。

【００１６】（７）本発明は、一以上のボリュームデー
タを記憶する記憶手段と、前記ボリュームデータのそれ
ぞれに対し切断面を設定することで、当該各ボリューム
データから複数の分割ボリュームデータを生成する生成
手段と、前記各分割ボリュームデータに対して、任意の
方向からの投影画像を生成する画像生成手段と、前記各
投影画像を表示する表示手段と、を具備することを特徴
とする三次元画像処理装置である。

【００１７】（８）本発明は、（７）の装置において、
前記画像生成手段は、前記ボリュームデータのそれぞれ
に対して複数の切断面を設定し、各ボリュームデータか
ら３以上の分割ボリュームデータを生成する機能を有す
ることを特徴としている。

【００１８】（９）本発明は、（１）の装置において、
前記生成手段は、前記ボリュームデータ毎に独立な切断
面を設定することで、各ボリュームデータから分割ボリ
ュームデータを生成する機能を有することを特徴として
いる。

【００１９】（１０）本発明は、（１）、（４）（７）
のうちいずれか一つの装置において、前記画像生成手段
は、一つのボリューム或いは分割ボリュームに対して、
複数の異なる投影法によって投影画像を生成することを
特徴としている。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１実施形態〜第
４実施形態を図面に従って説明する。

【００２１】（第１の実施形態）第１の実施形態におい
ては、一のボリュームデータを所定の切断面で分割し、
当該面に関して見開き状態の三次元画像としてリアルタ
イム表示する三次元画像処理装置について説明する。な
お、当該一のボリュームデータについては、撮影形態を
問わない。すなわち、Ｂモード、カラードプラモードの
いずれの撮影形態によって得られたボリュームデータで
あってもかまわない。

【００２２】図１は、各実施形態に係る三次元画像処理
装置２を有する超音波診断装置１の概略構成を示してい
る。

【００２３】図１において、超音波診断装置１は患者１
０の被写体１２をイメージングする医療用画像機器であ
る。

【００２４】同図において、イメージング用超音波プロ
ーブ２０は、患者１０内の被写体１２を含む生体内領域
１４に監視用超音波を照射するための接触子であり、圧
電素子で形成されている。

【００２５】送受信回路２２は、組織そのものを表示す
る場合に適したＢモード、血流情報を表示する場合に適
したドップラモード等、所定の撮影モードによる電気信
号を音波として生体内領域１４へ照射し、また、生体内
領域１４からの反射音波を受波する回路である。そし
て、受波した音波の電気信号は次段のBモード処理部２
４とCFM（カラーフローマッピング）処理部２６に伝送
される。

【００２６】Bモード処理部２４は、送受信回路２２よ
り受信した電気信号からBモード信号生成処理を行い、
検出信号を画像処理部２５とDSC２９に送り出す。

【００２７】CFM処理部２６は、送受信回路２２より受
信した信号の速度・分散情報を基にカラーコーディング
を実行し、その結果を画像処理部２５とDSC２９に送り
出す。

【００２８】画像処理部２５は、受信したBモード検出
信号或いはカラードプラ信号に基づいて、ボクセルデー
タから成るボリュームデータを作成する。このボリュー
ムデータは、以下の手順によって作成することができ
る。すなわち、例えばＢモード検出信号に基づく場合、
Bモードによる被写体についての断面画像データ及び位
置情報データを、三次元メモリ空間上に配置する。そし
て、断層画像データのスライスごとに被写体の領域を抽
出し、このスライスを線形補間等により断層画像データ
を補いながら積み上げて三次元画像の画素値（ボクセ
ル）を生成することで得られる。各ボリュームデータ
は、画像処理部２５が有する磁気ディスク等の記憶部に
記憶される。

【００２９】画像処理処理部２５は、生成されたボリュ
ームデータに対して、レンダリング処理を実行すること
で、投影画像を作り出す。すなわち、投影画像は、三次
元空間に視点と観察方向を設定し、この観察方向に垂直
な二次元画像上の各ピクセルと視点とを結ぶレイを仮定
し、当該レイに沿ったボクセル値に基いて不透明度と色
を割り当てたピクセル値へのマッピング（レンダリング
処理）を行うことで生成される。本発明に係る三次元画
像処理装置が実行するレンダリング処理には、種々の形
態が存在する。その内容については、後で詳しく説明す
る。

【００３０】DSC２９は、Bモード処理部２４、CFM処理
部２６からの信号を書き込み、TVスキャン変換して表示
部３５に送り出す。

【００３１】DSC２９は、入力した超音波スキャンのラ
スタ信号列を、ビデオフォーマットのラスタ信号列に変
換する。また、DSC２９は、ドプラ法を用いて血流速度
をカラー表示する。

【００３２】画像合成部３１は、画像処理部２５におけ
るレンダリング処理によって得られた各投影画像を合成
し、表示部３３に送り出す。この合成画像は、表示部３
３によって表示される。

【００３３】スキャンコントローラ３４は、撮影モード
に応じたスキャンのタイミングや走査段数を制御する制
御部である。

【００３４】入力装置３５は、キーボードやマウス等か
らなり、オペレータが三次元画像処理装置１等の各種入
力指示を行うインタフェースである。

【００３５】次に、上記構成を有する三次元画像処理装
置２において、一のボリュームデータに対し一切断面を
設定することで二つの分割データを生成し、各分割デー
タに対する各投影画像を同時にリアルタイム表示する場
合について、設定切断面の種類に分類して説明する。各
投影画像は、それぞれに固有の視点を設けたレンダリン
グ処理によって得られる。

【００３６】これらの画像処理は、治療における手術前
のシミュレーション等に利用されるものである。

【００３７】まず、切断面が一平面である場合について
説明する。

【００３８】図２は、三次元ボクセル空間に配置され
た、複数のボクセルから成る被写体１２のボリュームデ
ータ３７を示している。

【００３９】表示部３３には、当該ボリュームデータを
初期設定に基づいてレンダリング処理して得られた、被
写体１２の三次元画像（投影画像）が表示されている
（このときの光源を例えばＶ０とする）。オペレータ
は、表示部３３に表示された三次元画像に対し、マウス
等の対話機器からなる入力装置３５によって、所望する
位置に切断面の設定を行う。画像処理部２５は、この切
断面の設定入力を受けて、被写体１２のボリュームデー
タ３７に切断面の設定を行う。この設定は、投影画像に
設定された切断面の各画素と、三次元ボクセル空間にお
けるボクセルとの対応に基づいて行われる。

【００４０】今の場合、切断面を一平面としている。従
って、切断面の設定は、表示部３３に表示された三次元
画像に対して三点を指定することで当該三点を通る平面
が設定される、或は、所定の操作により表示部３３に表
示された三次元画像に切断面が表示され、マウス等によ
り対話的に当該切断面を任意の位置にずらして設定する
等の構成が考えられる。

【００４１】図３は、切断面Ａが設定された被写体１２
のボリュームデータ３７を示した図である。説明の簡単
のため、切断面Ａは、ｚ−ｘ平面に平行な平面としてい
るが、以下の説明は一般性を失わない。当該切断面Ａに
よって、被写体１２のボリュームデータ３７から新たな
分割データ３８と分割データ３９とが生成される。

【００４２】次に、分割データ３８と分割データ３９と
に対して実行するレンダリング処理について説明する。
このレンダリング処理では、分割データ３８、分割デー
タのそれぞれに対して、独立した視点からのボクセル追
跡処理（レイキャスティング）が実行される。

【００４３】以下、第１の実施形態では、設定された各
切断面によって見開き状態として表示する場合を例とし
て説明を行う。

【００４４】図４は、各分割データに対して施されるボ
クセル追跡処理を説明するための図であり、図３に示し
た被写体１２のボリュームデータ３７を上方から見た図
である。

【００４５】分割データ３８に対しては、レイと切断面
Ａとのなす角がθ１で特徴付けられる第１の光源（視
点）Ｖ１を想定したボクセル追跡処理が実行される。
（レイの方向は視線方向、光源は視点と呼ばれることも
ある。）すなわち、二次元画像４０上の一ピクセルと光
源とを結ぶ一本のレイを仮定し、当該レイに沿った分割
データ３８のボクセル値に基いて不透明度と色を割り当
てたピクセル値へのマッピングを行い、第１の投影画像
を生成する。このとき、分割データ３９の全てのボクセ
ルには、不透明度０が割り当てられる。

【００４６】次いで、分割データ３９に対するボクセル
追跡処理も同様に実行され（光源を、レイと切断面Ａと
のなす角がθ２で特徴付けられる第２の光源Ｖ２として
いる。）、第２の投影画像が生成される。

【００４７】各投影画像は、ＤＳＣ２９においてビデオ
フォーマットのラスタ信号列に変換され、画像合成部３
１において一フレーム画像として合成される。そして、
表示部３３に合成画像として表示される。

【００４８】図５は、表示部３３に表示される、第１の
投影画像と第２の投影画像とによる合成画像を模式的に
示している。

【００４９】同図における合成画像は、各パラメータθ
１、θ２を適当に選ぶことで、（切断面Ａを境界とし
た）左右の見開き像となっている。これは、図２で設定
した切断面Ａが、三次元ボクセル空間のｚ−ｘ平面と略
平行な平面であったことに対応している。当然ではある
が、例えば切断面Ａをｘ−ｙ平面と略平行に設置した場
合には、上下の見開き像として合成され表示される。

【００５０】さらに、各レンダリング処理における光源
の位置は、それぞれθ１、θ２の各パラメータで特徴付
けられていた。各パラメータはもちろん独立に変更可能
である。従って、例えば、θ１＝３０°、θ２＝９０°
した場合には、第１の投影画像は切断面を３０°傾けて
観察した三次元画像を、第２の投影画像は、切断面の三
次元画像そのものを表示することになる。また、θ１＝
θ２＝３０°とすれば、図５に示すような見開き像によ
る表示形態となる。

【００５１】この様な構成によれば、任意の切断面で分
割した被写体１２の三次元画像を表示することが可能で
ある。従って、臓器の内部情報等を容易に取得すること
ができる。その結果。手術のシミュレーション、立案、
評価等を容易に実行することができ、治療に役立てるこ
とができる。

【００５２】以上は、それぞれの分割データに対して独
立な光源を設定し、独立なレンダリング処理を実行する
ことで、切断面により分割された臓器の三次元画像を得
た。しかし、同一の結果を得るためのレンダリング処理
法は唯一ではない。例えば、ボクセル空間において一般
的に成り立つ数学的処方を施すレンダリング処理によっ
ても、同様に平面で分割された被写体像を得ることも可
能である。すなわち、被写体１２の各分割データ３８，
３９に相似変換（平行移動、回転、拡大を施す一次変
換）を施すことで、相対的に上述の方法と同一の環境を
作り出し、新たな光源を設けることなくレンダリング処
理を実行することで、同一の結果を得ることができる
（以下、この方法を相似変換法と称する）。以下、この
相似変換法について説明する。

【００５３】オペレータによって、図２に示す切断面Ａ
が設定されたとする。このとき、相似変換法によれば、
分割データ３８に対して−θ１回転する一次変換が施さ
れる（この回転は、ｚ軸方向を進行方向とした右ねじの
回転方向を正としている）。同様に、分割データ３９に
対して、ｚ軸回りにθ２回転する一次変換を施す。

【００５４】図６は、上記相似変換後の各分割データ３
８，３９を示した図であり、相似変換法におけるボクセ
ル追跡処理を説明するための図である。光源Ｖ０は、例
えば分割前のボリュームデータ３７（図１参照）ついて
施されたレンダリング処理において、初期設定とした光
源である。

【００５５】分割データ３８、分割データ３９に対し
て、光源Ｖ０からのレイによってボクセル追跡処理を行
い、二次元画像４０にマッピングすることで、図５に示
した左右見開きの投影画像を生成する。

【００５６】投影画像は、ＤＳＣ２９においてビデオフ
ォーマットのラスタ信号列に変換され、表示部３３に三
次元画像として表示される。

【００５７】なお、当該相似変換法において、切断面Ａ
の位置及び回転パラメータθ１、θ２はそれぞれ任意に
設定可能であることは、言うまでもない。また、光源Ｖ
０とは異なる新たな光源を設定することも可能である。

【００５８】なお、以下引き続き説明される各実施態様
については、相似変換法によっても全く同様の結果を得
ることができる。

【００５９】切断面は曲面とすることも可能である。す
なわち、表示部３３に表示された三次元画像に対して設
定された曲面の画素とボクセルデータとの対応を取るこ
とによって、三次元ボクセル空間における切断面を設定
することができる。そして、平面の場合と同様の処理を
施すことで、曲面によって分割された被写体の三次元画
像を得ることが可能である。

【００６０】曲面の設定方法としては、以下に述べる方
法が考えられる。

【００６１】（１）設定した平面の一点をマウスでつま
み（例えば、一点にカーソルを合わせてドラッグ操作
等）、この点と平面とを滑らかに接続する楕円体面、球
面、放物曲面等を設定する。この他に、スプライン曲線
を用いてもよい。

【００６２】（２）小さな三角形に平面を分割し、頂点
をマウス等によって移動させることで曲面を設定する。

【００６３】（３）複数の平面を設定し、これらの平面
に接するような放物曲面等を設定する。

【００６４】（４）ユーザが指定した複数の点を通過す
る放物曲線等を設定する。

【００６５】（５）予め準備された曲率の異なる数種類
の球面に対し、マウス等により位置の移動、曲率の変更
を行うことで曲面等の設定を行う。曲面だけでなく、異
なるパラメータを用いた楕円体面や放物曲面を用いるこ
とも考えられる。

【００６６】次に、一のボリュームデータに対し独立な
二つの切断面を設定して分割し、各節断面に関する見開
き像として表示する例について説明する。

【００６７】まず、二つの切断面によって生成された３
つの分割データに関するレンダリング処理を説明する。

【００６８】図７は、図２に示した一のボリュームデー
タ３７に対して、独立した二つの切断面Ｂ、Ｃを設定す
ることで、３つの分割データ４１、４２、４３を生成し
た図を示している。同図では、簡単のため、二つの切断
面をともにｚ−ｘ平面に平行な平面としている。

【００６９】各切断面の設定操作は、既に述べたとおり
である。３つの分割データ４１、４２、４３より、次に
示すような複数パターンの見開き像を得ることができ
る。

【００７０】例えば、分割データ４１と分割データ４３
とに対して（すなわち、分割データ４２の削除した残り
の二つの分割データに対して）、それぞれ独立した視点
を設けてボクセル追跡処理行い、図５と類似した見開き
像を得ることができる。この様にして得られる三次元画
像の利点は、興味のない部分を削除して、必要な部分に
関する見開き像等を取得できることである。

【００７１】また、分割データが３つ存在することよ
り、例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、分割デー
タ４１＋分割データ４２（以下、分割データ４４と称す
る）と、分割データ４３＋分割データ４２（以下、分割
データ４５と称する）とに対して、それぞれ独立した視
点を設けたレンダリング処理を実行してもよい。

【００７２】その他の組み合わせを対象としたレンダリ
ング処理によっても、別の投影画像を得ることができ
る。いずれを選択するかは、診断する者の興味による。

【００７３】なお、光源の変更することで被写体に関す
る任意の方向からの画像が得られること、相似変換法に
よっても同様の結果が得られることは、既に述べた通り
である。

【００７４】次に、二つの異なる切断面Ａ、Ｄによって
生成された４つの分割データに関するレンダリング処理
を説明する。

【００７５】図９は、図１に示した一のボリュームデー
タに対して、独立した二つの平面を設定することで、４
つの分割データを生成した図を示している。同図では、
簡単のためｘ−ｙ平面と垂直な二つの切断面を例として
いるが、以下の説明は一般性を失わない。

【００７６】各切断面の設定操作は、既に述べたとおり
である。二つの切断面Ｄ、Ｅによって、図１に示した一
のボリュームデータから４つの分割データ４４、４５、
４６、４７が生成される。この４つの分割データより、
例えば次に示すような複数パターンの見開き像を得るこ
とができる。

【００７７】図１０は、分割データ４４と分割データ４
８とに対して、それぞれ独立した視点を設けて実行され
るボクセル追跡処理を施すことで得られた見開き像を示
している（ただし、分割データ４８＝分割データ４５＋
分割データ４６＋分割データ４７）。この分割データ４
８と分割データ４４とをレンダリング処理の対象として
取り出すためには、各切断面を境界とした２値論理演算
を実行する。この演算を以下に述べる。

【００７８】すなわち、分割データ４４を取り出すため
には、切断面Ｄを境界として手前側を「１」奥側を
「０」とし、一方、切断面Ａを境界として向かって左側
を「１」右側を「０」とし、論理積をとればよい。ま
た、分割データ４８に関しては、その否定をとればよ
い。

【００７９】また、分割データが４つ存在することから
上記論理演算を組み合わせて、図１１に示すように、例
えば分割データ４８と、分割データ４９（ただし、分割
データ４９＝分割データ４４＋分割データ４６＋分割デ
ータ４７）とに対して、それぞれ独立した視点を設けた
レンダリング処理を実行してもよい。さらに、図１１に
示す投影画像以外に、その他適切な論理演算をとること
で、種々の組み合わせの分割データからなる投影画像を
得ることができる。

【００８０】また、図９に示した４つの分割データに対
して、次に述べる他のレンダリング処理を実行すること
で、図１２に示す投影画像を得ることも可能である。

【００８１】すなわち、適切な４つの光源を新たに設定
し、各分割データ４４、４５、４６、４７に対して独立
なレンダリング処理を実行する。そして、各分割データ
の投影画像を合成部３１において合成することにより、
図１２に示した投影画像を生成することが可能である。

【００８２】なお、既に述べたように、相似変換法によ
っても同様の結果が得られる。また、切断面は平面に限
定されないことは既に述べたとおりである。従って、曲
面の切断面及び平面の切断面を組み合わせることによっ
て、任意形状に切断した被写体の投影画像を得ることも
可能である。ボリュームとしては、Ｂモードとカラード
プラ、Ｂモードと他モダリティ（例えば、Ｘ線ＣＴ装置
等）の組み合わせ等がある。

【００８３】上述の一実施形態によって表現された技術
的思想の本質は、適切な光源設定、論理演算を利用した
レンダリング処理を実行する事で、任意の切断面によっ
て切断された任意の形状を有する被写体の投影画像を得
ることができることにある。

【００８４】従って、さらに多くの切断面を設定し、所
定の論理演算を取ることで、任意形状に切断れた被写体
に関する投影画像を得ることも可能である。図１３にそ
の一例を示した。

【００８５】以上述べた構成によれば、任意の形状に分
割された被写体の三次元画像をリアルタイムで観察する
ことができる。その結果、複雑な血管走行、臓器の構造
や位置関係を容易に観察することが可能となり、医療に
おける診断能を向上させることができる。

【００８６】（第２実施形態）第１実施形態では、切断
の対象とするボリュームデータが一つの場合について説
明を行った。

【００８７】これに対し、第２の実施形態において説明
するレンダリング処理では、ボリュームデータが複数存
在する。ボリュームデータが複数となった場合、さらに
臨床的に有効な三次元画像を提供することが可能とな
る。以下の説明では、簡単のためにボリュームデータを
二つ（Ｂモードによって得られた第１ボリュームデー
タ、カラードップラによって得られた第２ボリュームデ
ータの二つ）とするが、後で述べるように、さらに複数
のボリュームデータとする場合についても、容易に拡張
することができる。

【００８８】まず、切断面が一平面である場合について
説明する。

【００８９】既に述べた手法に従い、オペレータは、表
示部３３に表示された被写体１２の三次元画像（投影画
像）に対し、マウス等の対話機器からなる入力装置３５
によって、所望する位置に切断面の設定を行う。画像処
理部２５は、この切断面の設定入力を受けて、被写体１
２の第１ボリュームデータ及び第２ボリュームデータの
対応する位置に切断面の設定を行う。この設定は、第１
の実施形態と同様に、投影画像に設定された切断面の各
画素と、三次元ボクセル空間におけるボクセルとの対応
に基づいて行われる。

【００９０】図１４は、三次元ボクセル空間に配置され
た、複数のボクセルの集合から成る被写体１２の第１ボ
リュームデータ５０と第２ボリュームデータ５１を示し
ている。設定された切断面Ａによって、第１ボリューム
データ５０から新たな分割データ５０１と分割データ５
０２とが生成される。そして、分割データ５０１と分割
データ５０２とのそれぞれに対して、上述したレンダリ
ング処理が実行される。

【００９１】また、第２ボリュームデータ５１からも切
断面Ａによって分割データ５１１と分割データ５１２と
が生成され、それぞれに対してレンダリング処理がなさ
れる。

【００９２】各分割データに対するレンダリング処理に
よって生成された三次元画像を、画像合成部３１によっ
て合成することで、図１５に示すような切断面Ａによっ
て見開き状態となった合成画像を得ることができる。

【００９３】次に、切断面Ａの設定は第１ボリュームデ
ータのみとし、第２ボリュームデータについては切断面
を設定しないで（新たに独立した光源を設定し、ボクセ
ル追跡処理を行う）レンダリング処理を行う場合を考え
る。この場合には、第２ボリュームデータに基づく投影
画像は、分割されていない全体像を表示することにな
る。従って、図１６に示すように、第２ボリュームデー
タに基づく被写体は、あたかも二つ存在するような投影
画像が表示される。

【００９４】また、第１ボリュームデータ５０と第２ボ
リュームデータ５１のそれぞれに対して、第１の実施形
態で述べた各種レンダリング処理を実行し組み合わせる
ことで、種々の三次元画像を得ることが可能である。例
えば、第１ボリュームデータ５０に対しては図１７に示
した切断面Ａを設定し、第２ボリュームデータ５１に対
しては図 で示した様に独立した２平面Ｂ、Ｃによって
３つの分割データを生成し、第１の実施形態で述べたレ
ンダリング処理をすることで、図 に示す三次元画像を
得ることができる。従って、遠近感を失うことなく、臓
器の動きを観察しならがら内部構造や血流状態も観察す
ることができる。

【００９５】当然ではあるが、第２の実施形態において
も、切断面を曲面とすることができる。

【００９６】上述したように、第１ボリュームデータ５
０はＢモード撮影によって得られたものであり、第２ボ
リュームデータ５１は、ドプラモードによって得られた
ものである。従って、仮に被写体が心臓であれば、Ｂモ
ード（第１ボリュームデータ）による心壁像と、カラー
ドプラ（第２ボリュームデータ）による血流像とを合成
した画像とすることができる。

【００９７】さらに多くのボリュームデータを合成する
場合に置いても、個々のボリュームデータについて第１
の実施形態で示した各種レンダリング処理を実行し、合
成することで、所望する三次元画像を得ることが可能で
ある。

【００９８】従って、この様な構成によれば、複数のボ
リュームデータに基づいて、任意の形状に分割された被
写体の三次元画像をリアルタイムで観察することができ
る。この複数のボリュームデータによる三次元画像は、
より多くの臨床情報を含んでいると考えられる。従って
診断において、さらに多くの臨床情報を画像として判断
しやすい形で提供することができる。その結果、医療に
おける診断能を向上させることができる。

【００９９】（第３実施形態）続いて述べる第３及び第
４の実施形態は、例えば第１及び第２の実施形態で述べ
たレンダリング処理において、ボクセルの濃度値をパラ
メータとして変化させ、種々の投影画像を取得する例で
ある。以下の説明では、特に心腹部臓器、特に肝臓の疾
患を診断する場合において適切な三次元画像を提供し得
る三次元画像処理装置について説明する。

【０１００】一般に、超音波による画像は、他の医療用
診断機器と比較してコントラストが低く、通常のボリュ
ームレンダリングによる表示では、表示対象である胆
嚢、腫瘍、血管等がはっきり見えない場合がある。この
様なコントラストの低い画像を補う手段として、レンダ
リング処理において、レイ上のボクセル値の濃度値をパ
ラメータとして調節することで、投影像のコントラスト
を調節する方法が考えられる。ボクセル値の濃度値を最
大にする方法は、特に最大値投影法と呼ばれ、また、ボ
クセル値の濃度値を最小にする方法は、最小値投影法と
呼ばれる。

【０１０１】そこで、第３の実施形態では、第１の実施
形態において説明したレンダリング処理に、最大及び最
小投影法を適用する場合を考える。すなわち、一ボリュ
ームデータについて、最大値投影法により例えば組織像
を生成し、最小値投影法によって例えば血管、或いは体
腔域像を生成することができる例を説明する。

【０１０２】画像処理部２５は、一のボリュームデータ
に対して、最大値投影法によるレンダリング処理を行
う。最大値投影法は、レイ上に存在する（レイが通過す
る）ボリュームデータのボクセル値の最大値を、投影像
のピクセル値とするレンダリング処理である。一般に、
エコー強度が大きいほど対応するボクセル値も大きくな
る。従って、エコー強度の高い組織や組織境界面を取り
出した投影画像を得ることができる。

【０１０３】なお、後述するように、血流の三次元画像
と合成して表示する場合には、当該レンダリング処理に
おいて割り当てる色を半透明とし、組織像から透けて血
流像が見えるように描出（透過的投影画像として描出）
することが好ましい。

【０１０４】また、画像処理部２５は、一のボリューム
データを使用して、最小値投影法によるレンダリング処
理を行う。最小値投影法は、レイ上のボリュームデータ
のボクセル値の最小値を、投影像のピクセル値とするレ
ンダリング処理である。一般にエコー強度が小さいほど
対応するボクセル値は小さいので、最小値によるレンダ
リング処理を行えば、臓器内の血液等を取り出した画像
を得ることができる。この血液等による画像は、臓器内
の血管或いは体腔像と等価である（以下、血管・体腔像
と称する）。

【０１０５】DSC２９は、画像処理部２５から組織の投
影画像と血流の投影画像とを受け取り、ビデオフォーマ
ットのラスタ信号に変換する。

【０１０６】画像合成部３１は、組織像と血流像の合成
画像を生成する。この合成画像は、組織像と血流像とを
並列に並べた合成画像であってもよいし、位置を対応さ
せて重ねあわせることで得られた合成画像であってもよ
い。

【０１０７】表示部３３は、得られた合成画像、或いは
組織像や血管・体腔像を表示する。

【０１０８】なお、以上の様に得られた合成画像、或い
は組織像と血流像は、超音波診断装置による画像である
から、スキャンごとに上記処理を繰り返して表示するこ
と、或いは経時的に並べた複数画像を同時に表示するこ
とでリアルタイム表示が可能である。

【０１０９】このような構成によれば、最大値投影法に
よる投影画像、最小値投影法による投影画像、又は両者
の合成画像を得ることができる。その結果、生成された
三次元画像によって、臓器の構造と血管・体腔管の走行
とを同時に観察することができ、さらに、リアルタイム
表示によれば、心拍に同期した臓器、血管等の動き或い
は治療時の穿刺針の動きを観察することができる。

【０１１０】（第４の実施形態）一般に、治療装置の
差、或いは同一装置であってもデータ収集方法の差（例
えば、超音波診断装置では、Ｂモードとカラードプラと
の違い等）により、得られるデータの特性が異なる。更
に、同一収集方法であっても、撮影対象、例えば心臓と
肝臓では、同様にデータの特性が異なる。従って、それ
ぞれの撮影モード特性に適したレンダリング処理を行う
ことで、更なる診断能の向上につながる三次元画像の提
供が考えられる。

【０１１１】そこで、第４の実施形態では、第２の実施
形態において説明したレンダリング処理に、最大及び最
小投影法を適用する場合を考える。すなわち、Ｂモード
によるボリュームデータとドプラモードによるボリュー
ムデータの二つが存在する場合に適用する。そして、Ｂ
モードによるボリュームデータについては最大値投影法
によるレンダリング処理を行うことで、心壁像を生成す
る。また、ドップラモードによるボリュームデータにつ
いては、最小値投影法によるレンダリング処理を行うこ
とで、心臓内壁像を生成する。そして、前記心壁像と心
臓内壁像とを合成することで、より適切な三次元画像表
示を実現する三次元画像処理装置について説明する。

【０１１２】画像処理部２５は、Ｂモードに関するボリ
ュームデータに対して、最大値投影法によるレンダリン
グ処理を行う。また、同時に最小値投影も行う。

【０１１３】なお、組織像と血流像とを合成して表示す
る場合には、当該レンダリング処理において割り当てる
色を半透明とし、組織像から透けて血流像が見えるよう
に描出（透過的投影画像として描出）することが好まし
い。

【０１１４】画像処理部２５は、ドプラモードに関する
ボリュームデータを使用して、通常のボリュームレンダ
リングによるレンダリング処理を行う。

【０１１５】DSC２９は、画像処理部２５から組織の投
影画像と血流の投影画像とを受け取り、ビデオフォーマ
ットのラスタ信号に変換する。

【０１１６】画像合成部３１は、組織像と血流像の合成
画像を生成する。この合成画像は、組織像と血流像とを
並列に並べた合成画像であってもよいし、位置を対応さ
せて重ねあわせることで得られた合成画像であってもよ
い。

【０１１７】表示部３３は、得られた合成画像、或いは
組織像や血流像を表示する。

【０１１８】なお、以上の様に得られた合成画像、或い
は組織像と血流像は、第３の実施形態と同様にリアルタ
イム表示が可能である。

【０１１９】このような構成によれば、最大値投影法に
よる投影画像、最小値投影法による投影画像、又は両者
の合成画像を得ることができる。その結果、生成された
三次元画像によって、臓器の構造、血管走行、血流とい
う複数の情報を容易に観察することができ、さらに、リ
アルタイム表示によれば、臓器の運動や治療時の穿刺針
の動きを観察することができる。

【０１２０】以上、本発明を第１〜第３の実施形態に基
いて説明したが、上記実施形態に限定されるものではな
く、その要旨を変更しない範囲で種々変形可能である。

【０１２１】

【発明の効果】以上、本発明によれば、コントラストの
高い超音波診断装置による三次元画像を得ることがで
き、また、超音波診断装置の特性を十分生かした三次元
画像処理を行うことができる。その結果、医療における
診断能を向上させることができる。

【０１２２】を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、各実施例に係る三次元画像処理装置を
有する超音波診断装置の概略構成図である。

【図２】図２は、三次元ボクセル空間に配置された、複
数のボクセルから成るボリュームデータを示している。

【図３】図３は、切断面が設定されたボリュームデータ
を示した図である。

【図４】図４は、各分割データに対して施されるボクセ
ル追跡処理を説明するための図である。

【図５】図５は、一のボリュームデータから得られた、
第１の投影画像と第２の投影画像とによる合成画像を模
式的に示している。

【図６】図６は、相似変換後の各分割データを示した図
である。

【図７】図７は、一のボリュームデータ３７に対して、
独立した二つの切断面を設定することで生成された３つ
の分割データを示している。

【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、各分割データに対して
実行する、それぞれ独立した視点によるレンダリング処
理を説明するための図である。

【図９】図９は、一のボリュームデータに対して、独立
した二つの平面を設定することで生成された４つの分割
データを示した図である。

【図１０】図１０は、各分割データに対して、それぞれ
独立した視点を設けて実行されるレンダリング処理を説
明するための図である。

【図１１】図１１は、本実施形態に係る三次元画像装置
によって得られる三次元画像の他の例を示している。

【図１２】図１２は、本実施形態に係る三次元画像装置
によって得られる三次元画像の他の例を示している。

【図１３】図１３は、本実施形態に係る三次元画像装置
によって得られる三次元画像の他の例を示している。

【図１４】図１４は、三次元ボクセル空間に配置され
た、複数の画素の集合から成る二つのボリュームデータ
を示している。

【図１５】図１５は、二つのボリュームデータから得ら
れた複数の投影画像を合成した合成画像を模式的に示し
ている。

【図１６】図１６は、二つのボリュームデータから得ら
れた複数の投影画像を合成した合成画像の他の例を模式
的に示している。

【図１７】図１７は、三次元ボクセル空間に配置され
た、複数の画素の集合から成る二つのボリュームデータ
を示している。

【図１８】図１８は、二つのボリュームデータから得ら
れた複数の投影画像を合成した合成画像の他の例を模式
的に示している。

【符号の説明】

１…第１の実施形態に係る三次元画像処理装置 ２…超音波診断装置 ３…第３の実施形態に係る三次元画像処理装置 １０…患者 １２…被写体 １４…生体内領域 ２０…イメージング用超音波プローブ ２２…送受信回路 ２４…Bモード処理部 ２５…第１のボリュームデータ作成部 ２６…CFM処理部 ２９…ＤＳＣ ３１…画像合成部 ３３…表示部 ３４…スキャンコントローラ ３５…入力装置 ３７…ボリュームデータ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4C301 EE20 JC13 KK02 KK03 KK17 KK19 KK21 5B057 AA07 BA05 CA01 CA13 CB01 CB13 CD03 CD05 CE08 CE16 CH12 DA16 5B080 AA15 AA16 BA03 EA01 FA02 FA08 FA15 GA26 5C076 AA12 AA21 AA24 BA03 BA04 BB42 CA02

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一以上のボリュームデータを記憶する記
   憶手段と、 前記ボリュームデータのそれぞれに対し切断面を設定す
   ることで、当該各ボリュームデータから複数の分割ボリ
   ュームデータを生成する生成手段と、 前記各分割ボリュームデータに対して、任意の方向から
   の投影画像を生成する画像生成手段と、 前記各投影画像を合成した合成画像を生成する合成画像
   生成手段と、 前記合成画像を表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする三次元画像処理装置。
2. 【請求項２】 前記画像生成手段は、前記ボリュームデ
   ータのそれぞれに対して複数の切断面を設定し、各ボリ
   ュームデータから３以上の分割ボリュームデータを生成
   する機能を有することを特徴とする請求項１記載の三次
   元画像処理装置。
3. 【請求項３】 前記画像生成手段は、前記ボリュームデ
   ータ毎に独立な切断面を設定することで、各ボリューム
   データから分割ボリュームデータを生成する機能を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の三次元画像処理装
   置。
4. 【請求項４】 一以上のボリュームデータを記憶する手
   段と、 上記ボリュームデータのそれぞれに対し切断面を設定す
   ることで、当該各ボリュームデータから複数の分割ボリ
   ュームデータを生成する生成手段と、 前記分割ボリュームデータのそれぞれに対して相似変換
   を行い、複数の変換ボリュームデータを生成する変換手
   段と、 前記各変換ボリュームデータに対して、任意の方向から
   の投影画像を生成する画像生成手段と、 前記各投影画像を表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする三次元画像処理装置。
5. 【請求項５】 前記画像生成手段は、前記ボリュームデ
   ータのそれぞれに対して複数の切断面を設定し、各ボリ
   ュームデータから３以上の分割ボリュームデータを生成
   する機能を有することを特徴とする請求項４記載の三次
   元画像処理装置。
6. 【請求項６】 前記画像生成手段は、前記ボリュームデ
   ータ毎に独立な切断面を設定することで、各ボリューム
   データから分割ボリュームデータを生成する機能を有す
   ることを特徴とする請求項４記載の三次元画像処理装
   置。
7. 【請求項７】 一以上のボリュームデータを記憶する記
   憶手段と、 前記ボリュームデータのそれぞれに対し切断面を設定す
   ることで、当該各ボリュームデータから複数の分割ボリ
   ュームデータを生成する生成手段と、 前記各分割ボリュームデータに対して、任意の方向から
   の投影画像を生成する画像生成手段と、 前記各投影画像を表示する表示手段と、 を具備することを特徴とする三次元画像処理装置。
8. 【請求項８】 前記画像生成手段は、前記ボリュームデ
   ータのそれぞれに対して複数の切断面を設定し、各ボリ
   ュームデータから３以上の分割ボリュームデータを生成
   する機能を有することを特徴とする請求項７記載の三次
   元画像処理装置。
9. 【請求項９】 前記生成手段は、前記ボリュームデータ
   毎に独立な切断面を設定することで、各ボリュームデー
   タから分割ボリュームデータを生成する機能を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の三次元画像処理装置。
10. 【請求項１０】 前記画像生成手段は、一つのボリュー
    ム或いは分割ボリュームに対して、複数の異なる投影法
    によって投影画像を生成することを特徴とする請求項
    １、４、７のうちいずれか一項記載の三次元画像処理装
    置。