JP2005165627A - Ultrasonic diagnostic apparatus, and volume data processing method - Google Patents

Ultrasonic diagnostic apparatus, and volume data processing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To raise data transfer efficiency without deteriorating volume rendering calculation when data is transferred from an external memory to a 3D processor so as to perform the volume rendering calculation in an ultrasonic diagnostic apparatus. <P>SOLUTION: Volume data in a 3D data space is stored in a 3D memory 24, and transferred to an internal memory 28 with slice data as unit. The 3D processor 26 determines a ray to perform voxel calculation at each data transfer, and advances the voxel calculation concerning the ray to a voxel calculation performable extent. A slice data taking-out direction is selected in response to the direction of the ray. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は超音波診断装置及びボリュームデータ処理方法に関し、特に、三次元メモリに格納されたボリュームデータに基づいて三次元画像を形成する技術に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus and a volume data processing method, and more particularly to a technique for forming a three-dimensional image based on volume data stored in a three-dimensional memory.

超音波診断装置において三次元超音波画像を形成する場合、生体内の三次元送受波空間に対して超音波が送受波され、それによりボリュームデータが取得される。ボリュームデータは、複数のボクセルデータ(エコーデータ)によって構成されるものである。そのようなボリュームデータを用いて三次元超音波画像を形成する場合、例えば、ボリュームレンダリング法が用いられる。   When forming a three-dimensional ultrasonic image in the ultrasonic diagnostic apparatus, ultrasonic waves are transmitted / received to / from a three-dimensional transmission / reception space in the living body, thereby acquiring volume data. The volume data is composed of a plurality of voxel data (echo data). When forming a three-dimensional ultrasonic image using such volume data, for example, a volume rendering method is used.

この手法では、一般には、三次元データ空間(ボリュームデータが存在するデータ空間)を挟むように、視点とスクリーンとが定義され、また視点からスクリーンへ複数のレイ(視線)が定義される。そして、三次元データメモリから、各レイごとにそのレイ上に存在するボクセルデータが逐次的に読み出され、各ボクセルデータに対してボクセル演算(ここでは、ボリュームレンダリング法に基づくオパシティを利用した出力光量演算)が逐次的に実行される。最終的なボクセル演算結果(出力光量)が画素値に変換され、各レイごとの画素値をスクリーン上にマッピングすれば、三次元超音波画像が構成される。   In this method, generally, a viewpoint and a screen are defined so as to sandwich a three-dimensional data space (a data space in which volume data exists), and a plurality of rays (lines of sight) are defined from the viewpoint to the screen. Then, for each ray, the voxel data existing on that ray is sequentially read out from the three-dimensional data memory, and voxel operation (here, output using the opacity based on the volume rendering method) is performed on each voxel data. Light amount calculation) is executed sequentially. A final voxel calculation result (output light amount) is converted into a pixel value, and a pixel value for each ray is mapped on the screen to form a three-dimensional ultrasonic image.

従来において、三次元画像を形成する各種の演算に当たっては専用のハードウエア(機能が固定された高速演算器)を設計し、そのハードウエアで上記ボクセル演算などを実行させていた。   Conventionally, dedicated hardware (a high-speed computing unit with a fixed function) is designed for various computations for forming a three-dimensional image, and the voxel computation and the like are executed by the hardware.

その一方において、近時、プログラマブルな汎用プロセッサ(例えば、DSP(デジタル・シグナル・プロセッサ))の処理速度が向上し、機能設計やその変更が容易であることなどから、そのような汎用プロセッサを利用することが要請されている。   On the other hand, recently, the processing speed of programmable general-purpose processors (for example, DSP (digital signal processor)) has improved, and functional design and changes are easy. It is requested to do.

上記の三次元画像処理を汎用プロセッサで実現する場合、一般には、三次元データメモリ(外部メモリ)上にボリュームデータを格納し、汎用プロセッサからその三次元データメモリへアクセスし、各レイごとにボクセル演算で必要なボクセルデータをその都度特定してそれを汎用プロセッサに取り込む必要がある。任意位置に視点を設定できる場合、各レイはほとんどの場合にボリュームデータを斜めに通過することになるが、その場合において、各レイごとにボクセル演算を同時進行させると、複数のレイについてのボクセル演算で必要なボクセルデータ群はボリュームデータ上で様々に分布し、すなわち、三次元データメモリに対して必要なボクセルデータを得るためにランダムアクセスをする必要がある。   When realizing the above three-dimensional image processing with a general-purpose processor, generally, volume data is stored in a three-dimensional data memory (external memory), the general-purpose processor accesses the three-dimensional data memory, and voxels are set for each ray. It is necessary to specify the voxel data necessary for the calculation each time and import it into the general-purpose processor. If the viewpoint can be set at an arbitrary position, each ray will pass through the volume data diagonally in most cases, but in that case, if voxel calculation is performed simultaneously for each ray, voxels for multiple rays are used. A group of voxel data necessary for the calculation is variously distributed on the volume data, that is, it is necessary to perform random access to obtain the necessary voxel data for the three-dimensional data memory.

なお、SRAMのようなメモリデバイスが三次元データメモリとして用いられる場合にはそのようなランダムアクセスを高速に行うことができるが、一般には安価且つ集積度が高いDRAMあるいはSDRAMなどが用いられ、それらのメモリデバイスの場合にランダムアクセスを行おうとすると、読み出し時間が増大し、高速転送の要請に反する結果となる。   In addition, when a memory device such as SRAM is used as a three-dimensional data memory, such random access can be performed at high speed. Generally, however, a low-cost and highly integrated DRAM or SDRAM is used. If random access is attempted in the case of the above memory device, the read time increases, resulting in a result contrary to the request for high-speed transfer.

下記の特許文献1には超音波診断装置においてボリュームレンダリング法を基礎として三次元超音波画像を形成する技術が開示されている。しかし、データ転送の方式や各レイごとにどのようにボクセル演算を進行させるのかについては具体的に開示されていない。また、下記の特許文献2には、キャシュミスの発生を防止するために、特定のアドレス関係にあるデータブロックを単位として、三次元データ空間(メインメモリ)から画像処理プロセッサ内へデータ転送を行う装置が開示されている。この装置では、データの読み出し時に特別な演算を行って読み出しアドレス集合を求めており、ランダムアクセスの必要性を指摘できる。   Patent Document 1 below discloses a technique for forming a three-dimensional ultrasonic image based on a volume rendering method in an ultrasonic diagnostic apparatus. However, there is no specific disclosure regarding the data transfer method and how the voxel calculation proceeds for each ray. In Patent Document 2 below, data transfer from a three-dimensional data space (main memory) to an image processor is performed in units of data blocks having a specific address relationship in order to prevent the occurrence of a cache miss. An apparatus is disclosed. In this apparatus, a special calculation is performed at the time of reading data to obtain a set of read addresses, and the necessity of random access can be pointed out.

特許第2883584号Japanese Patent No. 2883584 特開平9−134447号JP-A-9-134447

本発明の目的は、ボリュームデータに基づく三次元超音波画像の形成を能率的に行えるようにすることにある。   An object of the present invention is to enable efficient formation of a three-dimensional ultrasonic image based on volume data.

本発明の他の目的は、三次元データメモリから画像処理用のプロセッサへデータ転送を簡便かつ迅速に行えるようにすることにある。   Another object of the present invention is to enable easy and quick data transfer from a three-dimensional data memory to a processor for image processing.

(1)本発明は、生体に対して超音波を送受波し、これにより複数のボクセルデータで構成されるボリュームデータを取り込む送受波手段と、前記ボリュームデータが格納される三次元データメモリと、前記ボリュームデータに基づいて三次元画像を形成する三次元画像形成手段と、前記三次元データメモリから前記三次元画像形成手段へ前記ボリュームデータを転送する手段であって、所定のデータ集合を転送単位としてデータ転送を繰り返し実行するデータ転送手段と、を含み、前記三次元画像形成手段は、前記三次元データ空間に対して複数のレイを設定するレイ設定手段と、前記データ転送ごとに、前記複数のレイの中でボクセル演算実行可能なレイを判定するレイ判定手段と、前記データ転送ごとに、前記ボクセル演算実行可能なレイについてボクセル演算実行可能な座標までボクセル演算を進行させるボクセル演算手段と、を含み、前記各レイごとの最後のボクセル演算の結果として前記三次元画像が構成され、前記各レイについてボクセル演算が独立して進行することを特徴とする。 (1) The present invention relates to a transmission / reception means for transmitting and receiving ultrasonic waves to and from a living body, thereby capturing volume data composed of a plurality of voxel data, a three-dimensional data memory storing the volume data, Three-dimensional image forming means for forming a three-dimensional image based on the volume data, and means for transferring the volume data from the three-dimensional data memory to the three-dimensional image forming means, wherein a predetermined data set is transferred in units Data transfer means for repeatedly executing data transfer as, the three-dimensional image forming means, a ray setting means for setting a plurality of rays in the three-dimensional data space, and for each data transfer, the plurality of data transfer means Ray determining means for determining a ray capable of executing voxel calculation in the rays of the data, and executing the voxel calculation for each data transfer Voxel calculation means for advancing the voxel calculation to the coordinates at which voxel calculation can be performed on a, and the three-dimensional image is formed as a result of the last voxel calculation for each ray, and voxel calculation is independent for each ray And proceed.

上記構成によれば、三次元データメモリから画像形成手段へのデータ転送は所定のデータ集合を単位として行われ、そのデータ転送ごとに実行可能なボクセル演算が遂行される。すなわち、データ転送ごとに、複数のレイの中でボクセル演算実行可能なレイが判定され、且つ、そのレイについてボクセル演算実行可能な座標までボクセル演算が遂行される。これにより、転送されたデータの内容に応じた極めて能率的な演算処理を実現できる。   According to the above configuration, data transfer from the three-dimensional data memory to the image forming unit is performed in units of a predetermined data set, and a voxel operation that can be executed for each data transfer is performed. That is, for each data transfer, a ray that can execute the voxel operation is determined among the plurality of rays, and the voxel operation is performed up to the coordinates that can execute the voxel operation for the ray. Thereby, it is possible to realize extremely efficient arithmetic processing according to the contents of the transferred data.

例えば、各レイごとに同じ進行度合いでボクセル演算を実行させ、あるいは、各レイごとにその都度必要なデータを特定してそれを順次取得してボクセル演算を遂行させる場合には、どうしても複雑なアドレス演算が必要になる。これに対し、本発明によれば、転送されたデータ集合に依拠して実行可能なボクセル演算を実行させるだけでよいので、データ転送が簡素化され、すなわち、そのために複雑なアドレス演算を逐次行う必要がない。   For example, if you want to execute voxel operations with the same degree of progression for each ray, or specify the necessary data for each ray and acquire it sequentially to perform voxel operations, it is inevitably complicated address Calculation is required. On the other hand, according to the present invention, since it is only necessary to execute a voxel operation that can be executed depending on the transferred data set, the data transfer is simplified, that is, a complicated address operation is sequentially performed. There is no need.

送受波手段は、電子走査と機械走査とを併用する送受波器、二次元的に電子走査を行う送受波器などで構成される。三次元データメモリはデータのブロック転送に適するメモリで構成されるのが望ましい。複数のレイは、互いに平行に設定されてもよいし、非平行に設定されてもよい。所定のデータ集合は、望ましくはデータがメモリ上で連続するデータブロックであるが、データ転送ごとに上記方法による演算を実行して最終的に三次元画像を構成できる限りにおいて、1又は複数の不連続部分を有するものであってもよい。ここで、1又は複数のスライスデータを転送単位とするのが望ましく、特に1つのスライスデータを転送単位とするのが望ましいが、三次元データ空間あるいはメモリアドレス空間において抜けがなく連続的に読み出しを行える限りにおいて、例えば1.5個のスライスデータを転送単位とすることも可能である。上記の三次元画像形成手段はプログラム動作型のプロセッサで構成されるのが望ましく、その場合に、データ転送手段はそのプロセッサの機能として実現してもよい。   The wave transmitting / receiving means includes a wave transmitter / receiver that uses both electronic scanning and mechanical scanning, a wave transmitter / receiver that performs two-dimensional electronic scanning, and the like. The three-dimensional data memory is preferably composed of a memory suitable for block transfer of data. The plurality of rays may be set parallel to each other or may be set non-parallel. The predetermined data set is preferably a data block in which data is continuous in the memory. However, as long as an operation according to the above method can be executed for each data transfer to finally form a three-dimensional image, one or a plurality of data sets are stored. It may have a continuous portion. Here, it is desirable to use one or a plurality of slice data as a transfer unit, and in particular, it is preferable to use one slice data as a transfer unit. However, continuous reading is not performed in the three-dimensional data space or the memory address space. As far as possible, for example, 1.5 slice data can be used as a transfer unit. The above three-dimensional image forming means is preferably constituted by a program operation type processor. In this case, the data transfer means may be realized as a function of the processor.

望ましくは、前記所定のデータ集合は、三次元データ空間内において連続性をもった複数のボクセルデータで構成されるスライスデータであり、前記データ転送手段は、スライスデータの並び順でデータ転送を繰り返し実行する。スライスデータは、例えば、三次元座標軸において特定軸上に並んだ各面データあるいはブロックデータである。   Preferably, the predetermined data set is slice data composed of a plurality of voxel data having continuity in a three-dimensional data space, and the data transfer means repeats data transfer in the arrangement order of the slice data. Execute. The slice data is, for example, each surface data or block data arranged on a specific axis in a three-dimensional coordinate axis.

望ましくは、前記データ転送手段は、前記スライスデータの並び方向における正方向又は負方向を前記スライスデータの取り出し方向として選択する選択手段を含む。望ましくは、前記方向選択手段は、前記三次元データ空間に対する視点の位置に応じて前記順方向又は逆方向を選択する。   Preferably, the data transfer means includes selection means for selecting a positive direction or a negative direction in the arrangement direction of the slice data as the extraction direction of the slice data. Preferably, the direction selection means selects the forward direction or the reverse direction according to the position of the viewpoint with respect to the three-dimensional data space.

ボクセル演算は、レイ(視線)上において視線向きの方向へ進行するので、並び方向における正方向と負方向の内で、視線の向きに沿う方向が取り出し方向として選択される。例外的には、レイと並び方向とが直交するが、その場合にはいずれの方向であってもボクセル演算を進行させることができる。その場合、基本的には、1つのデータ集合が得られると、それを貫く各レイに限ってはボクセル演算の全部が終了することになる。   Since the voxel calculation proceeds in the direction of the line of sight on the ray (line of sight), the direction along the line of sight among the positive direction and the negative direction in the arrangement direction is selected as the extraction direction. Exceptionally, the ray and the alignment direction are orthogonal to each other. In that case, the voxel calculation can be performed in any direction. In this case, basically, when one data set is obtained, all voxel operations are completed only for each ray passing through the data set.

望ましくは、前記三次元データメモリへの前記ボリュームデータの書き込み時に三次元送受波空間の座標系から前記三次元データ空間の座標系への座標変換を実行する座標変換手段を含み、前記データ記憶空間は、直交する3つの座標軸を有し、前記スライスデータは、前記直交する3つの座標軸の内の特定の座標軸に直交する面に相当する。   Preferably, the data storage space includes coordinate conversion means for performing coordinate conversion from the coordinate system of the three-dimensional transmission / reception space to the coordinate system of the three-dimensional data space when the volume data is written to the three-dimensional data memory. Has three orthogonal coordinate axes, and the slice data corresponds to a plane orthogonal to a specific coordinate axis among the three orthogonal coordinate axes.

座標変換は、ボリュームデータの書き込み時及びボリュームデータの読み出し時に行うことが可能であるが、書き込み時に座標変換を行えば、メモリ上で連続したデータ集合をブロック転送することが容易となる。   Coordinate conversion can be performed at the time of writing volume data and at the time of reading volume data. However, if coordinate conversion is performed at the time of writing, it becomes easy to block transfer a continuous data set on the memory.

望ましくは、前記三次元画像形成手段は、前記ボクセル演算で必要なデータを補間処理によって生成するデータ補間手段を含む。レイ上の演算対象となる座標上にボクセルデータが存在しない場合に、その近傍に存在する複数のデータから二次元あるいは三次元の補間演算によって補間データを生成し、それをボクセル演算で利用するものである。補間演算に代えて、最も近傍のデータをそのまま利用すると共に、必要に応じて同じデータを複数回利用する方式を用いることができる。三次元補間を行う場合、必要に応じて、複数のデータ集合を利用してもよい。すなわち、例えば、前回転送されたデータ集合と今回転送されたデータ集合とを用いて、必要な補間データを生成するようにしてもよい。その場合においても、データ集合が三次元データ空間あるいはメモリアドレス空間で連続性をもったデータ列として構成されていれば、各データ集合の転送を簡便に行える。   Preferably, the three-dimensional image forming means includes data interpolation means for generating data necessary for the voxel calculation by interpolation processing. When voxel data does not exist on the coordinates to be calculated on the ray, interpolated data is generated from two or more existing data by two-dimensional or three-dimensional interpolation and used in voxel calculation It is. Instead of the interpolation calculation, it is possible to use a method of using the nearest data as it is and using the same data a plurality of times as necessary. When performing three-dimensional interpolation, a plurality of data sets may be used as necessary. That is, for example, necessary interpolation data may be generated using the data set transferred last time and the data set transferred this time. Even in such a case, if the data set is configured as a data string having continuity in the three-dimensional data space or the memory address space, the transfer of each data set can be easily performed.

望ましくは、前記三次元画像形成手段は、前記各レイごとに単位長さ当たりにおけるボクセル演算回数を均一化する手段を含む。この構成によれば、レイの向きによらずに、各レイごとの演算ピッチを均一にして、画質を安定させることができる。つまり、視点の位置に応じて、目ばえや奥行き感が異なってしまう問題を未然に防止できる。   Preferably, the three-dimensional image forming means includes means for equalizing the number of voxel operations per unit length for each ray. According to this configuration, it is possible to make the calculation pitch for each ray uniform and to stabilize the image quality regardless of the direction of the ray. That is, it is possible to prevent the problem that the eye feel and the feeling of depth differ depending on the position of the viewpoint.

望ましくは、前記三次元画像形成手段は、並列動作する複数の三次元画像形成モジュールを含み、前記複数のレイが複数のグループに区分され、前記各三次元画像形成モジュールがそれに対応付けられたグループについてボクセル演算を担当する。この場合、1つのレイを単位として複数のレイを複数のグループに振り分けてもよいし、1つのレイ列を単位として複数のレイを複数のグループに振り分けてもよいし、あるいは、1つのレイブロックを単位として複数のレイを複数のグループに振り分けてもよい。   Preferably, the three-dimensional image forming means includes a plurality of three-dimensional image forming modules operating in parallel, wherein the plurality of rays are divided into a plurality of groups, and each of the three-dimensional image forming modules is associated with the group. In charge of voxel operations. In this case, a plurality of rays may be allocated to a plurality of groups in units of one ray, a plurality of rays may be allocated to a plurality of groups in units of one ray row, or one ray block A plurality of rays may be allocated to a plurality of groups in units of.

(2)また本発明は、生体の三次元送受波空間に対して超音波を送受波し、これにより複数のボクセルデータで構成されるボリュームデータを取り込む送受波手段と、互いに直交する3つの座標軸を有する三次元データ空間を有し、前記ボリュームデータが格納される三次元データメモリと、前記ボリュームデータに基づいて三次元画像を形成する三次元画像形成手段と、前記三次元データメモリから前記三次元画像形成手段へ前記ボリュームデータを転送する手段であって、前記三次元データ空間内において前記3つの座標軸における特定の座標軸に直交するスライスデータを転送単位とし、且つ、前記特定の座標軸の方向をスライスデータの取り出し方向として、データ転送を繰り返し実行するデータ転送手段と、を含み、前記三次元画像形成手段は、前記三次元データ空間に対して複数のレイを設定するレイ設定手段と、前記データ転送されたスライスデータを一時的に格納する内部メモリと、前記データ転送ごとに、前記内部メモリ上に格納されたスライスデータを用いて、前記複数のレイの中でボクセル演算実行可能なレイについてボクセル演算実行可能な座標までボクセル演算を進行させ、これにより、各レイごとの最後のボクセル演算の結果として前記三次元画像を構成する画素値を求める手段と、を有することを特徴とする。 (2) Further, the present invention provides a transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a three-dimensional transmission / reception space of a living body, thereby acquiring volume data composed of a plurality of voxel data, and three coordinate axes orthogonal to each other. A three-dimensional data space having the volume data stored therein, three-dimensional image forming means for forming a three-dimensional image based on the volume data, and the third order from the three-dimensional data memory. Means for transferring the volume data to the original image forming means, wherein slice data orthogonal to specific coordinate axes of the three coordinate axes in the three-dimensional data space is used as a transfer unit, and the direction of the specific coordinate axes is Data transfer means for repeatedly executing data transfer as a slice data take-out direction, A forming unit configured to set a plurality of rays for the three-dimensional data space; an internal memory for temporarily storing the slice data transferred; and an internal memory for each data transfer. The slice data stored in is used to advance the voxel calculation to the coordinates where the voxel calculation can be performed among the plurality of rays to the coordinates at which the voxel calculation can be executed, and as a result, the result of the last voxel calculation for each ray Means for obtaining pixel values constituting the three-dimensional image.

上記構成によれば、スライスデータを単位としてデータ転送が行われるので、それを特定するために複雑なアドレス演算が不要となる。ここで、スライスデータを単位として各レイごとにボクセル演算が進行する。   According to the above configuration, since data transfer is performed in units of slice data, a complicated address calculation is not required to specify it. Here, the voxel calculation proceeds for each ray in units of slice data.

望ましくは、前記三次元画像形成手段は、更に、前記各レイごとに、それが前記三次元データ空間に対して最初に通過する点として、前記三次元データ空間における第1軸上の初期座標、第2軸上の初期座標及び第3軸上の初期座標を演算する初期座標演算手段と、前記第1軸の刻み成分、前記第2軸の刻み成分及び前記第3軸の刻み成分を演算する成分演算手段と、前記各レイごとに、前記第1軸上の初期座標、前記第2軸上の初期座標及び前記第3軸上の初期座標に対して、それぞれ前記第1軸上の刻み成分、前記第2軸上の刻み成分及び前記第3軸上の刻み成分を累積的に加算することにより、前記各レイ上におけるボクセル演算対象座標を特定する対象座標特定手段と、前記内部メモリ上に格納されたスライスデータの中から前記ボクセル演算対象座標に該当するボクセルデータを抽出し、あるいは、前記内部メモリ上に格納されたスライスデータを用いて前記ボクセル演算対象座標に該当するボクセルデータを補間演算により生成する手段と、を含む。   Preferably, the three-dimensional image forming means further includes initial coordinates on a first axis in the three-dimensional data space as a point at which each ray passes first with respect to the three-dimensional data space, An initial coordinate calculating means for calculating an initial coordinate on the second axis and an initial coordinate on the third axis; and a step component of the first axis, a step component of the second axis, and a step component of the third axis. Component calculation means, and for each of the rays, step components on the first axis with respect to the initial coordinates on the first axis, the initial coordinates on the second axis, and the initial coordinates on the third axis, respectively. , By adding cumulatively the step component on the second axis and the step component on the third axis, target coordinate specifying means for specifying the voxel calculation target coordinate on each ray, and on the internal memory From the stored slice data, Extracts voxel data corresponding to the cell operation target coordinates, or includes, means for generating by interpolation voxel data corresponding to the voxel calculation target coordinates using the slice data stored on the internal memory.

上記構成によれば、各レイについて各座標軸ごとに初期座標が求められ、それを基準として、各レイ上の対象座標が順次決定される。   According to the above configuration, initial coordinates are obtained for each coordinate axis for each ray, and target coordinates on each ray are sequentially determined based on the initial coordinates.

望ましくは、前記三次元データ空間に対して定義される単位レイベクトルについて前記特定の座標軸上の座標成分を求める手段と、前記特定の座標軸上の座標成分が正である場合に前記特定の座標軸の正方向をスライスデータの取り出し方向として選択し、前記特定の座標軸の座標成分が負である場合に前記特定の座標軸の負方向をスライスデータの取り出し方向として選択する手段と、を含む。   Preferably, a unit for obtaining a coordinate component on the specific coordinate axis for a unit ray vector defined for the three-dimensional data space, and when the coordinate component on the specific coordinate axis is positive, Selecting a positive direction as a slice data extraction direction, and selecting a negative direction of the specific coordinate axis as a slice data extraction direction when the coordinate component of the specific coordinate axis is negative.

上記構成によれば、単位レイベクトルを基準としてスライスデータの取り出し方向を自動的に判断することが可能となる。複数のレイに対して単一の単位レイベクトルを設定してもよく、複数のレイについてそれぞれ単位レイベクトルを設定してもよい。   According to the above configuration, it is possible to automatically determine the extraction direction of slice data based on the unit ray vector. A single unit ray vector may be set for a plurality of rays, or a unit ray vector may be set for each of a plurality of rays.

(3)また本発明は、複数のボクセルデータで構成されるボリュームデータが格納された三次元データメモリから画像処理プロセッサ内の内部メモリへ前記ボリュームデータを転送する転送工程と、前記転送されたボリュームデータを用いて、ボリュームレンダリング法に基づいて三次元画像を形成する画像形成工程と、を含むボリュームデータ処理方法において、前記転送工程は、前記ボリュームデータを特定の座標軸方向に整列した複数のスライスデータに区分し、前記複数のスライスデータの中から前記所定の座標軸の方向に順番にスライスデータを転送する工程を含み、前記画像形成工程は、前記三次元データ空間に対して複数のレイを設定する工程と、前記データ転送ごとに、前記複数のレイの中でボクセル演算実行可能なレイについてボクセル演算実行可能な座標までボクセル演算を進行させ、これにより、各レイごとの最後のボクセル演算の結果として前記三次元画像を構成する画素値を求める工程と、を含むことを特徴とする。 (3) The present invention also provides a transfer step of transferring the volume data from a three-dimensional data memory storing volume data composed of a plurality of voxel data to an internal memory in the image processor, and the transferred volume An image forming step of forming a three-dimensional image based on a volume rendering method using the data, wherein the transfer step includes a plurality of slice data in which the volume data is aligned in a specific coordinate axis direction. And the step of transferring slice data in order in the direction of the predetermined coordinate axis from among the plurality of slice data, wherein the image forming step sets a plurality of rays for the three-dimensional data space For each step and each data transfer, a ray that can execute voxel computation among the plurality of rays. There allowed to proceed voxel calculation until the voxel calculation executable coordinates, thereby comprising a step of determining a pixel value forming the three-dimensional image as a result of the last voxel calculation for each ray, a.

上記の方法は、特に超音波診断装置においてボリュームレンダリング法に基づいて三次元画像を構成する場合に利用されるが、それ以外のボリュームデータを取り扱う分野での利用も可能である。   The above method is used particularly in the case of constructing a three-dimensional image based on the volume rendering method in an ultrasonic diagnostic apparatus, but can also be used in other fields that handle volume data.

以上説明したように、本発明によれば、ボリュームデータに基づく三次元超音波画像の形成を能率的に行える。本発明によれば、三次元データメモリから画像処理用のプロセッサへデータ転送を簡便かつ迅速に行える。   As described above, according to the present invention, it is possible to efficiently form a three-dimensional ultrasonic image based on volume data. According to the present invention, data transfer from a three-dimensional data memory to a processor for image processing can be performed easily and quickly.

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。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1には、ボリュームレンダリング法の原理が示されている。三次元データ空間36は、超音波ビームを二次元走査することによって取得されたボリュームデータを有し、超音波診断装置上においては、後述する3Dメモリ上に仮想的に構築される。ここでは、三次元データ空間36は、x,y,zの互いに直交する座標軸を有し、三次元データ空間36内の各座標にはボクセルデータ(エコーデータ)が存在する。なお、三次元の超音波送受波空間がr,θ,φの極座標空間として構成される場合には、各ボクセルデータに対して、それが有する(r,θ,φ)の座標を(x,y,z)の座標に変換される。   FIG. 1 shows the principle of the volume rendering method. The three-dimensional data space 36 has volume data acquired by two-dimensional scanning with an ultrasonic beam, and is virtually constructed on a 3D memory described later on the ultrasonic diagnostic apparatus. Here, the three-dimensional data space 36 has coordinate axes of x, y, and z that are orthogonal to each other, and voxel data (echo data) exists at each coordinate in the three-dimensional data space 36. When the three-dimensional ultrasonic transmission / reception space is configured as a polar coordinate space of r, θ, φ, the coordinates of (r, θ, φ) that each voxel data has (x, converted to the coordinates of y, z).

ボリュームレンダリングに際しては、通常、三次元データ空間36の外側に仮想的に視点が設定され、三次元データ空間を間に介して、視点と反対側に二次元平面としてのスクリーン40が仮想的に設定される。その視点を基準として複数のレイ(視線)が定義される(図1には1つのレイ38が代表として示されている)。レイ38は、三次元データ空間36を貫通し、このため、レイ38には複数のボクセルデータからなるボクセルデータ列が対応することになる。視点側から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ボクセル演算を逐次的に実行すると、最終のボクセル演算の結果として画素値が決定される。その画素値がスクリーン上における当該レイ38に対応する座標Pにマッピングされる。   In volume rendering, a viewpoint is normally set outside the three-dimensional data space 36, and a screen 40 as a two-dimensional plane is virtually set on the opposite side of the viewpoint through the three-dimensional data space. Is done. A plurality of rays (line of sight) are defined on the basis of the viewpoint (one ray 38 is shown as a representative in FIG. 1). The ray 38 penetrates the three-dimensional data space 36, and therefore, the ray 38 corresponds to a voxel data string composed of a plurality of voxel data. When the voxel calculation based on the volume rendering method is sequentially executed for each echo data from the viewpoint side, the pixel value is determined as a result of the final voxel calculation. The pixel value is mapped to a coordinate P corresponding to the ray 38 on the screen.

スクリーンは、X,Yの座標軸を有し、すなわち各座標はX,Yの座標で定義される。各座標ごとにレイが設定されており、上記のように、各レイについて求められた画素値をスクリーン40上にマッピングすればそのスクリーン上に三次元画像が形成される。なお、複数のレイが互いに平行の場合もあるが、複数のレイが互いに非平行となる場合もある。   The screen has X and Y coordinate axes, ie, each coordinate is defined by X and Y coordinates. Rays are set for each coordinate. As described above, if the pixel values obtained for each ray are mapped on the screen 40, a three-dimensional image is formed on the screen. The plurality of rays may be parallel to each other, but the plurality of rays may be non-parallel to each other.

ボリュームレンダリング法において、各エコーデータごとのボクセル演算の演算式としては各種のものが知られている。基本的には、いずれの演算式においても、各エコーデータのボクセル演算ごとに、不透明度(オパシティ)がパラメータとして利用される。そのようなパラメータを利用して、各ボクセル演算ごとに出力光量(出力値)が求められ、それが次のボクセル演算において入力光量(入力値)として利用される。そして、これが繰り返される。演算終了条件を満たした時点での出力光量が画素値に変換される。つまり、媒体中を光が散乱、減衰しながら伝搬するモデルを基礎とするものである。本実施形態では、例えば、次の(1)式が用いられる。

Figure 2005165627
In the volume rendering method, various types of calculation formulas for voxel calculation for each echo data are known. Basically, in any calculation formula, opacity is used as a parameter for each voxel calculation of each echo data. Using such parameters, an output light amount (output value) is obtained for each voxel operation, and this is used as an input light amount (input value) in the next voxel operation. This is then repeated. The output light amount at the time when the calculation end condition is satisfied is converted into a pixel value. That is, it is based on a model in which light propagates through a medium while being scattered and attenuated. In the present embodiment, for example, the following equation (1) is used.
Figure 2005165627

もちろん、上記の(1)式以外を用いるようにしてもよく、例えば、上記特許文献1に記載されたような演算式を用いてもよい。各レイごとのボクセル演算は、例えば、その対象座標が三次元データ空間を越えた場合、出力光量が所定値(例えば1)を越えた場合、及び、各ボクセル演算で用いた不透明度の累積加算値が所定値(例えば1)を越えた場合、など所定の条件を満たす場合に終了する。その時点の出力光量が画素値に対応付けられる。   Of course, a formula other than the formula (1) may be used. For example, an arithmetic formula as described in Patent Document 1 may be used. The voxel calculation for each ray is performed, for example, when the target coordinate exceeds the three-dimensional data space, when the output light amount exceeds a predetermined value (for example, 1), and cumulative addition of the opacity used in each voxel calculation. The process ends when a predetermined condition is satisfied, such as when the value exceeds a predetermined value (for example, 1). The output light amount at that time is associated with the pixel value.

なお、本実施形態にかかるデータ転送及び処理方法は、上記のようなボリュームレンダリング法による画像処理を行う場合に特に好適であるが、各レイに沿って逐次演算を行う画像処理法にも適用可能である。例えば、積算法、最大値や最小値の検出法、などである。   Note that the data transfer and processing method according to the present embodiment is particularly suitable when performing image processing by the volume rendering method as described above, but can also be applied to an image processing method that performs sequential calculation along each ray. It is. For example, an integration method, a maximum value or minimum value detection method, and the like.

図2には、本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成がブロック図として示されている。   FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment.

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る。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。この3Dプローブ10によって超音波ビームが形成され、この超音波ビームは二次元走査される。この超音波ビームの二次元走査によって三次元の送受波空間12が形成される。   The 3D probe 10 is an ultrasonic probe for taking in three-dimensional echo data. The 3D probe 10 is used in contact with the body surface or inserted into a body cavity. An ultrasonic beam is formed by the 3D probe 10, and the ultrasonic beam is two-dimensionally scanned. A three-dimensional transmission / reception space 12 is formed by two-dimensional scanning of the ultrasonic beam.

送受波空間12は、ここではr,θ,φの3つの座標によって定義される三次元空間であり、例えば超音波ビームBをθ方向に走査すると走査面Sが形成され、この走査面Sをφ方向に走査すると三次元の送受波空間12が構成される。3Dプローブ10は、電子走査と機械走査とを組み合わせたものであってもよいし、超音波ビームを二次元的に電子走査するものであってもよい。後者の場合には公知の2Dアレイ振動子が用いられる。なお、図2においては角錐形状をもった送受波空間12が示されているが、その送受波空間12の形態は立方体であってもよく、あるいはそれ以外であってもよい。   Here, the transmission / reception space 12 is a three-dimensional space defined by three coordinates of r, θ, and φ. For example, when the ultrasonic beam B is scanned in the θ direction, a scanning surface S is formed. When scanning in the φ direction, a three-dimensional transmission / reception space 12 is formed. The 3D probe 10 may be a combination of electronic scanning and mechanical scanning, or may be one that two-dimensionally electronically scans an ultrasonic beam. In the latter case, a known 2D array transducer is used. In FIG. 2, the transmission / reception space 12 having a pyramid shape is shown, but the shape of the transmission / reception space 12 may be a cube or may be other than that.

送信部14は送信ビームフォーマーとして機能する。すなわち、送信部14はアレイ振動子を構成する複数の振動素子に対して複数の送信信号を供給する。また、受信部16は受信ビームフォーマーとして機能し、アレイ振動子を構成する複数の振動素子からの複数の受信信号に対して整相加算処理を実行する。これによって各超音波ビームごとに受信信号が受信部16から出力される。受信部16はA/D変換器を有しており、受信部16から出力される整相加算後の受信信号はデジタルデータである。ここで、各データはボクセルデータ(エコーデータ)に相当する。   The transmission unit 14 functions as a transmission beam former. That is, the transmission unit 14 supplies a plurality of transmission signals to a plurality of vibration elements constituting the array transducer. The receiving unit 16 functions as a reception beam former, and executes phasing addition processing on a plurality of reception signals from a plurality of vibration elements constituting the array transducer. As a result, a reception signal is output from the reception unit 16 for each ultrasonic beam. The receiving unit 16 includes an A / D converter, and the received signal after phasing addition output from the receiving unit 16 is digital data. Here, each data corresponds to voxel data (echo data).

2D変換部18は、走査面Sに対応する二次元断層画像(Bモード画像)を形成するモジュールである。この2D変換部18は例えば従来から用いられているデジタルスキャンコンバータなどによって構成される。2D変換部18はr,θ座標をx,y座標に変換する処理、その他の補間処理などを実行する。この2D変換部18により形成された二次元断層画像のデータは表示処理部20へ出力される。   The 2D conversion unit 18 is a module that forms a two-dimensional tomographic image (B-mode image) corresponding to the scanning plane S. The 2D conversion unit 18 is constituted by, for example, a conventionally used digital scan converter. The 2D conversion unit 18 executes processing for converting r, θ coordinates into x, y coordinates, other interpolation processing, and the like. The data of the two-dimensional tomographic image formed by the 2D conversion unit 18 is output to the display processing unit 20.

3D変換部22は、受信部16から出力されるエコーデータすなわちボクセルデータに対して三次元の座標変換を実行する。すなわち、各ボクセルデータはr,θ,φで定義される座標を有しており、その座標をx,y,zの座標に変換する。すなわち極座標空間から直交座標空間への変換を実行している。座標変換後のボクセルデータは3Dメモリ24上に格納される。   The 3D conversion unit 22 performs three-dimensional coordinate conversion on the echo data output from the reception unit 16, that is, voxel data. That is, each voxel data has coordinates defined by r, θ, and φ, and the coordinates are converted into x, y, and z coordinates. That is, conversion from the polar coordinate space to the orthogonal coordinate space is performed. The voxel data after coordinate conversion is stored on the 3D memory 24.

3Dメモリ24は、図1に示した三次元データ空間36に相当するメモリ空間を有しており、3Dメモリ24の各アドレスは三次元空間における各座標に対応付けられている。そして、入力される各ボクセルデータはそれが有する三次元座標に対応付けられたアドレスに格納される。3Dメモリ24は、後述する3Dプロセッサ26との関係から見れば外部メモリに相当しており、その3Dメモリは例えばDRAMなどによって構成され、特にSDRAMなどによって構成されるのが望ましい。すなわち、後述するように記憶されたデータを所定データ単位でブロック転送可能なメモリを用いるのが望ましい。この場合においてブロック転送の方式としてはDMA転送方式を用いることができる。   The 3D memory 24 has a memory space corresponding to the three-dimensional data space 36 shown in FIG. 1, and each address of the 3D memory 24 is associated with each coordinate in the three-dimensional space. Each input voxel data is stored at an address associated with the three-dimensional coordinates of the voxel data. The 3D memory 24 corresponds to an external memory from the viewpoint of the relationship with the 3D processor 26 described later. The 3D memory is configured by, for example, a DRAM, and is preferably configured by an SDRAM or the like. That is, it is desirable to use a memory capable of block transfer of stored data in predetermined data units as will be described later. In this case, the DMA transfer method can be used as the block transfer method.

3Dプロセッサ26は、本実施形態においてはプログラム動作するCPUやDSP(デジタルシグナルプロセッサ)などによって構成されるものであり、その内部には内部メモリ28が設けられている。内部メモリ28は、3Dプロセッサ26内におけるキャッシュメモリとして機能し、その3Dプロセッサ26はその内部メモリ28に対して高速でアクセスすることが可能である。その一方において、3Dメモリ24から内部メモリ28へのデータ転送は一般にあまり高速に行うことができない。   In the present embodiment, the 3D processor 26 is configured by a CPU or DSP (digital signal processor) that performs a program operation, and an internal memory 28 is provided therein. The internal memory 28 functions as a cache memory in the 3D processor 26, and the 3D processor 26 can access the internal memory 28 at high speed. On the other hand, data transfer from the 3D memory 24 to the internal memory 28 cannot generally be performed at a high speed.

3Dプロセッサ26は、本実施形態においてDMAコントローラを内蔵しており、そのDMAコントローラによって3Dメモリ24から内部メモリ28へデータをDMA転送することができる。符号25で示すように、3Dプロセッサ26が3Dメモリ24へのデータの書き込みを制御するようにしてもよく、その場合においては3D変換部22から出力される各データが一旦3Dプロセッサ26に取り込まれた後に、それを経由して3Dメモリ24へ格納される。もちろん、そのような3Dメモリ24へのデータの書き込みは他のプロセッサが行ってもよく、図2に示される制御部32の機能としてそれを実現するようにしてもよい。   The 3D processor 26 incorporates a DMA controller in this embodiment, and the DMA controller can perform DMA transfer of data from the 3D memory 24 to the internal memory 28. As indicated by reference numeral 25, the 3D processor 26 may control the writing of data to the 3D memory 24. In this case, each data output from the 3D conversion unit 22 is once taken into the 3D processor 26. After that, it is stored in the 3D memory 24 via it. Of course, such a data writing to the 3D memory 24 may be performed by another processor, or may be realized as a function of the control unit 32 shown in FIG.

本実施形態においては、後に詳述するように、3Dメモリ24から内部メモリ28へのデータ転送は所定のデータ集合、具体的にはスライスデータ、を単位として実行されており、その場合においてはレイの向きが考慮され、スライスデータの並び方向のうちで正方向又は負方向が適切に選択されている。3Dプロセッサ26においては、従来のように各レイごとにボクセル演算を同時進行で進めるのではなく、送られてきたデータを用いて実行可能なボクセル演算が順次実行されている。したがって、三次元データ空間とレイの交差関係にもよるが、通常は、各レイごとにボクセル演算の進行度合いは区々である。   In this embodiment, as will be described in detail later, data transfer from the 3D memory 24 to the internal memory 28 is executed in units of a predetermined data set, specifically slice data. The positive direction or the negative direction is appropriately selected from the arrangement directions of the slice data. In the 3D processor 26, a voxel operation that can be executed using the transmitted data is sequentially executed instead of performing the voxel operation for each ray at the same time as in the prior art. Therefore, although depending on the cross relationship between the three-dimensional data space and the ray, the degree of progress of the voxel operation is usually different for each ray.

このような手法を用いることにより、3Dメモリ24から内部メモリ28への転送単位を画一的に設定することができ、その上で得られたデータを用いて各レイごとにボクセル演算を進行させることができる。3Dプロセッサ26は内部メモリ28に対して高速にアクセスすることができるため、内部メモリ28へのランダムアクセスは格別動作上の負担とはならないが、3Dプロセッサ26から3Dメモリ24へのランダムアクセスはデータ転送レートが低いなどの理由から画像処理上のボトルネックとなる。これに対し、本実施形態の手法によれば、3Dメモリ24から内部メモリ28へのデータのブロック転送を行わせることによりそのような問題を回避しつつ、能率的に画像処理を進めることが可能となる。これについては後に詳述する。   By using such a method, the transfer unit from the 3D memory 24 to the internal memory 28 can be set uniformly, and voxel calculation is advanced for each ray using the data obtained thereon. be able to. Since the 3D processor 26 can access the internal memory 28 at a high speed, random access to the internal memory 28 is not a burden on the operation, but random access from the 3D processor 26 to the 3D memory 24 is data. It becomes a bottleneck in image processing due to a low transfer rate. On the other hand, according to the method of the present embodiment, it is possible to efficiently perform image processing while avoiding such a problem by performing block transfer of data from the 3D memory 24 to the internal memory 28. It becomes. This will be described in detail later.

本実施形態において、3Dプロセッサ26はボクセル演算の演算式として例えば上記(1)式に示したものを利用している。したがって、各レイごとにその演算式が順次実行され、終了条件を満たした時点での出力値が画素値に変換される。その画素値は3Dプロセッサ26から表示処理部20に設けられたフレームメモリ上に格納される。もちろん、そのようなフレームメモリを3Dプロセッサ26内に設けることも可能である。いずれにしても、各レイごとにボクセル演算を繰り返し実行することによりスクリーン上に三次元画像が構成されることになる。   In the present embodiment, the 3D processor 26 uses, for example, the expression shown in the above expression (1) as an arithmetic expression for voxel arithmetic. Therefore, the arithmetic expression is sequentially executed for each ray, and the output value when the end condition is satisfied is converted into a pixel value. The pixel value is stored in the frame memory provided in the display processing unit 20 from the 3D processor 26. Of course, such a frame memory may be provided in the 3D processor 26. In any case, a three-dimensional image is formed on the screen by repeatedly executing the voxel operation for each ray.

表示処理部20は画像データとグラフィックデータの合成機能やその他の表示処理機能を有しており、装置の動作モードに応じて、表示部30に対して二次元断層画像のデータあるいは三次元画像のデータを出力する。表示部32は二次元断層画像及び三次元画像の両方又は一方が表示されることになる。   The display processing unit 20 has a function for synthesizing image data and graphic data and other display processing functions. Depending on the operation mode of the apparatus, the display processing unit 20 can display 2D tomographic image data or 3D image data. Output data. The display unit 32 displays both or one of the two-dimensional tomographic image and the three-dimensional image.

制御部32はCPU及びそのための動作プログラムによって構成され、図2に示される各構成の動作制御を行っている。その制御部32には操作パネルによって構成される入力部34が接続されている。ユーザーはその入力部34を用いてモードの選択やパラメータの指定などの各種の入力操作を行うことができる。ちなみに、ドプラ処理を行う構成などに関しては図2において図示省略されている。   The control unit 32 is constituted by a CPU and an operation program therefor, and performs operation control of each component shown in FIG. An input unit 34 constituted by an operation panel is connected to the control unit 32. The user can use the input unit 34 to perform various input operations such as mode selection and parameter specification. Incidentally, the configuration for performing Doppler processing is omitted in FIG.

図3には、3Dメモリ24上に仮想的に構築される3Dデータ空間36が示されている。この3Dデータ空間36はx軸、y軸及びz軸を有し、各ボクセルデータがそれに対応付けられた三次元座標に格納されている。ここでは、x軸方向のアドレスが0〜lで定義され、y方向のアドレスが0〜mで定義され、z方向のアドレス0〜nで定義されている。   FIG. 3 shows a 3D data space 36 virtually constructed on the 3D memory 24. The 3D data space 36 has an x-axis, a y-axis, and a z-axis, and each voxel data is stored in three-dimensional coordinates associated therewith. Here, addresses in the x-axis direction are defined as 0 to 1, addresses in the y direction are defined as 0 to m, and addresses 0 to n in the z direction are defined.

図4には、図1に示した3Dメモリ24のアドレス構造38が示されており、図示のように各ボクセルデータは一次元のアドレス構造38上に連続的に格納される。ここでDはスライスデータに相当しており、すなわちx座標上の特定のアドレスで定義される1枚のy−z平面に相当するデータである。このようなブロックを単位として3Dメモリ24から内部メモリ28へのデータ転送が行われる。もちろん、複数枚のスライス面を1つのブロックとして、それを単位として転送を行うようにしてもよいし、1.5個のスライス面を1つの転送単位としてもよい。いずれにしても、連続するデータをそのままブロック転送することにより、先頭のアドレスと転送容量(あるいは終了アドレス)を指定するだけで対象となるデータ集合を迅速かつ容易にブロック転送することが可能となる。したがって、従来のようなランダムアクセス方式に比べて、データ転送レートを数倍から数十倍に高速化することも可能である。   FIG. 4 shows the address structure 38 of the 3D memory 24 shown in FIG. 1, and each voxel data is continuously stored on the one-dimensional address structure 38 as shown. Here, D corresponds to slice data, that is, data corresponding to one yz plane defined by a specific address on the x coordinate. Data transfer from the 3D memory 24 to the internal memory 28 is performed in units of such blocks. Of course, a plurality of slice planes may be used as one block, and transfer may be performed as a unit, or 1.5 slice planes may be used as one transfer unit. In any case, by transferring block data as it is, it is possible to quickly and easily block transfer the target data set only by specifying the start address and transfer capacity (or end address). . Therefore, the data transfer rate can be increased from several times to several tens of times as compared with the conventional random access method.

ただし、単にブロック転送を行うと、3Dプロセッサ26内において各レイごとにボリュームレンダリング演算を遂行していくことが困難となる。つまり、場合によっては、そのような演算の進行がかえって阻害されてしまうという問題がある。そこで、本実施形態においては、レイの向きに応じてスライスデータの取り出し方向を選択する方法が採用されている。   However, simply performing block transfer makes it difficult to perform volume rendering operations for each ray in the 3D processor 26. That is, depending on the case, there is a problem that the progress of such calculation is obstructed. Therefore, in the present embodiment, a method of selecting the slice data extraction direction according to the ray direction is employed.

図5には、レイ単位ベクトルVが示されている。このレイ単位ベクトルVは、レイの向きを判定し、また各レイにおいて演算対象となる座標を逐次的に求めるために用いられる。この単位レイベクトルは複数のレイが平行に設定される場合にはそれらについて共通に1つだけ設定され、複数のレイがそれぞれ非平行に設定される場合には、各レイごとに設定される。もちろん、その場合でも、代表として1つの単位レイベクトルを設定してもよい。   FIG. 5 shows a ray unit vector V. This ray unit vector V is used for determining the direction of the ray and sequentially obtaining the coordinates to be calculated in each ray. This unit ray vector is set in common when a plurality of rays are set in parallel, and is set for each ray when the plurality of rays are set non-parallel. Of course, even in that case, one unit ray vector may be set as a representative.

例えば、ある代表レイについて、その向きと同一で単位が1の大きさを持ったベクトルとして、この単位レイベクトルVが定義される。その単位ベクトルの各座標軸上の成分はΔx,Δy,Δzである。   For example, for a representative ray, this unit ray vector V is defined as a vector having the same unit direction and unit size of 1. The components on the coordinate axes of the unit vector are Δx, Δy, and Δz.

図6には、三次元データ空間36に対して複数のレイが設定された状態が示されている。三次元データ空間36は、三次元空間ではあるが、図6においては説明のために平面的に表されている。   FIG. 6 shows a state in which a plurality of rays are set for the three-dimensional data space 36. Although the three-dimensional data space 36 is a three-dimensional space, it is represented in a plan view in FIG. 6 for explanation.

図6に示されるように、複数のレイがx軸及びy軸に対して交差する斜め方向に設定された場合、各レイに注目すると、各レイが最初に三次元データ空間36に進入する座標が図6において黒丸で示されている。各黒丸は同時にボクセルデータに相当するものである。図6に示されるように、各レイの位置に応じて三次元データ空間36に進入する最初の座標はそれぞれ異なっている。例えば、レイL5〜L12までの8つのレイについては進入位置はx座標における原点を横切るy−z面上に存在し、それがボクセルデータe1〜e8で表されている。その一方、レイL1〜L4についてはy方向の終端を横切るx−zに進入しており、その最初の進入位置にあるボクセルデータが図6においてe9〜e12で表されている。ちなみに、スクリーン40上における各座標ごとに1つのレイが対応付けられており、また、図6の例では、各レイは平行であって、便宜上、レイL1上に単位レイベクトルVが表されている。   As shown in FIG. 6, when a plurality of rays are set in an oblique direction intersecting with the x-axis and the y-axis, the coordinates at which each ray first enters the three-dimensional data space 36 when attention is given to each ray. Is indicated by a black circle in FIG. Each black circle corresponds to voxel data at the same time. As shown in FIG. 6, the initial coordinates that enter the three-dimensional data space 36 are different depending on the position of each ray. For example, for the eight rays from the rays L5 to L12, the approach positions exist on the yz plane that crosses the origin in the x coordinate, and are represented by voxel data e1 to e8. On the other hand, the rays L1 to L4 enter xz crossing the end in the y direction, and the voxel data at the first entry position is represented by e9 to e12 in FIG. Incidentally, one ray is associated with each coordinate on the screen 40, and in the example of FIG. 6, each ray is parallel, and for convenience, a unit ray vector V is represented on the ray L1. Yes.

本実施形態の装置においては、三次元データ空間36内に存在する複数のボクセルデータ(つまり、ボリュームデータ)が上述したようにスライスデータを単位として転送されており、そのような転送単位がD1,D2によって表されている。すなわち、x軸上における各座標ごとにx軸に直交する面を転送単位として順次x方向の正方向又は負方向のいずれかに順次転送される。図6に示す例ではx方向における正方向にスライスデータの取り出し方向が定められている。これは、後述するように単位ベクトルVのx軸上の成分Δxが正の符号を有しているためである。   In the apparatus of the present embodiment, a plurality of voxel data (that is, volume data) existing in the three-dimensional data space 36 are transferred in units of slice data as described above, and such transfer unit is D1, It is represented by D2. That is, for each coordinate on the x axis, the plane perpendicular to the x axis is used as a transfer unit, and the data is sequentially transferred in either the positive direction or the negative direction in the x direction. In the example shown in FIG. 6, the slice data extraction direction is defined in the positive direction in the x direction. This is because the component Δx on the x-axis of the unit vector V has a positive sign as will be described later.

本実施形態においては、スライスデータD1が転送されると、レイL5〜L12についてだけ、ボクセルデータe1〜e8を用いてそれぞれのレイについてボクセル演算が実行される。この場合においては、L1〜L4については、ボクセル演算は見送られる。すなわち、それらのレイ上においてはボクセル演算実行可能なボクセルデータが存在していないためである。次に、スライスデータD2が転送されると、レイL5〜L12については再びボクセル演算が実行され、それに加えてレイL4についてもそこで初めてボクセルデータe9を用いてボクセル演算が実行される。以下同様に、スライスデータの転送を行うと、全部のレイの中でボクセル演算実行可能なレイが特定されつつ、そのレイについてだけボクセル演算実行可能な座標までボクセル演算が進行することになる。したがって、転送データに依存して各レイごとにボクセル演算の進行度合いが独立して定まることになる。   In the present embodiment, when slice data D1 is transferred, voxel computation is executed for each ray using voxel data e1 to e8 only for rays L5 to L12. In this case, the voxel calculation is postponed for L1 to L4. That is, there is no voxel data that can be subjected to the voxel operation on those rays. Next, when the slice data D2 is transferred, the voxel operation is executed again for the rays L5 to L12. In addition, the voxel operation is executed for the ray L4 using the voxel data e9 for the first time. Similarly, when slice data is transferred, a ray capable of executing the voxel operation is specified among all the rays, and the voxel operation proceeds to the coordinates where the voxel operation can be executed only for that ray. Accordingly, the progress of the voxel calculation is determined independently for each ray depending on the transfer data.

図7には、上記事項が段階的に示されており、(a),(b),(c),(d),の順で工程が進行する。すなわち、(a)に示されるように最初のデータ転送がなされると、レイL5〜レイL12についてボクセルデータ列E1を用いてボクセル演算が実行され、それ以外のレイL1〜4についてのボクセル演算は見送られる。次にデータ転送が行われると、(b)に示すように今度はボクセルデータ列E2を用いてレイL4〜L12についてボクセル演算が実行される。すなわち、(a)に示した場合に比べてボクセル演算実行可能なレイとしてレイL4が加えられている。   FIG. 7 shows the above items step by step, and the process proceeds in the order of (a), (b), (c), (d). That is, when the first data transfer is performed as shown in (a), the voxel operation is executed for the rays L5 to L12 using the voxel data string E1, and the voxel operations for the other rays L1 to L4 are performed. I will be sent off. Next, when data transfer is performed, as shown in (b), a voxel operation is executed for the rays L4 to L12 using the voxel data string E2. That is, a ray L4 is added as a ray capable of executing the voxel operation compared to the case shown in FIG.

次に、(c)に示されるようにデータ転送が行われると、ボクセルデータ列E3を用いてレイL4〜L12についてボクセル演算が実行され、この段階においては新しくボクセル演算実行可能なレイは加えられていない。そして、(d)に示されるように、更にデータ転送がなされると、ボクセルデータ列E4を用いてレイL3〜L12についてボクセル演算が実行される。そして、このような過程が繰り返されると、最終的に全レイについて必要なボクセル演算をすべて行うことができ、その結果としてスクリーン40上に三次元画像を構築することが可能となる。ちなみに、各レイごとのボクセル演算の終了条件として、例えば、ボクセル演算の対象となる対象座標が三次元データ空間36から外れたこと、出力値が所定値を越えたこと、及び、累積加算した不透明度の値が所定値を越えたことなどが設定されており、そのような終了状況を満たした時点で各レイごとに個別的にボクセル演算が終了する。   Next, when data transfer is performed as shown in (c), a voxel operation is performed on the rays L4 to L12 using the voxel data string E3, and at this stage, a ray that can execute a new voxel operation is added. Not. Then, as shown in (d), when further data transfer is performed, the voxel operation is executed for the rays L3 to L12 using the voxel data string E4. When such a process is repeated, finally all necessary voxel calculations can be performed for all the rays, and as a result, a three-dimensional image can be constructed on the screen 40. By the way, as the termination condition of the voxel calculation for each ray, for example, the target coordinates to be subjected to the voxel calculation are out of the three-dimensional data space 36, the output value exceeds the predetermined value, and the cumulative addition is not performed. It is set that the transparency value has exceeded a predetermined value, and the voxel calculation is individually ended for each ray when the end condition is satisfied.

ちなみに、図7に示した例では、左上から右下の方向に各レイの向きが定められていたが、それとは逆に例えば、右上から左下の方向に各レイの向きが設定されているような場合には、スライスデータはx方向における負方向に順次読み出される。これによって、レイの向きに沿って各レイごとにボクセル演算を適切に進行させることになる。また、各レイの向きが例えばy方向あるいはz方向に一致した場合、1つのスライスデータを転送すると、そのスライスデータを貫通するレイについては全部のボクセル演算が終了することになる。すなわち、本実施形態においては、レイ全体の中でボクセル演算実行可能なレイについてボクセル演算実行可能なところまでボクセル演算を進行させることを条件としており、これによって、転送されたデータにしたがった画像処理が実現されている。   By the way, in the example shown in FIG. 7, the direction of each ray is determined from the upper left to the lower right direction. On the contrary, for example, the direction of each ray seems to be set from the upper right to the lower left direction. In such a case, the slice data is sequentially read in the negative direction in the x direction. Thus, the voxel calculation is appropriately advanced for each ray along the ray direction. Further, when the direction of each ray coincides with, for example, the y direction or the z direction, when one slice data is transferred, all voxel operations are completed for the ray penetrating the slice data. That is, in the present embodiment, it is a condition that the voxel operation is advanced to a place where the voxel operation can be executed for the ray in which the voxel operation can be executed in the entire ray, and thereby the image processing according to the transferred data is performed. Is realized.

ちなみに、レイの向きがy方向あるいはz方向に一致した場合においては、スライスデータの取り出し方向としてx方向において正方向及び負方向のいずれをも指定することも可能である。   Incidentally, when the ray direction coincides with the y direction or the z direction, it is possible to specify either the positive direction or the negative direction in the x direction as the slice data extraction direction.

図8には、複数のレイがy軸に対して微小角度もって交差した状態が示されている。このような場合においても、(a)に示されるように、最初のデータ転送がなされるとボクセルデータ列E1を用いてレイL1についてそれに沿ってボクセル演算が順次進行し、当該レイL1について処理は完了する。そして、次にデータ転送がなされると、ボクセルデータ列e2を用いてレイL2についてボクセル演算が順次実行され、これによって当該レイL2についてのボクセル演算が終了する。これは(c)及び(d)に示す場合においても同様である。すなわち、ボクセルデータ列E3を用いてレイL3についてのボリュームレンダリングが実行され、ボクセルデータ列E4を用いてレイL4についてボリュームレンダリングが実行される。   FIG. 8 shows a state in which a plurality of rays intersect with the y axis at a minute angle. Even in such a case, as shown in (a), when the first data transfer is performed, the voxel calculation sequentially proceeds along the ray L1 using the voxel data string E1, and the processing for the ray L1 is performed. Complete. Then, when data is transferred next time, the voxel operation for the ray L2 is sequentially executed using the voxel data string e2, thereby completing the voxel operation for the ray L2. The same applies to the cases shown in (c) and (d). That is, volume rendering for the ray L3 is executed using the voxel data string E3, and volume rendering is executed for the ray L4 using the voxel data string E4.

したがって、本実施形態によれば、三次元データ空間に対して任意の位置に視点を設定した場合においても、x軸上における正方向または負方向のいずれか適切な方向からスライスデータを読み出せば、各レイについてのボリュームレンダリング演算を適切に行うことが可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, even when the viewpoint is set at an arbitrary position with respect to the three-dimensional data space, if slice data is read from either the positive direction or the negative direction on the x-axis, Thus, the volume rendering operation for each ray can be appropriately performed.

各レイ上における対象座標についてボクセル演算を実行する場合において、その対象座標に該当するボクセルデータが存在しない場合には、その対象座標の近傍に存在する複数のボクセルデータを用いて補間処理により対象座標に相当する補間データを生成し、それを用いてボクセル演算を行うのが望ましい。この場合において、補間演算は、転送されてきたスライスデータ上に存在するボクセルデータを用いてもよいし、X軸上に並ぶ複数のスライスデータを用いて例えば4点補間あるいは16点補間などの処理を用いて補間データを生成するようにしてもよい。また、図8に示したように、対象座標に最も近いボクセルデータを当該対象座標のボクセルデータとして利用するようにしてもよい。これも広義の意味での補間処理である。   When voxel calculation is performed on the target coordinates on each ray and there is no voxel data corresponding to the target coordinates, the target coordinates are interpolated using a plurality of voxel data existing in the vicinity of the target coordinates. It is desirable to generate interpolation data corresponding to the above and perform voxel calculation using the generated interpolation data. In this case, the interpolation calculation may use voxel data existing on the transferred slice data, or a process such as 4-point interpolation or 16-point interpolation using a plurality of slice data arranged on the X axis. Interpolation data may be generated using. Further, as shown in FIG. 8, the voxel data closest to the target coordinate may be used as the voxel data of the target coordinate. This is also an interpolation process in a broad sense.

本実施形態においては、単位レイベクトルによってレイ方向における基本長が定義されており、その基本長が対象座標の間隔すなわちピッチとされている。このような方式によれば、各レイの向きによらずにボクセル演算の回数あるいは密度を均一化することができるので、視点を異ならせた場合において、ボクセル演算のピッチが不定の場合に生ずる画質の相違あるいは画像内容の変化といった問題を未然に防止することが可能となる。この度に、上述した単位レイベクトルの各成分が後述するように用いられている。   In the present embodiment, the basic length in the ray direction is defined by the unit ray vector, and the basic length is set as the interval of the target coordinates, that is, the pitch. According to such a method, the number or density of voxel operations can be made uniform regardless of the direction of each ray, so that the image quality that occurs when the pitch of voxel operations is indefinite when the viewpoints are different. It is possible to prevent problems such as differences in image quality or changes in image content. At this time, each component of the unit ray vector described above is used as described later.

次に、図9〜図11を用いて、図2に示した超音波診断装置の動作、特に3Dプロセッサの動作、について説明する。図9にはメインルーチンが示されており、S101では、図10に示される初期化プロセスが実行される。S102では、単位レイベクトルの成分Δxの符号を用いて、スライスデータの取り出し方向が選択され、すなわちS103のプロセスを実行するか、S104のプロセスを実行するかが選択される。   Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 2, particularly the operation of the 3D processor, will be described with reference to FIGS. FIG. 9 shows the main routine. In S101, the initialization process shown in FIG. 10 is executed. In S102, the slice data extraction direction is selected using the sign of the component ray vector component Δx, that is, whether to execute the process of S103 or the process of S104 is selected.

S103では、x方向における正方向がスライスデータの取り出し方向として指定され、そのデータ転送にしたがった画像処理が実行される。これについては後に図11を用いて詳述する。その一方において、S104においてはx方向における負方向がデータ取り出し方法として指定され、それに基づいた画像処理が実行される。S103のプロセスとS104のプロセスは基本的には同一であるがそこで設定されるパラメータがいくつか異なっている。これについては後に説明する。S105では、上記のいずれかのプロセスによって生成された三次元画像が3Dプロセッサから表示処理部へ転送される。   In S103, the positive direction in the x direction is designated as the extraction direction of slice data, and image processing according to the data transfer is executed. This will be described in detail later with reference to FIG. On the other hand, in S104, the negative direction in the x direction is designated as the data extraction method, and image processing based on that is executed. The process of S103 and the process of S104 are basically the same, but some parameters are set there. This will be described later. In S105, the 3D image generated by any of the above processes is transferred from the 3D processor to the display processing unit.

図10には、図1に示したS101の初期化プロセスがフローチャートとして示されている。   FIG. 10 is a flowchart showing the initialization process of S101 shown in FIG.

まず、S201では、正規化された視線(単位レイ)ベクトルについて各軸ごとの成分すなわち要素Δx,Δy,Δzが演算される。単位レイベクトルはその長さが1で、その向きが視点からスクリーンを見た方向として定義される。S202では、パラメータYに0が代入され、S203ではパラメータXに0が代入される。   First, in S201, components for each axis, that is, elements Δx, Δy, and Δz are calculated for the normalized line-of-sight (unit ray) vector. The unit ray vector has a length of 1 and its direction is defined as the direction of viewing the screen from the viewpoint. In S202, 0 is substituted for the parameter Y, and 0 is substituted for the parameter X in S203.

S204では、スクリーン座標X,Yで特定されるレイについて、それが最初に三次元データ空間と交わる点(xs,ys、zs)が最初のボクセル演算の対象となる対象座標として演算される。そして、S205では、その対象座標が内部メモリ上に構成されるアドレステーブルに格納される。 In S204, for the ray specified by the screen coordinates X and Y, the point (x s , y s , z s ) at which it first intersects with the three-dimensional data space is calculated as the target coordinate to be subjected to the first voxel calculation. The In step S205, the target coordinates are stored in an address table configured on the internal memory.

S206では、パラメータXが1つインクリメントされ、S207では、Xがその最大値を越えたか否かが判断され、越えていなければ、S204からの各工程が実行される。   In S206, the parameter X is incremented by one. In S207, it is determined whether or not X exceeds the maximum value. If not, each process from S204 is executed.

一方、S208では、パラメータYが1つインクリメントされ、S209ではパラメータYがその最大値を越えたか否かが判断され、越えていなければS203からの各工程が繰り返し実行される。すなわち、パラメータX及びYをそれぞれ1つずつ変えながら各レイについて最初の対象座標が演算され、それがアドレステーブルに格納されることになる。   On the other hand, in S208, the parameter Y is incremented by 1, and in S209, it is determined whether or not the parameter Y has exceeded its maximum value. If not, each process from S203 is repeatedly executed. That is, the first target coordinates are calculated for each ray while changing the parameters X and Y one by one, and stored in the address table.

図11には、図9に示したS103のプロセスの具体的な内容がフローチャートとして示されている。   FIG. 11 shows a specific content of the process of S103 shown in FIG. 9 as a flowchart.

S301では、パラメータxに0が代入される(図9に示したS104の場合には、x=xmaxが代入される)。S302では、スライスデータの転送が行われる。すなわち、x,y:0〜ymax,z:0〜zmax,で特定されるボクセルデータが外部メモリから内部メモリへブロック転送される。そのデータ集合は上述したスライスデータを構成するものであり、すなわち実際のメモリ空間上で連続しているデータ集合である。このようなデータ集合を転送単位とすることにより従来のようなランダムアクセスは不要となり、必要なデータを一括して転送できるという利点がある。ちなみに、S301においてパラメータxに0が代入され、後述するようにそのxは1つずつインクリメントされるため、スライスデータはx方向における正方向に順次取り出される。 In S301, 0 is substituted for the parameter x (in the case of S104 shown in FIG. 9, x = xmax is substituted). In S302, slice data is transferred. That is, voxel data specified by x, y: 0 to y max and z: 0 to z max is transferred from the external memory to the internal memory as a block. The data set constitutes the above-described slice data, that is, a data set continuous in an actual memory space. By using such a data set as a transfer unit, the conventional random access becomes unnecessary, and there is an advantage that necessary data can be transferred collectively. Incidentally, 0 is substituted for the parameter x in S301, and x is incremented by 1 as will be described later, so that the slice data is sequentially extracted in the positive direction in the x direction.

S303ではパラメータYに0が代入され、S304ではパラメータXに0が代入される。S305では、X及びYで特定されるレイについて、それについてのボクセル演算が全て完了したレイであるか否かが判断される。YesであればS312からの各工程が実行され、NoであればS306からの各工程が実行される。   In S303, 0 is substituted for the parameter Y, and in S304, 0 is substituted for the parameter X. In S305, it is determined whether or not the ray specified by X and Y is a ray for which all voxel operations have been completed. If Yes, each step from S312 is executed, and if No, each step from S306 is executed.

S306では、アドレステーブルからX及びYで特定されるレイについて対象座標(xp,yp,zp)が読み出される。すなわち、当該レイについて現在演算対象となっている座標が特定される。そして、S307では、xpがxに一致しているか否かが判断され、一致していなければ現在転送されてきたスライスデータ内に演算可能なボクセルデータは存在しないものとして処理がS312へ移行し、一方、一致していればそのスライスデータ内に当該レイについてボクセル演算の対象となるボクセルデータが存在しているものとして処理がS308へ移行する。 In S306, the target coordinates (x p , y p , z p ) are read from the address table for the ray specified by X and Y. That is, the coordinates currently being calculated for the ray are specified. Then, in S307, x p is whether they match the x is determined, the process as voxel data does not exist that can be operational in must match currently transferred come within the slice data is shifted to S312 On the other hand, if they match, the process proceeds to S308 on the assumption that the voxel data to be subjected to the voxel calculation is present in the slice data.

S308では、対象座標によって特定されるボクセルデータを用いて上記の(1)式を実行することにより、出力値が演算される。   In S308, the output value is calculated by executing the above equation (1) using the voxel data specified by the target coordinates.

S309では、上記の演算結果が内部メモリ上のテーブルに保存される。すなわち、上記の(1)式に従えば、当該レイについての演算結果であるCoutXY及びαoutXYが保存される。ちなみに、この段階において例えばオパシティ値の累積加算値が1に到達した場合など所定の終了条件を満たす場合には、処理をS310へ移行させることなくデータの保存前あるいはデータの保存後に処理をS312へ移行させるのが望ましい。 In S309, the calculation result is stored in a table on the internal memory. That is, according to the above equation (1), C outXY and α outXY which are the calculation results for the ray are stored. Incidentally, in this stage, when a predetermined end condition is satisfied, for example, when the accumulated addition value of the opacity value reaches 1, for example, the process proceeds to S312 before the data is stored or after the data is stored without moving the process to S310. It is desirable to migrate.

S310では、当該レイについて対象座標が更新される。すなわち、x座標、y座標及びz座標のそれぞれについてΔx、Δy、Δzが加算され、これによって対象座標が更新される。   In S310, the target coordinates are updated for the ray. That is, Δx, Δy, and Δz are added for each of the x coordinate, the y coordinate, and the z coordinate, thereby updating the target coordinate.

S311においては、そのような更新された対象座標が三次元データ空間(あるいは有効な処理範囲)内にあるか否かが判断され、対象座標が三次元データ空間内に存在すれば処理がS307へ移行し、その一方、対象座標が三次元データ空間内でなければ処理がS312へ移行する。   In S311, it is determined whether or not such updated target coordinates are in the three-dimensional data space (or effective processing range). If the target coordinates are in the three-dimensional data space, the process proceeds to S307. On the other hand, if the target coordinates are not within the three-dimensional data space, the process proceeds to S312.

ここで、S311から処理がS307へ移行した場合において、現在処理対象となっているスライスデータ内に更にボクセル演算実行可能なボクセルデータが存在するならばS308移行の各工程が繰り返し実行されることになる。すなわち、このようなプロセスにより。スライスデータごとにすなわちデータ転送ごとに、ボクセル演算実行可能なレイが判断され、しかもそのレイについてボクセル演算実行可能なところまでボクセル演算を進行させることができる。   Here, when the process proceeds from S311 to S307, if there is further voxel data that can be subjected to voxel calculation in the slice data currently being processed, the processes of S308 are repeatedly performed. Become. That is, by such a process. For each slice data, that is, for each data transfer, a ray capable of executing the voxel operation is determined, and the voxel operation can be advanced to a place where the voxel operation can be performed for the ray.

S312においては、パラメータXが1つインクリメントされ、S313ではそのパラメータXがその最大値を越えたか否かが判断され、越えていなければ処理がS305へ移行し、越えていればS314においてパラメータYが1つインクリメントされ、S315においてパラメータYがその最大値が越えているか否かが判断される。Yがその最大値を超えていなければ処理がS304へ移行し、その一方、越えていれば処理がS316へ移行する。S316では、xが1つインクリメントされ(図9のS104の場合にはx=x−1)、S317においてはそのパラメータxがその最大値を越えたか否かが判断され(図9のS104の場合にはx<0が判断され)、越えていなければ処理がS302へ移行し、越えていれば処理がS318へ移行する。   In S312, the parameter X is incremented by one. In S313, it is determined whether or not the parameter X exceeds the maximum value. If not, the process proceeds to S305. If it exceeds, the parameter Y is set in S314. It is incremented by 1, and it is determined in S315 whether or not the parameter Y exceeds the maximum value. If Y does not exceed the maximum value, the process proceeds to S304. If Y exceeds the maximum value, the process proceeds to S316. In S316, x is incremented by 1 (x = x-1 in the case of S104 in FIG. 9), and in S317, it is determined whether or not the parameter x exceeds the maximum value (in the case of S104 in FIG. 9). X <0 is determined), if not, the process proceeds to S302, and if it exceeds, the process proceeds to S318.

すなわち、スライスデータの転送ごとに、各レイごとにボクセル演算の実行が可能か否かが判断され、それが可能であればボクセル演算が実行可能なところまでボクセル演算が進行する。そして、全てのレイについてそのような検証及び演算が実行された後、処理がS302に戻って次のスライスデータの転送が行われ、これがスライスデータの転送ごとに順次繰り返されることになる。したがって、最初のスライスデータから最後のスライスデータまで転送を完了すると、その結果として全レイについて実行可能な全てのボクセル演算が完結することになる。そこで、S108においては、各レイごとに求められた出力値であるCoutXYを輝度変換して画素値として格納する処理が実行される。 That is, for each transfer of slice data, it is determined whether or not the execution of the voxel operation is possible for each ray, and if it is possible, the voxel operation proceeds to the point where the voxel operation can be executed. Then, after such verification and calculation are performed for all the rays, the process returns to S302 to transfer the next slice data, and this is sequentially repeated for each transfer of slice data. Therefore, when the transfer from the first slice data to the last slice data is completed, all voxel operations that can be executed for all the rays are completed as a result. Therefore, in S108, a process of performing luminance conversion on C outXY , which is an output value obtained for each ray, and storing it as a pixel value is executed.

次に、図12〜図15を用いて上記実施形態の変形例について説明する。   Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to FIGS.

図2には1つの3Dメモリ24及び1つの3Dプロセッサ26が示されていたが、それぞれについては複数個設けることが可能である。すなわち、図12に示されるように、3Dメモリ24に対して複数の3Dプロセッサ26A,26B,26Cを設けるようにしてもよい。それぞれのプロセッサ26A,26B,26Cは複数のレイについてグルーピングされたそれぞれのグループを担当するものである。スライスデータは各プロセッサ26A,26B,26Cに対して並列転送される。   Although one 3D memory 24 and one 3D processor 26 are shown in FIG. 2, a plurality of each may be provided. That is, as shown in FIG. 12, a plurality of 3D processors 26A, 26B, and 26C may be provided for the 3D memory 24. Each processor 26A, 26B, 26C is in charge of each group grouped for a plurality of rays. The slice data is transferred in parallel to each processor 26A, 26B, 26C.

これと同様に、図13に示すような構成を採用することができる。すなわち、3つの3Dメモリ24A,24B,24Cが設けられており、それらについては同じボリュームデータが重複して格納される。また3つの3Dプロセッサ26A,26B,26Cが設けられており、それらは3Dメモリ24A,24B,24Cから出力されたスライスデータにしたがって、自己が担当するグループ内のレイについてボクセル演算を進行させる。   Similarly, a configuration as shown in FIG. 13 can be adopted. That is, three 3D memories 24A, 24B, and 24C are provided, and the same volume data is redundantly stored for them. Three 3D processors 26A, 26B, and 26C are provided, which advance voxel operations for the rays in the group that they are responsible for according to the slice data output from the 3D memories 24A, 24B, and 24C.

図12及び図13に示した構成例によれば、複数の3Dプロセッサを並列動作させて複数のレイについて分担してボクセル演算を進行させることにより画像処理速度をより向上させることが可能となる。この場合において、3Dメモリから3Dプロセッサへのデータ転送はそれぞれの3Dプロセッサについて全く同じ内容とするのが望ましい。   According to the configuration example shown in FIG. 12 and FIG. 13, it is possible to further improve the image processing speed by operating a plurality of 3D processors in parallel and sharing a plurality of rays to advance a voxel operation. In this case, it is desirable that the data transfer from the 3D memory to the 3D processor is exactly the same for each 3D processor.

図14及び図15には複数のレイについてのグルーピング方式が示されており、図14の(a)は1つのレイを単位として所定のシーケンスで複数のレイを3つのグループに配分した方式を示している。例えば互いに並んだ3つのレイについてはそれぞれ画素50,51,52が対応付けられる。このような方法によれば、図15の(a)に示すようなパターンでそれぞれのレイについて画素値を演算することができる。また図14の(b)に示されるようにスクリーン40上におけるラインを単位としてグルーピングを行うようにしてもよい。すなわちライン53,54,55のそれぞれについて担当する3Dプロセッサを割り当てるものである。図15の(d)に示すようなパターンでグルーピングがなされることになる。   14 and 15 show a grouping method for a plurality of rays, and FIG. 14A shows a method in which a plurality of rays are allocated to three groups in a predetermined sequence with one ray as a unit. ing. For example, pixels 50, 51, and 52 are associated with three rays arranged side by side. According to such a method, the pixel value can be calculated for each ray in a pattern as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 14B, grouping may be performed in units of lines on the screen 40. That is, a 3D processor in charge of each of the lines 53, 54, and 55 is assigned. Grouping is performed in a pattern as shown in FIG.

図14の(c)に示す例においては、スクリーン40が複数のエリア56,57,58に区分され、それらのエリアごとに担当する3Dプロセッサが割り当てられる。その結果、図15の(c)に示すようなパターンでグルーピングが行われることになる。   In the example shown in FIG. 14C, the screen 40 is divided into a plurality of areas 56, 57, and 58, and a 3D processor in charge is assigned to each area. As a result, grouping is performed with a pattern as shown in FIG.

以上説明したように、上記実施形態によれば、3Dメモリ上においてメモリアドレスが連続しているデータ集合を単位として3Dプロセッサへの転送を行うことができるので、転送制御が簡便であり、また転送時間を著しく削減することが可能となる。その場合においてはバースト転送方式が採用され、3Dプロセッサ内に存在しているDMAコントローラによりDMA転送を行わせるのが望ましい。ここで、一般に、3Dプロセッサと外部メモリとの間のバスの幅は例えば32bitといったように非常に広い。ボクセルデータが例えば8bitとした場合に、ランダムアクセスによってボクセルデータを読み出そうとすると上記の広いバスを有効活用することができず、1回に8bitしかデータの読み出しを行えない。これに対し、上記実施形態によれば、複数のボクセルデータを並列読み出しをすることも可能であり、例えばバス幅が32bitであれば4つのボクセルデータの並列読み出しを実現でき、バス幅が64bitであれば8つのボクセルデータを並列的に読み出せるという利点がある。このような観点からもデータ転送時間を短縮化できるという利点がある。   As described above, according to the above-described embodiment, transfer to the 3D processor can be performed in units of data sets in which memory addresses are continuous on the 3D memory, so that transfer control is simple and transfer is possible. Time can be significantly reduced. In that case, it is desirable that the burst transfer method is adopted and the DMA transfer is performed by the DMA controller existing in the 3D processor. Here, in general, the width of the bus between the 3D processor and the external memory is very wide, for example, 32 bits. When the voxel data is 8 bits, for example, if the voxel data is read by random access, the above wide bus cannot be used effectively, and the data can be read only 8 bits at a time. On the other hand, according to the above embodiment, it is possible to read a plurality of voxel data in parallel. For example, if the bus width is 32 bits, parallel reading of four voxel data can be realized, and the bus width is 64 bits. If there is, there is an advantage that eight voxel data can be read in parallel. From this point of view, there is an advantage that the data transfer time can be shortened.

ボリュームレンダリングの原理を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the principle of volume rendering. 本実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an overall configuration of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment. 三次元データ空間の構造を概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the structure of three-dimensional data space. 3Dメモリにおけるアドレス構造を示す図である。It is a figure which shows the address structure in 3D memory. 単位レイベクトルを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating a unit ray vector. スライスデータと各レイごとのボクセル演算との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between slice data and the voxel calculation for every ray. 各スライスデータが段階的にボクセル演算で利用される様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed a mode that each slice data was utilized by voxel calculation in steps. 各スライスデータが段階的にボクセル演算で利用される様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed a mode that each slice data was utilized by voxel calculation in steps. 装置の動作例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation example of an apparatus. 図1に示す初期化プロセスの具体的な内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific content of the initialization process shown in FIG. 図9に示すS103のプロセスの具体的な内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific content of the process of S103 shown in FIG. 1つの3Dメモリと3つの3Dプロセッサを設ける場合の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example in the case of providing one 3D memory and three 3D processors. 3つの3Dメモリと3つの3Dプロセッサを設ける場合の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example in the case of providing three 3D memories and three 3D processors. グルーピングを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating grouping. グルーピングを説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating grouping.

符号の説明Explanation of symbols

10 3Dプローブ、12 送受波空間、22 3D変換部、24 3Dメモリ(外部メモリ)、26 3Dプロセッサ、28 内部メモリ、36 三次元データ空間、40 スクリーン。   10 3D probe, 12 transmit / receive space, 22 3D converter, 24 3D memory (external memory), 26 3D processor, 28 internal memory, 36 3D data space, 40 screens.

Claims (12)

生体に対して超音波を送受波し、これにより複数のボクセルデータで構成されるボリュームデータを取り込む送受波手段と、
前記ボリュームデータが格納される三次元データメモリと、
前記ボリュームデータに基づいて三次元画像を形成する三次元画像形成手段と、
前記三次元データメモリから前記三次元画像形成手段へ前記ボリュームデータを転送する手段であって、所定のデータ集合を転送単位としてデータ転送を繰り返し実行するデータ転送手段と、
を含み、
前記三次元画像形成手段は、
前記三次元データ空間に対して複数のレイを設定するレイ設定手段と、
前記データ転送ごとに、前記複数のレイの中でボクセル演算実行可能なレイを判定するレイ判定手段と、
前記データ転送ごとに、前記ボクセル演算実行可能なレイについてボクセル演算実行可能な座標までボクセル演算を進行させるボクセル演算手段と、
を含み、
前記各レイごとの最後のボクセル演算の結果として前記三次元画像が構成され、
前記各レイについてボクセル演算が独立して進行することを特徴とする超音波診断装置。
A transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a living body, thereby capturing volume data composed of a plurality of voxel data;
A three-dimensional data memory in which the volume data is stored;
Three-dimensional image forming means for forming a three-dimensional image based on the volume data;
Means for transferring the volume data from the three-dimensional data memory to the three-dimensional image forming means, wherein the data transfer means repeatedly executes data transfer with a predetermined data set as a transfer unit;
Including
The three-dimensional image forming means includes:
Ray setting means for setting a plurality of rays for the three-dimensional data space;
Ray determination means for determining a ray capable of executing voxel calculation among the plurality of rays for each data transfer;
Voxel computing means for advancing the voxel computation to the coordinates at which the voxel computation can be performed for each data transfer;
Including
The 3D image is constructed as a result of the last voxel operation for each ray,
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein voxel calculation proceeds independently for each ray.
請求項1記載の装置において、
前記所定のデータ集合は、三次元データ空間内において連続性をもった複数のボクセルデータで構成されるスライスデータであり、
前記データ転送手段は、スライスデータの並び順でデータ転送を繰り返し実行することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The predetermined data set is slice data composed of a plurality of voxel data having continuity in a three-dimensional data space,
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the data transfer means repeatedly executes data transfer in the order of slice data.
請求項2記載の装置において、
前記データ転送手段は、前記スライスデータの並び方向における正方向又は負方向を前記スライスデータの取り出し方向として選択する選択手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 2.
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the data transfer unit includes a selection unit that selects a positive direction or a negative direction in the arrangement direction of the slice data as the extraction direction of the slice data.
請求項3記載の装置において、
前記方向選択手段は、前記三次元データ空間に対する視点の位置に応じて前記順方向又は逆方向を選択することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 3.
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the direction selection unit selects the forward direction or the reverse direction according to a position of a viewpoint with respect to the three-dimensional data space.
請求項2記載の装置において、
前記三次元データメモリへの前記ボリュームデータの書き込み時に三次元送受波空間の座標系から前記三次元データ空間の座標系への座標変換を実行する座標変換手段を含み、
前記データ記憶空間は、直交する3つの座標軸を有し、
前記スライスデータは、前記直交する3つの座標軸の内の特定の座標軸に直交する面に相当することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 2.
Coordinate conversion means for executing coordinate conversion from the coordinate system of the three-dimensional transmission / reception space to the coordinate system of the three-dimensional data space when the volume data is written to the three-dimensional data memory;
The data storage space has three orthogonal coordinate axes,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the slice data corresponds to a plane orthogonal to a specific coordinate axis among the three orthogonal coordinate axes.
請求項1記載の装置において、
前記三次元画像形成手段は、前記ボクセル演算で必要なデータを補間処理によって生成するデータ補間手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the three-dimensional image forming means includes data interpolation means for generating data necessary for the voxel calculation by interpolation processing.
請求項1記載の装置において、
前記三次元画像形成手段は、前記各レイごとに単位長さ当たりにおけるボクセル演算回数を均一化する手段を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein the three-dimensional image forming means includes means for equalizing the number of voxel operations per unit length for each ray.
請求項1記載の装置において、
前記三次元画像形成手段は、並列動作する複数の三次元画像形成モジュールを含み、
前記複数のレイが複数のグループに区分され、
前記各三次元画像形成モジュールがそれに対応付けられたグループについてボクセル演算を担当することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 1.
The three-dimensional image forming means includes a plurality of three-dimensional image forming modules operating in parallel,
The plurality of rays are divided into a plurality of groups;
The ultrasonic diagnostic apparatus, wherein each of the three-dimensional image forming modules is in charge of voxel calculation for a group associated therewith.
生体の三次元送受波空間に対して超音波を送受波し、これにより複数のボクセルデータで構成されるボリュームデータを取り込む送受波手段と、
互いに直交する3つの座標軸を有する三次元データ空間を有し、前記ボリュームデータが格納される三次元データメモリと、
前記ボリュームデータに基づいて三次元画像を形成する三次元画像形成手段と、
前記三次元データメモリから前記三次元画像形成手段へ前記ボリュームデータを転送する手段であって、前記三次元データ空間内において前記3つの座標軸における特定の座標軸に直交するスライスデータを転送単位とし、且つ、前記特定の座標軸の方向をスライスデータの取り出し方向として、データ転送を繰り返し実行するデータ転送手段と、
を含み、
前記三次元画像形成手段は、
前記三次元データ空間に対して複数のレイを設定するレイ設定手段と、
前記データ転送されたスライスデータを一時的に格納する内部メモリと、
前記データ転送ごとに、前記内部メモリ上に格納されたスライスデータを用いて、前記複数のレイの中でボクセル演算実行可能なレイについてボクセル演算実行可能な座標までボクセル演算を進行させ、これにより、各レイごとの最後のボクセル演算の結果として前記三次元画像を構成する画素値を求める手段と、
を有することを特徴とする超音波診断装置。
A transmission / reception means for transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a three-dimensional transmission / reception space of a living body, thereby capturing volume data composed of a plurality of voxel data;
A three-dimensional data space having three coordinate axes orthogonal to each other and storing the volume data;
Three-dimensional image forming means for forming a three-dimensional image based on the volume data;
Means for transferring the volume data from the three-dimensional data memory to the three-dimensional image forming means, wherein slice data orthogonal to specific coordinate axes in the three coordinate axes in the three-dimensional data space is a transfer unit; and Data transfer means for repeatedly executing data transfer, with the direction of the specific coordinate axis as the slice data extraction direction;
Including
The three-dimensional image forming means includes:
Ray setting means for setting a plurality of rays for the three-dimensional data space;
An internal memory for temporarily storing the sliced data transferred;
Each time the data is transferred, the slice data stored in the internal memory is used to advance the voxel operation to the coordinates at which the voxel operation can be executed among the plurality of rays up to the coordinates at which the voxel operation can be executed. Means for determining a pixel value constituting the three-dimensional image as a result of the last voxel operation for each ray;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項9記載の装置において、
前記三次元画像形成手段は、更に、
前記各レイごとに、それが前記三次元データ空間に対して最初に通過する点として、前記三次元データ空間における第1軸上の初期座標、第2軸上の初期座標及び第3軸上の初期座標を演算する初期座標演算手段と、
前記第1軸の刻み成分、前記第2軸の刻み成分及び前記第3軸の刻み成分を演算する刻み成分演算手段と、
前記各レイごとに、前記第1軸上の初期座標、前記第2軸上の初期座標及び前記第3軸上の初期座標に対して、それぞれ前記第1軸上の刻み成分、前記第2軸上の刻み成分及び前記第3軸上の刻み成分を累積的に加算することにより、前記各レイ上におけるボクセル演算対象座標を特定する対象座標特定手段と、
前記内部メモリ上に格納されたスライスデータの中から前記ボクセル演算対象座標に該当するボクセルデータを抽出し、あるいは、前記内部メモリ上に格納されたスライスデータを用いて前記ボクセル演算対象座標に該当するボクセルデータを補間演算により生成する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 9.
The three-dimensional image forming means further includes:
For each ray, as the first point it passes through the 3D data space, the initial coordinates on the first axis, the initial coordinates on the second axis and the 3rd axis on the 3D data space. Initial coordinate calculating means for calculating initial coordinates;
A step component calculating means for calculating a step component of the first axis, a step component of the second axis, and a step component of the third axis;
For each ray, for each initial coordinate on the first axis, initial coordinate on the second axis, and initial coordinate on the third axis, the step component on the first axis and the second axis, respectively. Target coordinate specifying means for specifying the voxel calculation target coordinates on each ray by cumulatively adding the step component on the upper axis and the step component on the third axis;
The voxel data corresponding to the voxel calculation target coordinates is extracted from the slice data stored in the internal memory, or the slice data stored in the internal memory is used to correspond to the voxel calculation target coordinates. Means for generating voxel data by interpolation;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項9記載の装置において、
前記三次元データ空間に対して定義される単位レイベクトルについて前記特定の座標軸上の座標成分を求める手段と、
前記特定の座標軸上の座標成分が正である場合に前記特定の座標軸の正方向をスライスデータの取り出し方向として選択し、前記特定の座標軸の座標成分が負である場合に前記特定の座標軸の負方向をスライスデータの取り出し方向として選択する手段と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 9.
Means for obtaining a coordinate component on the specific coordinate axis for a unit ray vector defined for the three-dimensional data space;
When the coordinate component on the specific coordinate axis is positive, the positive direction of the specific coordinate axis is selected as the slice data extraction direction, and when the coordinate component of the specific coordinate axis is negative, the negative direction of the specific coordinate axis is selected. Means for selecting the direction as the extraction direction of slice data;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
複数のボクセルデータで構成されるボリュームデータが格納された三次元データメモリから画像処理プロセッサ内の内部メモリへ前記ボリュームデータを転送する転送工程と、
前記転送されたボリュームデータを用いて、ボリュームレンダリング法に基づいて三次元画像を形成する画像形成工程と、
を含むボリュームデータ処理方法において、
前記転送工程は、前記ボリュームデータを特定の座標軸方向に整列した複数のスライスデータに区分し、前記複数のスライスデータの中から前記所定の座標軸の方向に順番にスライスデータを転送する工程を含み、
前記画像形成工程は、
前記三次元データ空間に対して複数のレイを設定する工程と、
前記データ転送ごとに、前記複数のレイの中でボクセル演算実行可能なレイについてボクセル演算実行可能な座標までボクセル演算を進行させ、これにより、各レイごとの最後のボクセル演算の結果として前記三次元画像を構成する画素値を求める工程と、
を含むことを特徴とするボリュームデータ処理方法。
A transfer step of transferring the volume data from a three-dimensional data memory storing volume data composed of a plurality of voxel data to an internal memory in the image processor;
An image forming step of forming a three-dimensional image based on a volume rendering method using the transferred volume data;
In the volume data processing method including
The transfer step includes a step of dividing the volume data into a plurality of slice data aligned in a specific coordinate axis direction, and sequentially transferring the slice data from the plurality of slice data in the direction of the predetermined coordinate axis,
The image forming step includes
Setting a plurality of rays for the three-dimensional data space;
For each of the data transfers, the voxel operation is advanced to the coordinates at which the voxel operation can be performed among the rays in which the voxel operation can be performed among the plurality of rays, and as a result of the last voxel operation for each ray, the three-dimensional Obtaining pixel values constituting an image;
A volume data processing method comprising:
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