JP2009247693A - 超音波診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レンダリングする一部の条件を変更しても、伴って煩雑で多行程な変更操作手順を踏むことなく、投影領域よりも手前に基準断面をおいた視点でレンダリングするという態様を維持することのできる超音波診断装置を提供する。
【解決手段】投影領域の変更に連動して、基準断面が手前かつ変更後の投影領域がその奥になる位置に視点を変更した上で、変更後の投影領域をレンダリング処理して表示する。また、視点の変更に連動して、基準断面が手前かつ変更後の視点がその奥になる領域に投影領域を変更した上で、投影領域を変更後の視点の方向へ投影するレンダリング処理を行い、モニタに表示する。
【選択図】図６

Description

本発明は、超音波を送受信することで取得したボリュームデータをレンダリング処理して投影画像を生成し、該投影画像を表示する超音波診断装置に関する。

近年、コンピュータの演算処理の急速な向上に伴い、被検体内部を継続的にスキャンすることで得られた４Ｄデータをレンダリングして３次元動画像を生成し、この３次元動画像を基にして診断及び治療が行えるようになってきた。超音波診断装置においても、超音波ビームを被検体内の空間に３次元的に送受信できる２次元アレイ超音波プローブによって４Ｄデータを取得し、レンダリング処理により３次元動画像を生成できる。

レンダリング処理は、レンダリングしようとする領域を視点の方向へ投影処理して立体を表現した投影動画像を作成するものである。一例として、表面表示法や、ボリュームレンダリング法があげられる。ボリュームレンダリング法では、視点から見た領域のボクセルデータをサンプリングし、不透明度に従った光の透過と視点への反射を計算し、陰影付けを行いつつ、投影動画像を生成する。

このレンダリング処理では、視点とレンダリング処理したい領域を適切に特定する必要である。また、超音波を送受信する走査領域を可変にした超音波診断装置では、さらに走査領域を適切に特定する必要がある。

近年のコンピュータの演算処理の急速な向上に伴い、視点の変更、レンダリング処理しようとする領域の変更、及び走査しようとする領域の変更というレンダリング処理態様の変更が容易となってきた。操作者によって視点や領域の変更操作が入力されれば、超音波診断装置は、速やかに再レンダリング処理して画像を表示する。

ただし、これらのレンダリング処理態様の変更操作が可能となったことで、操作者が、視点とレンダリング処理したい領域とを適切に指定しなければ、また、走査する領域と視点とレンダリング処理したい領域とを適切に指定しなければ、所望する基準断面から見た投影動画像は表示できないという問題が生じている。

例えば、基準断面を境に一方側の領域を走査し、基準断面を手前かつ当該一方側の領域を奥側とするように視点を置いて、この一方側の領域をレンダリング処理しているものとする。この状態から、基準断面を超えてその裏側に視点を位置変更した場合、基準断面とは逆の面を表面とした態様でレンダリング処理を行ってしまい、投影画像からは基準断面の様子が観察しづらくなってしまう。

つまり、操作者は、視点の変更操作を行えば、その操作に伴って、基準断面を境に他方側の領域を走査するように変更操作を行い、さらに当該他方側の領域をレンダリング処理するように変更操作を行わなければ、変更された視点から見た基準断面を表面とする投影画像は生成されない。

特開２００４−２７５２２３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レンダリングする一部の条件を変更しても、伴って煩雑で多行程な変更操作手順を踏むことなく、投影領域よりも手前に基準断面をおいた視点でレンダリングするという態様を維持することのできる超音波診断装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、被検体内に超音波を送受信することでボリュームデータを取得し、このボリュームデータに基づき画像を生成する超音波診断装置であって、前記ボリュームデータに基づき、指定又は予め定められた基準断面の断面像を生成する第１の画像生成手段と、前記ボリュームデータに基づき、所定の視点の方向へ所定の投影領域をレンダリング処理することで、投影画像を生成する第２の画像生成手段と、前記第１の画像生成手段で生成された前記断面像と前記第２の画像生成手段で生成された前記投影画像とを表示する表示手段と、前記投影領域の変更が入力される操作手段と、を備え、前記第２の画像生成手段は、前記操作手段による前記投影領域の変更に連動して、前記基準断面が手前かつ前記変更後の投影領域が奥になる位置に前記視点を変更した上で、前記変更後の投影領域をレンダリング処理すること、を特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の第２の態様は、被検体内に超音波を送受信することでボリュームデータを取得し、このボリュームデータに基づき画像を生成する超音波診断装置であって、前記ボリュームデータに基づき、指定又は予め定められた基準断面の断面像を生成する第１の画像生成手段と、前記ボリュームデータに基づき、所定の視点の方向へ所定の投影領域をレンダリング処理することで、投影画像を生成する第２の画像生成手段と、前記第１の画像生成手段で生成された前記断面像と前記第２の画像生成手段で生成された前記投影画像とを表示する表示手段と、前記視点の変更が入力される操作手段と、を備え、前記第２の画像生成手段は、前記操作手段による前記視点の変更に連動して、前記基準断面が手前かつ前記変更後の視点がその奥に位置する前記投影領域を変更した上で、当該投影領域を前記変更後の視点の方向へ投影するレンダリング処理を行うこと、を特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、被検体内に超音波を送受信することで走査領域のボリュームデータを取得し、このボリュームデータに基づき走査領域の画像を生成する超音波診断装置であって、前記ボリュームデータに基づき、指定又は予め定められた基準断面の断面像を生成する第１の画像生成手段と、前記ボリュームデータに基づき、所定の視点の方向へ前記走査領域をレンダリング処理することで、投影画像を生成する第２の画像生成手段と、前記第１の画像生成手段で生成された前記断面像と前記第２の画像生成手段で生成された前記投影画像とを表示する表示手段と、前記走査領域の変更が入力される操作手段と、を備え、前記第２の画像生成手段は、前記操作手段による前記走査領域の変更に連動して、前記基準断面が手前かつ前記変更後の走査領域が奥になる位置に前記視点を変更した上で、前記変更後の走査領域をレンダリング処理すること、を特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の第４の態様は、被検体内に超音波を送受信することで走査領域のボリュームデータを取得し、このボリュームデータに基づき走査領域の画像を生成する超音波診断装置であって、前記走査領域に対する超音波の送受信を制御する送信制御手段と、前記ボリュームデータに基づき、指定又は予め定められた基準断面の断面像を生成する第１の画像生成手段と、前記ボリュームデータに基づき、所定の視点の方向へ前記走査領域をレンダリング処理することで、投影画像を生成する第２の画像生成手段と、前記第１の画像生成手段で生成された前記断面像と前記第２の画像生成手段で生成された前記投影画像とを表示する表示手段と、前記視点の変更が入力される操作手段と、を備え、前記送信制御手段は、前記操作手段による前記視点の変更に連動して、前記基準断面が手前かつ前記変更後の視点がその奥に位置する領域に前記走査領域を変更させ、前記第２の画像生成手段は、前記操作手段による前記視点の変更に連動して、前記変更後の視点の方向へ前記走査領域を投影するレンダリング処理を行うこと、を特徴とする。

前記第２の画像生成手段は、前記視点を前記ボリュームデータのモデリング座標系における深さ方向の軸周りに変更するようにしてもよい（請求項５記載の発明に相当）。

前記操作手段は、前記ボリュームデータのモデリング座標系における深さ方向の軸周りに対する前記視点の変更が入力されるようにしてもよい（請求項６記載の発明に相当）。

前記第２の画像生成手段は、前記操作手段による変更によって前記基準断面を超えて前記投影領域が変更されたときに、前記視点を変更するようにしてもよい（請求項７記載の発明に相当）。

前記第２の画像生成手段は、前記操作手段による変更によって前記基準断面を超えて前記視点が変更されたときに、前記投影領域を変更するようにしてもよい（請求項８記載の発明に相当）。

前記第２の画像生成手段は、前記投影領域を示す情報と、前記基準断面が手前かつ前記投影領域が奥になる前記視点の範囲情報とを関連づけて記憶しているようにしてもよい（請求項９記載の発明に相当）。

前記第２の画像生成手段は、前記走査領域を示す情報と、前記基準断面が手前かつ前記走査領域が奥になる前記視点の範囲情報と、投影する領域を示す情報とを関連づけて記憶しているようにしてもよい（請求項１０記載の発明に相当）。

本発明の第１及び第２の態様によれば、投影領域の変更に連動して、基準断面が手前かつ変更後の投影領域がその奥になる位置に視点を変更した上で、変更後の投影領域をレンダリング処理して表示する。また、視点の変更に連動して、基準断面が手前かつ変更後の視点がその奥になる領域に投影領域を変更した上で、投影領域を変更後の視点の方向へ投影するレンダリング処理を行う。

これにより、視点の調整操作の後、投影領域の調整操作を行う、またはその逆という煩雑で多行程な変更操作手順を踏まずとも、投影領域よりも手前に基準断面をおいた視点でレンダリングするという態様を維持することができるため、立体的構造の把握が容易となり、被検体内の観察作業の効率が向上する。

本発明の第３及び第４の態様によれば、超走査領域の変更に連動して、基準断面が手前かつ変更後の投影領域がその奥になる位置に視点を変更した上で、変更後の投影領域をレンダリング処理して表示する。また視点の変更に連動して、基準断面が手前かつ変更後の視点がその奥になる領域に走査領域を変更した上で、当該走査領域を変更後の視点の方向へ投影するレンダリング処理を行う。

これにより、走査領域を変更操作をした後、視点の位置調整操作と投影領域の変更操作を行う、または視点を変更した後、走査領域と投影領域の変更走査を行うという、煩雑で多行程な変更操作手順を踏まずとも、投影領域よりも手前に基準断面をおいた視点でレンダリングするという態様を維持することができるため、立体的構造の把握が容易となり、被検体内の観察作業の効率が向上する。

以下、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す構成図である。図２は、超音波プローブが備える圧電素子を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態の超音波診断装置１は、３次元スキャンが可能な超音波プローブ２と接続されている。この超音波診断装置１は、超音波プローブ２に被検体の体内に向けて超音波を送受信させ、受信した超音波から被検体内の画像を生成し、この画像を視認可能にモニタ７に表示させる。特にこの超音波診断装置１は、被検体内に３次元的に超音波を送受信させ、ボリュームデータを時系列上連続して生成し、３次元動画像を表示する。

図２に示すように、超音波プローブ２は、２次元状に複数の圧電素子２ａを配列させて構成される。圧電素子２ａは、チタン酸ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ_３、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、又はチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）等のセラミック材料で組成されている。

圧電素子２ａは、音響／電気可逆的変換素子であり、パルス信号が印加されると超音波を発振し、超音波を受波するとその超音波の強度に応じてエコー信号を出力する。エコー信号を超音波診断装置１で処理することによって被検体内の画像が可視化される。２次元状に複数の圧電素子２ａを配列させた超音波プローブ２は、３次元的に超音波を送受信し、超音波プローブ２の表面から放射状に拡がるボリュームデータをエコー信号として受信する。

超音波診断装置１は、送信部３と受信部４と信号処理部５と画像生成部６とモニタ７とコントローラ８と操作卓１２とを備える。送信部３と受信部４とが超音波プローブ２に接続される。画像生成部６は、座標変換部６１と断面画像生成部６２と投影画像生成部６３とを備える。

送信部３は、パルス信号を発生し、圧電素子２ａに対してパルス信号を印加することによって超音波による走査領域を制御する送信制御手段である。この送信部３は、パルス発生器１１と遅延回路１０と高出力回路９とを備えている。

パルス発生器１１は、パルス信号を発生する回路である。内部に基本信号を発生するクロック生成器を有し、基本信号の周波数を基に、予め設定された周波数データが表す周波数のパルス信号を出力する。遅延回路１０は、パルス発生器１１が発生させたパルス信号を圧電素子２ａ毎に遅延させる回路である。予め設定された遅延データを基に遅延を発生させる。例えば、片側に配列されている圧電素子２ａに対して多くの遅延をかければ、他方の側で超音波ビームが集束する。即ち、このパルス発生器１１による遅延シークエンスによって主走査方向の走査範囲で超音波ビームが揺動する。高出力回路９は、遅延がかけられたパルス信号を高電圧に変換し、圧電素子２ａに印加する。副走査方向の走査範囲は、印加する圧電素子２ａの列を変える。

受信部４は、超音波プローブ２から走査領域内の各焦点のエコー信号を受信する。この受信部４では、エコー信号を増幅し、デジタル信号に変換する。さらに、各圧電素子２ａから出力されたエコー信号に受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与え整相加算し、受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調された単一のエコー信号を生成する。受信部４は、処理後のエコー信号を信号処理部５へ出力する。

信号処理部５は、走査領域内の各焦点に対するエコー信号の振幅情報の映像化を行い、それらをまとめてＢモードのボリュームデータを生成する。ボリュームデータは、走査領域内の各焦点に対するエコー信号の集まりである。具体的には、受信部４から出力されたエコー信号に対してバンドパスフィルタ処理を行い、その後、出力信号の包絡線を検波する。検波したデータに対して対数変換により圧縮処理を施す。

画像生成部６は、ボリュームデータをＭＰＲ処理して断面画像を生成し、またボリュームデータをレンダリング処理して投影画像を生成する。図３は、画像生成部６の画像生成態様を示す模式図である。

座標変換部６１は、デジタルスキャンコンバータであり、ボリュームデータを直交座標で表されるワールド座標系（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）及び視点座標系（Ｘｖ，Ｙｖ，Ｚｖ）にモデリング変換する。ワールド座標系は、３次元空間全体を定義する座標系である。視点座標系は、視点Ｖｐを原点とし、視点Ｖｐが覗く方向をＺ軸とするレンダリング処理のための座標系である。視点座標系は、ワールド座標系との位置関係が定義されている。

視点Ｖｐが操作卓１２を用いて変更され、または連動して視点Ｖｐが変更された場合には、座標変換部６１は、変更された視点座標系とワールド座標系との関係をモデリング変換によって再定義する。

ボリュームデータは、超音波プローブ２の位置と焦点との距離と、圧電素子２ａの２次元配列の重心から深さ方向に延びる軸Ａｘと重心から焦点に延びる線との主走査方向のなす角度と、圧電素子２ａの２次元配列の重心から深さ方向に延びる軸Ａｘと重心から焦点に延びる線との副走査方向のなす角度とで表されるローカル座標系で得られる。座標変換部６１は、このローカル座標系で得られるボリュームデータを、ワールド座標系（Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗ）にモデリング変換する。さらに、ワールド座標系のボリュームデータを視点座標系にモデリング変換する。

断面画像生成部６２は、ボリュームデータの基準断面ＳをＭＰＲ処理により断面変換して断面動画像（以下、Ｓ断面動画像Ｄｓという）をワールド座標系で生成する第１の画像生成手段である。基準断面Ｓは、予め定められる。例えば、基準断面Ｓは、圧電素子２ａの２次元配列の重心から深さ方向に延びる軸Ａｘを含む主走査方向の平面である。断面画像生成部６２は、この平面に並ぶボクセルのボクセル値を２次元状に並べたＳ断面動画像Ｄｓのフレームデータを、順次生成されるボリュームデータごとに順次生成する。

投影画像生成部６３は、ボリュームデータで表される空間のうちの予め区分けされた領域Ａ又はＢを投影領域としてレンダリング処理により投影変換して、投影画像（以下、Ｓ側投影動画像Ｄｐという）を視点座標系で生成する第２の画像生成手段である。領域は、基準断面Ｓで区分けされている。

投影画像生成部６３によるレンダリング処理は、例えばボリュームレンダリング処理である。ボリュームレンダリング処理は、いわゆる透過投影変換処理であり、不透明度に従った光の透過と視点Ｖｐへの反射を計算し、陰影付けを行いつつ、Ｓ側投影動画像Ｄｐのフレームデータを順次生成する手法である。即ち、視点Ｖｐに近い側がよりＳ側投影動画像Ｄｐに反映される。

レンダリング処理する際の視点Ｖｐと投影領域は、基準断面Ｓとレンダリング処理する領域Ａ又はＢとの位置関係に応じて決定される。具体的には、投影画像生成部６３は、視点Ｖｐから見て、基準断面Ｓが手前で、その奥に位置する領域Ａ又はＢを投影領域とする。または、投影画像生成部６３は、投影領域から見て、基準断面Ｓが手前で、その奥に視点Ｖｐを置く。即ち、Ｓ側投影動画像Ｄｐには、基準断面Ｓ側がより強く反映されるようにレンダリング処理がなされる。

例えば、基準断面Ｓを挟んで一方が領域Ａ、他方が領域Ｂとし、領域Ａ側に視点Ｖｐが設定されていると、視点Ｖｐから見て基準断面Ｓの奥である領域Ｂが投影領域となる。投影画像生成部６３は、視点Ｖｐと基準断面Ｓのワールド座標系における位置関係によって視点Ｖｐまたは投影領域を決定する。

ボリュームデータがワールド座標系の原点を含まない位置に配されるものとすると、視点Ｖｐが基準断面Ｓよりもワールド座標系の原点側であれば、基準断面Ｓよりもワールド座標系で奥にある領域を投影領域とする。基準断面Ｓが視点Ｖｐよりもワールド座標系の原点側であれば、基準断面Ｓよりもワールド座標系で原点側にある領域を投影領域とする。

基準断面Ｓよりもワールド座標系で原点側にある領域が投影領域であれば、基準断面Ｓよりもワールド座標系で奥側に視点Ｖｐを置く。基準断面Ｓよりもワールド座標系で奥側にある領域が投影領域であれば、基準断面Ｓよりもワールド座標系で原点側に視点Ｖｐを置く。視点Ｖｐの変更では、圧電素子２ａの２次元配列の重心から深さ方向に延びる軸Ａｘを中心に線対称で移動させる。

尚、断面画像生成部６２は、基準断面Ｓと直交し、かつ圧電素子２ａの２次元配列の重心から深さ方向に延びる軸Ａｘに沿った平面のうち、投影領域と交差する断面についてもＭＰＲ処理により断面変換して断面画像（以下、Ｔ断面動画像Ｄｔという）を生成する。

コントローラ８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含み構成され、操作卓１２の操作に応じて、遅延回路１０、画像生成部６、及びモニタ７を制御する。操作卓１２は、キーボードやトラックボールであり、視点Ｖｐの回転、または投影領域の変更の入力が可能な操作手段である。モニタ７は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等のディスプレイであり、画像生成部６で生成された断面画像及び投影画像を表示する。

図４は、断層画像と投影画像とを表示する表示画面を示す模式図である。

モニタ７には、画像生成部６で生成されたＳ断面動画像ＤｓとＴ断面動画像ＤｔとＳ側投影動画像Ｄｐが表示される。画面には、さらに超音波プローブ２による走査が可能な範囲を示す走査可能範囲フレーム７１とカーソル７２が表示されている。

走査可能範囲フレーム７１には、超音波プローブ２のプローブオブジェクト７３と、Ｓ断面動画像Ｄｓを示すＳ断面フレーム７４と、Ｔ断面動画像Ｄｔを示すＴ断面フレーム７５と、視点Ｖｐの視点オブジェクト７６によって、超音波プローブ２とＳ断面動画像ＤｓとＴ断面動画像ＤｔとＳ側投影動画像Ｄｐと視点Ｖｐとの位置関係が表示されている。Ｔ断面フレーム７５を含む領域がＳ側投影動画像Ｄｐとして投影される投影領域である。

図５は、操作卓１２を示す模式図である。

操作卓１２には、トラックボール１２１とつまみ１２２が取り付けられた操作手段である。トラックボール１２１を回転させると、コントローラ８は、モニタ７に表示されているカーソル７２を移動させる。

カーソル７２を視点オブジェクト７６に合わせ、トラックボール１２１を押したまま回転させると、コントローラ８は、視点オブジェクト７６の表示位置を変更させる。コントローラ８は、視点オブジェクト７６を、圧電素子２ａの２次元配列の重心から深さ方向に延びるモデリング座標系の軸Ａｘを中心に軸回転または軸方向に移動するように表示位置を変更させる。

また、つまみ１２２は、投影領域を変更させるためのスイッチである。つまみ１２２は、例えば、基準断面Ｓを挟んで並ぶ領域Ａと領域Ｂのいずれかを選択するポジションに切り替え可能となっている。つまみ１２２を領域Ａ側に切り替えると、コントローラ８は、Ｔ断面フレーム７５を領域Ａを横断するように表示させる。つまみ１２２を領域Ｂ側に切り替えると、コントローラ８は、Ｔ断面フレーム７５を領域Ｂを横断するように表示させる。

また、コントローラ８は、視点Ｖｐの変更後の位置座標をワールド座標系で示す信号や、切り替え後の投影領域を示す信号を、画像生成部６に出力する。

図６は、画像生成部６による、視点Ｖｐの変更操作、または投影領域の切り替え操作に伴う画像再生成態様を示す模式図である。

視点Ｖｐの位置が変更されると、投影画像生成部６３は、視点Ｖｐから見て基準断面Ｓよりも奥に存在する領域Ａ又はＢを投影領域としてＳ側投影動画像Ｄｐを生成する。即ち、変更後の視点Ｖｐから見て基準断面Ｓよりも奥に存在する領域Ａ又はＢのボクセルデータ群をサンプリングし、不透明度に従った光の透過と変更後の視点Ｖｐへの反射を計算し、陰影付けを行いつつ、Ｓ側投影動画像Ｄｐのフレームデータを順次生成する。

詳しくは、視点Ｖｐと基準断面Ｓとのワールド座標系における位置関係を比較し、視点Ｖｐが基準断面Ｓよりもワールド座標系において原点側に位置すれば、基準断面Ｓよりも奥に存在する領域Ｂを投影領域としてＳ側投影動画像Ｄｐを生成する。また、視点Ｖｐが基準断面Ｓよりもワールド座標系において奥側に位置すれば、基準断面Ｓよりも原点側に存在する領域Ａを投影領域としてＳ側投影動画像Ｄｐを生成する。

尚、ボリュームデータは、予め定められたワールド座標系の固定位置としてモデリング変換される。従って、投影画像生成部６３は、予め、視点Ｖｐのワールド座標系の範囲情報と投影領域とする領域のワールド座標系における座標範囲とを組み合わせて記憶しておき、変更後の視点Ｖｐが属する範囲と組み合わせられている座標範囲のボクセルデータ群をサンプリングしてレンダリング処理してもよい。

また、投影領域が切り替えられると、視点Ｖｐから見て基準断面Ｓよりも奥にその投影領域が存在するように視点Ｖｐを移動させ、Ｓ側投影動画像Ｄｐを生成する。即ち、座標変換後の原点、換言すると変更後の視点Ｖｐから見て基準断面Ｓよりも奥に存在する領域Ａ又はＢのボクセルデータ群をサンプリングし、不透明度に従った光の透過と変更後の視点Ｖｐへの反射を計算し、陰影付けを行いつつ、Ｓ側投影動画像Ｄｐのフレームデータを順次生成する。

詳しくは、投影領域と視点Ｖｐとのワールド座標系における位置関係を比較する。比較の結果、視点Ｖｐと投影領域とが基準断面Ｓに対して同一側であれば、座標変換部６１が、圧電素子２ａの２次元配列の重心から深さ方向に延びる軸Ａｘを中心に線対称に視点Ｖｐの位置を変更した上で、投影画像生成部６３が投影領域を変更後の視点Ｖｐ側からレンダリング処理する。

尚、ボリュームデータは、予め定められたワールド座標系の固定位置としてモデリング変換される。従って、投影画像生成部６３は、予め、視点Ｖｐのワールド座標系の範囲情報と、投影領域とする領域のワールド座標系における座標範囲との組み合わせを、つまみ１２２のスイッチに対応づけておき、切り替え後の座標範囲のボクセルデータ群をサンプリングしてレンダリング処理してもよい。

このように、画像生成部６は、視点Ｖｐが変更されると、連動してレンダリング処理する投影領域を変更した上で再レンダリングする。また、画像生成部６は、投影領域が変更されると、連動して視点Ｖｐを変更した上で再レンダリングする。即ち、常に基準断面Ｓを視点Ｖｐの手前にしてレンダリング処理を行うために、視点Ｖｐが基準断面Ｓを超えて変更されれば、連動して投影領域を変更した上でレンダリング処理し、投影領域が基準断面Ｓを超えて変更されれば、連動して視点Ｖｐを変更した上でレンダリング処理する。

図７は、このような視点Ｖｐと投影領域を連動して変更して再レンダリングする超音波診断装置１の動作を示すフローチャートである。

操作卓１２のトラックボール１２１を操作して視点オブジェクト７６の表示位置を移動させると（Ｓ０１，Ｙｅｓ）、投影画像生成部６３は、視点Ｖｐから見て基準断面Ｓよりも奥に存在する領域Ａ又はＢを投影領域としてＳ側投影動画像Ｄｐのフレームデータを順次生成する（Ｓ０２）。

また、操作卓１２のつまみ１２２を操作して投影領域を切り替えると（Ｓ０３，Ｙｅｓ）、座標変換部６１は、切り替え後の投影領域が基準断面Ｓの奥になるように視点Ｖｐを軸Ａｘを中心に線対称移動させ（Ｓ０４）、投影画像生成部６３は、変更後の視点Ｖｐの方向に切り替え後の投影領域を投影させてＳ側投影動画像Ｄｐのフレームデータを順次生成する（Ｓ０５）。

Ｓ０２及びＳ０５のＳ側投影動画像Ｄｐの生成に平行して、断面画像生成部６２は、Ｓ断面動画像ＤｓとＴ断面動画像Ｄｔのフレームデータを順次生成する（Ｓ０６）。そして、コントローラ８は、生成されたＳ側投影動画像Ｄｐ、Ｓ断面動画像Ｄｓ、及びＴ断面動画像Ｄｔをモニタ７に表示させる（Ｓ０７）。

上述の超音波診断装置１では、走査可能範囲の全てを走査することを前提に説明した。このほか、走査可能範囲のうちの一部を走査領域として超音波を送受信してもよく、この走査領域を切り替え可能とし、この切り替えに連動して投影領域及び視点Ｖｐを変更するようにしてもよい。

以下、この走査可能範囲のうちの一部を走査領域として切り替え可能とする超音波診断装置１について説明する。

つまみ１２２は、走査領域を変更させるためのスイッチである。つまみ１２２は、例えば、基準断面Ｓを挟んで並ぶ領域Ａと領域Ｂのいずれかを選択するポジションに切り替え可能となっている。

つまみ１２２を領域Ａ側に切り替えると、コントローラ８は、領域Ａを走査させる遅延データを送信部３に送信するとともに、Ｔ断面フレーム７５を領域Ａを横断するように表示させ、さらに切り替え後の投影領域を示す信号を画像生成部６に出力する。つまみ１２２を領域Ｂ側に切り替えると、コントローラ８は、領域Ｂを走査させる遅延データを送信部３に送信するとともに、Ｔ断面フレーム７５を領域Ｂを横断するように表示させ、さらに切り替え後の投影領域を示す信号を画像生成部６に出力する。

トラックボール１２１は、視点Ｖｐを変更させるための操作手段である。カーソル７２を視点オブジェクト７６に合わせ、トラックボール１２１を押したまま回転させると、コントローラ８は、視点オブジェクト７６の表示位置を軸Ａｘを基準に変更させる。

さらに、コントローラ８は、変更後の視点Ｖｐと走査可能範囲とワールド座標系における位置関係から、視点Ｖｐの手前に基準断面Ｓが位置する関係を有する領域が領域ＡかＢかを判断し、該当の領域に対応する遅延データを送信部３に送信する。この判断は、投影画像生成部６３の処理と同一であり、構成上共通プログラムもしくは共通回路を用いてもよい。

送信部３において、パルス発生器１１は、与えられた遅延データに従って遅延を発生させることで、走査領域を切り替え後の領域に変更し、または走査領域を視点Ｖｐの変更に連動して視点Ｖｐの手前に基準断面Ｓが位置する関係を有する領域に変更する。

画像生成部６は、切り替えられた走査領域、または変更後の視点Ｖｐと走査可能範囲とワールド座標系における位置関係から視点Ｖｐの手前に基準断面Ｓが位置する関係を有すると判断された走査領域を、視点Ｖｐの方向に投影するレンダリング処理をしてＳ側投影動画像Ｄｐを生成する。

尚、予め、走査領域を示す遅延データと、視点Ｖｐのワールド座標系の範囲情報と、投影領域とする領域のワールド座標系における座標範囲との組み合わせを、つまみ１２２のスイッチに対応づけておいてもよい。

図８は、走査可能範囲のうちの一部を走査領域として切り替え可能とする超音波診断装置１において、走査領域の変更及び再レンダリング処理する動作を示すフローチャートである。

操作卓１２のトラックボール１２１を操作して視点オブジェクト７６の表示位置を移動させると（Ｓ１１，Ｙｅｓ）、コントローラ８は、視点Ｖｐから見て基準断面Ｓよりも奥に存在する領域Ａ又はＢを走査領域とする遅延データを送信部３に送信し、この走査領域に超音波を送受信させる（Ｓ１２）。投影画像生成部６３は、視点Ｖｐから見て基準断面Ｓよりも奥に存在する領域Ａ又はＢを投影領域としてＳ側投影動画像Ｄｐのフレームデータを順次生成する（Ｓ１３）。

また、操作卓１２のつまみ１２２を操作して走査領域を切り替えると（Ｓ１４，Ｙｅｓ）、コントローラ８は、つまみ１２２の位置に対応する遅延データを送信部３に送信し、この走査領域に超音波を送受信させる（Ｓ１５）。座標変換部６１は、切り替え後の走査領域が基準断面Ｓの奥になるように視点Ｖｐを軸Ａｘを中心に線対称移動させ（Ｓ１６）、投影画像生成部６３は、変更後の視点Ｖｐの方向に切り替え後の投影領域を投影させてＳ側投影動画像Ｄｐのフレームデータを順次生成する（Ｓ１７）。

Ｓ１３及びＳ１７のＳ側投影動画像Ｄｐの生成に平行して、断面画像生成部６２は、Ｓ断面動画像ＤｓとＴ断面動画像Ｄｔのフレームデータを順次生成する（Ｓ１８）。そして、コントローラ８は、生成されたＳ側投影動画像Ｄｐ、Ｓ断面動画像Ｄｓ、及びＴ断面動画像Ｄｔをモニタ７に表示させる（Ｓ１９）。

上記実施形態では、変更される走査領域又は投影領域の区分を領域Ａ及び領域Ｂとしたが、これに限らず、つまみ１２２の位置に応じてさらに多くの領域で区分してもよい。図９は、走査領域又は投影領域の区分の一例を示す副走査方向から見た模式図である。

図９に示すように、例えば、走査領域又は投影領域は、重複領域を含む５つに領域Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇに区分され、それぞれがつまみ１２２の位置と対応づけられている。各領域Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇにおいては、それぞれ基準断面Ｓが予め定められている。領域Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｇは、軸Ａｘを含まない領域であり、基準断面Ｓは、軸Ａｘよりの領域の境界面に定められている。領域Ｅは、軸Ａｘを含む領域であり、基準断面Ｓは、この領域の中心、換言すると軸Ａｘを含む平面である。

また、各領域Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇにおいては、それぞれ基準断面Ｓが手前で領域Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇが奥となる視点Ｖｐが予め定められている。

即ち、コントローラ８は、領域Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇを走査する遅延データを予め記憶しており、つまみ１２２の位置に対応して領域Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇのいずれかの遅延データを送信部３に出力する。断面画像生成部６２は、つまみ１２２の位置に対応づけて予め基準断面Ｓの位置を示す情報を記憶している。また、投影画像生成部６３は、つまみ１２２の位置に対応して視点Ｖｐの位置情報を記憶している。

例えば、図９に示すように、領域ＥからＦ、Ｇ、Ｆ、Ｅ、Ｄ、Ｃ、Ｄ、Ｅと順に走査領域または投影領域が切り替えられたものとする。この場合、領域Ｆ、Ｇ、Ｆ、Ｅまでは、視点Ｖｐを同一の方向に置いてレンダリング処理する。そして、領域Ｄに切り替えられたとき、視点Ｖｐを軸Ａｘを中心に線対称に移動させて逆側に向けてレンダリング処理を行う。さらに領域ＤからＣ、Ｄ、Ｅと変更する間は、逆側に向けた視点Ｖｐを変更することなくレンダリング処理する。

以上のように、超音波診断装置１では、投影領域の変更に連動して、基準断面Ｓが手前かつ変更後の投影領域がその奥になる位置に視点Ｖｐを変更した上で、変更後の投影領域をレンダリング処理して表示する。また、超音波診断装置１では、視点Ｖｐの変更に連動して、基準断面Ｓが手前かつ変更後の視点Ｖｐがその奥になる領域Ａ又はＢに投影領域を変更した上で、投影領域を変更後の視点Ｖｐの方向へ投影するレンダリング処理を行い、モニタ７に表示する。

これにより、視点Ｖｐの調整操作の後、投影領域の調整操作を行う、またはその逆という煩雑で多行程な変更操作手順を踏まずとも、投影領域よりも手前に基準断面Ｓをおいた視点Ｖｐでレンダリングするという態様を維持することができるため、立体的構造の把握が容易となり、被検体内の観察作業の効率が向上する。

なお、投影領域の変更に連動した視点Ｖｐの変更は、ボリュームデータのローカル座標系における深さ方向の軸Ａｘ周りに変更する。または視点Ｖｐの変更操作では、変更の範囲を軸Ａｘ周りに規制する。

これにより、投影領域が変更されても、観察しようとする投影領域のチルトが上側から下側又は下側から上側というように変化してしまうことがない。

また、超音波診断装置１では、走査領域の変更に連動して、基準断面Ｓが手前かつ変更後の投影領域がその奥になる位置に視点Ｖｐを変更した上で、変更後の投影領域をレンダリング処理して表示する。また、超音波診断装置１では、視点Ｖｐの変更に連動して、基準断面Ｓが手前かつ変更後の視点Ｖｐがその奥になる領域Ａ又はＢに走査領域を変更した上で、当該走査領域を変更後の視点Ｖｐの方向へ投影するレンダリング処理を行い、モニタ７に表示する。

これにより、走査領域を変更操作をした後、視点Ｖｐの位置調整操作と投影領域の変更操作を行う、または視点Ｖｐを変更した後、走査領域と投影領域の変更走査を行うという、煩雑で多行程な変更操作手順を踏まずとも、投影領域よりも手前に基準断面Ｓをおいた視点Ｖｐでレンダリングするという態様を維持することができるため、立体的構造の把握が容易となり、被検体内の観察作業の効率が向上する。

尚、上記実施形態では、予め基準断面Ｓを定められた位置としたが、このほか、操作卓１２による操作によって任意の断面を基準断面Ｓとして指定してもよい。断面画像生成部６２は、指定された断面をＭＰＲ処理してＳ断面動画像Ｄｓを生成する。投影画像生成部６３は、視点Ｖｐの手前に指定された基準断面Ｓを置き、その奥に存在する領域を投影領域としてＳ側投影動画像Ｄｐを生成する。

３次元スキャンが可能な超音波プローブ２として圧電素子２ａを２次元状に配した２Ｄアレイタイプを説明したが、その他、例えばメカ４Ｄタイプのものであってもよい。メカ４Ｄタイプの超音波プローブ２は、圧電素子２ａを一次元状に配し、その圧電素子２ａの配列自体を機械的に揺動させることで、３次元スキャン可能としたものである。また、主走査方向のスキャンは、電子セクタ走査のほか、電子リニア走査、コンベックス走査も採用できる。

本実施形態に係る超音波診断装置の構成を示す構成図である。 ２次元状に並ぶ圧電素子を示す模式図である。 画像生成態様を示す模式図である。 断層画像と投影画像とを表示する表示画面を示す模式図である。 操作卓を示す模式図である。 視点の変更操作、または投影領域の切り替え操作に伴う画像再生成態様を示す模式図である。 視点と投影領域を連動して変更して再レンダリングする超音波診断装置の動作を示すフローチャートである。 走査領域の変更及び再レンダリング処理する動作を示すフローチャートである。 走査領域又は投影領域の区分の一例を示す副走査方向から見た模式図である。

符号の説明

１ 超音波診断装置
２ 超音波プローブ
２ａ 圧電素子
３ 送信部
４ 受信部
５ 信号処理部
６ 画像生成部
６１ 座標変換部
６２ 断面画像生成部
６３ 投影画像生成部
７ モニタ
７１ 走査可能範囲フレーム
７２ カーソル
７３ プローブオブジェクト
７４ Ｓ断面フレーム
７５ Ｔ断面フレーム
７６ 視点オブジェクト
８ コントローラ
９ 高出力回路
１０ 遅延回路
１１ パルス発生器
１２ 操作卓
１２１ トラックボール
１２２ つまみ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ 領域
Ａｘ 軸
Ｓ 基準断面
Ｖｐ 視点
Ｄｓ Ｓ断面動画像
Ｄｔ Ｔ断面動画像
Ｄｐ Ｓ側投影動画像

Claims (10)

1. 被検体内に超音波を送受信することでボリュームデータを取得し、このボリュームデータに基づき画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記ボリュームデータに基づき、指定又は予め定められた基準断面の断面像を生成する第１の画像生成手段と、
   前記ボリュームデータに基づき、所定の視点の方向へ所定の投影領域をレンダリング処理することで、投影画像を生成する第２の画像生成手段と、
   前記第１の画像生成手段で生成された前記断面像と前記第２の画像生成手段で生成された前記投影画像とを表示する表示手段と、
   前記投影領域の変更が入力される操作手段と、
   を備え、
   前記第２の画像生成手段は、
   前記操作手段による前記投影領域の変更に連動して、前記基準断面が手前かつ前記変更後の投影領域が奥になる位置に前記視点を変更した上で、前記変更後の投影領域をレンダリング処理すること、
   を特徴とする超音波診断装置。
2. 被検体内に超音波を送受信することでボリュームデータを取得し、このボリュームデータに基づき画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記ボリュームデータに基づき、指定又は予め定められた基準断面の断面像を生成する第１の画像生成手段と、
   前記ボリュームデータに基づき、所定の視点の方向へ所定の投影領域をレンダリング処理することで、投影画像を生成する第２の画像生成手段と、
   前記第１の画像生成手段で生成された前記断面像と前記第２の画像生成手段で生成された前記投影画像とを表示する表示手段と、
   前記視点の変更が入力される操作手段と、
   を備え、
   前記第２の画像生成手段は、
   前記操作手段による前記視点の変更に連動して、前記基準断面が手前かつ前記変更後の視点がその奥に位置する前記投影領域を変更した上で、当該投影領域を前記変更後の視点の方向へ投影するレンダリング処理を行うこと、
   を特徴とする超音波診断装置。
3. 被検体内に超音波を送受信することで走査領域のボリュームデータを取得し、このボリュームデータに基づき走査領域の画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記ボリュームデータに基づき、指定又は予め定められた基準断面の断面像を生成する第１の画像生成手段と、
   前記ボリュームデータに基づき、所定の視点の方向へ前記走査領域をレンダリング処理することで、投影画像を生成する第２の画像生成手段と、
   前記第１の画像生成手段で生成された前記断面像と前記第２の画像生成手段で生成された前記投影画像とを表示する表示手段と、
   前記走査領域の変更が入力される操作手段と、
   を備え、
   前記第２の画像生成手段は、
   前記操作手段による前記走査領域の変更に連動して、前記基準断面が手前かつ前記変更後の走査領域が奥になる位置に前記視点を変更した上で、前記変更後の走査領域をレンダリング処理すること、
   を特徴とする超音波診断装置。
4. 被検体内に超音波を送受信することで走査領域のボリュームデータを取得し、このボリュームデータに基づき走査領域の画像を生成する超音波診断装置であって、
   前記走査領域に対する超音波の送受信を制御する送信制御手段と、
   前記ボリュームデータに基づき、指定又は予め定められた基準断面の断面像を生成する第１の画像生成手段と、
   前記ボリュームデータに基づき、所定の視点の方向へ前記走査領域をレンダリング処理することで、投影画像を生成する第２の画像生成手段と、
   前記第１の画像生成手段で生成された前記断面像と前記第２の画像生成手段で生成された前記投影画像とを表示する表示手段と、
   前記視点の変更が入力される操作手段と、
   を備え、
   前記送信制御手段は、
   前記操作手段による前記視点の変更に連動して、前記基準断面が手前かつ前記変更後の視点がその奥に位置する領域に前記走査領域を変更させ、
   前記第２の画像生成手段は、
   前記操作手段による前記視点の変更に連動して、前記変更後の視点の方向へ前記走査領域を投影するレンダリング処理を行うこと、
   を特徴とする超音波診断装置。
5. 前記第２の画像生成手段は、前記視点を前記ボリュームデータのローカル座標系における深さ方向の軸周りに変更すること、
   を特徴とする請求項１または３に記載の超音波診断装置。
6. 前記操作手段は、前記ボリュームデータのローカル座標系における深さ方向の軸周りに対する前記視点の変更が入力されること、
   を特徴とする請求項２または４記載の超音波診断装置。
7. 前記第２の画像生成手段は、前記操作手段による変更によって前記基準断面を超えて前記投影領域が変更されたときに、前記視点を変更すること、
   を特徴とする請求項１または３記載の超音波診断装置。
8. 前記第２の画像生成手段は、前記操作手段による変更によって前記基準断面を超えて前記視点が変更されたときに、前記投影領域を変更すること、
   を特徴とする請求項２または４記載の超音波診断装置。
9. 前記第２の画像生成手段は、前記投影領域を示す情報と、前記基準断面が手前かつ前記投影領域が奥になる前記視点の範囲情報とを関連づけて記憶していること、
   を特徴とする請求項１または２記載の超音波診断装置。
10. 前記第２の画像生成手段は、前記走査領域を示す情報と、前記基準断面が手前かつ前記走査領域が奥になる前記視点の範囲情報と、投影する領域を示す情報とを関連づけて記憶していること、
    を特徴とする請求項３または４記載の超音波診断装置。