JP4659446B2 - 対象体の３次元超音波データを利用してその断面をディスプレイする装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象体の３次元超音波データを利用してその断面をディスプレイする装置及び方法に関し、特に対象体の多重断面及びオブリーク断面をディスプレイする装置及び方法に関する。

一般に、３次元超音波診断装置のような３次元超音波データを利用するシステムは、プローブ（Probe）などを用いて対象体の３次元データを獲得し、この獲得されたデータをディスプレイするのに適切な直交座標データに変換（スキャン変換）してレンダリングすることにより、対象体に対する３次元映像をディスプレイ装置にディスプレイする機能を有している。このように３次元データ変換及びレンダリングを通じてディスプレイされる対象体の映像をビュー（view）と言うが、このようなビューの一例を図１に示す。図１において、ビュー１０１は、対象体の３次元超音波映像１０２、３次元超音波映像１０２の正面を示すＡ断面ビューの２次元超音波映像１０３、３次元超音波映像１０２の側面を示すＢ断面ビューの２次元超音波映像１０４、及び３次元超音波映像１０２の上面を示すＣ断面ビューの２次元超音波映像１０５で構成されている。Ａ断面ビュー、Ｂ断面ビュー及びＣ断面ビューを形成するための３次元超音波映像の断面を図２Ａ〜図２Ｃに例示したが、ここで、実線で表示したものが対象体であり、斜線部分がそれぞれの断面のビューである。

ところで、このような従来の３次元超音波診断装置は以下の問題点を有している。

第一に、従来の超音波診断装置には対象体の３次元データをスキャン変換するのに時間が長くかかるという問題点があった。超音波映像１０２〜１０５は円錐座標からなる３次元データで構成されているため、これを３次元直交座標系で表現されるビュー１０１でディスプレイするためにはスキャン変換をする必要がある。これはディスプレイ装置が直交座標系を基礎としているためである。しかし、スキャン変換のために行われるアークタンジェント（arc tangent）演算に長い処理時間が要求されるのみならず、ビューの操作による超音波映像の変化により３次元直交座標でスキャン変換される３次元データの位置が変わると、その都度スキャン変換を遂行しなければならないために計算量が多くなる。このように、従来の超音波診断装置にはデータを所望の形態に変換処理するのに時間が長くかかるという問題点があった。

第二に、従来の超音波診断装置は獲得された対象体の情報を格納しないため、対象体を診断するためには診断ごとに対象体の情報を獲得しなければならないという問題点があった。例えば、従来の超音波診断装置は患者の臓器に関する情報をすぐモニタなどにディスプレイするため、患者がいる場合にのみ患者を診断することができ、患者の状態を分析することができた。即ち、対象体に対して獲得された３次元情報を格納していないため、患者が横にいない場合には過去の診断写真にのみ依存して臨床研究をするか、または時間が経過した後、再び患者を呼んで診断しなければならない等、様々な問題点があった。

第三に、従来の超音波診断装置は、医師が診断するのに十分な断面映像が見られないという問題点があった。これまでの超音波診断装置は医師が患者を診療するように超音波データを利用して実質的に患者を診療するために使われるよりは、人々の好奇心を満たすために使われた。即ち、患者を診療するのに必要な断面映像に重点をおくよりは、対象体を３次元的にディスプレイすることに重点をおいており、断面映像を示すとしても、図１のように対象体の３次元映像のみをディスプレイするか、対象体の３次元映像のうち、特定断面、例えばＡ断面、Ｂ断面またはＣ断面のみをディスプレイするだけであった。

このように、最近３次元超音波診断装置市場が拡大し、３次元超音波映像の診断の活用度が高くなるにつれて現在の３次元超音波診断装置で提供される機能の限界点を克服し、３次元データをさらに高速でディスプレイし、対象体の断面をさらに詳細で自由にディスプレイし、対象体がない場合にも既に格納されたデータを利用して同一の動作を行える方法が要求されている。

上記のような問題点を解決するために本発明は次を目的とする。

第一に、本発明は対象体の3次元超音波データをスキャン変換する速度を大きく増加させ、リアルタイムで対象体をスキャンすることを目的とする。

第二に、本発明は既に獲得した対象体に対する3次元情報を格納していて、対象体がない場合にもその情報を活用して対象体を仮想的にスキャンすることを目的とする。

第三に、本発明は対象体の多重断面をディスプレイし、医師の診断及び治療行為を実質的な補助することを目的とする。

第四に、本発明はユーザーの所望の断面映像をディスプレイすることを目的とする。

上述の目的を達成するための本発明によれば、３次元超音波データを利用して対象体をディスプレイするための装置が提供されるが、この装置は、インターフェース装置から基準断面の情報を受信し、上記対象体の円錐座標からなる３次元データをプローブまたは３次元データ格納装置から受信し、上記対象体の３次元データが超音波映像としてディスプレイされる領域が直前のディスプレイ領域と異なるのかを判断するための判断部、上記ディスプレイ領域が変化した場合、上記ディスプレイ領域を計算するためのディスプレイ領域計算部、上記対象体を示すビューの３次元直交座標にマッチングされるインデックスと、上記インデックスに対応する直交座標と円錐座標間の予め計算された座標変換値を格納するための幾何学的ルックアップテーブル格納部、上記対象体の円錐座標からなる３次元データを上記計算されたディスプレイ領域に該当する直交座標に変換するために上記幾何学的ルックアップテーブル格納部から座標変換値を検索して上記対象体の３次元データをスキャン変換するためのスキャン変換部、及び上記スキャン変換された３次元データを利用し、上記基準断面に対して垂直方向への多重断面をディスプレイするために上記スキャン変換された３次元データをレンダリングするためのレンダリング部を含む。

また、本発明によれば、３次元超音波データを利用して対象体をディスプレイするための方法が提供されるが、この方法は、上記対象体を示すビューの３次元直交座標にマッチングされるインデックスと、上記インデックスに対応する直交座標と円錐座標間の予め計算された座標変換値を格納する段階、インターフェース装置から基準断面の情報を受信し、上記対象体の円錐座標からなる３次元データをプローブまたは３次元データ格納装置から受信し、上記対象体の３次元データが超音波映像としてディスプレイされる領域が直前のディスプレイ領域と異なるのかを判断する段階、上記ディスプレイ領域が変化した場合、上記ディスプレイ領域を計算する段階、上記対象体の円錐座標からなる３次元データを上記計算されたディスプレイ領域に該当する直交座標に変換するために上記幾何学的ルックアップテーブル格納部から座標変換値を検索して上記対象体の３次元データをスキャン変換する段階、及び上記スキャン変換された３次元データを利用し、上記基準断面に対して垂直方向への多重断面をディスプレイするために上記スキャン変換された３次元データをレンダリングする段階を含む。

また、本発明によれば、３次元超音波データを利用して対象体の断面をディスプレイするための方法が提供されるが、この方法は、ディスプレイする対象体の基準断面を決定する段階、ディスプレイする上記対象体の３次元超音波データを獲得する段階、上記基準断面をディスプレイする段階、見ようとする断面をディスプレイするために、上記ディスプレイされた基準断面に線を表示する段階、及び上記表示された線の垂直方向への断面をアンチエイリアシング方法を用いてレンダリングする段階を含む。

上述した本発明によれば、対象体の３次元超音波データをスキャン変換する速度を大きく増加させてリアルタイムで対象体をスキャンすることができ、超音波を利用して獲得した対象体の３次元情報を格納しているため、対象体がない場合にも既に格納されたデータを利用した仮想スキャンが可能であるため、医師の診断及び治療行為を実質的に補助する。

また、対象体の基準断面のみをディスプレイする従来技術とは異なり、多様な多重断面をリアルタイムでディスプレイすることができ、ユーザーが見ようとする断面を直接選択してディスプレイすることができるため、超音波診断のように超音波を利用して対象体を診断する場合に大いに役立つ。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

I．リアルタイム多重断面ビュー
図３Ａには、本発明の実施の形態に係るリアルタイム超音波診断システム３００が示されている。図示のように、リアルタイム超音波診断システム３００は、プローブ３０１、ディスプレイ装置３０３及び本体３０２を含む。プローブ３０１は、ディスプレイしようとする対象体の３次元データを獲得するのに使われるもので、一般に機構（mechanical arm）により動いたりステッピングモーター（stepping motor）により回転する機械的スキャニング（scanning）方式またはユーザーが直接手で移動させてスキャンするハンズ−フリ方式を利用する。ディスプレイ装置３０３は、モニタのように、プローブ３０１により獲得されたデータをディスプレイする装置であり、本発明による３次元映像をユーザーにディスプレイし得るものであれば、どのようなものでもよい。本体３０２は、プローブ３０１から獲得した３次元データをディスプレイ装置３０３でディスプレイすることができるようにデータを処理する。このような機能は本体３０２が備える３次元超音波診断システム用レンダリング装置でなされる。以下、３次元超音波診断システム用レンダリング装置に対して説明する。

図３Ｂは、図３Ａに示す本体３０２に備えられる本発明の実施の形態に係るリアルタイム３次元超音波診断システム用レンダリング装置の構成ブロック図を示したものである。図示のように、リアルタイム３次元超音波診断システム用レンダリング装置３１０は、インターフェース装置３１８、判断部３１２、ディスプレイ領域計算部３１３、スキャン変換部３１４、幾何学的ルックアップテーブル（Geometry Look-Up Table）格納部３１１、レンダリングルックアップテーブル格納部３１５、レンダリング部３１６及び３次元データ格納装置３１７を備える。リアルタイム３次元超音波診断システム用レンダリング装置３１０を構成するそれぞれの構成要素を以下に詳細に説明する。

インターフェース装置３１８は、プローブ３０１から獲得された３次元データをどのようにしてディスプレイし、処理するかを命令するビュー操作命令語についてユーザーから入力を受け、自動的に設定して適切に変換した後、出力する機能をする。このようなビュー操作命令語としては、見ようとする対象体の基準断面、画面レイアウト及びディスプレイ領域などに関する命令語があり得る。これらそれぞれに対するインターフェース装置３１８の動作について以下に詳細に説明する。

インターフェース装置３１８は、基準断面に関する情報についてユーザーから入力を受け、この基準断面を基準にその法線方向への、基準断面と平行な対象体の複数の断面映像がディスプレイされるようにする命令語を出力する。ここで、基準断面は、例えば上述したＡ断面ビュー、Ｂ断面ビュー、Ｃ断面ビューに該当する断面のうち、ユーザーの選択により決定される断面である。

次に、インターフェース装置３１８は、画面のレイアウトに関する情報についてユーザーから入力を受け、これにより断面映像がディスプレイされるようにする命令語を出力する。ここで、画面レイアウトはディスプレイ装置３０３の画面に対象体の断面映像をいくつ示すのかに関する構造図であるが、ディスプレイしようとする対象体の断面映像の個数により自動的に決定されてもよい。選択可能なレイアウトには１＊１（ディスプレイ装置の水平方向に１個の断面映像、垂直方向に１個の断面映像）、２＊１、２＊２、３＊２、４＊３、６＊４などがある。

最後に、インターフェース装置３１８は、ディスプレイ領域に関する情報をユーザーから受信し、ディスプレイ装置の画面にディスプレイ領域に該当する映像のみが表示されるようにする命令語を出力することができる。ここで、ディスプレイ領域とは、ディスプレイ装置の画面にディスプレイされる対象体の映像の領域（サイズ）を言うが、ユーザーがインターフェース装置３１８を介してマウスなどでディスプレイ装置３０３に直接表示するか、座標値を入力することにより設定される。このような構成により、実質的にディスプレイされない領域に対応する対象体の３次元超音波データはスキャン変換される必要がないため、データ処理速度を向上することができるが、これについては後述する。

判断部３１２は、インターフェース装置３１８からのディスプレイ領域に関する情報に基づいてディスプレイ領域が変動したのかを判断し、プローブ３０１または３次元データ格納装置３１７のうち、どこから対象体の３次元データを受信するのかを判断する。詳述すれば、プローブ３０１が対象体のデータを獲得し次第、対象体の現在の映像をリアルタイムでディスプレイすることが要求されれば、プローブ３０１から対象体の３次元データを受信する。一方、既に格納されているデータを用いて仮想的にスキャンすることが要求されれば、後述する３次元データ格納装置３１７から対象体の３次元データを受信する。

ディスプレイ領域は、ユーザーが領域のサイズを拡大させる場合や、ディスプレイされた３次元映像を回転、移動及び拡大させる場合に変動する。たとえディスプレイ領域が変動しなくても対象体を初めてスキャンする場合にはディスプレイ領域が変動したと判断することができる。図３Ｂに示されている通り、判断部３１２はディスプレイ領域が変動した場合には対象体の３次元データ及びディスプレイ領域などに関する情報をディスプレイ領域計算部３１３に出力し、ディスプレイ領域が変動しない場合にはレンダリングルックアップテーブル格納部３１５に出力する。レンダリングルックアップテーブル格納部３１５に出力する場合については後述する。

ディスプレイ領域計算部３１３は、ディスプレイ領域に関する情報を判断部３１２から受信し、図１に示されたビュー１０１のように超音波映像１０２〜１０５が実質的にディスプレイされるディスプレイ領域内のｘ、ｙ、ｚ直交座標の値を計算する。一方、ディスプレイ領域計算部３１３は判断部３１２を介して受信される対象体の３次元データに対しては特別な処理をせずに出力する。

スキャン変換部３１４は、円錐座標からなる対象体の３次元データとディスプレイ領域計算部３１３で計算されたディスプレイ領域内のｘ、ｙ、ｚ直交座標を受信し、円錐座標からなる対象体の３次元データをｘ、ｙ、ｚ直交座標に基づいて直交座標からなるデータに変換（スキャン変換）する。このようにデータを変換する理由は、プローブ３０１から受信される３次元超音波データは直交座標でない円錐座標を基準としており、ディスプレイ装置に表示するためのディスプレイ領域は直交座標を基準としているためである。ところで、スキャン変換を行うためには、後述するようにアークタンジェント演算のような複雑な数学演算を行わなければならないが、対象体の３次元データが入力されるごとにこのような演算を行えば、その演算に長い処理時間が要されるため、対象体をリアルタイムでディスプレイすることができないこともある。

このような問題点を解決するために、本発明はディスプレイ領域の３次元直交座標にマッチングされるインデックス（index）とそれぞれのインデックスに対応するアークタンジェント演算結果値を格納する幾何学的ルックアップテーブルを生成して幾何学的ルックアップテーブル格納部３１１に格納する。このような構成によれば、円錐座標からなる対象体の３次元データが直交座標からなるデータに速やかにスキャン変換され、対象体がリアルタイムでディスプレイされ得る。

以下では、幾何学的ルックアップテーブルを生成するプロセスを説明するが、幾何学的ルックアップテーブルは一般に本発明による方法及びシステムがプローブ３０１から対象体の３次元データを受信する前に予め生成されていなければならない。

図４Ａは円錐座標系と直交座標系間の関係を示したものであり、図４Ｂは図４Ａで示した任意の３次元データをＹ−Ｚ直交座標で示したものであり、図４Ｃは図４Ａに示した任意の３次元データをＸ−Ｒ直交座標で示したものである。ここで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は対象体の映像がディスプレイされ得る３次元直交座標系を構成する軸であり、Ｒ軸は３次元超音波映像が獲得される部分からＸ軸に直交する軸である。

ここで、βはプローブ内のステッピングモーターのスイング（swing）角度範囲であるスキャンビューイング角度（scan viewing angle）として０゜〜１８０゜の角度であり、σはプローブ３０１からスキャニングされる２次元映像の幅（width）の角度範囲であるプローブビューイング角度（probe viewing angle）として０゜〜１８０゜の角度であり、ｒは超音波映像が獲得される部分から超音波映像内の任意の３次元データまでの距離であり、ａはスキャンビューイング角度の頂点からプローブビューイング角度の頂点までの距離であり、ｂはプローブビューイング角度の頂点から３次元超音波映像が獲得される部分までの距離である。また、ｘ、ｙ及びｚは直交座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸上の全ての値である。

上記アークタンジェント式において、ｘ、ｙ及びｚはディスプレイ装置の画面の座標に対応するように設定された値であり、Ｒは式１のようにｘ、ｙ及びｚから計算される。次の表１ａ及び１ｂは、予め設定された、Ｙ軸上に存在する任意のｙ座標４個とＺ軸上に存在する任意のｚ座標４個を並列処理して４個のＲ値を得た後、Ｘ軸上に存在する任意のｘ座標４個とＲ値を並列処理してｒを計算する例を開示している。このようにｘ、ｙ、ｚ及びＲを並列処理すれば、３次元データのスキャン変換速度が向上し得る。

次に、スキャン変換部３１４は、円錐座標からなる３次元データを直交座標からなるデータに変換し、このように変換された３次元データ、３次元データが位置する円錐座標、及び幾何学的ルックアップテーブル格納部３１１から検索されたインデックスを出力する。

このように、本発明のスキャン変換部３１４は長い処理時間が要求されるアークタンジェント演算を直接行わずに幾何学的ルックアップテーブル格納部３１１に含まれたアークタンジェント演算結果値を利用し、予め設定されたｘ、ｙ、ｚ及びＲを並列処理して対象体の３次元データが位置する円錐座標を取った後にこれをスキャン変換するため、対象体の円錐座標からなる３次元データを直交座標からなる３次元データにスキャン変換する速度を向上させることができる。

レンダリングルックアップテーブル格納部３１５は、ディスプレイ領域が変動したと判断部３１２で判断された場合にはスキャン変換部３１４から、そうでない場合には判断部３１２からデータを受信する。スキャン変換部３１４から入力を受信する場合に、スキャン変換された３次元データ、インデックス及びこれに対応する円錐座標を受信し、受信されたインデックス及び円錐座標を含むレンダリングルックアップテーブルを生成して格納した後、スキャン変換された３次元データを出力する。このようにレンダリングルックアップテーブルを生成して格納する理由は、ディスプレイ領域が変動しない場合には同一の円錐座標からなるデータが同一の直交座標からなるデータにスキャン変換されるため、同一のスキャン変換を再遂行する必要なく既にスキャン変換した結果を格納しておけば、超音波診断システムのデータ処理速度を向上させることができるためである。

一方、ディスプレイ領域が変動せず判断部３１２から円錐座標からなる対象体の３次元データを受信する場合には、既存のディスプレイ領域に対応する円錐座標をレンダリングルックアップテーブルから検索し、この円錐座標に対応する３次元直交座標データを出力する。

反面、ディスプレイされた映像を続けて移動または拡大する場合のように、ディスプレイ領域が頻繁に変更される作業をする場合には、スキャン変換を行うのに併せてレンダリングルックアップテーブルを毎回生成して格納することがシステムにさらに大きい負荷を与えることがあるため、レンダリングルックアップテーブル格納部３１５にレンダリングルックアップテーブルを生成することなくデータをスキャン変換部３１４からレンダリング部３１６に直接転送することもできる。

レンダリング部３１６は、レンダリングルックアップテーブル格納部３１５またはスキャン変換部３１４から受信された対象体の３次元データを利用し、インターフェース装置３１８により選択されたレイアウト数だけレンダリングを行う。

このようにして、レンダリング部３１６は、受信した３次元データをディスプレイ領域の３次元直交座標に投影して対象体の多重断面映像をディスプレイすることができ、レイアウトの断面映像の数が多すぎてディスプレイ装置の一画面を越える場合にはウィンドーのスクロールのような機能を用いて次の断面の映像が見られるようにすることができる。ここで、多重断面は、上述したように基準断面を基準にその法線方向への、基準断面と平行な対象体の複数の断面である。３次元データをレンダリングするためのプロセスは通常使われるボリュームレンダリングプロセスと同一に行われるため、本明細書ではこれに対する詳細な説明は省略する。

ディスプレイする時には、基準断面からの距離により多重断面の映像をディスプレイすることができ、必要ならば対象体の表面からの絶対深さに応じて多重断面の映像をディスプレイすることができる。また、ユーザーは上述したインターフェース装置を用いて断面間の距離を設定することができ、さらに細かい深さに対する断面映像を見て診断に活用することができる。

図５はこのようなレンダリングが行われた後にディスプレイされた多重断面ビューを示したものである。

図５においてＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ上述したＡ断面、Ｂ断面、Ｃ断面の基準断面を意味し、ユーザーがいかなる基準断面を選択するかによってディスプレイされる断面映像が変わってディスプレイされる。また、図５の下端部にはディスプレイされた映像を処理する様々なビュー操作命令語が示されているが、ユーザーはこのようなビュー操作命令語を用いてディスプレイされた映像に、ウィンドウズ（登録商標）のペインターでイメージを編集するのと同様に、ディスプレイされた断面映像を拡大、縮小、削除または移動することができる。

ユーザーはディスプレイされた多重断面映像を見ながらプローブを動かして所望の映像をさがすことができる。この場合には上述したようなデータ処理過程が反復的に行われて対象体の断面映像がリアルタイムでディスプレイされる。所望の映像をさがせばリアルタイム状態を止めて対象体の３次元データを３次元データ格納装置３１７に格納することができるが、これは今後対象体がない場合にも格納されたデータを用いて対象体を仮想的にスキャンするためである。

このように仮想的にスキャンする場合には、判断部３１２は３次元データ格納装置３１７から対象体の３次元データを受信する。詳述すれば、対象体のデータをリアルタイムで獲得して対象体の現在の断面映像をディスプレイすることが要求されれば、判断部はプローブ３０１から対象体の３次元データを受信し、既に格納されているデータを用いて対象体を仮想的にスキャンすることが要求されれば、３次元データ格納装置３１７から対象体の３次元データを受信する。

３次元データ格納装置３１７には揮発性格納装置及び／又は非揮発性格納装置を含めて多様な装置があり得る。詳述すれば、非揮発性格納装置はROM(read only memory)、PROM(programmable read only memory)、EPROM(electrically programmable read only memory)、EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)を含むが、これに限らない。揮発性格納装置は、例えばRAM(random access memory)、SRAM(synchronous RAM)、DRAM(dynamic RAM)、SDRAM(synchronous DRAM)、DDRSDRAM(double data rate SDRAM)、及びDRRAM(direct RAM bus)、磁気ディスクドライブ、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、テープドライブ、ジップドライブ(Zip drive)、フラッシュメモリカード、及び／又はメモリスティック(memory stick)、CD-ROM(compact disk ROM)、CD-Rdrive(CD recordable drive)、CD-RW drive(CD rewriteable drive)及び／又はDVD ROM(digital versatile ROM drive)のような装置を含むが、これに限らない。

ユーザーは格納された３次元データを利用し、即ち仮想スキャンを通じて上述した多重断面ビューをディスプレイすることができる。３次元データ格納装置３１７から対象体の３次元データを受信して処理する過程はプローブ３０１を通じて対象体の３次元データを受信して処理する上述の過程と同一であるため、詳細な説明は省略する。

３次元データ格納装置３１７を介して対象体の３次元データを受信する場合に、ディスプレイされるレイアウトの数は３次元データを獲得する時に用いたレイアウトの数と同一な必要はない。レイアウトの数はユーザーが見ようとする断面の数を意味するため、ユーザーが格納されているデータと異なる断面または異なる深さの映像を見ようとする場合には、補間法（interpolation）などを用いて必要なデータを生成してレンダリングすることができる。

そして、後述するようなオブリーク断面ビューをディスプレイされたイメージに適用することができ、最終の結果を格納して次回の作業で用いることができる。

また、ユーザーは既にディスプレイされた超音波映像を移動、拡大、縮小、回転させるか、超音波映像のディスプレイ領域を変動させることにより、変換された超音波映像を観察して対象体に対する臨床情報を得ることができる。

多重ビューの映像における移動、拡大または縮小などの処理は速度向上のために図３Ｂのような処理過程を経ずに映像処理技法を通じて行える。

このような方法で対象体をディスプレイして得られる利点には大きく４点がある。

第一に、ユーザーは対象体が心臓、血流などのように動的な場合にも本発明の多重断面ビューを用いてスキャン方向ごとに異なる位置を表現する断面映像の集合を一度にリアルタイムで確認が可能であるため、速くて正確に診断することができる。

第二に、ユーザーはディスプレイされる部分が自身の所望のデータなのかをより正確に判断することができる。超音波診断装置の場合には手の動きでプローブを移動させて対象体をスキャンできるが、このような手の動きにより正確でない位置をスキャンする可能性がある。ところが、本発明によれば、ユーザーはリアルタイム多重断面ビューを通じて所望の映像を確認することができ、所望のボリュームデータを格納してスタティック状態の多重断面ビューで再び様々なイメージ処理を通じて診断することができる。

第三に、一回スキャンしたデータを３次元データ格納装置に格納しているため、今後対象体がない場合にもあたかも対象体があるのと同様に多重断面ビューを行うことができ、後述するオブリーク断面ビューを行うことができる。

第四に、ユーザーはディスプレイされた映像に様々なイメージ処理をすることができ、後述するオブリーク断面ビュー機能を遂行することができるため、所望の映像をより自由にディスプレイすることができる。

II．オブリーク断面ビュー
従来の超音波診断装置は、図１に示した通り、特定の位置で３次元データを垂直に切り取った断面、即ちＡ、Ｂ、Ｃ断面のみをディスプレイし、ディスプレイされた断面の回転を通じて任意の断面を示すため、ユーザー所望の断面を自由にディスプレイすることができなかった。また、従来の方法は各位置ごとに回転をすると、現在の断面位置が分かり難く、所望の断面の検索も難しい。したがって、本発明はユーザーが基準断面の映像から直観的に所望の断面を作ることができるようにするオブリーク断面ビュー機能を提供する。

本発明によれば、ユーザーは基準断面に任意の直線または曲線を表示し、このように表示された直線または曲線から基準断面の法線方向に延びた平面または曲面が、本発明によるオブリーク断面ビューディスプレイ方法により最終的にディスプレイされる。

以下、図６を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

まず、段階６０１においてユーザーは上述した対象体の多重断面ビューを見るために使用したのと同様な方法で対象体のリアルタイム多重断面ビューを表示するか、例えば、対象体のＡ断面、Ｂ断面またはＣ断面がディスプレイされるようにした後、これら断面のうちの一つを基準断面として選択する。もちろん、選択可能な断面映像は上述したリアルタイム方法でない従来の３次元データ獲得方法でもディスプレイすることができ、格納媒体などに既に格納されている３次元データを利用してもディスプレイすることができる。

次に、段階６０２において、ユーザーは任意の線を基準の断面に直線で表示（ラインモード）するか、または曲線で表示（コンターモード）するかを選択する。直線及び曲線のうちの一つを選択する理由はそれぞれの場合に従って、後述するアンチエイリアシング方法に差があり得るためである。

ユーザーが選択したモードにより基準断面に任意の線を表示するために、例えばコンピュータのマウスボタンを一度押すと、その時のマウスポインタの座標がバッファに格納される（段階６０３）。本実施の形態はマウスを用いて任意の線を表示する場合を仮定するが、マウス以外のタッチパッドのような他の入力装置も使われる。

ユーザーがマウスのボタンを押した場合、初期にユーザーが選択した線の形態が直線ならばライン処理過程に進行し、曲線ならばマウスの移動を処理する過程に行く（段階６０４）。これは、直線をディスプレイするためにはマウスポインタの開始座標と終了座標のみが分かれば十分であるが、曲線をディスプレイするためにはマウス移動時の全ての座標が分からなければならないので、処理過程が異なるためである。

直線を表示するラインモードの場合には、マウスアップイベント（マウスのクリックボタンを離す時に発生するイベント）が発生するまで待機し、曲線を表示するコンターモードの場合にはマウス移動時の全ての座標をバッファ（以下、「オブリークバッファ」という）に続けて格納する（段階６０５）。

次に、ユーザーがマウス移動を止めてマウスを止める時、ユーザーが画面に表示した任意の線分がディスプレイされなければならない。

例えば、上述した段階６０１〜６０５によれば、ユーザーは基準断面としてＡ断面を選択した後、ディスプレイされたＡ断面に見ようとする断面を図７Ａのように表示する。図７Ａにおいて、始点はユーザーが線を描き始める点であり、終点はこの線の終点である。このようにＡ断面に線を表示すると、図７Ａの右側に示されているように斜線領域が後述するアンチエイリアシング処理を経た後ディスプレイされる。図７Ｂ及び図７ＣはそれぞれＢ断面、Ｃ断面に図７Ａのような作業を行ったものであり、図７ＤはＡ断面に曲線を表示した場合を示したものである。

ところで、ユーザーが描く直線または曲線はあくまでもモニタ画面で描くものであるため、連続的に線が描かれない。また、モニタ画面の映像情報は２次元で配列された点により伝達されるが、画面の点の個数が少なければ、凸凹の階段現象が生じて線が滑らかでないこともあり得る。図８Ａに示した通り、基準断面に水平方向への直線を表示しようとしても、エイリアシング現象によりユーザーには直線でない斜線部分が見えることがある。図８Ｂ及び図８Ｃは基準断面に垂直または傾いた直線を表示しようとした場合に、エイリアシングが生じる場合を示したものである。このような問題点を解決するために各点の間に背景色と中間色調の点を追加して画面を自然に表現する画面処理技術がアンチエイリアシング方法であるが、本発明では一般的なアンチエイリアシング方法以外に、選択的アンチエイリアシング方法を用いることができる。

選択的アンチエイリアシング方法とは、全体の線分データにアンチエイリアシングを適用するのでなく、定められた規則によりエイリアシングが生じたデータをさがした後、そのデータに対してのみアンチエイリアシング処理をするというものである。

選択的アンチエイリアシング処理方法は線分の傾きの特性によって分けられる。

線分の傾きをd＝△y／△xとする。ここで、△x＝Xmax-Xmin（Xmaxは線分の最大X座標、Xminは線分の最小X座標）及び△y＝Ymax-Ymin（Ymaxは線分の最大Y座標、Yminは線分の最小Y座標）である。

線分の傾きには三つの場合があるが、それぞれ次の通りである。
１）d≒0：△ｘが△ｙより非常に大きい場合
２）d≒∞：△ｙが△ｘより非常に大きい場合
３）0＜d＜∞：傾きが存在する場合

１）の場合には、ｘ軸成分のみが存在し、ピクセル座標ｙ値は一定であると言える。従って、図８Ａのように各座標でｙの値が以前の値と比較して異なる場合には、エイリアシングが発生した座標ということができる。

２）の場合には、ｙ軸成分のみが存在し、ピクセル座標ｘ値は一定であると言える。従って、図８Ｂのように各座標でｘの値が以前の値と比較して異なる場合にはエイリアシングが発生した座標ということができる。

３）の場合には、傾きが存在するため、図８Ｃのように線分の各ピクセル座標が互いに位置が異なる場合、エイリアシングが発生したものと言える。

マウスの移動が終わってマウスを止めた時、ラインモードの場合には上述したように直線の傾きを計算し、アンチエイリアシング方法を自動的に設定するのに用い、コンターモードの場合には全てのオブリークバッファにある座標をエイリアシングされた座標に設定する。次に、ラインモードの場合には始めと終わりの座標間のデータを作り出すためにライン内挿（interpolation）の計算を行う（段階６０７）。その後、座標が予め計算した傾きを基準としてエイリアシング座標に該当するのかを検査してエイリアシング座標を検出し、補間された座標をオブリークバッファに格納する。

次に、先に格納されたオブリークバッファの座標数だけループを回りながらレンダリング処理過程を行う（段階６０９）。

各座標ごとに深さ方向にレンダリング処理過程を行いながらその座標がエイリアシングされた座標なのか検査する。

このようにエイリアシングが示された座標に対するアンチエイリアシング方法は図９のように各スキャンラインごとにレンダリングを進行しながらエイリアシングされるスキャンラインをレンダリングする場合に、以前のスキャンライン値とａｖｅｒａｇｉｎｇ演算を通じてエイリアシング現象を除去する。即ち、これを数式で表現すれば下式の通りである。

Loopi＝D0〜Dk-1
Si＝(Spi+Sci)／2
D0〜Dk-1：Depth index
Spi：Depth ｉ番目の以前のスキャンラインデータ
Sci：Depth ｉ番目の現在のスキャンラインデータ
Si：Depth ｉ番目のアンチエイリアシングされたデータ

即ち、段階６１１において、もしその座標がエイリアシングされた座標であれば、その深さ方向の全体データに対してアンチエイリアシング処理過程を行う。段階６１２では、段階６０９〜段階６１１が終わったデータ値をイメージバッファに格納する。段階６１３において、オブリークバッファの数だけ段階６０９〜段階６１２を反復する。上記各段階を経ると図１０のように対象体のオブリーク断面がディスプレイされる。

図１０Ａ及び１０ＢはＡ断面の映像にそれぞれ直線及び曲線を表示した後、その垂直方向への断面映像がディスプレイされたことを示している。

上述したオブリーク断面ビュー映像を利用すれば、基準断面の映像上に任意の直線が自動的に予め描かれ、その直線に垂直な断面映像が自動的にディスプレイされるようにすることも可能である。詳述すれば、図１０Ｃに示されている通り、基準断面、例えばＡ断面に直線が表示されていて、ユーザーがあるキーを押せばその映像上の直線が回ることになり、その直線の垂直方向への断面映像がディスプレイされるようにすることができる。

上述した実施の形態は、本発明の原理を応用した多様な実施の形態の一部を示したものに過ぎない。本技術分野において通常の知識を有する者は本発明の本質から逸脱せずに様々な変形が可能であることが明確に分かるはずである。

従来の超音波診断装置を用いて獲得された対象体の断面映像を示す図面。 図１の断面映像のディスプレイ基準に利用されるＡ断面を示す図面。 図１の断面映像のディスプレイ基準に利用されるＢ断面を示す図面。 図１の断面映像のディスプレイ基準に利用されるＣ断面を示す図面。 本発明による超音波診断システムの概略図。 図３Ａの超音波診断システムの本体に含まれるリアルタイム超音波診断システム用レンダリング装置のブロック図。 本発明により使われる円錐座標と直交座標間の関係を説明するための図面である。 本発明により使われる円錐座標と直交座標間の関係を説明するための図面である。 本発明により使われる円錐座標と直交座標間の関係を説明するための図面である。 本発明により行われてディスプレイされた対象体の多重断面ビューを示す図面である。 本発明によるオブリーク断面ビューをディスプレイするために実行されるフローチャートである。 本発明によるオブリーク断面ビューをディスプレイするために、基準断面に線を表示し、これによりディスプレイされた断面映像の概略図である。 本発明によるオブリーク断面ビューをディスプレイするために、基準断面に線を表示し、これによりディスプレイされた断面映像の概略図である。 本発明によるオブリーク断面ビューをディスプレイするために、基準断面に線を表示し、これによりディスプレイされた断面映像の概略図である。 本発明によるオブリーク断面ビューをディスプレイするために、基準断面に線を表示し、これによりディスプレイされた断面映像の概略図である。 図７Ａ〜図７Ｄにおいて基準断面に線を表示した場合にエイリアシングが生じた場合を説明するための図面である。 図７Ａ〜図７Ｄにおいて基準断面に線を表示した場合にエイリアシングが生じた場合を説明するための図面である。 図７Ａ〜図７Ｄにおいて基準断面に線を表示した場合にエイリアシングが生じた場合を説明するための図面である。 図８Ａ〜図８Ｃのように基準断面に線が表示された場合、ユーザーが見ようとする断面をディスプレイするために行われるレンダリング順序を示す図面である。 本発明により行われたオブリーク断面ビューを示す図面である。 本発明により行われたオブリーク断面ビューを示す図面である。 本発明により行われたオブリーク断面ビューを示す図面である。

符号の説明

３０１ プローブ
３０３ ディスプレイ装置
３１２ 判断部
３１３ ディスプレイ領域計算部
３１４ スキャン変換部
３１１ 幾何学的ルックアップテーブル格納部
３１６ レンダリング部
３１７ ３次元データ格納装置

Claims (12)

1. ３次元超音波データを利用して対象体をディスプレイする装置において、
   インターフェース装置から基準断面の情報を受信し、上記対象体の円錐座標からなる３次元データをプローブまたは３次元データ格納装置から受信し、上記円錐座標からなる３次元データが超音波映像としてディスプレイされるディスプレイ領域が直前のディスプレイ領域と異なるのかを判断する判断部と、
   上記ディスプレイ領域が変化した場合、上記ディスプレイ領域を計算するディスプレイ領域計算部と、
   上記対象体を示すビューの３次元直交座標にマッチングされるインデックスと、上記インデックスに対応する直交座標と円錐座標間の予め計算された座標変換値を格納する幾何学的ルックアップテーブル格納部と、
   上記幾何学的ルックアップテーブル格納部から座標変換値を検索して上記円錐座標からなる３次元データを、上記ディスプレイ領域に該当する直交座標からなる３次元データに変換するスキャン変換をリアルタイムで行うスキャン変換部と、
   上記スキャン変換された３次元データを用いて、基準断面を基準にその法線方向への、上記基準断面と平行な対象体の多重断面映像をディスプレイするために、上記スキャン変換された３次元データをリアルタイムでレンダリングするレンダリング部と、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 上記インターフェース装置は、ユーザーが見ようとする断面をディスプレイするために、上記ディスプレイされた基準断面に線を表示することができるようにし、上記レンダリング部は上記見ようとする断面をアンチエイリアシング方法を用いてディスプレイすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 上記アンチエイリアシング方法はエイリアシングが生じた部分のみを探索し、その部分のみをアンチエイリアシング処理することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 上記多重断面は超音波診断装置でリアルタイムでディスプレイされることを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 上記インターフェース装置は、上記多重断面をリアルタイムでディスプレイするために、ユーザーがディスプレイレイアウトを選択することができるようにし、上記レンダリング装置は上記ディスプレイレイアウトに合うように上記多重断面をディスプレイするために上記ディスプレイレイアウトだけ上記スキャン変換された３次元データをレンダリングすることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. ３次元超音波データを利用して対象体をディスプレイする方法において、
   上記対象体を示すビューの３次元直交座標にマッチングされるインデックスと、上記インデックスに対応する直交座標と円錐座標間の予め計算された座標変換値を格納する段階と、
   インターフェース装置から基準断面の情報を受信し、上記対象体の円錐座標からなる３次元データをプローブまたは３次元データ格納装置から受信し、上記円錐座標からなる３次元データが超音波映像としてディスプレイされるディスプレイ領域が直前のディスプレイ領域と異なるのかを判断する段階と、
   上記ディスプレイ領域が変化した場合、上記ディスプレイ領域を計算する段階と、
   上記円錐座標からなる３次元データを上記計算されたディスプレイ領域に該当する直交座標に変換するために上記幾何学的ルックアップテーブル格納部から座標変換値を検索して上記円錐座標からなる３次元データをスキャン変換する段階と、
   上記スキャン変換された３次元データを利用し、上記基準断面を基準にその法線方向への、上記基準断面と平行な対象体の多重断面映像をディスプレイするために上記スキャン変換された３次元データをレンダリングする段階とを有することを特徴とする方法。
7. 見ようとする断面をディスプレイするために、上記ディスプレイされた基準断面に線を表示する段階と、
   上記表示された線の垂直方向の断面をアンチエイリアシング方法を用いてディスプレイする段階とをさらに有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. ディスプレイされた画面を移動または編集する段階をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 上記多重断面は超音波診断装置でリアルタイムでディスプレイされることを特徴とする請求項６に記載の方法。
10. 上記インターフェース装置は、上記多重断面をリアルタイムでディスプレイするために、ユーザーがディスプレイレイアウトを選択することができるようにし、上記レンダリングする段階は上記ディスプレイレイアウトに合うように上記多重断面をディスプレイするために上記ディスプレイレイアウトだけ上記スキャン変換された３次元データをレンダリングする請求項６に記載の方法。
11. 上記アンチエイリアシング方法はエイリアシングが生じた部分のみを探索し、その部分のみアンチエイリアシング処理する選択的アンチエイリアシングであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
12. 上記選択的アンチエイリアシング方法は上記表示された線の傾きを用いてエイリアシングするかどうかを判断することを特徴とする請求項１１に記載の方法。

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