超音波画像処理装置
【課題】３次元超音波画像における画質を向上する。あるいは、ボリュームレンダリングにおいて設定されるレイの本数を削減できるようにする。
【解決手段】ボリュームレンダリング法に基づいてボリュームデータから原イメージが生成される。表示イメージ中の注目画素に対応する対応点が原イメージ上に定められる。対応点を通過する複数の候補方向が定められ、各候補方向ごとに分散値が演算される。最大分散値をとる法線方向の直交方向として、あるいは、最小分散値をとる方向として、組織輪郭に沿った参照方向が定められる。当該方向における複数の画素値に基づいて注目画素の補間画素値が演算される。方向性補間処理に続いてコントラスト強調処理が適用される。
【解決手段】ボリュームレンダリング法に基づいてボリュームデータから原イメージが生成される。表示イメージ中の注目画素に対応する対応点が原イメージ上に定められる。対応点を通過する複数の候補方向が定められ、各候補方向ごとに分散値が演算される。最大分散値をとる法線方向の直交方向として、あるいは、最小分散値をとる方向として、組織輪郭に沿った参照方向が定められる。当該方向における複数の画素値に基づいて注目画素の補間画素値が演算される。方向性補間処理に続いてコントラスト強調処理が適用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波画像処理装置に関し、特に、三次元超音波画像の画質を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像処理装置は、超音波の送受波によって得られたデータに基づいて超音波画像を形成し、あるいは、そのような超音波画像を処理する装置である。超音波画像処理装置は、超音波診断装置や情報処理装置として構成される。後者は例えば超音波診断装置から転送されるデータを処理するコンピュータである。形成対象又は処理対象となる超音波診断画像は、二次元超音波画像、三次元超音波画像、等である。
【０００３】
生体内三次元空間から取得されたボリュームデータ（エコーデータ集合体）に対してボリュームレンダリング法を適用することにより、三次元超音波画像（ボリュームレンダリング画像）が形成される。具体的には、ボリュームデータに対して視点から伸びる複数のレイ（仮想的な視線であって演算経路に相当するもの）が設定される。次に、各レイ上に存在するサンプル点に対して順番に所定演算が繰り返し実行される。これにより、各レイごとに画素値が求められる。最終的に、複数のレイに対応する複数の画素値の集合体として三次元超音波画像が構成される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
一般的なボリュームレンダリングのアルゴリズムは次式で表される。以下のIは画素値（輝度値）を示し、e(i)はレイ上サンプル点のエコー強度（エコー値）であり、o(e(i))はオパシティ（不透明度）である。iはサンプル点の番号を示している。
I = Σ［e(i) * o(e(i)) * (1 - o#out(i - 1))］ …（１）
但し、o#out(i) = Σo(e(i)) * (1 - o#out(i - 1))
なお、オパシティの総和が１に到達した場合、あるいは、サンプル点が演算範囲を超えた場合に演算終了となり、その時点でのIの値が投影面上にマッピングされる。上記（１）式は例示であって、様々なアルゴリズムが知られている。
【０００５】
ところで、三次元画像表示方式として、１画面内に４つのイメージを表示する４ビュー表示（直交３断面イメージ＋３Ｄイメージ）、１画面内に２つのイメージを表示する２ビュー表示（断面イメージ＋３Ｄイメージ）、１画面内に１つのイメージを表示する１ビュー表示（３Ｄイメージ）、等が知られている。一般には、１つのボリュームデータを処理する時間は、投影面上の画素数（つまりレイ数）に比例するから、上記３つの方式の中では、１ビュー表示が最も処理時間を要する。モニタサイズが大きくなった場合は表示イメージを構成する画素数が増大するので、その分だけ処理時間が増大する。すなわち、一般に、三次元イメージの生成に際しては、演算量が多く、ＣＰＵの負担が大きいという問題がある。高速のプロセッサを利用することも考えられるが、コストアップという別の問題が生じる。
【０００６】
そこで、レイの本数を少なくして演算量を削減するのが望ましいが、単純にレイの本数を削減すると三次元画像が粗い画像となってしまう。あるいは、三次元画像が小さな画像になってしまう。そこで、レンダリング後の画像に対して、線形補間（リニア補間）処理により見かけ上の画素数あるいは分解能を向上させることも可能ではあるが、そのような処理によると、画像がぼやけてしまい画質低下が問題となる。画像を単純に拡大する場合にも画質低下という問題が生じる。
【０００７】
一般に、ボリュームレンダリングにより生成された三次元超音波画像については、尖鋭さが乏しく、輪郭がはっきりしない、という傾向が指摘されている。なお、従来の一般的な補間処理は、注目画素の周囲に存在する例えば４個、８個、１６個の近傍画素を参照するものである。すなわち、参照範囲が注目画素の全周囲に等しく及んでいる。従来技術では、組織構造に応じて補間条件を変化させることはできない。
【０００８】
なお、特許文献２には、実施形態として、膝関節に含まれる軟骨の画像を形成する装置が開示されている。その第００４２段落以下には、軟骨画像形成処理に先立って実行される前処理の内容が記載されている。その前処理はスライスデータ（二次元フレーム）単位で実行されるものである。具体的には、注目画素を通過する複数の線分の中から、分散値が最大となる線分が特定され、当該線分に対して直交する線分が特定される。その直交する線分上に存在する複数の画素値の平均値が演算され、それが注目画素についての更新画素値とされる。この処理は、軟骨画像形成前の各スライスデータに対して適用されるものである。つまり、ボリュームレンダリング後の３Ｄイメージに対する処理ではない。また、特許文献２には、倍率変更機能（分解能変更機能）をもった方向性補間処理については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３３５３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、三次元超音波画像の画質を高め、あるいは、三次元超音波画像を生成する際の演算量を削減することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、レイの本数が少ない場合であっても良好な画質を有する三次元超音波画像を表示できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る装置は、生体内三次元空間から取得されたボリュームデータに対して複数のレイを設定すると共に各レイに沿ってレンダリング演算を実行することにより、三次元画像としての原イメージを生成するレンダリング手段と、前記原イメージに基づいて表示イメージを生成する手段であって、前記表示イメージを構成する注目画素ごとに前記原イメージを基礎とした方向性補間処理を適用することにより、前記注目画素の補間画素値を生成する方向性補間処理手段と、を含み、前記方向性補間処理では、前記原イメージにおいて三次元表現されている組織の流れ方向に補間画素値演算用の画素参照方向が定められる。
【００１３】
上記構成によれば、まずボリュームレンダリング処理によって三次元画像としての原イメージが生成され、それに対して方向性補間処理が適用されて、原イメージに基づく表示イメージが生成される。方向性補間処理は、対応点（関心点）から等しく周囲を参照するものではなく、組織の流れ方向に画素参照方向を定め、当該方向に並ぶ複数の画素値を使って補間画素値を演算するものである。よって、組織の輪郭をはっきりさせることが可能となり、つまり三次元画像のぼけを改善することが可能となる。逆に言えば、レイ本数を削減して低解像度の三次元画像を構成した上で、それに対する後処理によって高解像度の三次元画像を生成することが可能となるから、演算量の削減と同時に画質向上を図れる。望ましくは、前記表示イメージは前記原イメージとは倍率又は解像度が異なるイメージであり、前記方向性補間処理に際して倍率又は解像度が変更される。
【００１４】
望ましくは、前記方向性補間処理手段は、前記原イメージ上において、前記注目画素に対応する対応点を基準として互いに異なる複数の候補方向を設定し、各候補方向について画素値のばらつきを示す評価値を演算する評価値演算手段と、前記演算された複数の評価値に基づいて前記画素参照方向を決定する方向決定手段と、前記画素参照方向に並ぶ複数の画素が有する複数の画素値に基づいて前記補間画素値を演算する補間画素値演算手段と、を含む。画素参照方向は組織の輪郭（境界）に沿った方向である。最初に輪郭に対する法線方向を求め、その直交方向として画素参照方向を定めてもよいし、最初から輪郭に平行な方向としての画素参照方向を定めてもよい。前者の場合には、複数の候補方向の中から分散値最大となる候補方向を特定し、その直交方向として画素参照方向を定めるようにしてもよい。その場合、複数の候補方向の中の１つの方向として画素参照方向が定められてもよいし、２つの候補方向の間に画素参照方向が定められてもよい。複数の候補方向の中から分散値最小となる方向として画素参照方向を定めるようにしてもよい。
【００１５】
望ましくは、前記表示イメージを構成する各画素に対して方向性補間処理を適用した結果として、前記原イメージの拡大イメージに相当する前記表示イメージが生成され、前記表示イメージの拡大率が、前記原イメージを生成するために設定されたレイの本数に基づいて定められる。１画面内に同時表示するイメージ数（ビュー数）に応じて、三次元画像の構成画素数が定められるので、例えば、もっとも小さな画像に合わせてレイの本数を定めておき、大きな画像を表示する必要が生じた場合には、そのサイズ変更率に応じて方向性補間処理での倍率を上げるようにするのが望ましい。すなわち、ビュー数によらずにレイ数を一定とし、ビュー数に応じて倍率を変化させてもよい。
【００１６】
望ましくは、前記方向性補間処理により生成された表示イメージに対して後処理を適用する後処理手段を含み、前記後処理は前記表示イメージのコントラストを調整する処理である。望ましくは、前記コントラスト調整処理では、背景平均輝度値よりも入力画素値が大きい場合に当該入力画素値をより大きくした出力画素値が出力され、且つ、背景平均輝度よりも入力画素値が小さい場合に当該入力画素値をより小さくした出力画素値が出力される。
【００１７】
本発明に係るプログラムは、情報処理装置において実行される画像処理プログラムであって、生体内三次元空間から取得されたボリュームデータに対して複数のレイを設定すると共に各レイに沿ってレンダリング演算を実行することにより、三次元画像としての原イメージを生成する機能と、前記原イメージに基づいて表示イメージを生成する機能であって、前記表示イメージを構成する注目画素ごとに前記原イメージを基礎とした方向性補間処理を適用することにより、前記注目画素の補間画素値を生成する方向性補間処理機能と、を含み、前記方向性補間処理は、前記原イメージ上において、前記注目画素に対応する対応点を基準として互いに異なる複数の候補方向を設定し、各候補方向について画素値のばらつきを示す評価値を演算する処理と、前記演算された複数の評価値に基づいて前記複数の候補方向の中から補間画素値演算用の画素参照方向を決定する処理と、前記画素参照方向に並ぶ複数の画素が有する複数の画素値に基づいて前記補間画素値を演算する処理と、を含み、前記方向性補間処理では、前記原イメージにおいて三次元表現されている組織の流れ方向に前記画素参照方向が定められる、ことを特徴とする。情報処理装置はコンピュータ、超音波診断装置、等である。方向性補間処理の部分だけが単体で取引対象となってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、三次元超音波画像の画質を高め、あるいは、三次元超音波画像を生成する際の演算量を削減できる。あるいは、レイの本数が少ない場合であっても良好な画質を有する三次元超音波画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明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。
【図２】ボリュームレンダリング及び方向性補間処理を概念的に示す図である。
【図３】方向性補間処理の内容を示す概念図である。
【図４】対応点に対して設定される複数の候補ラインを示す図である。
【図５】輪郭方向に対して直交する法線ラインを示す図である。
【図６】法線ラインに対して直交する参照ラインを示す図である。
【図７】方向性補間処理の内容を示すフローチャートである。
【図８】後処理としての方向性補間処理とコントラスト強調処理とを示す図である。
【図９】分散値に基づく重みＫの決定を説明するための図である。
【図１０】原イメージを示す図である。
【図１１】従来の線形補間処理の結果を示す図である。
【図１２】本実施形態に係る方向性補間処理の結果を示す図である。
【図１３】本実施形態に係る方向性補間処理の作用を説明するための図である。
【図１４】４ビュー表示を示す図である。
【図１５】２ビュー表示を示す図である。
【図１６】１ビュー表示を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１には、本発明に係る超音波画像処理装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。本実施形態において、超音波画像処理装置は超音波診断装置として構成されている。
【００２２】
図１において、超音波診断装置は医療の分野において用いられ、生体に対する超音波の送受波により超音波画像を形成する装置である。本実施形態においては、生体内の３次元領域に対して超音波が送受波され、これによってボリュームデータが取得されている。そのボリュームデータに基づいて、ボリュームレンダリング画像としての３次元超音波画像や、１又は複数の断層画像が形成されている。以下に、具体的に説明する。
【００２３】
３Ｄプローブ１０は、３次元エコーデータ取込用超音波探触子であり、本実施形態において、３Ｄプローブ１０は、１Ｄアレイ振動子とそれを機械的に走査する機械走査機構とを備えている。１Ｄアレイ振動子は複数の振動素子からなるものであり、それによって超音波ビームが形成される。素子配列方向に超音波ビームが電子的に走査されて走査面が形成される。そのような１Ｄアレイ振動子を機械的に走査すると、走査面が揺動運動することになり、これによって３次元空間が形成される。図１においてｒは深さ方向を示しており、θは超音波ビームの電子走査方向を示しており、φ方向は走査面の機械走査方向を示している。Ｓは走査面を示しており、Ｖは３次元空間を表している。以上のような機械操作方式ではなく、２Ｄアレイ振動子を利用して２次元の電子走査方式を適用するようにしてもよい。
【００２４】
３Ｄプローブ１０は送受波面を有し、その送受波面が生体表面上に当接される。本実施形態においては、妊婦における腹部上に３Ｄプローブ１０が当接される。送信部１２は送信ビームフォーマーであり、送信時において、複数の送信信号が所定の遅延関係をもって複数の振動素子へ供給される。これによって送信ビームが形成される。受信時において、生体内からのエコーが複数の振動素子にて受波され、それによってアレイ振動子から複数の受信信号が受信部１４へ出力される。受信部１４は受信ビームフォーマーであり、すなわち整相加算処理部である。複数の受信信号に対しては遅延処理が適用され、遅延処理後の複数の受信信号が加算される。これによって電子的に受信ビームが形成され、その受信ビームに相当する整相加算後の受信信号（ビームデータ）が出力される。そのビームデータは３Ｄメモリ１５へ格納される。
【００２５】
３Ｄメモリ１５は、生体内の３次元空間（実空間）に対応した記憶空間（データ処理空間）を有している。すなわちビームデータを構成する各エコーデータは記憶空間内における各アドレスにマッピングされる。３Ｄメモリ１５へのデータの書き込みに伴って座標変換処理が適用され、あるいは３Ｄメモリ１５からのデータの読み出しに伴って座標変換処理が適用される。
【００２６】
断層画像形成部１６は、３次元空間に対して設定された１又は複数の切断面に対応する１又は複数の断層画像を形成するモジュールである。各断層画像は白黒のＢモード画像である。各切断面の位置についてはユーザーにより任意に設定することが可能である。断層画像形成部１６は、そのように設定された切断面に対応するエコーデータ群を３Ｄメモリ１５から読み出し、それらのデータに基づいて断層画像を形成する。形成された断層画像のデータは画像処理部１８を経て表示処理部２０へ出力される。画像処理部１８は、各種の画像処理機能を有し、その中には以下に説明する方向性補間処理が含まれてもよい。表示処理部２０は複数の画像を合成することにより１枚の表示画像を構成し、それを表す画像データを表示部２６へ出力する。
【００２７】
レンダリング部２２は、いわゆるボリュームレンダリング処理を実行するモジュールである。すなわち、３Ｄメモリ１５から読み出されるボリュームデータを用いて３次元画像を構成する処理を実行する。レンダリング方法としては各種のアルゴリズムが提案されている。レンダリング部２２は、より具体的には、ボリュームデータに対して複数のレイを設定し、各レイごとにレンダリング演算を実行することにより画素値を演算する。これによって３次元画像（原イメージ）が生成される。その際において、倍率Ｗが参照され、その倍率Ｗに基づいてレイの本数が定められる。本実施形態においては基本的には、レイが間引かれており、少ないレイの本数をもって低分解能の原イメージが生成され、それに対する後処理により高分解能の表示イメージが構成されている。
【００２８】
画像処理部２４は、方向性補間処理を実行するモジュールである。具体的には、方向性をもった補間処理と同時に倍率（分解能）の変更を行っている。これに関しては後に詳述する。いずれにしても、このような方向性補間処理を原イメージに適用することにより、分解能あるいは倍率が変更された、しかも輪郭がはっきりと強調された表示イメージを生成することが可能となる。そのような表示イメージに対しては必要に応じて更に後処理が適用され、本実施形態においてはコントラスト強調処理が適用されている。そのような処理を経た画像のデータが表示処理部２０に送られる。画像処理部２４の演算にあたっては必要に応じて倍率Ｗが参照される。
【００２９】
ちなみに、図１においては、３Ｄメモリ１５よりも後段の各機能がソフトウェアの処理として実現されている。図１においてはＣＰＵ及び動作プログラムからなる制御部については図示省略されている。方向性補間処理や上述したレンダリング処理がコンピュータなどの情報処理装置において実行されてもよく、その場合においては超音波診断装置からオンラインあるいはオフラインによって提供されたボリュームデータがそのような情報処理装置で処理される。
【００３０】
図２にはレンダリング処理及び方向性補間処理が示されている。符号３０は記憶空間を表しており、その内部にはボリュームデータ３１が存在している。本実施形態においては胎児についてのボリュームデータが存在している。記憶空間３０あるいはボリュームデータ３１に対して任意の位置に視点２８が設定される。そして、その視線から出る複数のレイ（視線）３４が定められる。この場合においてはボリュームデータ３１を通過するように複数のレイ３４が設定される。スクリーン３２は投影面であり、スクリーン３２上における複数のピクセルが複数のレイに対応している。具体的には１対１に対応している。ここでは符号３２ａがピクセルを表している。各レイに沿ってそのレイ上に存在する複数のボクセル（サンプル点）について順番にレンダリング演算すなわちボクセル演算が実行され、最終的な演算結果としての輝度値が当該レイに対応するピクセルの画素値として定められる。これを各レイごとに繰り返すことにより複数の画素値の集合としての原イメージ（３次元画像）が合成される。
【００３１】
本実施形態においては、そのような原イメージに対して符号３６に示される方向性補間処理すなわち後処理が適用される。これによって表示プレーン３８上に表示イメージを構成することが可能となる。ここで符号３８ａは表示プレーン３８を構成するピクセルを表している。表示プレーン３８上には拡大されたあるいは分解能が高められた３次元画像としての表示イメージが生成される。本実施形態においては、このような後処理として方向性補間処理によって見掛け上の分解能を高められ、しかも輪郭をはっきりと表すことが可能であるから、そのような後処理を前提として、ボリュームレンダリングにおけるレイの本数を削減して処理負担を軽減し迅速なレンダリング演算を行うことが可能となる。すなわち後に説明するように、４ビュー表示における小さな３次元画像を前提としてレイの本数を設定した上で、大きな画像が必要となる場合には方向性補間処理における倍率を上げることによりそのような大きな画像を生成することが可能となる。これによれば１ビュー表示であっても４ビュー表示と同様の３次元演算量とすることが可能となる。
【００３２】
図３には、方向性補間処理３６Ａの概念が示されている。図３において、左側には原イメージ３２Ａが示されており、右側には表示イメージ（表示プレーン）３８が示されている。原イメージ３２Ａを基礎とした方向性補間処理３６Ａによって、拡大されたあるいは分解能が向上された表示イメージ３８を構成することが可能となる。具体的には、表示イメージ３８を構成する各画素が注目点４０として順番に定められる。符号４４で示されるように、注目点４０に対応する対応点（関心点）４２が原イメージ３２Ａ上において定められる。そして以下に示す図４乃至図６の処理が適用されて、最終的に注目点４０についての補間画素値が求められ、その補間画素値が注目点４０の値としてマッピングされる。
【００３３】
これについて具体的に説明すると、図４には原イメージが示されており、ここには対応点４２を通過する複数の候補ライン群４６が示されている。候補ライン群４６は放射状に配列された複数の候補ラインにより構成され、隣接するライン間の角度ピッチは同一であり、それぞれのラインは互いに同じ長さを有している。もちろん非均等のピッチや長さの適応的設定といった技術を利用することも可能である。このように候補ライン群４６が設定されると、各候補ライン４８ごとに当該候補ライン上に存在する複数の画素値が参照され、それらに基づいて分散値が演算される。すなわち画素値のばらつき度合いを表す評価値が演算される。複数の候補ラインに対応する複数の分散値が演算された上、その中から図５に示されるように最大値をとる候補ラインが定められる。図５においてはそれが法線ライン４８Ａとして表わされている。すなわち組織４９の辺縁４９Ａにおよそ直交する方向として法線ライン４８Ａが設定されており、それは対応点４２を通過している。そして、図６に示されるように、そのような法線ライン４８Ａに直交するラインとして参照ライン４８Ｂが定められる。参照ライン４８Ｂは辺縁４９Ａに沿った（平行な）ラインである。そして、そのような参照ライン４８Ｂ上に存在する複数のサンプリング点すなわちサンプリング点列５０が定められ、それらが有する複数の画素値が参照され、その平均値あるいは重み付け平均値として補間画素値が演算される。すなわち、そのような補間画素値は対応点４２に対応する輝度値であり、より詳しくは図３に示した注目点４０の補間画素値である。
【００３４】
以上のように、注目点あるいは対応点の周囲をまんべんなく参照するのではなく、組織の流れの方向に沿って複数の画素値を参照し、それらに基づいて補間画素値を求めることにより、輪郭を強調した、あるいは輪郭をはっきりとさせた３次元超音波画像を構成することが可能となる。更に言えば、上述したようにレイ本数を削減して低解像度の原イメージを生成した場合であっても、そこから高解像度の３次元画像を構成できるという利点が得られる。上述した説明においては、複数の候補ラインの中からまず法線ラインを決定した上で、それに直交するラインとして参照ラインが求められていたが、複数の分散値の中で最小の分散値を特定することにより、当該最小の分散値を有する候補ラインを参照ラインとして定めるようにしてもよい。いずれにしても、対応点あるいは注目点を中心として複数の探索ラインを設定した上でそれらの個々を評価し、その評価結果として組織の流れの方向を判定するのが望ましい。
【００３５】
図７には、以上を説明した内容がフローチャートとして示されている。すなわちＳ１０においては、表示イメージにおける注目点が設定され、Ｓ１２においては原イメージ上において対応点が定められ、すなわち注目点に対応する点が定められ、その対応点を通過する複数の候補方向が設定される。Ｓ１４においては、各候補方向について分散値が演算される。Ｓ１６においては最大分散値をとる方向が法線方向として特定され、更にＳ１８においてはその法線方向に直交する方向として参照方向が定められることになる。当該参照方向は組織輪郭に沿った方向となる。もちろん上述したようにＳ１４の次に最小分散値をとる方向を見定めることにより、直接的に参照方向を特定するようにしてもよい。Ｓ２０においては参照方向に存在する複数のサンプリング点についての複数の画素値が参照され、それらの平均値あるいは重み付け平均値として補間画素値が演算される。この場合においては参照方向に存在する１つの画素値列を参照するようにしてもよいし複数列を参照するようにしてもよい。すなわち長方形に伸長したウィンドウを設定し、その中の画素値を参照することにより補間画素値を求めてもよい。
【００３６】
図８には、段階的に適用される複数の後処理の内容が示されている。第１段階においては方向性補間処理が適用され、それが方向性補間処理部５２として表されている。第２においてはコントラスト強調処理が適用され、それがコントラスト強調処理部５４として表されている。コントラスト強調処理部５４は、濃淡判定部５６、鮮明度判定部５８、鮮明化実行部６０を有している。濃淡判定部５６は例えばｍ画素×ｍ画素のウィンドウ内における平均値を演算するモジュールである。鮮明度判定部５８は、当該ウィンドウ内における分散値に基づいて重みＫを演算するモジュールである。重みＫを演算するための関数については後に図９を用いて説明する。鮮明化実行部６０は、現在注目している画素の画素値Ｉとウィンド内の平均値Ｉ’とに基づき、更に重みＫを考慮して、出力値としての画素値を求めている。具体的にはＩ＋Ｋ×（Ｉ−Ｉ’）が演算されている。この演算は、背景平均輝度値よりも注目している画素値の輝度値が大きければその値をより大きくし、逆に小さければその値をより小さくする処理である。ただし、分散値が大きいような状況にあっては、輝度値をあまり変更しない方が望ましいため、抑圧係数として重みＫが与えられている。
【００３７】
具体的には、例えば図９に示される関数６２Ａに従って重みＫが定められる。横軸は分散値であり縦軸は重みＫである。分散値がａ１以下においては例えば重みとしてＫ＝１．０が設定され、ａ１からａ２にかけては重みＫが徐々に小さくされている。そして分散値ａ２以上においては重みＫが０とされている。このような構成によれば、分散値が低い場合にあってはコントラストを強調させ、分散値が高くなればなるほどそのような強調処理を低減し、最終的には強調処理が行われないようになる。もちろんこのような関数６２Ａは一例であって、例えば６２Ｂで示されるような関数を利用することも可能である。ちなみに、図８に示されるように重みＫの演算にあたってはパラメータｋを作用させ、そのｋを大小させることにより関数形状をユーザーに可変させるようにしてもよい。例えばそのようなパラメータｋは分散値に対して乗算される係数である。
【００３８】
図１０には原イメージが例示されている。図１１には原イメージに対して従来の線形補間処理を適用した結果が示されている。線形補間処理に際しては倍率が変更されている。図１１に示されるように、方向性をもたない一般的な線形補間処理を適用した場合、画質がかなり低下する。すなわち画像内容がぼけている。図１２には原イメージに対して方向性補間処理を適用した結果が示されている。図１２に示されるように、原イメージの画質が倍率変更によっても維持され、むしろその内容は優良化されており、胎児の輪郭がはっきりと表れている。逆に言えば、このような後処理を前提とすれば、レイの本数を少なくして演算量を削減し、迅速な三次元画像形成を行うことが可能となる。
【００３９】
図１３には、上述した後処理の作用が示されている。横軸はピクセルの位置を表しており縦軸は輝度値を表している。符号１００は位置方向における輝度値の変化を表しており、符号１００は従来の方向性をもたない線形補間処理の結果を表している。符号１０２は本実施形態に係る方向性補間処理の結果を表している。そこでは図示のように凹凸が強調されており、特に輪郭が強調されており、これによって画質が向上している。
【００４０】
図１４には表示画面１０４内に表示される画像としての４ビュー表示が示されている。４ビュー表示は、３Ｄ画像と、３つのＢモード画像とにより構成されるものである。図１５には２ビュー表示が示されている。これは３Ｄ画像と１つのＢモード画像とにより構成される。図１６には１ビュー表示が示されている。これは１つの３次元画像により構成されるものである。本実施形態においては、例えば図１４に示される３次元画像を常に構築した上で、後処理によって図１５に示される少し大きな３次元画像や図１６に示される大きな３次元画像を構成することが可能である。すなわちレイの本数を増大させずに拡大されたあるいは分解能が向上された３次元画像を容易に生成することが可能となる。ビュー数に応じて拡大率を自動的に変更するように制御されている。
【００４１】
上記実施形態においては胎児の３次元画像に対して方向性補間処理が適用されたが、他の組織に対して同様の処理が適用されてもよい。例えば血流を表す３次元ドプラ画像に対して上記のような処理が適用されてもよい。この場合においては３原色を構成する各カラー情報ごとに方向性補間処理が適用されてもよい。上記の実施形態においては方向性補間処理の後にコントラスト処理が適用されていたが、後者の処理は必ずしも適用されなくてもよい。必要に応じて適用されればよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０ ３Ｄプローブ、１２ 送信部、１４ 受信部、１５ ３Ｄメモリ、２２ レンダリング部、２４ 画像処理部、２８ 視点、３２ スクリーン、３４ レイ、３８ 表示プレーン、４６ 候補ライン群、４８ 候補ライン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波画像処理装置に関し、特に、三次元超音波画像の画質を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波画像処理装置は、超音波の送受波によって得られたデータに基づいて超音波画像を形成し、あるいは、そのような超音波画像を処理する装置である。超音波画像処理装置は、超音波診断装置や情報処理装置として構成される。後者は例えば超音波診断装置から転送されるデータを処理するコンピュータである。形成対象又は処理対象となる超音波診断画像は、二次元超音波画像、三次元超音波画像、等である。
【０００３】
生体内三次元空間から取得されたボリュームデータ（エコーデータ集合体）に対してボリュームレンダリング法を適用することにより、三次元超音波画像（ボリュームレンダリング画像）が形成される。具体的には、ボリュームデータに対して視点から伸びる複数のレイ（仮想的な視線であって演算経路に相当するもの）が設定される。次に、各レイ上に存在するサンプル点に対して順番に所定演算が繰り返し実行される。これにより、各レイごとに画素値が求められる。最終的に、複数のレイに対応する複数の画素値の集合体として三次元超音波画像が構成される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
一般的なボリュームレンダリングのアルゴリズムは次式で表される。以下のIは画素値（輝度値）を示し、e(i)はレイ上サンプル点のエコー強度（エコー値）であり、o(e(i))はオパシティ（不透明度）である。iはサンプル点の番号を示している。
I = Σ［e(i) * o(e(i)) * (1 - o#out(i - 1))］ …（１）
但し、o#out(i) = Σo(e(i)) * (1 - o#out(i - 1))
なお、オパシティの総和が１に到達した場合、あるいは、サンプル点が演算範囲を超えた場合に演算終了となり、その時点でのIの値が投影面上にマッピングされる。上記（１）式は例示であって、様々なアルゴリズムが知られている。
【０００５】
ところで、三次元画像表示方式として、１画面内に４つのイメージを表示する４ビュー表示（直交３断面イメージ＋３Ｄイメージ）、１画面内に２つのイメージを表示する２ビュー表示（断面イメージ＋３Ｄイメージ）、１画面内に１つのイメージを表示する１ビュー表示（３Ｄイメージ）、等が知られている。一般には、１つのボリュームデータを処理する時間は、投影面上の画素数（つまりレイ数）に比例するから、上記３つの方式の中では、１ビュー表示が最も処理時間を要する。モニタサイズが大きくなった場合は表示イメージを構成する画素数が増大するので、その分だけ処理時間が増大する。すなわち、一般に、三次元イメージの生成に際しては、演算量が多く、ＣＰＵの負担が大きいという問題がある。高速のプロセッサを利用することも考えられるが、コストアップという別の問題が生じる。
【０００６】
そこで、レイの本数を少なくして演算量を削減するのが望ましいが、単純にレイの本数を削減すると三次元画像が粗い画像となってしまう。あるいは、三次元画像が小さな画像になってしまう。そこで、レンダリング後の画像に対して、線形補間（リニア補間）処理により見かけ上の画素数あるいは分解能を向上させることも可能ではあるが、そのような処理によると、画像がぼやけてしまい画質低下が問題となる。画像を単純に拡大する場合にも画質低下という問題が生じる。
【０００７】
一般に、ボリュームレンダリングにより生成された三次元超音波画像については、尖鋭さが乏しく、輪郭がはっきりしない、という傾向が指摘されている。なお、従来の一般的な補間処理は、注目画素の周囲に存在する例えば４個、８個、１６個の近傍画素を参照するものである。すなわち、参照範囲が注目画素の全周囲に等しく及んでいる。従来技術では、組織構造に応じて補間条件を変化させることはできない。
【０００８】
なお、特許文献２には、実施形態として、膝関節に含まれる軟骨の画像を形成する装置が開示されている。その第００４２段落以下には、軟骨画像形成処理に先立って実行される前処理の内容が記載されている。その前処理はスライスデータ（二次元フレーム）単位で実行されるものである。具体的には、注目画素を通過する複数の線分の中から、分散値が最大となる線分が特定され、当該線分に対して直交する線分が特定される。その直交する線分上に存在する複数の画素値の平均値が演算され、それが注目画素についての更新画素値とされる。この処理は、軟骨画像形成前の各スライスデータに対して適用されるものである。つまり、ボリュームレンダリング後の３Ｄイメージに対する処理ではない。また、特許文献２には、倍率変更機能（分解能変更機能）をもった方向性補間処理については記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３３５３８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、三次元超音波画像の画質を高め、あるいは、三次元超音波画像を生成する際の演算量を削減することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、レイの本数が少ない場合であっても良好な画質を有する三次元超音波画像を表示できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る装置は、生体内三次元空間から取得されたボリュームデータに対して複数のレイを設定すると共に各レイに沿ってレンダリング演算を実行することにより、三次元画像としての原イメージを生成するレンダリング手段と、前記原イメージに基づいて表示イメージを生成する手段であって、前記表示イメージを構成する注目画素ごとに前記原イメージを基礎とした方向性補間処理を適用することにより、前記注目画素の補間画素値を生成する方向性補間処理手段と、を含み、前記方向性補間処理では、前記原イメージにおいて三次元表現されている組織の流れ方向に補間画素値演算用の画素参照方向が定められる。
【００１３】
上記構成によれば、まずボリュームレンダリング処理によって三次元画像としての原イメージが生成され、それに対して方向性補間処理が適用されて、原イメージに基づく表示イメージが生成される。方向性補間処理は、対応点（関心点）から等しく周囲を参照するものではなく、組織の流れ方向に画素参照方向を定め、当該方向に並ぶ複数の画素値を使って補間画素値を演算するものである。よって、組織の輪郭をはっきりさせることが可能となり、つまり三次元画像のぼけを改善することが可能となる。逆に言えば、レイ本数を削減して低解像度の三次元画像を構成した上で、それに対する後処理によって高解像度の三次元画像を生成することが可能となるから、演算量の削減と同時に画質向上を図れる。望ましくは、前記表示イメージは前記原イメージとは倍率又は解像度が異なるイメージであり、前記方向性補間処理に際して倍率又は解像度が変更される。
【００１４】
望ましくは、前記方向性補間処理手段は、前記原イメージ上において、前記注目画素に対応する対応点を基準として互いに異なる複数の候補方向を設定し、各候補方向について画素値のばらつきを示す評価値を演算する評価値演算手段と、前記演算された複数の評価値に基づいて前記画素参照方向を決定する方向決定手段と、前記画素参照方向に並ぶ複数の画素が有する複数の画素値に基づいて前記補間画素値を演算する補間画素値演算手段と、を含む。画素参照方向は組織の輪郭（境界）に沿った方向である。最初に輪郭に対する法線方向を求め、その直交方向として画素参照方向を定めてもよいし、最初から輪郭に平行な方向としての画素参照方向を定めてもよい。前者の場合には、複数の候補方向の中から分散値最大となる候補方向を特定し、その直交方向として画素参照方向を定めるようにしてもよい。その場合、複数の候補方向の中の１つの方向として画素参照方向が定められてもよいし、２つの候補方向の間に画素参照方向が定められてもよい。複数の候補方向の中から分散値最小となる方向として画素参照方向を定めるようにしてもよい。
【００１５】
望ましくは、前記表示イメージを構成する各画素に対して方向性補間処理を適用した結果として、前記原イメージの拡大イメージに相当する前記表示イメージが生成され、前記表示イメージの拡大率が、前記原イメージを生成するために設定されたレイの本数に基づいて定められる。１画面内に同時表示するイメージ数（ビュー数）に応じて、三次元画像の構成画素数が定められるので、例えば、もっとも小さな画像に合わせてレイの本数を定めておき、大きな画像を表示する必要が生じた場合には、そのサイズ変更率に応じて方向性補間処理での倍率を上げるようにするのが望ましい。すなわち、ビュー数によらずにレイ数を一定とし、ビュー数に応じて倍率を変化させてもよい。
【００１６】
望ましくは、前記方向性補間処理により生成された表示イメージに対して後処理を適用する後処理手段を含み、前記後処理は前記表示イメージのコントラストを調整する処理である。望ましくは、前記コントラスト調整処理では、背景平均輝度値よりも入力画素値が大きい場合に当該入力画素値をより大きくした出力画素値が出力され、且つ、背景平均輝度よりも入力画素値が小さい場合に当該入力画素値をより小さくした出力画素値が出力される。
【００１７】
本発明に係るプログラムは、情報処理装置において実行される画像処理プログラムであって、生体内三次元空間から取得されたボリュームデータに対して複数のレイを設定すると共に各レイに沿ってレンダリング演算を実行することにより、三次元画像としての原イメージを生成する機能と、前記原イメージに基づいて表示イメージを生成する機能であって、前記表示イメージを構成する注目画素ごとに前記原イメージを基礎とした方向性補間処理を適用することにより、前記注目画素の補間画素値を生成する方向性補間処理機能と、を含み、前記方向性補間処理は、前記原イメージ上において、前記注目画素に対応する対応点を基準として互いに異なる複数の候補方向を設定し、各候補方向について画素値のばらつきを示す評価値を演算する処理と、前記演算された複数の評価値に基づいて前記複数の候補方向の中から補間画素値演算用の画素参照方向を決定する処理と、前記画素参照方向に並ぶ複数の画素が有する複数の画素値に基づいて前記補間画素値を演算する処理と、を含み、前記方向性補間処理では、前記原イメージにおいて三次元表現されている組織の流れ方向に前記画素参照方向が定められる、ことを特徴とする。情報処理装置はコンピュータ、超音波診断装置、等である。方向性補間処理の部分だけが単体で取引対象となってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、三次元超音波画像の画質を高め、あるいは、三次元超音波画像を生成する際の演算量を削減できる。あるいは、レイの本数が少ない場合であっても良好な画質を有する三次元超音波画像を表示できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明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。
【図２】ボリュームレンダリング及び方向性補間処理を概念的に示す図である。
【図３】方向性補間処理の内容を示す概念図である。
【図４】対応点に対して設定される複数の候補ラインを示す図である。
【図５】輪郭方向に対して直交する法線ラインを示す図である。
【図６】法線ラインに対して直交する参照ラインを示す図である。
【図７】方向性補間処理の内容を示すフローチャートである。
【図８】後処理としての方向性補間処理とコントラスト強調処理とを示す図である。
【図９】分散値に基づく重みＫの決定を説明するための図である。
【図１０】原イメージを示す図である。
【図１１】従来の線形補間処理の結果を示す図である。
【図１２】本実施形態に係る方向性補間処理の結果を示す図である。
【図１３】本実施形態に係る方向性補間処理の作用を説明するための図である。
【図１４】４ビュー表示を示す図である。
【図１５】２ビュー表示を示す図である。
【図１６】１ビュー表示を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１には、本発明に係る超音波画像処理装置の好適な実施形態が示されており、図１はその全体構成を示すブロック図である。本実施形態において、超音波画像処理装置は超音波診断装置として構成されている。
【００２２】
図１において、超音波診断装置は医療の分野において用いられ、生体に対する超音波の送受波により超音波画像を形成する装置である。本実施形態においては、生体内の３次元領域に対して超音波が送受波され、これによってボリュームデータが取得されている。そのボリュームデータに基づいて、ボリュームレンダリング画像としての３次元超音波画像や、１又は複数の断層画像が形成されている。以下に、具体的に説明する。
【００２３】
３Ｄプローブ１０は、３次元エコーデータ取込用超音波探触子であり、本実施形態において、３Ｄプローブ１０は、１Ｄアレイ振動子とそれを機械的に走査する機械走査機構とを備えている。１Ｄアレイ振動子は複数の振動素子からなるものであり、それによって超音波ビームが形成される。素子配列方向に超音波ビームが電子的に走査されて走査面が形成される。そのような１Ｄアレイ振動子を機械的に走査すると、走査面が揺動運動することになり、これによって３次元空間が形成される。図１においてｒは深さ方向を示しており、θは超音波ビームの電子走査方向を示しており、φ方向は走査面の機械走査方向を示している。Ｓは走査面を示しており、Ｖは３次元空間を表している。以上のような機械操作方式ではなく、２Ｄアレイ振動子を利用して２次元の電子走査方式を適用するようにしてもよい。
【００２４】
３Ｄプローブ１０は送受波面を有し、その送受波面が生体表面上に当接される。本実施形態においては、妊婦における腹部上に３Ｄプローブ１０が当接される。送信部１２は送信ビームフォーマーであり、送信時において、複数の送信信号が所定の遅延関係をもって複数の振動素子へ供給される。これによって送信ビームが形成される。受信時において、生体内からのエコーが複数の振動素子にて受波され、それによってアレイ振動子から複数の受信信号が受信部１４へ出力される。受信部１４は受信ビームフォーマーであり、すなわち整相加算処理部である。複数の受信信号に対しては遅延処理が適用され、遅延処理後の複数の受信信号が加算される。これによって電子的に受信ビームが形成され、その受信ビームに相当する整相加算後の受信信号（ビームデータ）が出力される。そのビームデータは３Ｄメモリ１５へ格納される。
【００２５】
３Ｄメモリ１５は、生体内の３次元空間（実空間）に対応した記憶空間（データ処理空間）を有している。すなわちビームデータを構成する各エコーデータは記憶空間内における各アドレスにマッピングされる。３Ｄメモリ１５へのデータの書き込みに伴って座標変換処理が適用され、あるいは３Ｄメモリ１５からのデータの読み出しに伴って座標変換処理が適用される。
【００２６】
断層画像形成部１６は、３次元空間に対して設定された１又は複数の切断面に対応する１又は複数の断層画像を形成するモジュールである。各断層画像は白黒のＢモード画像である。各切断面の位置についてはユーザーにより任意に設定することが可能である。断層画像形成部１６は、そのように設定された切断面に対応するエコーデータ群を３Ｄメモリ１５から読み出し、それらのデータに基づいて断層画像を形成する。形成された断層画像のデータは画像処理部１８を経て表示処理部２０へ出力される。画像処理部１８は、各種の画像処理機能を有し、その中には以下に説明する方向性補間処理が含まれてもよい。表示処理部２０は複数の画像を合成することにより１枚の表示画像を構成し、それを表す画像データを表示部２６へ出力する。
【００２７】
レンダリング部２２は、いわゆるボリュームレンダリング処理を実行するモジュールである。すなわち、３Ｄメモリ１５から読み出されるボリュームデータを用いて３次元画像を構成する処理を実行する。レンダリング方法としては各種のアルゴリズムが提案されている。レンダリング部２２は、より具体的には、ボリュームデータに対して複数のレイを設定し、各レイごとにレンダリング演算を実行することにより画素値を演算する。これによって３次元画像（原イメージ）が生成される。その際において、倍率Ｗが参照され、その倍率Ｗに基づいてレイの本数が定められる。本実施形態においては基本的には、レイが間引かれており、少ないレイの本数をもって低分解能の原イメージが生成され、それに対する後処理により高分解能の表示イメージが構成されている。
【００２８】
画像処理部２４は、方向性補間処理を実行するモジュールである。具体的には、方向性をもった補間処理と同時に倍率（分解能）の変更を行っている。これに関しては後に詳述する。いずれにしても、このような方向性補間処理を原イメージに適用することにより、分解能あるいは倍率が変更された、しかも輪郭がはっきりと強調された表示イメージを生成することが可能となる。そのような表示イメージに対しては必要に応じて更に後処理が適用され、本実施形態においてはコントラスト強調処理が適用されている。そのような処理を経た画像のデータが表示処理部２０に送られる。画像処理部２４の演算にあたっては必要に応じて倍率Ｗが参照される。
【００２９】
ちなみに、図１においては、３Ｄメモリ１５よりも後段の各機能がソフトウェアの処理として実現されている。図１においてはＣＰＵ及び動作プログラムからなる制御部については図示省略されている。方向性補間処理や上述したレンダリング処理がコンピュータなどの情報処理装置において実行されてもよく、その場合においては超音波診断装置からオンラインあるいはオフラインによって提供されたボリュームデータがそのような情報処理装置で処理される。
【００３０】
図２にはレンダリング処理及び方向性補間処理が示されている。符号３０は記憶空間を表しており、その内部にはボリュームデータ３１が存在している。本実施形態においては胎児についてのボリュームデータが存在している。記憶空間３０あるいはボリュームデータ３１に対して任意の位置に視点２８が設定される。そして、その視線から出る複数のレイ（視線）３４が定められる。この場合においてはボリュームデータ３１を通過するように複数のレイ３４が設定される。スクリーン３２は投影面であり、スクリーン３２上における複数のピクセルが複数のレイに対応している。具体的には１対１に対応している。ここでは符号３２ａがピクセルを表している。各レイに沿ってそのレイ上に存在する複数のボクセル（サンプル点）について順番にレンダリング演算すなわちボクセル演算が実行され、最終的な演算結果としての輝度値が当該レイに対応するピクセルの画素値として定められる。これを各レイごとに繰り返すことにより複数の画素値の集合としての原イメージ（３次元画像）が合成される。
【００３１】
本実施形態においては、そのような原イメージに対して符号３６に示される方向性補間処理すなわち後処理が適用される。これによって表示プレーン３８上に表示イメージを構成することが可能となる。ここで符号３８ａは表示プレーン３８を構成するピクセルを表している。表示プレーン３８上には拡大されたあるいは分解能が高められた３次元画像としての表示イメージが生成される。本実施形態においては、このような後処理として方向性補間処理によって見掛け上の分解能を高められ、しかも輪郭をはっきりと表すことが可能であるから、そのような後処理を前提として、ボリュームレンダリングにおけるレイの本数を削減して処理負担を軽減し迅速なレンダリング演算を行うことが可能となる。すなわち後に説明するように、４ビュー表示における小さな３次元画像を前提としてレイの本数を設定した上で、大きな画像が必要となる場合には方向性補間処理における倍率を上げることによりそのような大きな画像を生成することが可能となる。これによれば１ビュー表示であっても４ビュー表示と同様の３次元演算量とすることが可能となる。
【００３２】
図３には、方向性補間処理３６Ａの概念が示されている。図３において、左側には原イメージ３２Ａが示されており、右側には表示イメージ（表示プレーン）３８が示されている。原イメージ３２Ａを基礎とした方向性補間処理３６Ａによって、拡大されたあるいは分解能が向上された表示イメージ３８を構成することが可能となる。具体的には、表示イメージ３８を構成する各画素が注目点４０として順番に定められる。符号４４で示されるように、注目点４０に対応する対応点（関心点）４２が原イメージ３２Ａ上において定められる。そして以下に示す図４乃至図６の処理が適用されて、最終的に注目点４０についての補間画素値が求められ、その補間画素値が注目点４０の値としてマッピングされる。
【００３３】
これについて具体的に説明すると、図４には原イメージが示されており、ここには対応点４２を通過する複数の候補ライン群４６が示されている。候補ライン群４６は放射状に配列された複数の候補ラインにより構成され、隣接するライン間の角度ピッチは同一であり、それぞれのラインは互いに同じ長さを有している。もちろん非均等のピッチや長さの適応的設定といった技術を利用することも可能である。このように候補ライン群４６が設定されると、各候補ライン４８ごとに当該候補ライン上に存在する複数の画素値が参照され、それらに基づいて分散値が演算される。すなわち画素値のばらつき度合いを表す評価値が演算される。複数の候補ラインに対応する複数の分散値が演算された上、その中から図５に示されるように最大値をとる候補ラインが定められる。図５においてはそれが法線ライン４８Ａとして表わされている。すなわち組織４９の辺縁４９Ａにおよそ直交する方向として法線ライン４８Ａが設定されており、それは対応点４２を通過している。そして、図６に示されるように、そのような法線ライン４８Ａに直交するラインとして参照ライン４８Ｂが定められる。参照ライン４８Ｂは辺縁４９Ａに沿った（平行な）ラインである。そして、そのような参照ライン４８Ｂ上に存在する複数のサンプリング点すなわちサンプリング点列５０が定められ、それらが有する複数の画素値が参照され、その平均値あるいは重み付け平均値として補間画素値が演算される。すなわち、そのような補間画素値は対応点４２に対応する輝度値であり、より詳しくは図３に示した注目点４０の補間画素値である。
【００３４】
以上のように、注目点あるいは対応点の周囲をまんべんなく参照するのではなく、組織の流れの方向に沿って複数の画素値を参照し、それらに基づいて補間画素値を求めることにより、輪郭を強調した、あるいは輪郭をはっきりとさせた３次元超音波画像を構成することが可能となる。更に言えば、上述したようにレイ本数を削減して低解像度の原イメージを生成した場合であっても、そこから高解像度の３次元画像を構成できるという利点が得られる。上述した説明においては、複数の候補ラインの中からまず法線ラインを決定した上で、それに直交するラインとして参照ラインが求められていたが、複数の分散値の中で最小の分散値を特定することにより、当該最小の分散値を有する候補ラインを参照ラインとして定めるようにしてもよい。いずれにしても、対応点あるいは注目点を中心として複数の探索ラインを設定した上でそれらの個々を評価し、その評価結果として組織の流れの方向を判定するのが望ましい。
【００３５】
図７には、以上を説明した内容がフローチャートとして示されている。すなわちＳ１０においては、表示イメージにおける注目点が設定され、Ｓ１２においては原イメージ上において対応点が定められ、すなわち注目点に対応する点が定められ、その対応点を通過する複数の候補方向が設定される。Ｓ１４においては、各候補方向について分散値が演算される。Ｓ１６においては最大分散値をとる方向が法線方向として特定され、更にＳ１８においてはその法線方向に直交する方向として参照方向が定められることになる。当該参照方向は組織輪郭に沿った方向となる。もちろん上述したようにＳ１４の次に最小分散値をとる方向を見定めることにより、直接的に参照方向を特定するようにしてもよい。Ｓ２０においては参照方向に存在する複数のサンプリング点についての複数の画素値が参照され、それらの平均値あるいは重み付け平均値として補間画素値が演算される。この場合においては参照方向に存在する１つの画素値列を参照するようにしてもよいし複数列を参照するようにしてもよい。すなわち長方形に伸長したウィンドウを設定し、その中の画素値を参照することにより補間画素値を求めてもよい。
【００３６】
図８には、段階的に適用される複数の後処理の内容が示されている。第１段階においては方向性補間処理が適用され、それが方向性補間処理部５２として表されている。第２においてはコントラスト強調処理が適用され、それがコントラスト強調処理部５４として表されている。コントラスト強調処理部５４は、濃淡判定部５６、鮮明度判定部５８、鮮明化実行部６０を有している。濃淡判定部５６は例えばｍ画素×ｍ画素のウィンドウ内における平均値を演算するモジュールである。鮮明度判定部５８は、当該ウィンドウ内における分散値に基づいて重みＫを演算するモジュールである。重みＫを演算するための関数については後に図９を用いて説明する。鮮明化実行部６０は、現在注目している画素の画素値Ｉとウィンド内の平均値Ｉ’とに基づき、更に重みＫを考慮して、出力値としての画素値を求めている。具体的にはＩ＋Ｋ×（Ｉ−Ｉ’）が演算されている。この演算は、背景平均輝度値よりも注目している画素値の輝度値が大きければその値をより大きくし、逆に小さければその値をより小さくする処理である。ただし、分散値が大きいような状況にあっては、輝度値をあまり変更しない方が望ましいため、抑圧係数として重みＫが与えられている。
【００３７】
具体的には、例えば図９に示される関数６２Ａに従って重みＫが定められる。横軸は分散値であり縦軸は重みＫである。分散値がａ１以下においては例えば重みとしてＫ＝１．０が設定され、ａ１からａ２にかけては重みＫが徐々に小さくされている。そして分散値ａ２以上においては重みＫが０とされている。このような構成によれば、分散値が低い場合にあってはコントラストを強調させ、分散値が高くなればなるほどそのような強調処理を低減し、最終的には強調処理が行われないようになる。もちろんこのような関数６２Ａは一例であって、例えば６２Ｂで示されるような関数を利用することも可能である。ちなみに、図８に示されるように重みＫの演算にあたってはパラメータｋを作用させ、そのｋを大小させることにより関数形状をユーザーに可変させるようにしてもよい。例えばそのようなパラメータｋは分散値に対して乗算される係数である。
【００３８】
図１０には原イメージが例示されている。図１１には原イメージに対して従来の線形補間処理を適用した結果が示されている。線形補間処理に際しては倍率が変更されている。図１１に示されるように、方向性をもたない一般的な線形補間処理を適用した場合、画質がかなり低下する。すなわち画像内容がぼけている。図１２には原イメージに対して方向性補間処理を適用した結果が示されている。図１２に示されるように、原イメージの画質が倍率変更によっても維持され、むしろその内容は優良化されており、胎児の輪郭がはっきりと表れている。逆に言えば、このような後処理を前提とすれば、レイの本数を少なくして演算量を削減し、迅速な三次元画像形成を行うことが可能となる。
【００３９】
図１３には、上述した後処理の作用が示されている。横軸はピクセルの位置を表しており縦軸は輝度値を表している。符号１００は位置方向における輝度値の変化を表しており、符号１００は従来の方向性をもたない線形補間処理の結果を表している。符号１０２は本実施形態に係る方向性補間処理の結果を表している。そこでは図示のように凹凸が強調されており、特に輪郭が強調されており、これによって画質が向上している。
【００４０】
図１４には表示画面１０４内に表示される画像としての４ビュー表示が示されている。４ビュー表示は、３Ｄ画像と、３つのＢモード画像とにより構成されるものである。図１５には２ビュー表示が示されている。これは３Ｄ画像と１つのＢモード画像とにより構成される。図１６には１ビュー表示が示されている。これは１つの３次元画像により構成されるものである。本実施形態においては、例えば図１４に示される３次元画像を常に構築した上で、後処理によって図１５に示される少し大きな３次元画像や図１６に示される大きな３次元画像を構成することが可能である。すなわちレイの本数を増大させずに拡大されたあるいは分解能が向上された３次元画像を容易に生成することが可能となる。ビュー数に応じて拡大率を自動的に変更するように制御されている。
【００４１】
上記実施形態においては胎児の３次元画像に対して方向性補間処理が適用されたが、他の組織に対して同様の処理が適用されてもよい。例えば血流を表す３次元ドプラ画像に対して上記のような処理が適用されてもよい。この場合においては３原色を構成する各カラー情報ごとに方向性補間処理が適用されてもよい。上記の実施形態においては方向性補間処理の後にコントラスト処理が適用されていたが、後者の処理は必ずしも適用されなくてもよい。必要に応じて適用されればよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０ ３Ｄプローブ、１２ 送信部、１４ 受信部、１５ ３Ｄメモリ、２２ レンダリング部、２４ 画像処理部、２８ 視点、３２ スクリーン、３４ レイ、３８ 表示プレーン、４６ 候補ライン群、４８ 候補ライン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体内三次元空間から取得されたボリュームデータに対して複数のレイを設定すると共に各レイに沿ってレンダリング演算を実行することにより、三次元画像としての原イメージを生成するレンダリング手段と、
前記原イメージに基づいて表示イメージを生成する手段であって、前記表示イメージを構成する注目画素ごとに前記原イメージを基礎とした方向性補間処理を適用することにより、前記注目画素の補間画素値を生成する方向性補間処理手段と、
を含み、
前記方向性補間処理では、前記原イメージにおいて三次元表現されている組織の流れ方向に補間画素値演算用の画素参照方向が定められる、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記表示イメージは前記原イメージとは倍率又は解像度が異なるイメージであり、
前記方向性補間処理に際して倍率又は解像度が変更される、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記方向性補間処理手段は、
前記原イメージ上において、前記注目画素に対応する対応点を基準として互いに異なる複数の候補方向を設定し、各候補方向について画素値のばらつきを示す評価値を演算する評価値演算手段と、
前記演算された複数の評価値に基づいて前記画素参照方向を決定する方向決定手段と、
前記画素参照方向に並ぶ複数の画素が有する複数の画素値に基づいて前記補間画素値を演算する補間画素値演算手段と、
を含むことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
前記表示イメージを構成する各画素に対して方向性補間処理が適用された結果として、前記原イメージの拡大イメージに相当する前記表示イメージが生成され、
前記表示イメージの拡大率が、前記原イメージを生成するために設定されたレイの本数に基づいて定められる、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
前記方向性補間処理により生成された表示イメージに対して後処理を適用する後処理手段を含み、
前記後処理は前記表示イメージのコントラストを調整する処理である、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記コントラスト調整処理では、背景平均輝度値よりも入力画素値が大きい場合に当該入力画素値をより大きくした出力画素値が出力され、且つ、背景平均輝度よりも入力画素値が小さい場合に当該入力画素値をより小さくした出力画素値が出力される、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項７】
情報処理装置において実行される超音波画像処理プログラムであって、
生体内三次元空間から取得されたボリュームデータに対して複数のレイを設定すると共に各レイに沿ってレンダリング演算を実行することにより、三次元画像としての原イメージを生成する機能と、
前記原イメージに基づいて表示イメージを生成する機能であって、前記表示イメージを構成する注目画素ごとに前記原イメージを基礎とした方向性補間処理を適用することにより、前記注目画素の補間画素値を生成する方向性補間処理機能と、
を含み、
前記方向性補間処理は、
前記原イメージ上において、前記注目画素に対応する対応点を基準として互いに異なる複数の候補方向を設定し、各候補方向について画素値のばらつきを示す評価値を演算する処理と、
前記演算された複数の評価値に基づいて前記複数の候補方向の中から補間画素値演算用の画素参照方向を決定する処理と、
前記画素参照方向に並ぶ複数の画素が有する複数の画素値に基づいて前記補間画素値を演算する処理と、
を含み、
前記方向性補間処理では、前記原イメージにおいて三次元表現されている組織の流れ方向に前記画素参照方向が定められる、ことを特徴とする超音波画像処理プログラム。
【請求項１】
生体内三次元空間から取得されたボリュームデータに対して複数のレイを設定すると共に各レイに沿ってレンダリング演算を実行することにより、三次元画像としての原イメージを生成するレンダリング手段と、
前記原イメージに基づいて表示イメージを生成する手段であって、前記表示イメージを構成する注目画素ごとに前記原イメージを基礎とした方向性補間処理を適用することにより、前記注目画素の補間画素値を生成する方向性補間処理手段と、
を含み、
前記方向性補間処理では、前記原イメージにおいて三次元表現されている組織の流れ方向に補間画素値演算用の画素参照方向が定められる、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記表示イメージは前記原イメージとは倍率又は解像度が異なるイメージであり、
前記方向性補間処理に際して倍率又は解像度が変更される、
ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記方向性補間処理手段は、
前記原イメージ上において、前記注目画素に対応する対応点を基準として互いに異なる複数の候補方向を設定し、各候補方向について画素値のばらつきを示す評価値を演算する評価値演算手段と、
前記演算された複数の評価値に基づいて前記画素参照方向を決定する方向決定手段と、
前記画素参照方向に並ぶ複数の画素が有する複数の画素値に基づいて前記補間画素値を演算する補間画素値演算手段と、
を含むことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置において、
前記表示イメージを構成する各画素に対して方向性補間処理が適用された結果として、前記原イメージの拡大イメージに相当する前記表示イメージが生成され、
前記表示イメージの拡大率が、前記原イメージを生成するために設定されたレイの本数に基づいて定められる、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置において、
前記方向性補間処理により生成された表示イメージに対して後処理を適用する後処理手段を含み、
前記後処理は前記表示イメージのコントラストを調整する処理である、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項６】
請求項５記載の装置において、
前記コントラスト調整処理では、背景平均輝度値よりも入力画素値が大きい場合に当該入力画素値をより大きくした出力画素値が出力され、且つ、背景平均輝度よりも入力画素値が小さい場合に当該入力画素値をより小さくした出力画素値が出力される、ことを特徴とする超音波画像処理装置。
【請求項７】
情報処理装置において実行される超音波画像処理プログラムであって、
生体内三次元空間から取得されたボリュームデータに対して複数のレイを設定すると共に各レイに沿ってレンダリング演算を実行することにより、三次元画像としての原イメージを生成する機能と、
前記原イメージに基づいて表示イメージを生成する機能であって、前記表示イメージを構成する注目画素ごとに前記原イメージを基礎とした方向性補間処理を適用することにより、前記注目画素の補間画素値を生成する方向性補間処理機能と、
を含み、
前記方向性補間処理は、
前記原イメージ上において、前記注目画素に対応する対応点を基準として互いに異なる複数の候補方向を設定し、各候補方向について画素値のばらつきを示す評価値を演算する処理と、
前記演算された複数の評価値に基づいて前記複数の候補方向の中から補間画素値演算用の画素参照方向を決定する処理と、
前記画素参照方向に並ぶ複数の画素が有する複数の画素値に基づいて前記補間画素値を演算する処理と、
を含み、
前記方向性補間処理では、前記原イメージにおいて三次元表現されている組織の流れ方向に前記画素参照方向が定められる、ことを特徴とする超音波画像処理プログラム。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−４５０６５（Ｐ２０１２−４５０６５Ａ）
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８７８７４（Ｐ２０１０−１８７８７４）
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（３９００２９７９１）日立アロカメディカル株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月８日（２０１２．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２５日（２０１０．８．２５）
【出願人】（３９００２９７９１）日立アロカメディカル株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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