JP3730143B2 - Ultrasonic image processing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元空間にて得られたエコーデータからボリュームレンダリングによって三次元画像を生成する超音波画像処理装置に関し、ボリュームレンダリング処理における不透明度を好適に設定し、画質を向上することに関する。
【0002】
【従来の技術】
超音波診断装置により取り込まれた三次元空間のエコーデータから三次元画像を生成するために、ボリュームレンダリング(Volume Rendering)法が用いられる。ボリュームレンダリング法では、エコーデータが得られた三次元空間をボクセル(Voxel)という小体積要素に分割し、各ボクセルにエコーデータが割り付けられる。レンダリングについては主としてレイキャスティング法が用いられる。レイキャスティングでは、画像の各画素に対応して平行な透視線が設定され、各透視線に沿って、それが通過する各ボクセルにおいて光の発生及び吸収に類似した計算がされる。すなわち、透視線に沿って並んだボクセルでは、前のボクセルから来た光は当該ボクセルの透明度に応じて透過し、これに、当該ボクセルのエコーデータに応じた発光が加えられて後ろのボクセルに渡される。ここで、発光量は不透明度(オパシティ:Opacity)と呼ばれるパラメータを用いて計算される。透視線に沿ったi番目のボクセルでの不透明度をαiとすると透明度は(1−αi)と表され、またエコーデータをeiと表すと、上述の当該ボクセルの前のボクセルから渡される入力光量CINiと後ろのボクセルに渡される出力光量COUTiとの関係は次式で表現される。
【0003】
【数1】
COUTi=(1−αi)CINi+αi・ei ………(1)
この計算を透視線に沿って、不透明度を積算しつつ行い、不透明度の積算値が1(すなわち透明度が0)になったところで、その透視線についての計算を終了する。そして最後のボクセルからの出力光COUTをその透視線に対応する画素値とする。ボリュームレンダリングでは、このようなレイキャスティングを各透視線について行うことにより、二次元スクリーン上に画像が投影される。このようにして得られた超音波画像は、透視画像としての性格と、立体画像としての性格とを併せ持つことが知られている。すなわち、生体内の組織をレントゲン写真のように透かして表現でき、その一方、超音波三次元画像のような奥行き感をもって表現できる。よって、例えば胎児の表面及び内部の同時観察などを行うことができ、疾病診断に当たって組織の三次元的な把握を容易に行うことができる。
【0004】
この超音波画像の画質は、不透明度に応じて変化し、例えば透明感を強調したり、または立体感を強調したりすることができる。あるいは組織表面を強調したり、または組織内部を強調することができる。
【0005】
従来は、不透明度αiは、エコーデータeiをパラメータとする関数により定義され、その関数としては例えばエコー値eiの増大に対して不透明度αiが増大する非線形関数が好ましい。また、不透明度αiを割り付ける方法にはボクセルのエコーデータeiだけでなく、周辺ボクセルのエコーデータに基づく勾配値も考慮して割り付ける方法もある。
【0006】
不透明度の調節は、ユーザが超音波診断装置のダイヤル等を操作して、エコーデータeiをパラメータとする不透明度の関数を変化させることにより行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この関数は全てのボクセルのエコーデータ、つまり三次元空間全体に一律に適用される。つまり、関数を変化させることによって例えば、ある領域にて所望の透明感や立体感等の画質が達成されても、他の領域では必ずしも所望の画質が得られるとは限らない。そのため、ユーザは画像の全体的な画質を好適とすることが難しく、その調整に多大な時間を要したり、また熟練した技術を要求されるなどの点で問題があった。
【0008】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、不透明度の設定の自動化を図り、ユーザの操作が簡略化され、検査時間の短縮が図られる超音波画像処理装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波画像処理装置は、対象ボクセルごとに当該対象ボクセルを基準として、三次元空間内に複数のボクセルからなるサンプル領域を設定するサンプル領域設定手段と、対象ボクセルごとに、当該対象ボクセルを基準とした前記サンプル領域内の前記各ボクセルのエコーデータを用いて、互いに異なる性質を持った複数の統計量からなる統計量セットを求める統計演算手段と、エコーデータと不透明度との対応関係を定めた不透明度関数が前記統計量セットに応じて予め複数設定されており、それら複数の不透明度関数のうちから、対象ボクセルを基準としたサンプル領域内における前記統計量セットに基づいて、当該対象ボクセルに対応した不透明度関数を選択する関数選択手段と、前記選択された不透明度関数に基づいて、当該対象ボクセルのエコーデータに対応する不透明度を求める関数演算手段と、を有する。また、本発明の好適な態様は、前記複数の不透明度関数には、液体部に対応した不透明度関数が含まれる。また、本発明の好適な態様は、前記複数の不透明度関数には、固体部に対応した不透明度関数が含まれる。また、本発明の好適な態様は、前記複数の不透明度関数には、液体部と固体部との境界に対応した不透明度関数が含まれる。また、本発明の好適な態様は、前記複数の不透明度関数には、固体部内の境界に対応した不透明度関数が含まれる。
【0010】
本発明によれば、対象ボクセルに対応したサンプル領域内のエコーデータから得られた統計量セットに応じて、当該対象ボクセルについての不透明度が定められる。例えば、ある2つの対象ボクセルそれぞれのエコーデータが同じ値であっても、統計量セットを構成する統計量の値がそれら対象ボクセル同士で異なる場合には、互いに異なる不透明度が割り当てられ得る。すなわち、三次元空間の異なる場所ごとに異なる不透明度を割り当てることが可能であり、画像全体の画質を好適とすることができる。エコーデータの統計的性質に対応して好適な不透明度をあらかじめ定めることは可能であり、その統計的性質と不透明度との対応関係に基づいて、不透明度決定手段は、統計量セットから自動的に不透明度を定めることが可能である。
【0011】
本発明の好適な態様は、前記複数の統計量がそれぞれ、所定の互いに異なる次数nを有するn次積率であることを特徴とする超音波画像処理装置である。例えば、n次積率は、1次積率であるエコーデータの平均と2次積率であるエコーデータの分散とのセットである。
【0012】
他の本発明の好適な態様は、前記サンプル領域が、前記対象ボクセルを内包することを特徴とする超音波画像処理装置である。
【0013】
また別の本発明の好適な態様は、前記サンプル領域が、前記透視線方向に一列に並んだ複数のボクセルからなることを特徴とする超音波画像処理装置である。
【0014】
別の本発明に係る超音波画像処理装置においては、前記不透明度決定手段は、前記統計量セットに基づいて、エコーデータと不透明度との対応関係を定める不透明度関数を選択する関数選択手段と、選択された前記不透明度関数に基づいて、前記対象ボクセルのエコーデータに対応する不透明度を求める関数演算手段とを有する。
【0015】
本発明によれば、エコーデータをパラメータとする不透明度の関数が統計量セットに応じて切り替えられる。つまり、三次元空間について一律の不透明度の関数ではなく、各ボクセルごとに好適な関数でエコーデータに対応する不透明度を求めることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0017】
[実施形態1]
図1は、エコーデータが得られる三次元空間と、ボリュームレンダリングの透視線及び投影面と、複数の統計量が求められるサンプル領域であるカーネルとを示す模式図である。
【0018】
エコーデータが得られる三次元空間2はボクセルに分割され、各ボクセルにエコーデータが割り付けられる。また、三次元空間2には、投影面4に形成される画像の各画素6に対応して平行な透視線8が複数本、設定される。各透視線8上の各ボクセルでは、(1)式に基づいた計算がなされる。この計算で用いられる不透明度αは、計算が行われる対象ボクセルに対応して設定されるカーネル10でのエコーデータの統計量に基づいて定められる。カーネル10は、例えば、高さ、幅、奥行き方向にそれぞれボクセルがNx,Ny,Nz個並んだ直方体形状であり、奥行き方向zが視線方向に一致する。カーネル10は、統計量を算出するために複数のボクセルを内包し、また一般にはカーネル10はそのうちの所定位置、例えば中央のボクセルが対象ボクセルとなるように設定される。ここでは、処理を簡単とするためにNx=Ny=1、すなわち、カーネル10が透視線8に沿って一列に並んだ複数個のボクセルで構成されるとした場合を説明する。
【0019】
各ボクセルに定められた不透明度αを用いて、透視線8に沿ったレイキャスティングが行われて、画素6の画素値が決定される。このレイキャスティング処理を各透視線8それぞれについて行うことにより、投影面4における投影画像が生成される。
【0020】
図2は、本発明の第1の実施形態である超音波診断装置の概略のブロック構成図である。超音波探触子20は、例えばリニアアレイ型の超音波振動子を有し、その超音波振動子を電子走査(リニア走査、セクタ走査)することによって、走査面が形成される。この走査面を当該面の法線方向へ例えば機械的に走査することによって、三次元空間でのエコーデータが取得される。ここで、超音波探触子20の機械的な走査は図示しない駆動部によって行われている。
【0021】
送受信部22は超音波探触子20に対して送信信号を供給すると共に、超音波探触子20から出力された受信信号を処理するものである。その送受信部22は受信信号をデジタル信号(エコーデータ)に変換した後に、ラインメモリ部26及び統計演算部28へ出力する。
【0022】
ラインメモリ部26は、透視線1本分のエコーデータを格納する。本装置では、透視線が超音波ビームに一致するので、送受信部22から出力されるエコーデータを座標変換せずにラインメモリ部26に格納することができる。
【0023】
統計演算部28は、カーネルごとに所定の統計量を計算する。具体的には、統計演算部28は、送受信部22から出力される連続するNz個のエコーデータに対して統計量を計算する。ここでは統計演算部28は統計量として、1次積率である平均値M及び2次積率である標準偏差値Sを計算する。なお、統計演算部28はより高次の積率、例えば3次積率であるデータ分布の歪みや他の統計量を平均値M、標準偏差値Sに代えて、又はそれらに追加して計算するように構成することができる。
【0024】
カーネルサイズ発生部30は、ユーザがトラックボール等の入力機器32を操作して指定した値Nを受けて、これをカーネルの透視線方向のサイズNzとして統計演算部28に設定する。すなわちNz=Nに設定される。
【0025】
オパシティ曲線選択部34は、統計演算部28にてカーネルごとに計算された平均値M及び標準偏差値Sの組み合わせに基づいて、あらかじめ設定された複数のオパシティ曲線のうちの一つを選択して、当該カーネルに内包される代表ボクセルに割り当てる。オパシティ曲線は、エコーデータを引数として不透明度を与える不透明度関数である。後述するように、統計演算部28が透視線に沿ってカーネルを移動させることに対応して、オパシティ曲線選択部34は、透視線上の各ボクセルに対応するオパシティ曲線を順次決定する。
【0026】
オパシティ曲線は番号で識別され、オパシティ曲線番号メモリ部36は、1つの透視線上の各ボクセルに割り当てられたオパシティ曲線の番号(オパシティ曲線番号)を格納する。
【0027】
ボリュームレンダリング演算部38は、ラインメモリ部26に格納された1透視線分の各ボクセルのエコーデータと、同じ透視線に関しオパシティ曲線番号メモリ部36に格納された1透視線分の各ボクセルのオパシティ曲線番号とを用いて、(1)式で表されるレイキャスティング処理を行って、当該透視線に対応する画素値を算出する。すなわち、ボリュームレンダリング演算部38には、オパシティ曲線番号で指定される不透明度関数が格納されており、あるボクセルについてのエコーデータとオパシティ曲線番号とを得ると、当該オパシティ曲線番号で指定される不透明度関数に当該エコーデータを引数として与え、当該ボクセルに対応する不透明度を算出する。そしてボリュームレンダリング演算部38はこの不透明度を用いて(1)式の計算を行う。ボリュームレンダリング演算部38は、各超音波ビームごとに、対応する画素値を決定して順次、フレームバッファメモリ40に格納する。その結果、フレームバッファメモリ40には、ボリュームレンダリング処理により形成された超音波画像1枚分の画像データが格納される。
【0028】
フレームバッファメモリ40から読み出された画像データは表示部42に表示される。
【0029】
以上、各部の動作は制御部44により制御される。例えば、制御部44は送受信部22に対して送信同期信号、またラインメモリ部26及びオパシティ曲線番号メモリ部36にはエコーデータ又はオパシティ曲線番号の読み出し/書き込みを制御するR/W信号を供給する。また、制御部44は、オパシティ曲線番号メモリ部36に透視線1本分のオパシティ曲線番号が格納されると、ボリュームレンダリング演算部38に対して演算開始信号を与える。
【0030】
以下、主要部のより詳細な説明を行う。図3は、統計演算部の概略のブロック構成図である。統計演算部28は、送受信部22から入力されたエコーデータを順次、シフトレジスタ60に入力する。入力されたエコーデータはシフトレジスタ60内を順送りされる。シフトレジスタ60に保持される所定個数のエコーデータのうち、カーネルサイズで指定されたN個の連続するデータ(e1,e2,…,eNと表す)が、平均演算部62及び標準偏差演算部64に読み出されて、それらN個のエコーデータに基づいて平均値及び標準偏差値が計算される。平均演算部62は、シフトレジスタ60から読み出されたエコーデータを加算回路70で合計した後、この合計値を除算回路72にて加算されたデータ数Nで除算して、次式で表される平均値Mを出力する。
【0031】
【数2】
標準偏差演算部64では、シフトレジスタ60から読み出されたデータそれぞれが合成回路80にて平均値Mを減算された後、その差分値が乗算回路82にて二乗される。さらに、それら各二乗値を加算回路84で合計し、この合計値を除算回路86にてデータ数Nで除算した後、平方根演算回路88にて平方根を求め、次式で表される標準偏差値Sを出力する。
【0032】
【数3】
図4は、オパシティ曲線選択部34にてオパシティ曲線を選択するアルゴリズムを説明する模式図である。オパシティ曲線選択部34は、平均値Mと標準偏差値Sとをパラメータとした二次元のルックアップテーブル(LUT)90を有している。ここで、平均値M及び標準偏差値Sそれぞれは複数の範囲に区分され、それらM及びSの範囲に基づいてM−S平面が格子状に区分される。LUT90はこの各格子領域ごとにオパシティ曲線を対応付けるものである。図4に示す例では、M及びSそれぞれが2つの範囲に区分され、M−S平面が4つの格子領域A1〜A4に区分される。一方、オパシティ曲線は同じエコーデータに対して大中小の異なる不透明度を与える3種類の曲線C1〜C3を用いる。
【0033】
例えば、M,Sが共に小さい場合(すなわち領域A1に属する場合)、それらM,Sが得られたカーネルは、一様な液体部にあると推定される。そこで、そのカーネルを代表する対象ボクセルの不透明度には小さな値を与えることが好適であると考え得る。そこで、この場合には、オパシティ曲線Op3を対応付けることができる。また、Mが大きくSが小さい場合(すなわち領域A2に属する場合)、カーネルは、一様な固体部にあると推定される。この場合にも、対象ボクセルには小さな不透明度を与えることが好適であり、オパシティ曲線Op3を対応付けることとする。一方、Mが小さくSが大きい場合(すなわち領域A3に属する場合)、カーネルは、液体部と固体部との境界にまたがっていると推定される。そこで、そのカーネルを代表する対象ボクセルの不透明度には大きな値を与えることが好適であると考え得る。そこで、この場合には、オパシティ曲線Op1を対応付けることができる。M,Sが共に大きい場合(すなわち領域A4に属する場合)、カーネルは、固体部内の境界にまたがっていると推定され、対象ボクセルには、オパシティ曲線Op1及びOp3の中間の不透明度を与えるオパシティ曲線Op2を対応付ける。
【0034】
図5は、統計演算部28、オパシティ曲線選択部34及びオパシティ曲線番号メモリ部36の処理を説明するものであり、1つの透視線に対するオパシティ曲線の割り当て処理を説明する模式図である。ここでは、カーネルサイズNを3に設定する。統計演算部28のシフトレジスタ60には、透視線上のボクセル列100のエコーデータが順に入力される。例えば、ボクセルV1,V2,V3,…Vmの順にそれぞれのエコーデータが入力されるとする。統計演算部28は、例えば、シフトレジスタ60にV3のエコーデータが入力されたタイミングにて、ボクセルV1〜V3からなるカーネル10-1に対して平均値M及び標準偏差値Sを算出する。オパシティ曲線選択部34は、そのM,Sに基づいてLUT90を検索し、カーネルの中心ボクセルV2のオパシティ曲線を例えばOp3と定める。その結果、オパシティ曲線番号メモリ部36には、ボクセルV2に対するオパシティ曲線番号Op(V2)として“3”が格納される。統計演算部28は、シフトレジスタ60にボクセルV4のエコーデータが入力されると、カーネルをシフトさせる。そして、カーネル10-1に対すると同様の処理が行われる。例えば、ボクセルV2〜V4からなるカーネル10-2に対してオパシティ曲線Op1が選択されると、オパシティ曲線番号メモリ部36には、カーネル10-2の中心ボクセルV3に対するオパシティ曲線番号Op(V3)として“1”が格納される。以下、同様に新しいボクセルのエコーデータが入力される度に、カーネルをシフトさせ、そのカーネルの中心ボクセルのオパシティ曲線番号が決定されてオパシティ曲線番号メモリ部36に格納される。
【0035】
なお、透視線の端部のボクセルV1,Vmに対するオパシティ曲線は、例えば隣接するボクセルV2、Vm-1のオパシティ曲線に等しいとする等の処理により定めることが可能である。
【0036】
図6は、上述した本装置のボリュームレンダリング処理をまとめたフロー図である。ユーザはトラックボール等の入力機器32を操作してカーネルサイズを指定する(S150)。統計演算部28は、各透視線に対する初期状態として、その透視線に対応する超音波ビームの先頭にカーネルを位置させる(S155)。統計演算部28は、設定したカーネル内のエコーデータの平均値M及び標準偏差値Sを計算する(S160)。得られたM及びSに基づいて、オパシティ曲線選択部34は1つのオパシティ曲線を選択し、そのオパシティ曲線番号を当該カーネルの代表ボクセル(例えば中心ボクセル)に割り当てる。割り当てられたオパシティ曲線番号はオパシティ曲線番号メモリ部36に記録される(S165)。統計演算部28は透視線に沿ってカーネルを順に移動させ(S170)、上記ステップS160及びS165が繰り返される。カーネルがある透視線の終わりまで移動した時点にて(S175)、オパシティ曲線番号メモリ部36にはその透視線上の各ボクセルのオパシティ曲線番号が格納されている。ボリュームレンダリング演算部38は、ラインメモリ部26に格納されている1透視線分の各ボクセルのエコーデータを用いたレイキャスティング処理を、オパシティ曲線番号メモリ部36に格納されている同じ透視線の各ボクセルのオパシティ曲線番号を参照しながら実行し、ボリュームレンダリングを行う(S180)。ステップS180により得られる当該透視線に対応する画素値はフレームバッファメモリ40に記録される(S185)。以上のステップS155〜S185は、透視線を移動させて繰り返され(S190)、全ての透視線上でステップS155〜S185のデータ処理が終わると(S195)、各透視線に対応する画素値がフレームバッファメモリ40に格納される。このフレームバッファメモリ40に格納された超音波画像データが表示部42を介してユーザに提示される(S200)。
【0037】
図7は、本装置の動作を説明するタイミング図である。図7において、期間210-1では第1の透視線に対するオパシティ曲線番号の決定処理(図6に示すステップS155〜S165)が実行され、これに引き続く期間212-1では第1の透視線に対するボリュームレンダリング演算部38での演算(図6に示すステップS180〜S185)が実行される。また、第2の透視線に対するオパシティ曲線番号の決定処理の期間210-2は、第1の透視線に対するボリュームレンダリング演算の期間212-1にオーバーラップして設定することができる。ちなみに、ラインメモリ部26に格納されたエコーデータは、ボリュームレンダリング演算の進行につれて、順に先頭部分から不要になり、その部分を次の透視線、すなわち次の超音波ビームについて順に送受信部22から出力されるエコーデータで上書きすることができるので、ラインメモリ部26は1透視線分の容量で足りる。第2の透視線に対するオパシティ曲線番号の決定処理期間210-2に引き続く期間212-2にて第2の透視線に対するボリュームレンダリング演算が実行される。このようにして、各透視線についての処理が順に実行される。
【0038】
[実施形態2]
図8は、本発明の第2の実施形態である超音波診断装置の概略のブロック構成図である。上記第1の実施形態は、エコーデータ及びオパシティ曲線番号を1透視線分格納した上で処理を行うものであり、そのためにラインメモリ部26及びオパシティ曲線番号メモリ部36を備えている。これに対して本実施形態は、受信信号に対応して送受信部22から順次出力されるエコーデータに対して、オパシティ曲線の決定及びレイキャスティングを逐次処理にて行い、ボリュームレンダリングされた超音波画像を生成するものである。以下の説明において、上記第1の実施形態と同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付し、説明の簡略化を図る。
【0039】
本装置は、統計演算部28が或る対象ボクセルに対応したカーネルについて平均値M及び標準偏差値Sを出力すると、オパシティ曲線選択部300はLUT90を検索してそのM及びSに対応するオパシティ曲線を決定し、その情報を直ちにボリュームレンダリング演算部302へ出力する。遅延時間部304は、或るボクセルに対応するオパシティ曲線の情報がオパシティ曲線選択部300からボリュームレンダリング演算部302に与えられるタイミングに合わせて、当該ボクセルのエコーデータをボリュームレンダリング演算部302に供給するために設けられている。すなわち、遅延時間部304は統計演算部28及びオパシティ曲線選択部300での処理時間に応じて、送受信部22からボリュームレンダリング演算部302へのエコーデータの入力を遅延させる。
【0040】
オパシティ曲線選択部300はオパシティ曲線に関する情報として、上記第1の実施形態と同様にオパシティ曲線番号をボリュームレンダリング演算部302に与えることができる。この場合、エコーデータに対応する不透明度関数値を求める処理はボリュームレンダリング演算部302にて行われる。一方、オパシティ曲線選択部300は、オパシティ曲線を定め、それを用いてエコーデータに対応する不透明度を計算し、この不透明度をボリュームレンダリング演算部302に与えるように構成することもできる。
【0041】
図9は、上述した本装置のボリュームレンダリング処理をまとめたフロー図である。この図で上記第1の実施形態の図6と同様のステップには同一の符号を付している。本装置の処理が第1の実施形態の装置と異なる点は、レイキャスティング処理の実行タイミングである。すなわち第1の実施形態では透視線1本分のオパシティ曲線番号が得られた後に、ボリュームレンダリングのレイキャスティング処理が実行された(S180)。これに対し本装置では、各対象ボクセルについてオパシティ曲線が決定されると、それに基づいて当該ボクセルに対するレイキャスティング処理が逐次実行される(S400)。その結果、カーネルが透視線の終わりまで移動した時点で、その透視線についてのレイキャスティング処理は完了しているので、ステップS180に相当する処理は不要であり、当該透視線に対応する画素値をフレームバッファメモリ40に格納する処理(S185)が直ちに実行される。
【0042】
図10は、本装置の動作を説明するタイミング図である。図10において、期間410-1では第1の透視線の第1のボクセルに対するオパシティ曲線の決定処理が実行され、これに引き続く期間412-1では当該ボクセルに対するボリュームレンダリング演算部302での演算が実行される。また、第1の透視線の第2のボクセルに対するオパシティ曲線決定処理の期間410-2は、第1のボクセルに対するボリュームレンダリング演算の期間412-1にオーバーラップして設定することができる。以下、同様にして、オパシティ曲線の決定とボリュームレンダリング演算とがボクセル単位で逐次実行される。また、期間410-kにて実行される第1の透視線の最後のボクセルであるk番目のボクセルのオパシティ曲線の決定が完了すると、第2の透視線についてのボクセルごとの逐次処理が開始される。なお、図10において、期間414-i及び416-iがそれぞれ第2の透視線のi番目のボクセルに対するオパシティ曲線決定期間とボリュームレンダリング演算期間とを表している。
【0043】
【発明の効果】
本発明の超音波画像処理装置によれば、三次元空間にて得られたエコーデータのそれぞれの位置での統計的性質に基づいて、各ボクセルに不透明度が割り当てられるので、不透明度の設定の自動化が図られ、ひいてはユーザの操作が簡略化され、検査時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 エコーデータが得られる三次元空間と、ボリュームレンダリングの透視線及び投影面と、複数の統計量が求められるサンプル領域であるカーネルとを示す模式図である。
【図2】 本発明の第1の実施形態である超音波診断装置の概略のブロック構成図である。
【図3】 統計演算部の概略のブロック構成図である。
【図4】 オパシティ曲線選択部にてオパシティ曲線を選択するアルゴリズムを説明する模式図である。
【図5】 1つの透視線に対するオパシティ曲線の割り当て処理を説明する模式図である。
【図6】 第1の実施形態の超音波診断装置のボリュームレンダリング処理の概略のフロー図である。
【図7】 第1の実施形態の超音波診断装置のボリュームレンダリング処理の動作を説明するタイミング図である。
【図8】 本発明の第2の実施形態である超音波診断装置の概略のブロック構成図である。
【図9】 第2の実施形態の超音波診断装置のボリュームレンダリング処理の概略のフロー図である。
【図10】 第2の実施形態の超音波診断装置のボリュームレンダリング処理の動作を説明するタイミング図である。
【符号の説明】
20 超音波探触子、22 送受信部、26 ラインメモリ部、28 統計演算部、30 カーネルサイズ発生部、34,300 オパシティ曲線選択部、36 オパシティ曲線番号メモリ部、38,302 ボリュームレンダリング演算部、40 フレームバッファメモリ、42 表示部、304 遅延時間部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic image processing apparatus that generates a three-dimensional image by volume rendering from echo data obtained in a three-dimensional space, and more particularly to setting opacity in volume rendering processing to improve image quality.
[0002]
[Prior art]
In order to generate a three-dimensional image from echo data in a three-dimensional space captured by an ultrasonic diagnostic apparatus, a volume rendering method is used. In the volume rendering method, a three-dimensional space from which echo data is obtained is divided into small volume elements called voxels, and the echo data is assigned to each voxel. For rendering, the ray casting method is mainly used. In ray casting, a parallel perspective line is set corresponding to each pixel of an image, and a calculation similar to the generation and absorption of light is performed along each perspective line in each voxel through which it passes. That is, in the voxels arranged along the perspective line, the light coming from the previous voxel is transmitted according to the transparency of the voxel, and the light emission according to the echo data of the voxel is added to the voxel behind the voxel. Passed. Here, the light emission amount is calculated using a parameter called opacity. The opacity at the i-th voxel along the perspective line is expressed as αiThen the transparency is (1-αi) And echo dataiIn other words, the input light amount C passed from the voxel before the above-described voxel.INiAnd the output light quantity C passed to the voxel behindOUTiIs expressed by the following equation.
[0003]
[Expression 1]
COUTi= (1-αi) CINi+ Αi・ Ei ……… (1)
This calculation is performed along the perspective line while integrating the opacity. When the integrated value of opacity becomes 1 (that is, the transparency is 0), the calculation for the perspective line is terminated. And the output light C from the last voxelOUTIs a pixel value corresponding to the perspective line. In volume rendering, an image is projected on a two-dimensional screen by performing such ray casting for each perspective line. It is known that the ultrasonic image obtained in this manner has both a personality as a fluoroscopic image and a personality as a stereoscopic image. That is, the tissue in the living body can be expressed in a watermark like an X-ray photograph, while it can be expressed with a sense of depth like an ultrasonic three-dimensional image. Thus, for example, simultaneous observation of the surface and inside of the fetus can be performed, and a three-dimensional grasp of the tissue can be easily performed in disease diagnosis.
[0004]
The image quality of the ultrasonic image changes according to the opacity, and for example, it is possible to enhance the transparency or the stereoscopic effect. Alternatively, the tissue surface can be emphasized, or the inside of the tissue can be emphasized.
[0005]
Conventionally, opacity αiIs the echo data eiIs defined as a function whose parameter is an echo value e.iOpacity α for increasingiNonlinear functions with increasing values are preferred. Opacity αiVoxel echo data eiIn addition, there is a method of assigning in consideration of a gradient value based on echo data of surrounding voxels.
[0006]
The opacity is adjusted by the user operating the dial or the like of the ultrasonic diagnostic apparatus, and the echo data eiThis is done by changing the opacity function with a parameter.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, this function is uniformly applied to all voxel echo data, that is, the entire three-dimensional space. That is, by changing the function, for example, even if a desired image quality such as transparency or stereoscopic effect is achieved in a certain area, the desired image quality is not necessarily obtained in another area. For this reason, it is difficult for the user to optimize the overall image quality of the image, and it takes a lot of time to adjust the image, and there is a problem in that a skilled technique is required.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an ultrasonic image processing apparatus that can automate the setting of opacity, simplify user operations, and shorten inspection time. Objective.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The ultrasonic image processing apparatus according to the present invention, for each target voxel, a sample region setting means for setting a sample region composed of a plurality of voxels in a three-dimensional space with reference to the target voxel,For each target voxel, the target voxel is used as a reference.Statistical calculation means for obtaining a set of statistics consisting of a plurality of statistics having different properties from each other using echo data of each voxel in the sample region;A plurality of opacity functions that define the correspondence between the echo data and the opacity are set in advance according to the statistic set, and among the plurality of opacity functions, the opacity function in the sample region based on the target voxel is set. Function selecting means for selecting an opacity function corresponding to the target voxel based on the statistic set, and a function for obtaining opacity corresponding to echo data of the target voxel based on the selected opacity function Computing means;HaveIn a preferred aspect of the present invention, the plurality of opacity functions include an opacity function corresponding to the liquid portion. In a preferred aspect of the present invention, the plurality of opacity functions include an opacity function corresponding to a solid part. In a preferred aspect of the present invention, the plurality of opacity functions include an opacity function corresponding to a boundary between the liquid part and the solid part. In a preferred aspect of the present invention, the plurality of opacity functions include an opacity function corresponding to a boundary in the solid part.
[0010]
According to the present invention, the opacity of the target voxel is determined according to the statistic set obtained from the echo data in the sample region corresponding to the target voxel. For example, even if the echo data of each of two target voxels has the same value, different opacity can be assigned if the values of the statistics that make up the statistics set are different between the target voxels. That is, it is possible to assign different opacity to different places in the three-dimensional space, and the image quality of the entire image can be made suitable. It is possible to predetermine a suitable opacity corresponding to the statistical properties of the echo data, and based on the correspondence between the statistical properties and the opacity, the opacity determination means automatically determines from the statistics set. It is possible to determine the opacity.
[0011]
In a preferred aspect of the present invention, the ultrasonic image processing apparatus is characterized in that each of the plurality of statistics is an n-order product factor having a predetermined order n. For example, the nth-order product rate is a set of an average of echo data that is the primary product rate and a variance of echo data that is the secondary product rate.
[0012]
Another preferred aspect of the present invention is the ultrasonic image processing apparatus, wherein the sample region includes the target voxel.
[0013]
Another preferred aspect of the present invention is the ultrasonic image processing apparatus, wherein the sample region is composed of a plurality of voxels arranged in a line in the perspective line direction.
[0014]
In another ultrasonic image processing apparatus according to the present invention, the opacity determination means includes a function selection means for selecting an opacity function that defines a correspondence relationship between echo data and opacity based on the statistic set. Function calculating means for obtaining opacity corresponding to echo data of the target voxel based on the selected opacity function.
[0015]
According to the present invention, the opacity function using the echo data as a parameter is switched according to the statistic set. That is, it is possible to obtain the opacity corresponding to the echo data with a suitable function for each voxel, instead of a uniform opacity function for the three-dimensional space.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a three-dimensional space in which echo data is obtained, a volume rendering perspective line and a projection plane, and a kernel that is a sample region for which a plurality of statistics are obtained.
[0018]
The three-
[0019]
Ray casting along the
[0020]
FIG. 2 is a schematic block diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. The
[0021]
The transmission /
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The kernel
[0025]
The opacity
[0026]
The opacity curve is identified by a number, and the opacity curve
[0027]
The volume
[0028]
The image data read from the
[0029]
As described above, the operation of each unit is controlled by the
[0030]
Hereinafter, a more detailed description of the main part will be given. FIG. 3 is a schematic block diagram of the statistical calculation unit. The
[0031]
[Expression 2]
In the standard
[0032]
[Equation 3]
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an algorithm for selecting an opacity curve by the opacity
[0033]
For example, when both M and S are small (ie, region A1), It is presumed that the kernel from which M and S are obtained is in a uniform liquid part. Therefore, it can be considered that it is preferable to give a small value to the opacity of the target voxel representing the kernel. Therefore, in this case, the opacity curve Op3 can be associated. Further, when M is large and S is small (that is, region A)2The kernel is assumed to be in a uniform solid part. Also in this case, it is preferable to give a small opacity to the target voxel, and the opacity curve Op3 is associated. On the other hand, when M is small and S is large (ie, region AThreeThe kernel is assumed to straddle the boundary between the liquid part and the solid part. Therefore, it can be considered that it is preferable to give a large value to the opacity of the target voxel representing the kernel. Therefore, in this case, the opacity curve Op1 can be associated. When both M and S are large (ie, region AFourThe kernel is presumed to straddle the boundary in the solid part, and the target voxel is associated with an opacity curve Op2 that gives an opacity intermediate between the opacity curves Op1 and Op3.
[0034]
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the processing of the
[0035]
The voxel V at the end of the perspective line1, VmThe opacity curve for is, for example, the adjacent voxel V2, Vm-1It can be determined by a process such as equaling to the opacity curve.
[0036]
FIG. 6 is a flowchart summarizing the volume rendering processing of the apparatus described above. The user designates a kernel size by operating the
[0037]
FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the present apparatus. In FIG. 7, the opacity curve number determination process (steps S155 to S165 shown in FIG. 6) for the first perspective line is executed in the period 210-1, and the volume for the first perspective line is subsequently executed in the period 212-1. Calculations in the rendering calculation unit 38 (steps S180 to S185 shown in FIG. 6) are executed. Further, the period 210-2 for determining the opacity curve number for the second perspective line can be set so as to overlap with the period 212-1 for the volume rendering operation for the first perspective line. Incidentally, the echo data stored in the
[0038]
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a schematic block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the echo data and the opacity curve number are stored after one perspective line is stored, and the
[0039]
When the
[0040]
The opacity
[0041]
FIG. 9 is a flowchart summarizing the volume rendering processing of the apparatus described above. In this figure, the same steps as those in FIG. 6 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals. The difference between the processing of this apparatus and the apparatus of the first embodiment is the execution timing of the ray casting process. That is, in the first embodiment, after the opacity curve number for one perspective line is obtained, the volume rendering ray casting process is executed (S180). In contrast, in the present apparatus, when an opacity curve is determined for each target voxel, ray casting processing for the voxel is sequentially executed based on the determined opacity curve (S400). As a result, when the kernel moves to the end of the perspective line, the ray casting process for the perspective line is completed, so the processing corresponding to step S180 is unnecessary, and the pixel value corresponding to the perspective line is changed. The process of storing in the frame buffer memory 40 (S185) is immediately executed.
[0042]
FIG. 10 is a timing chart for explaining the operation of the present apparatus. In FIG. 10, in the period 410-1, the opacity curve determination process for the first perspective line for the first voxel is executed, and in the subsequent period 412-1 the calculation in the volume
[0043]
【The invention's effect】
According to the ultrasonic image processing apparatus of the present invention, opacity is assigned to each voxel based on statistical properties at each position of echo data obtained in a three-dimensional space. Automation is achieved, and the operation of the user is simplified, and the inspection time is shortened.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a three-dimensional space from which echo data can be obtained, a volume rendering perspective line and projection plane, and a kernel that is a sample area for which a plurality of statistics are obtained.
FIG. 2 is a schematic block configuration diagram of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic block diagram of a statistical calculation unit.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an algorithm for selecting an opacity curve by an opacity curve selection unit.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating an opacity curve assignment process for one perspective line.
FIG. 6 is a schematic flowchart of volume rendering processing of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment.
FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the volume rendering process of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the first embodiment.
FIG. 8 is a schematic block configuration diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic flowchart of volume rendering processing of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment.
FIG. 10 is a timing diagram illustrating an operation of volume rendering processing of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
20 ultrasonic probe, 22 transmission / reception unit, 26 line memory unit, 28 statistical calculation unit, 30 kernel size generation unit, 34,300 opacity curve selection unit, 36 opacity curve number memory unit, 38,302 volume rendering calculation unit, 40 frame buffer memory, 42 display section, 304 delay time section.
Claims (9)
対象ボクセルごとに当該対象ボクセルを基準として、前記三次元空間内に複数の前記ボクセルからなるサンプル領域を設定するサンプル領域設定手段と、
対象ボクセルごとに、当該対象ボクセルを基準とした前記サンプル領域内の前記各ボクセルのエコーデータを用いて、互いに異なる性質を持った複数の統計量からなる統計量セットを求める統計演算手段と、
エコーデータと不透明度との対応関係を定めた不透明度関数が前記統計量セットに応じて予め複数設定されており、それら複数の不透明度関数のうちから、対象ボクセルを基準としたサンプル領域内における前記統計量セットに基づいて、当該対象ボクセルに対応した不透明度関数を選択する関数選択手段と、
前記選択された不透明度関数に基づいて、当該対象ボクセルのエコーデータに対応する不透明度を求める関数演算手段と、
を有することを特徴とする超音波画像処理装置。Assigning opacity to each voxel arranged in a three-dimensional space, calculating a light emission amount according to echo data of each voxel and a transmitted light amount in each voxel along a perspective line based on the opacity, In an ultrasonic image processing apparatus that generates a three-dimensional image using echo data obtained in the three-dimensional space by volume rendering to obtain a pixel value of a pixel corresponding to the perspective line,
Sample region setting means for setting a sample region composed of a plurality of the voxels in the three-dimensional space with respect to the target voxel for each target voxel;
For each target voxel , using the echo data of each voxel in the sample region with reference to the target voxel, statistical calculation means for obtaining a statistic set consisting of a plurality of statistics having different properties;
A plurality of opacity functions that define the correspondence between the echo data and the opacity are set in advance according to the statistic set, and among the plurality of opacity functions, the opacity function in the sample region based on the target voxel is set. Function selection means for selecting an opacity function corresponding to the target voxel based on the statistic set;
Based on the selected opacity function, function calculation means for obtaining opacity corresponding to the echo data of the target voxel;
An ultrasonic image processing apparatus comprising:
前記複数の不透明度関数には、液体部に対応した不透明度関数が含まれる、The plurality of opacity functions include an opacity function corresponding to the liquid part.
ことを特徴とする超音波画像処理装置。An ultrasonic image processing apparatus.
前記複数の不透明度関数には、固体部に対応した不透明度関数が含まれる、The plurality of opacity functions include an opacity function corresponding to a solid part.
ことを特徴とする超音波画像処理装置。An ultrasonic image processing apparatus.
前記複数の不透明度関数には、液体部と固体部との境界に対応した不透明度関数が含まれる、The plurality of opacity functions include an opacity function corresponding to a boundary between the liquid part and the solid part.
ことを特徴とする超音波画像処理装置。An ultrasonic image processing apparatus.
前記複数の不透明度関数には、固体部内の境界に対応した不透明度関数が含まれる、The plurality of opacity functions include an opacity function corresponding to a boundary in the solid part.
ことを特徴とする超音波画像処理装置。An ultrasonic image processing apparatus.
前記複数の統計量はそれぞれ、所定の互いに異なる次数nを有するn次積率であることを特徴とする超音波画像処理装置。The ultrasonic image processing apparatus according to claim 1, wherein each of the plurality of statistics is an n-order product factor having a predetermined order n.
前記n次積率は、前記サンプル領域内の前記エコーデータの平均と分散とのセットであることを特徴とする超音波画像処理装置。The ultrasonic image processing apparatus, wherein the n-th product rate is a set of an average and a variance of the echo data in the sample region.
前記サンプル領域は、前記対象ボクセルを内包することを特徴とする超音波画像処理装置。The ultrasonic image processing apparatus, wherein the sample region includes the target voxel.
前記サンプル領域は、前記透視線方向に一列に並んだ複数のボクセルからなることを特徴とする超音波画像処理装置。The ultrasonic image processing apparatus, wherein the sample region includes a plurality of voxels arranged in a line in the perspective line direction.
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