JP5981281B2 - 超音波診断装置、画像処理装置及びプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施の形態は、超音波診断装置、画像処理装置及びプログラムに関する。

従来、超音波診断装置においては、２Ｄアレイプローブ（two dimensional array probe）や、メカニカル４Ｄプローブ（mechanical four dimensional probe）を用いて３次元データ（ボリュームデータ：Volume data）を収集し、収集したボリュームデータをボリュームレンダリングした超音波画像の表示が行われている。かかる超音波画像の表示に際しては、超音波診断装置は、ボリュームデータをＸＹＺ座標からなる３次元のカーテシアン（Cartesian）座標系に座標変換したボクセルデータをボリュームレンダリングした超音波画像を表示することができる。

ここで、近年、ボリュームレンダリングを高速で行うための手法として、シアーワープ（Shear Warp）法が知られている。シアーワープ法は、上述したボクセルデータを用いたレンダリング手法であり、スライス状のボクセルデータを視線方向の変化（回転）に応じて再配置することで、ボリュームレンダリングを高速で行う。しかしながら、上述した従来の技術では、画質の低下を効率よく抑止することが困難となる場合があった。

特表２００３−５３０１７６号公報

本発明が解決しようとする課題は、画質の低下を効率よく抑止することを可能にする超音波診断装置、画像処理装置及びプログラムを提供することである。

実施の形態の超音波診断装置は、レンダリング手段と、検出手段と、ボクセルデータ生成手段とを備える。レンダリング手段は、ボクセルデータから構成される３次元データを複数のスライス領域に分割し、前記複数のスライス領域を、前記ボクセルデータを観察する視線方向に基づいて再配置し、前記スライス領域が再配置された前記ボクセルデータをボリュームレンダリングすることで画像データを生成する。検出手段は、前記レンダリング手段によって生成される画像データの画質を示す画質情報を検出する。ボクセルデータ生成手段は、前記検出手段によって検出された前記画質情報に基づいて、前記視線方向に基づいて、前記３次元データを構成する前記ボクセルデータを再配置する。

図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置の全体構成を説明するための図である。 図２は、従来技術に係る課題の一例を説明するための図である。 図３は、第１の実施形態に係る制御部の構成の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態に係るボクセルデータ生成部によるボクセルデータ生成の一例を説明するための図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係る検出部による処理の一例を説明するための図である。 図５Ｂは、第１の実施形態に係る検出部による処理の一例を説明するための図である。 図５Ｃは、第１の実施形態に係る検出部による処理の一例を説明するための図である。 図６は、第１の実施形態に係るボクセルデータ生成部によるボクセルデータ再生成の一例を説明するための図である。 図７は、第１の実施形態に係る超音波診断装置による処理の手順を示すフローチャートである。 図８は、第２の実施形態に係る超音波診断装置による処理の手順を示すフローチャートである。 図９は、第３の実施形態に係る制御部の構成の一例を示す図である。 図１０は、第３の実施形態に係る内部記憶部によって記憶される予測情報の一例を示す図である。 図１１は、第３の実施形態に係る超音波診断装置による処理の手順を示すフローチャートである。

（第１の実施形態）
まず、本実施形態に係る超音波診断装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００の構成を説明するための図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、超音波プローブ１と、モニタ２と、入力装置３と、装置本体１０とを有する。

超音波プローブ１は、複数の圧電振動子を有し、これら複数の圧電振動子は、後述する装置本体１０が有する送受信部１１から供給される駆動信号に基づき超音波を発生する。また、超音波プローブ１は、被検体Ｐからの反射波を受信して電気信号に変換する。また、超音波プローブ１は、圧電振動子に設けられる整合層と、圧電振動子から後方への超音波の伝播を防止するバッキング材などを有する。なお、超音波プローブ１は、装置本体１０と着脱自在に接続される。

超音波プローブ１から被検体Ｐに超音波が送信されると、送信された超音波は、被検体Ｐの体内組織における音響インピーダンスの不連続面で次々と反射され、反射波信号として超音波プローブ１が有する複数の圧電振動子にて受信される。受信される反射波信号の振幅は、超音波が反射される不連続面における音響インピーダンスの差に依存する。なお、送信された超音波パルスが、移動している血流や心臓壁などの表面で反射された場合の反射波信号は、ドプラ効果により、移動体の超音波送信方向に対する速度成分に依存して、周波数偏移を受ける。

ここで、本実施形態に係る超音波プローブ１は、超音波により被検体Ｐを２次元で走査するとともに、被検体Ｐを３次元で走査することが可能な超音波プローブである。具体的には、本実施形態に係る超音波プローブ１は、被検体Ｐを２次元で走査する複数の圧電振動子を所定の角度（揺動角度）で揺動させることで、被検体Ｐを３次元で走査するメカニカルスキャンプローブである。或いは、本実施形態に係る超音波プローブ１は、複数の圧電振動子がマトリックス状に配置されることで、被検体Ｐを３次元で超音波走査することが可能な２次元超音波プローブである。なお、２次元超音波プローブは、超音波を集束して送信することで、被検体Ｐを２次元で走査することが可能である。

モニタ２は、超音波診断装置１００の操作者が入力装置３を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したり、装置本体１０において生成された超音波画像などを表示したりする。例えば、モニタ２は、後述する制御部１７の制御のもと生成されたレンダリング画像を表示する。

入力装置３は、トラックボール、スイッチ、ダイヤル、タッチコマンドスクリーンなどを有する。入力装置３は、超音波診断装置１００の操作者からの各種設定要求を受け付け、装置本体１０に対して受け付けた各種設定要求を転送する。例えば、入力装置３は、モニタ２に表示されたボリュームレンダリング画像の向きを変更するための回転操作を受付けて、受付けた回転操作の情報（例えば、右方向に４５度回転など）を、制御部１７に転送する。

装置本体１０は、超音波プローブ１が受信した反射波に基づいて超音波画像を生成する装置である。具体的には、本実施形態に係る装置本体１０は、超音波プローブ１が受信した３次元の反射波データに基づいて３次元超音波画像（ボリュームデータ）を生成可能な装置である。装置本体１０は、図１に示すように、送受信部１１と、Ｂモード処理部１２と、ドプラ処理部１３と、画像生成部１４と、画像メモリ１５と、内部記憶部１６と、制御部１７とを有する。

送受信部１１は、トリガ発生回路、遅延回路およびパルサ回路などを有し、超音波プローブ１に駆動信号を供給する。パルサ回路は、所定のレート周波数で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。また、遅延回路は、超音波プローブ１から発生される超音波をビーム状に集束して送信指向性を決定するために必要な圧電振動子ごとの遅延時間を、パルサ回路が発生する各レートパルスに対し与える。また、トリガ発生回路は、レートパルスに基づくタイミングで、超音波プローブ１に駆動信号（駆動パルス）を印加する。すなわち、遅延回路は、各レートパルスに対し与える遅延時間を変化させることで、圧電振動子面からの送信方向を任意に調整する。

なお、送受信部１１は、後述する制御部１７の指示に基づいて、所定のスキャンシーケンスを実行するために、送信周波数、送信駆動電圧などを瞬時に変更可能な機能を有している。特に、送信駆動電圧の変更は、瞬間にその値を切り替え可能なリニアアンプ型の発信回路、または、複数の電源ユニットを電気的に切り替える機構によって実現される。

また、送受信部１１は、アンプ回路、Ａ／Ｄ変換器、加算器などを有し、超音波プローブ１が受信した反射波信号に対して各種処理を行なって反射波データを生成する。アンプ回路は、反射波信号をチャンネルごとに増幅してゲイン補正処理を行なう。Ａ／Ｄ変換器は、ゲイン補正された反射波信号をＡ／Ｄ変換し、デジタルデータに受信指向性を決定するのに必要な遅延時間を与える。加算器は、Ａ／Ｄ変換器によって処理された反射波信号の加算処理を行なって反射波データを生成する。加算器の加算処理により、反射波信号の受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。

このように、送受信部１１は、超音波の送受信における送信指向性と受信指向性とを制御する。ここで、本実施形態に係る送受信部１１は、超音波プローブ１から被検体Ｐに対して３次元の超音波ビームを送信させ、超音波プローブ１が受信した３次元の反射波信号から３次元の反射波データを生成する。

Ｂモード処理部１２は、送受信部１１から反射波データを受信し、対数増幅、包絡線検波処理などを行なって、信号強度が輝度の明るさで表現されるデータ（Ｂモードデータ）を生成する。 ここで、Ｂモード処理部１２は、検波周波数を変化させることで、映像化する周波数帯域を変えることができる。また、Ｂモード処理部１２は、一つの反射波データに対して、二つの検波周波数による検波処理を並列して行うことができる。

ドプラ処理部１３は、送受信部１１から受信した反射波データから速度情報を周波数解析し、ドプラ効果による血流や組織、造影剤エコー成分を抽出し、平均速度、分散、パワーなどの移動体情報を多点について抽出したデータ（ドプラデータ）を生成する。

なお、本実施形態に係るＢモード処理部１２およびドプラ処理部１３は、２次元の反射波データおよび３次元の反射波データの両方について処理可能である。すなわち、本実施形態に係るＢモード処理部１２は、３次元の反射波データから３次元のＢモードデータを生成することができる。また、本実施形態に係るドプラ処理部１３は、３次元の反射波データから３次元のドプラデータを生成することができる。

画像生成部１４は、Ｂモード処理部１２及びドプラ処理部１３が生成したデータから超音波画像を生成する。すなわち、画像生成部１４は、Ｂモード処理部１２が生成したＢモードデータから反射波の強度を輝度にて表したＢモード画像を生成する。具体的には、画像生成部１４は、Ｂモード処理部１２が生成した３次元のＢモードデータから、３次元のＢモード画像を生成する。

また、画像生成部１４は、ドプラ処理部１３が生成したドプラデータから移動体情報を表す平均速度画像、分散画像、パワー画像、又は、これらの組み合わせ画像としてのカラードプラ画像を生成する。具体的には、画像生成部１４は、ドプラ処理部１３が生成した３次元のドプラデータから、３次元のカラードプラ画像を生成する。なお、以下では、画像生成部１４が生成した３次元のＢモード画像及び３次元のカラードプラ画像をまとめて「ボリュームデータ」と記載する。

また、画像生成部１４は、生成したボリュームデータをモニタ２にて表示するための各種画像を生成することができる。具体的には、画像生成部１４は、ボリュームデータからＭＰＲ画像やレンダリング画像を生成することができる。

すなわち、超音波プローブ１により被検体Ｐの撮影部位に対して超音波の３次元走査が行なわれることで、送受信部１１は、３次元のデータを生成する。そして、画像生成部１４は、ボリュームデータをモニタ２に表示するための画像として、例えば、操作者からの指示により、直交３断面におけるＭＰＲ画像や、超音波プローブ１の被検体Ｐに対する接触面を視点とした場合のレンダリング画像や、任意の場所を視点とした場合のレンダリング画像を生成する。

また、画像生成部１４は、ボリュームデータをＸＹＺ座標からなる３次元のカーテシアン座標系に座標変換されたボクセルデータからレンダリング画像を生成する。例えば、画像生成部１４は、シアーワープ（Shear Warp）を用いてボクセルデータからレンダリング画像を生成する。

画像メモリ１５は、画像生成部１４が生成した超音波画像を記憶するメモリである。また、画像メモリ１５は、Ｂモード処理部１２やドプラ処理部１３が生成したデータを記憶することも可能である。

内部記憶部１６は、超音波送受信、画像処理及び表示処理を行なうための制御プログラムや、診断情報（例えば、患者ＩＤ、医師の所見など）や、診断プロトコルや各種ボディーマークなどの各種データを記憶する。また、内部記憶部１６は、必要に応じて、画像メモリ１５が記憶する画像の保管などにも使用される。 また、内部記憶部１６は、シアーワープによって生成されるレンダリング画像の画質を予測するための予測情報を記憶する。なお、予測情報については、後に詳述する。

制御部１７は、情報処理装置（計算機）としての機能を実現する制御プロセッサ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）であり、超音波診断装置１００の処理全体を制御する。具体的には、制御部１７は、入力装置３を介して操作者から入力された各種設定要求や、内部記憶部１６から読込んだ各種制御プログラム及び各種データに基づき、送受信部１１、Ｂモード処理部１２、ドプラ処理部１３及び画像生成部１４の処理を制御する。また、制御部１７は、画像メモリ１５が記憶する超音波画像や、内部記憶部１６が記憶する各種画像、又は、画像生成部１４による処理を行なうためのＧＵＩ、画像生成部１４の処理結果などをモニタ２にて表示するように制御する。

以上、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００の全体構成について説明した。かかる構成のもと、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、以下、詳細に説明する制御部１７の処理により、画質の低下を抑止することができるように構成されている。

ここで、まず、従来技術、特にシアーワープを用いて生成されるレンダリング画像において画質が低下する場合について説明する。図２は、従来技術に係る課題の一例を説明するための図である。ここで、図２においては、ボリュームデータをカーテシアン座標系に座標変換したボクセルデータを上側から見た場合の図を示す。すなわち、図２に示す実線はそれぞれボリュームデータから生成されたスライスデータを示す。

例えば、ボクセルデータからレンダリング画像を生成するレンダリングにおいては、図２の（Ａ）に示すように、視線方向２０からクリッピングプレーンの厚さ２１の間にあるボクセルデータからレンダリング画像を生成する。すなわち、図２の（Ａ）においては、視線方向２０からレンダリングする場合、５スライス分のボクセルデータを用いたレンダリングとなる。

ここで、図２の（Ｂ）に示すように、視線方向を視線方向２０から視線方向２２に変化させた（レンダリング画像を回転させる）場合、シアーワープによるレンダリングでは、図２の（Ｃ）に示すように、ボクセルデータの座標を変化させる。すなわち、視線方向２０からレンダリングした場合に、視線方向２２から見た場合のクリッピングプレーンの厚さ２１に含まれるボクセルデータが用いられるように、各ボクセルデータが再配置される。

従って、シアーワープによるレンダリングでは、例えば、図２の（Ｃ）における両端の矢印に示すように、レンダリングに用いられるボクセルデータが奥行き方向に欠落したり、再配置の際にボクセルデータ間の間隔が広がることで、画質が低下する場合があった。ここで、画質の低下としては、例えば、画像に不連続な部分が発生したり、解像度が低下したりすることなどが挙げられる。

このような画質の低下に対しては、例えば、角度に応じてスライス方向の異なる複数種類のボクセルデータを予め用意したり、回転後にスライス方向の異なるボクセルデータを再生成したりすることが考えられる。しかしながら、複数種類のボクセルデータを予め用意する場合には、余分なメモリ容量を消費するうえに、１ボリュームデータにつき複数種類のボクセルデータを生成しなければならず、リアルタイム性に欠けてしまい、画質の低下を効率よく抑止することが困難である。

また、回転後にボクセルデータを再生成する場合には、ユーザがレンダリング画像を回転させるたびにボクセルデータを生成することとなる。ここで、シアーワープによるレンダリングでは、レンダリングの条件（例えば、ボクセルデータのサイズ、データに含まれる構造、透明度、クリッピングプレーンの厚さなど）により、画質が低下した場合でも外見上認識されない程度の場合もあり、ユーザがレンダリング画像を回転させるたびにボクセルデータを生成することで回転操作後のレスポンスが悪くなり、画質の低下を効率よく抑止することが困難である。そこで、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００においては、以下に詳細に記載する制御部１７の処理により、画質の低下を効率よく抑止することを可能にする。

図３は、第１の実施形態に係る制御部１７の構成の一例を示す図である。図３に示すように、第１の実施形態に係る制御部１７は、ボクセルデータ生成部１７１と、レンダリング制御部１７２と、検出部１７３とを有する。

ボクセルデータ生成部１７１は、ボリュームデータをカーテシアン座標系に座標変換したボクセルデータを生成する。具体的には、ボクセルデータ生成部１７１は、画像生成部１４によって生成されたボリュームデータを、ボクセルエクスポートによってＸＹＺ座標に座標変換したボクセルデータを生成する。図４は、第１の実施形態に係るボクセルデータ生成部１７１によるボクセルデータ生成の一例を説明するための図である。

例えば、ボクセルデータ生成部１７１は、図４の（Ａ）に示すボリュームデータを矢印２３の方向でスライスして、図４の（Ｂ）に示すように、ＸＹＺ座標上に各スライスを配置したボクセルデータを生成する。

また、ボクセルデータ生成部１７１は、後述する検出部１７３による判定結果に基づいて、ボクセルデータを再生成する。換言すると、ボクセルデータ生成部１７１は、検出部１７３によって検出された画質情報に基づいて、視線方向に基づいて、３次元データを構成するボクセルデータを再配置する。なお、ボクセルデータの再生成については、後に詳述する。

図３に戻って、レンダリング制御部１７２は、ボクセルデータから構成される３次元データを複数のスライス領域に分割し、前記複数のスライス領域を、前記ボクセルデータを観察する視線方向に基づいて再配置し、前記スライス領域が再配置された前記ボクセルデータをボリュームレンダリングすることで画像データを生成する。具体的には、レンダリング制御部１７２は、ボクセルデータ生成部１７１によって生成されたボクセルデータを用いてシアーワープによるボリュームレンダリングを実行させて、レンダリング画像を生成するように画像生成部１４を制御する。

検出部１７３は、レンダリング制御部１７２よって生成される画像データの画質を示す画質情報を検出する。具体的には、検出部１７３は、レンダリング制御部１７２によって生成されたレンダリング画像における輝度情報を直線状に取得し、取得した輝度情報に基づいて、レンダリング画像の画質が低下するか否かを判定する。より具体的には、検出部１７３は、直線状に取得した輝度情報によって形成される波形をフーリエ変換し、所定の周波数成分が含まれる場合に、レンダリング画像の画質が低下すると判定する。また、検出部１７３は、直線状に取得した輝度情報によって形成される波形をフーリエ変換し、所定の周波数よりも高い周波数成分が含まれていない場合に、レンダリング画像の画質が低下すると判定する。

図５Ａ〜図５Ｃは、第１の実施形態に係る検出部１７３による処理の一例を説明するための図である。ここで、図５Ａ〜図５Ｃにおいては、レンダリング制御部１７２の制御のもと画像生成部１４によって生成されたレンダリング画像を示す。すなわち、図５Ａ〜図５Ｃにおいては、シアーワープにより生成されたレンダリング画像に対する処理を示す。

例えば、検出部１７３は、図５Ａに示すように、レンダリング画像に対して矢印２４の方向に３本、矢印２５の方向に２本のライン状に輝度情報のサンプリングを行う。ここで、サンプリングを行う方向及びラインの数は任意に設定することができる。また、検出部１７３は、レンダリング条件に基づいて、サンプリングする方向を決定することも可能である。すなわち、検出部１７３は、レンダリング画像を回転させる場合の回転の向きに応じて、画像上に発生する不連続の部分の向きを予測し、予測した向きに直交する方向でサンプリングを実行する。

そして、検出部１７３は、ライン状にサンプリングした輝度情報から形成される波形を解析することで、レンダリング画像の画質が低下するか否かを判定する。例えば、検出部１７３は、ライン状にサンプリングした輝度情報の波形をフーリエ変換して、所定の周波数に突出して強い成分がある場合にレンダリング画像に不連続部分があると判定する。一例を挙げると、検出部１７３は、図５Ｂに示すように、矢印２４の方向にラインサンプリングした輝度情報の波形をフーリエ変換し、所定の周波数に突出して強い成分がある場合に、不連続部分２６がレンダリング画像に含まれていると判定する。

また、検出部１７３は、ライン状にサンプリングした輝度情報の波形をフーリエ変換して、所定の周波数よりも高い周波数成分がない場合にレンダリング画像の解像度が低下していると判定する。一例を挙げると、検出部１７３は、図５Ｃに示すように、矢印２４の方向、或いは矢印２５の方向にラインサンプリングした輝度情報の波形をフーリエ変換し、高周波成分が含まれていない場合に、レンダリング画像の解像度が低下していると判定する。

ここで、ボクセルデータ生成部１７１は、画質情報に基づいて、検出部１７３が検出に用いたボクセルデータをレンダリング制御部１７２へ出力する第１のモードと、再配置を行ったボクセルデータをレンダリング制御部１７２へ出力する第２のモードとを切り替える。具体的には、ボクセルデータ生成部１７１は、ボクセルデータから生成されるレンダリング画像の画質が低下しないと検出部１７３に判定された場合には、当該ボクセルデータをレンダリング制御部１７２に出力する。一方、ボクセルデータ生成部１７１は、ボクセルデータから生成されるレンダリング画像の画質が低下すると検出部１７３に判定された場合には、ボリュームデータからボクセルデータを再生成して、再生成したボクセルデータをレンダリング制御部１７２に出力する。

検出部１７３によってレンダリング画像の画質が低下すると判定され、ボクセルデータを再生成する場合には、ボクセルデータ生成部１７１は、視線方向に基づいて、ボリュームデータからボクセルデータを生成する。具体的には、ボクセルデータ生成部１７１は、レンダリング制御部１７２の制御によって実行されるシアーワープによるボリュームレンダリングの視線方向に基づいて、ボリュームデータからボクセルデータを再生成する。

図６は、第１の実施形態に係るボクセルデータ生成部１７１によるボクセルデータの再生成の一例を説明するための図である。ここで、図６においては、図４に示すボリュームデータからのボクセルデータ再生成について示す。例えば、ボクセルデータ生成部１７１は、図６の（Ａ）に示すように、スライスする方向を矢印２７の方向に変更する。そして、ボクセルデータ生成部１７１は、図６の（Ｂ）に示すように、ボリュームデータを矢印２７の方向でスライスし、ＸＹＺ座標上に各スライスを配置したボクセルデータを生成する。

ここで、ボクセルデータ生成部１７１は、レンダリング制御部１７２によるシアーワープのレンダリング条件に基づいて、スライスする方向を決定する。すなわち、ボクセルデータ生成部１７１は、レンダリング画像の回転角度（ボリュームデータに対する視線方向）に応じて、ボリュームデータをスライスする方向を決定する。

ボクセルデータ生成部１７１によってボクセルデータが再生成されると、レンダリング制御部１７２は、画像生成部１４を制御して、再生成されたボクセルデータに対してシアーワープによるレンダリングを実行させ、レンダリング画像を生成させる。

上述したように、第１の実施形態に係る制御部１７は、シアーワープによって生成されたレンダリング画像に画質の低下があるか否かを判定し、画質の低下があると判定した場合に、ボクセルデータを再生成する。これにより、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、ボクセルデータの再生成を必要最低限に抑えることができ、レンダリング画像の画質の低下を効率よく抑止することができる。

次に、図７を用いて、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００の処理について説明する。図７は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００による処理の手順を示すフローチャートである。図７に示すように、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００においては、シアーワープによるレンダリングのモードであると（ステップＳ１０１肯定）、ボクセルデータ生成部１７１が、画像生成部１４によって生成されたボリュームデータからボクセルデータを生成する（ステップＳ１０２）。

レンダリング制御部１７２は、ボクセルデータ生成部１７１によって生成されたボクセルデータに対してシアーワープによるレンダリングを実行するように画像生成部１４を制御する（ステップＳ１０３）。そして、入力装置３が、操作者によるレンダリング画像の回転操作を受付けると（ステップＳ１０４肯定）、レンダリング制御部１７２が回転後のレンダリング画像を生成させる。

そして、検出部１７３は、生成された回転後のレンダリング画像上をライン状にサンプリングして（ステップＳ１０５）、フーリエ変換による波形解析を実行する（ステップＳ１０６）。具体的には、検出部１７３は、回転後のレンダリング画像の輝度情報をライン状にサンプリングし、サンプリングした輝度情報によって形成される波形をフーリエ変換する。そして、検出部１７３は、フーリエ変換によって得られた周波数に基づいて、レンダリング画像に不連続部分があるか否かを判定し（ステップＳ１０７）、さらに、解像度が低下しているか否かを判定する（ステップＳ１０８）。

ここで、レンダリング画像に不連続部分がなく（ステップＳ１０７否定）、さらに、レンダリング画像の解像度が低下していないと判定された場合には（ステップＳ１０８否定）、制御部１７は、回転後のレンダリング画像をモニタ２にて表示させる（ステップＳ１０９）。

一方、レンダリング画像に不連続部分が含まれている（ステップＳ１０７肯定）、或いは、レンダリング画像の解像度が低下していると判定された場合には（ステップＳ１０８肯定）、ボクセルデータ生成部１７１が、ボクセルデータを再生成する（ステップＳ１１０）。そして、レンダリング制御部１７２が、再生成されたボクセルデータを用いたシアーワープによるレンダリングを画像生成部１４に実行させる（ステップＳ１１１）。その後、制御部１７が、再生成されたボクセルデータから生成されたレンダリング画像をモニタ２にて表示させる（ステップＳ１０９）。

そして、制御部１７は、終了コマンドを受付けた場合に（ステップＳ１１２肯定）、処理を終了する。なお、制御部１７は、終了コマンドを受付けるまで、レンダリング画像（画像データ）を表示させた状態で、回転操作の受付待機状態となる（ステップＳ１１２否定）。また、ステップＳ１０４において、回転操作を受付けていない場合には（ステップＳ１０４否定）、制御部１７は、レンダリング画像（画像データ）を継続して表示させる。また、シアーワープによるレンダリングのモードではない場合には（ステップＳ１０１否定）、制御部１７は、画像生成部１４にボリュームレンダリングを実行させ（ステップＳ１１３）、レンダリング画像をモニタ２にて表示させる（ステップＳ１０９）。

上述したように、第１の実施形態によれば、レンダリング制御部１７２は、ボクセルデータから構成される３次元データを複数のスライス領域に分割し、複数のスライス領域を、ボクセルデータを観察する視線方向に基づいて再配置し、スライス領域が再配置されたボクセルデータをボリュームレンダリングすることで画像データを生成する。そして、検出部１７３は、レンダリング制御部１７２によって生成される画像データの画質を示す画質情報を検出する。そして、ボクセルデータ生成部１７１は、検出部１７３によって検出された画質情報に基づいて、視線方向に基づいて、３次元データを構成するボクセルデータを再配置する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、ボクセルデータの再生成を必要最低限に抑えることができ、レンダリング画像の画質の低下を効率よく抑止することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、ボクセルデータ生成部１７１は、画質情報に基づいて、検出部１７３が検出に用いたボクセルデータをレンダリング制御部１７２へ出力する第１のモードと、ボクセルデータ生成部１７１が再配置を行ったボクセルデータをレンダリング制御部１７２へ出力する第２のモードとを切り替える。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、画質に応じてボクセルデータを再配置するか否かを決定することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、検出部１７３は、レンダリング制御部１７２によって生成されたレンダリング画像における輝度情報をライン状に取得し、取得した輝度情報に基づいて、レンダリング画像の画質が低下するか否かを判定する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、レンダリング画像の画質の低下を処理負荷をかけずに確度高く判定することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、検出部１７３は、ライン状に取得した輝度情報によって形成される波形をフーリエ変換し、所定の周波数成分が含まれる場合に、レンダリング画像の画質が低下すると判定する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、レンダリング画像に不連続部分が含まれる場合の画質低下を検出することを可能にする。

また、第１の実施形態によれば、検出部１７３は、ライン状に取得した輝度情報によって形成される波形をフーリエ変換し、所定の周波数よりも高い周波数成分が含まれていない場合に、レンダリング画像の画質が低下すると判定する。従って、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００は、レンダリング画像の解像度が低下した場合の画質低下を検出することを可能にする。

（第２の実施形態）
上述した第１の実施形態では、波形をフーリエ変換して画質が低下しているか否かを判定する場合について説明した。第２の実施形態では、輝度値の分布に基づいて画質が低下しているか否かを判定する場合について説明する。なお、第２の実施形態に係る超音波診断装置は、第１の実施形態に係る超音波診断装置１００と比較して、図３に示す検出部１７３の処理内容のみが異なる。以下、これを中心に説明する。

第２の実施形態に係る検出部１７３は、直線状に取得した輝度情報の輝度値の分布が所定の範囲以内である場合に、レンダリング画像の画質が低下すると判定する。具体的には、検出部１７３は、ライン状に取得した輝度情報の各輝度値のヒストグラムを生成して、輝度値の分布が所定の範囲以内にあった場合に、レンダリング画像の解像度が低下していると判定する。

次に、図８を用いて、第２の実施形態に係る超音波診断装置１００の処理について説明する。図８は、第２の実施形態に係る超音波診断装置１００による処理の手順を示すフローチャートである。図８に示すように、第２の実施形態に係る超音波診断装置１００においては、シアーワープによるレンダリングのモードであると（ステップＳ２０１肯定）、ボクセルデータ生成部１７１が、画像生成部１４によって生成されたボリュームデータからボクセルデータを生成する（ステップＳ２０２）。

レンダリング制御部１７２は、ボクセルデータ生成部１７１によって生成されたボクセルデータに対してシアーワープによるレンダリングを実行するように画像生成部１４を制御する（ステップＳ２０３）。そして、入力装置３が、操作者によるレンダリング画像の回転操作を受付けると（ステップＳ２０４肯定）、レンダリング制御部１７２が回転後のレンダリング画像を生成させる。

そして、検出部１７３は、生成された回転後のレンダリング画像上をライン状にサンプリングして（ステップＳ２０５）、フーリエ変換による波形解析を実行する（ステップＳ２０６）。具体的には、検出部１７３は、回転後のレンダリング画像の輝度情報をライン状にサンプリングし、サンプリングした輝度情報によって形成される波形をフーリエ変換する。そして、検出部１７３は、フーリエ変換によって得られた周波数に基づいて、レンダリング画像に不連続部分があるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。

その後、検出部１７３は、ピクセルカウントによって波形解析を実行する（ステップＳ２０８）。具体的には、検出部１７３は、ライン状にサンプリングした輝度情報の輝度値の分布に基づいて、レンダリング画像の解像度が低下しているか否かを判定する（ステップＳ２０９）。

ここで、レンダリング画像に不連続部分がなく（ステップＳ２０７否定）、さらに、レンダリング画像の解像度が低下していないと判定された場合には（ステップＳ２０９否定）、制御部１７は、回転後のレンダリング画像をモニタ２にて表示させる（ステップＳ２１０）。

一方、レンダリング画像に不連続部分が含まれている（ステップＳ２０７肯定）、或いは、レンダリング画像の解像度が低下していると判定された場合には（ステップＳ２０９肯定）、ボクセルデータ生成部１７１が、ボクセルデータを再生成する（ステップＳ２１１）。そして、レンダリング制御部１７２が、再生成されたボクセルデータを用いたシアーワープによるレンダリングを画像生成部１４に実行させる（ステップＳ２１２）。その後、制御部１７が、再生成されたボクセルデータから生成されたレンダリング画像をモニタ２にて表示させる（ステップＳ２１０）。

そして、制御部１７は、終了コマンドを受付けた場合に（ステップＳ２１３肯定）、処理を終了する。なお、制御部１７は、終了コマンドを受付けるまで、レンダリング画像（画像データ）を表示させた状態で、回転操作の受付待機状態となる（ステップＳ２１３否定）。また、ステップＳ２０４において、回転操作を受付けていない場合には（ステップＳ２０４否定）、制御部１７は、レンダリング画像（画像データ）を継続して表示させる。また、シアーワープによるレンダリングのモードではない場合には（ステップＳ２０１否定）、制御部１７は、画像生成部１４にボリュームレンダリングを実行させ（ステップＳ２１４）、レンダリング画像をモニタ２にて表示させる（ステップＳ２１０）。

上述したように、第２の実施形態によれば、検出部１７３は、ライン状に取得した輝度情報の輝度値の分布が所定の範囲以内である場合に、レンダリング画像の画質が低下すると判定する。従って、第２の実施形態に係る超音波診断装置１００は、レンダリング画像の解像度が低下した場合の画質低下を簡易に検出することを可能にする。

（第３の実施形態）
上述した第１及び第２の実施形態では、回転後のレンダリング画像を生成し、生成したレンダリング画像上の輝度情報をライン状にサンプリングして、サンプリングした輝度情報に基づいて画質の低下を判定する場合について説明した。第３の実施形態では、回転後のレンダリングの条件に基づいて画質の低下を予測する場合について説明する。

図９は、第３の実施形態に係る制御部１７の構成の一例を示す図である。図９に示すように、第３の実施形態に係る制御部１７は、画質予測部１７４を新たに有する。画質予測部１７４は、レンダリング制御部１７２によって実行されるボリュームレンダリングの条件に基づいて、レンダリング画像の画質が低下するか否かを予測する。具体的には、画質予測部１７４は、内部記憶部１６によって記憶される予測情報に基づいて、回転後のレンダリング画像の画質が低下するか否かを予測する。

ここで、予測情報について説明する。図１０は、第３の実施形態に係る内部記憶部１６によって記憶される予測情報の一例を示す図である。例えば、内部記憶部１６は、図１０に示すように、条件ごとに、判定基準となる値を対応付けた予測情報を記憶する。一例を挙げると、内部記憶部１６は、「ボクセルデータサイズ」、「表示範囲」、「透明度」、「回転角度」、「クリッピングプレーンの厚み」などのレンダリング条件ごとに値を対応付けた予測情報を記憶する。

画質予測部１７４は、入力装置３が操作者による回転操作を受付けた場合に、回転角度などの操作内容の情報と、レンダリング制御部１７２によって制御されるシアーワープによるレンダリングの条件とを取得する。そして、画質予測部１７４は、取得した各情報と予測情報とを比較して、レンダリング画像の画質が低下するか否かを判定する。例えば、画質予測部１７４は、取得した情報の値と予測情報の値とを条件ごとに比較して、画質が低下するか否かを判定する。なお、予測情報に含まれる条件及び条件ごとの値は、任意に決定される。また、一つの条件のみを用いて予測を行う場合であってもよく、或いは、複数の条件を用いて予測を行う場合であってもよい。

ボクセルデータ生成部１７１は、画質予測部１７４によってレンダリング画像の画質が低下しないと判定された場合には、既に生成済みのボクセルデータをレンダリング制御部１７２に出力する。一方、画質予測部１７４によってレンダリング画像の画質が低下すると判定された場合には、ボクセルデータ生成部１７１は、レンダリングの条件に基づいて、ボクセルデータを再生成し、再生成したボクセルデータをレンダリング制御部１７２に出力する。

次に、図１１を用いて、第３の実施形態に係る超音波診断装置１００の処理について説明する。図１１は、第３の実施形態に係る超音波診断装置１００による処理の手順を示すフローチャートである。図１１に示すように、第３の実施形態に係る超音波診断装置１００においては、シアーワープによるレンダリングのモードであると（ステップＳ３０１肯定）、ボクセルデータ生成部１７１が、画像生成部１４によって生成されたボリュームデータからボクセルデータを生成する（ステップＳ３０２）。

画質予測部１７４は、レンダリング制御部１７２によって実行されるシアーワープによるレンダリングの条件を取得し（ステップＳ３０３）、レンダリング画像の画質が低下するか否かを判定する。具体的には、画質予測部１７４は、不連続部分が発生するか否か（ステップＳ３０４）、さらに、解像度が低下するか否か（ステップＳ３０５）を予測する。

ここで、レンダリング画像に不連続部分が発生せず（ステップＳ３０４否定）、さらに、レンダリング画像の解像度が低下しないと予測された場合には（ステップＳ３０５否定）、レンダリング制御部１７２は、ボクセルデータ生成部１７１によって生成されたボクセルデータに対してシアーワープによるレンダリングを実行するように画像生成部１４を制御する（ステップＳ３０７）。そして、制御部１７は、レンダリング画像（画像データ）をモニタ２にて表示させる（ステップＳ３０８）。

一方、レンダリング画像に不連続部分が発生する（ステップＳ３０４肯定）、或いは、レンダリング画像の解像度が低下すると予測された場合には（ステップＳ３０５肯定）、ボクセルデータ生成部１７１が、ボクセルデータを再生成する（ステップＳ３０６）。そして、レンダリング制御部１７２が、再生成されたボクセルデータを用いたシアーワープによるレンダリングを画像生成部１４に実行させる（ステップＳ３０７）。その後、制御部１７が、再生成されたボクセルデータから生成されたレンダリング画像をモニタ２にて表示させる（ステップＳ３０８）。

そして、入力装置３が、操作者によるレンダリング画像の回転操作を受付けると（ステップＳ３０９肯定）、画質予測部１７４は、回転操作の情報を取得するとともに、ステップＳ３０３に戻って、画質が低下するか否かの予測を再度実行する。

そして、制御部１７は、終了コマンドを受付けた場合に（ステップＳ３１０肯定）、処理を終了する。なお、制御部１７は、終了コマンドを受付けるまで、レンダリング画像（画像データ）を表示させた状態で、回転操作の受付待機状態となる（ステップＳ３１０否定）。また、ステップＳ３０９において、回転操作を受付けていない場合には（ステップＳ３０９否定）、制御部１７は、レンダリング画像（画像データ）を継続して表示させる。また、シアーワープによるレンダリングのモードではない場合には（ステップＳ３０１否定）、制御部１７は、画像生成部１４にボリュームレンダリングを実行させ（ステップＳ３１１）、レンダリング画像をモニタ２にて表示させる（ステップＳ３０８）。

上述したように、第３の実施形態に係る超音波診断装置１００においては、画質予測部１７４は、レンダリング制御部１７２によって実行されるボリュームレンダリングの条件に基づいて、レンダリング画像の画質が低下するか否かを予測する。従って、第３の実施形態に係る超音波診断装置１００は、シアーワープによるレンダリング画像の生成を省略することができ、処理負荷を低減させることを可能にする。

（第４の実施形態）
さて、これまで第１、２及び３の実施形態について説明したが、上述した第１、２及び３の実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。

上述した第１及び第２の実施形態では、レンダリング画像からライン状にサンプリングを行う場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、所定の領域をサンプリングする場合であってもよい。

また、上述した第１及び第２の実施形態では、フーリエ変換によって画像の不連続部分を検出する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、任意のアルゴリズムによって不連続部分の検出を実行することが可能である。

また、上述した第１〜第３の実施形態では、不連続部分が含まれている場合、或いは、解像度が低下している場合のそれぞれで画質を判定し、ボクセルデータを再生成する場合について説明した。しかしながら、実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば、複合的に判定する場合であってもよい。一例を挙げると、所定の周波数成分がどの程度含まれているか、及び、高周波成分の欠落度合いをそれぞれ段階的に設定し、それぞれの判定結果からボクセルデータを再生成するか否かを判定する場合であってもよい。

上述した第１〜第３の実施形態では、超音波診断装置がレンダリング画像の画質を判定して、画質が低下すると判定した場合にボクセルデータを再生成する場合について説明したが、上述した処理は、ワークステーションなどの画像処理装置によって実行される場合であってもよい。かかる場合には、例えば、ネットワークを介して超音波診断装置や、画像保管装置などと接続されたワークステーションが、超音波診断装置や、画像保管装置などからボリュームデータを取得する。そして、ワークステーションは、取得したボリュームデータを用いて上述した処理を実行する。

以上説明したとおり、第１の実施形態、第２の実施形態、第３の実施形態及び第４の実施形態によれば、本実施形態の超音波診断装置、画像処理装置及びプログラムは、画質の低下を効率よく抑止することを可能にする。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 超音波プローブ
１０ 装置本体
１４ 画像生成部
１７ 制御部
１７１ ボクセルデータ生成部
１７２ レンダリング制御部
１７３ 検出部
１７４ 画質予測部
１００ 超音波診断装置

Claims (10)

1. ボクセルデータから構成される３次元データを複数のスライス領域に分割し、前記複数のスライス領域を、前記ボクセルデータを観察する視線方向に基づいて再配置し、前記スライス領域が再配置された前記ボクセルデータをボリュームレンダリングすることで画像データを生成するレンダリング手段と、
   前記レンダリング手段によって生成される画像データの画質を示す画質情報を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された前記画質情報に基づいて、前記視線方向に基づいて、前記３次元データを構成する前記ボクセルデータを再配置するボクセルデータ生成手段と、
   を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記ボクセルデータ生成手段は、前記画質情報に基づいて、前記検出手段が検出に用いた前記ボクセルデータを前記レンダリング手段へ出力する第１のモードと、前記ボクセルデータ生成手段が再配置を行った前記ボクセルデータを前記レンダリング手段へ出力する第２のモードとを切り替えることを特徴とする請求項１に記載の超音波診断装置。
3. 前記検出手段は、前記レンダリング手段によって生成された画像データにおける輝度情報を直線状に取得し、取得した輝度情報に基づいて、前記画像データの画質が低下するか否かを判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波診断装置。
4. 前記検出手段は、前記直線状に取得した輝度情報によって形成される波形をフーリエ変換し、所定の周波数成分が含まれる場合に、前記画像データの画質が低下すると判定することを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
5. 前記検出手段は、前記直線状に取得した輝度情報によって形成される波形をフーリエ変換し、所定の周波数よりも高い周波数成分が含まれていない場合に、前記画像データの画質が低下すると判定することを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
6. 前記検出手段は、前記直線状に取得した輝度情報の輝度値の分布が所定の範囲以内である場合に、前記画像データの画質が低下すると判定することを特徴とする請求項３に記載の超音波診断装置。
7. 前記レンダリング手段によって実行されるボリュームレンダリングのレンダリング条件を取得する取得手段をさらに備え、
   前記検出手段は、前記取得手段によって取得されたレンダリング条件に基づいて、前記レンダリング手段によって生成される画像データの前記画質情報を検出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の超音波診断装置。
8. 前記レンダリング条件は、前記ボクセルデータのサイズ、表示範囲、透明度、回転角度、クリッピングプレーンの厚みを含むことを特徴とする請求項７に記載の超音波診断装置。
9. ボクセルデータから構成される３次元データを複数のスライス領域に分割し、前記複数のスライス領域を、前記ボクセルデータを観察する視線方向に基づいて再配置し、前記スライス領域が再配置された前記ボクセルデータをボリュームレンダリングすることで画像データを生成するレンダリング手段と、
   前記レンダリング手段によって生成される画像データの画質を示す画質情報を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって検出された前記画質情報に基づいて、前記視線方向に基づいて、前記３次元データを構成する前記ボクセルデータを再配置するボクセルデータ生成手段と、
   を備えたことを特徴とする画像処理装置。
10. ボクセルデータから構成される３次元データを複数のスライス領域に分割し、前記複数のスライス領域を、前記ボクセルデータを観察する視線方向に基づいて再配置し、前記スライス領域が再配置された前記ボクセルデータをボリュームレンダリングすることで画像データを生成するレンダリング手順と、
    前記レンダリング手順によって生成される画像データの画質を示す画質情報を検出する検出手順と、
    前記検出手順によって検出された前記画質情報に基づいて、前記視線方向に基づいて、前記３次元データを構成する前記ボクセルデータを再配置するボクセルデータ生成手順と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。

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