JP2002224109A

JP2002224109A - 三次元画像表示装置

Info

Publication number: JP2002224109A
Application number: JP2001023355A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Hashimoto; 敬介橋本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-13

Abstract

(57)【要約】【課題】血流のような移動物体の三次元画像を、視線方
向を任意に変更しても移動方向がわかりやすいように表
示する【解決手段】被検体内の３次元領域における移動体の速
度データに基づいて、任意の視線方向から見た場合の三
次元画像を生成して表示する三次元画像表示装置におい
て、視線方向の切り替えに応じて色の割り当ての切り替
えを行うか否か判定し、その判定結果に応じた色を割り
当てて三次元画像を生成し表示する画像処理部を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばカラードプ
ラ機能を備える超音波診断装置により撮影された血流等
の移動物体の三次元画像を表示する三次元画像表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波のドプラ効果を利用して移動物体
である血流の速度等を検出し、これをカラーで表示する
方法として知られるカラードプラ法は、超音波プローブ
を当てるだけで心臓の中や腹部血管を流れる血流を簡単
に実時間表示でき、血流動態観察を著しく進歩させた。
カラーフローマッピングという画像表示技術では、超音
波診断装置において同時に得られているＢモード画像に
血流画像を重ね合わせて表示する。このとき、血流画像
は赤や青の色相を与えて表示することにより、一般に白
黒のグレースケールで表示されるＢモード画像との区別
がなされるようにしている。カラーフローマッピングに
おいては、例えば、超音波プローブから遠ざかる方向の
血流を青の色相で、同超音波プローブに近づく方向の血
流を赤の色相で表示している。

【０００３】血流画像の元となるデータには速度デー
タ、分散データ、あるいはパワーデータがあるが、画像
生成時においては観察対象やその性質に応じてこれらの
データを使い分けている。例えば腹部等において複雑に
走行する血管を観察する場合は血流画像の生成にパワー
データが使用されるのが一般的である。また、心臓の弁
逆流等を観察する場合は、パワーデータではなく速度デ
ータに基づく血流画像が観察に有効とされている。これ
は、対象とする逆流が、心臓の収縮に伴って発生する大
量の低速度の血流中における逆方向の高速乱流として観
察される事実によるものである。

【０００４】近年では、被検体の診断対象部位を含む三
次元空間をスキャンして得られたデータをもとに血流の
三次元画像を生成して表示することが行われるようにな
ってきた。詳細な診断のために、三次元画像に基づいて
例えば弁の前後から血流を観察したいというような要求
がある。

【０００５】カラーフローマッピングの応用として血流
の三次元画像を生成して表示する従来の装置では、三次
元相当の画像データ（ボリュームデータ）を用い、視線
方向上の投影面へのレンダリングを行ない、この投影面
の画像を、実体感を有する血流の三次元画像としてディ
スプレイ装置の表示画面に表示する。

【０００６】このような従来装置においては、観察者が
表示対象物である血流を回転操作しながら表示させるこ
とができるようになっている。この場合の回転操作とは
対象物への視線方向の変更に相当し、装置は変更された
視線方向上の投影面へのレンダリングを行う。マウスや
トラックボールを用いた連続的な回転操作に応じてレン
ダリングを繰り返すことで、画面上において表示対象物
を連続的に回転させることができる。

【０００７】図４（ａ）は、従来の三次元画像表示装置
による血流の三次元画像の表示例を示している。この図
４（ａ）は、超音波プローブから血流を見込む方向とほ
ぼ同一の視線方向から血流を見た際の血流画像の一例を
示している。この血流は、同超音波プローブへ向かうも
のであって、例えば赤の色相で表示される。視線方向を
変更した場合、従来装置では血流の色相を変えることな
く赤で表示する。

【０００８】また、従来装置では血流画像の元となる超
音波データを収集した位置は示していない。

【０００９】したがって、このような従来の三次元画像
表示装置は、視線方向が変化しても、血流方向の色相を
同じとしているので、表示された血流の方向を把握しに
くいという問題点がある。特に、表示対象物である血流
への回転操作を繰り返した状況では、血流の方向認識が
さらに困難になり、観察者が誤解を生じる可能性もあ
る。

【００１０】また、従来装置では、図１２に示すよう
に、視点方向と表示対象物である血流との空間的な位置
関係をワイヤーフレームに代えて表示することが行われ
ている。ワイヤーフレーム表示によれば、表示対象物で
ある血流の空間的な位置を幾分把握しやすくなる。

【００１１】しかしながら、図１２から明らかなよう
に、ワイヤーフレームを正方形を表すような幾何図とし
た場合、表示対象物である血流を上下、左右、あるいは
前後のどの方向から観察しているかを判断しずらくな
る。このため、単にワイヤーフレームを表示するのみで
は、上述のような血流の方向認識に係る問題の有効な解
決策とはならない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情を考慮してなされたものであり、その目的は、血流の
ような移動物体の三次元画像を、視線方向を任意に変更
しても移動方向がわかりやすいように表示する三次元画
像表示装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために本発明は次のように構成されている。

【００１４】本発明の請求項１に係る三次元画像表示装
置は、被検体内の３次元領域における移動体の速度デー
タに基づいて、任意の視線方向から見た場合の三次元画
像を生成して表示する三次元画像表示装置において、前
記視線方向を切り替える視線方向切替手段と、前記視線
方向切替手段により切り替えられた視線方向に応じて、
色の割り当ての切り替えを行うか否か判定する判定手段
と、前記判定手段による判定結果に応じた色を割り当て
て三次元画像を生成し、この三次元画像に基づいて表示
画像を生成する画像処理手段と、前記表示画像を表示す
る表示手段とを具備する三次元画像表示装置である。

【００１５】本発明の請求項３に係る三次元画像表示装
置は、被検体内の３次元領域を走査手段により走査する
ことにより、所定の速度検出方向に対する移動体の速度
を求め、得られたデータに基づいて三次元画像を生成す
る三次元画像表示手段において、前記視線方向を切り替
える視線方向切替手段と、前記視線方向切替手段により
切り替えられた視線方向について三次元画像を生成し、
且つ、前記速度検出方向を表す図形と前記三次元画像を
合成して表示画像を生成する画像処理手段と、前記表示
画像を表示する表示手段とを具備する三次元画像表示装
置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態に
係る三次元血流表示装置の概略構成を示すブロック図で
ある。この装置は、超音波診断装置１００に接続され、
同装置１００において収集された超音波データを入力
し、血流の三次元画像を生成して表示するものである。
なお、超音波診断装置１００から三次元血流表示装置へ
の超音波データの伝達は、通信回線を媒介に行ってもよ
いし、あるいは情報記録媒体を介して行っても良い。ま
た、本実施形態では超音波診断装置１００と三次元血流
表示装置とが別体の構成とするが、以下に説明する三次
元画像処理を実現するための機能を備えた超音波診断装
置として本発明を実施してもよい。

【００１７】図１に示すように本実施形態の三次元血流
表示装置は、主たる構成として、バス１に対し接続され
る外部インターフェース２、ボリュームメモリ４、ボク
セルメモリ６、オパシティ参照テーブル(LUT Opacity)
８、カラー参照テーブル(LUTColor)１０、主処理ユニッ
ト(ＭＰＵ；Micro Processing Unit)１２、プログラム
メモリ１４、およびフレームメモリ２２により構成され
ている。また本装置は、バス１に設けられたＩ／Ｏイン
ターフェース１６にキーボード１８およびマウス２０等
の入力デバイスが接続されており、また、フレームメモ
リ２２に生成された血流の三次元画像を読み出して表示
するＣＲＴ２４を備えている。

【００１８】外部インターフェース２は、超音波診断装
置１００との接続を担うインターフェースであり、超音
波診断装置１００から出力された血流データを入力す
る。ボリュームメモリ４は、外部インターフェース２を
介して入力された血流データをボリュームデータとして
記憶するメモリである。ボクセルメモリ６は、ボリュー
ムデータに基づいて生成されたボクセルデータを記憶す
るためのメモリである。ボリュームメモリ４およびボク
セルメモリ６は、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）からなる。

【００１９】オパシティ参照テーブル８は、三次元画像
生成時に参照されるオパシティ（不透明度）を決定する
ためのパラメータを記録する参照テーブル、カラー参照
テーブル１０は、三次元画像生成時に参照される物体に
対応する色相、彩度、輝度を決定するためのパラメータ
を記録する参照テーブルである。なお、オパシティ参照
テーブル８は、オパシティではなく透明度のパラメータ
を用いる構成としても良い。

【００２０】ＭＰＵ１２は、ボクセルデータに基づい
て、任意の視線方向についての三次元画像を生成する処
理を行う機能実現部分であって、三次元画像生成及び表
示等に関して必要なプログラム及びパラメータ等に基づ
いて動作する。これらプログラム及びパラメータ等は、
プログラムメモリ１４から供給される。Ｉ／Ｏインター
フェース１６は、キーボード１８、マウス２０等の入力
デバイスとの接続を担うインターフェースであって、こ
れら入力デバイスを介してユーザによる画像生成指示、
表示対象物への回転操作等が与えられる。フレームメモ
リ２２は、ＭＰＵ１２の処理により生成された三次元画
像やワイヤーフレーム画像等を記録するためのメモリか
らなる。ＣＲＴ２４は、フレームメモリ２２に記録され
た三次元画像データやワイヤーフレーム画像を読み出し
て表示するデバイスからなる。

【００２１】超音波診断装置１００は、図示しない被検
体に対して超音波を送受波するための超音波プローブ及
び送受信ユニットを備えている。また、超音波の送受波
の結果として送受信ユニットから出力されたエコー信号
の周波数変移情報から速度データを求め、およびエコー
信号の強度情報から組織の形態情報を求め、これら種類
の異なるデータをそれぞれ用いて特性の異なる複数の画
像を形成する画像処理ユニットを備えている。

【００２２】三次元血流表示装置は、超音波診断装置１
００から得られた形態情報に基づく画像と、血流データ
に基づき生成した三次元画像とをＣＲＴ２４に表示す
る。この場合、両画像を並べて表示したり、同一の画面
領域に重畳して表示するなど種々の表示形態が考えられ
る。

【００２３】また、造影検査に対応する構成とした場合
は、被検体に造影剤を注入する前の画像と造影剤注入後
の画像とを差分処理することで、造影剤が流入した血管
又は臓器のみが描出された画像が形成され、三次元血流
表示装置に入力される。

【００２４】以上のように構成された本実施形態におい
て、超音波診断装置１００により得られた血流データを
もとに血流の三次元画像を生成して表示するまでの動作
について図２のフローチャートを参照しながら説明す
る。まず、ステップＳ１において、超音波診断装置によ
って収集された三次元相当の血流信号データが外部イン
ターフェース２を介して本実施形態の三次元画像表示装
置のボリュームメモリ４に取り込まれる。

【００２５】血流信号データは超音波ビームの形状（平
行ビーム、放射状ビーム、扇状ビームなど）に応じたデ
ータ構成となっており、ステップＳ２においてはＭＰＵ
１２が不存在のデータの補間処理を行い、三次元相当の
ボクセルデータを生成する（ボクセル変換）。ボクセル
メモリ６は得られたボクセルデータを一時的に記憶す
る。なお、超音波診断装置においてボクセルデータを生
成し、本実施形態の三次元血流表示装置に供給する構成
も考えられる。この場合は本実施形態の三次元画像表示
装置におけるボクセル変換は不要である。

【００２６】図３は、三次元のレンダリング処理のため
の座標系の定義を示す図である。r,c, vにより表される
視野座標系Ｓ１と、x, y, zにより表されるボリューム
座標系Ｓ２による２つの座標系が定義される。

【００２７】ボリューム座標系Ｓ２は、そのｙ軸が、血
流ボリューム６０のほぼ中心を通る超音波ビームの方向
（これを「速度検出方向」または「プローブ方向」とい
う）に対して平行となるように定義される。なお、本実
施形態においては、速度検出方向を単位長のベクトルを
用いて（０，１，０）と表現する。本実施形態において
は、超音波プローブの厳密な位置については考慮しな
い。

【００２８】視野座標系Ｓ１は任意の視点から血流ボリ
ューム６０を見込む方向（これを「視線方向」という）
を規定する。視野座標系Ｓ１からボリューム座標系Ｓ２
への座標変換は、変換行列（マトリックス）をＴとする
とき[x,y,z,1]=Ｔ×[r,c,v,1]と表される。視線が変更
されたとき、これに応じてＴが変更される。

【００２９】視線方向のベクトル（視線ベクトル）は、
視野座標系Ｓ１において速度検出方向のベクトル（流速
検出ベクトル）と同様に単位ベクトルを用いて表現され
る。視線ベクトルと流速検出ベクトルとの関係を調べる
場合、両ベクトルは座標系が異なるので座標変換が必要
となる。本実施形態では視野座標系Ｓ１に基づいて決定
される視線ベクトルをボリューム座標系Ｓ２表現に変換
する。

【００３０】具体的には、視野座標Ｓ１系表現の視線ベ
クトルにボリューム座標系Ｓ２への変換行列を掛けて得
られる（Ｘvp，Ｙpv，Ｚvp）をボリューム座標系Ｓ２表
現の視線ベクトルと表す。この場合、視線ベクトルと速
度検出方向のベクトルとの内積はＹpvとなる。このＹpv
の符号を調べることにより、向きが一致しているか否か
を判定できる。

【００３１】図２のステップＳ３においては、このよう
な視線ベクトルを用いて扱われる視線方向を初期設定す
る。また、視線方向と速度検出方向との関係を二値によ
り表現するための方向判定フラグを初期化する。この方
向判定フラグは、視線方向と速度検出方向とを大まかに
同じとみなしても良い方向（「順方向」という）の場合
は１（真）の値をとり、視線方向と速度検出方向とを大
まかに逆（対向）とみなしても良い方向（「逆方向」と
いう）の場合は０（偽）の値をとる。ここでは、方向判
定フラグを例えば順方向に初期化しておく。

【００３２】次に、ステップＳ４において、血流ボリュ
ームのボクセルデータに基づくレンダリング処理が行わ
れる。ＭＰＵ１２は、ボクセルメモリ６からバス１を介
してボクセルデータを読み出し、このボクセルデータに
対して変換演算等からなるレンダリング処理を行って三
次元画像データを生成し、フレームメモリ２２に格納す
る。

【００３３】レンダリング処理時において、ＭＰＵ１２
は、ボリューム内部の透過度（不透明度）、輝度および
色相または彩度（以下、色相と表記する）を制御するた
めのＬＵＴ８，１０を参照する。本実施形態では、透明
度を制御するためのＬＵＴをオパシティＬＵＴ８と呼
び、輝度および色相を制御するためのＬＵＴをカラーＬ
ＵＴ１０と呼ぶ。通常、これらのＬＵＴは、ボクセル値
を参照アドレスとして入力し、該参照アドレスにおける
輝度／色相値を出力するメモリ（通常はＲＡＭ）として
実現される。

【００３４】ユーザーは、キーボード１８やマウス２０
等の入力デバイスを介して三次元画像の生成や該三次元
画像への回転操作を指示する。

【００３５】これら指示は、Ｉ／Ｏ（周辺機器）インタ
ーフェース１６を介してＭＰＵ１２に伝送される。ＭＰ
Ｕ１２の一連の動作は、プログラムメモリ１４に読み出
されたプログラムによるものである。一般的に、このプ
ログラムは図示しないハードディスクに格納され、ある
いはコンピュータネットワーク上のサーバからダウンロ
ードされたものである。

【００３６】ここで、図３を参照しながら、ステップＳ
４におけるレンダリング処理を説明する。

【００３７】視野座標系Ｓ１上の投影面には正方状に複
数のピクセル６１が配置されている。あるピクセル６１
から血流ボリューム６０に向けて、視線方向に沿ったボ
クセルの探索を行う。ここでは視線方向に沿って単位長
毎にボクセルをサンプルし、ボクセル値に対応する反射
光を累積してピクセル値とする。反射光は次の要領で計
算する。

【００３８】始めに、値１．０の光線が投影面から照射
されるとする。各ボクセルのボクセル値に基づき、オパ
シティＬＵＴ８を参照して反射率に相当するオパシティ
の値を求め、またカラーＬＵＴ１０を参照して色相／輝
度の値を求め、ＲＧＢそれぞれについての反射光量を算
出する。

【００３９】オパシティの値を１から引いたものと入射
光量との積が、次のボクセルへの入射光量となる。この
ような演算を繰り返して反射光量を視線方向に積算して
いく。ボクセル探索は、その打ち切り条件が成立した場
合に終了し、この時の積算反射光量を投影面におけるピ
クセル６１の画素値とする。ボクセル探索の打ち切り条
件としては、ボクセルを通過した透過光量が予め定めら
れた値ｌＭｉｎよりも小さくなったとき、又は視線から
の距離が予め定められた値ｖＭａｘよりも大きくなった
ときにボクセル探索を打ち切る。なお、レンダリング処
理のさらに詳細な説明を「血流三次元画像生成アルゴリ
ズム」として後述する。

【００４０】ステップＳ４におけるレンダリング処理の
結果として得られた視野座標系Ｓ１上の投影面の画像デ
ータ（すなわち三次元画像データ）がフレームメモリ２
２に書き込まれる。この画像データに基づいてステップ
Ｓ５において血流の画像が表示装置（ＣＲＴ）２４に表
示される。

【００４１】上述したように、ユーザーはキーボード１
８やマウス２０等の入力デバイスを介して三次元画像
（血流画像）への回転操作を指示することができる。こ
の回転操作は、視線方向の切替に相当する。ステップＳ
６では、このような回転操作がユーザにより与えられた
か否かを検出する。

【００４２】ステップＳ６において回転操作が検出され
た場合、ＭＰＵ１２は回転操作によって切り替えられた
新たな視線方向と速度検出方向（プローブ方向）との関
係を判定する。

【００４３】視線方向と速度検出方向（プローブ方向）
との関係は次のように判定する。視線方向及び速度検出
方向のベクトルの大きさをそれぞれ１に設定しておく。
内積の値はこれら２つのベクトルがなす角度θに対応す
る余弦、つまりｃｏｓθになる。ベクトルがなす角度θ
がある一定値以上になることを内積の結果で判断でき
る。

【００４４】視線ベクトルと流速検出ベクトルとの内積
が正である場合、視線方向と速度検出方向とが順方向で
あると判定する。一方、内積が負である場合は両方向は
互いに逆方向であると判定する。また、内積が０の場
合、２つの方向は互いに直交すると判定する。

【００４５】視線方向と速度検出方向とが同方向である
と判定した場合は、血流画像の色相を同色相とし、当該
新たな視線方向についての再描画のためのレンダリング
処理（ステップＳ４）に移行する（ステップＳ８）。

【００４６】一方、視線方向と速度検出方向とが逆方向
であると判定した場合は、血流画像の色相を逆色相と
し、当該新たな視線方向についての再描画のためのレン
ダリング処理（ステップＳ４）に移行する（ステップＳ
９）。

【００４７】また、視線方向と速度検出方向とが互いに
直交すると判定した場合は、血流画像の色相を直前の色
相（変更せず）とし、当該新たな視線方向についての再
描画のためのレンダリング処理（ステップＳ４）に移行
する（ステップＳ１０）。

【００４８】ステップＳ７において、ユーザから表示終
了が指示された場合は本実施形態の三次元血流表示装置
はその動作を終了する。このような表示終了が指示され
るまで、ステップＳ４乃至ステップＳ７の処理が繰り返
される。

【００４９】視線方向と速度検出方向との関係を考慮し
ない従来例の場合、図４（ａ）に示すように、血流画像
２５への１８０°の回転操作の前後において血流画像２
５の色相は当初のまま、同色相で表示される。一方、本
実施形態の場合、図４（ｂ）に示すように、血流画像２
５への１８０°の回転操作の後において血流画像２５の
色相は逆色相で表示される。なお、ここでの同色相と
は、超音波プローブへの血流の方向に対して与えられた
色相と同じ色相という意味である。逆色相とは、例えば
超音波プローブへ向かう血流の色相を赤ではなく青の色
相で表示するという意味である。

【００５０】図５（ａ）に示すように、弁２７を通過し
て超音波プローブに向かう血流の画像２５を、視線方向
を変えて観察した場合について説明する。図５（ｂ）に
示す従来例の場合、プローブとほぼ同じ弁２７の上方に
視点を定めた場合、および弁２７を挟んでプローブとは
反対側に視点を定めた場合の両者とも、従来例では血流
画像の一部分２６，２８が赤の色相で表示される。

【００５１】一方、図５（ｃ）に示す本実施形態の場
合、プローブとほぼ同じ弁２７の上方に視点を定めた場
合、血流画像の一部分２６は赤で表示され、弁２７を挟
んでプローブとは反対側に視点を定めた場合、血流画像
の一部分２８が青の色相で表示される。この場合、血流
画像の一部分２８が青の色相で表示され、視点からはこ
の血流は遠ざかっていることがユーザに容易に理解さ
れ、好ましい。この利点は、とりわけ弁の前後方向から
表示血流を観察する場合に顕著となる。

【００５２】なお、本実施形態のように視線方向の変更
に伴って画像に適用する色相が変化する場合には、ユー
ザーにその変更の旨を表示することが好ましい。また、
ユーザーからの明示的な指示に基づいて、色相を固定可
能に構成することも操作性を向上する上で好ましい。

【００５３】以上説明した本実施形態によれば、視線方
向が変化しても、血流方向の色相を同じとしているの
で、表示された血流の方向を把握しにくいという従来例
の問題点を解消できる。特に、表示対象物である血流へ
の回転操作を繰り返した状況においても、血流の方向認
識が容易となり、観察者が誤解を生じることがない。

【００５４】「血流三次元画像生成アルゴリズム」以下
のような変数定義を前提とし、従来例及び本発明の実施
形態に係る血流三次元画像の生成アルゴリズムを説明す
る。「変数等の定義」 V₁(r, c, v), V₂(r, c, v)：ボリュームデータ。

【００５５】C₁(g),C₂(g)：カラーテーブル（gはボクセ
ル値）。カラーテーブルはボクセル値に応じて異なる色
を割り当てるためのテーブルである。

【００５６】O₁(g),O₂(g)：オパシティテーブル（gはボ
クセル値）。オパシティテーブルは、ボクセル値に応じ
て異なる透過度を割り当てるためのテーブルである。

【００５７】S₁(r, c, v), S₂(r, c, v)：光源とボクセ
ル値から決定される影付き反射光成分。

【００５８】L(r, c, v)：座標(r, c, v)におけるボク
セルに対する入射光量。

【００５９】I(r, c, v)：座標(r, c, v)におけるフュ
ージョン(Fusion)ボクセルの色。

【００６０】F(r, c)：画像データ。

【００６１】lMIN：入射光の最低光量。入射光量がこの
値以下となった以後は視線方向の探索を中止する。

【００６２】vMax：視線方向の最大探索距離。

【００６３】L₀：環境光源からの光量。なお、上記V，
C，O，およびSの接尾の数字「1」はＢ／Ｗデータ（例．
V1）を意味し、接尾の数字「2」（例．V2）はカラー血
流データを意味する。

【００６４】従来例に係る血流三次元画像の生成アルゴ
リズムは、概略次のような手順により構成される。

【００６５】（手順１）全てのピクセルについて以下の
手順２および手順３を繰り返す。（手順２）入射光量L(r, c, 0)に環境光源からの光量L₀
を設定する。（手順３）変数vを０に初期化したのち、lMIN<L(r, c,
v)かつv<vMAXの条件が成立しなくなるまで、変数vを１
づつ増加させながら以下の手順４乃至手順６を繰り返
す。（手順４）フュージョンボクセルの色I(r, c, v) = O
₁(V₁(r, c, v))・C₁(V₁(r,c, v))・S₁(r, c, v) + O₂(V
₂(r, c, v))・C₂(V₂(r, c, v))・S₂(r, c, v)を計算す
る。（手順５）画像データF(r, c) = F(r, c) + L(r, c, v)
・I(r, c, v)を計算する。（手順６）入射光量L(r, c,
v+1) = {1-(O₁(V₁(r, c, v))+O₂(V₂(r, c, v)))}・L(r,
c, v)を計算する。

【００６６】一方、本発明の実施形態の血流三次元画像
の生成アルゴリズムは以下の手順により構成される。な
お、このアルゴリズムでは上記した変数等に加えて変数
DirFlagおよび関数Conv()を用いる。DirFlagは視線方向
を示すフラグであり、Conv()はボリュームデータ値を引
数とし、該ボリュームデータの値を視線方向フラグDirF
lagに応じた他のボリュームデータ値に変換し、その値
を戻り値とする関数である。

【００６７】（手順１）全てのピクセルについて以下の
手順２および手順３を繰り返す。（手順２）入射光量L(r, c, 0)に環境光源からの光量L₀
を設定する。（手順３）変数vを０に初期化したのち、lMIN<L(r, c,
v)かつv<vMAXの条件が成立しなくなるまで、変数vを１
づつ増加させながら以下の手順４乃至手順７を繰り返
す。（手順４）他の処理において適宜セットされる変数DirF
lagに基づいて視線方向を判定し、その判定結果をもと
にカラー血流データのボリュームデータV₂を他のボリュ
ームデータV₂'に変換する。視線方向のDirFlagが順方向
を示す場合はV2'(r, c, v) = V2(r, c, v)を計算する。
つまり、元のボリュームデータの値をそのまま用いる。
一方、視線方向のDirFlagが逆方向を示す場合はV2'(r,
c, v) = Conv(V2(r, c, v))を計算する。（手順５）フュージョンボクセルの色I(r, c, v) = O
₁(V₁(r, c, v))・C₁(V₁(r,c, v))・S₁(r, c, v) + O₂(V
₂'(r, c, v))・C₂(V₂'(r, c, v))・S₂(r, c, v)を計算
する。（手順６）画像データF(r, c) = F(r, c) + L(r, c, v)
・I(r, c, v)を計算する。（手順７）入射光量L(r, c, v+1) = {1-(O₁(V₁(r, c,
v)) + O₂(V₂'(r, c, v)))}・L(r, c, v)を計算する。

【００６８】次に、色相／輝度パラメータを与えるカラ
ー参照用テーブル（ＬＵＴ）１０等の具体的な回路構成
について説明する。

【００６９】従来装置においては、図６に示すように、
ＬＵＴ２００はボクセル入力値及びデータがカラー血流
信号であるか、それともＢ／Ｗエコー信号であるかを識
別するためのフラグを入力するメモリとして構成されて
いた。本実施形態においては、例えば図７に示す構成例
のように、従来例のものよりも容量を増大したＬＵＴ１
０を用い、視線方向フラグを追加的にＬＵＴ１０に与え
る構成とする。

【００７０】ＭＰＵ１２は三次元画像の作成前にこのＬ
ＵＴ１０を設定しておくことになるが、順方向と逆方向
とでＬＵＴ１０に設定・記憶されるパラメータ値は互い
に逆の関係とする。

【００７１】視線方向フラグを利用して順逆方向に対応
した色相／輝度パラメータを出力する回路の構成例には
以下のように数種類のものが考えられる。

【００７２】入力データが２の補数表現である場合、図
８に示す回路のようにＲＡＭ容量を増大させずに実現す
る方法がある。順方向の場合には、入力データをそのま
まＲＡＭ１０に入力してパラメータを参照する。逆方向
の場合には、入力データに対して２の補数値を演算する
演算回路３０によりデータ変換処理を行った後にＲＡＭ
１０を参照する。この回路では順方向と逆方向との切り
替えのためにマルチプレクサ（ＭＵＸ）３２が設けられ
ており、その動作は視線方向フラグの入力によって制御
される。

【００７３】また、図９は、入力データがオフセット・
バイナリ表現である場合に、ＲＡＭ容量を増大させずに
実現する回路構成を示している。

【００７４】入力データがオフセット・バイナリ表現で
ある場合、ビットを反転させることでプラス値とマイナ
ス値を変換する。このビットの反転は、図９の場合は例
えば８個のＸＯＲ回路からなるＸＯＲブロック３４によ
って行う。逆方向の場合にフラグが１となる様に設定し
ておけば、ビット反転が行われ、一方、フラグが０つま
り、順方向の場合にはビット反転が行われずＲＡＭ１０
が参照される。なお、１１１１１１１１(二進値)を流
速０として定義しておく必要がある。

【００７５】以上のようなメモリ参照アドレスの変換
は、ソフトウェアで実現することも可能であることは言
うまでもない。そうした場合、ＬＵＴの構成に変更を加
えることなくプログラムメモリのみの変更で済む。

【００７６】以上説明したように、本実施形態の三次元
血流表示装置によれば、視線方向が変化しても、血流方
向の色相を同じとしているので、表示された血流の方向
を把握しにくいという従来例の問題点を解消できる。特
に、表示対象物である血流への回転操作を繰り返した状
況においても、血流の方向認識が容易となり、観察者が
誤解を生じることがない。

【００７７】したがって、血流のような移動物体の三次
元画像を、視線方向を任意に変更しても移動方向がわか
りやすいように表示する三次元画像表示装置を提供でき
る。

【００７８】ここで、本発明の他の実施形態を説明す
る。（他の実施形態）図１２に示したように、ワイヤーフレ
ームを用いてボリュームの位置を示す方法がある。これ
は、ＭＰＵ１２が三次元画像生成とは別に幾何図形を視
線方向に合わせて作成し、フレームメモリ２２に書き込
むことで実現される。

【００７９】本発明の他の実施形態１では、上述したよ
うに視線方向と速度検出方向との関係に応じて血流画像
の色相を変更するのではなく、他の手法により血流方向
が容易に認識し易くなるようにする。具体的には、図１
０に示すように、ワイヤーフレームに超音波プローブの
マーカー４０を表示するように構成する。これは、プロ
グラムメモリ１４に記録されるプログラムの変更により
実現される。マーカ４０は、超音波プローブから移動物
体である血流を見込む方向を表すための直方体等の幾何
図形であり、血流の三次元画像に関連付けて表示され
る。

【００８０】このように明示される超音波プローブのマ
ーカ４０によれば、同図に示すように回転操作を行った
場合でもワイヤーフレームにより表示されるボリューム
との相対位置を観察者が容易に理解できる。

【００８１】超音波プローブがボリュームの影に位置す
る場合に超音波プローブのマーカ４０の色相、彩度、あ
るいは輝度等を変更するように構成すれば、より好まし
い。あるいは、三次元空間における血流との相対位置に
応じて超音波プローブの形状を変更することも効果的で
ある。例えば、超音波プローブが血流よりも手前にある
場合には立方体とし、奥に位置する場合には球とするこ
となどが考えられる。また、三次元図形ではなく、二次
元図形であっても同様である。

【００８２】このように超音波プローブを幾何図形で表
現する実施形態以外に、図１１に示すように、超音波プ
ローブが位置するワイヤーフレームの面をハッチング５
０により明示する、あるいは、所定の色で塗りつぶすよ
うに構成してもよい。塗りつぶしの場合には、半透明と
することで面の影に位置する線等を見やすくする効果が
得られる。あるいは、手前／奥の位置関係により、色
相、彩度、輝度、ハッチングの形状等を変更することも
効果的である。

【００８３】以上説明した他の実施形態は、上述した第
１の実施形態のように視線方向と速度検出方向との関係
に応じた表示処理は行われないものの、やはり血流の方
向認識を行い易いというほぼ同等の効果が得られる。

【００８４】なお、本発明はこれらの実施形態のみに限
定されず、種々変形して実施可能であることは言うまで
もない。例えば、上述した実施形態では血流ボリューム
のほぼ中心を通る超音波ビームの方向を速度検出方向と
して用いたが、血流ボリュームの各位置に対応する超音
波ビームの方向を各位置の速度検出方向とし、視線方向
と速度検出方向から各位置毎に色の切り替えを判定する
ようにしても良い。

【００８５】また、超音波診断装置から得られれた超音
波データに基づく三次元画像を生成して表示する装置に
ついて説明したが、超音波診断装置とは異なるモダリテ
ィにより収集されたデータに基づいて三次元画像を生成
する装置として本発明を実施しても良い。本発明は、三
次元のボリュームを構成するボクセルが方向に係るパラ
メータを有し、このパラメータに色相を与えてレンダリ
ングするような三次元画像表示に広く適用可能である。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
血流のような移動物体の三次元画像を、視線方向を任意
に変更しても移動方向がわかりやすいように表示する三
次元画像表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る三次元血流表示装
置の概略構成を示すブロック図

【図２】本発明の第１実施形態に係る三次元血流表示装
置において、超音波診断装置により得られた血流データ
をもとに血流の三次元画像を生成して表示するまでの動
作を示すフローチャート

【図３】三次元のレンダリング処理のための座標系の定
義を示す図

【図４】（ａ）は従来の三次元画像表示装置による血流
の三次元画像の表示例を示す図、（ｂ）は本発明の第１
実施形態に係る三次元血流表示装置による血流の三次元
画像の表示例を示す図

【図５】弁を通過して超音波プローブに向かう血流の画
像を視線方向を変えて観察した場合について説明するた
めの図であって、（ｂ）は従来装置による表示例を示す
図、（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る三次元血流表
示装置による表示例を示す図

【図６】従来装置における参照用テーブル（ＬＵＴ）の
構成を示す図

【図７】本発明の第１実施形態に係る三次元血流表示装
置のカラー参照用テーブル（ＬＵＴ）の第１構成例を示
す図

【図８】本発明の第１実施形態に係る三次元血流表示装
置のカラー参照用テーブル（ＬＵＴ）の第２構成例を示
す図

【図９】本発明の第１実施形態に係る三次元血流表示装
置のカラー参照用テーブル（ＬＵＴ）の第３構成例を示
す図

【図１０】本発明の他の実施形態に係る三次元血流表示
装置による超音波プローブマーカの表示例を示す図

【図１１】本発明の他の実施形態に係る三次元血流表示
装置による超音波プローブマーカの他の表示例を示す図

【図１２】従来例に係るワイヤーフレーム表示を示す図

【符号の説明】

１…バス２…外部インターフェース４…ボリュームメモリ６…ボクセルメモリ８…オパシティ参照用テーブル（ＬＵＴ）１０…カラー参照用テーブル（ＬＵＴ）１２…ＭＰＵ１４…プログラムメモリ１６…Ｉ／Ｏインターフェース１８…キーボード２０…マウス２２…フレームメモリ２４…ＣＲＴ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体内の３次元領域における移動体の
速度データに基づいて、任意の視線方向から見た場合の
三次元画像を生成して表示する三次元画像表示装置にお
いて、前記視線方向を切り替える視線方向切替手段と、前記視線方向切替手段により切り替えられた視線方向に
応じて、色の割り当ての切り替えを行うか否か判定する
判定手段と、前記判定手段による判定結果に応じた色を割り当てて三
次元画像を生成し、この三次元画像に基づいて表示画像
を生成する画像処理手段と、前記表示画像を表示する表示手段とを具備することを特
徴とする三次元画像表示装置。
【請求項２】前記画像処理手段は、前記視点に向かう
方向と前記視点から遠ざかる方向を識別できるように、
それぞれの方向に対して異なる色を割り当てたものであ
ることを特徴とする請求項１記載の超音波診断装置。
【請求項３】被検体内の３次元領域を走査手段により
走査することにより、所定の速度検出方向に対する移動
体の速度を求め、得られたデータに基づいて三次元画像
を生成する三次元画像表示手段において、前記視線方向を切り替える視線方向切替手段と、前記視線方向切替手段により切り替えられた視線方向に
ついて三次元画像を生成し、且つ、前記速度検出方向を
表す図形と前記三次元画像を合成して表示画像を生成す
る画像処理手段と、前記表示画像を表示する表示手段とを具備することを特
徴とする三次元画像表示装置。
【請求項４】被検体に対して超音波を送受波する超音
波送受波手段と、前記超音波の送受波により超音波送受波手段から出力さ
れるエコー信号の周波数偏移情報から前記速度データを
求める手段と、前記エコー信号の強度情報から組織の形態情報又は造影
剤の情報を求める手段と、を具備し、前記画像処理手段は、前記三次元画像と、前記形態情報
又は造影剤の情報に基づく画像とを並べた表示画像又は
両画像を重畳させた表示画像を生成することを特徴とす
る請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の三次元画
像表示装置。