JP4763378B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents

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Description

本発明は超音波診断装置に関し、特に、外部メモリから転送されるデータに基づいて超音波画像を形成する演算処理部(プロセッサ)の制御に関する。   The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to control of an arithmetic processing unit (processor) that forms an ultrasonic image based on data transferred from an external memory.

超音波診断装置において、超音波ビームを二次元走査することによって三次元空間(三次元エコーデータ取込空間)が形成される。これによってボリュームデータが取得される。ボリュームデータに対するレンダリング処理によって三次元画像が形成される。一方、三次元空間に対して任意の位置及び姿勢で任意断面(切断面)をユーザー指定させ、その任意断面に相当する断層画像(任意断層画像)を形成することも行われている。   In the ultrasonic diagnostic apparatus, a three-dimensional space (three-dimensional echo data capturing space) is formed by two-dimensional scanning with an ultrasonic beam. As a result, volume data is acquired. A three-dimensional image is formed by rendering processing on the volume data. On the other hand, an arbitrary cross section (cut plane) is specified by a user at an arbitrary position and posture with respect to the three-dimensional space, and a tomographic image (arbitrary tomographic image) corresponding to the arbitrary cross section is formed.

一般に、ボリュームデータは、複数のフレームデータによって構成され、各フレームデータは複数のビームデータによって構成される。各ビームデータは、超音波ビーム上に存在するデータ(エコーデータ)列によって構成される。つまり、ボリュームデータは、三次元空間内で離散的に存在するデータ(エコーデータ)集合である。   Generally, volume data is composed of a plurality of frame data, and each frame data is composed of a plurality of beam data. Each beam data is constituted by a data (echo data) sequence existing on the ultrasonic beam. That is, the volume data is a data (echo data) set that exists discretely in the three-dimensional space.

一般に、レンダリング処理に際しては、三次元空間に対して複数のレイ(仮想的視線)が設定され、各レイごとにレイ上に存在するデータ列(ボクセル列)に対して視点側から逐次的にボクセル演算が実行される。例えば、ボリュームレンダリング法においては、不透明度等のパラメータを利用するボクセル演算が繰り返し実行される。その場合、レイ上の各ボクセルの座標に丁度一致するデータが存在するとは限らないので、その近傍の複数のデータから補間演算によってデータ(ボクセル値)が生成され、あるいは、近傍のデータが当該ボクセルについてのデータ(ボクセル値)であるとみなされる(それも一種の補間演算である)。   In general, in rendering processing, a plurality of rays (virtual lines of sight) are set for a three-dimensional space, and voxels are sequentially generated from the viewpoint side with respect to a data string (voxel string) existing on the ray for each ray. The operation is executed. For example, in the volume rendering method, voxel calculation using parameters such as opacity is repeatedly executed. In that case, data that exactly matches the coordinates of each voxel on the ray does not necessarily exist, so data (voxel value) is generated from a plurality of data in the vicinity by interpolation, or the data in the vicinity is the voxel. Is considered to be data (voxel values) (also a kind of interpolation operation).

レンダリング処理つまり三次元画像形成は、一般に、超音波診断装置に設けられた汎用プロセッサ(CPU)又は専用プロセッサ(DSP)などによって実行される。それらのプロセッサはプロセッサコアから高速にアクセスできる内部メモリ(キャッシュメモリ)を有するが、通常、その記憶容量はボリュームデータ全体を格納できるほど大きいものではない。そこで、従来の超音波診断装置においては、外部メモリ上にボリュームデータを一時的に格納し、そこから必要なデータを切り出してプロセッサ内の内部メモリへ転送していた。外部メモリは一般に大容量であるが、そこへのアクセスは低速となる。よって、三次元画像の形成(補間演算及びボクセル演算)に当たっては、内部メモリ上にキャッシュされているデータをできる限り利用して(キャッシュヒット率を高めて)、外部メモリへのアクセスを少なくすることが要請される。ちなみに、外部メモリからプロセッサ内の内部メモリへ、必要なデータの転送が行われる場合、一般に、当該データの周囲データも含めて一緒に転送され(ブロック単位での転送)、その周囲データについてもキャッシュされることになる。   Rendering processing, that is, three-dimensional image formation, is generally executed by a general-purpose processor (CPU) or a dedicated processor (DSP) provided in the ultrasonic diagnostic apparatus. These processors have an internal memory (cache memory) that can be accessed at high speed from the processor core, but usually the storage capacity is not large enough to store the entire volume data. Therefore, in the conventional ultrasonic diagnostic apparatus, volume data is temporarily stored in an external memory, and necessary data is cut out from the volume data and transferred to an internal memory in the processor. External memory is generally large in capacity, but access to it is slow. Therefore, when forming 3D images (interpolation and voxel operations), use data cached in the internal memory as much as possible (increase the cache hit rate) to reduce access to the external memory. Is requested. Incidentally, when necessary data is transferred from the external memory to the internal memory in the processor, it is generally transferred together with the surrounding data of the data (transfer in block units), and the surrounding data is also cached. Will be.

なお、通常、送受波座標系(通常、rθφ座標系)とデータ処理上の座標系(xyz座標系)の相違から、座標変換が必要となるが、その座標変換は外部メモリへのデータの書き込み時に行われ、あるいは、外部メモリからのデータの読み出し時に行われる。前者の場合には、外部メモリの記憶空間(アドレス空間)がデータ処理上の座標系に相当し、すべてのデータに対して座標変換が適用される。後者の場合には、外部メモリの記憶空間(アドレス空間)が送受波座標系に相当し、結果として、読み出し対象となったデータについて座標変換が適用されることになる。いずれの場合にも、レイ上における各ボクセルにボクセル値を与えるため、その周囲のデータが参照されて補間演算によってそのボクセル値が求められる。
特開2000−339441号公報
Normally, coordinate conversion is necessary due to the difference between the transmission / reception coordinate system (usually, rθφ coordinate system) and the coordinate system for data processing (xyz coordinate system), but the coordinate conversion is performed by writing data to an external memory. Sometimes, or when reading data from external memory. In the former case, the storage space (address space) of the external memory corresponds to a coordinate system for data processing, and coordinate conversion is applied to all data. In the latter case, the storage space (address space) of the external memory corresponds to the transmission / reception coordinate system, and as a result, coordinate transformation is applied to the data to be read. In any case, in order to give a voxel value to each voxel on the ray, the surrounding data is referred to, and the voxel value is obtained by interpolation calculation.
JP 2000-339441 A

以上のように、ボリュームデータを用いて三次元画像を形成する場合において、外部メモリからプロセッサ内の内部メモリへのデータ転送を出来る限り効率的に行うことが求められる。内部メモリの容量(キャッシュ容量)にもよるが、例えば、レイ集合において単にラスタースキャンに従ってレイを個別的に選択し、その選択されたレイごとに奥行方向に沿ってボクセル演算を進行させると、スキャン経路の折り返し時点(経路が完全に分断され不連続となる地点)で、キャッシングされたデータを効果的に利用することができなくなる。つまり、上記の補間演算で必要となる複数のデータがキャッシュされている確率が小さくなる。また、個々のレイについて最初のボクセルから最後のボクセルまでボクセル演算を進行させ、それをレイの順序に従って繰り返すと、内部メモリの容量(あるいはキャッシュ容量)によっては、隣接レイ間で隣接しているデータ同士であっても、後のボクセル演算に先立って、先に記憶されたデータが内部メモリから追い出されてしまうこともある。すなわち、「参照の時間的局所性」及び「参照の空間的局所性」を考慮して、データのキャッシュを行うことが求められる。上記の特許文献1には、一表示画面を複数の区画に分割し、各区画を単位として処理を進行させることが記載されているが、区画内における選択順序や三次元的な区画については記載されていない。   As described above, when a three-dimensional image is formed using volume data, it is required to transfer data from an external memory to an internal memory in the processor as efficiently as possible. Depending on the capacity of the internal memory (cache capacity), for example, if a ray is individually selected according to a raster scan in a ray set and voxel calculation is advanced along the depth direction for each selected ray, scanning The cached data cannot be used effectively at the time when the route turns back (a point at which the route is completely divided and becomes discontinuous). That is, the probability that a plurality of data necessary for the above interpolation calculation is cached is reduced. In addition, when the voxel operation is advanced from the first voxel to the last voxel for each ray and is repeated according to the order of the rays, depending on the capacity of the internal memory (or cache capacity), adjacent data between adjacent rays Even between them, data stored earlier may be expelled from the internal memory prior to subsequent voxel operations. That is, it is required to cache data in consideration of “temporal locality of reference” and “spatial locality of reference”. In the above-mentioned Patent Document 1, it is described that one display screen is divided into a plurality of sections and the processing is performed in units of each section. However, the selection order and three-dimensional sections in the sections are described. It has not been.

本発明は、超音波診断装置において外部メモリからプロセッサ内の内部メモリへデータを転送して画像処理を行う場合に、内部メモリ上のデータが効率的に利用されるようにし、これにより画像処理時間を短縮化できるようにすることにある。   According to the present invention, when image processing is performed by transferring data from an external memory to an internal memory in a processor in an ultrasonic diagnostic apparatus, the data on the internal memory is efficiently used, thereby reducing the image processing time. Is to be able to shorten.

(1)本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波により生体内の三次元空間から取得されたデータが格納される外部メモリと、前記外部メモリから転送されたデータを一時的に格納する内部メモリを有し、その内部メモリ上のデータを参照しながら、前記三次元空間に対して設定される各レイごとに奥行方向に三次元画像形成のためのボクセル演算を繰り返し実行し、これにより三次元画像を形成する演算処理部と、を含み、前記演算処理部は、前記三次元空間に対して複数のレイからなるレイ集合を設定するレイ集合設定部と、前記レイ集合に対して複数のレイグループを設定するレイグループ設定部と、所定のグループ選択順序に従って前記レイ集合からレイグループを順次選択する過程において、選択されたレイグループごとに所定のレイ選択順序に従ってボクセル演算の対象となるレイを順次選択する進行制御部と、前記選択されたレイ上でのボクセル演算に際して必要となるデータが前記内部メモリに存在していない場合に、当該データを前記外部メモリから取得して前記内部メモリ上に格納する転送制御部と、を含むことを特徴とする。 (1) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention temporarily stores an external memory storing data acquired from a three-dimensional space in a living body by transmitting and receiving ultrasonic waves, and data transferred from the external memory. Having an internal memory to store, while referring to the data on the internal memory, repeatedly executing voxel operations for 3D image formation in the depth direction for each ray set for the 3D space, An arithmetic processing unit that forms a three-dimensional image, and the arithmetic processing unit includes: a ray set setting unit that sets a ray set including a plurality of rays in the three-dimensional space; and A ray group setting unit configured to set a plurality of ray groups, and in the process of sequentially selecting ray groups from the ray set according to a predetermined group selection order, for each selected ray group A progress control unit that sequentially selects rays to be subjected to voxel calculation in accordance with a predetermined ray selection order, and data required for voxel calculation on the selected ray does not exist in the internal memory, A transfer control unit that acquires data from the external memory and stores the data in the internal memory.

上記構成によれば、複数のレイ群に対して複数のレイグループが設定される。各レイグループは、望ましくは二次元的に互いに密集した複数のレイによって構成され、それは、処理単位あるいはそれを規定する二次元区分に相当する。複数のレイグループが所定のグループ選択順序に従って選択され、選択されたレイグループを単位として各レイごとにボクセル演算が進行する。   According to the above configuration, a plurality of ray groups are set for a plurality of ray groups. Each ray group is preferably composed of a plurality of rays densely packed together in two dimensions, which corresponds to a processing unit or a two-dimensional section defining it. A plurality of ray groups are selected in accordance with a predetermined group selection order, and voxel calculation proceeds for each ray with the selected ray group as a unit.

上記構成においては、個々のレイグループを単位として処理を進行させることができるので、互いに空間的に近い関係にあるデータを時間的に近接して参照できる確率を高めることができる。従来のように、単なるラスタースキャン順で個々のレイを順次選択していくと、特に、そのパス上における複数の折り返し地点で、レイ間に空間的に大きな不連続性が発生し、つまり過去に格納されていたデータがキャッシュから追い出された後にそれを再び参照する確率が高まっていたが、上記構成によれば、そのような問題が生じる確率を低減することができる。   In the above configuration, since the processing can be performed in units of individual ray groups, it is possible to increase the probability that data that are spatially close to each other can be referred to in time proximity. As in the past, when individual rays are selected sequentially in a simple raster scan order, there is a large spatial discontinuity between the rays, especially at multiple turning points on the path, that is, in the past. Although the probability that the stored data is referred to again after being evicted from the cache has increased, according to the above configuration, the probability that such a problem will occur can be reduced.

特に、補間演算のために、演算対象ボクセルの周囲に存在する複数の(例えば8点の)近傍データを参照する場合にその効果が大きくなる。よって、上記構成によればキャッシュのヒット率を高めて、外部メモリへのアクセスを低減できる。これにより迅速な画像処理を実現して、画像処理のリアルタイム性を向上できる。   In particular, the effect becomes large when referring to a plurality of (for example, eight points) neighboring data existing around the calculation target voxel for the interpolation calculation. Therefore, according to the above configuration, it is possible to increase the cache hit rate and reduce access to the external memory. Thereby, rapid image processing can be realized, and real-time performance of image processing can be improved.

(2)本発明に係る超音波診断装置は、超音波の送受波により生体内の三次元空間から取得されたデータが格納される外部メモリと、前記外部メモリから転送されたデータを一時的に格納する内部メモリを有し、その内部メモリ上のデータを参照しながら、前記三次元空間に対して設定される各レイごとに奥行方向に三次元画像形成のためのボクセル演算を繰り返し実行し、これにより三次元画像を形成する演算処理部と、を含み、前記演算処理部は、前記三次元空間に対して複数のレイからなるレイ集合を設定するレイ集合設定部と、前記レイ集合に対して複数のレイグループを設定するレイグループ設定部と、前記各レイグループに対して奥行方向に複数の区画を設定することにより、前記レイ集合に対して複数の処理単位を設定する処理単位設定部と、所定のグループ選択順序に従って前記レイ集合からレイグループを順次選択する過程において、選択されたレイグループごとに奥行方向に処理単位を順次選択すると共に選択された処理単位内で所定のレイ選択順序に従ってボクセル演算の対象となるレイを順次選択する進行制御部と、前記選択されたレイ上でのボクセル演算に際して必要となるデータが前記内部メモリに存在していない場合に、当該データを前記外部メモリから取得して前記内部メモリ上に格納する転送制御部と、を含むことを特徴とする。 (2) An ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention temporarily stores an external memory storing data acquired from a three-dimensional space in a living body by transmitting and receiving ultrasonic waves, and data transferred from the external memory. Having an internal memory to store, while referring to the data on the internal memory, repeatedly executing voxel operations for 3D image formation in the depth direction for each ray set for the 3D space, An arithmetic processing unit that forms a three-dimensional image, and the arithmetic processing unit includes: a ray set setting unit that sets a ray set including a plurality of rays in the three-dimensional space; and A ray group setting unit for setting a plurality of ray groups, and a process for setting a plurality of processing units for the ray set by setting a plurality of sections in the depth direction for each ray group. In the process of sequentially selecting a ray group from the ray set according to a unit setting unit and a predetermined group selection order, a processing unit is sequentially selected in the depth direction for each selected ray group, and a predetermined processing unit is selected within the selected processing unit. A progress control unit that sequentially selects rays to be subjected to voxel calculation according to the ray selection order, and when the data required for voxel calculation on the selected ray does not exist in the internal memory, the data is And a transfer control unit that acquires the data from the external memory and stores the data in the internal memory.

上記構成によれば、複数のレイ群に対して複数のレイグループが設定される。各レイグループは、望ましくは二次元的に互いに密集した複数のレイによって構成され、それは、後述の処理単位を規定する二次元区分に相当する。各レイグループには、奥行方向に沿って複数の区画が設定され、これにより、各レイグループごとに奥行方向に沿って複数の処理単位が構成される。結果として、レイ群全体としては三次元的に整列した複数の処理単位が構成されることになる。各処理単位は奥行方向にも広がる三次元のサブ空間として構成されるのが望ましいが、その奥行方向の厚みを1ボクセル分とすることも可能である。   According to the above configuration, a plurality of ray groups are set for a plurality of ray groups. Each ray group is preferably composed of a plurality of rays that are two-dimensionally densely packed together, and corresponds to a two-dimensional section that defines a processing unit to be described later. In each ray group, a plurality of sections are set along the depth direction, whereby a plurality of processing units are configured along the depth direction for each ray group. As a result, a plurality of processing units arranged in a three-dimensional manner are configured for the entire ray group. Each processing unit is preferably configured as a three-dimensional subspace that extends in the depth direction, but the thickness in the depth direction can be set to one voxel.

画像形成に当たっては、複数のレイグループが所定のグループ選択順序に従って選択され、その選択されたレイグループについて奥行方向に沿って処理単位が順次選択される。各処理単位においては、所定のレイ選択順序に従ってレイが選択される。そして、各処理単位における各レイごとにボクセル演算が進行する。   In image formation, a plurality of ray groups are selected according to a predetermined group selection order, and processing units are sequentially selected along the depth direction for the selected ray groups. In each processing unit, a ray is selected according to a predetermined ray selection order. The voxel calculation proceeds for each ray in each processing unit.

上記構成においては、個々の処理単位ごとにボクセル演算を進行させることができるので、互いに空間的に近い関係にあるデータを時間的に近接して参照できる確率を高めることができる。第1に、従来のように、単なるラスタースキャン順で個々のレイを順次選択していくと、特にそのパス上における複数の折り返し地点で、レイ間に空間的に大きな不連続性が発生し、つまり過去に格納されていたデータがキャッシュから追い出された後にそれを再び参照する確率が高まっていたが、上記構成によれば、そのような問題が生じる確率を低減することができる。第2に、従来においては、各レイごとに奥行方向に沿ってボクセル演算が完了した後に次のレイについてのボクセル演算が行われており、先のレイから後のレイに切り替わる時に空間的に大きな不連続が生じていた。これに対し、上記構成によれば、各レイ上における一連の処理を分断した結果として、上記の不連続性を緩和することができる。これによりキャッシュのヒット率を高められる。   In the above configuration, since the voxel calculation can be advanced for each processing unit, it is possible to increase the probability that data that are spatially close to each other can be referred to in time proximity. First, as in the past, when individual rays are selected sequentially in a simple raster scan order, a large spatial discontinuity occurs between the rays, particularly at a plurality of turning points on the path, In other words, the probability that data stored in the past is referred to again after being evicted from the cache has increased, but according to the above configuration, the probability that such a problem will occur can be reduced. Secondly, conventionally, after completing the voxel operation along the depth direction for each ray, the voxel operation for the next ray is performed, and it is spatially large when switching from the previous ray to the subsequent ray. There was a discontinuity. On the other hand, according to the said structure, said discontinuity can be eased as a result of having divided | segmented a series of processes on each ray. This increases the cache hit rate.

上記構成によれば、特に、補間演算のために、演算対象ボクセルの周囲に存在する複数の(例えば8点の)近傍データを参照する場合にその効果が顕著となる。よって、上記構成によれば、キャッシュのヒット率を高めて、外部メモリへのアクセスを低減できる。これにより迅速な画像処理を実現して、画像処理のリアルタイム性を向上できる。   According to the above configuration, the effect is particularly remarkable when referring to a plurality of (for example, eight points) neighboring data existing around the calculation target voxel for the interpolation calculation. Therefore, according to the above configuration, it is possible to increase the cache hit rate and reduce the access to the external memory. Thereby, rapid image processing can be realized, and real-time performance of image processing can be improved.

(3)上記のボクセル演算は、望ましくは、ボリュームレンダリング法に基づく、オパシティ(不透明度)を利用した積和演算であるが、レイに沿って進行する演算であればそれ以外であっても構わない。そのボクセル演算は、実際にデータが存在する有効空間内においてのみ実行されるようにしてもよい。つまり、各レイが三次元空間を横切る入射点を演算開始点とし、三次元空間から出る出射点を演算終了点とするようにしてもよい。その構成によれば、不要な演算を省略してより迅速な画像形成処理を達成できる。また、各レイ上において、所定の条件が満たされた場合には当該レイについてはそこでボクセル演算を終了するようにしてもよい。その所定の条件としては、例えば、ボリュームレンダリング法において、各ボクセル演算の結果(出力光量)が最大に到達した条件、又は、各ボクセル演算で決定されるオパシティの累積加算値が所定値に到達した条件、などをあげることができる。上記のレイ群は、互いに並行な関係にある複数のレイによって構成されてもよいし、互いに非並行な(例えば放射状に広がるあるいは収束する)複数のレイによって構成されてもよい。 (3) The above voxel operation is preferably a product-sum operation using opacity (opacity) based on the volume rendering method, but may be other than that as long as the operation proceeds along the ray. Absent. The voxel operation may be executed only in an effective space where data actually exists. That is, an incident point where each ray crosses the three-dimensional space may be set as a calculation start point, and an exit point exiting from the three-dimensional space may be set as a calculation end point. According to the configuration, unnecessary calculation can be omitted, and a quicker image forming process can be achieved. Further, when a predetermined condition is satisfied on each ray, the voxel calculation may be terminated there for that ray. As the predetermined condition, for example, in the volume rendering method, the condition that the result (output light amount) of each voxel calculation reaches the maximum, or the cumulative added value of the opacity determined by each voxel calculation has reached a predetermined value. Condition, etc. The above-mentioned ray group may be constituted by a plurality of rays that are in parallel with each other, or may be constituted by a plurality of rays that are non-parallel to each other (for example, radially spread or converge).

望ましくは、前記演算処理部は、更に、前記選択されたレイ上における各ボクセルのボクセル値をその近傍に存在する複数の近傍データから補間演算により求める補間演算部と、前記選択されたレイ上における各ボクセルのボクセル値を用いてボクセル演算を実行するボクセル演算部と、を含む。   Preferably, the calculation processing unit further includes an interpolation calculation unit that obtains a voxel value of each voxel on the selected ray from a plurality of neighboring data existing in the vicinity thereof, and an interpolation calculation unit on the selected ray. A voxel operation unit that performs a voxel operation using a voxel value of each voxel.

上記の構成において、補間演算部は、内部メモリ上に補間演算で必要なデータが保有されていればそれを直ちに参照する。一方、内部メモリ上に補間演算で必要なデータが保有されていなければそれが外部メモリから取得され(転送され)、それが内部メモリに格納される。その転送されたデータが補間演算部により参照(利用)される。本発明では、参照の時間的局所性及び空間的局所性を高められるので、いったん内部メモリに格納されたデータがそれが追い出される(上書き消去される)前に再び参照される確率を高められる。補間演算の結果(ボクセル値としての補間値)はいったん内部メモリ上に保存されてもよいし、直ちに次のボクセル演算で利用されるようにしてもよい。   In the above configuration, the interpolation calculation unit immediately refers to the data necessary for the interpolation calculation in the internal memory. On the other hand, if the data necessary for the interpolation operation is not held in the internal memory, it is acquired (transferred) from the external memory and stored in the internal memory. The transferred data is referred (utilized) by the interpolation calculation unit. In the present invention, since the temporal locality and spatial locality of the reference can be enhanced, the probability that the data once stored in the internal memory is referenced again before it is evicted (overwritten) is increased. The result of the interpolation calculation (interpolation value as a voxel value) may be temporarily stored in the internal memory, or may be used immediately in the next voxel calculation.

望ましくは、前記所定のレイ選択順序は、一筆書きに相当するレイ選択ルートを構成する。望ましくは、前記レイ選択ルートは、つづら折り形態、螺旋形態、又は、ペアノ曲線形態を有する。この構成によれば順次参照されるデータ間の空間的な不連続性を低減することができる。望ましくは、前記所定のグループ選択順序は、一筆書きに相当するグループ選択ルートを構成する。望ましくは、前記グループ選択ルートは、つづら折り形態、螺旋形態、又は、ペアノ曲線形態を有する。この構成によれば順次参照されるデータ間の空間的な不連続性を低減することができる。グループ選択順序におけるレイグループ間で、先のレイグループの最後のレイと後のレイグループの最初のレイとが空間的に隣接するようにしてもよい。すべてのレイが一筆書きのルートで順次選択されるようにしてもよい。なお、グループ選択ルート及びレイ選択ルートの少なくとも一方が一筆書きに相当する形態となるように条件付けを行うのが望ましい。   Preferably, the predetermined ray selection order constitutes a ray selection route corresponding to one stroke. Preferably, the ray selection route has a zigzag shape, a spiral shape, or a Peano curve shape. According to this configuration, it is possible to reduce spatial discontinuity between sequentially referred data. Preferably, the predetermined group selection order constitutes a group selection route corresponding to one stroke. Preferably, the group selection route has a zigzag shape, a spiral shape, or a Peano curve shape. According to this configuration, it is possible to reduce spatial discontinuity between sequentially referred data. The last ray of the previous ray group and the first ray of the subsequent ray group may be spatially adjacent between the ray groups in the group selection order. All rays may be sequentially selected by a single stroke route. In addition, it is desirable to perform conditioning so that at least one of the group selection route and the ray selection route has a form corresponding to one stroke.

望ましくは、前記各処理単位は奥行方向に1又は複数のボクセルに相当するサイズを有する。望ましくは、前記各処理単位は、開始面から停止面まで、奥行方向に複数のボクセルに相当するサイズを有し、前記各処理単位における各レイごとに前記開始面から前記停止面までボクセル演算が進行する。望ましくは、前記各レイグループにおける奥行方向に隣接する2つの処理単位間では、各レイごとにボクセル演算結果が引き継がれる。これにより、結果として、各レイごとに奥行方向に沿って連続的にボクセル演算を行った場合と同じ結果を得られる。   Preferably, each processing unit has a size corresponding to one or more voxels in the depth direction. Preferably, each processing unit has a size corresponding to a plurality of voxels in the depth direction from the start surface to the stop surface, and voxel calculation is performed from the start surface to the stop surface for each ray in each processing unit. proceed. Preferably, a voxel calculation result is inherited for each ray between two processing units adjacent in the depth direction in each ray group. As a result, the same result as that obtained when the voxel calculation is continuously performed along the depth direction for each ray can be obtained.

以上説明したように、本発明によれば、超音波診断装置において外部メモリからプロセッサ内の内部メモリへデータを転送して画像処理を行う場合に、外部メモリへのアクセス数を削減して、画像処理時間を短縮化できる。   As described above, according to the present invention, when image processing is performed by transferring data from an external memory to an internal memory in the processor in the ultrasonic diagnostic apparatus, the number of accesses to the external memory is reduced, and the image Processing time can be shortened.

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。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

図1には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態がブロック図として示されている。図1に示す超音波診断装置は生体に対して超音波の送受波を行って超音波画像を形成する装置である。   FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. The ultrasonic diagnostic apparatus shown in FIG. 1 is an apparatus that forms an ultrasonic image by transmitting / receiving ultrasonic waves to / from a living body.

3Dプローブ10は、超音波の送受波を行う送受波手段であり、この3Dプローブ10によって三次元空間(三次元データ取り込み空間)40が形成される。具体的には、3Dプローブ10は本実施形態において図示されていない2Dアレイ振動子を有している。2Dアレイ振動子は二次元配列された複数の振動素子によって構成されるものである。この2Dアレイ振動子によって超音波ビームBが形成され、その超音波ビームBをθ方向に走査することにより、走査面Sが形成され、その走査面Sをφ方向に走査することにより、三次元空間40が構成される。ちなみにrは深さ方向を表している。   The 3D probe 10 is a transmission / reception unit that transmits and receives ultrasonic waves, and the 3D probe 10 forms a three-dimensional space (three-dimensional data capturing space) 40. Specifically, the 3D probe 10 has a 2D array transducer not shown in the present embodiment. The 2D array transducer is constituted by a plurality of vibration elements arranged two-dimensionally. An ultrasonic beam B is formed by the 2D array transducer, and the scanning surface S is formed by scanning the ultrasonic beam B in the θ direction. By scanning the scanning surface S in the φ direction, three-dimensional A space 40 is formed. Incidentally, r represents the depth direction.

上記のように、超音波ビームを電子的に二次元走査するのではなく、1Dアレイ振動子を機械的に運動させることにより、三次元空間40を形成するようにしてもよい。3Dプロ−ブ10は生体の表面上に当接して用いられるものであるが、それが体腔内に挿入されるものであってもよい。電子走査方式としては、電子リニア走査、電子セクタ走査などが知られている。   As described above, the three-dimensional space 40 may be formed by mechanically moving the 1D array transducer instead of electronically scanning the ultrasonic beam two-dimensionally. The 3D probe 10 is used in contact with the surface of a living body, but it may be inserted into a body cavity. As an electronic scanning method, electronic linear scanning, electronic sector scanning, and the like are known.

送受信部12は、送信ビームフォーマおよび受信ビームフォーマとして機能する。すなわち、送受信部12は所定の遅延関係をもって、複数の送信信号を上記の2Dアレイ振動子に出力する。これによって送信ビームが形成される。2Dアレイ振動子から出力される複数の受信信号が送受信部12に入力され、複数の受信信号に対する整相加算処理が実行される。これによって電子的に受信ビームが形成され、それを表す整相加算後の受信信号が信号処理部14へ出力される。   The transmission / reception unit 12 functions as a transmission beamformer and a reception beamformer. That is, the transmission / reception unit 12 outputs a plurality of transmission signals to the 2D array transducer with a predetermined delay relationship. As a result, a transmission beam is formed. A plurality of reception signals output from the 2D array transducer are input to the transmission / reception unit 12, and a phasing addition process is performed on the plurality of reception signals. As a result, a reception beam is electronically formed, and a reception signal after phasing addition representing it is output to the signal processing unit 14.

信号処理部14は検波処理、対数圧縮処理などの各種の必要な処理を受信信号に対して実行するモジュールである。なお、本実施形態においては、エコーデータに基づいて組織の三次元画像が構築されるが、ドップラー情報に基づいて血流などの運動体の三次元画像を構築するようにしてもよい。   The signal processing unit 14 is a module that executes various necessary processes such as a detection process and a logarithmic compression process on the received signal. In the present embodiment, a three-dimensional image of a tissue is constructed based on echo data, but a three-dimensional image of a moving body such as a blood flow may be constructed based on Doppler information.

3Dメモリ16は後に詳述する3D画像形成プロセッサ20との関係において外部メモリとして働くものである。3Dメモリ16は三次元の記憶空間を有しており、上記の三次元空間40において取得されたデータ群は3Dメモリ16上における各アドレスに格納される。超音波ビーム1本分に対応する受信信号に対して、送受信部12あるいは信号処理部14においてA/D変換(サンプリング)を実行することにより複数のエコーデータが得られ、それらのエコーデータが3Dメモリ16に格納されている。   The 3D memory 16 functions as an external memory in relation to the 3D image forming processor 20 described in detail later. The 3D memory 16 has a three-dimensional storage space, and a data group acquired in the three-dimensional space 40 is stored at each address on the 3D memory 16. A plurality of echo data is obtained by performing A / D conversion (sampling) on the reception signal corresponding to one ultrasonic beam in the transmission / reception unit 12 or the signal processing unit 14, and the echo data is converted into 3D. Stored in the memory 16.

三次元空間40は送受波座標系によって定義され、一方3D画像形成プロセッサ20は直交座標系に従った演算を実行するため、いずれかの段階において座標変換を行う必要がある。そのような座標変換は、3Dメモリ16の各データの書き込み時に行うこともできるし、3Dメモリ16から各データを読み出す際に行うこともできる。すなわち、3Dメモリ16が有する記憶空間は送受波座標系に対応し、あるいは座標変換後の直交座標系に対応する。   The three-dimensional space 40 is defined by a transmission / reception coordinate system, while the 3D image forming processor 20 needs to perform coordinate transformation at any stage in order to perform calculations according to the orthogonal coordinate system. Such coordinate conversion can be performed at the time of writing each data in the 3D memory 16 or can be performed at the time of reading each data from the 3D memory 16. That is, the storage space of the 3D memory 16 corresponds to the transmission / reception coordinate system or corresponds to the orthogonal coordinate system after coordinate conversion.

3Dメモリ16には図1に示されるように、2D画像形成プロセッサ18および3D画像形成プロセッサ20が接続されている。それらのプロセッサ18,20を単一のプロセッサによって構成することもできる。各プロセッサ18,20は本実施形態においてプログラムによって動作するデジタルシグナルプロセッサ(DSP)によって構成されている。2D画像形成プロセッサ18は、三次元空間40に対してユーザにより任意に設定された切断面に対応する断層画像を形成する。切断面上における各座標のデータが3Dメモリ16から読み出され、そのように読み出されたデータに従って断層画像が形成されることになる。その場合において、必要に応じて補間演算が実行される。   As shown in FIG. 1, a 2D image forming processor 18 and a 3D image forming processor 20 are connected to the 3D memory 16. The processors 18 and 20 can be constituted by a single processor. Each of the processors 18 and 20 is configured by a digital signal processor (DSP) that operates according to a program in the present embodiment. The 2D image forming processor 18 forms a tomographic image corresponding to a cut surface arbitrarily set by the user in the three-dimensional space 40. Data of each coordinate on the cut surface is read out from the 3D memory 16, and a tomographic image is formed according to the data read out as such. In that case, an interpolation calculation is performed as necessary.

3D画像形成プロセッサ20は、三次元空間40を空間的に表す三次元画像を構築するプロセッサである。本実施形態においては後に詳述するように、三次元空間40に対して複数のレイからなるレイ群が設定され、各レイごとにボリュームレンダリング法に従ったボクセル演算を順次実行することにより、各レイごとに画素値が求められている。それらの画素値を平面上にマッピングすることにより、三次元画像が構築されている。3D画像形成プロセッサ20は、後に説明するように、補間演算機能、ボクセル演算機能、データ転送制御機能などの各種の機能を有している。   The 3D image forming processor 20 is a processor that constructs a three-dimensional image that spatially represents the three-dimensional space 40. In this embodiment, as will be described in detail later, a ray group composed of a plurality of rays is set in the three-dimensional space 40, and by sequentially executing voxel operations according to the volume rendering method for each ray, A pixel value is obtained for each ray. A three-dimensional image is constructed by mapping these pixel values on a plane. As described later, the 3D image forming processor 20 has various functions such as an interpolation calculation function, a voxel calculation function, and a data transfer control function.

3D画像形成プロセッサ20によって形成された三次元画像のデータは表示処理部22に出力されている。また、2D画像形成プロセッサ18によって形成された断層画像のデータも表示処理部22に出力されている。表示処理部22は画像データとグラフィックデータとを合成する機能などを有しており、表示部24に表示される画像が表示処理部22によって生成される。なお、図1においては通常のBモード画像(断層画像)などを形成するモジュールについては図示省略されている。   The data of the 3D image formed by the 3D image forming processor 20 is output to the display processing unit 22. Data of tomographic images formed by the 2D image forming processor 18 is also output to the display processing unit 22. The display processing unit 22 has a function of combining image data and graphic data, and an image to be displayed on the display unit 24 is generated by the display processing unit 22. In FIG. 1, a module for forming a normal B-mode image (tomographic image) or the like is not shown.

制御部28は、図1に示される各構成の動作制御を行っている。制御部28には、キーボードやトラックボールなどを有する操作パネル26が接続されており、ユーザは、その操作パネル26を用いて動作モードの選択や動作条件の設定を行うことができる。   The control unit 28 performs operation control of each component shown in FIG. An operation panel 26 having a keyboard, a trackball, and the like is connected to the control unit 28, and the user can select an operation mode and set operation conditions using the operation panel 26.

上記の3D画像形成プロセッサ20は、プロセッサコア30および内部メモリ32を有している。プロセッサコア30は、補間演算やボクセル演算などを実行する演算部として機能する。内部メモリ32は図1に示す例において、入力メモリ34、キャッシュメモリ36および出力メモリ38を有している。入力メモリ34は入力バッファとして機能し、3Dメモリ16から転送されてきたデータが一次的に格納される。キャッシュメモリ36は、上記のように転送されたデータをキャッシュすることによって後のデータ参照の便宜を図るためのメモリである。一般に、入力メモリ34に格納されたデータがキャッシュメモリ36を介してプロセッサコア30に与えられる。キャッシュメモリ36としては高速にアクセス可能なメモリデバイスが用いられている。なお、キャッシュメモリ36として複数段階のキャッシュ構造を採用することもできる。すなわち1次キャッシュメモリおよび2次キャッシュメモリといったものを設けることも可能である。出力メモリ38は出力バッファとして機能し、プロセッサコア30において各レイごとに実行されたボリュームレンダリング演算の結果が格納される。すなわち表示プレーン上における各座標ごとの画素値が出力メモリ38上にマッピングされることになる。これにより、出力メモリ38上には三次元空間40を表す三次元画像が構築される。   The 3D image forming processor 20 includes a processor core 30 and an internal memory 32. The processor core 30 functions as a calculation unit that executes interpolation calculation, voxel calculation, and the like. The internal memory 32 has an input memory 34, a cache memory 36, and an output memory 38 in the example shown in FIG. The input memory 34 functions as an input buffer, and data transferred from the 3D memory 16 is temporarily stored therein. The cache memory 36 is a memory for facilitating the later data reference by caching the data transferred as described above. In general, data stored in the input memory 34 is provided to the processor core 30 via the cache memory 36. As the cache memory 36, a memory device that can be accessed at high speed is used. It should be noted that a multi-stage cache structure can be adopted as the cache memory 36. That is, it is possible to provide a primary cache memory and a secondary cache memory. The output memory 38 functions as an output buffer, and stores the result of the volume rendering operation executed for each ray in the processor core 30. That is, the pixel value for each coordinate on the display plane is mapped on the output memory 38. Thereby, a three-dimensional image representing the three-dimensional space 40 is constructed on the output memory 38.

上記のように、プロセッサコア30は補間演算およびボクセル演算を実行する。すなわち、後に詳述するような順序で各レイごとにボクセル演算を順次進行させ、その際において必要となるレイ上における各サンプル点のデータ(ボクセル値)を補間演算によって求める。本実施形態においては、各ボクセルすなわち各サンプル点ごとに、その周囲に存在する例えば8個のデータ(近傍データ)が参照され、それらに基づいて補間演算を実行することにより補間値つまりボクセル値が求められている。   As described above, the processor core 30 performs an interpolation operation and a voxel operation. That is, the voxel calculation is sequentially advanced for each ray in the order as described in detail later, and the data (voxel value) of each sample point on the ray required at that time is obtained by the interpolation calculation. In this embodiment, for each voxel, that is, each sample point, for example, eight data (neighboring data) existing around the voxel are referred to, and an interpolation value, that is, a voxel value is obtained by executing an interpolation operation based on them. It has been demanded.

その場合において、補間演算で必要となる近傍データがキャッシュメモリ36上に保有されていれば、当該近傍データがプロセッサコア30によって参照される。その一方、補間演算で必要となるデータがキャッシュメモリ36上に存在していなければ、3Dメモリ16上から当該データを取得する転送処理が実行される。転送されてきたデータが入力メモリ34上に格納された上で、キャッシュメモリ36上に保存され、そのデータがプロセッサコア30によって参照されることになる。本実施形態においては、上記のようなデータの参照及び転送が、図示されていないキャッシュコントローラによって制御されている。   In this case, if the neighborhood data required for the interpolation calculation is held in the cache memory 36, the neighborhood data is referred to by the processor core 30. On the other hand, if the data required for the interpolation calculation does not exist on the cache memory 36, a transfer process for acquiring the data from the 3D memory 16 is executed. The transferred data is stored on the input memory 34 and then stored on the cache memory 36, and the data is referred to by the processor core 30. In the present embodiment, reference and transfer of data as described above are controlled by a cache controller (not shown).

キャッシュコントローラは、あるデータを3Dメモリ16から取得する場合、当該データを含むブロックを単位としてデータ転送が行われるように制御している。ブロックは本実施形態において、同じ超音波ビーム上に整列している所定数のエコーデータによって構成されるものである。すなわち、1つのブロックは1つのエコーデータ列に相当する。そのエコーデータ列の長さはキャッシュコントローラによって事前に設定される。したがって、キャッシュメモリ36上には上記のようなキャッシュコントローラの制御によって取得された実際に参照対象となるデータのほか、それを含むブロック内に存在する他の複数のデータも格納されることになる。したがって、プロセッサコア30が補間演算等を行う場合において、そのようなキャッシュされたデータをより有効に活用して、外部メモリへのアクセスをより低減するために、以下に詳述するような演算順序の制御が行われている。   When acquiring certain data from the 3D memory 16, the cache controller performs control so that data transfer is performed in units of blocks including the data. In this embodiment, the block is constituted by a predetermined number of echo data aligned on the same ultrasonic beam. That is, one block corresponds to one echo data string. The length of the echo data string is set in advance by the cache controller. Therefore, in addition to the data that is actually referred to as obtained by the control of the cache controller as described above, a plurality of other data existing in the block including the cache memory 36 are also stored on the cache memory 36. . Therefore, when the processor core 30 performs an interpolation operation or the like, in order to make more effective use of such cached data and further reduce access to the external memory, an operation order as described in detail below. Control is being performed.

図2には、三次元空間40に対して設定されたレイ集合42が示されている。レイ集合42は、具体的には、三次元空間40の外部に設定された視点(図2において上方)から延びる複数のレイ46によって構成されるものである。複数のレイ46は互いに平行であってもよいし、互いに非平行であってもよい。図2には三次元空間40とレイ集合42との関係が一例として示されており、図2においては三次元空間40がレイ集合42によって包みこまれている様子が示されているが、レイ集合42が三次元空間40の一部分を包みこむように設定されてもよい。その場合には当該一部分の三次元画像が構築されることになる。また、三次元空間40に対して三次元の関心領域を設定し、その関心領域(それも三次元空間に相当する)に対してレイ集合42を設定するようにしてもよい。   FIG. 2 shows a ray set 42 set for the three-dimensional space 40. Specifically, the ray set 42 includes a plurality of rays 46 extending from a viewpoint (upward in FIG. 2) set outside the three-dimensional space 40. The plurality of rays 46 may be parallel to each other or non-parallel to each other. FIG. 2 shows an example of the relationship between the three-dimensional space 40 and the ray set 42. In FIG. 2, the three-dimensional space 40 is surrounded by the ray set 42. The set 42 may be set so as to wrap around a part of the three-dimensional space 40. In that case, the partial three-dimensional image is constructed. Alternatively, a three-dimensional region of interest may be set for the three-dimensional space 40, and a ray set 42 may be set for the region of interest (which also corresponds to the three-dimensional space).

上述したレイ集合42は複数のレイ46によって構成され、各レイごとに視点側からマッピングプレーン52側に向かって各ボクセルごとにボクセル演算が順次実行される。その結果として、各レイごとにボクセル演算の最終結果値としての画素値が求められ、その画素値が当該レイに対応づけられたマッピングプレーン52上のアドレスにマッピングされる。それが図2において、P(x,y)で示されている。マッピングプレーン52はxy座標系を有しており、レイ集合42はxyz座標系を有している。ちなみに、そのような座標系とは別に、上述した送受波座標系からの座標変換後の座標系としてXYZ座標系が定義されるが、それについては図示省略されている。   The ray set 42 described above is composed of a plurality of rays 46, and voxel operations are sequentially executed for each voxel from the viewpoint side to the mapping plane 52 side for each ray. As a result, a pixel value as a final result value of the voxel calculation is obtained for each ray, and the pixel value is mapped to an address on the mapping plane 52 associated with the ray. This is indicated by P (x, y) in FIG. The mapping plane 52 has an xy coordinate system, and the ray set 42 has an xyz coordinate system. Incidentally, in addition to such a coordinate system, an XYZ coordinate system is defined as a coordinate system after coordinate conversion from the above-described transmission / reception coordinate system, but this is not shown.

本実施形態においては、キャッシュのヒット率を高めるため、いくつかの工夫が施されている。まず第1に、レイ集合42が図2に示されるように複数のレイグループ44に区分されている。各レイグループ44は二次元的に互いに密集した複数のレイアレイとして構成される。また第2に、各レイグループ44ごとに奥行方向、つまり複数のz方向に複数の区画50が設定されており、各区画50によって処理単位48が定義されている。つまり、1つのレイグループ44にはその奥行方向に沿って複数の処理単位48が設定される。三次元のレイ集合42の全体として三次元的に複数の処理単位48が定義されることになる。各処理単位48のz方向の厚み、すなわち区画50の大きさは少なくとも1つのボクセル以上に設定され、望ましくは複数のボクセルに相当するものとして定義される。   In this embodiment, in order to increase the hit rate of the cache, some measures are taken. First, the ray set 42 is divided into a plurality of ray groups 44 as shown in FIG. Each ray group 44 is configured as a plurality of ray arrays that are two-dimensionally densely packed together. Second, a plurality of sections 50 are set in the depth direction, that is, a plurality of z directions, for each ray group 44, and a processing unit 48 is defined by each section 50. That is, a plurality of processing units 48 are set in one ray group 44 along the depth direction. A plurality of processing units 48 are defined three-dimensionally as a whole of the three-dimensional ray set 42. The thickness of each processing unit 48 in the z direction, that is, the size of the section 50 is set to be equal to or greater than at least one voxel, and is preferably defined as corresponding to a plurality of voxels.

ボクセル演算の順序は本実施形態において次の条件に従って定められる。まず、所定のグループ選択順序が定められており、それに従って各レイグループ44が順番に選択される。また、上述したように各レイグループ44ごとに複数の処理単位48が設定されており、各レイグループ44ごとに奥行方向に沿って順次処理単位48が選択される。さらに、本実施形態においてはレイグループ44内に所定のレイ選択順序が設定されており、各処理単位48の処理にあたっては上記の所定のレイ選択順序に従ってレイが順次選択される。すなわち、このような複数の条件に従って、ボクセル演算を順次進行させることにより、キャッシュされたデータを参照する確率を効果的に高めることが可能となり、つまり外部メモリへのアクセスを低減することが可能となる。換言すれば、キャッシュにおける参照の時間的局所性及び参照の空間的局所性を高めることが可能となる。   The order of voxel operations is determined according to the following conditions in this embodiment. First, a predetermined group selection order is determined, and each ray group 44 is sequentially selected according to the predetermined group selection order. As described above, a plurality of processing units 48 are set for each ray group 44, and the processing units 48 are sequentially selected along the depth direction for each ray group 44. Further, in the present embodiment, a predetermined ray selection order is set in the ray group 44, and in the processing of each processing unit 48, rays are sequentially selected according to the predetermined ray selection order. That is, by sequentially proceeding with voxel operations according to such a plurality of conditions, it is possible to effectively increase the probability of referring to cached data, that is, it is possible to reduce access to external memory. Become. In other words, it is possible to improve the temporal locality of the reference and the spatial locality of the reference in the cache.

図3には、代表として1つの処理単位48が示されている。処理単位48は1つ手前の処理単位における停止面(i−1番目の停止面)に相当するi番目の開始面と当該処理単位についての停止面としてのi番目の停止面とによって挟まれる空間に相当する。処理単位48にはそれが存在するレイグループを構成する複数のレイが貫通しており、具体的には、レイの断片としての複数の区画50によって処理単位48が構成されている。処理単位48に対してボクセル演算を進行させる過程においては、上述した所定のレイ選択順序に従って順番に区画50が選択され、当該区画内に含まれる各レイ上の複数のボクセル54に対して奥行方向に沿って順次ボクセル演算が実行される。あるレイ上すなわちある区画50上における最後のボクセル演算が終了すると、次のレイすなわち次の区画50が選択され、それについて奥行方向に沿って各ボクセルごとにボクセル演算が順次実行される。そして、それが処理単位48における最後の区画50まで繰り返されることになる。1つの処理単位48についてのボクセル演算が全て完了すると、当該処理単位よりも奥行方向に1つシフトした次の処理単位が処理の対象となり、上記のような所定のレイ選択順序に従った処理が実行されることになる。あるレイグループ44における最後の処理単位についての処理が完了すると、レイ選択順序に従った次のレイグループが選択され、当該レイグループの最初の処理単位について処理が開始されることになる。そしてこのような過程が最後のレイグループにおける最後の処理単位について完結すると、最終的に図2に示したマッピングプレーン52上に三次元画像が構築されることになる。   FIG. 3 shows one processing unit 48 as a representative. The processing unit 48 is a space sandwiched between the i-th start surface corresponding to the stop surface (i-1th stop surface) in the previous processing unit and the i-th stop surface as the stop surface for the processing unit. It corresponds to. A plurality of rays constituting the ray group in which the processing unit 48 exists penetrates the processing unit 48. Specifically, the processing unit 48 is constituted by a plurality of sections 50 as ray fragments. In the process of advancing the voxel calculation with respect to the processing unit 48, the sections 50 are selected in order according to the predetermined ray selection order described above, and the depth direction is determined with respect to the plurality of voxels 54 on each ray included in the section. The voxel operations are sequentially executed along When the last voxel operation on a certain ray, that is, on a certain section 50 is completed, the next ray, that is, the next section 50 is selected, and the voxel operation is sequentially executed for each voxel along the depth direction. This is repeated until the last section 50 in the processing unit 48. When all of the voxel operations for one processing unit 48 are completed, the next processing unit shifted by one in the depth direction from the processing unit becomes the target of processing, and processing according to the predetermined ray selection order as described above is performed. Will be executed. When the processing for the last processing unit in a certain ray group 44 is completed, the next ray group according to the ray selection order is selected, and the processing is started for the first processing unit of the ray group. When such a process is completed for the last processing unit in the last ray group, a three-dimensional image is finally constructed on the mapping plane 52 shown in FIG.

但し、本実施形態においては、各レイごとのボリュームレンダリングにあたって、演算の終了条件がいくつか定められている。第1に、各レイごとに最後のボクセルにボクセル演算が到達した場合には、当該レイについてのボクセル演算はそこで終了する。第2に、各ボクセル演算を順次進行していく場合において、ボクセル演算の結果(出力光量)が最大値となった場合にはそこで当該レイについてのボクセル演算が終了する。第3に、各レイごとにボクセル演算を進行していく場合において各ボクセル演算で用いられる不透明度の値(オパシティの値)が累積加算されており、それが所定値(例えば1)に到達した時点をもって当該レイについてのボクセル演算が終了する。   However, in the present embodiment, several calculation end conditions are defined for volume rendering for each ray. First, if the voxel operation reaches the last voxel for each ray, the voxel operation for that ray ends there. Secondly, when each voxel calculation proceeds in sequence, if the result (output light amount) of the voxel calculation reaches the maximum value, the voxel calculation for the ray ends there. Third, when the voxel calculation proceeds for each ray, the opacity value (opacity value) used in each voxel calculation is cumulatively added and reaches a predetermined value (for example, 1). At the time, the voxel operation for the ray ends.

したがって、上記のように、グループ選択順序、処理単位の奥行方向の並び、レイ選択順序に従って、ボクセル演算が進行していくことになるが、各レイについて着目した場合には、上記の出力光量の終了条件あるいはオパシティの終了条件が満たされた段階で当該レイに限ってはボクセル演算は終了することになる。もちろん、このような条件づけは一例であって、実際の装置における要求に応じて各種の変形例を採用することができる。例えば上記のような終了条件を定めないようにしてもよいし、あるいは他の終了条件を定めるようにしてもよい。   Therefore, as described above, the voxel calculation proceeds in accordance with the group selection order, the arrangement of the processing units in the depth direction, and the ray selection order. When the end condition or the opacity end condition is satisfied, the voxel calculation is ended only for the ray. Of course, such conditioning is merely an example, and various modifications may be employed according to the requirements of the actual device. For example, the end condition as described above may not be set, or another end condition may be set.

次に上述したグループ選択順序及びレイ選択順序について説明する。図4には、レイ集合42が概念図として示されている。上述したようにレイ集合42に対しては2次元的に複数のレイグループが設定され、本実施形態では、図4に示されるようにG1からGnまでのn個のレイグループが設定されている。各レイグループは四角形の形態を有し、すなわち二次元マトリクス状の複数のレイによって構成されている。 Next, the above-described group selection order and ray selection order will be described. In FIG. 4, the ray set 42 is shown as a conceptual diagram. As described above, a plurality of ray groups are set two-dimensionally for the ray set 42, and in this embodiment, n ray groups from G 1 to G n are set as shown in FIG. ing. Each ray group has a quadrangular shape, that is, a plurality of rays in a two-dimensional matrix.

図5には、各レイグループについて設定されるレイ選択順序のいくつかの例が示されている。いずれの例においても一筆書きのレイ選択ルートが構成されている。具体的には、(A1)および(A2)にはつづら折りの形態をもったレイ選択ルート58,60が示されている。(B1)および(B2)には渦巻き型の形態を有するレイ選択ルート62,64が示されている。(C)にはペアノ曲線形態を有するレイ選択ルート66が示されている。それぞれのレイ選択ルートにおいてはルート上において隣接するレイ間に空間的に大きなギャップが生じていないためキャッシュのヒット率を高めることが可能である。   FIG. 5 shows some examples of the ray selection order set for each ray group. In both examples, a one-stroke ray selection route is configured. Specifically, ray selection routes 58 and 60 having a zigzag form are shown in (A1) and (A2). Ray selection routes 62 and 64 having a spiral shape are shown in (B1) and (B2). (C) shows a ray selection route 66 having a Peano curve form. In each ray selection route, there is no large spatial gap between adjacent rays on the route, so that the cache hit rate can be increased.

図6には、グループ選択順序の一例が示されている。図示される例においてはつづら折りの形態を有するグループ選択ルート68が示されている。そのグループ選択ルート68における正方向に沿って当該ルート上に存在する個々のレイグループが順次選択されることになる。このような構成によればレイグループ間における空間的な不連続あるいはギャップを小さくすることができるので上述同様にキャッシュのヒット率を高めることが可能となる。ちなみに、グループ選択ルートの形態としては、図6に示したつづら折りの形態のほか、図5に示したような渦巻き型の形態あるいはペアノ曲線形態などを採用することができる。なお、全てのレイが一筆書きのルートをもって選択されるように構成してもよい。   FIG. 6 shows an example of the group selection order. In the illustrated example, a group selection route 68 having a zigzag form is shown. Individual ray groups existing on the route along the positive direction in the group selection route 68 are sequentially selected. According to such a configuration, the spatial discontinuity or gap between the ray groups can be reduced, so that the cache hit rate can be increased as described above. Incidentally, as a form of the group selection route, a spiral form or a Peano curve form as shown in FIG. 5 can be adopted in addition to the zigzag form shown in FIG. Note that all the rays may be selected with a single stroke route.

次に、図7を用いて図1に示した3D画像形成プロセッサの動作例について説明する。   Next, an operation example of the 3D image forming processor illustrated in FIG. 1 will be described with reference to FIG.

S101では三次元空間に対してレイ群が設定される。具体的には、例えば三次元空間に対してユーザにより任意に視点が設定され、その視点によって複数のレイからなるレイ群が定義される。複数のレイは平行な関係にあってもよいし、非平行な関係にあってもよい。S102では、レイ群に対して複数のレイグループが設定される。各レイグループは上述したように矩形形態をもったマトリクス状のアレイとして構成されている。また、S102では各レイグループごとに奥行方向に沿って複数の区間が設定され、すなわち複数の処理単位が設定される。S103では、あらかじめ定められたグループ選択順序に従って、レイグループが1つ選択される。S104では、選択されたレイグループにおいて、奥行方向に沿った順序で1つ処理単位が選択される。S105では選択された処理単位内においてレイ選択順序にしたがって、レイが1つ選択される。S106では、選択されたレイにおいて奥行方向に沿った順序でボクセルが1つ選択される。   In S101, a ray group is set for the three-dimensional space. Specifically, for example, a viewpoint is arbitrarily set by a user for a three-dimensional space, and a ray group including a plurality of rays is defined by the viewpoint. The plurality of rays may be in a parallel relationship or non-parallel relationship. In S102, a plurality of ray groups are set for the ray group. Each ray group is configured as a matrix array having a rectangular shape as described above. In S102, a plurality of sections are set along the depth direction for each ray group, that is, a plurality of processing units are set. In S103, one ray group is selected according to a predetermined group selection order. In S104, one processing unit is selected in the order along the depth direction in the selected ray group. In S105, one ray is selected according to the ray selection order within the selected processing unit. In S106, one voxel is selected in the order along the depth direction in the selected ray.

S107では、選択されたボクセルについて補間演算が実行される。その場合において、補間演算で必要な近傍データセットがキャッシュメモリまたは外部メモリから取得される。すなわち、補間演算で必要な近傍データがキャッシュメモリ上に存在していればそれを外部メモリから取得する動作は行われず、キャッシュメモリ上にある当該近傍データがそのまま参照される。一方、その近傍データがキャッシュメモリ上に存在していなければ、上述したキャッシュコントローラの作用によって外部メモリから当該近傍データを含むブロックが3D画像形成プロセッサ内に取り込まれることになる。そのブロックに含まれる上記の近傍データが補間演算で参照されることになり、これとともに、当該ブロックを構成する複数のデータがキャッシュメモリ上に保存される。S107において補間演算の結果値であるボクセル値は内部メモリ上に格納される。   In S107, an interpolation operation is executed for the selected voxel. In that case, a neighborhood data set necessary for the interpolation calculation is acquired from the cache memory or the external memory. That is, if neighboring data necessary for the interpolation calculation exists on the cache memory, the operation of acquiring it from the external memory is not performed, and the neighboring data on the cache memory is referred to as it is. On the other hand, if the neighboring data does not exist on the cache memory, the block including the neighboring data is taken into the 3D image forming processor from the external memory by the action of the cache controller described above. The above-mentioned neighboring data included in the block is referred to by the interpolation calculation, and a plurality of data constituting the block are stored on the cache memory. In S107, the voxel value that is the result value of the interpolation operation is stored in the internal memory.

S108では、上記のように演算されたボクセル値を用いてS106で選択されたボクセルについてボリュームレンダリング法に従ったボクセル演算が実行される。そして、S108では、その演算結果が内部メモリ上に格納される。   In S108, the voxel calculation according to the volume rendering method is executed for the voxel selected in S106 using the voxel value calculated as described above. In S108, the calculation result is stored in the internal memory.

S109では、現在演算対象となっている処理単位について定められた停止面にボクセル演算が到達したか否かが判断され、到達していなければS106以降の各工程が繰り返し実行される。S109においてはボクセル演算の終了条件も考慮されており、停止面へボクセル演算が到達した場合のほか、所定の終了条件が満足された場合にも処理がS110へ移行する。   In S109, it is determined whether or not the voxel calculation has reached the stop plane determined for the processing unit currently being calculated. If not, each step from S106 is repeatedly executed. In S109, the termination condition of the voxel calculation is also considered, and the process moves to S110 not only when the voxel calculation reaches the stop surface but also when the predetermined termination condition is satisfied.

S110では、現在演算対象となっている処理単位内における全てのレイについてボクセル演算が終了したか否かが判断され、終了していなければS105以降の工程が繰り返し実行される。全てのレイについてボクセル演算が終了していれば、S111において現在演算対象となっているレイグループ内における最終の処理単位についての処理が終了したか否かが判断され、それが終了していなければS104以降の各工程が繰り返し実行される。   In S110, it is determined whether or not the voxel calculation is completed for all the rays in the processing unit that is the current calculation target. If not completed, the steps after S105 are repeatedly executed. If the voxel calculation has been completed for all the rays, it is determined in S111 whether or not the processing for the final processing unit in the currently calculated ray group has been completed. Each process after S104 is repeatedly executed.

S112においては全レイグループについての処理が終了したか否かが判断され、終了していなければS103以降の各工程が繰り返し実行される。全ての処理単位についての処理が完了すると、各レイごとに求められた画素値によって三次元画像が構築されることになる。   In S112, it is determined whether or not the processing for all the ray groups has been completed. If the processing has not been completed, each step after S103 is repeatedly executed. When processing for all the processing units is completed, a three-dimensional image is constructed with the pixel values obtained for each ray.

上述した実施形態においてはボリュームレンダリング法に従って三次元画像が構築されていたが、他の手法を用いて三次元画像を構築してもよく、いずれにしてもレイ上に沿ってボクセル演算が順次実行される処理が適用される場合に本発明における固有の制御を適用するのが望ましい。   In the above-described embodiment, the 3D image is constructed according to the volume rendering method. However, the 3D image may be constructed using other methods, and in any case, the voxel operation is sequentially performed along the ray. It is desirable to apply the inherent control in the present invention when applied processing is applied.

上記の実施形態において、画像形成プロセッサ内に設けられているキャッシュメモリの容量などに応じて、あるいはレイ群を構成しているレイ密度などに応じて、あるいは各レイ上におけるボクセルの密度すなわちサンプル間隔などに応じて、各処理単位の形状を適宜可変設定できるようにしてもよい。上記実施形態においては、各レイグループごとに奥行方向に沿って複数の処理単位を定義したが、そのような処理単位を定義することなくレイグループを単位として処理を進行させていくことも可能である。この場合においても、従来のような単純なラスタスキャンに従ったレイの選択との比較において、参照の局所性を高めることができるのでキャッシングされたデータを参照できる確率を高めて迅速な画像形成を行えるという利点がある。もちろん、そのような条件付けに加えて上記のような複数の処理単位の設定を組み合わせれば、より参照の局所性を高めて実用的価値の高い制御を実現できるという利点がある。   In the above embodiment, the voxel density on each ray, that is, the sample interval, according to the capacity of the cache memory provided in the image forming processor, the ray density constituting the ray group, or the like. Depending on the above, the shape of each processing unit may be variably set as appropriate. In the above embodiment, a plurality of processing units are defined along the depth direction for each ray group. However, it is also possible to proceed with processing by ray groups without defining such processing units. is there. Even in this case, since the locality of the reference can be increased in comparison with the selection of the ray according to the conventional simple raster scan, the probability of being able to refer to the cached data is increased, so that rapid image formation is possible. There is an advantage that can be done. Of course, combining the above-described setting of a plurality of processing units in addition to such conditioning has the advantage that the locality of reference can be further improved and control with high practical value can be realized.

なお、奥行方向に並んだ複数の処理単位において、隣接する処理単位間においては各レイごとに演算結果が渡される関係となる。すなわち、従来においては各レイごとに奥行方向に沿って連続的にボクセル演算が進行していたが、上記実施形態によれば、各レイごとに処理区間を断片的に設定し、各区間ごとに演算を行うことによって上述したように参照の局所性を高めることが可能である。なお、上記の実施形態においては、外部メモリから三次元画像形成プロセッサに対する転送の単位がブロックであったが、個別的にデータの転送を行う場合においても上述同様の効果を得ることが可能である。   Note that, in a plurality of processing units arranged in the depth direction, a calculation result is passed for each ray between adjacent processing units. That is, in the past, the voxel calculation has progressed continuously along the depth direction for each ray, but according to the above embodiment, the processing interval is set fragmentarily for each ray, and for each interval. It is possible to improve the locality of the reference as described above by performing the calculation. In the above embodiment, the unit of transfer from the external memory to the 3D image forming processor is a block. However, the same effect as described above can be obtained even when data is individually transferred. .

本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. 三次元空間とレイ集合との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between a three-dimensional space and a ray set. 処理単位を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a processing unit. 複数のレイグループの設定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the setting of a some ray group. レイ選択順序のいろいろなバリエーションを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the various variation of ray selection order. グループ選択順序を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a group selection order. 図1に示した装置の動作例を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an operation example of the apparatus illustrated in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

10 3Dプローブ、12 送受信部、16 3Dメモリ(外部メモリ)、20 3D画像形成プロセッサ、22 表示処理部、24 表示部、40 三次元(3D)空間、42 レイ集合、44 レイグループ、48 処理単位。   10 3D probe, 12 transmission / reception unit, 16 3D memory (external memory), 20 3D image forming processor, 22 display processing unit, 24 display unit, 40 three-dimensional (3D) space, 42 ray set, 44 ray group, 48 processing units .

Claims (10)

超音波の送受波により生体内の三次元空間から取得されたデータが格納される外部メモリと、
前記外部メモリから転送されたデータを一時的に格納する内部メモリを有し、その内部メモリ上のデータを参照しながら、前記三次元空間に対して設定される各レイごとに奥行方向に三次元画像形成のためのボクセル演算を繰り返し実行し、これにより三次元画像を形成する演算処理部と、
を含み、
前記演算処理部は、
前記三次元空間に対して複数のレイからなる二次元レイ集合を設定するレイ集合設定部と、
前記二次元レイ集合に対して二次元的に整列した複数の二次元レイグループを設定するレイグループ設定部と、
所定のグループ選択順序に従って前記レイ集合から二次元レイグループを順次選択する過程において、選択された二次元レイグループごとに所定のレイ選択順序に従ってボクセル演算の対象となるレイを順次選択する進行制御部と、
前記選択されたレイ上でのボクセル演算に際して必要となるデータが前記内部メモリに存在していない場合に、当該データを前記外部メモリから取得して前記内部メモリ上に格納する転送制御部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
An external memory for storing data acquired from a three-dimensional space in the living body by transmitting and receiving ultrasonic waves;
Having an internal memory for temporarily storing data transferred from the external memory, and referring to the data on the internal memory, three-dimensionally in the depth direction for each ray set for the three-dimensional space An arithmetic processing unit that repeatedly executes voxel arithmetic for image formation, thereby forming a three-dimensional image,
Including
The arithmetic processing unit includes:
A ray set setting unit for setting a two-dimensional ray set composed of a plurality of rays with respect to the three-dimensional space;
A ray group setting unit that sets a plurality of two-dimensional ray groups that are two-dimensionally aligned with respect to the two- dimensional ray set;
In the process of sequentially selecting a two-dimensional ray group from the ray set in accordance with a predetermined group selection order, a progress control unit that sequentially selects rays to be subjected to voxel calculation according to a predetermined ray selection order for each selected two-dimensional ray group When,
A transfer control unit that obtains the data from the external memory and stores the data in the internal memory when the data required for the voxel operation on the selected ray does not exist in the internal memory;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
超音波の送受波により生体内の三次元空間から取得されたデータが格納される外部メモリと、
前記外部メモリから転送されたデータを一時的に格納する内部メモリを有し、その内部メモリ上のデータを参照しながら、前記三次元空間に対して設定される各レイごとに奥行方向に三次元画像形成のためのボクセル演算を繰り返し実行し、これにより三次元画像を形成する演算処理部と、
を含み、
前記演算処理部は、
前記三次元空間に対して複数のレイからなる二次元レイ集合を設定するレイ集合設定部と、
前記二次元レイ集合に対して二次元的に整列した複数の二次元レイグループを設定するレイグループ設定部と、
前記各二次元レイグループに対して奥行方向に複数の区画を設定することにより、前記二次元レイ集合に対して三次元的に整列した複数の三次元処理単位を設定する処理単位設定部と、
所定のグループ選択順序に従って前記二次元レイ集合から二次元レイグループを順次選択する過程において、選択された二次元レイグループごとに奥行方向に三次元処理単位を順次選択すると共に選択された三次元処理単位内で所定のレイ選択順序に従ってボクセル演算の対象となるレイを順次選択する進行制御部と、
前記選択されたレイ上でのボクセル演算に際して必要となるデータが前記内部メモリに存在していない場合に、当該データを前記外部メモリから取得して前記内部メモリ上に格納する転送制御部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
An external memory for storing data acquired from a three-dimensional space in the living body by transmitting and receiving ultrasonic waves;
Having an internal memory for temporarily storing data transferred from the external memory, and referring to the data on the internal memory, three-dimensionally in the depth direction for each ray set for the three-dimensional space An arithmetic processing unit that repeatedly executes voxel arithmetic for image formation, thereby forming a three-dimensional image,
Including
The arithmetic processing unit includes:
A ray set setting unit for setting a two-dimensional ray set composed of a plurality of rays with respect to the three-dimensional space;
A ray group setting unit that sets a plurality of two-dimensional ray groups that are two-dimensionally aligned with respect to the two- dimensional ray set;
A processing unit setting unit that sets a plurality of three-dimensional processing units that are three-dimensionally aligned with respect to the two-dimensional ray set by setting a plurality of sections in the depth direction for each two-dimensional ray group;
In the process for sequentially selecting a two-dimensional ray group from said two-dimensional ray set according to a predetermined group selection order, the three-dimensional processing selected with sequentially selecting the three-dimensional processing unit in the depth direction for each two-dimensional ray group selected A progress control unit that sequentially selects rays to be subjected to voxel calculation in a unit according to a predetermined ray selection order;
A transfer control unit that obtains the data from the external memory and stores the data in the internal memory when the data required for the voxel operation on the selected ray does not exist in the internal memory;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項1又は2記載の装置において、
前記演算処理部は、更に、
前記選択されたレイ上における各ボクセルのボクセル値をその近傍に存在する複数の近傍データから補間演算により求める補間演算部と、
前記選択されたレイ上における各ボクセルのボクセル値を用いてボクセル演算を実行するボクセル演算部と、
を含むことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus according to claim 1 or 2,
The arithmetic processing unit further includes:
An interpolation calculation unit that obtains a voxel value of each voxel on the selected ray from a plurality of neighboring data existing in the vicinity thereof by interpolation calculation;
A voxel operation unit that performs a voxel operation using a voxel value of each voxel on the selected ray;
An ultrasonic diagnostic apparatus comprising:
請求項1又は2記載の装置において、
前記所定のレイ選択順序は、一筆書きに相当するレイ選択ルートを構成することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus according to claim 1 or 2,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the predetermined ray selection order constitutes a ray selection route corresponding to one stroke.
請求項4記載の装置において、
前記レイ選択ルートは、つづら折り形態、螺旋形態、又は、ペアノ曲線形態を有することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 4.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the ray selection route has a zigzag form, a spiral form, or a Peano curve form.
請求項1又は2記載の装置において、
前記所定のグループ選択順序は、一筆書きに相当するグループ選択ルートを構成することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus according to claim 1 or 2,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the predetermined group selection order constitutes a group selection route corresponding to one stroke.
請求項5記載の装置において、
前記グループ選択ルートは、つづら折り形態、螺旋形態、又は、ペアノ曲線形態を有するうことを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 5.
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the group selection route has a zigzag form, a spiral form, or a Peano curve form.
請求項2記載の装置において、
前記各三次元処理単位は奥行方向に複数のボクセルに相当するサイズを有することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 2.
Ultrasonic diagnostic apparatus wherein the three-dimensional processing unit, characterized in that it has a size equivalent to multiple of voxels in the depth direction.
請求項8記載の装置において、
前記各三次元処理単位は、開始面から停止面まで、奥行方向に複数のボクセルに相当するサイズを有し、
前記各三次元処理単位における各レイごとに前記開始面から前記停止面までボクセル演算が進行することを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 8.
Each of the three-dimensional processing units has a size corresponding to a plurality of voxels in the depth direction from the start surface to the stop surface,
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein a voxel calculation proceeds from the start surface to the stop surface for each ray in each three-dimensional processing unit.
請求項9記載の装置において、
前記各二次元レイグループにおける奥行方向に隣接する2つの三次元処理単位間では、各レイごとにボクセル演算結果が引き継がれることを特徴とする超音波診断装置。
The apparatus of claim 9.
An ultrasonic diagnostic apparatus, wherein a voxel calculation result is inherited for each ray between two three-dimensional processing units adjacent in the depth direction in each two-dimensional ray group.
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