JP2010515495A - 動的情報をグラフィック表現する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、動的な２次元又は３次元対象物からの動的情報をグラフィック表現する方法及びシステムに関する。特に、本発明は、異なる符号の値を有する動的情報を補間する新規な方法に関する。本発明の方法は、動的情報、特にカラードップラ方法で取得されたフローデータのグラフィック表現に役立つ。本発明の方法は、血液等の液体の流れを表現するために使用することができ、従って人間及び動物の診断に役立つ。
【選択図】図３

Description

本発明は、動的な２次元又は３次元対象物からの動的情報をグラフィック表現する方法及びシステムに関する。詳細には、本発明は、符号が異なる値を有する動的情報を補間する新規な方法に関する。

本発明の方法は、特に、動的情報、詳細にはカラードップラ法で得られたフローデータのグラフィック表現に役立つ。本発明の方法は、血液等の液体の流れを表現するために使用でき、従って人間や動物の診断に役立つ。

主に、任意の動的情報を表現することができるが、本発明において、動的情報は、特に、ドップラ超音波検査測定から得られるようなカラーフローデータ等のフローデータを意味する。超音波検査法は、ドップラ測定によって強化することができる。ドップラ測定は、ドップラ効果を使用して、血液等の構造体がプローブに近づいているのか離れているか、及びその相対速度を評価する。特定のサンプルボリューム（例えば、心臓弁を通る血液の噴流）の周波数偏移を計算することによって、血液の噴流の速さと方向を決定し視覚化することができる。これは、特に、心血管の研究と肝臓等の他の臓器の研究に役立つ。

ドップラ超音波検査法は、連続波システムとパルス波システムで使用することができる。しかしながら、連続波ドップラ超音波法は、ビーム内の速度の特定の位置を決定することができず、従ってカラーフロー画像の作成には使用できない。一方、パルス波超音波法は、フロー箇所の深さ又は範囲を測定することができる。カラーフロー画像の場合は、パルス波超音波を使用してドップラ超音波検査用のデータを生成する。

表示のためには、動的情報を様々な色にマッピングするのが便利である。色の色相は方向を表し、輝度又は濃淡は速度の大きさを表わす。通常、２個の逆の流れ方向（正又は負）を表わすために、赤と青等の２個の異なる色又は対比的な色が使用される。一般に、プローブの方に近づく方向の流れには赤色が使用され、プローブから遠ざかる方向の流れには青が使用される。符号が異なる２個の値の間で補間演算が行われる場合、そのような色の補間によって、速度カラーマップから外れた色が生成される場合があり、その結果、紛らわしいカラーフロー情報及びそれに対応する図形（黒又は白の境界線）が生じる。

サンプリングされたボリュームデータとして表現されたカラーフローデータを視覚化するには、値が負で大きい（high negative）フロー領域と値が正で大きい（high positive）フロー領域との間の境界に生じる所謂「エイリアシング効果」を再現することに特に注意しなければならない。そのような境界領域には、通常のトリリニア補間法（tri-linear interpolation method）は適しておらず、その理由は、トリリニア補間法は、境界領域を十分に強調しないからである。パルスが、所定のサンプリング周波数又はパルス繰返し周波数で送信されるとき、明瞭に測定できる最大ドップラ周波数は、パルス繰返し周波数の半分である。測定された血液速度とビーム／フロー角度が組み合わされて得たドップラ周波数値がパルス繰返し周波数の半分より大きくなると、ドップラ信号が曖昧になる。この曖昧さは、エイリアシングとして知られる。従って、先行技術では、エイリアシングを回避するためにパルス繰返し周波数を高める試みが行われてきた。しかしながら、パルス繰返し周波数を高めることにより生じる問題は、低い速度が識別されない場合があることである。従って、エイリアシング効果を回避する他の方法は、異なる補間方法を使用することである。

このために、先行技術は、最小円弧補間（minimum arc interpolation）の使用を提案している。この補間方法及びシステムは、特許文献１に記載されている。この文献は、最小円弧補間の正確なモデリングを教示しており、このモデリングでは、補間のために実行される符号計算がかなり複雑になる。そのような計算は、グラフィクスハードウェア上で効率よく実行するのが極めて困難である。

特許文献１で開示された別の手法は、速度を実数／複素数表現に分離することであり、この実数／複素数表現は、別々に補間され、後で予め計算されたルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して組み合わされる。このサンプリングされたルックアップテーブルは、ＬＵＴをサンプリングするときの低い精度と補間誤差によって数値的アーティファクト（numerical artefacts）の原因となることがある。

特に、三角関数（アークタンジェント２）の場合、通常のバイト値は、十分な精度を提供せず、アーティファクトを生成する。精度を高めることは、最新のＧＰＵ（グラフィック処理装置）においてのみ可能であり、著しい性能低下の原因となる。

先行技術の方法の別の短所は、最小円弧補間を使用すること自体である。入力値の僅かな変化が速度の劇的な変化をもたらす可能性がある。これは、円弧に沿った補間方向が突然変化する場合に生じる。合成によるボリュームレンダリング（ボリューム内の幾つかのスライスが後方から前方又は前方から後方へと組み合わされる）を使用する場合は、そのような突然の方向変化によって、著しいアーティファクト（「灰色化効果（grizzling-effect）」）が生じる可能性がある。

米国特許公開第２００６／００９４９６３号（発明者：Sumanaweeraら）

従って、本発明の目的は、先行技術の短所を少なくともある程度回避する画像描画方法を提供することであった。

この目的は、動的な２次元対象物又は３次元対象物からの動的情報をグラフィック表現する方法によって解決され、この方法は、
（ａ）前記動的対象物からの動的情報を提供するステップと、
（ｂ）動的情報を絶対値と方向値とに分離し、この絶対値と方向値を一以上のバイトの別個のビットにマッピングすることによって、動的情報を符号化するステップと、
（ｃ）絶対値と方向値を別々に補間して２個の別個の値を提供するステップと、
（ｄ）ステップ（ｃ）で得た２個の別個の値を組み合わせるステップと、
（ｅ）ステップ（ｄ）で得た組み合わせ値を表現するステップとを含む。

本発明は、更に、動的情報を提供する超音波システムと、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）と表示装置を備えた画像処理サブシステムとを有するシステムに関し、この画像処理サブシステムは、本発明の方法を実行するようにプログラムされている。本発明は、更に、コンピュータ可用媒体又は本発明のシステムに記憶され、本発明の方法を実行することができるソフトウェアコード部分を含む、動的情報を表現するためのコンピュータプログラム製品に関する。

本発明は、任意の種類の動的情報、詳細には速度情報、例えばフローデータ、特にドップラ超音波検査から得られたようなカラーフローデータを視覚化するために使用することができる。

本発明の主たる一用途は、血流の分析から得られたカラーフローデータの表現である。人間の心臓の血流を正確に表現することは、心臓機能を調べるのに極めて有用である。また、本発明の補間方法と共にドップラ超音波検査を使用することにより、心臓の他に、静脈、動脈、臍帯等の他の臓器内の血液の流れをグラフィック表現することができる。

しかしながら、本発明の補間方法は、ドップラ超音波検査法だけに限定されず、前述の曖昧さとエイリアシング効果が起こる可能性のある任意のデータセットに使用することができる。データは、例えば適切な超音波プローブによって又はオフラインソースから得ることができる。本発明は、特に、ハードウェア加速型の描写システム（ＧＰＵ（グラフィック処理装置））に適するが、標準ＣＰＵ上で動作するソフトウェアベースの再現及び描写にも適している。

本発明の方法は、視覚的に満足できる画像を生成し、この画像のグラフィックスはユーザに分かりやすく、ＧＰＵ上で極めて効率的に実施することができる。更に、本発明は、メモリ消費量が限界に近いシステムで使用できる極めてコンパクトなデータ表現を可能にするという利点を有する。

特に、本発明は、先行技術で使用されているような複雑でメモリを消費する最小円弧補間を回避し、代わりに絶対速度値については単純なトリリニア補間を使用することを可能にする。これは、絶対速度値と方向値を別々に補間して２個の別個の値を求め、その後でこれらの値を組み合わせて符号付き（プラス又はマイナス）速度値を求めることによって可能にされる。

本発明の方法は、幾つかの方法で実行することができる。例えば、特定の一実施形態では、動的情報は単一バイトで符号化され、この場合、メモリ消費が少ないという利点がある。この実施形態では、速度方向を示す符号は、８ビットのうちの最小桁ビット（通常、最小桁ビットは最下位ビットである）にマッピングされ、絶対速度値は、残りの上位ビットにマッピングされる。従って、符号化は、ルックアップテーブルを必要としない単純なビット演算である。

この発明者は、驚くべきことに、符号を最下位ビットで符号化し、それより上位の他のビット（特に７ビット）を速度値に使用することが有利であることを発見した。この表現は、例えば、次の式で線形補間できる。

ｙ＝ｔ＊Ｖ１＋（１−ｔ）＊Ｖ２

式中、ｔは補間係数であり、Ｖ１とＶ２は２個のバイトを表わす。この場合、Ｖ１とＶ２内の最下位ビット（方向又は符号）は大きな影響を持たない。上位７ビットが絶対値を表わすので、その値には直線補間が適している。表現（ＬＵＴ）のために、方向を（正又は負）決定しなければならない。直線補間は方向ビットを「薄める」ので、補間をもう一度行わなければならない。このために、最近傍補間（nearest neighbour interpolation ）が使用される。これは、Ｖ１及びＶ２と補間係数ｔの場合に、ｔがＶ１に近いかＶ２に近いかによって、Ｖ１又はＶ２が使用されることを意味する。ｔが０．５未満の場合にはＶ１が使用され、０．５以上の場合にはＶ２が使用される。直線補間と対照的に、Ｖ１又はＶ２が選択されるが、これらの間には値がない。これは、この値から、方向ビット（最下位ビット）を抽出できることを意味する。２個の別々に補間された値から最終結果を組み合わせることができる。これらの値は、直線補間されたＶ１／Ｖ２（絶対値）からの上位７ビットと、最近傍補間されたＶ１／Ｖ２の最下位ビットからの符号である。

先行技術により色が１バイトで符号化された場合、通常、負方向と正方向間の補間によってゼロ交差が起こるので、３次元テクスチャマッピングを使用して値にアクセスするときに単純なトリリニア補間を使用することは不利である。このゼロ交差は、図２（Ａ）に示したグラフィック表現で示される。

本発明は、所定の動的情報値の符号値を１ビットで符号化し、絶対速度値をマッピングするために他の７ビットを使用し、このデータに２回アクセスする（最初は、絶対速度を求めるためにトリリニア補間を使用し、２回目は、方向値を補間するために使用する）ことによりこの問題を回避する。本発明が実施されるシステムに応じて、個別の補間ステップを同時に実行することもでき、連続的に実行することもできる。方向値は、最近傍フィルタリングによって補間される。既に前に述べたように、Ｖ１とＶ２の符号が異なる場合はいずれか一方の符号だけが使用されるので、符号値は最近傍フィルタリングによって導出されなければならない。

最終的に、２個の値が組み合わされて、１個の符号付きの値となる。このために、直接的手法を使用してもよく（例えば、マスキングアウト）、ルックアップテーブルを使用してもよい。直接ビット操作の場合、２個の値の組み合わせは容易である。ＧＰＵで実施する場合、このステップはもっと困難である。しかしながら、この場合、ルックアップテーブル手法、即ち、予め計算された全ての組み合わせを含み、ビット演算を省くことを可能にする２次元テーブルを使用することができる。

また、予め計算された２次元ルックアップテーブルを使用する代替の組み合わせ形態を使用することができる。最下位ビットが符号（即ち、方向）を有し上位７ビットが絶対値を符号化するように色が符号化されたとき、グラフィックハードウェアを使用して滑らかな色遷移を得ることができる。好ましくは、絶対値（方向）は、複数の方向の内の一方向の反転を含む最大の負方向と正方向について、ＯｘＦｅ（＝＝２５４）に対応していなければならない。次に、ＧＰＵは、補間された色値の上位７ビットを取得し、符号（方向）は、最近傍フィルタ通過後のテクスチャ（nearest filtered texture）の最下位ビットに応じて選択される。

３次元色データボリュームからスカラボリュームを抽出するために２個のテクスチャステージが使用されることが好ましい。それらのステージは、入力として同じ３次元ボリュームを有するが、ステージ０は、線形フィルタリング（トリリニア補間）を使用し、ステージ１は、（所定のルックアップ位置に最も近いボクセルを選択する）最近傍フィルタリングを使用する。

次に、シェーダー（shader）（ＧＰＵフラグメントプログラム）は、ステージ０からの補間値を使用して、最下位ビットをマスクすることによって絶対速度（符号なし）を決定する。この補間は機能する。何故なら、最下位ビット（符号を含む）は補間結果に大きく寄与せず、従って補間時にそれを維持できるためである。

最近傍フィルタリングを使用して得られた（従って補間されていない）ステージ１からの値を使用して、適切な符号（方向）値を抽出することができる。

最後に、２個の値が組み合わされて符号付き補間速度値にされ、この符号付き補間速度値は、フレームバッファに書き込むこともでき、或いは、カラールックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して更に処理することもできる。このＬＵＴは、通常、正方向をある色にマッピングし、負方向を別の色にマッピングし（通常は、正を赤、負を青）、従って、これは、新しい速度値を使用してサンプリングすることができる単純な１次元ＬＵＴである。これは、アルファブレンディング合成を使用してボリュームを描写するときに好ましい形態である。

前述の方法により、色部分を描写するときに最大色速度投射（maximum color velocity
projection）を行うことができる。何故なら、必要なことは、新しい速度値をフレームバッファに書き込むときに最大演算（maximum operation）を使用することだけであるからである。そのような動作は、前述したと同じ効果を使用する。即ち、最下位ビット（符号を含む）は補間結果に大きく寄与しないので、最大演算子（maximum operator）を使用することにより、上位７ビットで表わされるような最大値が選択される。

最終描写ステップでは、全てのスライスが組み合わされたとき、得られた速度は、１次元ルックアップテーブルを使用することによって、色値（例えば、赤と青）を表示するためにマッピングされる。

符号と絶対値を組み合わせることは、ＧＰＵ上で実施する場合、扱い難い動作になる可能性があるので（ＧＰＵは、通常、固定又は浮動小数点データに基づいて動作するので、ビット演算の直接支援がない）、本発明は、別の組み合わせ方法も提案する。

output = sign ? (absVal|Oxl) : absVal;

上式のように符号付きの値を最初に計算し、次いでこの値を使用して１次元カラーマッピングＬＵＴにアクセスして速度を画面色にマッピングする代わりに、本発明の方法は、２次元カラーＬＵＴを使用するように変形されてもよい。この場合、２個のテクスチャステージの結果（絶対値と符号値）が、前処理ステップで生成された２次元ＬＵＴ内への指標として使用される。

本発明の別の好ましい実施形態では、動的情報は、単一バイトではなく代わりに２バイトで符号化される。これによりメモリ消費量が２倍になり、従って、このボリュームを２チャネルボリュームテクスチャ（例えば、Ｏｐｅｎ ＧＬ又はＤｉｒｅｃｔＸにおけるいわゆる輝度−アルファ（Luminance-ALPHA）形式）として記憶することができる。第１の好ましい実施形態と同じように、この場合も絶対値と符号値への単純な分離が実行される。これにより、先行技術で述べられているような複雑な実数／虚数変換が回避される。符号付き速度値は１バイトで与えられ、元の速度値の絶対値だけが記憶される第２のバイトが追加される。これらの２個のバイトは、メモリ内に交互に記憶されることが好ましい。ＧＰＵを利用する実施態様の場合、輝度−アルファ等の２成分の符号なしバイト形式が好ましい。また、タービュランスやｂモード等の追加チャンネルを間に挟むこともできる。

次に、このデータセットから２個の補間値を抽出するには、単一のトリリニア補間ルックアップを使用するだけでよい。新しい第２のチャネルは、補間された絶対速度ｖ＿ａｂｓを与えるが（第１の実施形態と同じように）、このバイト内に符号ビットを保持しなくてもよいので、全８ビットの精度が維持される。

適切な符号の選択は、第１のバイト（元の−方向／＋方向の速度値）に基づいて行われる。補間値が正方向を有するか負方向を有するかを判別するための単純な確認が行われ、この符号は、ｖ＿ａｂｓの値（補間された絶対値）に適用される。図５は、このプロセスの概略図である。

このように、より早い速度を有するサンプル点ほど方向への影響が大きい。

この演算は、極めて単純な比較演算であり、ほぼ全てのＧＰＵ上で実行することができる。符号付き速度が、１次元カラーマッピングＬＵＴを索引付けするために使用される場合は、第１の実施形態で提案された２次元ＬＵＴ機構を利用することもできる。このように、２次元指標は、補間された絶対速度と補間された符号付き速度から成る。

前述の第２の実施形態によれば、画像の品質が高まる。何故なら、先行技術の米国特許公開第２００６／００９４９６３号による方法によって生成されたような補間テクセルと非補間テクセルの混合ではなく、補間された値に基づいて全てのものが離間されるためである。変形された符号／値マッピングは滑らかであり、これは、速度の僅かな変化で色が大きく変化することがないことを意味している。これは、図２（Ｃ２）に示される（第１の実施形態を使用する図２（Ｃ１）と比較）。

第１と第２の実施形態による両方法は、ＧＰＵ自体でも実現することができる幾分単純な符号化機構を使用する。殆どのＧＰＵは、一体化メモリモデルに基づくので、シェーダーは、速度変換のために適用され、いわゆるテクスチャードブリット（textured blit）を実行することができる。このように、作業負荷をＧＰＵに移すことによって、貴重なＣＰＵパワーの消費が減少する。

データが１バイト表現から２バイト表現に２倍にされる本発明の第２の実施形態の補間方法では、元データだけが転送されるので、システムメモリからＧＰＵメモリへの転送の帯域幅を狭くできる。

両方の方法では、詰め込まれた（packed）符号値又は２バイトの符号値への速度データの符号化は、極めて単純な演算であり、それにより高性能で実施することができる。先行技術と対照的に、変換の際にルックアップテーブルや複雑な三角法演算は不要である。本発明による変換は、単純なプロセッサ命令（比較とビット交換）で実行することができる。この変換の変形例は、ＧＰＵ上で変換を行うことである。

更に、提案された補間方法は、音響的表現（生データ）からデカルトデータセットを再現するために使用することもできる。この再現の際に、速度の補間スキームが必要とされる。

この場合も、前述の２個の実施形態を使用することができる。単一バイト表現を使用する第１の実施形態の主な利点は、８個の近傍ボクセルをフェッチしそれらを組み合わせて１個のスカラ値にするカラーフロー補間の最も性能的に重要な部分を処理するためにグラフィックカードのトリリニア補間ユニットを利用できるようにカラーフローデータが再配列され及び／又は変形されることである。次に、このトリリニア補間された値を使用することによって、極めて単純なシェーダーを使用して方向だけでなくフロー値を抽出することができる。或いは、この演算をカラーＬＵＴに組み込むこともできる。また、提案された方法は、例えば使用可能な高速トリリニアルックアップエンジンが既にある場合、純粋にＣＰＵベースの手法に有効である。別の利点は、この方法のメモリ消費量が極めて少ないことであり、このことは、モバイル装置やラップトップに使用されたＧＰＵ等、ローエンドシステム又はメモリ量が限られたシステムに有利である。

符号値マッピングを使用する第２の実施形態による方法の利点は、例えば流れの僅かな変化によって視覚化の大きな変化が起こる状況がないので、補間が全体的に滑らかなことである。先行技術と比較すると、三角法マッピングを用いる分割による数値的問題や、高い数値精度とサイズを有するルックアップテーブルによる性能上の問題がない。更に、符号付き速度の組み合わせが極めて単純なので、追加のルックアップテーブルを必要とすることなくＧＰＵ上で本発明の方法を効率的に実施することができる。

本発明の別の実施形態によれば、提案された補間方法は、カラーフローデータのフィルタリング（低域通過、ノイズ低減．．．）に使用することもできる。カラーフローデータ（符号付きの動的情報）を、標準的な直線補間を使用して補間できるデータ形式に変換することにより、生データ又は再現データにフィルタリング方法を適用することができる。元のカラーフローデータは、最初に符号／値形式に変換され、次に、１バイト符号／値表現が選択されたか２バイト符号／値表現が選択されたかにより、標準的なフィルタインプリメンテーションを一方又は両方のチャネル上で実行することができる。フィルタリングの後で、結果は、元のカラーフロー形式に戻されてもよく、１バイト形式又は２バイト形式の符号／値表現で更に処理されてもよい。

特別な一変形例は２バイト符号／値表現に適用される。殆どの用途では、絶対速度を含むチャネルをフィルタリングするだけで十分であり、この場合、符号チャネルはフィルタリングされないままとなる。この結果、僅かに異なる画像が得られ、その利点は、２チャネルではなく１チャネルだけをフィルタリングすることである（例えば、計算時間が短い）。

本発明のそのような実施形態により、カラーフローデータを元の形で使用し、ノイズ低減フィルタ（例えば、畳み込みガウス平滑フィルタ）を適用し、データを元の形に戻し、最小円弧法を使用することによってデータを再現又は補間することができる。カラーフロー超音波の場合、ボリュームデータの高周波を除去することが重要であり、従って、優れた画質を達成するには適切なフィルタリングステップが必須である。提案された符号／値（２チャネル）表現では、周知の標準的なフィルタ技術を全て使用することができる。そのようなフィルタリングは、３次元データ、２次元データ又は１次元データ（例えば、未処理の超音波ビーム）に使用することができる。

全ての実施形態において提案された本発明の方法は、本質的には、実時間超音波画像化に適している。速度データ（カラーフロー）を取得する超音波プローブを備えた超音波システムを実現することができる。或いは、後でレビューするために記憶された取得データを使用することができる（プローブのないオフラインレビューシステム等）。更に、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）と表示装置を含む画像処理サブシステムが存在する。代替として、全ての処理がＣＰＵ上で行われる画像処理サブシステムを使用することができる。

この例では、速度データは、３次元データセットとして提供される。次に、このデータは、ＣＰＵ又はＧＰＵ上で２個の表現の一方に変換される。ＣＰＵ処理の場合、変換された３次元データセットは、次にＧＰＵに転送される。結果を視覚化するために、ＧＰＵは、この入力データを使用して一個以上のスライスを抽出する（描写する）。このステップは、任意の空間位置における入力データの再サンプリングを必要とするので、２個の補間方法の一方を使用して符号付き速度値を計算することができる。従って、３次元データの場合、ＧＰＵ又はＣＰＵは、８個の近傍ボクセルデータサンプルをフェッチして補間を実行する。次に、この補間された結果は、表示カラールックアップテーブルの入力として使用されるか、更に例えば最大速度投射を実行するために処理される。本発明は、特に３次元データに適するが、例えば単一スライスだけを取得する場合には２次元画像にも適用できることに注意されたい。

本発明は、次に、以下の図面と例により詳しく説明される。

（Ａ）〜（Ｃ）は、３種の補間手法の違いを示す図である。（Ａ）は通常の直線補間を示し、（Ｂ）は最小円弧補間を示し、（Ｃ）は本発明による符号／値マッピングを示す。 ４種の異なる補間方法を表わす４個の異なるグラフである。（Ａ）は、２個の値ＡとＢ間の通常のトリリニア補間を示す。（Ｂ）は、最小円弧補間を示す。 （Ｃ１）と（Ｃ２）は、本発明の第１と第２の実施形態による２個の補間グラフを示す。 ビット演算を使用して符号と絶対値を組み合わせる流れ図である。 前処理ステップで生成された２次元ルックアップテーブルを使用して符号と絶対値を組み合わせる流れ図である。 ２チャネル３次元データセットからの補間された絶対速度と補間された符号速度を使用して符号と絶対値を組み合わせる流れ図である。 本発明の補間方法を使用してドップラ法によって表現された人間の心臓内の血流の領域の概略図である。

図１において、３画像（Ａ）〜（Ｃ）は、種々の補間法の違いを示す。何れの場合も、ＡとＢの間の領域が補間される。２個の値Ａ及びＢは、高い値で且つ反対の方向（例えば、反対符号）を有する。反対の方向は、異なる色、即ち正方向の赤と負方向の青によって示される。徐々に変化する濃さは、絶対速度値を示す。図１（Ａ）に示したような標準テクスチャフィルタリングを使用する通常の補間では、補間によってゼロ交差領域が生じる。正のＡの値は、ゼロに達するまで減少し、次に再びＢの値まで増大する。短所は、そのような結果がグラフィック表現されるときに、ゼロ交差線が、図形のカラースキーム（colour scheme）に含まれない色（即ち、白線又は黒線）になり、このため、画像がユーザにとって分かりにくくなる。

図１（Ｂ）に示したような最小円弧補間では、図示の様に値ＡとＢが円形に配置されている場合、ＡからＢに向かう最小距離に沿ったものとなる。従って、Ａの値は、濃さが最大になるまで増大し、次に符号が逆になり、次に最も高い青値からＢの値まで変化する。

最後に、図１（Ｃ）は、本発明の符号／値マッピング補間を示す。左側には、２個の値Ａ及びＢが、灰色の濃淡のついた枠内に示され、これらの値は、符号に関係なくそれぞれの輝度に応じた位置に配置される。右側の枠内には、値Ａ及びＢが、赤又は青として示された方向（正又は負）に従って配置される。補間は別々に実行される。最小円弧補間と対照的に、いずれの値の大きさも、Ａ又はＢの実際値を下回ったり、上回ったりすることはない。方向（符号）の変化は、最近傍フィルタリング（nearest neighbour filtering）によって決定され、従って方向転換点は、常に｜ＡＢ｜領域の中間にある。

図２は、図１に示したような様々な補間方法を表す数学的グラフを示す。図２（Ａ）と図２（Ｂ）は、通常補間と最小円弧補間を示し、図２（Ｃ１）と図２（Ｃ２）は、本発明による補間を示し、図２（Ｃ１）は、第１の実施形態による補間を示し、図２（Ｃ２）は、第２の実施形態による補間を示す。図２（Ｃ１）に示した第１の実施形態では、符号は、最近傍フィルタリングによって決定され、即ち、一方向から他方向への交差は、絶対値ＡとＢの間で生じる。従って、交差は、常にｔ＝０．５で生じる。図２（Ｃ２）では、符号は、線形補間される。この場合、値Ａは、値Ｂより大きく、その結果、符号に及ぼす作用が大きい。従って、正と負の間の交差は、Ａの絶対値がＢの絶対値より小さくなる点で起こる。

図３は、ビット演算を使用して符号と絶対値を組み合わせる流れ図を示す。ステップ１０で、３次元速度データを得ると共に、１バイトで符号化する。この符号化は、各データ点の絶対値と符号値を分割し、符号値を１ビットで符号化し、絶対値を他の７ビットを使って符号化することによって行われる。次に、ステップ１２及び１４に示したように２個の演算が実行される。ステップ１２で、絶対値が、トリリニア補間を使用して補間される。ステップ１４で、符号値が、最近傍補間（nearest neighbour interpolation）を使用して補間される。２個の値、即ちボックス１６内の２個の別々のボックスとして示された絶対速度値と符号値が得られる。次に、２個の値が組み合わされて合成補間出力値が提供され、次にこの補間出力値は合成のために使用される（ステップ１８で）。

図４は、絶対値と符号値について２個の別々の補間値を組み合わせるために、組み合わせ２次元ルックアップテーブルが使用されることを除き、本質的に同じプロセスの流れ図を示す。

図５は、本発明の方法の第２の実施形態を表わす流れ図を示し、３次元速度データは、２バイト（符号値用の１バイトと絶対値用の１バイト）で符号化される。これは、ボックス２０に示される。ボックス２２で、符号値と関係なくトリリニア補間が実行される。符号値は、ステップ２６でのみ考慮される。符号が正の場合は、トリリニア補間によって得られる出力値は正値として与えられ、符号が負の場合は、補間値に負の符号が与えられる。ステップ２８は、図３と図４のステップ１８に対応する。

図６は、ドップラ超音波検査によって生成されたカラーフロー画像の概略図を示す。図６Ａは、米国特許公開第２００６／００９４９６３号において
Sumanaweera らによって開示されたような先行技術の最小円弧補間を使用して値を補間した場合の画像の概略図を示す。異なる色は、濃淡の異なる領域によって表現されている。黒い太線は心臓弁を表わし、斜線領域は、この心臓弁を通る血流を表わす。図６Ａから既に分かるように、血液の噴流の中心に、全体として黄色の領域内にシアン色領域の独立した島状領域がある。黄色とシアンと間の交差部で符号が反転している。従って、黄色と赤でマークされた血流は、シアン又は青でマークされた血流と逆方向に流れている。図６Ｂに示した中央領域の拡大図は、シアン色の島状領域の周囲の拡大図であり、二重に斜線付けされた領域がある。これは、いわゆる灰色化効果が起こる領域を表わす。即ち、補間誤差のために、互いに隣り合った異なる色（例えば、黄色とシアン）の極めて小さな領域がある。この領域は、通常は細長い領域の形であり、肉眼では線のように見える。これは、流れの方向に曖昧さがあることを意味する。本発明による補間方法が使用されるとき、図６Ｃに示した同じ拡大領域には灰色化効果がなくなる。その代わりに、黄色領域とシアン領域が明確に画定されている。

Claims (15)

1. 動的な２次元又は３次元対象物からの動的情報をグラフィック表現する方法であって、
   （ａ）前記動的対象物からの動的情報を提供するステップと、
   （ｂ）動的情報を絶対値と方向値とに分離し、絶対値と方向値を一以上のバイトの別々のビットにマッピングすることによって符号化するステップと、
   （ｃ）絶対値と方向値を別々に補間して２個の個別の値を求めるステップと、
   （ｄ）ステップ（ｃ）で得た２個の個別の値を組み合わせるステップと、
   （ｅ）ステップ（ｄ）で得た組み合わせ値を表現するステップとを含む方法。
2. ステップ（ｄ）において、２個の個別の値を組み合わせるために直接手法又はルックアップテーブルが使用される、請求項１に記載の方法。
3. ステップ（ｂ）において、絶対値に対しトリリニア補間が使用される、請求項１又は２に記載の方法。
4. ステップ（ｂ）において、方向値を補間するために最近傍フィルタリングが使用される、請求項１、２又は３に記載の方法。
5. 動的情報は、方向値をマッピングするために１ビットを使用して単一バイトで符号化される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 方向値は、最下位ビットにマッピングされる、請求項５に記載の方法。
7. 前記絶対値と前記方向値は、各々の値に１バイトを使用して２バイトにマッピングされる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
8. ステップ（ｃ）で使用されるルックアップテーブルは、正方向値を第１の色にマッピングし、負方向値を第２の色にマッピングする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 動的情報は、３次元対象物から導き出される、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 動的情報は、速度情報である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 方法は、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）を使用して実行される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
12. ステップ（ｄ）から得た組み合わせ補間値は、極座標プロット、２次元画像、又は３次元画像として表現される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記符号付き動的情報は、前記動的情報を標準直線補間を使用して補間することができるデータ形式に変換し、生データ又は再現データにフィルタリング法を適用することによりフィルタリングされる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
14. 動的な２次元又は３次元対象物からの動的情報をグラフィック表現するシステムであって、動的情報を提供する超音波システムと、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）と表示装置を備えた画像処理サブシステムとを有し、画像処理サブシステムは、請求項１〜１０のいずれか１項の方法を実行するようにプログラムされたシステム。
15. コンピュータ可読媒体又は請求項１３に記載のシステムに記憶され、請求項１〜１２のいずれか１項の方法を実行することができるソフトウェアコード部分を有する、動的情報をグラフィック表現するためのコンピュータソフトウェア製品。

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