JPH0437465B2

JPH0437465B2 -

Info

Publication number: JPH0437465B2
Application number: JP61192213A
Authority: JP
Inventors: Erisu Kurain Haabei; Rudoku Sheguwaruto; Edowaado Rorensen Uiriamu
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1985-08-28
Filing date: 1986-08-19
Publication date: 1992-06-19
Also published as: DE3689399T2; EP0216156B1; EP0216156A2; DE3689399D1; US4719585A; JPS6297074A; EP0216156A3

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景この発明は全般的に面情報を表示する装置と方
法に関する。表示される面の像は、典型的には、
その何れも３次元の容積内の種々の位置に於ける
１種類又は更に多くの物理的な性質を表わすデー
タの３次元配列を発生することが出来る様な、計
算機式断層写真（CT）Ｘ線装置又は磁気共鳴
（MR）作像装置によつて検査される密実な物体
の内部領域内にあるのが典型的である。更に詳し
く云うと、この発明は、身体の内部構造の表示が
得られる様な医学用の像を表示する為の装置と方
法に関する。この発明を実施することによつて発
生される像は、医者、Ｘ線技師及びその他の医療
の実務家が検査する為の３次元データを提供す
る。

普通のＸ線装置では、骨と軟らかい組織の異な
る吸収特性に基づいて、２次元の陰影像が作られ
る。最近の10年間程度の間に開発された計算機式
断層写真装置により、診断の道具として、従来の
Ｘ線装置に比べて著しい改良がなされた。この所
謂CT装置はＸ線を基本としており、最初は、身
体、物体又は検査される患者の横方向のスライス
を描く２次元の単独の図を発生する為に使われて
いた。その後、多数の隣接するスライスに対する
データを発生すると共に、種々の内部器官の３次
元表示を描き出すＸ線技師の推論能力を利用し
て、CT走査データから３次元情報が取出された。
この発明の１実施例では、この様な一連の隣接し
たCT走査によつて発生されたデータの３次元配
列から、陰影並びに輪郭をつけた３次元像が発生
される。同様に、一層新しいMR作像技術も、身
体の内部器官の物理的な性質を表わすデータの３
次元配列を発生することが出来る。更に、MR装
置は、単に骨と軟らかい組織だけでなく、種々の
組織を一層良く弁別することが出来る。MR作像
装置は、単に像データだけでなく、生理学的なデ
ータを発生することも出来る。然し、MR装置を
用いてもCT装置を用いても、データは単に一連
のスライスとしてしか利用することが出来ず、真
の３次元像を発生する装置は一般的に利用するこ
とが出来なかつた。

この発明では、CT走査装置又はMR作像装置
の何れかによつて発生された３次元データを複数
個の方法で表示並びに解析して、見る者の選択に
よつて選ぶことが出来る多数の解剖学的な特徴を
表示スクリーン又はその他の装置に発生すること
が出来る。この発明の装置と方法では、３次元像
を発生するのに使われるデータは、典型的には１
回だけ収集され、その後、情報を発生し且つ見る
者の選択によつて表示する為に、繰返して使われ
る。見る者は、１つ又は更に多くの閾値を選択す
る権利を持つ。こいう閾値が、例えば脳の表面の
組織ではなく、骨の表面を表示するかどうかを決
定する。見る者又はこの発明の装置のオペレータ
は、適当な視角をも選択することが出来、任意の
所望の平面の断面図を得る為に、発生されたデー
タのセグメントを選択的に任意に無視することが
出来る。更に、視角が選択可能であり、一連の像
を発生して、それらを逐次的に表示し、医療の実
務家に、任意の所望の視角で、真に３次元の形
で、密実な面の内部の図を提供することが出来、
更に任意の平面又はスライスの図を構成すること
が出来る。更に、多くの目的にとつて、単に１組
のMR又はCT走査のスライス・データの配列か
ら、殆んど無限に多様な意味のある像を作ること
が出来ることを指摘しておきたい。然し、医学的
な検査の目的が、時間の関数として内部の解剖学
的な変化を検討することであれば、時間によつて
割出される様な一連の３次元データ配列を発生す
ることに意味がある。この発明の装置並びに方法
は、医療の実務家、特に外科医に、完全に非侵入
形の診断方法を用いて、複雑で詳細な外科手順を
計画することが出来る様にする。この発明によつ
て発生される像は、真実に劇的であると云う他は
なく、計算機式軸断層写真法並びに磁気共鳴作像
と同じ位に重要な、医療用作像技術の改良として
のあらゆる証拠を備えている。

この発明の装置と方法は、Ｘ線断層写真及び磁
気共鳴作像データの解析と表示に最大の効果があ
ることは疑いがないが、この発明の装置は、超音
波、ポジトロン放出断層写真法、ECT及びMMI
を用いる装置にも同じ様に用いることが出来る。
更に、この発明は医学的な像を構成するのに特に
用いられるが、この発明の装置と方法が、密実な
物体内の各点に関係する少なくとも１種類の物理
的な性質の値を表わす信号パターンが存在する様
な３次元データ配列を発生し得るあらゆる装置に
対し、内部の３次元の面構造を表示する為に用い
ることが出来ることを指摘しておく。

この発明の特別の利点は、実時間で対話形の機
能を果たす手段を医療の実務家に提供することが
出来ることである。対話形で使うことが出来ない
装置は、特に難しい手順を計画している外科医の
場合、人間が装置と最適の対話をする為には、実
時間の表示方式が必要であるから、著しい欠点が
ある。例えば、移植外科では、移植物を受入れる
べき身体の空所の精密な形又は寸法を前もつて確
認する場合が困難である場合が多い。これは、移
植物が人間の組織であるか機械的な装置であるか
に関係なくそうである。従つて、外科医にとつて
は、侵入形の手順をとる前に、問題の空所を３次
元の形でスクリーンに表示することが出来ると共
に、それを回転して任意にその断面を見ることが
出来ることが非常に重要であることが判る。この
様な医療の実務家にとつては、発生される像が鮮
明であつてコントラストが良いことも重要であ
る。発生される像は、それが可能である時には、
面の生地をも示すべきである。

陰極線管（CRT）スクリーン上に３次元のグ
ラフイツク像を表示することは、主に計算機支援
設計（CAD）及び計算機支援製造（CAM）の目
標並びにその方向に沿つて進められてきた。密実
な物体を表示すると共に、種々の形で像を操作し
て、製造される部品に対する立体のモデルを作る
と共に、これらの部品を回転して多数の方向から
見る為の装置が開発されている。特に、基本的に
２つの形式のデータを受入れるCAD／CAM装置
が開発されている。ワイヤ・フレーム表示形式で
は、線分の終点を表わす３次元の点の順序又はリ
ストが表示処理装置に供給される。これらの線分
を結んで、種々の面構造を表わす。こいうワイ
ヤ・フレーム像の利点は、種々の軸線の周りに像
を速やかに回転させて、異なる像を求めることが
出来ることである。他方の形式、即ちラスター形
式では、スクリーン又はその他の表示装置に、
個々の画素の集まりとして像が発生され、画素の
強度及び色が表示される像を決定する。ラスター
形式では、典型的には電子ビームが水平線に沿つ
て発光スクリーンを走査し、これらの水平線がス
クリーン上で逐次的に「塗られる」。この発明の
装置と方法は、所謂ベクトル方法よりもこのラス
ター形式並びにその表示に一層近い。ベクトル／
多角形方式は、1985年６月５日に出願された係属
中の米国特許出願通し番号第741390号及び同第
741391号（特開昭62−37782号）に記載されてお
り、これは特に面の細部を表わす点で正確であ
る。これら二つの米国特許出願では、多角形の分
解能が、一般的には像を表示するスクリーンの分
解能と関係を持たない。然し、この発明の特別の
利点は、部分に分割することと補間により、スク
リーンの分解能に一層良く合う様な分解能を持つ
て３−Ｄ像を発生することが出来ることである。
この分解能は典型的には１インチ当りのドツト又
は画素で測定される。この代りに、スクリーンの
分解能はドツト・ピツチで表わすことが出来、典
型的な分解能の高いスクリーンのドツト・ピツチ
は、現在の装置では、約0.3ドツト／mmである。
ラスター形式は、ワイヤ・フレーム像とは対照的
に、人間の目が知覚する像と一層密接な関係を持
つ像を表示するのに特に役に立つ。

３次元像を表示する分野の関連した研究がゲー
バ・ハーマンによつて行なわれており、彼は各々
の隣合う容積要素を解析し、離散的な０及び１の
値に量子化する方法を用いた。面の近似は立方体
の面を考えることによつてだけなされており、量
子化工程を用いる為に、面の法線の情報は部分的
にしか再生することが出来ない。この結果、この
方法は分解能の低い像を生ずる。

フエーニクス・データ・システムズ社のミーハ
は、３次元データ配列を８個の領域に分割し、
個々の容積要素が形成されるまで、各々の領域を
更に分割するオクトリー符号化方法を用いた。面
を持つていない領域は分割しない。然し、この方
法は特殊用ハードウエアを必要とする。像ははつ
きりしているが、個々の容積要素は、骨の様な滑
らかな組織で観察されない様な、量子化による人
為効果を生ずる。３次元データを表示する他の方
法が、例えば米国特許第4475104号に記載されて
いる。この米国特許は、適当な陰影値を発生する
機構の一部分として、別の3D情報を発生する奥
行きバツフアを用いた３次元表示装置を開示して
いる様に思われる。

従つて、この発明の目的は、３次元情報を表示
する装置と方法を提供することである。

この発明の別の目的は、CT走査器、超音波装
置、MR作像装置、並びに検査する物体内の１種
類又は更に多くの物理的な性質を表わす３次元デ
ータを発生することが出来る他の全ての装置に関
連して使う為の表示装置を提供することである。

この発明の別の目的は、対話形で使うことが出
来ると同時に、品質の高い像を発生して、生地、
陰影又はその他の可視的な鍵を利用者に提供する
様な医学的な像に対するグラフイツク装置を提供
することである。

この発明の別の目的は、現在のCAD／CAM装
置と両立性を持つ３次元グラフイツク表示装置を
提供することである。

この発明の別の目的は、３次元のラスター形式
の情報を発生し且つ表示することである。

この発明の別の目的は、面を表示する為に、３
次元データ配列にある情報を最大にすることであ
る。

この発明の別の目的は、普通の電子回路のハー
ドウエア、特にCAD／CAM装置に使われている
ハードウエアで容易に製造することが出来る装置
と方法を提供することである。

この発明の別の目的は、医療の実務家に、侵入
形の措置をとる前に、外科手順をグラフで模倣す
ることが出来る様にすることである。

更にこの発明の目的は、１組の包括的なデータ
から、複数個の３次元の面の図を提供することで
ある。

最後に、これに限らないが、この発明の目的
は、特定の視角並びに断面を見る為の平面を利用
者が対話形で選択することが出来る様な形で、内
部の面構造の３次元像を表示する装置と方法を提
供することである。

発明の要約この発明の好ましい実施例では、３次元の面構
造を表示する装置が、３次元の物体内の容積要素
を限定する規則的に相隔たる格子位置に於ける３
次元の物体に関係を持つ少なくとも１種類の物理
的な性質の値を表わす３次元信号パターンを貯蔵
する手段を有する。更に装置が、立方体として隣
合う８個の格子位置の各組に関係を持つ32個の３
次元信号パターンの値を検索する手段を含む。こ
の中には、立方体の８個の頂点に隣合う24個の別
の格子位置が含まれており、立方体の各々の頂点
は３つの別の格子位置と関係を持つ。この明細書
で云う「立方体として隣合う」と云う言葉は、立
方体、又は更に一般的に云えば、平行６面体の８
個の隅又は頂点にある格子位置を指す。更に装置
が、容積要素を限定する隣合う８個の格子位置に
関連する信号の値を予定の閾値と比較して、８個
の比較結果の内の少なくとも１つが他の７個の比
較とは別異の値になる様な容積要素を決定する手
段を含む。この第１の比較動作は、所望の面が通
り抜ける容積要素を同定して選択する様に作用す
る。面自体は閾値によつて定められ、利用者が選
択することが出来る。更に装置が、各々の容積要
素に関連した32個の信号パターンの値から、法線
ベクトルを発生する第１の手段を含む。表示され
る像の陰影を決定するのは、利用者が選択し得る
視角（高さ及び回転）と共にこういう法線ベクト
ルである。選ばれた各々の容積要素に対し、選ば
れた容積要素の内部にあつて、辺に沿つて限定さ
れた別の空間的な位置に関連する複数個の別の信
号の値を発生する第２の発生手段も設ける。事実
上、この発生手段は、容積要素を部分に分割し、
最終的に得られる像の分解能及び滑かさを高め
る。容積の分割は、これに限らないが、好ましく
は1/2又はそのべき数で行ない、必要な分割を行
なう。この発生手段は、収集されたデータの物理
的な分解能が表示装置の画素の分解能と密接に釣
合う様な像を構成することが出来る様にするの
で、この発明の重要な一面である。これは、使う
表示装置の点で、利用し得るデータの最適利用が
出来る様にするので、この発明の非常に望ましい
特徴である。これは、ズーム及び拡大作業を容易
にする点でも、特に有利である。この発明の装置
は、容積要素の分解部分に関連する信号の値を同
じ予定の閾値と比較して、少なくとも近似的に閾
値によつて定められた面上にある格子位置及び別
の空間的な位置を同定する一連の選ばれた値を発
生する第２の比較手段をも含む。更に、今述べた
別の空間的な位置に関連する法線ベクトルを発生
する様に作用する第３の手段も設ける。別の空間
的な位置に関係する信号の値は、１次又はその他
の補間方法を用いて計算される。然し、こゝで説
明する方法並びに装置にとつて、１次補間が十分
に高速で正確であることが判つた。別の空間的な
位置に関係する法線ベクトルを発生する手段も、
１次補間を用いることが好ましい。前に述べた発
生手段は、始めに選ばれた格子位置並びに別に選
ばれた空間的な位置が、これらの位置に対する対
応するベクトルと関係を持つ様に構成する。従つ
て、この発明の１実施例では、発生される出力信
号が、所定の面上にある様に選ばれた点に対する
格子座標位置を表わし、これらの点が、所望の像
を発生する為に表示処理装置によつて用いられる
法線ベクトルと関係を持つ。この表示処理装置
が、電子式グラフイツク表示装置の分野で当業者
によく知られた形式の情報を受取る。こういう装
置は、法線ベクトル情報を用いて、各々の画素の
位置に対して適用する陰影の所望の程度並びに／
又は色を決定する。上に述べた貯蔵、検索、発生
及び比較動作を行なう方法も説明する。

例えばCRTスクリーンの上に３次元の表面像
を表示する場合、面の各部分の向きについて、人
間の目に可視的な鍵を提供することが非常に重要
である。この可視的な鍵が、表示される種々の画
素に陰影を施すことによつて得られる。例えば、
見る物の視線に対して面の法線方法が一層近けれ
ば近い程、適用する陰影は（少なくともネガ像で
はなく、ポジ像に対しては）一層明るくする。法
線方向が、視線から遠ざかる向きの成分を持つ面
のセグメントは、見ることが出来ない面構造を表
わしており、従つて、こいう法線方向が、特定の
視角の図から、こういう面の画素を除く機構にな
る。見る方向に対して直交する方向の実質的な成
分を持つ法線ベクトルを有する面の要素は、一層
暗い陰影をつけた画素によつて表わされる。

この発明の医療用の面について云うと、弁別用
の閾値又は閾値の範囲は、身体の種々の構造を選
択的に見る様に選ぶことが出来る。例えば、骨構
造を見たい場合、特定の閾値を選ぶ。しかし、一
層軟らかい組織の表面構造を見たい場合、オペレ
ータは異なる閾値を選択する。何れにせよ、この
様な３次元の面構造を表示する装置は、論理的な
面の法線方向を決定する正確な手段を含むべきで
ある。これは、見る者が真に３次元の表示にとつ
て陰影の鍵を認識することが出来る様にする能力
を著しく高めるのは、こういう方向であるからで
ある。

この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且
つ明確に記載してあるが、この発明の構成、作用
並びにその他の目的及び利点は、以下図面につい
て説明する所から最も良く理解されよう。

発明の詳しい説明この発明の方法と装置では、一連の容積要素を
検査する。この発明の好ましい実施例では、４つ
の相次ぐMR又はCT走査のスライスからのデー
タを一度に解析する。４つのスライスのデータを
用いるのが望ましい理由は第１図から判る。第１
図は図示の様に頂点V1並びにV8を持つ１個の容
積要素を示す。各々の容積要素は当然像情報の２
つのスライスに及ぶ。各々の頂点に信号パターン
の値が関連しており、この値が物体内の規則的に
相隔たる格子位置における３次元物体に関連する
少なくとも１種類の物理的な性質の測定値を表わ
す。格子位置が容積要素を限定する。更に、この
発明を実施する時、各々の容積要素の頂点V1乃
至V8は３つの隣合つた格子位置と関係を持つ。
これらの隣接する格子位置は、格子座標線に沿つ
ている位置であり、これらの位置は容積要素自体
の中には具体的に含まれていない。この様なデー
タ点が24個ある。例えば、頂点V1が格子位置
W1、W5、W12と関係を持つことが判る。同様
に、頂点V7が格子位置W16、W17、W23と関係
を持つ。この様な他の格子位置が第１図に塗りつ
ぶさない円で示されている。容積の格子位置自体
は塗りつぶした円で示していある。従つて、各々
の容積要素の頂点の格子位置が隣接した３つの格
子位置と関係を持つことが判る。第１図では、こ
ういう別の格子位置を図示の様にW1乃至W24で
示してある。この為、これらの別の格子位置の数
が24個であつて、４つのデータ・スライスを占め
ることが判る。この発明の装置と方法では、これ
らの別の格子位置に於けるデータ値を容積要素の
頂点に於けるデータ値と共に用いて、各々の頂点
V1乃至V8に関連する法線ベクトルを表わすデー
タ値の３個１組を発生する。有限差方法を用い
て、特に中央の差を用いて、法線ベクトルの種々
の成分を計算する。例えば、頂点V1に於ける法
線ベクトルのｘ成分を計算する為には、頂点V4
及び格子位置W5に於けるデータ値の差を求める。
同様に、頂点V1に関連する法線ベクトルのｚ成
分は、格子位置V5及びW1のデータ値を用いて同
様に計算される。最後に、頂点V1に関連する法
線ベクトルのｙ成分は、格子位置V2及びW12に
関連するデータ値を用いて計算される。このよう
にして得られたｘ、ｙ及びｚ成分のベクトル和を
とることにより頂点V1における法線ベクトルが
作成される。上述のよう差を求める順序は、ある
座標系（軸線参照）の向きと一致する様に選ぶの
が当然であり、他の容積要素に対しても、この方
法を全体にわたつて同じ様に用いる。こうして、
４つのスライスからのデータを用いて、容積要素
の各々の頂点の位置に関連する法線ベクトルを発
生する様子が理解されよう。差から形成されたベ
クトルを単位の大きさに倍率を定める。

第２図はこの発明の装置のフローチヤート並び
にハードウエアを示す略図である。この発明の１
実施例では、MR又はCT走査装置１０から３次
元信号データが得られる。このデータは典型的に
は適当な貯蔵装置１５に貯蔵される。典型的に
は、この貯蔵装置はフロツピ・デイスク、ハー
ド・デイスク駆動装置又はテープの様な何等かの
磁気貯蔵媒質で構成される。データは、各々の物
理的な測定値の表示をこの測定値に関連する対応
する格子位置と関係づけることが出来る様な形式
で構成される。

この発明の好ましい実施例では、４スライス・
バツフア２０を用いる。このバツフアが層No.１、
No.２、No.３、No.４を含み、各々のメモリ層が種々
の格子位置に於ける信号パターンの値の表示を含
む。各層は、作像する物体の２次元スライス全体
に対するデータを持つことが好ましい。スライス
走査器を用いて、データを１つの軸線方向にわた
つて走査する。この発明の好ましい実施例では、
バツフアのアドレスの値と物体内の格子位置の間
に直接的な相関関係がある。データをスライス走
査器によつて１つの軸線方向に走査する時、一度
に１個の別のスライスの情報を検索すればよいこ
とを念頭におかれたい。簡単に云えば、走査器
は、一度に１個の像平面からのデータだけを検索
すればよい様な形で動作させる。例えば、第１図
でｚ軸方向に沿つて、格子位置W1、W2、W3、
W4を含む像平面のデータをバツフア２０の層No.
１に貯蔵させ、次に格子位置W5乃至W12及びV1
乃至V4を含む像平面のデータを層No.２に貯蔵さ
せ、次いで格子位置W13乃至W20及びV5乃至V8
を含む像平面のデータを層No.３に貯蔵させ、層No.
４には格子位置W21乃至W24を含む像平面のデー
タを貯蔵させるように走査される。中間の層No.２
及びNo.３には容積要素の頂点となる格子位置のデ
ータが含まれる。容積要素の１つの面（頂点V1
乃至V4）からの４つの信号値が層No.２から容積
要素レジスタ２５に供給され、同時に該容積要素
の平行な別の面（頂点V5乃至V8）からの４つの
信号値もレジスタ２５に供給される。このように
バツフア２０の層No.２から４つの格子位置とそれ
に対応する層No.３からの４つの格子位置とによつ
て各容積要素が限定される。層No.２及びNo.３を走
査することにより、各々の容積要素が順次選択さ
れる。各々の容積要素の選択に対応して、合計８
個の値が容積要素レジスタ２５に供給される。同
時に、24個の別の測定値が容積要素隣接レジスタ
３０に供給される。実際には、これらのレジスタ
が32個のセルを持つ１個のレジスタで構成し得る
ことを示す為に、レジスタ２５及び３０を結ぶ破
線を示してある。レジスタ内の各セルが対応する
物理的な測定値を適当な、一貫性を持つ表示形式
で持つている。こうして各々の容積要素に対し、
頂点V1乃至V8に関連する値がレジスタ２５に供
給される。同様に、別の格子位置W1乃至W24に
関連する物理的な測定値がレジスタ３０に供給さ
れる。

レジスタ２５からの８個の信号値の各々が比較
器３５に供給される。比較器３５は、供給された
８個の値の各々を利用者が送り込んだ閾値と比較
する様に作用する。８個の比較結果全部が同じで
あれば、閾値によつて選択された面が解析してい
る特定の容積要素を通過しないことは明らかであ
る。この場合、付能線がこの容積要素からの出力
の発生を禁止する。比較器３５によつて行なわれ
る何れかの比較が他の比較と異なる場合、法線ベ
クトルの発生が付能される。法線ベクトルの発生
は機能ブロツク４０で行なわれる。この機能ブロ
ツクには、容積要素レジスタ２５から８個の信号
値が供給されると共に、隣接レジスタ３０から24
個の信号値が供給される。簡単に云えば、頂点
V1乃至V7に関連する物理的な測定値がレジスタ
２５から供給され、別の格子位置W1乃至W24に
関連する対応する物理的な測定値がレジスタ３０
から供給される。所定の容積要素に対して付能さ
れた時、法線発生器４０が、頂点V1乃至V8に関
連する８個の法線ベクトルを発生する様に作用す
る。この法線の発生は、前に述べた差を求める方
法によつて行なわれる。この過程のこの時点では
必要ではないが、法線発生器４０は、発生された
法線ベクトルの大きさを調節して、夫々が単位の
大きさを持つ様に作用することも出来る。

この発明の重要な作用が割算器／補間器４５に
よつて行なわれる。この動作も比較器３５の結果
によつて付能される。特に、閾値によつて限定さ
れた面のセグメントを含む容積要素が見つかつた
時、追加の動作が付能される。こういう追加の動
作が、選択された容積要素内の別の格子位置に関
連する付加的なデータ値を発生する。更に、各々
の別の格子位置に対し、容積要素の分割及び補間
によつて、法線ベクトルも発生される。例えば、
機能ブロツク４５はレジスタ２５からの８個の信
号値に作用して、好ましくは１次補間により、１
組の追加の補間測定値を発生する。例えば、容積
要素の２つの頂点の中間にある格子位置には、容
積要素の隣合つた２つの位置に於ける測定値の和
の半分に等しい測定値が指定される。同様に、容
積要素の面の中央に存在する格子位置には、この
面に関連する各々の頂点の格子位置に割当てられ
た測定値の和の1/4に等しい測定値が指定される。
同様に、容積要素の中心にある格子位置には、容
積要素の８個のデータ値の全部に関連する測定値
の和の1/8に等しい測定値を指定することが出来
る。この為、選択された各々の容積要素に対し
て、分割動作が行なわれる。容積要素を同じ２の
べき数に対応して、格子の種々の軸線に沿つた部
分に分割することが好ましいことに注意された
い。例えば、この発明を実施する時は、1/2に分
割することが普通である。然し、他の整数で分割
することも可能であり、異なる座標方向で相異な
る分割の単位を用いることも可能である（第６図
参照）。全く同様に、法線発生器５０が、分割さ
れた容積要素に対し、各々の格子位置に関連する
法線ベクトルを発生する。例えば、容積要素の２
つの頂点の間の辺の点に関連する法線ベクトル
が、この特定の辺に関連する法線ベクトルのベク
トル和の1/2として発生される。立方体の面並び
に内部に関連する別の法線ベクトルに対しても同
様な結果が発生される。機能ブロツク５０も、発
生された各々の法線ベクトルの倍率を調節して、
発生された各々のベクトルの大きさを１に固定す
る様に作用することが好ましい。発生された法線
ベクトルの大きさの正規化を行なうのに必要なこ
の様な平方根動作を行なう為の注文性の集積回路
チツプを利用し得る。（こゝで正規化は異なる２
つの意味に使われていること、即ち１つはベクト
ルの大きさを表わし、もう１つはベクトルが少な
くとも閾値によつて決定された面に対して大体法
線方向であることを示していることに注意された
い。）従つて、比較器３５によつて行なわれる比
較の結果として選択された各々の容積要素に対
し、割算器／補間器４５が、一層細かく分割され
た容積要素に対する１組の補間測定値を発生す
る。同じ様に、法線発生器５０が、容積要素の頂
点と中間の並びに内部の格子位置で生ずる法線ベ
クトルを表わす信号値を発生する。選択された
各々の容積要素に対し、一定数の部分容積要素が
発生される。割算器／補間器４５と比較器５５の
間の水平の両矢印で示す様に、各々の部分容積要
素を走査し、前と同じ閾値と比較する。この比較
動作は、各々の部分容積要素に対して比較器５５
によつて行なわれる。この比較動作は前に述べた
ものと略同じである。１個の、部分に分割された
容積要素に対して閾値との比較が行なわれ、８個
の比較の内の少なくとも２回に対して異なる比較
結果が得られた場合、適当な位置及び法線ベクト
ルの方向が出力される。こうして比較器５５の出
力がゲート５６，５７を付能し、出力レジスタ６
０に信号値を供給する。従つて、選ばれた容積要
素内の選択された各々の部分容積要素に対し、１
組の格子位置の値ｘ、ｙ、ｚがその位置に於ける
法線ベクトルの成分と共にレジスタ６０に供給さ
れる。第２図には具体的に示してないが、割算
器／補間器４５はスライス・データ及び容積要素
走査器のデータをも用いて、レジスタ６０にある
各々の法線ベクトルとｘ、ｙ、ｚ位置の値が関係
を持つ様にする。従つて、レジスタ６０は、ｘ、
ｙ、ｚ軸に沿つた格子位置とこの位置に於ける面
の法線ベクトルに対応する法線ベクトル成分とを
持つている。普通の表示処理装置に供給されるの
はこの情報である。

この処理装置が第３図に示されている。レジス
タ６０からの出力信号を、この情報を表示処理装
置に供給する前にある期間の間、磁気媒質又はメ
モリの様な中間形式で貯蔵することが出来ること
を念頭におかれたい。第３図は、位置及び法線ベ
クトルの情報を受取る大体普通の表示処理装置を
示している。これによつて処理装置が適当な陰影
をつけた画素情報をスクリーン上に発生すること
が出来る。例えば、利用者はブロツク70によつて
行なわれるマトリクス乗算作用の一部分として、
視角及び見る高さを供給することが出来る。同様
に、普通の表示処理装置の場合と同じく、その片
側のデータ点を実行的に除く為、クリツプ平面を
選択することが出来る。これは断面像を発生する
のに役立つ。この作用がブロツク75で行なわれ
る。更に、重なり合う像をバツフア80の様な１つ
又は更に多くのフレーム・ブツフアに貯蔵するこ
とが出来る。この様な１つのバツフアには、特定
の閾値、例えば皮膚によつて決定された閾値に基
づく情報を供給し、別のフレーム・バツフアの内
容は、異なる閾値、例えば骨に関連する閾値から
発生された像データを装入することが出来る。こ
れによつて情報を同時に表示することが出来、或
いは実際に表示装置の一部分が１種類の組織を示
すと共に表示装置の別の部分が２番目の種類の組
織を示すことが出来る。ルツクアツプテーブル85
（LUT）によつて陰影の制御も施すことが出来
る。このテーブルが、位置、組織の種類（閾値）
及び法線ベクトルの情報に応じて、表示される
各々の画素に対する色（赤、緑、青）を選択する
様に作用する。画素がモニタ90に表示される。こ
の発明の表示処理装置の部分は普通のよく知られ
たハードウエアの素子で構成されるが、これらの
素子は、第３図に示す様に、閾値並びに他の種々
の選択可能なパラメータの選択に対して協働的に
相互作用する様に構成されている。

第３図に示す表示処理装置では、見る平面に対
して垂直な法線の成分から、強度を計算すること
により、像が発生される。隠れた面はペインタ・
アルゴリズムによつて除かれる。即ち、一層距離
の遠い面は、像を前から後へ走査する時に、一層
近い面によつて塗りつぶされる。法線の成分及び
走査の順序を入替えることにより、３次元像の６
つの図を発生することが出来る。試験、部分分割
及び法線の取出しの動作は、電子式グラフイツク
の分野で周知の特殊用ハードウエアを用いて高速
で実施することが出来る。

第４図は頂点V1乃至V8を持つ１個の容積要素
を示す。各々の頂点で、法線ベクトルが限定され
ている。然し、この発明の方法では、ある頂点又
は格子位置だけが選択される。然し、選択される
各々の頂点は常に法線ベクトルを伴なう。各々の
容積要素が図示の様に辺E1乃至E12含んでいる。
更に、各々の容積要素が図示の様に面F1乃至F6
を持つている。更に具体的に云うと、この発明で
は、選択される各々の容積要素が、種々の格子位
置に対応する３つの軸線の方向に分割される。例
えば、第５図は容積要素の各辺を中間点によつて
２等分することを示している。例えば、辺E1が
中間点U1を持ち、これには計算された法線ベク
トルが関連している。同様に、面F2が面中心点
S2とそれに関連した法線ベクトルを持つている。
法線ベクトルの計算について前に述べた様に、法
線ベクトル又は点S1乃至S6が面F1乃至F6に対応
する。更に前に述べたのと同様に、辺E1乃至E12
に対応する点U1乃至U12に追加のベクトルが限
定される。第５図に示した分割では、別の内部の
点（図面に示してない）も限定され、隣合つたベ
クトルの算術平均として発生される法線ベクトル
を伴なつている。この為、第４図に示す１個の容
積要素が第５図の８個の部分容積要素に分割さ
れ、これは27個の格子位置及び27個の法線ベクト
ルと関連している。これは８個の格子位置及び８
個の関連する法線ベクトルだけを持つ第４図の場
合と対照的である。この分割動作が、少なくとも
部分的には、この発明の装置によつて発生される
滑かな分解能の高い像の理由であると考えられ
る。然し、この発明の装置は、必ずしも各々の容
積要素の辺を分割して、２のべき数である様な数
の分割部分を作る必要がないと云う点で、融通性
を持つことに注意されたい。特に、第６図は容積
要素の分割は実用的な任意の整数の部分に分割す
る様に行なうことが出来ることを示している。更
に、各々の座標方向が異なる数の分割を持つてい
てもよい。これは、あらゆる方向に分解能が同一
でない様な場合に特に有用である。第６図に示す
場合、24個の分割が行なわれている。この発明の
装置では、各々の容積要素に対して行なわれる分
割の数は像全体にわたつて同じである。しかし、
分割の数並びに性質は、像の発生を開始する時に
選択可能である。これは、こうすることによつて
オペレータがスクリーン分解能モニタ90をデータ
自体に認められる分解能と一層良く釣合せること
が出来る様にする点で、この発明の特に有用な一
面である。これはズーム動作にも特に役立つ。

この発明を用いて、医療用データのグラフイツ
ク像を発生した。この特定の処理結果が第７図に
示されている。優れた分解能が達成し得ることを
示す他に、第７図は同じグラフイツク像内に皮膚
及び骨の面の両方を表示することが出来ることを
示している。更に第７図は利用者が、フレームの
内、１種類の組織を表示する部分を、別の種類の
組織を表示するフレームの別の部分と共に選択す
ることが出来ることをも示している。一旦格子位
置が選択され、別の格子点が限定され、元の格子
位置及び別の格子位置の両方に対する法線ベクト
ルが発生されれば、こういうことは表示処理装置
にとつて比較的簡単な動作である。

以上の説明から、この発明の方法と装置が、検
査する領域全体にわたつて限定された格子位置の
３次元の配列に関連する物理的な性質の測定値を
発生する任意の測定装置から、分解能の高い３次
元の像を発生することが理解されよう。以上説明
したのは、主に見える場合の、人間の目に写る像
を発生することであるが、装置は物理的な性質の
測定に基づいているから、発生されるある像は、
例えば化学的な化合物、例えば身体の中に分布す
る時の化合物の分布を表わすことが出来ることに
も注意されたい。この分布の像は人間の目には見
えないが、こういう像もこの発明によつて容易に
発生される。部分分割の処理の適当な程度を慎重
に前もつて選択することにより、スクリーンの分
解能に容易に対処し得る点で、この発明の目的が
達成されたことが理解されよう。更にこの発明の
方法は、面の交差を含まない容積要素及び部分容
積要素を除いた為に、高速で行なわれることが理
解されよう。

この発明のある好ましい実施例を詳しく説明し
たが、当業者にはいろいろな変更が考えられよ
う。従つて、特許請求の範囲は、この発明の範囲
内に含まれるこの様な全ての変更を包括するもの
であることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は８個の格子位置によつて限定され且つ
24個の別のデータ点によつて囲まれた１個の容積
要素を示す斜視図、第２図はこの発明の装置と方
法を例示する略図、第３図はこの発明で使われる
表示装置に用いることが出来る種々の機能を更に
具体的に示す回路図、第４図は容積要素の各々の
頂点に関連する面の法線ベクトルを示す斜視図、
第５図は第４図と同様な斜視図であるが、部分分
割された容積要素に関連する別の法線ベクトルを
発生することを具体的に示す。第６図は第４図と同様な斜視図であつて、特に
部分分割動作を、容積要素を異なる格子軸線方向
に沿つて異なる寸法の部分に分割する様な形で行
なうことが出来ることを示している。第７図はこ
の発明を医療用に用いた場合を示す図面に代わる
写真であり、データ表示装置の相異なる部分に対
して、皮膚及び骨の両方の閾値を選択することが
出来ることが判る。主な符号の説明、１５：貯蔵装置、２０：４ス
ライス・バツフア、３５，５５：比較器、４０，
５０：法線発生器、６０：出力レジスタ。

Claims

【特許請求の範囲】１３次元の面構造を表示する装置に於て、３次元の物体内の容積要素を定める規則的に相
隔たる平行６面体の格子位置における該物体に関
係した少なくとも１種類の物理的な性質の値を表
わす３次元の信号データを貯蔵する貯蔵手段１５
と、１つの容積要素の項点を表わす８個の格子位置
と該８個の格子位置の各々に３つずつ隣接する24
個の別の格子位置とよりなる合計32個の格子位置
における夫々の32個の信号の値を前記貯蔵手段か
ら取り出す検索手段２０，２５，３０と、前記検索手段に結合されていて、前記容積要素
の８個の格子位置における信号の値を予定の閾値
と比較して、この８個の比較結果の内の少なくと
も１つが残りの比較結果と相異なるか判定し、相
異なる場合は出力信号を発生する第１の比較手段
３５と、前記第１の比較手段からの出力信号に応答し
て、前記検索手段から前記32個の信号の値を受け
て、前記32個の信号の値から、前記容積要素の８
個の格子位置における法線ベクトルを発生する第
１の発生手段４０と、前記第１の比較手段からの出力信号に応答し
て、前記容積要素を複数個の平行６面体である部
分容積要素に分割すると共に、前記検索手段から
前記容積要素の８個の格子位置における信号の値
を受けて、該信号の値から、各々の部分容積要素
の項点を表わす８個の空間位置における信号の値
を発生する第２の発生手段４５と、前記第２の発生手段に結合されていて、前記
各々の部分容積要素の８個の空間位置における信
号の値を前記予定の閾値と比較して、この８個の
比較結果の内の少なくとも１つが残りの比較結果
と相異なるか判定し、比較結果の相異なる部分容
積要素の８個の空間位置を表わす一連の座標値を
発生する第２の比較手段５５，５６と、前記第１の発生手段から８個の法線ベクトルを
受けて、該８個の法線ベクトルから、前記選択し
た各々の部分容積要素の８個の空間位置の各々に
おける法線ベクトルを発生する第３の発生手段５
０，５７と、前記第２の比較手段及び前記第３の発生手段か
ら前記の座標値及び法線ベクトルを受けて、信号
の値が前記閾値に等しい面を表わす陰影像をスク
リーン上に発生される表示処理手段６０，７０，
７５，８０，８５，９０と、を有する装置。２前記８個の格子位置に対して法線ベクトルを
発生する前記第１の発生手段が、該格子位置にお
ける前記３次元の信号データの正規化された勾配
を決定する手段を有する特許請求の範囲第１項記
載の装置。３前記勾配を決定する手段が、前記８個の格子
位置に隣接する格子位置における信号の値を読み
出す手段を含む特許請求の範囲第２項記載の装
置。４前記３次元の信号データの補間により前記面
を表わす前記像を拡大する手段を含む特許請求の
範囲第１項記載の装置。