JPH0981786A

JPH0981786A - ３次元画像処理方法

Info

Publication number: JPH0981786A
Application number: JP23110595A
Authority: JP
Inventors: Michio Oikawa; 道雄及川; Koichi Sano; 耕一佐野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 1997-03-28
Anticipated expiration: 2015-09-08
Also published as: JP3704652B2

Abstract

(57)【要約】【目的】３次元データを平面上に投影した３次元画像
を表示するとき、３次元画像中の注目点とその周囲の関
心領域について、その他の領域との立体的な位置関係
を、任意の方向から表示できるようにすること。【構成】３次元画像上で注目点を指定するステップ
と、設定された注目点の３次元座標を求めるステップ
と、注目点を中心に関心領域を設定するステップと、関
心領域用とそれ以外の領域用のレンダリングパラメータ
を持つレンダリング手段によって、パラメータが入力さ
れたとき、入力されたパラメータにより、それぞれのレ
ンダリングを行うステップとを有することを特徴とする
３次元画像処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は３次元画像処理方法に関
し、特に、Ｘ線ＣＴ装置などから得られたボクセルデー
タから成る３次元データから、３次元形状を２次元平面
に投影した画像を計算して表示する３次元画像処理方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ボクセルから成る３次元データから２次
元平面に投影した３次元画像を生成する方法は、高画質
な画像を得られるボリュームレンダリング手法が医療分
野を始めとして、広く用いられている。また、このよう
な３次元画像を表示し、診療やデータの解析に利用する
ために、単に表示するだけではなく局所について特別な
画像処理を行う技術が知られている。例えば、「ヘリカ
ルスキャンＣＴ(ＨＥＳ-ＣＴ)による小脳橋角部腫瘍の
術前シミュレーション」(第２回コンピュータ外科研究会
論文集、pp.49〜50(1993))においては、術前の治療計画
のために、３次元画像上で指定した領域ついて、指定し
た奥行きの位置の断面画像を表示する、シンセサイズド
・オブリーク表示という方法が述べられている。また、
特開平3-219377号公報には、計測された３次元ボクセル
データを表示するとき、その３次元的なマスクによっ
て、指定した領域の３次元データを切り出して合成表示
する方法が開示されている。更に、あらかじめセグメン
テーションされた３次元データを表示する場合に、特定
の領域について特定の組織を表示することにより、内部
の状態を表示する方法が知られており、"Ｓurface Ｒen
dering",ＩＥＥＥＣＧ & Ａ,vol.10,pp.41-53(Ｍarch,
1990)に、表示例が示されている。また、”Ｃlinical
Ｐlanning Ｓupport Ｓystem - ＣliＰＳＳ”,ＩＥＥＥ
ＣＧ & Ａ,vol.13, Ｎo.6,pp.76-84(Ｎov.,1993)には、
頭部腫瘍にガイドチューブを挿入したときの様子を合成
した３次元画像を表示した例が述べられている。これ
は、予め腫瘍と頭蓋骨を抽出した表面データに対して処
理を行っているものであり、ガイドチューブの挿入方向
は、パラメータの数値入力により決定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記各従来技術には、
それぞれ、下記の如き問題があった。まず、上述のシン
セサイズド・オブリーク法では、断面表示しか行えない
ため立体的な形状を把握することが困難である。また、
上述の、ある領域に対してマスクをかけてデータを切り
出す方法では、表示対象を回転させることにより、領域
を切り出して穴を開けた深さ方向と、視線方向が一致し
なくなると、穴の底にある領域を表示できなくなってし
まう。これでは、データを取り除き、その奥にある注目
領域を観察しようとしても目的が果たせなくなる。そこ
で、本発明の基本的な目的は、注目領域の立体的な形状
の把握や、３次元データ全体と注目領域との位置関係を
あらゆる角度から把握することを可能とする３次元画像
処理方法を提供することである。

【０００４】本発明の他の目的は、内部表示のために３
次元データをセグメンテーションして表示する方法で
は、セグメンテーションに非常に時間がかかるため、セ
グメンテーションを行わずに、あるいは、高速かつ容易
にセグメンテーションを行うことによって、内部の注目
領域を表示することを可能とする３次元画像処理方法を
提供することである。なお、この場合、注目領域の指定
をどのように行うかが重要となる。本発明の更に他の目
的は、上述の腫瘍へのアプローチを表示する方法では、
表面データを定義する必要があり、前処理の時間がかか
ることに鑑みて、この問題を解決可能な３次元画像処理
方法を提供することである。また、表面の定義が難しい
計測データにおいては、画質が問題となること、アプロ
ーチの方向を指定する方法が直観的でないという問題を
解決可能な３次元画像処理方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、以
下に述べる如き構成によって達成される。すなわち、ま
ず、ボリュームレンダリングにより表示を行う手段によ
って立体的な形状を把握できるようにする。また、注目
点を３次元空間上で設定し、回転後の注目点の位置を計
算し、投影面上で注目点を中心とする関心領域であるＲ
ＯＩ(Ｒegion of Ｉnterest)を自動的に計算して設定す
る手段を実現し、更に、視線方向に沿ったＲＯＩ内につ
いて、その他の領域とは別にボリュームレンダリング計
算のパラメータを設定し、計算して表示する手段を実現
することにより、視線方向とＲＯＩの深さ方向を一致さ
せる。また、ＲＯＩ内のレンダリングについて、サンプ
リング数をその他の領域よりも多くして、注目領域を高
精細に表示する手段を実現する。更に、希望する深さの
領域を削除するために、ＲＯＩ内のレンダリングの開始
点の深さを指定する手段を実現する。また、ＲＯＩの大
きさや、形状を指定できる手段を実現する。更に、注目
点と投影面との間に表示対象が存在しない場合に注目点
の位置を３次元画像に重ねて表示する手段を実現する。
また、この注目点の位置を指定する方法として、仮の注
目点を指定した後、仮の注目点を通り投影面に平行な断
面画像を表示する手段と、断面の切断位置を平行に移動
する手段と、断面画像上で真の注目点を指定する手段を
実現する。更に、注目点を通る視線方向に平行なアプロ
ーチ方向を設定する手段と、３次元画像と注目点、アプ
ローチ方向を重ねて表示する手段を実現する。

【０００６】

【作用】上述の手段により、常に注目点の周囲をＲＯＩ
とし、かつ、ＲＯＩの奥行きが視線方向に一致するた
め、回転中心と注目点が異なっていても、あらゆる角度
から注目領域の観察が可能となる。また、ＲＯＩ部分の
みをその他の領域とは異なったパラメータで表示する手
段を実現したことにより、以下の作用が提供できる。ま
ず、多くの場合、簡易的なセグメンテーションはしきい
値により可能であり、抽出を行わずに、パラメータであ
るしきい値を変更するだけで、注目している対象を表示
することができる。更にサンプリング数を増やせば詳細
な画像が得られるが、計算量は基本的に３乗のオーダー
で増加するので、従来の技術では全体を高精細に計算す
るには問題があったが、上述の手段により、ＲＯＩ部分
についてのみ高精細な表示をすることが可能となり、計
算領域が小さいため、少ない計算時間で注目している領
域について詳細に観察できる。

【０００７】更に、ＲＯＩのレンダリング開始点を指定
する手段を実現したことにより、不透明度の高いボクセ
ル領域の内側にある不透明度の低いボクセル領域を表示
することができ、ＲＯＩについて指定された深さの穴を
あけていくような操作を行うことができる。また、ＲＯ
Ｉの大きさと形状を入力する手段を実現したことによ
り、注目領域の大きさや形状あわせたＲＯＩの視野を確
保できる。更に、注目点の手前に表示対象がないときに
注目点を３次元画像に重ねて表示する手段を実現したこ
とにより、注目点が３次元データに書き込まれたような
効果になり、注目点の３次元的な位置を３次元データと
同じ感覚で確認できる。また、仮の注目点と断面画像を
用いた注目点の位置の指定手段により、注目点をある物
体の表面だけでなく、その中心にも設定することが可能
となる。これにより、常に注目物体をＲＯＩの中心にお
いて回転して表示することができる。更に、アプローチ
方向を視線方向に一致させて設定することにより、直観
的にアプローチ方向を指定できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図１〜図５を用い
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係る３次
元画像処理方法を示すフローチャート、図２は、本実施
例のボリュームレンダリング法を説明する図である。図
２において、１は３次元データ、２は投影面、３は投影
面２上でいま投影される値を求めようとするピクセル、
４は該ピクセル３から投影面に垂直な線７上に存在す
る、再サンプリングされたボクセル集合、５は３次元デ
ータの座標系Ａで、座標値は(ｘ，ｙ，ｚ)で表わされ、
また、６は投影を行う座標系Ｖで、座標値は(Ｘ，Ｙ，
Ｚ)で表わされる。図３は、本実施例に係る３次元画像
処理方法において、３次元データ１のボクセルを再サン
プリングするときの例であり、右側の図は左側の図の一
部を拡大したものである。図３中、１１は３次元データ
１のボクセルの中心点、１２は再サンプリングするボク
セルの中心位置、１３は再サンプリングするボクセル１
２を囲む８つのボクセル中心からなるセルである。

【０００９】図４は、本実施例におけるボクセル値と不
透明度との対応を示した図で、２１は不透明度を０とす
るしきい値、２２は比例定数である。図５は、本実施例
により表示された頭部３次元画像の例である。図５中、
３１は表示対象である頭部表面、３２は注目点、３３は
注目点３２を中心とするＲＯＩ、３４は表示パラメータ
により表示対象となった脳表面である。以下、図１〜図
５に従って、本実施例に係る３次元画像処理方法の動作
を説明する。まず、ボリュームレンダリングにより、３
次元データ全体の３次元画像を表示する(ステップ１０
１)。このボリュームレンダリング法について、図２を
用いて説明する。投影面２は、図のように３次元データ
１に対して配置され、視線方向は投影面に垂直であると
する。

【００１０】投影する座標系Ｖ系に再サンプリングされ
たボクセル４の各ボクセルは、それぞれ、不透明度αと
影付けされたカラーＣという値を持っている。再サンプ
リングについては、後で説明する。不透明度αは、その
ボクセルが完全に透明で光が透過するならば「０」、完全
に不透明で光が透過しないならば「１」の値をとるものと
する。また、カラーというのはボクセルの発する色のこ
とであり、ボクセル自体が持つ色に対して、ボクセル位
置での仮想表面における光の反射を、ボクセルデータ値
(以下、「ボクセル値」と呼ぶ)の傾斜ベクトルを仮想表面
の向きであると考えることにより考慮し、光源の向きや
投影面の方向などにより影付けを行ったものである。こ
のとき、ボクセル集合４の各ボクセルに対して、投影面
から近い順に番号を付け、各ボクセルの不透明度,カラ
ーをそれぞれ、α(１),Ｃ(１)、・・・・、α(ｎ),Ｃ(ｎ)と
する。

【００１１】ここで、簡略化のため光は平行光とし、光
線は投影面と垂直方向に、投影面側から３次元データへ
入射するものとする。以上のような場合に、光を投影面
から最も近いボクセルから遠いボクセルへと透過させ、
各ボクセルでの反射量を加算する方法で、式(１)によっ
てピクセル３に投影される値Ｐを計算する。本実施例で
は、説明の簡略化と扱うデータの性質を考慮して拡散反
射のみを扱い、光は平行光で投影面に垂直であるとす
る。

【数１】なお、式(１)中のＡ(ｉ)はｉ番目のボクセルに入射する
光の透過率を表わしている。

【００１２】ここで、再サンプリングについて、図３を
用いて説明する。図３の左側の図のように、あるボクセ
ルについて再サンプリングしようとするとき、右側の図
のような座標系Ａの８つのボクセル中心に囲まれたセル
の中で、それらのボクセル中心と再サンプリングするボ
クセル中心１２との距離の比が、図のように、ｓ:(１-
ｓ)，ｔ:(１-ｔ)，ｕ:(１-ｕ)となっているとする。こ
のとき、再サンプリングしたボクセルの不透明度やカラ
ーなどの値は、次の式(２)のtrilinear法によって求め
る。ここで、不透明度やカラーなどの値を代表してＱを
用いて表わす。

【数２】

【００１３】再サンプリングを行う方法は、再サンプリ
ングするボクセルに最も近い位置にある元のボクセルの
値を用いる最近傍法など、別の方法を用いてもよい。以
上のような方法で計算を行うとき、ボリュームレンダリ
ング計算におけるパラメータを定義する。まず、不透明
度αはボクセル値から定義されるが、この対応付けを変
化させることで様々な表示が可能となる。そこで、本実
施例ではボクセル値に比例して不透明度を決めることに
する。図４のように、ボクセル値ｆと不透明度αを対応
付け、不透明度を０とするボクセル値のしきい値ｆth
と、比例定数ｋをパラメータとすることにする。これ
は、不透明度を簡単に設定できるようにするためと、Ｘ
線ＣＴなどで計測された人体のような３次元データを表
示する場合には、ボクセル値の高いものほど不透明度が
高いように設定すると、自然な表示が行えるためであ
る。

【００１４】上記実施例によれば、レンダリングパラメ
ータであるしきい値ｆthと比例定数ｋを変化させること
で、表示対象を変更することができる。また、３次元デ
ータと投影面の位置関係を変えることで、様々な方向か
らの３次元画像表示が可能となる。そこで、３次元デー
タ空間の座標系Ａと投影空間の座標系Ｖとの座標変換を
行う行列、特に本実施例では回転のみを考え、回転行列
をパラメータとする。本実施例では簡略化のため、以上
の要素のみをパラメータとし、ボクセルの色はモノクロ
とし、光源の方向などについては固定とするが、もちろ
ん、これらをパラメータに加え、可変にしても良いこと
は言うまでもない。さて、上述の方法で、ステップ１０
１でボリュームレンダリングを行うとき、各ピクセルの
投影値を求めるときのライン上にあるボクセルで、しき
い値ｆthを超える、最も投影面に近いボクセルの投影面
からの距離をＺバッファとして記憶する(ステップ１０
２)。

【００１５】次に、上のように計算され、表示された３
次元画像上で着目する点をマウスで指定し、表示する
(ステップ１０３)。指定された着目点のＺバッファを参
照し、回転後の座標系Ｖにおける着目点の座標値を得る
(ステップ１０４)。ステップ１０５では、３次元画像上
のＲＯＩとして、着目点を中心とするあらかじめ定めた
初期値の半径を持つ円を設定し、３次元画像上にＲＯＩ
の範囲を表示する。座標系Ｖにおける着目点の座標を変
換し、オリジナルの座標系Ａにおける着目点の座標を求
めて記憶する(ステップ１０６)。以上で着目点の設定と
ＲＯＩの設定が終了し、表示パラメータの変更・入力待
ち状態となり、この時点で表示されている３次元画像
は、図５(ａ)に示すようになる。

【００１６】続いて、回転を行い、表示方向を変化させ
る場合について説明する。ここで、回転を指示するとき
にレンダリング処理部に与えられるパラメータは、座標
系Ａと座標系Ｖの座標値を変換する回転行列であるとす
る。パラメータが入力され(ステップ１０７)、ステップ
１０８で回転のパラメータかどうかチェックする。ここ
では、回転パラメータが入力されたため、ステップ１０
９へ進む。ステップ１０９では、入力された回転行列を
用い、記憶した座標系Ａにおける着目点の座標から座標
系Ｖにおける座標値を求める。求めた座標系Ｖにおける
着目点の投影面上の座標を中心とする、円形のＲＯＩを
設定し、表示する(ステップ１１０)。この後は、ステッ
プ１１１で、投影面全体についてボリュームレンダリン
グを行う。このとき、計算中のピクセル位置が、設定さ
れたＲＯＩの領域内かどうか判定し(ステップ１１２)、
ＲＯＩ内についてはＲＯＩ用の表示パラメータで、それ
以外の領域は通常の表示パラメータでボリュームレンダ
リングをして、表示を行う(ステップ１１３，１１４)。
このとき表示される画像は、図５(ｂ)のようになり、注
目点３２を中心としたＲＯＩ３３が注目点とともに回転
する。

【００１７】次に、回転以外の表示パラメータが変更さ
れた場合には、ステップ１１４でＲＯＩ用の表示パラメ
ータの変更か判定する。ＲＯＩ用のパラメータの場合は
ＲＯＩ内のピクセルについてのみ、ＲＯＩ用のパラメー
タでボリュームレンダリングを行い、ＲＯＩの部分のみ
表示し直す(ステップ１１６)。このとき表示される画像
は図５(ｃ)のようになり、ＲＯＩについてのみ別の部位
を表示できる。また、通常のパラメータが変更されたと
きは、ＲＯＩ以外のピクセルについてのみ、通常のパラ
メータでボリュームレンダリングを行い、ＲＯＩ以外の
部分のみ表示し直す(ステップ１１７)。このとき表示さ
れる画像は図５(ｄ)のように、ＲＯＩ以外の部分につい
て表示部位を変更できる。表示が終れば、次の入力待ち
状態となり、レンダリングパラメータが入力されればス
テップ１０７へ戻る。上記実施例によれば、注目点を中
心としてＲＯＩが設定でき、回転を行った場合にも注目
点を特別の表示パラメータで表示することが可能とな
る。更に、ＲＯＩの深さ方向は視線方向と一致するた
め、関心領域が奥まで隠れることなしに表示できる。

【００１８】本実施例の応用として、例えば、全体とし
ては体の表面を表示しておいて、関心領域については内
臓を表示することができるようになり、内部の状態と外
部の位置関係を把握しやすい表示ができる。また、上記
実施例では、投影画像計算方法としてボリュームレンダ
リング法を用いたが、他の方法でも良い。例えば、しき
い値を超えたボクセル位置に表面があると考えて、表面
ボクセルの位置から、表面の傾きを求めて、表面におけ
る反射を計算して投影画像を生成する、ボクセル法と呼
ばれる方法などでも良い。更に、前記実施例では注目点
を設定するのにマウスを用いていたが、キーボードや、
ペン入力装置など、他の座標指示装置を用いても良い。
また、Ｚバッファの位置を決めるとき、最も投影面に近
いしきい値を超えたボクセルの位置をとっていたが、そ
の視線上にあるボクセルの反射光量が最も多いボクセル
の位置をとっても良い。これは、仮想的な表面をどう定
義するかということであり、このようなデータでは実際
の表面が曖昧であるため、どちらでも問題ではない。

【００１９】更に、一度注目点を設定した後にステップ
１０３へ戻り、着目点を設定し直しても構わないし、着
目点の設定を取り消して、通常の３次元表示を行っても
構わない。また、上記実施例において、表示パラメータ
として、ＲＯＩのサンプリング数を増やすことによって
高精細なレンダリングを行うことができる。図６に、こ
の実施例を示す。簡略化のため、３次元データ１は投影
面２と平行であるとする。４１は３次元データ中に存在
する線上の物体、４２は投影面上におけるＲＯＩ、４３
はＲＯＩに対応した３次元データ上の領域、４４はＲＯ
Ｉ以外の領域と同じサンプリング間隔で表示したときの
ＲＯＩの画像、４５はＲＯＩ以外の領域の半分のサンプ
リング間隔で表示したときのＲＯＩの画像であり、４６
は物体４１を投影した領域である。図６のようにサンプ
リング間隔を細かくとった方が、より細かく正確な画像
をことができる。サンプリング数が増えるため、計算時
間は増えるが、注目している限定されたＲＯＩのみにつ
いて計算するため、全体を細かく計算するより圧倒的に
計算量は少なくて済む。

【００２０】上記実施例によれば、例えば、高エネルギ
ーのＸ線ＣＴを用いて、荷物の検査を３次元画像により
行っていた場合に、全体の表示は処理時間を考慮し、あ
る程度サンプリング間隔を広くとって計算しておき、何
か異常な物体、例えば、拳銃らしいものが見つかった場
合に、その領域をマークし、その周囲のＲＯＩのみ細か
くサンプリングを行って正確な観察を行い、更に回転し
て表示することで３次元形状を把握する、ということが
可能となる。ここで、図７に示すようなデータについ
て、ＲＯＩの深さをレンダリングパラメータとして指定
する実施例について説明する。図７では、説明を簡略化
するため、３次元データ中のある１断面のレンダリング
について考える。図中５１は、今着目する３次元データ
の１断面、５２は３次元データ中に存在する物体で、内
部に丸い形状の５３、四角い形状の５４、三角の形状の
５５の構造を持ち、それぞれの領域のボクセル値は丸囲
みの数字で示された１０，５０，１００，３０である。

【００２１】５６は断面５１が投影面に投影される領
域、５７は５３の領域のうちＲＯＩにあたる領域を示
す。また、５８，５９，６０はＲＯＩ領域のレンダリン
グ計算の開始点の位置を示している。まず、通常のレン
ダリング計算開始位置５８から計算を行うと、しきい値
が１０より小さければ四角い物体の表面が表示され、１
０〜５０では丸い物体が、５０〜１００では棒状の物体
が表示される。このように、しきい値を変更することで
ＲＯＩ内の物体の内部を表示できる。次に、レンダリン
グ計算開始位置５９から計算を行うと、しきい値が３０
より小さければ三角の物体の表面と丸い物体の内部が表
示され、３０〜５０では丸い物体の内部が、５０〜１０
０では棒状の物体が表示される。更に、レンダリング計
算開始位置６０から計算を行うと、しきい値が５０より
小さければ丸い物体の内部が表示され、５０〜１００で
は棒状の物体が表示される。

【００２２】上述の実施例のように、レンダリング開始
位置を奥にすることで、物体に穴をあけて内部の表示を
行うことができる。更に、通常のレンダリング位置から
では表示できなかった、高いボクセル値の物体の中にあ
る低いボクセル値の三角の物体を表示することもできる
ようになる。以上の実施例では、レンダリング開始位置
を投影面からの距離で設定したが、他の設定法でもよ
く、例えば、ボクセル値１０の物体の表面からの奥行き
で設定したりすることもできる。次に、ＲＯＩの形状と
大きさを変更する実施例について、図８を用いて説明す
る。図中、３５は変更後のＲＯＩである。まず、ＲＯＩ
の初期状態が、例えば、注目点３２を中心とする正方形
で１辺が２０の長さだとする。このとき、マウスを用い
て正方形ＲＯＩの頂点をドラッグすることで、ＲＯＩの
大きさを変更する。ＲＯＩは注目点を中心として変化
し、変更後のＲＯＩ３５は１辺が３０となったとする。
ここで、例えば、ポップアップメニューからＲＯＩの形
状を選択し、円形に変更したとすると、ＲＯＩは直径３
０の円になる。マウスでこの円周をドラッグをすること
で、ＲＯＩの大きさを変更する。

【００２３】以上の実施例では、大きさを直観的に変更
するために、マウスを用いていたが、１辺の長さや、直
径、半径などの数値をキーボードから入力するようにし
ても良い。また、ＲＯＩの形状は長方形や三角形であっ
てもよく、マウスでなぞった自由形状としてもよい（た
だし、注目点をＲＯＩ内部に含む）。更にＲＯＩ形状の
指定は、メニューで選択しないで、例えば、マウスの中
ボタンを押すたびに、形状が切り替わるようにしてもよ
い。次に、注目点の位置を表示する実施例を図９に示
す。図中、６１は表示対象物である。まず、(ａ)の角度
で表示したときに注目点３２を設定する。これを回転し
て別の角度から表示したものが、(ｂ)，(ｃ)，(ｄ)であ
る。(ｂ)は、回転後、座標系Ｖにおいて、注目点の手前
側、すなわち注目点と投影面との間に表示対象物６１が
存在する場合で、このような場合には、注目点の位置を
表示しない。このようにすることで、注目点を３次元デ
ータに書き込んだような効果を得ることができ、自然な
前後関係で表示が行える。

【００２４】しかし、(ｂ)の方法では、物体の影にある
注目点の位置がわからなくなってしまうため、(ｃ)では
どのような場合にも注目点の位置を表示する。ただし、
この方法では、注目点の奥行き感覚はわからなくなる場
合がある。また、(ｄ)では、注目点と投影面との間に物
体が存在するときには、注目点と物体の色を平均した色
で表示を行い、半透明に表示する。これは、(ｂ)，(ｃ)
両方の長所と欠点を持つ。そこで、上の(ｂ)，(ｃ)，
(ｄ)の方法を場合によって使いわけるようにする。注目
点位置の表示は、図１におけるステップ１１１または１
１６の終了後に、ステップ１０９で求めたＶ系での注目
点座標と３次元画像のＺバッファを用いて上記の方法に
より行う。以上の実施例では、注目点は物体の表面にし
か設定ができなかったので、物体の内部にも設定できる
実施例について、図１０，図１１を用いて説明する。

【００２５】図１０は、本実施例のフローチャート、ま
た、図１１は、図１０に示したフローチャートに対応し
た操作と画像の例を示している。６５は表示対象となっ
ている物体、６６は物体表面の仮の注目点、６７は物体
６５を投影した３次元画像、６８は３次元画像上におけ
る注目点の位置、６９は仮の注目点の周りに設定された
ＲＯＩの断面画像、７０は断面上で指定した真の注目点
である。このとき、３次元データ１中の表示対象は、図
１１(ａ)に示す６５のような球状の中身の詰まった物体
であるとする。以下、フローチャートを用いて注目点の
設定方法を説明する。まず、ステップ２０１では、物体
６５が投影された３次元画像６７上で仮の注目点６８を
指定する。すると、３次元空間上では物体の表面位置６
６に注目点が設定される(図１１(ａ)参照)。次のステッ
プ２０２では、ステップ２０１で設定した仮の注目点６
６を通り、投影面２に平行な断面の画像６９を計算し、
ステップ２０３で表示する。この段階では、断面は物体
の表面に接するような位置なので、図１１(ｂ)のように
点として表示されている。

【００２６】続いて、真の注目点として指定する断面位
置を探すためにステップ２０５で断面の位置を平行移動
させ、図１１(ｃ)のような表示を行う。平行移動を行い
ながら注目点を設定する位置が決まったら、ステップ２
０４で注目点を設定するステップ２０６へ進み、図１１
(ｄ)のように真の注目点の位置を指定する。断面画像上
で指定された注目点の３次元位置を求めて記憶し、図１
に示した実施例のステップ１０７以降の処理に用いるこ
とができる。以上の実施例により、物体の内部に注目点
を指定することができる。これにより、例えば腫瘍の中
心を常に関心領域の中心とした表示が可能となり、腫瘍
が関心領域をはみ出さないように回転することができ
る。さて、次に、注目点へのアプローチ方向を設定し、
表示するための実施例について図１２のフローチャート
と図１３を用いて説明する。本実施例は、例えば、腫瘍
のある患者を撮影した３次元データに対して、注目点と
して腫瘍を指定し、手術する際のアプローチを事前に検
討するような場合に利用できる。

【００２７】本実施例は、図１に示した注目点を中心と
したＲＯＩを設定する方法などの上記実施例と併用する
こともできるが、ここでは説明簡略化のため、単独でア
プローチの設定と表示を行う例を示す。アプローチは指
定した注目点を通り、投影面に垂直な方向に設定する。
図１３中、７１はアプローチ方向、７２はアプローチ方
向単位ベクトル、７３は物体６５の投影画像、７４は注
目点を投影したもの、７５はアプローチを投影したもの
である。まず、注目点を設定するところに関しては、図
１に示した実施例と同じである(ステップ１０１，１０
２，１０３，１０４，１０６)。注目点を設定した後、
回転を行って、表示対象を様々な角度から観察を行い、
注目点へアプローチするために最適な方向を探して、ア
プローチ方向を決定する(ステップ３０１)。回転後座標
系Ｖ系における、Ｚ軸向きの(投影面に垂直方向の)単位
ベクトルのオリジナル座標系Ａ系における値を求めて、
アプローチ方向単位ベクトルとして記憶する(ステップ
３０２)。

【００２８】以上のステップにより、アプローチ方向が
設定できる。次に、設定されたアプローチを表示する。
アプローチが設定されたときには、アプローチ方向は投
影面と垂直であるため投影面上では注目点と重なる位置
に点として表示される(図１３(ａ))。回転をして、アプ
ローチ方向と視線方向が一致しない場合には、アプロー
チは直線として表示されるが、このとき、アプローチを
示す直線と投影面との間に物体が存在すれば、アプロー
チは表示しないようにする(図１３(ｂ))。また、アプロ
ーチは注目点から、アプローチ方向単位ベクトルの向き
に、ある長さだけ表示することにする。この長さは初期
設定されているものとする。アプローチが設定された、
または、回転などのパラメータが入力された場合には
(ステップ３１１)、ステップ３１２で、回転後のＶ系に
おける注目点の座標を求める。

【００２９】次に、Ｖ系におけるアプローチ方向単位ベ
クトルを求める(ステップ３１３)。また、すでに指定さ
れているアプローチの長さとアプローチ方向単位ベクト
ルと注目点の座標から、アプローチを表示する際の注目
点ではない方の端点を求める(ステップ３１４)。そこ
で、注目点と端点を結ぶ直線を投影面に投影し、そのと
きのＶ系でのＺバッファを記憶する(ステップ３１５)。
ボリュームレンダリングを行い、３次元画像を求め(ス
テップ３１６)、そのとき求めた画像のＺバッファ(ステ
ップ３１７)とアプローチのＺバッファとを比較し、画
像のＺバッファの方が投影面に近い場合には３次元画像
を表示し、そうでなければアプローチを表示する。(ス
テップ３１８)。その後、注目点は、例えば、図９の実
施例のように表示する。本実施例により、前後関係を考
慮した自然な合成表示を行うことができるが、アプロー
チと３次元画像を合成表示するならば、他の方法でも良
い。また、アプローチの長さや太さは変更できるように
してもよい。

【００３０】上記実施例により、アプローチ方向を決め
た後、回転を行い、様々な角度から観察してアプローチ
の検討を行うことができる。ここで、設定したアプロー
チ方向と視線方向が一致した表示をすることにより、術
中にアプローチする方向から観察するような状態をシミ
ュレーションできる。そこで、図１４にアプローチビュ
ーを表示するための実施例を示す。図１２におけるフロ
ーチャートに次の処理を加える。ステップ３０２により
アプローチ方向が決定された後、現在の表示角度での座
標系Ａから座標系Ｖへの回転行列を記憶する(ステップ
４０１)。これにより、アプローチビュー方向が記憶さ
れる。ここで、アプローチビュー表示を行う指示が入力
されると(ステップ４１１)、ステップ４０１で記憶した
回転行列をパラメータに入力する(ステップ４１２)。す
ると、図１２のステップ３１１へ進み、上記の図１２の
実施例により、アプローチ方向と視線方向が一致したア
プローチビューが表示される。

【００３１】上述の実施例により、手術のアプローチを
計画できるが、そのとき、体の表面のどこからアプロー
チすればよいかを求めることにより、更に手術計画を支
援できる。図１５にアプローチ表面位置を求めるための
実施例を示す。まず、注目点やアプローチを設定する前
に、ボリュームレンダリングを行い、体表面を表示する
ようなパラメータを設定し、記憶する(ステップ５０
１)。本実施例ではしきい値を記憶する。ここで、図１
２の実施例のステップ３０１，３０２によりアプローチ
方向が設定されたあと、ステップ５０１で記憶したパラ
メータ(しきい値)を呼び出し、レンダリングパラメータ
に入力する(ステップ５１１)。すると、図１２に示した
実施例(ステップ３１１〜３１８)により、体表面の３次
元画像とアプローチと注目点とを合成表示する。このと
き、アプローチは投影面と垂直のため点となり、アプロ
ーチと注目点は重なり、図１３(ａ)のようになる。

【００３２】すると、体表面とアプローチ方向の交わる
位置はステップ３１７で得られたＺバッファにより求め
られる(ステップ５１２)。得られたアプローチ表面位置
はＶ系の座標なので、Ａ系の座標に変換し、記憶する
(ステップ５１３)。以降、記憶されたアプローチ表面位
置は、注目点を表示するときに、記憶していた座標系Ａ
から、座標系Ｖに変換し、図９の実施例と同様に表示を
行う。以上の実施例により、術前にアプローチ方向と、
アプローチ表面位置の検討を行うことができる。なお、
上記各実施例は本発明の一例を示したものであり、本発
明はこれに限定されるべきものではないことは言うまで
もないことである。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、観
察方向によらず、常に注目する部分を中心として関心領
域が設定され、関心領域とそれ以外の領域との関係を、
表示パラメータをインタラクティブに変更することによ
り、立体的に把握できるようになる。また、関心領域に
ついてのみレンダリングすることで、高速な処理が可能
となったり、高精細な画像を得ることができるようにな
る。更に、表示対象について穴をあけるような表示や、
アプローチ方向を表示することにより、手術の計画など
を行うことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る、注目点を中心とした
関心領域の設定とレンダリング法を示すフローチャート
である。

【図２】ボリュームレンダリングの実施例を説明する図
である。

【図３】再サンプリングの実施例を説明する図である。

【図４】不透明度とボクセル値の対応例を示す図であ
る。

【図５】注目点と関心領域とが設定されたときのレンダ
リング結果の例を説明する図である。

【図６】高精細な表示を行うときの例を示す図である。

【図７】レンダリング計算開始位置を変更する実施例を
説明する図である。

【図８】関心領域の大きさと形状を変更する例を示す図
である。

【図９】注目点を表示する例を示す図である。

【図１０】注目点を物体内部に指定する例を示す図であ
る。

【図１１】注目点を物体内部に指定する例を示す図であ
る。

【図１２】アプローチ方向の設定とレンダリングの例を
示すフローチャートである。

【図１３】アプローチ方向の表示例を示す図である。

【図１４】アプローチビューへの復帰の例を示すフロー
チャートである。

【図１５】アプローチ上の表面位置を求める実施例を示
したフローチャートである。

【符号の説明】

１３次元データ２投影面５３次元データのオリジナル座標系６回転後の投影座標系２１しきい値２２不透明度を定義する比例定数３２注目点３３関心領域６６仮の注目点７０真の注目点７１アプローチ方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ボクセルデータの３次元配列からなる３
次元データを用いて該３次元データ中の表示対象物体を
２次元平面上に投影した画像を生成し、表示を行う３次
元画像処理方法であって、少なくとも、前記投影した画
像である３次元画像上で、注目点を指定するステップ
と、指定した３次元画像上の注目点の奥行き座標値を求
めるステップと、注目点の３次元座標値を記憶するステ
ップと、投影面上において注目点を内部に含む関心領域
を設定するステップと、前記関心領域について、その他
の領域とは別に、投影画像生成計算のパラメータを設定
するステップを有する３次元画像処理方法において、前記パラメータにより３次元データと投影面との位置関
係が変更されたとき、表示方向が変わることにより投影
面上で移動する注目点に追従して関心領域を移動させる
ステップと、関心領域とその他の領域とのそれぞれのパ
ラメータにより両者の領域について投影画像生成計算を
行い、表示するステップを有することを特徴とする３次
元画像処理方法。
【請求項２】前記各ステップに加え、関心領域につい
ては、投影画像生成計算のパラメータのうちのサンプリ
ング間隔をその他の領域より細かくして投影画像生成計
算を行うステップを有することを特徴とする請求項１記
載の３次元画像処理方法。
【請求項３】前記各ステップに加え、関心領域につい
ては、投影画像生成計算のパラメータのうちの投影画像
生成計算の開始点の位置を指定するステップを有するこ
とを特徴とする請求項１記載の３次元画像処理方法。
【請求項４】前記各ステップに加え、関心領域の大き
さを入力するステップと、関心領域の形状を入力するス
テップを有することを特徴とする請求項１記載の３次元
画像処理方法。
【請求項５】前記注目点を指定するステップは、仮の
注目点を指定するステップと、仮の注目点を通り投影面
と垂直な平面による３次元データの断面画像を表示する
ステップと、前記断面の位置を平行に移動し表示するス
テップと、断面画像上で真の注目点を指定するステップ
から成ることを特徴とする請求項１記載の３次元画像処
理方法。
【請求項６】ボクセルデータの３次元配列からなる３
次元データを用いて該３次元データ中の表示対象物体を
２次元上に投影した画像を生成し、表示を行う３次元画
像処理方法であって、少なくとも、前記投影した画像である３次元画像上で、注目点を指定
するステップと、指定した３次元画像上の注目点の奥行
き座標値を求めるステップと、注目点の３次元座標値を
記憶するステップと、現在の視線方向で注目点を通る線
である、注目点へのアプローチを設定するステップとを
持ち、投影画像生成計算のパラメータが変更・入力され
るたびに、そのパラメータによる３次元画像と注目点と
注目点へのアプローチとを合成表示するステップを持つ
ことを特徴とする３次元画像処理方法。
【請求項７】前記各ステップに加え、一つの操作で、
アプローチ方向と視線方向を一致させるステップを持つ
ことを特徴とする請求項６記載の３次元画像処理方法。
【請求項８】前記各ステップに加え、物体の表面を表
示するときの投影画像生成計算のパラメータを記憶する
ステップと、注目点へのアプローチを設定したときに、
物体表面を表示するパラメータに変更するステップと、
アプローチ上で物体表面にある点の位置を求めるステッ
プと、投影画像生成計算のパラメータが変更・入力され
るたびに、そのパラメータによる３次元画像と注目点と
注目点へのアプローチとアプローチ上の物体表面の点を
合成表示するステップを持つことを特徴とする請求項６
記載の３次元画像処理方法。