JPH1011604A - ボリュームレンダリング法による陰影づけ方法及び装置 - Google Patents

ボリュームレンダリング法による陰影づけ方法及び装置

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JPH1011604A
JPH1011604A JP8158357A JP15835796A JPH1011604A JP H1011604 A JPH1011604 A JP H1011604A JP 8158357 A JP8158357 A JP 8158357A JP 15835796 A JP15835796 A JP 15835796A JP H1011604 A JPH1011604 A JP H1011604A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボリュームレンダリング法での陰影化に際
し、陰影化をもっと明瞭にしたい。 【解決手段】 ボリュームレンダリング法の要素である
陰影づけの勾配を、CT像の画素値及び画素値勾配の大
きさで強調又は弱めて陰影づける。 【効果】 半透明表示の場合、いくつも重なって見える
臓器のうち、特定の臓器をコントラストを強くして表示
し、他の臓器は参考程度にうっすらと表示できるように
なる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボリュームデータ
を含む複数の断層像から得る三次元画像の陰影づけに係
り、特にボリュームレンダリング法による陰影づけ方法
及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ボリュームレンダリング法による陰影づ
けを行うと、淡い表示や半透明表示ができることが知ら
れている。それは、光が物体内部まで減衰・反射しなが
ら通過し、光量が一定の割合に減衰するまでに通過した
ところを全て画像化するという方法をとっているためで
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ボリュームレンダリン
グ法による半透明表示の場合、いくつも見える臓器のう
ち、特定の臓器を明瞭(コントラストをつけて)にし
て、ほかの臓器は参考程度にうっすらと(コントラスト
をあまりつけず)表示したいときがある。例えば人間の
頭に関して、頭は皮膚と脳と骨とで構成されるが皮膚と
脳をうっすらと描画して、骨を明瞭に描画する如き例が
ある。
【0004】かかる従来のボリュームレンダリング法の
一例(周藤安造著.「医学における三次元画像処理」の
104ページ〜110ページ。1995年3月10日.
株式会社コロナ社発行)を以下に示す。ボリュームレン
ダリングによる三次元画像の画素値を求めるには、先ず
傾斜を考慮した画素値を下記の式に従って求める。
【数1】 ここで、Gradは傾斜から得られる画素値を示すため
のシンボル、f(i、j、k)は、座標(i、j、k)にお
ける画素値、Grad f(i、j、k)は傾斜から求ま
る座標(i、j、k)での画素値を示す。更に右辺での
(f(i+1、j、k)−f(i−1、j、k))/2とは、座
標iの前後の座標i+1、i−1での画素値の差分を求
め、これを2で除算(即ち1つの座標iでの傾斜に割り
当てるための処理)するとの意味をなす。他の座標j、
kでも同様である。
【0005】簡単のため、数1に関して、座標(i、j、
k)をxiとおく。そして勾配を考慮した任意の位置xi
でのボクセルの不透明度α(xi)を、次式で表す。こ
こで、αa、αb、αcは典型的な組織(例えば、a、
b、cの3つの組織例)毎に固有な不透明度を示す定数
であり、テーブルに登録しておく。fa、fb、fcは複
数の異なる生体組織(a、b、cの3つの組織例)の境
界におけるスカラー値(一般にボクセル値)であり、例
えばfa≦fb≦fcである。従って、faとαa、fbとα
b、fcとαcとはそれぞれ複数の異なる生体組織a、
b、cの境界におけるスカラ値とその値に対する不透明
度を示すことになる。f(xi)と、fa、fb、fcとの
大小の対比で不透明度α(xi)は以下の4つの形態と
なる。
【0006】
【数2】 三次元画像のためのレンダリング処理は次のようにな
る。投影線毎にその投影線に沿って奥行き方向に並んだ
ボクセルについて、前方の光と自らが発する光、あるい
は光源に照らされて反射する光(前記不透明度α
(xi)よって定まる)とを合成して、次々とボクセル
に渡していき、最後のボクセルから出る光がレンダリン
グ画像のビクセル値(画素値)になる。なお、反射係数
はあらかじめテーブルで与えておく。こうしたボリュー
ムレンダリング法では、前述の如き骨を明瞭に、皮膚と
脳とをうっすらと描く如き描き分けは不可能であった。
【0007】本発明の目的は、こうした課題の解消をは
かり、必要とする部位の画素値を任意に設定可能な陰影
づけ方法及び装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、ボリュームデ
ータを含む複数の断層像から三次元画像を構成し、その
際に前記断層像の画素値に対応する情報を含ませて陰影
を施すようにする方法において、ボリュームレンダリン
グ法の要素である陰影づけの勾配を画像の性質又は陰影
化の仕方に対応させて変更させるものとしたボリューム
レンダリング法による陰影づけ方法を開示する。
【0009】更に本発明は、ボリュームデータを含む複
数の断層像から三次元画像を構成し、その際に前記断層
像の画素値に対応する情報を含ませて陰影を施すように
する陰影づけ装置において、ボリュームレンダリング法
の要素である陰影づけの勾配を画素点の位置と投影面と
の距離に関係づけた値で冪乗する手段と、この冪乗で得
た勾配に従って各ボクセルの不透明度を算出する手段
と、かくして得た不透明度に従って、各投影線上でのボ
リュームレンダリング画素値を算出する手段と、該算出
したボリュームレンダリング画素値を投影面上の画素値
として表示する手段と、より成るボリュームレンダリン
グ法による陰影づけ装置を開示する。
【0010】更に本発明は、ボリュームデータを含む複
数の断層像から三次元画像を構成し、その際に前記断層
像の画素値に対応する情報を含ませて陰影を施すように
する陰影づけ装置において、ボリュームレンダリング法
の要素である陰影づけの勾配を前記画素値及び画素値勾
配に関係づけた値で冪乗する手段と、この冪乗で得た勾
配に従って各ボクセルの不透明度を算出する手段と、か
くして得た不透明度に従って、各投影線上でのボリュー
ムレンダリング画素値を算出する手段と、該算出したボ
リュームレンダリング画素値を投影面上の画素値として
表示する手段と、より成るボリュームレンダリング法に
よる陰影づけ装置を開示する。
【0011】
【発明の実施の形態】本実施の形態では、前記(数1)
はそのまま使用し、前記(数2)を下記の如き数式とす
る。
【数3】 即ち、傾斜画素値Grad f(xi)(絶対値)をδ
乗化するようにした。ここで、値δとは、画像の性質
(又は陰影化の仕方)に従って変化させるものとする。
【0012】図2には、画素点と投影面との距離rによ
って値δを特別の形で変化させた例である。形態Aは、
r<r1では、δ=δ01、r1≦r≦r3では、δを三角
形の形態で変更、r3<rでは、δ=δ01、とした例で
ある。形態Bは、r<r2では、δ=δ02、r2≦r≦r
4では、δ=3、r4<rでは、δ=δ02、とした例であ
る。形態Aにするか形態Bにするかは、描きたい陰影化
による。また、形態A、B以外にも、距離rに応じて種
々の形態を実現できる。形態AとBとを比較すれば、 ・形態Aは形態Bよりも距離rの手前側でδを大きく設
定している。 ・形態Aは三角形で且つピークが大きく、α01<α02
あるのに対し、形態Bは矩形でピークも小さく、α02
α01である。 ・従って、形態Aを選べば投影面から近いところ(r1
〜r2)で且つコントラストも三角形に従った集中形の
ものとなり、形態Bを選べば投影面から遠いところ(r
2〜r4)で且つコントラストも矩形に従った多少の幅を
持つものとなる。また形態Aに比べて形態Bはδ02>δ
01であることから、投影面から近い位置及び投影面から
遠い位置では、明るく陰影化される。こうした距離rと
値δとの関係はメモリテーブルに格納しておき、必要に
応じて読み出して使用する。尚、図2での投影面とは、
三次元画像の投影先の面のことであり、投影法には平行
投影法や中心投影法等がある。投影面に投影する画像に
ついて陰影化をはかるが、かかる陰影化に際して、図2
を利用することにしたのである。
【0013】図3は、CT値(画素値)及びCT値の勾
配に従って値δを変化させる例である。CT値をx軸、
CT値の勾配をy軸とし、δをz軸とした。値δは、
(x0、y0)でピーク値を呈し、その近傍でヒストグラ
ム的な形状Cをなすように設定してある。ピーク値及び
ヒストグラムの形態及びその大きさは求めたい陰影化に
よって定める。こうした図3の形態Cを採用すること
で、例えば皮膚のCT値と脳のCT値は互いに近いため
に区別しにくいが、境界での勾配は大きく異なる(皮膚
は空気と接するので勾配は大きい)ので、皮膚と脳とを
区別して表示できる利点を持つ。
【0014】図3のデータもメモリテーブルとして格納
することで、読み出し自在に使用できる。テーブルに格
納するに際しては、例えば、x=x0、y=y0では、 δ=C21≦x≦x2、 y1≦y≦y2(但し、x1<x0
2、y1<y0<y2とし、x、yはx≠x0、y≠y0
する)では、 δ=C0+C1/(x2・y2) x<x1又はx>x2、y<y1又はy>y2では、 δ=C0 の如くする。ここで、C0、C1、C2は定数である。C0
<C2である。ヒストグラムとしたが、三角形や矩形等
その形態は種々設定可能である。
【0015】図1には、図2又は図3を利用して得た画
像の表示例を示す。表示画面上に、脳1と、皮膚3と骨
2とを重ねて表示した。特に、骨2を強く表示し、脳1
と皮膚3とを柔らかく表示させる陰影化をはかってい
る。
【0016】図4は、本実施の形態の装置例を示す。共
通バス18に、CPU10、主メモリ11、磁気ディス
ク12、表示メモリ13、CRT14、コントローラ1
5、マウス16、キーボード17を接続した構成であ
る。磁気ディスク12にボリュームレンダリング対象の
画像(CT画像やMR画像)が格納されており、これを
キーボード17やマウス16の指示により主メモリ11
に送り、CPU10によってボリュームレンダリング処
理を行う。この処理によって得られた陰影化された擬似
三次元画像は表示メモリ13に一時記憶されて、CRT
14に表示される。その表示例が図1の如きものであ
る。ここで、前記の参考文献に従うと、三次元画像のた
めのレンダリング処理は次のようになる。投影線に沿っ
て並んだボクセルについて、前方の光と自らが発する
光、あるいは光源に照らされて反射する光(前記不透明
度によって定まる)とを合成して、次々とボクセルに渡
していき、最後のボクセルから出る光がレンダリング画
像のビクセル値(画素値)になる。尚、反射係数はあら
かじめテーブルで与えておく。尚、メモリテーブルに図
2や図3の形態を格納させるとしたが、計算によって求
めてもよく、又はキーボード17からの入力によっても
よい。
【0017】
【発明の効果】本発明によれば、半透明表示の場合、い
くつも見える臓器のうち、特定の臓器を明瞭(コントラ
ストをつけて)にして、他の臓器は参考程度にうっすら
と(コントラストをあまりつけず)表示できるようにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の陰影表示例図である。
【図2】本発明の陰影処理のためのδの設定例図であ
る。
【図3】本発明の陰影処理のためのδの他の設定例図で
ある。
【図4】本発明の陰影づけ装置の構成例図である。
【符号の説明】
1 脳の画像 2 骨の画像 3 皮膚の画像

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボリュームデータを含む複数の断層像か
    ら三次元画像を構成し、その際に前記断層像の画素値に
    対応する情報を含ませて陰影を施すようにする方法にお
    いて、ボリュームレンダリング法の要素である陰影づけ
    の勾配を画像の性質又は陰影化の仕方に対応させて変更
    させるものとしたボリュームレンダリング法による陰影
    づけ方法。
  2. 【請求項2】 ボリュームデータを含む複数の断層像か
    ら三次元画像を構成し、その際に前記断層像の画素値に
    対応する情報を含ませて陰影を施すようにする陰影づけ
    装置において、ボリュームレンダリング法の要素である
    陰影づけの勾配を画素点の位置と投影面との距離に関係
    づけた値で冪乗する手段と、この冪乗で得た勾配に従っ
    て各ボクセルの不透明度を算出する手段と、かくして得
    た不透明度に従って、各投影線上でのボリュームレンダ
    リング画素値を算出する手段と、該算出したボリューム
    レンダリング画素値を投影面上の画素値として表示する
    手段と、より成るボリュームレンダリング法による陰影
    づけ装置。
  3. 【請求項3】 ボリュームデータを含む複数の断層像か
    ら三次元画像を構成し、その際に前記断層像の画素値に
    対応する情報を含ませて陰影を施すようにする陰影づけ
    装置において、ボリュームレンダリング法の要素である
    陰影づけの勾配を前記画素値及び画素値勾配に関係づけ
    た値で冪乗する手段と、この冪乗で得た勾配に従って各
    ボクセルの不透明度を算出する手段と、かくして得た不
    透明度に従って、各投影線上でのボリュームレンダリン
    グ画素値を算出する手段と、該算出したボリュームレン
    ダリング画素値を投影面上の画素値として表示する手段
    と、より成るボリュームレンダリング法による陰影づけ
    装置。
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