JP2001319220A

JP2001319220A - 医療画像データ・ボリュームからの関係のある画像データの抽出

Info

Publication number: JP2001319220A
Application number: JP2001041540A
Authority: JP
Inventors: Darin Robert Okerlund; ダリン・ロバート・オカーランド; Mark E Woodford; マーク・イー・ウッドフォード; Christopher Carson Slack; クリストファー・カーソン・スラック; James Markvica; ジェイムズ・マークヴィカ
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2001-11-16
Anticipated expiration: 2021-02-19
Also published as: IL142774A0; JP4959875B2; US6690371B1; DE10120584A1

Abstract

(57)【要約】【課題】３次元ボリューム・データ・セットから関係
のある画像データを迅速に抽出する方法および装置を提
供すること。【解決手段】画像データのボリューム（６２）から関
係のあるデータを迅速に抽出し、視覚化する方法は、画
像ボリュームから導出された、調整可能な視覚的パラメ
ータを有する低減忠実度画像を迅速に生成するステップ
と、この迅速な生成の間に低減忠実度画像の視覚的パラ
メータを調節して、望みの調整を選択するステップと、
画像ボリュームから導出されたフル忠実度画像を生成す
るステップと、このフル忠実度画像に選択した調整を適
用するステップとを含む。この実施形態は、画像の分析
に必要とされる時間を短縮する迅速な応答とともに、安
価なハードウェアでのインタラクティブな（５２）ボリ
ューム・レンダリング機能を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的に、医療撮像
に関するものであり、より詳細には、３次元ボリューム
・データ・セットから関係のある画像データを迅速に抽
出するための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボリューム視覚化の分野で取り組むべき
問題は、例えば、医療画像データなどの画像データのボ
リューム内に含まれる関連する情報を、エンド・ユーザ
にとって単純で直観的な方法を使用するタイムリーな方
式で抽出できるようにすることである。

【０００３】ボリューム・レンダリング（ＶＲ）は、医
療画像データのボリュームを視覚化する好ましい選択で
ある。ＶＲ処理は、１セットの曲線、すなわち不透明度
および色／輝度曲線によって管理されている。これらの
曲線は、任意のボクセル（ボリューム内のデータ・ポイ
ント）が、結果としての３Ｄ投影またはレンダリングで
どれだけの寄与および色輝度をもつかを決定する。取り
組むべきことは、観察に無関係な情報（例えば、血管の
観察でのスキャナ・テーブルおよび骨構造）を抑制しな
がらも、（例えばコントラストを強調した血管を示すこ
となどにより）重要な情報を強調するのに適切な曲線を
決定することである。ボリューム・クリッピングまたは
切断平面は、関心対象でない部分を除去するのに、及び
関連のある組織または臓器を隠すまたは塞ぐことになる
ボリュームの部分を除去するのに使用することができ
る。例えば、ボリューム・クリッピングは、肋骨の画像
を切り払って大動脈の明瞭なサジタル・ビューを得るの
に使用することができる。

【０００４】画像データのボリュームをレンダリングす
ることに関して既知のシステムが抱える問題は、遅すぎ
て医療環境または外科手術の環境で即時にフィードバッ
クを与えることができないか、または強力で高価な画像
処理ハードウェアを必要とするかのいずれかであるとい
うことである。さらに、ソフトウェア・ベースの、いく
つかの既知のボリューム・レンダリング装置は、より速
いインタラクティブなレンダリングを、画像データのボ
リュームの大きな部分をスキップすることによって達成
しようとしている。ある意味では、このレンダリング処
理は、ボリューム・レンダリング不透明度曲線が与えら
れた場合に、特定のボクセルに合うように調整されてい
る。透明であるようなボリュームの部分（すなわち、不
透明度ゼロが指定されているボクセル値の範囲）は、サ
ンプリングされない。このスキームでは、調整の結果が
インタラクティブな方式でユーザに示される一方、ユー
ザが不透明度曲線を調整するということができない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、比較的、
安価なハードウェア上で動作することが可能なインタラ
クティブ方式のボリューム・レンダリングを行うことが
望ましいであろう。少なくともいくつかの医療上または
手術上の使用に関しては、画像の分析に必要な時間を短
縮するために、迅速な応答を有するインタラクティブ方
式で制御することもまた、望ましいであろう。さらに、
撮像機器のオペレータが、彼または彼女の選択を誘導す
る実質的に即時の視覚的フィードバックを保ちながら、
インタラクティブな方式でボリューム内の重要な情報を
強調できるように応答が迅速であることが望ましいであ
ろう。好ましくは、関連のあるデータを抽出する初期の
プロトコル化された設定に対するこうしたインタラクテ
ィブ方式の「ツイーキング（tweaking）」または調整
は、診察ごとにおよそ１分以上かかるべきではない。最
終のフル忠実度レンダリングが、現行のシステムを使用
して行われるのよりもずっと早く開始できるように、３
次元パラメータ調整および「ツイーキング」にずっと少
ない時間を費やすことが望ましいであろう。臨床上の生
産性をさらに向上させるため、ユーザ・インターフェー
スでの相当の複雑性を除去し、システムがボリュームか
ら関係のあるデータを迅速に抽出するための直観的手法
を提供することもまた、望ましいであろう。

【０００６】

【課題を解決するための手段】したがって、本発明の一
実施態様は、画像データのボリュームから関係のあるデ
ータを迅速に抽出し、視覚化するための方法であって、
この方法は、画像データのボリュームから導出された、
調整可能な視覚的パラメータを有する低減忠実度画像を
迅速に生成するステップと、この迅速な生成の間に低減
忠実度画像の視覚的パラメータを調節して、望みの調整
を選択するステップと、画像ボリュームから導出された
フル忠実度画像を生成するステップと、このフル忠実度
画像に選択した調整を適用するステップとを含む。

【０００７】この実施態様は、画像の分析に必要とされ
る時間を短縮する迅速な応答とともに、安価なハードウ
ェアでのインタラクティブ方式のボリューム・レンダリ
ング機能を与える。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１および２を参照すると、コン
ピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム１０が、「第三
世代」ＣＴスキャナであることを表すガントリ１２を含
むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線ビーム
１６を投射するＸ線源１４を備えている。Ｘ線源はガン
トリ１２の反対側にある検出器のアレイ１８に向かって
投射する。検出器のアレイ１８は、医療患者２２を透過
する投射されたＸ線を揃って感知する検出素子２０によ
って形成されている。各検出素子２０は、入射するＸ線
の強度を表わし、したがって患者２２を透過したビーム
の減衰を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを得
るスキャンの間、ガントリ１２およびそこに取付けられ
ているコンポーネントは、回転の中心２４のまわりを回
転する。

【０００９】ガントリ１２の回転およびＸ線源１４の動
作は、ＣＴシステム１０の制御メカニズム２６によって
管理されている。制御メカニズム２６は、Ｘ線源１４に
電力およびタイミング信号を送るＸ線コントローラ２
８、ならびにガントリ１２の回転速度および位置を制御
するガントリ・モータ・コントローラ３０を含んでい
る。制御メカニズム２６のデータ獲得システム（ＤＡ
Ｓ）３２は、検出素子２０からのアナログ・データをサ
ンプリングして、そのデータを後続の処理のためにデジ
タル信号に変換する。画像再構成装置３４は、ＤＡＳ３
２からサンプリングされたＸ線データおよびそのデジタ
ル化されたものを受け取り、高速度画像再構成を実行す
る。この再構成された画像は、その画像を大容量記憶デ
バイス３８に記憶するコンピュータ３６に、入力として
適用される。

【００１０】コンピュータ３６はまた、キーボードを備
えたコンソール４０を介して、オペレータからコマンド
およびスキャンのパラメータを受け取る。関連の陰極線
管ディスプレイ４２は、オペレータがコンピュータ３６
で再構成された画像および他のデータを観察することが
できる。オペレータが与えるコマンドおよびパラメータ
は、コンピュータ３６によって、ＤＡＳ３２、Ｘ線コン
トローラ２８、およびガントリ・モータ・コントローラ
３０に制御信号および情報を提供するために使用され
る。さらに、コンピュータ３６は、ガントリ１２で患者
２２の位置を動かす電動テーブル４６を制御するテーブ
ル・モータ・コントローラ４４を操作している。詳細に
は、テーブル４６は、ガントリ・オープニング４８を通
して患者２２の部分を動かす。

【００１１】図３は、オペレータ・コンソール４０のブ
ロック図である。一実施形態によれば、コンピュータ３
６（図１）は、コンソール４０に組込まれており、コン
ソール４０は、撮像システムがデータを獲得する方式を
指定する診察指示サブシステム５０、獲得された画像お
よび処理されたデータの提示レイアウトおよび表示の役
割を担う視覚化サブシステム５２、撮像データの永久格
納および将来の検索のためのアーカイブ・サブシステム
５４、データをフィルム上に転送する撮影サブシステム
５６、およびネットワークを介して他の撮像システム
に、またはそこからデータを転送するネットワーキング
・サブシステム５８を含む。オプションの遠隔ビューイ
ング・ステーションを、画像の遠隔ビューイングを可能
にするために、コンソール４０に結合することができ
る。

【００１２】診察指示サブシステム５０は、患者診察デ
ータがどのように獲得されるかを決定する役割を担う。
継続的なスライス位置、スライス厚、視野、スキャン技
法、および再構成アルゴリズムを含めて、獲得を指示す
るのに多数のパラメータが必要となる。ボリューム撮像
および撮影の提示パラメータもまた、診察スキャン指示
に含めることができる。これらのパラメータは、技術者
が明示的に入力することができ、また、より一般的に
は、当技術分野で周知のとおり、これらのパラメータ
は、特定のスキャン・プロトコルを選択することによっ
て定義される。サブシステム５０がスキャン指示を生成
し、この指示がＤＡＳ３２（図２）に伝送される。

【００１３】ＤＡＳ３２は、指示に従って獲得データを
収集して、ボリューム・モデルを生成するために使用す
ることができる一連の画像を、獲得されたデータから生
成するために、獲得されたデータを画像再構成装置３４
に提供する。通常、ボリューム・モデルは、しばしば、
サンプルごとに単一スカラー値を有する３次元（または
より高次元の）直線アレイの値を含む。図４は、２次元
画像のスタックから構成される３Ｄ直線モデルを図示し
ている。獲得の間、個々のスライスが獲得されて、モデ
ルの１次元に沿ってスタックされる。すべてのスライス
が獲得されて、再構成された後、ＮｘかけるＮｙかける
Ｎｚのデータサンプルを含むボリューム・モデルが生成
される。

【００１４】図３を再び参照すると、視覚化サブシステ
ム５２が、オペレータに対するすべての関連のある撮像
データの提示を制御している。このデータは、例えば、
２Ｄ画像、３Ｄ投影、患者データ、注釈、および測定を
含む。サブシステム５２は、各ウインドウ６０が視覚化
パラメータのそれ自身のセットを含み得る、１つまたは
複数のウインドウまたはビューポート６０を使用して、
ルーチン表示、相互参照、オートビュー表示、ボリュー
ム・オートビュー表示、および他の形式の表示などの、
いくつかの視覚化フィーチャを実装している。以下でさ
らに詳細に記載するとおり、視覚化サブシステム５２
は、フィルタリング、分類、レンダリング、注釈、およ
び測定を行うために、いくつかのコンポーネントを含ん
でいる。

【００１５】アーカイブ・サブシステム５４は、将来の
検索のために獲得され、計算されたすべての撮像データ
を（様々なメディア形式を使用して）永久に格納する。
このデータは、プロトコル、２Ｄ画像、測定、およびス
クリーンが取込む３Ｄレンダリングを含む。３Ｄプロト
コル、ムービー・クリップ、およびシネ・ループもま
た、サブシステム５４によって格納することができる。

【００１６】撮影サブシステム５６は、データをフィル
ムに加工することによって、撮像データのハードコピー
を生成する。これは、２Ｄ画像、テキストおよびグラフ
ィックの注釈、ならびに獲得された画像データの３Ｄレ
ンダリングを含み得る。３Ｄ撮像に関する形式およびパ
ラメータ（例えば、位置、向き、および透明度割指定）
は、診察スキャン指示に含めることができる。

【００１７】ネットワーキング・サブシステム５８は、
ネットワーキング・サブシステム５８がネットワークさ
れた接続を介して撮像データを別の撮像システムに、ま
たはそこから転送することを除けば、その機能に関し
て、アーカイブ・サブシステム５４と同様である。ま
た、ネットワーキング・サブシステム５８は、ＨＩＳ／
ＲＩＳ情報を受け入れることができ、他のサブシステム
に対して状態情報を提供することができる。撮像データ
の例は、３Ｄパラメータ、３Ｄ投影、シネ・ループを含
み、ムービー・クリップをネットワーキング・サブシス
テム５８を介してネットワークされたワークステーショ
ンに転送することができる。

【００１８】また、ネットワーキング・サブシステム５
８は、ビュー、画像、および３Ｄの処理を実行すること
ができる補助処理機構に対して、ネットワーク接続を確
立することができる。この補助処理機構は、例えば、検
索されたデータを迅速に処理して、画像データおよび情
報を返す専用マシンを含み得る。例えば、再構成コード
を、ビュー・データに適用することができ、再構成され
たデータ・セットが返される。

【００１９】オプションの遠隔ビューイング・ステーシ
ョン・サブシステムもまた、コンソール４０に結合する
ことができる。こうしたサブシステムは、獲得の間に画
像が生成されるにつれて、３Ｄ画像のリアルタイム表示
更新を遠隔方式で見ることのできる機能を追加すること
になる。

【００２０】図５は、視覚化サブシステム５２のブロッ
ク図である。サブシステム５２のフィルタリング・コン
ポーネント８０が、ＤＡＳによって提供されるデータに
画像処理フィルタを適用する。こうしたフィルタリング
は、２次元処理ステップと３次元処理ステップの両方を
含むことが可能であり、当技術分野で周知のとおり、画
像強調、画像修復または画像アーチファクトの抑制、画
像圧縮および画像圧縮解除、ならびに高度視覚化に必要
とされる事前処理の役に立つ。重要なことに、こうした
フィルタリングは、画像獲得の間に増分方式で行うこと
ができる。また、こうしたフィルタリングは、完全に獲
得されたデータ・セットの獲得の後に実行することもで
きる。必要でないときは、フィルタリング・コンポーネ
ント８０を、例えば処理速度を増加させるために、バイ
パスさせることが可能である。

【００２１】セグメンテーション・コンポーネント８２
は、フィルタに掛けられたデータを別々のカテゴリに分
類する。コンポーネント８２は、データが獲得されるに
つれて増分方式で動作することができ、またはすべての
データが獲得された後に動作することもできる。セグメ
ンテーションは、獲得された撮像データからどのように
関係のある情報を抽出するかに関する情報を提供するよ
うに、２次元処理ステップと３次元処理ステップの両方
を含むことが可能である。この情報は、画像プロパティ
に関する参照テーブルおよびバイナリ占有または物質パ
ーセンテージ情報を含む別の別個のボリュームを含む、
いくつかの形式を有することが可能である。

【００２２】測定コンポーネント８４は、リアルタイム
・モードまたは獲得後モードのいずれかで、２Ｄ画像ま
たは３Ｄボリュームに対して動作する。測定コンポーネ
ント８４は、獲得された画像データ、フィルタを掛けら
れたデータ、および／またはセグメント化されたデータ
に対して、計算を実行することができる。測定は、距
離、表面積、容積、関心対象の部位（ピクセルまたはボ
クセルの平均値および標準偏差）、および石灰化スコア
リングを含む。他の視覚化コンポーネントと同様に、こ
れらの計算は、獲得の間に増分方式で、または事後処理
として行うことができる。

【００２３】レンダリング・コンポーネント８６は、画
像再構成装置３４（図２）、フィルタリング・コンポー
ネント８０、またはセグメンテーション・サブシステム
８２から直接に出力を得て、表示されるべき新しい画像
を計算する。レンダリング・コンポーネント８６は、リ
アルタイム・モードまたは獲得後モードのいずれかで、
獲得されたデータの複数のレンダリングされた画像を生
成することができる。両方のモードとも、獲得されるモ
デルの２Ｄ断面投影またはより高次元の投影として、デ
ータを見ることをサポートする。

【００２４】注釈コンポーネント８８は、レンダリング
された画像上にオーバーレーして患者情報およびスキャ
ン情報を書きとめる。グラフィック的な注釈もまた、相
互参照などのフィーチャのため、テキストに加えること
が可能である。注釈は、３Ｄレンダリングにも適用する
ことができる。

【００２５】サブシステム５２を指示するパラメータ
は、獲得に先立ってユーザが入力する、またはスキャン
・プロトコルに含めることが可能である。これらのパラ
メータは、獲得の間にローカルで調整可能である。

【００２６】視覚化サブシステム５２は、断面データの
リアルタイム表示をサポートする。一般に、この視覚化
フィーチャは、本明細書で使用するとおり、「オートビ
ュー」、「ボリューム・オートビュー」、または「ＶＡ
Ｖ」と呼ばれ、データが獲得されるにつれて増分方式で
更新される、データの３Ｄビューを指している。ボリュ
ーム・オートビューは、画像再構成装置からの撮像「ス
トリーム」に付随して、コンソール４０で実行される。

【００２７】データ獲得の間、ボリューム・オートビュ
ーは、時間の経過とともにデータが獲得されるにつれ
て、リアルタイムの、増分方式で更新される、データの
３Ｄビューを提供する。このレンダリングの方法を本明
細書では、動的データレンダリング（ＤＤＲ）と呼ぶ。
データが完全に獲得された後、次に、静的データに対す
るレンダリングの方法が使用される。この表示の方法を
本明細書では、静的レンダリング（ＳＤＲ）と呼ぶ。さ
らに、統合されたビューの中で静的データと動的データ
の両方のレンダリングを行う機能が設けられている。こ
のタイプのレンダリングは、混合データ・レンダリング
（ＭＤＲ）と呼ばれる。ＤＤＲ、ＳＤＲ、およびＭＤＲ
は、下記でさらに詳細に説明している。

【００２８】データ獲得に先立って、診察が技術者によ
って指示される。ボリューム・オートビューが診察指示
サブシステムに組込まれて、獲得の間にどのように１つ
または複数の動的ボリュームが視覚化されるべきかを指
定する新しいパラメータを与える。より詳細には、３Ｄ
モデルおよびビューの位置および向き、色および透明度
の割当てフィルタ設定およびセグメンテーション設定、
視覚化技法およびアルゴリズムなどのパラメータがプロ
トコル内で指定されている。視覚化パラメータも特定の
ＶＩＳスキャンプロトコルに含まれている。撮影、なら
びにムービー・クリップの生成および保存もまた、獲得
に先立って指示することができる。

【００２９】新しい画像が獲得されるにつれて、視覚化
サブシステム５２が、３Ｄモデルに追加されてくる画像
に（必要な場合）フィルタを掛ける。非常に速い、介入
（「Ｘ線透視」）スキャン・モードを使用しても、すべ
ての処理およびレンダリングは獲得システムの画像生成
速度と「ペースを合わせ」なければならないという制約
のもとで、画像から特定の情報を抽出するのに、２次元
および３次元のセグメンテーションを使用することも可
能である。ボリューム・オートビューもまた、動的ボリ
ュームに対するリアルタイムの測定（例えば、関心対象
のボリュームおよび石灰化スコアリング）を得るのに使
用することができる。

【００３０】ボリューム・オートビューは、「ロック(r
ock)・モード」で実行することができる。より詳細に
は、通常はビューイング・ベクトルに垂直な垂直軸を中
心として、小さな回転角度が３Ｄモデルに加えられる。
この回転角度は、フレームごとに３Ｄモデルのレンダリ
ングが行われるのに応じて周期的に変化する。こうした
自動回転は、３Ｄ視覚化処理でもう１つの奥行キューを
与えるということに役に立つだけでなく、獲得の間に技
術者／放射線専門医／介入放射線医の手が空いておら
ず、３Ｄモデルとインタラクトできない介入手順の場合
に特に価値がある。ロック・モードパラメータは、指示
に含めることができ、また、ユーザがそれを調節するこ
ともできる。

【００３１】ボリューム・オートビューはまた、ボリュ
ーム・データを有する内部混合形状を含む。例えば、針
の形状モデルをボリュームに埋め込むことが可能であ
り、バイオプシー手順で使用される実際の針の位置を追
跡するのに、ボリューム・オートビューを使用すること
ができる。埋め込まれた形状はまた、ボリューム内の３
次元注釈としても使用することが可能である。

【００３２】複数の撮像ウインドウまたはビューポート
６０（図３）もまた、独立した視覚化パラメータのため
に使用することができる。例えば、獲得の間、サジタル
・ビューからの骨構造を１つのウインドウで表示して、
コロナル・ビューからの脈管構造を第２ウインドウで表
示することができる。それぞれ視覚化パラメータの独立
したセットを有する、複数のビューポートが用意されて
いる。

【００３３】ボリューム・オートビューの重要な臨床上
の利点は、外傷症例の治療に存在する可能性がある。こ
うした緊急の状況では、観察の総時間を最小限に抑える
ことが重要である。時間の制約のため、放射線専門医
は、旧来の３Ｄ獲得後分析をなしで済ませて、断面デー
タから伝えられる情報のみに頼る可能性がある。ボリュ
ーム・オートビューがあれば、時間上の不利益なしに、
放射線専門医には、適切な診断を行う上で不可欠である
可能性がある追加の３Ｄ情報が提示される。

【００３４】獲得に続いて、例えば、ボリュームから追
加の情報を抽出するなど、データのボリュームとインタ
ラクトして、さらに視覚化するために、再検討表示モー
ドを使用することができる。再生フィーチャを使用し
て、視覚化されたボリュームのレンダリングをＶＣＲに
出力することができる。図６に示すとおり、ボリューム
が獲得されるのに応じてそれを再生する、反復ループを
使用することも可能である。また、後の再生のために、
マルチメディア・ムービー・クリップを生成して、保存
することも可能である。

【００３５】図７を参照すると、データのスラブまたは
サブ・ボリュームを一度に視覚化するために（例えば、
スラブ・シネ／ページング）、ボリュームを循環させる
ことができる。さらに、どの３Ｄレンダリングも、画像
データベース内にインストールする、保存する、撮影す
る、またはネットワーク化することができる。

【００３６】レンダリング・サブシステム８６は、少な
くとも１つのボリューム・モデルに対して動作する。Ｐ
ｘかけるＰｙピクセルに分解される画像平面上に、ボリ
ューム・モデルを投影するパラメータを指定するため
に、仮想カメラ・モデルが定義される。このカメラ・モ
デルは、カメラ・ビュー座標からモデル・データ・サン
プル座標へのマッピングを定義する投影マトリックスＭ
を使用する。このマトリックスは、ボリューム内のサン
プルの縦横比、ならびにボリュームの被写体およびカメ
ラに対するすべての変換（例えば、拡大縮小、並進、お
よび回転）を考慮に入れる。マトリックスＭは、並列ビ
ューイング変換および透視ビューイング変換を含む、一
般の投影技法をサポートする。

【００３７】画像平面上へのボリューム・モデルの投影
は、例えば、レイ・キャスティングまたはテクスチャ・
マッピングを使用して達成される。もちろん、他の画像
アレイ技法を使用することも可能である。レイ・キャス
ティング（ＲＣ）として知られている画像アレイ技法
は、画像平面の各ピクセルからの光線をボリューム内に
キャストする。次に、光線に沿ってボリュームのサンプ
ルが取られ、データの値が組み合わされて、画像に対す
る最終のピクセルが形成される。サンプルは、一般のボ
リューム・レンダリング手法をサポートするために、オ
プションとして、色または不透明度などの様々な量に対
してマッピングすることができる。光線に沿ってサンプ
ルに適用される一般的なオペレーションは、最大輝度
（ＭＩＰ）、平均、合成、シェーディングをともなう合
成である。

【００３８】別法では、ハードウェア・テクスチャ・マ
ッピング技法（ＴＭ）を使用することができる。ハード
ウェアＴＭは、テクスチャ・マップされた形状レンダリ
ング・ハードウェアを使用して、データ・サンプルをト
ラバースして、適切なアレイで混合する被写体アレイ技
法である。サンプル（または、そのＲＧＢＡマップされ
た値）が、多角形上にマップされて、この多角形が画像
平面上に投影される。ＴＭハードウェアにより、投影さ
れる平面は、カメラ・ビュー平面に対して軸が揃えられ
ているか（２ＤＴＭハードウェア）、または斜め向き
で平行であることが可能である（３ＤＴＭハードウェ
ア）。ＲＣと同様に、データ・サンプルを、色や不透明
度などの他のプロパティに変換して、一般のボリューム
視覚化レンダリング技法をサポートすることができる。
サンプルに対してＲＣで利用可能なすべてのオペレーシ
ョンは、ＴＭ技法を使用しても可能である。周知である
ＲＣ技法およびＴＭ技法は両方とも、下記に記載の３つ
のレンダリング・モードをサポートするのに使用するこ
とができる。

【００３９】レンダリングされるべきボリューム・モデ
ルが時間の経過とともに変化するとき、レンダリング処
理は、次のレンダリングされる画像でそれらの変化を考
慮に入れる必要がある。図８は、その中でスライスが新
しいデータで置き換えられているボリューム・モデルを
図示している。このタイプの変化があった場合、レンダ
リングは２つの方式で実行することができる。レンダリ
ングを行うための単純で力ずくの戦略は、それまでに獲
得されたすべてのデータに対して完全にレンダリングを
行って、最新の画像を生成することである。ただし、カ
メラおよびボリューム・モデルが静止したままであれ
ば、かなりの計算上の節約を得ることが可能である。こ
の場合、ボリューム・データの変化を考慮に入れるため
に、前のレンダリングを増分方式で更新することが可能
である。

【００４０】例えば、ＴＭを使用して、前に計算された
画像に対する新しい各スライスの寄与を追加することに
よって、新しいレンダリングを達成することができる。
図９は、新しいスライスがボリュームの一方の端に追加
されるのにつれて、見る人に向かってそのサイズが増大
しているボリュームを図示している。新しいスライスが
利用可能で、ＤＤＲ方法を使用しているとき、最後のス
ライスと新しいスライスの間の、テクスチャ・マップさ
れたすべての多角形が使用される。新しいスライスの色
および不透明度を含むテクスチャ・マップされた多角形
は、逆投影マトリックスＭ１を介して変換され、スキャ
ン変換されて、フレーム・バッファ内で現行の画像と混
合される。新しく追加されるスライスは、見る人との関
係で、ボリュームの前面または背後のいずれかに追加す
ることが可能である。既にレンダリングされたスライス
の前面にスライスを追加することが望ましい。というの
は、これは、ユーザが獲得された最新の情報を見ること
を可能にして、合成を行っているとき、部分的な不透明
度結果を格納するために、フレーム・バッファ内で追加
のメモリを必要とすることがないためである。前にレン
ダリングされたスライスの背後にスライスを追加するこ
とは、前後合成の使用を必要とし、したがって、ピクセ
ルごとに追加のメモリを必要とする。

【００４１】シェーディングが実行されている場合、前
にレンダリングされたスライスの計算されたノーマル(n
ormal)は変更されなければならない。ただし、前のスラ
イスの寄与は、現行の画像に既に混合されている。レン
ダリングは、レンダリングされる画像にスライスの寄与
が行われたときに、そのスライスに関するすべての情報
が入手できるように、１つまたは複数のスライスによっ
て、遅らせることが可能である。

【００４２】ボリューム・モデルを、力ずくの増分手法
を使用してレンダリングする計算複雑度は、Ｏ（Ｎ）で
あり、ここでＮは、ボリューム内の平面の数である。レ
ンダリングを行うための増分手法は、ボリューム・モデ
ルに追加される各スライスごとに、レンダリングする必
要があるのは、１つの追加スライスだけなので、レンダ
リングの計算複雑度を０（１）に抑える。

【００４３】増分レンダリングを使用する場合、レンダ
リングとレンダリングの間でサポートされる唯一の変化
は、ボリューム・モデル境界でのデータの追加だけであ
る。また、カメラ画像平面に対するボリューム・モデル
の向きも、スライス・ノーマルと画像平面ノーマルの間
の角度の値が、９０度以内にあるようでなければならな
い。つまり、カメラは、ボリュームを主に軸方向スライ
スを通して見ていなければならない。

【００４４】増分レンダリングを行うためのＲＣ手法
は、ＴＭ手法とほとんど同じ機能をするが、より少ない
制限を有している。ボリュームのどのようなレンダリン
グも行われる前に、また、レンダリングされる画像内の
すべてのピクセルについて、ボリューム内のすべてのピ
クセルに関する光線定義が記憶される。新しいスライス
がボリューム・モデルに追加されるとき、直接に影響を
受ける光線が判別され、そのそれぞれに対して、新しい
スライスの寄与が計算される。この手法を使用すれば、
ボリューム・モデルを見る角度に対する制限は存在しな
い。ＴＭと同様に、ボリュームに新しいスライスを追加
することに対する計算複雑度は、一定である。

【００４５】しばしば、スキャンの間に獲得された最後
のＮ枚のスライスを表示することが望ましい。この表示
タイプは、スライディング・ウィンドウ（sliding wind
ow）技法と呼ばれる。図１０が、スキャンが進行するに
つれて、スライスがモデルに追加され、また、そこから
除去されているのを示している。

【００４６】スライディング・ウィンドウ・モデルをレ
ンダリングする一方法は、新しい各スライスのスキャン
が行われたとき、全く新しいボリュームを再構成して、
レンダリングすることになる。増分レンダリングと同様
に、ボリューム・モデルに対するカメラ・ビューが固定
されている場合、スライディング・ウィンドウ・レンダ
リング技法は、前のレンダリング結果を利用することが
できる。

【００４７】スライスに変更が加えられた後にボリュー
ム・モデルを効率的にレンダリングするため、階層デー
タ構造を使用することができる。階層データ構造は、リ
ーフ・ノードが元のスライスであり、内部ノードが一対
のスライスをレンダリングしているときに生成される画
像である、２進木の形態をとっている。図１１は、８つ
の元のスライスから生成されたツリーを図示している。
ノードＦは、スライス５および６だけがカメラ・ビュー
平面に投影されたときに生成される画像（通常、各ピク
セルごとの色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）および不透明度（Ａ））を
含んでいる。ノードＣは、ノードＦおよびＧが投影され
たときに生成される画像を含んでおり、したがって、ス
ライス８に対するスライス５の投影も表わしている。ノ
ードＡ−Ｇは、ボリューム・モデル全体のレンダリング
を行った部分的結果の画像を記憶する。これらの投影さ
れた画像は、Ｐｘ×Ｐｙピクセルであるカメラ・ビュー
平面サイズと同一サイズである。

【００４８】スライスに変更が加えられたとき、こうし
たレンダリングは、その変更によって影響を受ける可能
性があるすべてのノードを再結合する。図１１に示す例
では、スライス６が変化すると、ノードＦ、Ｃ、Ａにあ
る画像を再計算する必要がある。この技法は、単一スラ
イスの変化をボリュームに対してレンダリングする計算
複雑性を、実質的にＯ（Ｎ）から０（ｌｏｇ（Ｎ））に
減少させるのであり、ここでＮは、ボリューム・モデル
内のスライスの数である。

【００４９】別法として、ツリーの各リーフは、必ずし
も元のスライス上に位置しているわけではないサンプル
の平面を表すことができる。サンプル値を計算するの
に、三線補間（trilinear interpolation）など、ある
形式の補間を使用することが可能である。ボリューム・
モデルの単一の元のスライスが変更された場合、これ
は、そのまわりの１スライス領域内で発生するどのサン
プルにも影響を及ぼすことになる。この場合、ツリーの
複数のリーフが変化することになり、新しい画像を計算
するのに、さらに多くのノードを処理しなければならな
くなる可能性がある。

【００５０】図１１は、前にレンダリングされたモデル
の内部でスライスが変更されている場合を図示してい
る。スライスがモデルに追加されている、またはそこか
ら除去されている場合、この追加を考慮に入れるため
に、階層データ構造は変化しなければならない。スライ
ス９がボリューム・モデルに追加された場合、新しいノ
ードＨが、Ｇと同じレベルでツリーに挿入されることに
なる。また、サポートを行うノードも作成されて、結果
として生まれるツリーは一時的に不均衡となる。

【００５１】また、スライディング・ウィンドウ・レン
ダリング方法は、ＲＣを使用しても実施することが可能
である。キャストされた各光線が、その光線に沿った一
対のサンプルに関する部分的結果を記憶する階層データ
構造を構築する。光線に沿って変化が起きた場合、この
部分的結果は、新しいレンダリングを構築するために、
効率的に再結合することができる。

【００５２】前述の階層レンダリングは、広い範囲のス
キャン方法に適用可能である。この方法は、ボリューム
・モデル内のどのような変化でも、効率的にレンダリン
グすることをサポートする。例えば、超音波プローブを
使用してフリーハンドでスキャンを行っているとき、モ
デルを切断するどのような平面でも獲得し、更新するこ
とができる。この階層レンダリング方法は、任意のこれ
らの更新を効率的にレンダリングすることをサポートす
る。

【００５３】データが獲得されるにつれて、処理後の視
覚化に必要なすべての情報が増分方式で計算される。ス
キャン・システムがフル・ボリュームを獲得したとき
に、ＴＭまたはＲＣなどの標準ボリューム視覚化技法を
使用して、モデルを視覚化することができる。オペレー
タは、スキャンされたデータを３次元表示で即時に検討
することができる。

【００５４】しばしば、ボリューム・モデルは単なるス
ライスの集合以上のものを含んでいる。セグメンテーシ
ョン・ボリュームに加えて、通常、各ロケーションでの
階調度情報が計算される。この情報をレンダリングの間
に計算することには、極めて時間がかかり、計算上のコ
ストが高いので、これを事前計算することが有利であ
る。これらの追加データ構造の構築は、十分なコンピュ
ータ・リソースの利用が可能である場合、スキャンの間
に増分方式で実行することができる。

【００５５】混合データ・レンダリング（mixed data r
endering：ＭＤＲ）は、静的な、前に獲得されたボリュ
ーム・モデルと動的なデータの両方を結合する。図１２
は、その中で１つを除くすべてのスライスが静的であ
る、ボリューム・モデルを図示している。動的スライス
は、スキャナがその平面で新しい情報を獲得するのにつ
れて、継続的に変化している。このタイプの混合データ
をレンダリングすることは、力ずくの手法、すなわち、
毎回、ボリューム全体をレンダリングする手法を使用し
て、または変化をレンダリングする固定ビューを使用し
て達成することができる。図１２で図示する状況の場
合、動的スライスの前に投影されるすべてのスライスの
画像Ｐ、ならびに動的スライスの後に投影されるすべて
のスライスの画像Ｑを記憶することができる。新しい動
的スライスＲが獲得されたとき、レンダリングは単純化
されて、画像Ｐ、次に動的スライスの投影、そして最後
に画像Ｑを結合するだけになる。

【００５６】ＭＤＲは、例えば、前に獲得されたスキャ
ンが、獲得エリアの前面および背後で重要な臓器の存在
を示すなど、ＣＴ透視検査のセッティングで役に立つ可
能性がある。この機能は、例えば、針バイオプシーが実
行されるときに、介入放射線医に近くの肋骨の３Ｄ位置
および構造に関する視覚的情報を提供する。

【００５７】前述のボリューム撮像システムは、断面デ
ータ（軸方向の断面データを含むが、それには限定され
ない）が獲得されている間、進行的に３次元モデルの構
成、分析、更新を行う。このシステムは、３次元レンダ
リングの構成、表示を行い、撮像システムのデータ収集
の間にリアルタイムで量的計算を実行して、旧来のデー
タ収集後処理でインタラクティブ方式の３次元レンダリ
ングを表示し、また、データ収集の間および獲得後に、
レンダリング手続き、パラメータ、レンダリング、測
定、および処理されたデータの指示、保存、撮影、伝送
を行う。

【００５８】前述のレンダリング技法は、単一スライス
・スキャンおよびボリューム・スキャン・モードを含
む、どのタイプのスキャン・モードにも適用可能であ
る。ボリューム・スキャンの場合、獲得される撮像デー
タ・ストリームは単に、３Ｄ画像の集合を含む。

【００５９】医療環境または外科手術の環境でより迅速
なフィードバックを行うため、視覚化サブシステム５２
の一実施形態は、比較的、安価なハードウェアを使用し
て、迅速な応答を有するインタラクティブ・ボリューム
・レンダリングを行う。この実施形態は、オペレータ
が、彼または彼女の選択を誘導する実質的に即時の視覚
的フィードバックを保ちながらも、ボリューム内で重要
な情報を強調する調整が行えるようにするのに十分なほ
ど応答時間が速い。

【００６０】本発明の一実施形態では、手頃なグラフィ
ックス・ワークステーション（例えば、医療撮像スキャ
ナ・コンソールまたは分析／検査ワークステーション）
で、高度のインタラクティブなレンダリング・パフォー
マンスを達成する３Ｄレンダリングが設けられる。この
実施形態は、非複合ＶＲ曲線と結合され、観察プロトコ
ルによって指定される一組のＶＲ事前設定、ならびにリ
アルタイム・フィードバックを行うボリューム・クリッ
ピング・コントロールを使用する、直観的ボリューム視
覚化アプリケーションを使用する。

【００６１】インタラクティブなレンダリングの速度
は、いくつかの異なる技法のうちの１つまたは複数を使
用して達成される。第１番目の技法は、対話の間に、画
像データ・ボリュームのより小さなバージョンをレンダ
リングすることによってより高い効率を達成する、ボリ
ューム・デシメーションである。例えば、フル・ボリュ
ームの代わりに、フル・ボリュームの１／４×１／４×
１／２のレンダリングが行われる。第２番目の技法は、
使用するレンダリング・マトリックスのサイズを縮小す
ることである。例えば、インタラクティブなレンダリン
グの間、２５６×２５６データ・ポイントのレンダリン
グ・マトリックスが、可視ビューポート内で５１２×５
１２レンダリングに（例えば、双線補間を使用して）ズ
ームされる。最後に、３次元テクスチャのサンプリング
を行っているとき、サンプリングおよび／または多角形
ステップ・サイズの粗さが増加される。例えば、サンプ
リング平面間の距離を２倍にする１／２サンプリングが
使用される。

【００６２】この実施形態では、ビジュアル・サブステ
ーション５２が、グラフィックス・ワークステーション
を含んでいる。本発明のために望まれる高度にインタラ
クティブなレンダリング・パフォーマンスを快適に達成
するのに十分なパワーを有するグラフィックス・ワーク
ステーションの一例は、２７５ＭＨｚＭＩＰＳ（登録
商標）Ｒ１２０００（登録商標）ＣＰＵ（カリフォルニ
ア州マウンテンビューのＭＩＰＳＴｅｃｈｎｏｌｏｇ
ｉｅｓ社）、１０２４ＭＢＲＡＭ、３２Ｋ命令キャッ
シュ、３２Ｋデータ・キャッシュ、２ＭＢ２次キャッ
シュ、およびＳＧＩ（登録商標）「テクスチャ・オプシ
ョンを有するＳＩ」グラフィックス・ハードウェアを有
するＳＧＩ（登録商標）Ｏｃｔａｎｅ（登録商標）ワー
クステーション（カリフォルニア州マウンテンビューの
ＳｉｌｉｃｏｎＧｒａｐｈｉｃｓから市販）である。
２００スライスの５１２×５１２画像データを含む通常
の医療画像データ・セットの場合、この実施形態は、
０．１５秒ないし０．２０秒の通常のインタラクティブ
・レンダリング時間であった。他の実施形態は、より高
いまたはより低いパフォーマンスを備えたワークステー
ションを使用する。ただし、相当にパワーの劣るワーク
ステーションは、望みの程度の高度にインタラクティブ
なレンダリング・パフォーマンスを達成するのが難しい
可能性がある。

【００６３】図１３を参照すると、ボクセル９０のフル
・サイズ・ボリュームとノーマル９２（ＶＲシェーディ
ングに対する）のフル・サイズ・ボリュームの両方を含
む、画像データ６２のボリュームが、フル忠実度レンダ
リング・パス９４内で使用されて、ボリューム６２から
導出されたフル忠実度画像を生成している。レンダリン
グ・コンポーネント８６（図１３で図示せず）は、ボリ
ューム９０を指定の多角形上にマップする３次元テクス
チャ・マッピングを使用して、ボクセル・ボリューム９
０およびノーマル・ボリューム９２から十分にサンプル
を取る。これらのマッピング結果は、中間３Ｄ結果のマ
トリックスを含むフル・サイズの５１２×５１２バッフ
ァ９６に合成される。ソフトウェア９８は、一般のＴＭ
技法に基づいているが、その技法は、異なるサイズのボ
リューム（フルおよびデシメートされた）、異なるサイ
ズの３Ｄレンダリング・マトリックス（例えば、５１２
×５１２および２５６×２５６）、および可変多角形ス
テップ・サイズ（例えば、１００％、または一実施形態
で使用されるとおり、５０％）を扱うことによって、イ
ンタラクティブ・レンダリングおよびフル忠実度レンダ
リングの両方をサポートするように変更されている。

【００６４】バッファ９６は、バッキング・ストア１０
０に記憶されているピクセルへの中間レンダリングまた
は最終レンダリングを行うために、レンダリング・コン
ポーネント８６によって使用される。中間レンダリング
は、ディスプレイに結合された５１２×５１２バッファ
である３Ｄビューポート１０２上で、完成した３次元レ
ンダリングごとの複数のＤｒａｗ／ＣｏｐｙＰｉｘｅｌ
コールまたは２次元ＴＭコールとともに示される。注釈
コンポーネント８８は、レンダリング上で注釈を与える
ことが望まれるときに使用される。中間レンダリングお
よび／または最終レンダリングは、スクリーン・セーブ
またはフィルムを使用して、注釈（用意されている場
合）１０４とともにセーブされる。

【００６５】また、画像ボリュームの、低減忠実度の迅
速なレンダリングのために、２番目の対話パス１０６も
設けられる。パス１０６は、レンダリング・パス９４が
行うよりも迅速に、より低い忠実度で画像を生成する。
ボクセル１０８のデシメートされたボリュームおよびノ
ーマル１１０（ＶＲシェーディングに対する）のデシメ
ートされたボリュームを含む、画像データ６４のデシメ
ートされたボリュームが、画像ボリューム６２のボクセ
ル・ボリューム９０およびノーマル・ボリューム９２を
デシメートすることによって、視覚化サブシステム５２
によって画像ボリューム６２から導出される。ボリュー
ム１０８および１１０から形成される３次元テクスチャ
は、１００％ボクセル・サイズで多角形を使用して、バ
ッファ９６に含まれる１／４サイズ（２５６×２５６）
レンダリング・マトリックス１１２に入るようにスペー
シングを行ってマップされる。（他の実施形態では、異
なるサイズのレンダリング・マトリックス１１２が使用
されるが、これは、フル忠実度レンダリング・パス９４
のものよりも小さいものであり、したがって、バッファ
９６の全体より小さい一部分１１２のみが使用され
る。）レンダリング・マトリックス１１２に記憶された
中間レンダリングは、デシメートされた画像ボリューム
６４の３Ｄボリューム・レンダリングを代表している。
レンダリング・マトリックス１１２は、同一サイズの一
時的バッファ１１４に再び読込まれ、例えば、ピクセル
複写または双線補間を２次元ＴＭレンダリング（双線補
間が使用された場合）とともに使用して、３Ｄビュー・
ポートで表示するように、５１２×５１２にズーム・ア
ップされる。これらのレンダリング上で注釈を与えるこ
とが望まれるとき、注釈コンポーネント８８が使用され
る。一実施形態では、デシメートされた画像ボリューム
が、第１スペーシングでスペーシングされた多角形とと
もにサンプリングされて、低減忠実度画像が迅速に生成
され、フル・サイズ（すなわち、デシメートされていな
い）画像ボリュームが、第２スペーシングでスペーシン
グされた多角形とともにサンプリングされる。第１スペ
ーシングは、第２スペーシングよりも広くスペーシング
されている。

【００６６】図１４を参照すると、簡単なＶＲ曲線コン
トローラ１１６およびクリッピング・コントローラ１１
８、１２０、１２２が、リアルタイム・フィードバック
とともに用意されて、簡単な直観的ユーザ・インターフ
ェースを生み出している。コントローラ１１６、１１
８、１２０、１２２は、一実施形態では、視覚化サブシ
ステム５２の表示スクリーン（図示せず）上で提供され
る仮想コントロールであり、マウスまたはキーボードを
使用して操作される。ヒストグラム、しきい値、および
カット・ラインは回避され、これによって相互参照画像
の複雑性を除去する。この結果、初期視覚化パラメータ
事前設定に対する必要な調整が、ずっと迅速に行われ
て、ボリュームから関係のある情報が抽出される。イン
タラクティブ方式の低減忠実度レンダリング・パス１０
６を通じて決定される少なくとも１つの視覚的パラメー
タの調整が、フル忠実度レンダリングに適用される望み
の調整を選択する。一実施形態では、フル忠実度レンダ
リング・パスが、画像ボリューム９０のフル忠実度画像
のレンダリングを行い、選択された調整がこのフル忠実
度画像に適用されて、３Ｄビューポート１０２で表示さ
れる。このようにして、向上した生産性およびワークフ
ローが、臨床環境で提供される。

【００６７】本発明の一実施形態では、ＶＲ曲線調整の
ために「ワン・ノブ」単一コントロール１１６が使用さ
れる。コントローラの調整は、例えば、図１５および１
６で示すとおり、曲線ポイントの水平または垂直並進、
または図１７および１８に示すとおり、調整ポイント間
の傾きの変化を生み出す。コントローラ１１６によって
実行される特定のオペレーションおよび調整は、各実施
形態でのＶＲ事前設定によって定義されるが、これらの
詳細はどれもユーザに公開する必要はない。ＶＲ事前設
定がラジオ同調器の事前設定キーに対応し、ワン・ノブ
ＶＲ曲線コントローラが、ラジオ微調整同調器に類似す
るものとして、旧式ラジオ同調器に対する類比をするこ
とが可能である。

【００６８】図１５および１６で図示する例としての一
実施形態では、ＶＲ曲線コントローラ１１６に対する調
整が、いくらかの固定増分で、内部曲線ポイントの水平
並進にマップされる。この実施形態では、ある範囲内の
（または任意の指定された機能に従って）ボクセルに、
これらのボクセルを強調し、他のボクセルの強調を抑え
る、またはそれらを隠すような方式で、不透明度が指定
される。この範囲のロケーションは、ＶＲ曲線コントロ
ーラ１６に対して行われる調整によって異なる。こうし
た調整は、例えば、骨および他の組織の強調を抑えなが
ら、血管を強調するのに使用することが可能である。

【００６９】図１７および１８に示す、例としての別の
実施形態では、ＶＲ曲線コントローラ１１６に対する調
整が、上り傾斜の傾きでの変化にマップされて、実質
上、３Ｄウインドウ平準化機能を与える。さらに別の実
施形態では、ＶＲ曲線コントローラ１１６が、インタラ
クティブな方式で選択可能な複数の機能を有する。さら
に、ＶＲ曲線コントローラを、ＧＵＩスライダとともに
実装する必要はない。一実施形態では、これは３Ｄビュ
ーポート内のマウス・ドラッグによってコントロールさ
れる。

【００７０】したがって、一実施形態では、図１５およ
び１６を参照すると、デシメートされた画像ボリューム
が、インタラクティブな方式で再構成され、不透明度と
ボクセル値の間の関係は、事前設定レベルから調整され
ている。ＣＴ撮像システムでは、ボクセル値はハンスフ
ィールド・ユニットに等しい。より詳細には、この実施
形態では、不透明度とボクセル値の間の関係が、選択さ
れた範囲のボクセル値に対してより高い不透明度の値を
指定する。したがって、不透明度とボクセル値の間の関
係の調整は、ユーザ操作のコントロール１１６に応答し
て、より高い値の不透明度が指定されているボクセル値
の範囲を変更することに関わる。したがって、この実施
形態では、不透明度は、調整可能な視覚的パラメータで
ある。同様に行わなければならない変更である、より低
い不透明度の値が提供されるボクセル値の範囲を変更す
ることも同等であると考えられる。図１５および１６を
見よ。別の実施形態では、図１７および１８を参照する
と、不透明度とボクセル値の間の関係が、ボクセル値の
選択された範囲内でカット・オフの傾きを与え、不透明
度とボクセル値の間の関係が、ユーザ操作のコントロー
ル１１６に応答してカット・オフの傾きが与えられる不
透明度の範囲を変更することによって形成される。

【００７１】一実施形態では、再び図１４を参照する
と、直観的スライダ・コントロール１１８、１２０、１
２２がそれぞれ、右／左、前／後、上／下の各ボリュー
ム・クリッピング平面ごとに設けられている。図１９を
参照すると、これらのコントロールが、全体の画像ボリ
ューム１２８を構成する画像１２６のスタック内にある
関心対象のサブ・ボリュームまたはボリューム（ＶＯ
Ｉ）を決めるクリッピング平面１２４のロケーション
を、インタラクティブな方式で調整している。したがっ
て、関心対象のボリューム（ＶＯＩ）を決める一組のボ
リューム・クリッピング平面１２４が選択的に与えられ
る。このボリューム・クリッピング平面は、スライディ
ング・コントロール１１８、１２０、１２２に従って選
択されている。この実施形態では、ユーザ定義のＶＯＩ
は、調整可能な視覚的パラメータである。

【００７２】一実施形態でＳＧＩワークステーションを
使用するインタラクティブな「トゥイーキング（tweaki
ng）」または関係データを抽出するための調整に必要と
されるのは、診察当たり１分以下である。

【００７３】ソフトウェア・オンリーのレイ・キャステ
ィング手法を使用する実施形態では、インタラクティブ
・ボリューム・レンダリングの速度を達成するのに同様
の技法が使用される。この実施形態では、ボリューム
は、かなり少なめにサンプリングされて、より小さなレ
ンダリング・マトリックスにレンダリングされ、次にズ
ーム・アップされる。ソフトウェア・オンリーのレイ・
キャスティング手法を使用する他の実施形態では、「最
近接近傍」サンプリング・スキームをインタラクティブ
・レンダリングの間に使用して、フル忠実度レンダリン
グに固有の、三線補間の計算上コストを回避する。より
小さな、デシメートされたバージョンの画像ボリューム
もまた、いくつかの実施形態ではインタラクティブ・レ
ンダリング・画像を達成するのに使用することができ
る。一実施形態では、マルチ処理コンピュータシステム
の追加処理能力を生かすために、インタラクティブ・レ
ンダリング処理とフル忠実度レンダリング処理のいずれ
か、またはその両方を多重スレッド化する。

【００７４】したがって、本発明の実施形態が、画像デ
ータのボリュームをレンダリングするための既知のシス
テムが有する問題に対して、解決法を提供することが明
らかとなる。本明細書に記載する本発明の実施形態は、
例えば、比較的、安価なハードウェアを使用するインタ
ラクティブ・ボリューム・レンダリングを提供する。本
明細書に記載する実施形態のいくつかは、迅速な応答を
有するインタラクティブ・コントロールを提供して、画
像の分析に必要とされる時間を短縮する。いくつかの実
施形態では、十分に迅速に応答されるので、実質的に即
時の視覚的フィードバックを保ちながら、重要な情報の
インタラクティブな強調を達成することができる。さら
に、ユーザ・インターフェースで、かなりの複雑性を減
少させることができ、ボリュームから関係のあるデータ
を迅速に抽出するための直観的な手法が提供される。画
像ボリューム内のボクセル値、または画像ボリュームの
レンダリング不透明度の現行の設定に関わらず、一定レ
ベルのインタラクティブ・レンダリング・パフォーマン
スを得ることができる。したがって、不透明度コントロ
ールおよびクリッピング平面コントロールなどの、簡単
なユーザ・インターフェース・コントロールを、スムー
ズで安定したフィードバックの速度とともに与えること
ができる。

【００７５】本発明を様々な特定の実施形態との関係で
説明してきたが、当技術分野の専門家には請求項の趣旨
および範囲内で、変更を加えた本発明を実施できること
が理解されよう。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＴ撮像システムの図である。

【図２】図１に示したシステムの概略ブロック図であ
る。

【図３】本発明の一態様によるオペレータ・コンソール
のブロック図である。

【図４】ボリューム・モデルの回転を表す図である。

【図５】本発明の一態様による視覚化サブシステムのブ
ロック図である。

【図６】データの獲得されたボリュームの増分更新の再
生を表す図である。

【図７】ビューイング・オプションの再生を表す図であ
る。

【図８】動的データのレンダリングを表す図である。

【図９】データの増分更新を表す図である。

【図１０】動的データ・レンダリングのスライディング
・ウィンドウを表す図である。

【図１１】階層データ構造を表す図である。

【図１２】混合データ・レンダリングを表す図である。

【図１３】データをレンダリングするための、低減忠実
度インタラクティブ・パスを含む２つのデータ処理パス
を表す図である。

【図１４】迅速なレンダリングの間に調整可能な画像・
パラメータを制御して、望みの調整を選択し、かつその
結果を３Ｄビューポート内で表示するために、本発明の
一実施形態で使用する一群のスライディング・コントロ
ールを表す図である。

【図１５】ＶＲ曲線の水平並進を表す図である。

【図１６】ＶＲ曲線の水平並進を表す図である。

【図１７】ＶＲ曲線の上り傾斜の傾きでの変化を表す図
である。

【図１８】ＶＲ曲線の上り傾斜の傾きでの変化を表す図
である。

【図１９】画像ボリューム全体の中でのクリッピング平
面の位置によって定義される関心対象のボリュームを表
す図である。

【符号の説明】

１０コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム１２ガントリ１４Ｘ線源１６Ｘ線ビーム１８検出器のアレイ２０検出素子２２医療患者２４回転の中心２６制御メカニズム２８Ｘ線コントローラ３０ガントリ・モータ・コントローラ３２データ獲得システム（ＤＡＳ）３４画像再構成装置３６コンピュータ３８大容量記憶デバイス４０オペレータ・コンソール４２陰極線管ディスプレイ４４テーブル・モータ・コントローラ４６テーブル９４フル忠実度レンダリング１０２３Ｄビューポート１０６インタラクティブ・レンダリング１１６ＶＲ曲線コントローラ１１８右／左ボリューム・クリッピング・コントロー
ラ１２０前／後ボリューム・クリッピング・コントロー
ラ１２２上／下ボリューム・クリッピング・コントロー
ラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ダリン・ロバート・オカーランドアメリカ合衆国・53150・ウィスコンシン州・マスキーゴー・サローヤンロード・サウス66 ウエスト13772 (72)発明者マーク・イー・ウッドフォードアメリカ合衆国・53186・ウィスコンシン州・ワウケシャ・ラーチモントドライブ・709 (72)発明者クリストファー・カーソン・スラックアメリカ合衆国・53151・ウィスコンシン州・ニューベルリン・ウエストアローヘッドレーン・14856 (72)発明者ジェイムズ・マークヴィカアメリカ合衆国・53151・ウィスコンシン州・ニューベルリン・ウエストリンカーンアベニュ・16705 Ｆターム(参考） 4C093 AA26 CA15 CA18 CA29 CA36 FD03 FD05 FD07 FF01 FF07 FF13 FF17 FF22 FF23 FF42 FF43 FF50 FG05 FH01 5B057 AA09 BA03 CA08 CA13 CA16 CB08 CB13 CB16 CE09 5B080 AA17 BA03 BA05 FA03 FA15 GA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像データ（６２）のボリュームから関
係のあるデータを迅速に抽出して視覚化する方法であっ
て、画像ボリュームから導出される、調整可能な視覚的パラ
メータを有する低減忠実度画像を迅速に生成するステッ
プと、迅速な前記生成の間に、前記低減忠実度画像の前記視覚
的パラメータを調整して望みの調整を選択するステップ
と、前記画像ボリュームから導出されるフル忠実度画像を生
成するステップと、前記フル忠実度画像に対して選択された前記調整を適用
するステップとを含む方法。
【請求項２】画像ボリューム（６２）から導出される
低減忠実度画像を迅速に生成するステップが、フル・サ
イズ・画像ボリュームにデシメートを行って、デシメー
トされた画像ボリューム（６４）を生成して、デシメー
トされた前記画像ボリュームを再構成するステップを含
む請求項１に記載の方法。
【請求項３】デシメートされた前記画像ボリューム
（６４）を再構成するステップが、多角形を使用して、
デシメートされた前記画像ボリュームから形成された３
次元テクスチャのマッピングを行って、中間レンダリン
グを生成するステップを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記中間レンダリングに双線補間を使用
してズーミングを行って、３次元ビューポート（１０
２）で表示するステップをさらに含む請求項３に記載の
方法。
【請求項５】前記中間レンダリングにピクセル複写を
使用してズーミングを行うステップをさらに含む請求項
３に記載の方法。
【請求項６】関心対象のユーザ定義されたボリューム
が調整可能な前記視覚的パラメータであって、デシメー
トされた前記画像ボリューム（６４）を再構成するステ
ップが、一組のボリューム・クリッピング平面（１２
４）を設けて、関心対象の前記ボリュームを決める請求
項２に記載の方法。
【請求項７】関心対象の前記ボリュームを決めるため
に一組のボリューム・クリッピング平面（１２４）を選
択的に設けるステップが、右／左クリッピング平面（１
１８）、前／後クリッピング平面（１２０）、および上
／下クリッピング平面（１２２）に対するスライディン
グ・コントロールを与え、かつ前記スライディング・コ
ントロールの調整に従って前記ボリューム・クリッピン
グ平面を調整するステップを含む請求項６に記載の方
法。
【請求項８】低減忠実度画像を迅速に生成するステッ
プが、第１スペーシングでスペーシングされた多角形を
使用して、デシメートされたボリューム（６４）をサン
プリングするステップを含み、かつフル忠実度画像を生
成するステップが、第２スペーシングでスペーシングさ
れた多角形を使用してフル・サイズ・画像ボリュームを
サンプリングするステップを含み、前記第１スペーシン
グが前記第２スペーシングよりも広くスペーシングされ
ている請求項２に記載の方法。
【請求項９】不透明度が調整可能な視覚的パラメータ
であって、かつデシメートされた前記画像ボリューム
（６４）を再構成するステップが、事前設定レベルから
不透明度とボクセルの間の関係を調整するステップを含
む請求項２に記載の方法。
【請求項１０】不透明度とボクセル値の間の前記関係
が、選択された範囲のボクセル値に対してより高い不透
明度を指定し、かつ不透明度とボクセル値の間の関係を
調整するステップが、ユーザ操作のコントロールの調整
に応答して、そこでより高い値の不透明度が指定される
範囲のボクセル値を変更するステップを含む請求項９に
記載の方法。
【請求項１１】不透明度とボクセルの間の前記関係
が、選択された範囲のボクセル値の範囲内でカット・オ
フの傾きを提供し、かつ不透明度とボクセル値の間の関
係を調整するステップが、ユーザ操作のコントロール
（１１６）に応答して、その中でカット・オフの前記傾
きが与えられる範囲のボクセル値を変更するステップを
含む請求項９に記載の方法。
【請求項１２】事前設定値から不透明度とボクセル値
の間の前記関係を調整するステップが、単一コントロー
ル（１１６）によって実行される請求項９に記載の方
法。
【請求項１３】低減忠実度画像を迅速に生成するステ
ップが、第１レンダリング・マトリックス（１１２）内
でマッピング結果を合成し、かつフル忠実度画像を生成
するステップが、第２レンダリング・マトリックス内で
マッピング結果を合成し、前記第１レンダリング・マト
リックスが前記第２レンダリング・マトリックスよりも
小さい請求項１に記載の方法。
【請求項１４】画像ボリュームから導出され、調整可
能な視覚的パラメータを有する低減忠実度画像を迅速に
生成し、迅速な前記生成の間に前記低減忠実度画像の前記視覚的
パラメータを調整して、望みの調整を選択し、前記画像ボリュームから導出されるフル忠実度画像を生
成し、かつ前記フル忠実度画像に対して選択された前記
調整を適用するように構成された、画像データのボリュ
ーム（６２）から関係のあるデータを迅速に抽出して視
覚化するインタラクティブな（５２）画像プロセッサ。
【請求項１５】前記プロセッサが画像ボリューム（６
２）から導出される低減忠実度画像を迅速に生成するよ
うに構成されていることが、前記プロセッサがフル・サ
イズ・画像ボリュームをデシメートしてデシメートされ
た画像ボリューム（６４）を生成し、かつ前記デシメー
トされた画像ボリュームを再構成するように構成されて
いることを含む請求項１４に記載のプロセッサ（５
２）。
【請求項１６】前記プロセッサがデシメートされた前
記画像ボリューム（６４）を再構成するように構成され
ていることが、前記プロセッサがデシメートされた前記
画像ボリュームから形成された３次元テクスチャを、多
角形を使用して中間レンダリングを生成するように構成
されていることを含む請求項１５に記載のプロセッサ
（５２）。
【請求項１７】前記中間レンダリングに双線補間を使
用してズームを行い、３次元ビューポート（１０２）で
表示するようにさらに構成された請求項１６に記載のプ
ロセッサ（５２）。
【請求項１８】前記中間レンダリングにピクセル複写
を使用してズームを行うようにさらに構成された請求項
１６に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項１９】関心対象のユーザ定義のボリュームが
調節可能な前記視覚的パラメータであって、かつ前記プ
ロセッサがデシメートされた前記画像ボリューム（６
４）を再構成するように構成されていることが、前記プ
ロセッサが一組のボリューム・クリッピング平面（１２
４）を選択的に設けて、関心対象の前記ボリュームを決
めるように構成されていることを含む請求項１５に記載
のプロセッサ（５２）
【請求項２０】前記プロセッサが一組のボリューム・
クリッピング平面（１２４）を選択的に設けて、関心対
象の前記ボリュームを決めるように構成されていること
が、前記プロセッサが右／左クリッピング平面（１１
８）、前／後クリッピング平面（１２０）、および上／
下クリッピング平面（１２２）に対するスライディング
・コントロールを与え、かつ前記スライディング・コン
トロールの調整に従って前記ボリューム・クリッピング
平面を調整するように構成されていることを含む請求項
１９に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項２１】前記プロセッサが低減忠実度画像を迅
速に生成するように構成されていることが、第１スペー
シングでスペーシングされた多角形を使用して、デシメ
ートされたボリューム（６４）をサンプリングするよう
に前記プロセッサが構成されていることを含み、かつ前
記プロセッサがフル忠実度画像を生成するように構成さ
れていることが、第２スペーシングでスペーシングされ
た多角形を使用してフル・サイズ画像ボリュームをサン
プリングするように前記プロセッサが構成されているこ
とを含み、前記第１スペーシングが前記第２スペーシン
グよりも広くスペーシングされている請求項１５に記載
のプロセッサ（５２）。
【請求項２２】不透明度が調整可能な視覚的パラメー
タであって、かつ前記プロセッサがデシメートされた前
記画像ボリューム（６４）を再構成するように構成され
ていることが、前記プロセッサが事前設定レベルから不
透明度とボクセルの間の関係を調整するように構成され
ていることを含む請求項１５に記載のプロセッサ（５
２）。
【請求項２３】不透明度とボクセル値の間の前記関係
が、選択された範囲のボクセル値に対してより高い不透
明度を指定し、かつ前記プロセッサが不透明度とボクセ
ル値の間の関係を調整するように構成されていること
が、前記プロセッサが、ユーザ操作のコントロール（１
１６）の調整に応答して、そこでより高い値の不透明度
が指定される範囲のボクセル値を変更するように構成さ
れていることを含む請求項２２に記載のプロセッサ（５
２）。
【請求項２４】不透明度とボクセルの間の前記関係
が、選択された範囲のボクセル値の範囲内でカット・オ
フの傾きを与え、かつ前記プロセッサが不透明度とボク
セル値の間の関係を調整するように構成されていること
が、前記プロセッサがユーザ操作のコントロール（１１
６）に応答して、その中でカット・オフの前記傾きが提
供される範囲のボクセル値を変更するように構成されて
いることを含む請求項２２に記載のプロセッサ（５
２）。
【請求項２５】前記プロセッサが、事前設定値から不
透明度とボクセル値の間の前記関係を調整するために、
単一コントロール（１１６）を行うように構成されてい
る請求項２２に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項２６】前記プロセッサが低減忠実度画像を迅
速に生成するように構成されていることが、前記プロセ
ッサが第１レンダリング・マトリックス（１１２）内で
マッピング結果を合成するように構成されていることを
含み、かつ前記プロセッサがフル忠実度画像を生成する
ように構成されていることが、前記プロセッサが第２レ
ンダリング・マトリックス内でマッピング結果を合成す
るように構成されていることを含み、前記第１レンダリ
ング・マトリックスが前記第２レンダリング・マトリッ
クスよりも小さい請求項１４に記載のプロセッサ（５
２）。