JP2001502197A

JP2001502197A - 三次元仮想的検査を行うためのシステム及び方法

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Publication number: JP2001502197A
Application number: JP10513870A
Authority: JP
Inventors: アリーイーカウフマン; リチョンホン; ツェンロンリャン; マークアールワックス; アヤイヴィスワムバラン
Original assignee: ザリサーチファウンデーションオブステイトユニヴァーシティオブニューヨーク
Priority date: 1996-09-16
Filing date: 1997-09-10
Publication date: 2001-02-20
Also published as: KR20000036177A; ES2234029T3; CN1230271A; EP1012812B1; DE69731775T2; IL128884A0; WO1998011524A1; EP1012812A1; AU734557B2; IL128884A; US5971767A; EP1492071A1; CA2265808A1; AU4267897A; CN1265331C; EP1012812A4; CA2265808C; ATE283528T1; EP1482470A2; EP1482470A3

Abstract

(57)【要約】本発明は、立体可視化技術を用いて器官(1301,1303)等の対象物の三次元可視化映像を発生し、オペレータがフライト経路に沿って移動し且つ関心のある映像の特定の部分に視野を調整することができる案内ナビゲーションシステムを用いて映像を検査し、可視化された器官中のポリープ(1305)、嚢胞又は他の異常な特徴等を認識するためのシステム及び方法に関する。同様に、可視化された対象物の中で認識された腫瘍又は集塊に対して、電子的な生体組織検査を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】三次元仮想的検査を行うためのシステム及び方法技術分野本発明は、計画ナビゲーション及び案内ナビゲーション技術を用いて立体に基づく三次元仮想的検査を行うためのシステム及び方法に関する。一つの応用は仮想的な内視を行うことである。発明の背景結腸癌は、世界的に主要な死因となり続けている。人の結腸の癌性腫瘍は初期には大部分がポリープであるため、早期検出により、患者の回復のチャンスを大幅に改善することができる。現在、患者の結腸にあるポリープ又は他の集塊を検出する一般的な方法が二つある。第一の方法は、コロノスコープと呼ばれる可撓性の光ファイバチューブを用い、人体の直腸の入口からスコープを入れることによって可視的に結腸を検査するコロノスコピー法である。ドクターは、チューブを操作して、結腸中の異常な腫瘍を全て探し当てることができる。コロノスコピーは信頼性があるが、比較的高価であり、時間がかかる上に、患者にとって体内に挿入され、不快で、苦痛を伴う方法である。第二の検出技術は、バリウムを浣腸し、結腸の二次元のＸ線映像を撮影する方法である。バリウムの浣腸によりバリウムで結腸を覆い、二次元のＸ線撮影で結腸の映像を捉える。しかしながら、バリウムの浣腸の方法は、常に結腸全体の映像が得られるとは限らず、多くの予備的な処理及び患者の処置が必要であり、手術を行う時は手術者に依存し、患者がかなりの放射線に曝され、コロノスコピーより感度が悪い。上述のような従来の方法における欠点により、更に信頼性があり、体内に入ることが少なく、高価ではない結腸のポリープをチェックする方法が望まれている。更に、人の、例えば肺のような他の器官を、信頼性高く、適正な価格で、且つ患者の不快感が少なく検査する方法も望まれている。コンピュータ化された断層Ｘ線写真法及びＭＲＩ（磁気共鳴撮像）のような現在利用できる医療用撮像装置を用いる人の器官の二次元（２Ｄ）の可視化は、患者の診断に広く用いられている。走査装置から得られる二次元映像を蓄積しその間を補完することにより、三次元映像を形成することができる。一つの器官の映像を撮影しその立体を三次元空間に可視化することは、人体への挿入がなく、データの取扱いが容易であるという利点を有する。しかしながら、三次元立体映像の検査は、器官の内側から仮想的に見る利点を高度に利用するために適正に実行する必要がある。或る環境の三次元（３Ｄ）立体の仮想的映像を見る場合、仮想的空間を検査するために機能的モデルを用いる必要がある。一つの可能なモデルは、検査者にとって仮想的空間を検査するための基準点として用いることができる仮想的カメラである。通常の３Ｄ仮想的環境中におけるナビゲーションのようなカメラ制御が既に研究されている。仮想的空間のナビゲーションのために提案されているカメラ制御には従来から二つの型がある。第一はオペレータがカメラの全ての制御を行うことであり、オペレータは、望みの視野を得るためにカメラを種々の位置及び方向に操作することができる。オペレータは、実際にはカメラのパイロットになる。これにより、オペレータは、関心がある特定の部分を検査し他の部分を無視することができる。しかしながら、広い範囲におけるカメラの完全な制御は退屈で疲れることであり、オペレータは、検査の開始点から終了点までの全ての重要な特徴を見ることはできないものと思われる。不注意なオペレータ又は予期しない障害により、カメラは、容易に、離れた領域については「ロスト」を起こし又は一つの壁面に「クラッシュ」し得る。カメラ制御の第二の技術は、計画ナビゲーション法であり、これは、予め定められた撮影経路をカメラに設定し、オペレータが変更できないようにする方法である。これは予約された「自動パイロット」に近い。これにより、オペレータは見ている仮想的空間に注意を集中することができ、検査している環境の壁面に向かって進むことを心配する必要がなくなる。しかしながら、この第二の技術は、検査者がコースを変更し、又は、経路に沿って見える関心のある領域を深く検査するというような柔軟性を持っていない。上述の二つのナビゲーション技術の両者の利点を活用するためには、両技術について、それぞれの欠点を小さくする両者の組合せを用いることが望ましいように思われる。検査の間を通して非挿入で苦痛なしを達成するためには、仮想的３Ｄ空間に表示されている人又は動物の器官の検査に、柔軟性があるナビゲーション技術を適用することが望ましいように思われる。望ましいナビゲーション技術は、更に、オペレータに柔軟性を与え一方で器官を通り又は器官を周る円滑な経路及び完全な検査を保証し、オペレータによる３Ｄ空間中の仮想的な器官の完全な検査を可能にすることであるように思われる。更に、器官を見るために必要な計算を最小限にする技術を用い、リアルタイムで器官の検査を表示できるようにすることが望ましい。望ましい技術は、更に他の仮想的な対象物にも同様に応用されるものでなければならない。本発明の概要本発明は、立体の可視化技術を用いて、人の器官のような対象物の三次元可視化映像を発生し、案内ナビゲーションシステムを用いて仮想的映像を検査する。案内ナビゲーションシステムにおいては、オペレータが予め定められたフライト経路に沿って移動することができ、予め定められた経路から映像中の特定の関心のある部分に位置及び視角の両者を合わせ、ポリープ、嚢胞又は他の器官の異常な特徴を認識することができる。対象物の三次元仮想的検査のための発明的技術は、対象物を立体要素で不連続的に表示すること、検査されるべき対象物の部分を決定すること、仮想的対象物中でナビゲーション操作が行われること及びナビゲーションの間にリアルタイムで仮想的対象物が表示されることを含む。三次元仮想的検査のための発明的技術が患者の器官に適用される場合は、必要な場合に走査するための器官を準備状態にすること、器官を走査すること及びデータを立体要素に変換すること、検査されるべき対象物の部分を決定すること、仮想的器官中で案内ナビゲーション操作を行うこと及びナビゲーションの間にリアルタイムで仮想的対象物を表示することを含む。本発明の目的は、比較的苦痛が少なく、高価ではなく、且つ挿入がなく、走査された器官の実際の解析を患者がいなくても実行できる、生体の器官の内部の検査を行うためのシステム及び方法を提供することにある。器官をリアルタイムで走査し且つ可視化するか、又は、格納されたデータを後刻可視化することができる。本発明の他の目的は、一つの器官のような対象物の３Ｄ立体表示を発生することである。この場合、対象物の範囲を層毎に剥がして、映像化された対象物の範囲の副表面解析を行うことができる。一つの対象物（例えば器官）の表面を透明に又は半透明にすることにより、対象物の壁面の中側又は背後の他の対象物を見ることができる。更に、対象物をスライスし、対象物の特定の断面を検査することができる。本発明の他の目的は、ポテンシャル場を用いて例えば一つの器官のような対象物の３Ｄ立体を表示する、案内ナビゲーションのシステム及び方法を提供することである。本発明の更に他の目的は、上述のような層毎に剥ぐ技術を用いて例えば一つの器官のような対象物の中を仮想的に飛び抜けるために、その中心線を計算することである。本発明の更に他の目的は、可視スクリーンを発生するために必要な計算の数を小さくするために、修正Ｚバッファ技術を用いることである。本発明のもう一つの目的は、表示中の各立体要素に不透明係数を設定し、特定の立体要素を透明又は半透明にして透明度を変化させ、見るべき対象物の部分の可視化を自由に行うことができるようにすることである。更に、不透明係数を用いて対象物の一部分を合成することができる。図面の簡単な説明本発明の好適な実施例を示す添付の図面を用いて行われる以下の詳細な説明により、本発明の他の目的、特徴及び利点が明らかとなろう。図面は下記のとおりである。図１は、本発明により対象物、特に結腸の仮想的検査を行うための諸ステップを示すフローチャートであり、図２は、仮想的器官中で案内ナビゲーションを行う「潜水艦」カメラモデルを示す図であり、図３は、「潜水艦」カメラのピッチ及びロールをモデル化するために用いられる振り子を示す図であり、図４は、結腸の立体測定のための二次元断面図中に、二つのブロック壁面を示す図であり、図５は、結腸の立体測定のための二次元断面図中に、最初及び最後として選択された立体要素を示す図であり、図６は、結腸の立体測定のための二次元断面図中に、ブロック壁面及び結腸表面で囲まれた不連続の副立体を示す図であり、図７は、結腸の立体測定のための二次元断面図中に、剥き取られた複数の層を示す図であり、図８は、結腸の立体測定のための二次元断面図中に、残っているフライト経路を示す図であり、図９は、走査した器官を立体として可視化する諸ステップを示すフローチャートであり、図10は、セルに分割された仮想的結腸を示す図であり、図11Aは、仮想的に検査されている器官を示す図であり、図11Bは、図11Aの器官を描画する際に発生するスタブツリーを示す図であり、図11Cは、図11Aの器官を描画する際に発生する他のスタブツリーを示す図であり、図12Aは、視野の或るセルの中に対象物を表示する図であり、図12Bは、図12Aの表示を描画する際に発生するスタブツリーを示す図であり、図12C−図12Eは、図12Aの表示を描画する際に発生する他のスタブツリーを示す図であり、図13は、ポリープを含み、その層を除去することができる、仮想的結腸の二次元表示を示す図であり、及び図14は、本発明により、人の器官の仮想的検査を行うために用いられるシステムを示す図である。詳細な説明この出願に記載された方法及びシステムは検査されるべき全ての対象物に適用することができるが、以下に述べる好適な実施例は、人体の器官、特に結腸の検査に関するものである。結腸は長く且つ折れ曲がっているため患者の金銭的並びに人体用プローブの不快性及び危険性の両者の負担が大きいが、これらを軽減するために仮想的検査が特に適している。検査することができる器官の他の例は、肺、胃並びに消化器系、心臓及び血管の一部分である。図１は、立体可視化技術を用いて仮想的結腸内視を行うために必要な諸ステップを示す図である。ステップ101では、走査すべき結腸について、ドクター又は特定の走査装置のいずれかによって要求された場合に、検査のために見えるようにするための準備を行う。この準備は、「カクテル」即ち口から摂取され胃を通過して結腸に入る液体で結腸を洗浄することを含む。このカクテルは、患者の結腸の中に存在する老廃物を排出させる。主として用いられる例は「ゴリテリ」である。更に、結腸の場合は、空気又はＣＯ₂を結腸の中に送り込み、それを膨張させ、走査及び検査を容易にすることができる。直腸に入れた細いチューブを用いて約1,000ccの空気をポンプで結腸の中に送り込むことにより、結腸を膨張させることができる。用いる走査装置の型により、結腸壁面自体と結腸中にある老廃物とを区別するために、排出されない便を被覆するバリウムのような造影剤を患者が飲むことが必要である。他方、結腸を仮想的に検査する方法は、この明細書で後述するように、仮想的検査に先立って又は検査中に、仮想的老廃物を除去することができる。図１には点線で示されているように、ステップ101は、全ての検査で実行しなければならないということはない。ステップ103では、検査されるべき器官を走査する。走査装置としては、結腸を走査する場合にはスパイラルのＣＴスキャナー、例えばキセノンガスで標識付けされた肺を走査するためにはZenitaのＭＲＩマシン等、既知の通常の装置を用いることができる。走査装置は、立体可視化のために必要なデータを生成するために、呼吸を止めている間に人体の周りの種々の位置から複数の映像を得ることができなければならない。一つのＣＴ映像の例は、５mm幅、１：１又は２：１のピッチ、視野40cmで、結腸の脾臓湾曲部の頂点から直腸までを撮影できるＸ線ビームを用いるものである。前記の対象物の不連続的なデータの表示は、走査以外の他の方法によっても生成することができる。1988年７月26日に出願され1991年８月８日に発行されたKa ufmanによる米国特許第5,038,302号「連続的三次元幾何学的表示を三次元ヴォクセルシステムにおける不連続的三次元ヴォクセル表示に変換する方法」(Met hod of Converting Continuous Three-Dimensional Geometrical Represen-tati ons into Discrete Three-Dimensional Voxel-Based Representations Within a Three-Dimensional Voxel-Based System)に開示されている技術を用いて、幾何学的モデルから、対象物を表すヴォクセルデータを導出することができる。更に、映像のコンピュータモデルによって生成したデータを三次元ヴォクセルに変換し、本発明によって検査することができる。この型のデータの一つの例は、スペースシャトル飛行機の周囲における乱気流のコンピュータシミュレーションである。ステップ104では、走査された映像を三次元立体要素（ヴォクセル）に変換する。結腸を検査するための好適な実施例においては、走査データは１mm又は2.5m m毎に５mmの厚さの切片にフォーマットし直され、各切片は512×512ピクセルのマトリクスとして表される。このように多数の２Ｄ切片は、走査の長さに依存して生成される。この２Ｄ切片の組は、次に３Ｄヴォクセルに再構成される。走査装置から得られる２Ｄ映像を３Ｄヴォクセルに変換するプロセスは、既知の技術（例えば、1988年11月11日に出願され1991年１月15日に発行されたKaufman他による米国特許第4,985,856号「ヴォクセルデータの格納、アクセス及び処理のための方法及び装置」(Method and Apparatus for Storing，Accessing and Proce ssing Voxel-based Data)参照）を用いて、走査マシン自体により又はコンピュータのような独立のマシンによって実行することができる。ステップ105では、選択した器官について検査すべき部分をオペレータが決定することを可能にする。医師が、ポリープが見えるとして結腸の特定の部分に関心を持つことがある。医師は、検査すべき部分を示す二次元切片の全体マップを見ることができる。見る経路の開始点及び終了点は、医師／オペレータが表示することができる。結腸の検査すべき部分を示すために、通常のコンピュータ及びコンピュータインターフェース（例えば、キーボード、マウス又はスペースボール）を用いることができる。キーボード入力のために座標を有するグリッドシステムを用いることができ、又は、医師／オペレータが所望の点を「クリック」することができる。更に、必要な場合は、結腸の全体映像を見ることができる。ステップ107では、検査する仮想的器官の計画ナビゲーション及び案内ナビゲーションの操作を実行する。案内ナビゲーション操作の実行は、予め定められるか又は自動的に定められ、且つ何時でもオペレータが手動で調整することができるフライト経路を通ってナビゲートするように行う。走査データを３Ｄヴォクセルに変換し後、選択した開始点から選択した終了点まで器官の内部を移動する。仮想的検査は、終了点に向いたレンズを具えて仮想的空間を通って移動する小さいカメラを持つようにモデル化される。案内ナビゲーション技術はカメラとの対話のレベルを具えているので、オペレータが対話を行わない場合は、カメラが仮想的環境を自動的に通ってナビゲートすることができ、同時に必要な時にオペレータがカメラを操作することができる。案内ナビゲーションを達成する好ましい実施例においては、カメラの動きを制御するために、図２及び３に詳細に図示されているような、ポテンシャル場を用いる物理的なカメラモデルを使用する。ステップ109は、案内ナビゲーション操作のために選択された経路に沿ってカメラモデルの視点から器官の内側を表示するステップであり、ステップ107と同時に実行することができる。マーチングキューブ技術のような既知の技術を用いて、三次元表示を発生することができる。しかしながら、結腸のリアルタイム表示を生成するためには、仮想的器官の表示のために必要なデータの莫大な計算量を減らさなければならない。図９は、この表示ステップを更に詳細に示す図である。図１に示された方法は、人体の複数の器官を同時に走査するために用いることができる。例えば、患者の結腸と肺との両者について癌性腫瘍を検査することができる。図１の方法は、ステップ103で関心のある全ての領域を走査し、ステップ105で、検査する対象物としてその器官を選択するように修正することができる。例えば、医師／オペレータは仮想的に検査する対象物として最初に結腸を選択し、後で肺を検査してもよい。その代わりに、専門が異なる２人の別のドクターが、別に走査された器官のうちそれぞれの専門に関する器官を仮想的に検査することができる。ステップ109に続いて、次に検査すべき器官を選択し、その部分を決定し、検査する。これは、全ての器官について必要な検査が終了するまで続けられる。図１について説明した諸ステップは、立体要素によって表すことができる全ての対象物の検査に適用することができる。例えば、階層構造又は無生物についても同様に表示し検査することができる。図２は、ステップ107で案内ナビゲーション技術を実行する「潜水艦」カメラ制御モデルを示す。案内ナビゲーションの間にオペレータが制御を行わない時のために予め定められたナビゲーションは、計画ナビゲーションと同様である。計画ナビゲーションでは、カメラがフライト経路に沿って結腸の選択された一端から他端へ自動的に向く。計画ナビゲーションフェーズの間、結腸表面のよりよい視野を得るために、カメラは結腸の中心から外れないようにする。関心のある領域に出会うと、仮想的カメラのオペレータは、案内ナビゲーションを用いて、対話的に、カメラを、結腸の壁面との望ましくない衝突を避けながら、特定の部分に近づけ、カメラの動き及び角度を、関心のある領域を詳細に検査できる方向に向ける。オペレータは、キーボード、マウスのような標準的なインターフェース装置又はスペースボールのような非標準的な装置を用いてカメラを制御することができる。仮想的環境でカメラを完全に操作するためには、カメラについて６個の自由度が必要である。カメラは、仮想的環境で全ての方向及び角度で移動し且つ走査できるためには、水平、垂直、及びＺ方向(軸217)に動くことができなければならず、更に他の３個の自由度(軸219)で回転できなければならない。案内ナビゲーションのためのカメラモデルは、伸ばすことができず且つ無重量で二つの粒子ｘ₁203とｘ₂205とを結合するロッド201を含む。二つの粒子は両者共ポテンシャル場215の中にある。このポテンシャル場は、器官の壁面で最大になるように定義されており、これによりカメラが壁面で押し戻される。粒子の位置はｘ₁及びｘ₂で与えられ、それらは同一の質量ｍを有する。カメラは潜水艦の頭部ｘ₁203に装着され、その視線は、ベクトルｘ₁→ｘ₂に一致する。潜水艦は、以下に定義されるポテンシャル場Ｖ（ｘ）からの応力、摩擦力及び擬制外力によって影響を受けながら、移動及びモデルの質量の中心ｘの周りの回転を行う。ｘ₁、ｘ₂及びｘの間の関係は以下のとおりである。ｘ＝（ｘ，ｙ，ｚ），ｒ＝（ｒ sinθ cosφ，ｒ sinθ sinφ，ｒ cosθ），ｘ₁＝ｘ＋ｒ，ｘ₂＝ｘ−ｒ，（１）ここで、ｒ、θ及びφは、ベクトルｘ₁→ｘ₂の極座標である。モデルの運動エネルギーＴは、ｘ₁及びｘ₂の動きの運動エネルギーの和として以下のように定義される。次に、ラグランジュの式を用いて潜水艦モデルの動きについての方程式が以下のように得られる。ここで、ｑ_jはモデルの一般化座標であり、以下のように時間ｔの関数と考えることができる。（ｑ₁,ｑ₂,ｑ₃,ｑ₄,ｑ₅,ｑ₆）＝(ｘ，ｙ，ｚ，θ，φ，ψ）＝ｑ（ｔ）（４）ここで、ψは後述するこのカメラ系の回転角を示す。Ｆ_iを一般化応力と呼ぶ。潜水艦の制御はｘ₁に擬制外力Ｆ_ext＝（Ｆ_x，Ｆ_y，Ｆ_z）を加えることによって行い、ｘ₁及びｘ₂の両者共、ポテンシャル場からの応力及び各粒子の速度と逆の方向に作用する摩擦によって影響を受けると仮定する。その結果、一般化応力は、次式で表される。ここで、ｋは系の摩擦係数を表す。図２に示されるように、オペレータがマウスのボタンを単にクリックするだけで、発生された映像中の所望の方向207に外力Ｆ_extが印加される。続いてこのカメラモデルがその方向に動く。これにより、オペレータがマウスのボタンを単にクリックするだけで、カメラの少なくとも５個の自由度を制御できる。式（２）、（３）及び（５）から、この潜水艦モデルの五つのパラメータの加速度を以下のように導出することができる。それらは潜水艦の角速度の交換に関係する。このモデルは潜水艦のロッドについての慣性モーメントを持っていないので、これらの項はφの数値計算のオーバーフローを引き起こし易い。幸運なことに、これらの項は、潜水艦モデルの角速度が意味を持って来る時、即ち、本質的にカメラが早く動き過ぎる時にのみ、意味を持つようになる。カメラが早く動き過ぎると器官が正しく見えないため、カメラを過度に早く動かすことは意味が無いので、この実施例ではこれらの項は小さく、オーバーフローの問題は起きない。式（６）の初めの三つの式から、の条件を満足すると、ポテンシャル場と逆の外力によって潜水艦を進めることができないことが分かる。この実施例では、対象物の境界で充分に大きいポテンシャル値を与えることにより、潜水艦の速度及び外力Ｆ_extに上限を設けているので、潜水艦が対象物又は環境の壁面に衝突しないことが保証される。上述したように、カメラ系の回転角ψについて検討する必要がある。一つの可能なオプションにより、オペレータが角ψを完全に制御することが可能になる。しかしながら、オペレータがカメラをモデルのロッドの周りに自在に回転できるとしても、オペレータが方向を見失うことが容易に起こり得る。図３に示すように、カメラの上方向が潜水艦のロッドの周りを自在に回転する質量ｍ₂の振り子3 01に結合していると仮定することが好ましい技術である。振り子の方向ｒ₂はで表される。潜水艦の動きに沿ったこの振り子の正確な動きを計算することは可能であるが、系の方程式が極めて複雑になる。従って、回転角ψ以外の全ての一般化座標は一定であると仮定し、振り子系についての独立の運動エネルギーをのように定める。これは、回転角についてのモデルを簡略化する。このモデルにおいては、重力Ｆ_g＝ｍ₂ｇ＝（ｍ₂ｇ_x，ｍ₂ｇ_y，ｍ₂ｇ_z）が質点ｍ₂に作用すると仮定しているので、ψの加速度は、ラグランジュの式を用いてのように導出される。式（６）及び（７）から、一般化座標ｑ(t)及びそれらの導関数ｑ(t)がのようなテイラー級数を用いて漸近的に計算され、潜水艦を自在に動かす。潜水艦の動きをスムーズにするための時間ステップｈは、動きをスムーズにするためには可能な限り小さく、一方、計算コストを低くするためには可能な限り大きくする必要があるので、その間の平衡値が選択される。ポテンシャル場の決定図２における潜水艦モデル中のポテンシャル場は、境界部分に高いポテンシャルを設定することにより仮想的器官中の境界（壁面又は他の境界）が定められ、潜水艦カメラが壁面又は他の境界に衝突しないようにされている。オペレータがポテンシャルの高い領域にカメラモデルを移動しようとすると、カメラモデルは止められる。但し、例えば、オペレータが境界の先の器官又はポリープの内側を検査しようとする場合は例外である。仮想的コロノスコピーを実行する場合、結腸の各立体データ片（立体要素）にポテンシャル場の値を設定する。関心のある特定の範囲が図１のステップ105において開始点及び終了点として表されている場合には、走査される結腸の選択された領域中のヴォクセルが通常のブロック操作を用いて識別される。続いて、終了点からの距離ｄt(x)、結腸表面からの距離ｄs(x)、及び結腸空間の中心からの距離ｄc(x)の三つの距離の値に基づいて選択された立体におけるそれぞれのヴォクセルｘに、ポテンシャル値が設定される。ｄt(x)は通常の成長法を用いて計算される。結腸表面からの距離ｄs(x)は、表面のヴォクセルから内側へ成長する通常の技術を用いて計算される。ｄc(x)を求める場合は、最初にヴォクセルから結腸の中心線が引かれ、次に通常の成長法を用いて結腸の中心線から計算される。ユーザーが特定した開始点及びユーザーが特定した終了点によって定められた結腸の選択された領域の中心線を計算するためには、ｄs(x)の最大値を求め、これをｄmaxと書く。次に、関心のある領域の内側の各ヴォクセルについてｄmax −ｄs(x)を求める。このように、結腸表面に近いヴォクセルは高いコスト値を持ち、中心線に近いヴォクセルは比較的低いコスト値を持つ。次にコスト付与に基づいて、既知の一元最短経路技術を適用し、開始点から終了点への最小コスト経路を効率的に計算する。この低コスト線は、結腸の検査しようとしている部分の中心線又はスケルトンを示す。中心線を求めるためのこの技術は、本発明の好ましい技術である。関心のある領域の内側のヴォクセルｘに対するポテンシャル値Ｖ(x)を計算するためには、式を用いる。ここで、Ｃ₁,Ｃ₂,μ及びνはタスクについて選択される定数である。仮想的カメラと仮想的結腸表面との衝突を避けるため、結腸の外側の全ての点について充分に大きいポテンシャル値を付与する。従って、ポテンシャル場の傾斜が著しくなるので、潜水艦モデルのカメラが走行する際に結腸壁面に衝突することはない。結腸中の経路の中心線を求めるための他の技術は、「層剥離」技術と呼ばれ、図４乃至図８に示されているものである。図４は、結腸の立体測定のための２Ｄ断面を示す図であり、結腸の二つの壁面 401及び403が図示されている。オペレータが二つのブロック壁面を選択し、結腸の検査の対象物となる部分を決定する。このブロック壁面の背後には何も見えない。これは仮想的表現を表示する際の計算の数を減らすために役立つ。ブロック壁面と側壁面とによって、検査すべき結腸の立体測定のための形状が確定される。図５は仮想的検査のフライト経路の両端の点、即ち開始点の立体要素501及び終了点の立体要素503を示す図である。開始点及び終了点は図１のステップ105でオペレータにより選択される。開始点と終了点との間の結腸の内側にあるヴォクセルが、図６に「ｘ」で示された領域によって表示されているように、認識されマークされる。ヴォクセルは、画素の三次元表現である。次に、図６で識別されマークされたヴォクセルに層剥離技術を適用する。全てのヴォクセルの最も外側の層（結腸壁面に近い層）を、ヴォクセルの内側層の一つだけを残して段階的に剥離する。言い換えると、中心点から離れた各ヴォクセルの除去を、そのヴォクセルの除去が開始ヴォクセルと終了ヴォクセルとの間の経路を切断しない場合に行う。図７は、仮想的結腸中のヴォクセルの剥離を多数回繰り返した後の中間結果を示す。結腸の壁面に最も近いヴォクセルは既に除去されている。図８は、全ての剥離を繰り返した後の状態を示す図であり、結腸の中心に沿ってカメラモデルが動くための最終のフライト経路を示す。これは本質的に結腸の中心にスケルトンを生成し、カメラモデルの所望のフライト経路になる。可視化を助けるＺバッファ図９は、器官の仮想的三次元立体表現の中でカメラモデルが見た仮想的映像を表示するためのリアルタイム可視化技術を説明する図である。図９は、図１のステップ109に対応する修正Ｚバッファを用いる表示技術を示す。カメラモデルから見ることができるヴォクセルの数は極めて大きい。計算して可視化すべき要素（又は多角形）の数が走査環境における全体のヴォクセルから減らない場合、内側領域が広い場合には計算の総数が多いため、可視化表示プロセスが著しく遅くなる。しかしながら、本発明によれば、表示のためには、結腸の表面上で見ることができる映像のみを計算すればよい。走査環境を小さい部分、即ちセルに分割することができる。従って、Ｚバッファ技術はカメラから見えるセルの部分のみを表示する。Ｚバッファ技術は、更に、三次元ヴォクセル表現のために用いられる。修正Ｚバッファ技術を用いると、計算すべき可視ヴォクセルの数が減り、医師又は医療技術者による仮想的結腸のリアルタイムの検査が可能になる。ステップ107で中心線が計算された関心のある領域を、表示技術を適用する前にセルに分割する。セルは、可視ユニットになるヴォクセルの集合グループである。各セル中のヴォクセルは、グループとして表示される。各セルは多数の門を含み、それを通して他のセルを見ることができる。結腸は、選択された開始点において、終了点に向かい中心線1001に沿って最初に分割される。次に結腸は、中心経路に沿って予め定められた閾値距離に達した場合、セルに分割される（例えば、図10のセル1003,1005及び1007）。閾値距離は、可視化技術が実行されるプラットフォームの仕様並びに、その記憶及び処理の能力に基づく。セルのサイズは、プラットフォームによって記憶及び処理されるヴォクセルの数に直接関係する。閾値距離の一つの例は５cmであるが、この距離は大きく変わり得る。図10に示すように、各セルは、セルの外側を見るための門として二つの断面を持つ。図９のステップ901では、選択された器官の中の現在カメラを含んでいるセルを認識する。現在のセル及びカメラの向きにより見ることができる他のセルが表示される。ステップ903では、カメラから（定められた門を通して）見える可能性のあるセルの階層データのスタブツリー（ツリー図）を構成する。これの詳細については後に説明する。このスタブツリーは、カメラから見える可能性がある各セルに対するノードを含む。一部のセルは遮蔽物が存在せずに透明である可能性があるため、一つの方向に１以上のセルが見える場合がある。ステップ905では、隣接しているセルの縁部の交点を含むセルからのヴォクセルの部分的な組を記憶し、それらをスタブツリーの外側縁部に記憶し、それにより、見えるセルをより効率的に決定する。ステップ907では、スタブツリー中にループノードが存在するか否かをチェックする。一つのセルの２以上の縁部が同一の隣接セルと接している場合に、ループノードが発生する。これは、一つのセルが他の一つのセルに取り囲まれている時に発生することがある。スタブツリー中にループノードが認識されると、この方法はステップ909に続く。ループノードが存在しない場合は、処理はステップ9 11に進む。ステップ909では、ループノードを形成している二つのセルを一つの大きいノードに統合する。このようにしてスタブツリーは正常に戻る。これにより、ループノードのために同一のセルを２回見るという問題が解消される。このステップは、認識された全てのループノードで実行される。処理は次にステップ911に進む。次に、ステップ911ではＺの最大値でＺバッファを初期化する。Ｚ値はスケルトン経路に沿ったカメラからの距離を決定する。次に、ツリー上を移動して、各ノードにおける交点値の最初のチェックを行う。ノード交点がカバーされている場合、即ち現在の門のシーケンスが閉じられている場合（Ｚバッファ試験によって決定される）は、ツリーの現在のブランチ上の移動を中止する。ステップ913 では、各ブランチを移動してノードがカバーされているか否かをチェックし、カバーされていない場合にそれを表示する。ステップ915では、例えば合成による立体描写のような既知の種々の技術のうちの一つを用いて、ステップ913で認識された見えるセルの中の立体要素からオペレータのスクリーンに表示する映像を構成する。見える可能性のあるセルと定められたセルのみが表示される。この技術は、計算を必要とするセルの数を限定することによりリアルタイムの表示を達成し、これに対応して表示速度を上げ、性能を向上させる。この技術は、実際に見えると否とにかかわらず見える可能性のある全てのデータ点を計算する従来の技術を改善するものである。図11Aは、案内ナビゲーションによって検査されている器官を、オペレータが見ることができるように二次元で表示した図である。器官1101には、二つの側壁面1102及び経路の中心の対象物1105が見える。この器官は４個のセルＡ1151、Ｂ 1153、Ｃ1155及びＤ1157に分割されている。カメラ1103はセルＤ1157の方向を向いており、視野ベクトル1107,1108によって定められる円錐形の視野を持つ。見える可能性のあるセルは、セルＢ1153、Ｃ1155及びＤ1157である。セルＣ1155は周囲を完全にセルＢで取り囲まれており、これはノードループを構成する。図11Bは、図11Aのセルから作られたスタブツリーを表す図である。カメラを含むノードＡ1109がツリーのルーツにある。遮蔽物なしに見える１本の線又は視野円錐がノードＢ1110から引かれている。ノードＢはノードＣ1112及びノードＤ11 14の両者に対して直接見える視線を持つ。図には、これらが双方を結ぶ矢印で示されている。ノードＣ1112のカメラを見る方向の視線は、ノードＢ1110に結ばれている。このため、ノードＣ1112とノードＢ1110とは、図11Cに示すように、一つの大きいノードＢ'1122に統合される。図11Cは、カメラを含むノードＡ1109、それに隣接するノードＢ'1122（ノードＢ及びノードＣの両者を含む）及びノードＤ1114を示す図である。ノードＡ、Ｂ ’及びＤが少なくとも部分的にオペレータに表示される。図12A−12Eは、視界を遮る対象物を含むセルを有する修正Ｚバッファの使用を説明する図である。対象物は、仮想的結腸の一部における老廃物であってもよい。図12Aは、１０個のポテンシャルセルＡ1251，Ｂ1253，Ｃ1255，Ｄ1257，Ｅ1 259，Ｆ1261，Ｇ1263，Ｈ1265，Ｉ1267及びＪ1269を持つ仮想的空間を示す図である。これらのうちの幾つかが対象物を含む。カメラ1201が視野ベクトル1203で表されるように、セルＩ1267中に位置しセルＦ1261の方向に向いている場合、スタブツリーは、図９のフロー図に示された技術によって発生される。図12Bは交点ノードで発生されたスタブツリーを示す図であり、これは、図12Aと同様の仮想的表現を示す。セル11267がカメラ1201を含んでいるので、図12BではセルＩ12 67をツリーのルーツノードとして示す。セルＦがカメラの視線に直接結合されているので、ノード11211は（矢印で示すように）ノードＦ1213を指している。ノードＦ1213は、ノードＢ1215及びノードＥ1215の両者を指している。ノードＢ12 15はノードＡ1217を指している。ノードＣ1202はカメラ1201による視線から完全に遮蔽されているので、スタブツリーには含まれない。図12Cは、ノードＩ1211がオペレータに対して表示された後のスタブツリーを示す図である。ここではノードＩ1211は既に表示されたのでスタブツリーから消えており、ノードＦ1213がルーツになっている。図12Dは、ノードＦ1213がノードＩ1211に合体する状態を示す。次に、ツリー中で矢印で結合された次のノードに対し、既にカバーされたか（既に処理されたか）否かのチェックを行う。この例では、セルＩ1267中に位置するカメラからの交点ノードの全てがカバーされたので、ノードＢ1215（及び従って従属ノードＡ）をディスプレイに表示する必要はない。図12Eは、ノードＥ1219が、その交点が既にカバーされたか否かを見るためのチェックを受ける状態を示す図である。これは終了しているので、この図12A−1 2Eの例で表示されたノードはノードＩ及びＦであり、一方、ノードＡ、Ｂ及びＥは見ることができず、これらのセルを表示するための準備を行う必要はない。図９に示した修正Ｚバッファ技術により、計算をより少なくすることができ、ヴォクセル又は例えば多角形のような他の立体要素で表されている対象物に適用することができる。図13は、一つの壁面に沿って大きいポリープが存在する結腸の仮想的な二次元像を示す図である。図13は、更に検査することが必要とされた患者の結腸の選択された部分を示す。この図には、二つの結腸壁面1301及び1303、並びに腫瘍1305 が示されている。層1307、1309及び1311は腫瘍の内層を示す。医師にとっては、ポリープ又は腫瘍の層を剥ぎ取り、本体の内側で癌性又は他の有害なものを検査できることが望ましい。このプロセスは、実際には、本体を切り開くことなく本体の仮想的な生体組織検査を実行することになる。結腸が一旦仮想的にヴォクセルによって表されると、対象物の層の剥離処理は図４乃至８に関して説明したと同様の方法で容易に実行される。更に、本体をスライスすることができ、それにより、特定の断面を検査することができる。図13においては、平面カット1313を行うことができ、それにより腫瘍の特定の部分を検査することができる。更に、任意の方法により、腫瘍からユーザーが決めた切片1319を切取ることができる。ヴォクセル1319については、以下に説明するように、剥ぎ取るか又は修正するかいずれをも行うことができる。関心のある領域中の各ヴォクセルに対して変換機能を実行することができ、各ヴォクセルに対する透明度を表す係数を変えることにより、対象物を透明、半透明又は不透明にすることができる。ヴォクセルの密度に応じて各ヴォクセルの不透明係数を定める。次に、マッピング機能が密度値を、透明度を表す係数に変換する。走査された高密度のヴォクセルは、単純なオープンの空間に面した壁面又は他の密度の高い部分を表す。次に、オペレータ又はプログラムルーチンが、ヴォクセル又はヴォクセル群の不透明係数を、それらのヴォクセル又はヴォクセル群が潜水艦カメラモデルから透明又は半透明に見えるように、変換することができる。例えば、オペレータは、腫瘍全体の内側又は外側の腫瘍部分を見ることができる。また図９の表示ステップにおいては、透明なヴォクセルについてそれらが存在しないように見せることができる。対象物の部分におけるヴォクセルの不透明係数の加重平均を用いることにより、その部分の合成を行うことができる。医師が癌性の部分を検査するためポリープの種々の層を見ることを望む場合、ポリープ1305の外側の層を除去して第１の層1307を得ることにより、これを実行することができる。更に、第１の内側の層1307を剥ぎ取り第２の内側の層1309を見えるようにすることができる。第２の内側の層を剥ぎ取り第３の内側の層1311 を見えるようにすることができる。以下同様である。更に、医師はポリープ1305 をスライスし、所望の断面中のヴォクセルのみを見ることができる。スライスする領域は完全にユーザーが決めることができる。更に、仮想的システムの探索を助けるために、不透明係数を他の方法で同様に用いることができる。老廃物が存在し、或る既知の範囲の中の他の物と同様の密度を持つ場合、検査の間老廃物の不透明係数を変えることにより、仮想的カメラに対して老廃物を透明にすることができる。これにより、患者が手術の前に腸洗浄剤を飲む必要がなくなり、検査を迅速に且つ容易に行うことができるようになる。同様に、実際の用途に応じて他の対象物を消すことができる。更に、造影剤を用い、続いて適当な変換機能を用いることにより、ポリープ様の対象物を電子的に強調することができる。図14は、この明細書に記載されている技術を用いて人体の器官のような対象物の仮想的検査を実行するためのシステムを示す図である。患者1401がプラットフォーム1402の上に横たわり、走査装置1405が、検査する器官を含む領域を走査する。走査装置1405は、患者の映像を実際に撮影する走査部分1403及びエレクトロニクス部分1406を含む。エレクトロニクス部分1406は、インターフェース1407、中央処理ユニット1409、走査データを一時的に記憶するためのメモリー1411、及び仮想的ナビゲーションプラットフォームにデータを送るための第２のインターフェース1413を含む。インターフェース1407及び1413は、一つのインターフェース部材中にまとめることもでき、また同一の部材とすることもできる。部分1406 中のこれらの部材は、通常のコネクタで相互に接続されている。システム1400においては、走査装置の走査部分1403から供給されるデータが部分1406に転送されて処理され、メモリー1411に記憶される。走査された２Ｄのデータが中央処理ユニット1409により３Ｄのヴォクセルデータに変換され、その結果がメモリー1411の他の部分に記憶される。又はこれに代わり、変換されたデータが直接インターフェースユニット1413に送られ、仮想的ナビゲーションターミナル1416に転送されるようにしてもよい。更に、２Ｄデータがインターフェース 1413から転送された後、仮想的ナビゲーションターミナル1416で変換が行われるようにしてもよい。好ましい実施例においては、変換されたデータが伝送路1414 を通って仮想的ナビゲーションターミナル1416に伝送され、オペレータが仮想的検査を実行する。更に、記憶媒体上にデータを記憶しそれを物理的にターミナル 1416に運ぶ方法又は衛星通信を用いる方法等、他の一般的な方法によってデータを送ることができる。可視化エンジンが３Ｄの形にすることを必要とするまで、走査データを３Ｄ表示に変換しないようしてもよい。これにより、計算ステップ及びメモリーの記憶空間を節約することができる。仮想的ナビゲーションターミナル1416は、仮想的器官又は他の走査された映像を見るためのスクリーン1417、エレクトロニクス部分1415、及びキーボード、マウス又はスペースボール等のインターフェース装置1419を含む。エレクトロニクス部分1415は、インターフェースポート1421、中央処理ユニット1423、ターミナルがランするために必要な他の部材1427、及びメモリー1425を含む。ターミナル 1416中のこれらの部材は、通常のコネクタで相互に接続されている。変換されたヴォクセルデータがインターフェースポート1421で受信され、メモリー1425に記憶される。次に、中央処理ユニット1423により３Ｄヴォクセルが仮想的表現にアセンブルされ、図２及び３で説明したように、潜水艦カメラモデルを動かして仮想的検査を実行する。潜水艦カメラが仮想的器官を通って移動するので、図９で説明したような可視化技術を用いて仮想的カメラから見える範囲のみを計算し、スクリーン1417に表示する。更に、表示を発生させるためにグラフィックスアクセレレータを用いることができる。オペレータは、インターフェース装置1419を用いて、走査された人体について検査することを望む部分を指示することができる。インターフェース装置1419を用いて、更に、図２及びそれに関連して説明したように、潜水艦カメラを制御し動かすことができる。ターミナル部分1415として、Stony Brookにおけるthe State University of New Yorkのコンピュータサイエンス学部から得られるキューブ４専用システムボックスを用いることができる。走査装置1405及びターミナル1416、又はそれらの部分は、同一ユニットの部分とすることができる。走査映像データを受信するために一つのプラットフォームを用い、必要な場合にはそれを３Ｄヴォクセルに接続し、案内ナビゲーションを実行することができる。システム1400における重要な特徴は、後刻、患者がいない場所で、仮想的器官を検査することができることである。更に、患者を走査している間に仮想的検査を行うことができる。更に、走査データを複数のターミナルに送ることができ、それにより、複数のドクターが器官の内側を同時に見ることができる。このように、ニューヨークの１人のドクターがカリフォルニアのドクターと相談しながら共に、患者の器官の同一部分を同時に見ることができる。これに代わり、データを別の時に見ることができる。困難な事例においては、２人以上のドクターが同一のデータについてそれぞれ検査することができる。複数の仮想的ナビゲーションターミナルを用いて同一の走査データを見ることができる。別個のデータの組を用いて器官を仮想的器官として再生することにより、精度、コスト及びデータ操作の可能性等の面で多大の利点が得られる。上記においては本発明の原理のみを説明した。従って、当業者にとって、ここに明示的に図示されておらず又は記載されていないとはいえ、本発明の原理を実施するものであり従って請求項に記載された本発明の精神及び範囲の中に存在する多数のシステム、装置及び方法を案出することができることは明らかである。例えば、ここに説明した方法及びシステムは、動物、魚類又は無生物の対象物を仮想的に検査するために応用することができる。更に、上述の医学の分野以外においても、開封することができない密封された対象物の中身を検査するためにこの技術を応用することができる。更に、この技術は、ビルディング又は洞窟等の階層構造物の内側に適用し、オペレータがその構造物を通ってナビゲートすることができる。

【手続補正書】【提出日】平成１１年４月１２日（１９９９．４．１２）【補正内容】請求の範囲１．少なくとも一つの対象物の三次元仮想的検査を行う方法であって、走査装置を用いて前記対象物を走査し、前記対象物を表す走査データを生成すること、前記走査データに基づいて、立体要素からなる前記対象物の三次元立体表現を生成すること、前記三次元立体表現から開始立体要素及び終了立体要素を選択すること、前記間始及び終了立休要素間の一定の経路を発生すること、前記開始及び終了立体要素間の経路に沿って前記三次元立体表現の案内ナビゲーションを実行すること、及び前記案内ナビゲーションの間前記経路から見える前記立体要素及びオペレータの入力に基づく前記立体要素をリアルタイムで表示することを含む方法。２．前記ナビゲーションを実行するステップが、各前記立体要素にポテンシャル値を設定することを含む請求項１に記載の方法。３．器官の壁面に近い立体要素の前記ポテンシャル値に大きい値を設定する請求項２に記載の方法。４．前記一定の経路が前記対象物の外壁面からほぼ等距離に位置する詰求項１に記載の方法。５．複数の前記立体要素が低ポテンシャル値を設定され且つ前記一定の経路に沿って位置する請求項４に記載の方法。６．前記対象物が器官である請求項１に記載の方法。７．前記器官が結腸である請求項６に記載の方法。８．前記器官が肺である請求項６に記載の方法。９．前記器官が少なくとも一つの血管である請求項６に記載の方法。 10．前記表示するステップが、前記経路に沿って見える各前記立体要素を認識することを含む請求項１に記載の方法。 11．前記認識することが、視野データを含む階層データ構造を用いて実行される請求項10に記載の方法。 12．前記実行されるナビゲーションが案内ナビゲーションである請求項１に記載の方法。 13．前記案内ナビゲーションが、カメラモデルを用いて前記経路に沿って移動することをシミュレートする請求項12に記載の方法。 14．前記カメラモテルの位置を６個の自由度で変えることができる請求項13に記載の方法。 15．前記経路が予め選択され、更にオペレータからの入力により前記カメラの方向を変えることができる請求項１に記載の方法。 16．前記仮想的検査が、前記カメラモデルの視野円錐の中にある前記立体要素のみを表示する請求項15に記載の方法。 17．前記ナビゲーションを実行するステップが、ただ一つの経路が残るまで前記対象物の壁面に最も近い立体要素を除去することにより、中心線を選択することを含む請求項１に記載の方法。 18．前記仮想的検査が、更に各前記立体要素に不透明係数を設定するステップを含む請求項１に記載の方法。 19．オペレータからの入力により、選択された立体要素の前記不透明係数を変える請求項18に記載の方法。 20．前記表示するステップの間、不透明係数が小さい前記立体要素を表示しない請求項19に記載の方法。 21．少なくとも一つの前記立体要素の不透明係数を変え、前記変えられた立体要素を前記表示するステップで表示しない請求項20に記載の方法。 22．前記立体要素を、前記立体要素の前記不透明係数に応じた程度の半透明に表示する請求項19に記載の方法。 23．少なくとも一つの立体要素に対応するデータを変え、前記変えられた立体要素を前記表示するステップで表示しない請求項１に記載の方法。 24．更に走査するための対象物を準備するステップを含む請求項１に記載の方法。 25．前記準備するステップが、走査の際に前記対象物のコントラストを改善するための物質で前記対象物を被覆することを含む請求項24に記載の方法。 26．前記対象物を表す走査データを生成するステップが、前記対象物を走査することを含む請求項１に記載の方法。 27．前記対象物を表す走査データを生成するステップが、幾何学的モデルからヴォクセル映像を生成することを含む請求項１に記載の方法。 28．少なくとも一つの器官の三次元内部仮想的検査を行う方法であって、放射線走査装置を用いて器官を走査し、前記器官を表す走査データを生成すること、前記走査データに基づいて、立体要素からなる前記器官の三次元立体表現を生成すること、前記三次元立体表現から開始立体要素及び終了立体要素を選択すること、前記開始及び終了立体要素間に一定の経路を発生すること、前記経路に沿って前記三次元立体表現の案内ナビゲーションを実行すること、及び前記案内ナビゲーションの間前記経路から見える前記立体要素及びオペレータの入力に基づく前記立体要素をリアルタイムで表示することを含む方法。 29．前記案内ナビゲーションを実行するステップが、各前記立体要素にポテンシャル値を設定することを含む請求項28に記載の方法。 30．前記器官の壁面に近い立体要素の前記ポテンシャル値に大きい値を設定する請求項29に記載の方法。 31．前記一定の経路が前記対象物の外壁面からほぼ等距離に位置する請求項28に記載の方法。 32．複数の前記立体要素が低ポテンシャル値を設定され且つ前記一定の経路に沿って位置する請求項31に記載の方法。 33．前記器官が結腸である請求項28に記載の方法。 34．前記器官が肺である請求項28に記載の方法。 35．前記器官が少なくとも一つの血管である請求項28に記載の方法。 36．前記表示するステップが、前記経路に沿って見える各前記立体要素を認識することを含む請求項28に記載の方法。 37．前記認識することが、視野テータを含む階層テータ構造を用いて実行される請求項36に記載の方法。 38．前記案内ナビゲーションが、カメラモデルを用いて前記経路に沿って移動することをシミュレートする請求項28に記載の方法。 39．前記カメラモテルの位置を６個の自由度で変えることができる請求頂38に記載の方法。 40．前記経路が予め選択され、更にオペレータからの入力により前記カメラの方向を変えることができる請求項28に記載の方法。 41．前記仮想的検査が、前記カメラモデルの視野の中にある前記立体要素のみを表示する請求項40に記載の方法。 42．前記案内ナビゲーションを実行するステップが、ただ一つの経路が残るまで前記器官の壁面に最も近い立体要素を除去することにより、中心線を選択することを含む請求項28に記載の方法。 43．前記仮想的検査が、更に各前記立体要素に不透明係数を設定するステップを含む請求項28に記載の方法。 44．オペレータからの入力により、選択された立休要素の前記不透明係数を変える請求項43に記載の方法。 45．前記表示するステップの間、不透明係数が小さい前記立体要素を表示しない請求項44に記載の方法。 46．少なくとも一つの前記立体要素の不透明係数を変え、前記変えられた立体要素を前記表示するステップで表示しない請求項45に記載の方法。 47．前記立体要素を、前記立体要素の前記不透明係数に応じた程度の半透明に表示する請求項44に記載の方法。 48．少なくとも一つの立体要素に対応するデータを変え、前記変えられた立体要素を前記表示するステップで表示しない請求項28に記載の方法。 49．更に走査するための器官を準備するステップを含む請求項28に記載の方法。 50．前記準備するステップが、前記器官の移動性の対象物を洗浄することを含む請求項49に記載の方法。 51．前記準備するステップが、走査の際に前記器官のコントラストを改善するための物質で前記器官を被覆することを含む請求項49に記載の方法。 52．一つの対象物の三次元仮想的検査を行うためのシステムであって、前記対象物の不連続的表現を生成するための装置、前記不連続的表現を三次元立体データ要素に変換するための装置、前記三次元立体データ要素から可視化すべき領域を選択するための装置、前記選択された三次元立体データ要素の経路に沿って案内ナビゲーションを実行するための装置、及び前記経路に沿って近接している前記立体要素及びオペレータの入力に基づく前記立体要素をリアルタイムで表示するための装置を具えるシステム。 53．前記三次元立体データ要素が不透明係数を含み、前記表示する装置が前記不透明係数に応答する請求項52に記載のシステム。 54．前記実行する装置が選択された立体データ要素の不透明係数を変更することができる請求項53に記載のシステム。 55．前記表示する装置が前記不透明係数に応答して立体データ要素を半透明に表示することができる請求項54に記載のシステム。 56．前記変換する装置及び前記実行する装置が一つのユニットに収容された請求項52に記載のシステム。 57．前記対象物の不連続的表現を生成する装置が走査データを生成し、前記走査データが前記変換する装置から離れて記憶される請求項52に記載のシステム。 58．前記対象物の不連続的表現を生成する装置が走査データを生成し、前記走査データが前記選択する装置から離れて記憶される請求項52に記載のシステム。 59．更に、前記対象物の追加の仮想的三次元検査を実行するための、少なくとも一つの追加の選択する装置、実行する装置及び表示する装置を具える謂求項52 に記載のシステム。 60．一つの器官の三次元仮想的内部検査を行うためのシステムであって、前記器官を走査し、前記器官を表す走査データを生成するための装置、前記走査データを三次元立体データ要素に変換するための装置、前記三次元立体データ要素から可視化すべき領域を選択するための装置、前記選択された三次元立体データ要素の経路に沿って案内ナビゲーションを実行するための装置、及びオペレータの入力に基づいて前記経路に沿って前記立体データ要素をリアルタイムで表示するための装置を具えるシステム。 61．前記三次元立体データ要素が不透明係数を含み、前記表示する装置が前記不透明係数に応答する請求項60に記載のシステム。 62．前記実行する装置が選択された前記立体データ要素の不透明係数を変更することができる請求項61に記載のシステム。 63．前記表示する装置が立体要素を半透明に表示することができる請求項62に記載のシステム。 64．前記変換する装置及び前記実行する装置が一つのユニットに収容された請求項60に記載のシステム。 65．前記走査データを前記変換する装置から離れて記憶する請求項60に記載のシステム。 66．前記走査データを前記選択する装置から離れて記憶する請求頂60に記載のシステム。 67．更に、前記器官の追加の仮想的三次元検査を実行するための、少なくとも一つの追加の選択する装置、実行する装置及び表示する装置を具える請求項60に記載のシステム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ホンリチョンアメリカ合衆国ニューヨーク州 11741 ホルブルックブロードウェイアヴェニュー 835 アパートメント６ビー (72)発明者リャンツェンロンアメリカ合衆国ニューヨーク州 17790 ストーニーブルックフレッシュマンレイン９ (72)発明者ワックスマークアールアメリカ合衆国ニューヨーク州 11740 グリーンローンイーサンダースストリート６ (72)発明者ヴィスワムバランアヤイアメリカ合衆国ニューヨーク州 11741 ホルブルッククラリスブールヴァード 421

Claims

【特許請求の範囲】１．少なくとも一つの対象物の三次元仮想的検査を行う方法であって、前記対象物の不連続的データ表現を生成すること、前記データから、立体要素からなる前記対象物の三次元立体表現を生成すること、前記三次元立体表現から開始立体要素及び終了立体要素を選択すること、前記開始及び終了立体要素間の経路に沿って前記三次元表現のナビゲーションを実行すること、前記ナビゲーションの間前記経路から見える前記立体要素を表示することを含む方法。２．前記ナビゲーションを実行するステップか、各々の前記立体要素にポテンシャル値を設定することを含む請求項１に記載の方法。３．器官の壁面に近い立体要素の前記ポテンシャル値に大きい値を設定する請求項２に記載の方法。４．前記経路が予め選択される請求項１に記載の方法。５．前記予め選択される経路が前記対象物の中心に沿って前記開始及び終了立体要素間に位置する請求項４に記載の方法。６．低ポテンシャル値を持つ前記立体要素が対象物の中心に位置する請求項３に記載の方法。７．前記対象物が器官である請求項１に記載の方法。８．前記器官が結腸である請求項７に記載の方法。９．前記器官が肺である請求項７に記載の方法。 10．前記器官が少なくとも一つの血管である請求項７に記載の方法。 11．前記表示するステップが、前記経路に沿って見える各前記立体要素を認識することを含む請求項１に記載の方法。 12．前記認識することが、視野データを含む階層データ構造を用いて実行される請求項11に記載の方法。 13．前記実行されるナビゲーションが案内ナビゲーションである請求項１に記載の方法。 14．前記案内ナビゲーションが、カメラモデルを用いて前記経路に沿って移動することをシミュレートする請求項13に記載の方法。 15．前記カメラモデルの位置を６個の自由度で変えることができる請求項14に記載の方法。 16．前記経路が予め選択され、更にオペレータからの入力により前記カメラの方向を変えることができる請求項１に記載の方法。 17．前記仮想的検査が、前記カメラモデルの視野円錐の中にある前記立体要素のみを表示する請求項16に記載の方法。 18．前記ナビゲーションのステップが、ただ一つの経路が残るまで前記対象物の壁面に最も近い立体要素を除去することにより、中心線を選択することを含む請求項１に記載の方法。 19．前記仮想的検査が、更に各前記立体要素に不透明係数を設定するステップを含む請求項１に記載の方法。 20．オペレータからの入力により、選択された立体要素の前記不透明係数を変える請求項19に記載の方法。 21．前記表示ステップの間、不透明係数が小さい前記立体要素を表示しない請求項20に記載の方法。 22．少なくとも一つの前記立体要素の不透明係数を変え、前記表示ステップで前記変えられた立体要素を表示しない請求項21に記載の方法。 23．前記立体要素を、前記立体要素の前記不透明係数に応じた程度の半透明に表示する請求項20に記載の方法。 24．少なくとも一つの立体要素に対応するデータを変え、前記表示ステップで前記変えられた立体要素を表示しない請求項１に記載の方法。 25．更に走査するための対象物を準備するステップを含む請求項１に記載の方法。 26．前記準備するステップが、走査の際に前記対象物のコントラストを改善するための物質で前記対象物を被覆することを含む請求項25に記載の方法。 27．前記対象物の不連続的データ表現を生成するステップが、前記対象物を走査することを含む請求項１に記載の方法。 28．前記対象物の不連続的データ表現を生成するステップが、幾何学的モデルからヴォクセル映像を生成することを含む請求項１に記載の方法。 29．前記対象物の不連続的データ表現を生成するステップが、前記対象物をコンピュータでシミュレートすることを含む請求項１に記載の方法。 30．少なくとも一つの器官の三次元仮想的検査を行う方法であって、放射線走査装置で器官を走査すること、及び前記器官の走査データ表現を生成すること、前記走査データから、立体要素からなる前記器官の三次元立体表現を生成すること、前記三次元立体表現から開始立体要素及び終了立体要素を選択すること、前記開始及び終了立体要素間の経路に沿って前記三次元表現の案内ナビゲーションを実行すること、前記案内ナビゲーションの間経路から見える前記立体要素を表示することを含む方法。 31．前記案内ナビゲーションを実行するステップか、各々の前記立体要素にポテンシャル値を設定することを含む請求項30に記載の方法。 32．前記器官の壁面に近い立体要素の前記ポテンシャル値に大きい値を設定する請求項31に記載の方法。 33．前記経路が予め選択される請求項30に記載の方法。 34．前記予め選択される経路が前記器官の中心に沿って前記開始及び終了立体要素間に位置する請求項33に記載の方法。 35．低ポテンシャル値を持つ前記立体要素が前記器官の中心に位置する請求項32 に記載の方法。 36．前記器官が結腸である請求項30に記載の方法。 37．前記器官が肺である請求項30に記載の方法。 38．前記器官が少なくとも一つの血管である請求項30に記載の方法。 39．前記表示するステップが、前記経路に沿って見える各前記立体要素を認識することを含む請求項30に記載の方法。 40．前記認識することが、視野データを含む階層データ構造を用いて実行される請求項39に記載の方法。 41．前記案内ナビゲーションが、カメラモデルを用いて前記経路に沿って移動することをシミュレートする請求項30に記載の方法。 42．前記カメラモデルの位置を６個の自由度で変えることができる請求項41に記載の方法。 43．前記経路が予め選択され、更にオペレータからの入力により前記カメラの方向を変えることができる請求項30に記載の方法。 44．前記仮想的検査が、前記カメラモデルの視線の中にある前記立体要素のみを表示する請求項43に記載の方法。 45．前記案内ナビゲーションのステップが、ただ一つの経路が残るまで前記器官の壁面に最も近い立体要素を除去することにより、中心線を選択することを含む請求項30に記載の方法。 46．前記仮想的検査が、更に各前記立体要素に不透明係数を設定するステップを含む請求項30に記載の方法。 47．オペレータからの入力により、選択された立体要素の前記不透明係数を変える請求項46に記載の方法。 48．前記表示ステップの間、不透明係数が小さい前記立体要素を表示しない請求項47に記載の方法。 49．少なくとも一つの前記立体要素の不透明係数を変え、前記表示ステップで前記変えられた立体要素を表示しない請求項48に記載の方法。 50．前記立体要素を、前記立体要素の前記不透明係数に応じて半透明に表示する請求項47に記載の方法。 51．少なくとも一つの立体要素を変え、前記表示ステップで前記変えられた立体要素を表示しない請求項30に記載の方法。 52．更に走査するための器官を準備するステップを含む請求項30に記載の方法。 53．前記準備するステップが、前記器官の移動性の対象物を洗浄することを含む請求項52に記載の方法。 54．前記準備するステップが、走査の際に前記器官のコントラストを改善するための物質で前記器官を被覆することを含む請求項52に記載の方法。 55．一つの対象物の三次元仮想的検査を行うためのシステムであって、前記対象物の不連続的表現を生成するための装置、前記不連続的表現を三次元立体データ要素に変換するための装置、前記三次元立体データ要素から可視化すべき領域を選択するための装置、前記選択された三次元立体データ要素の経路に沿ってナビゲーションを実行するための装置、及び前記経路に沿って近接している前記立体要素を表示するための装置を具えるシステム。 56．前記三次元データ要素が不透明係数を含む請求項55に記載のシステム。 57．前記表示装置が前記不透明係数に応答する請求項56に記載のシステム。 58．前記表示装置が、前記不透明係数に応答して立体要素を半透明に表示することができる請求項57に記載のシステム。 59．前記変換装置及び前記実行装置が一つのユニットに収容された請求項55に記載のシステム。 60．前記走査データを前記変換装置から離れて記憶する請求項55に記載のシステム。 61．前記走査データを前記選択装置から離れて記憶する請求項55に記載のシステム。 62．更に、前記対象物の追加の仮想的三次元検査を実行するための、少なくとも一つの追加の選択装置、実行装置及び表示装置を具える請求項55に記載のシステム。 63．一つの器官の三次元仮想的検査を行うためのシステムであって、前記器官を走査し、前記器官の走査データ表現を生成するための装置、前記走査データを三次元立体データ要素に変換するための装置、前記三次元立体データ要素から可視化すべき領域を選択するための装置、前記選択された三次元立体データ要素の経路に沿って案内ナビゲーションを実行するための装置、及び前記経路に沿って前記立体要素を表示するための装置を具えるシステム。 64．前記三次元データ要素が不透明係数を含む請求項63に記載のシステム。 65．前記表示装置が前記不透明係数に応答する請求項64に記載のシステム。 66．前記表示装置が立体要素を半透明に表示することができる請求項65に記載のシステム。 67．前記変換装置及び前記実行装置が一つのユニットに収容された請求項63に記載のシステム。 68．前記走査データを前記変換装置から離れて記憶する請求項63に記載のシステム。 69．前記走査データを前記選択装置から離れて記憶する請求項63に記載のシステム。 70．更に、前記器官の追加の仮想的三次元検査を実行するための、少なくとも一つの追加の選択装置、実行装置及び表示装置を具える請求項63に記載のシステム。