JP2002150313A

JP2002150313A - 三次元画像表示装置

Info

Publication number: JP2002150313A
Application number: JP2000340824A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Nagao; 朋洋永尾
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-11-08
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】視点移動後の画像再構成に要する計算量を減
らし、高速に視点移動後の画像を表示する三次元画像表
示装置を提供する。【解決手段】積み上げ三次元画像を、視点を起点とす
る視点方向からの中心投影法により、投影面１０に陰影
化して投影する擬似三次元画像において、対象内部にい
くつかの視点（基準点）を設定し、その点における（キ
ーフレーム）画像を予め再構成しておく。次にその画像
における最深部、もしくは次の視点位置Dまでの擬似的
に三次元空間２０を設定する。空間壁に対しては再構成
画像をマッピングし、空間最深部まではマッピングによ
る画像を表示し、最深部に到達した所で、次の視点のキ
ーフレーム画像を表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積み上げ三次元画
像を投影面に投影した投影像を陰影化づけして疑似的に
三次元画像のように表示させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置、超音波診断
装置などの被検体の断層像が得られる医用画像診断装置
より、前記被検体の例えば体軸方向に沿って連続する複
数の断層像を前記体軸方向に積み上げて得た三次元画像
を投影面に投影して疑似三次元画像（投影像）として表
示する三次元画像表示技術があり、この種の技術は手術
や放射線治療の計画に使われる。

【０００３】また、上記投影像をより現実的に表示する
方法として、前記投影像の画素点とその近隣の画素点の
濃度勾配を参照し、その濃度勾配が小さければ輝度値へ
の重みづけ量を大きくして、ちょうど起伏のある３次元
物体に光を当てるとできる陰影と同じ原理で、影をつけ
る陰影付け処理を行う。陰影付け処理の方法はサーフェ
イス法やデプス法、ボリュームレンダリング法などがあ
る。サーフェイス法は投影像の隣接画素間の画素値の大
小（すなわち傾斜の大小）によって投影点の画素値を付
与している。デプス法は、積み上げ三次元画像上の画素
位置とその画素位置からの投影面上の投影点との距離Ｒ
（中心投影法において距離Ｒとは視点と断層面投影対象
点との距離となる）を基準にして、距離Ｒが大きいほ
ど、投影点での画素値を小さい値を、距離Ｒが小さいほ
ど、投影点での画素値を大きい値を与えている。ボリュ
ームレンダリング法は、奥行き方向に見た断層像毎にそ
の透明度を考慮して、透明度に基づく反射と透過とを利
用して反射してきたと想定できる画素値を投影点の画素
値として与えている。

【０００４】また、外見的な切断形状を観察するには平
行投影法が適するが、内視鏡的な動きを模擬した投影画
像を得たい場合には中心投影法が適する。たとえば内視
鏡や腹腔鏡ではそれを被検体内部に前進させてゆくと、
視界が順次変化していく。しかも、内視鏡の先端は小さ
く、この小さな出力から変化する視界を観察することが
要求される。こうした内視鏡であたかも観察しているか
のごとき、模擬的な擬似三次元画像を得るには特開平７
−２１０７０４号公報に記載されている中心投影法が最
適である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記画像再構成方法で
は、視点の移動に対して画像を再計算する必要があり、
計算量の多いボリュームレンダリング法などの画像再構
成方法においては、多くの計算時間を要するという問題
がある。

【０００６】本発明の目的は、視点移動後の画像再構成
に要する計算量を減らし、高速に視点移動後の画像を表
示する三次元画像表示装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、次の（１）
〜（５）によって達成される。

【０００８】（１）視点と投影面の間に二次元画像を積
み上げて形成した積み上げ三次元画像をメモリ空間に配
置し、前記視点から見た前記積み上げ三次元画像を前記
投影面に投影像を投影し、該投影像を表示器に表示する
三次元画像表示装置において、前記投影像を複数得てそ
れら投影像の深度情報と対応づけて記憶する手段と、前
記二次元画像の画素データから前記投影像の深部情報を
算出する手段と、該算出した深部情報に基づき前記記憶
手段から前記投影像を読み出し前記表示器に表示させる
手段とを備えたことを特徴とする三次元画像表示装置。

【０００９】（２）前記深部情報の実質的に同じ値が複
数存在する場合、複数の表示領域を選択する手段を備え
たことを特徴とする上記（１）に記載の三次元画像表示
装置。

【００１０】（３）前記表示領域に所定の形状を設定す
る手段を備えたことを特徴とする上記（１）〜（２）に
記載の三次元画像表示装置。

【００１１】（４）前記少なくとも１つの移動により相
対的に移動した視点位置からの前記表示領域を前記表示
器に順次表示することを特徴とする上記（１）〜（３）
に記載の三次元画像表示装置。

【００１２】（５）前記少なくとも１つの移動により相
対的に移動した視点位置からの前記表示領域を合成する
手段とを備え、該合成した表示領域を前記表示器に表示
することを特徴とする上記（１）〜（３）に記載の三次
元画像表示装置。

【００１３】具体的には、本発明は、積み上げ三次元画
像を、視点を起点とする視点方向からの中心投影法によ
り、投影面に陰影化して投影する擬似三次元画像におい
て、対象内部にいくつかの視点（基準点）を設定し、そ
の点における（キーフレーム）画像を予め再構成してお
く。次にその画像における最深部、もしくは次の視点位
置までの擬似的に三次元空間を設定する。空間壁に対し
ては再構成画像をマッピングし、空間最深部まではマッ
ピングによる画像を表示し、最深部に到達した所で、次
の視点における（キーフレーム）画像を表示する。

【００１４】また、空間、マッピング情報は積み上げ三
次元画像を参照する必要はなく、最深部との連結により
三次元的な情報を保持することができる。また、空間座
標を実際の積み上げ三次元画像の座標と同一に設定して
おくことにより、所望の観察部位において通常の三次元
画像処理に再構成方法を切り替えることにより、関心
（観察対象）領域到達までの計算時間を減らすことがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図２〜１０
を用いて述べるが、それに先立ってまず中心投影法の原
理について図１を用いて説明する。

【００１６】図１は本発明における視点と投影面１０、
及び断層像１１の位置関係を示す。視点から伸びる投影
線１２に沿って断層像１１に対する一連の処理を行うこ
とを目的とする。本発明方法においては、投影面１０へ
の各断層像１１の画素の投影において、座標変換及び陰
影付けの処理対象として例えば胃を取り出し、前記座標
変換及び陰影付けを行う。この時、断層像１１におい
て、胃以外の臓器の画素を無視して座標変換を行うこと
が、胃を取り出すことに相当する。視点ｅから出る投影
線１２に沿って抽出された断層像上の画素ｓが投影面上
の座標ｐに投影される。図におけるc１は視点ｅから出
る、投影面の法線と平行な投影線の、投影面との交点で
ある。

【００１７】図２は本アルゴリズムの基本原理を説明す
るものである。中心投影法により投影面上に投影された
画像１０における最深点を算出する。現在の視点位置か
ら最深点までの距離がdであるとすると、投影面１０の
後方に奥行きdを持つ空間を設定する。空間として、例
えばここでは底面を投影面１０、高さをd、上面を投影
面より小さい任意の正方形として構成される四角錐台２
０を空間として定義している。

【００１８】図３は空間における画像の設定方法を示
す。投影面１０に投影された画像を四角錐台を投影面上
に投影した線で分割する。四角錐台で構成される空間内
壁に前機線で切り分けられた画像を変形してマッピング
する。

【００１９】図４は、投影面１０に投影された画像が例
えば血管の分岐部であった場合の例を示し、ここでは２
分岐しているとする。この場合、最深点はＤ１である
が、Ｄ２方向にも奥行きが存在するため、便宜上最深点
は２つ存在することになる。

【００２０】そこで、図５のように空間を２つ設定す
る。説明の簡略化のためここでは空間を円錐として定義
する。例えば最深点Ｄ１に対しては底面の直径が投影面
１０の一辺の長さの円、高さｄ１を持つ斜円錐、Ｄ２も
同様に高さｄ２をもつ斜円錐５０、５１を投影面１０の
後方に定義する。空間内壁に対する画像の設定方法は図
３と同様の方法を利用する。

【００２１】また、３つ以上（複数）の最深点画素が存
在する場合も同様にして空間及び内壁表示画像を設定す
る。

【００２２】図６は空間の設定に利用する形状を説明す
るものである。ここでは例として斜円錐、四角錐台を記
述しているが、この他にも円柱、円錐台、角柱、角錐、
実際の管腔臓器の内腔壁を抽出した空間などを利用する
ことができる。

【００２３】図７は実際に適用例として血管内腔におけ
る空間の設定方法の一例を示したものである。説明の簡
単化のため、二次元的な図で説明する。ここでは２次元
画像における最深点ではなく、次の画像（キーフレー
ム）を作成した視点位置ｅを最深点と仮定し、空間を設
定している。次のキーフレーム作成視点位置ｅが画像上
に含まれるようにキーフレーム画像を構成し、つなげる
ことにより、三次元的な連続空間を構成することができ
る。空間内で視点位置を自由に移動し、視点位置が空間
の最深部に到達することにより次の空間に移動すること
が出来るようにする。

【００２４】また、図７のように実際の血管内腔が存在
する座標系と同じ座標系に空間を設定することにより、
視点位置の座標系の整合を図り、中心投影法との画像処
理方法の切り替えを行うことも可能となる。すなわち、
関心（観察対象）領域までのアプローチは本発明による
移動を行い、関心領域観察には中心投影法による画像再
構成を行うことが可能となる。

【００２５】図８は本発明を実現するための処理のフロ
ーを示す。

【００２６】ステップ１（キーフレーム画像の作成処
理）：中心投影法によりキーフレームとなる画像を再構
成する。本発明では複数枚のキーフレーム画像が必要と
なるが、その作成にはマニュアルによるキーフレーム作
成用視点位置の設定（特開平08-273004号、特開平09-27
0029号、特開平10-011614号公報参照）や、自動更新視
点（特開平08-016813、特開平09-106462号公報参照）を
利用する。

【００２７】ステップ２（最深点（最深点候補）算出処
理）：画像における最深点を算出し、その距離を計算す
る。また、最深点ではなく、次のキーフレーム作成に利
用した視点を最深点として定義し、そこまでの距離を計
算してもよい。ここで計算した、位置及び距離を次ステ
ップにおける空間形状に反映させる。

【００２８】ステップ３（空間形状設定処理）：ステッ
プ２で計算した情報を元に空間形状を設定する。例えば
四角錐状の空間形状を設定する場合、空間の頂点位置は
上記最深点、奥行き長は最深点までの距離として定義す
る。また、ここで空間を定義するために必要な情報を実
際の積み上げ三次元画像を設定した座標空間に合わせる
処理も行う。

【００２９】ステップ４（空間内壁画像計算、設定処
理）：ステップ３で設定した空間を投影面上に射影し、
その空間を構成する線により画像を分割する。分割した
画像をテクスチャとして、それぞれの空間内壁にマッピ
ングする。

【００３０】図９は、本発明の計測装置のシステム図を
示す。この計測装置は、ＣＰＵ１００、主メモリ１０
１、磁気ディスク１０２、表示メモリ１０３、ＣＲＴ１
０４、コントローラ１０５、マウス１０６、及び共通バ
ス１０７から成る。磁気ディスク１０２には各断層像が
格納されており、主メモリ１０１の投影及び計測ソフト
ウェアに従ってＣＰＵ１００が所定の処理を行う。この
処理ではマウス１０６やコントローラ１０５に付加され
ているキーボードを利用して入出力処理や処理操作が行
われる。積み上げ三次元画像は表示メモリ１０３を介し
てＣＲＴ１０４に表示され、オペレータの操作を利用し
て各処理が行われ、最終的に計測がなされる。表示内容
及び計測結果等は磁気ディスク１０２に格納され、再表
示や再計測に利用される。

【００３１】また、本実施形態では、視点を移動させる
ことで説明したが、視点が結果として相対的に移動する
投影面または断層像を移動させてもよい。また、断層像
をＸ線ＣＴ画像として説明したが、ＭＲＩ画像や超音波
画像にも適用できる。

【００３２】本実施形態によれば、中心投影法を用いた
擬似三次元画像再構成において、関心（観察対象）領域
までの画像最構成、及び到達時間を短縮することが出来
るだけでなく、擬似設定空間座標系を積み上げ三次元画
像空間座標系と合わせることにより、画像再構成方法の
切り替えが可能となり、診断の目的に応じた画質を選択
することが可能となる。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、視点移動後の画像再構成に要
する計算量を減らし、高速に視点移動後の画像を表示で
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】視点と断層像と投影面との関係から中心投影法
を説明する図。

【図２】視点移動の一例を説明する図。

【図３】画像上での空間の設定の一方法を示す図。

【図４】深部情報が複数存在する場合の視点移動の条件
を示す図。

【図５】複数の最深点が存在する場合の空間設定方法を
説明する図。

【図６】本発明における利用可能な設定空間を示す図。

【図７】本発明の血管に対する適用例を説明する図。

【図８】本発明の基本処理を説明するフローチャート。

【図９】本発明を実現可能なハードウエア構成例を説明
する図。

【符号の説明】

１０投影面、１１断層像、１２投影線、２０、５
０、５１擬似設定空間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ａ６１Ｂ 19/00 ５０１Ｇ０６Ｔ 1/00 ２９０Ａ５Ｂ０８０Ｇ０６Ｔ 1/00 ２９０ 17/40 Ａ 17/40 Ａ６１Ｂ 5/05 ３８０Ｆターム(参考） 4C093 AA22 CA29 FF43 4C096 AB27 DC36 4C301 EE10 JC20 KK17 5B050 AA02 BA06 BA08 BA12 CA07 EA07 EA19 EA27 EA30 FA02 FA09 5B057 AA08 AA09 BA03 CA08 CA12 CA16 CB08 CB13 CB16 CD14 DA16 DB02 DB09 DC02 DC19 5B080 BA04 FA17 GA18 GA22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】視点と投影面の間に二次元画像を積み上
げて形成した積み上げ三次元画像をメモリ空間に配置
し、前記視点から見た前記積み上げ三次元画像を前記投
影面に投影像を投影し、該投影像を表示器に表示する三
次元画像表示装置において、前記投影像を複数得てそれ
ら投影像の深度情報と対応づけて記憶する手段と、前記
二次元画像の画素データから前記投影像の深部情報を算
出する手段と、該算出した深部情報に基づき前記記憶手
段から前記投影像を読み出し前記表示器に表示させる手
段とを備えたことを特徴とする三次元画像表示装置。