JP2002504385A

JP2002504385A - 自動経路立案方法

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Publication number: JP2002504385A
Application number: JP2000532834A
Authority: JP
Inventors: オメールシボレット
Original assignee: アルゴテックシステムズリミテッド
Priority date: 1998-02-23
Filing date: 1998-02-23
Publication date: 2002-02-12
Also published as: EP1057161B1; WO1999042977A1; CA2321049A1; DE69805209D1; AU6228098A; AU746546B2; EP1057161A1; DE69805209T2; US7167180B1

Abstract

(57)【要約】仮想内視鏡検査のための、様々なファクターに基づいた自動的な経路立案の方法が提供される。【解決手段】経路立案の方法であって、腔（cavity）と境界を表している医療画像化データセットの提供と、少なくとも開始点と終了点を含む前記データセット内の複数の点の提供と、前記腔の中の様々な点の通過に関連付けられたペナルティに応じた、前記開始点と前記終了点間の自動的な経路決定とを含む。点に関連付けられたペナルティ値は、点と境界との距離に依存するのが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、３次元医療画像化データセットの表示に関し、特に、仮想内視鏡検
査の自動的経路選択に関する。

【０００２】［発明の背景］多くの医療の場面で、体内で長く伸びる腔（cavity）の、腔の中からの視野を
得ることが必要になっている。いくつかの一般的な例として、血管、腸、気管支
が含まれる。内視鏡（及び同様の装置、以下一括して内視鏡という。）は、この
ような腔へ挿入し、それを介してこのような腔の小さな部分を高解像度でリアル
タイムに表示することのできる装置である。

【０００３】物理的な内視鏡を用いることは、いくつかの問題を引き起こす。第１に、内視
鏡の処理は侵襲性が最小限であるけれども、それでもなお外科手術用の器具の体
内への挿入を伴うため、危険であり骨が折れる。さらに、体の外部から、そして
長く伸びる腔の中へ無理に突き進むことは、組織を傷つける原因となる。もう一
つの問題は、内視鏡の視野と操縦性が限定的であることである。内視鏡の正確な
位置及び内視鏡の視点は決定し難いので、内視鏡を用いて体内で移動して見るこ
とは難しい。例えば、全結腸が正しく検査されたことを確認することが重要であ
る結腸内視鏡検査において、この難しさは、検査処置の中で最高である。

【０００４】これに代わるものとして、仮想内視鏡検査として知られるものが、例えば、米
国特許5,611,025や米国特許5,458,111に示されており、その開示は参照によって
本明細書に組み込まれる。仮想内視鏡検査において、体は、超音波イメージャ、
核医学カメラ、磁気共鳴イメージャ又はＸ線コンピュータ断層撮影スキャナのよ
うな３次元医療画像化装置を用いて、３次元データセットを生成するために画像
化される。そして、腔の経路を移動する仮想内視鏡によって見たであろうように
、グラフィック・プロセッサが画像データから腔内部の視野を復元する。

【０００５】手作業での経路の立案は長い手続きであり、所属医師がこの仕事を実行するの
は時として望ましいかも知れないが、医師がそのように行う時間はめったにない
であろう。

【０００６】ユーザーが開始点と終了点を入力し、コンピューターが２つの点を接続する経
路を生成する、２種類の自動経路立案が当技術分野で知られている。上記の参照
された5,611,025特許は、経路が障害物を避け、また経路が平滑化されても良い、組織の腔の中の２点間の最短経路を決定する方法を記載している。しかしなが
ら、このような経路は障害物にとても接近して進む。例えば、その開示が参照に
よって本明細書に組み込まれるWWWドキュメント“http://indigo2.rad.bgsm.edu
/software/cp”に示される別の種類の経路立案方法は、通路の中心をたどる、す
なわち腔の中央軸として知られる線をたどる経路を立案することを試みる。記述
された一つの実施形態では、複数の中央軸経路が狭窄を持つ結腸のために生成さ
れ（狭窄の異なる側を進むそれぞれの経路）、ユーザーは、結腸の大部分を見せ
る経路を選択する。続いての中央軸の１つの制限は、中央軸が滑らかでなく、ま
た、たとえ通路がとても広くても通路の形態により影響を受けることである。し
たがって、通路壁の出っ張りが経路の出っ張りの原因となる。

【０００７】［発明の概要］本発明のいくつかの実施形態の目的は、仮想内視鏡検査のための自動的な経路
立案の方法を提供することである。立案された経路は、映画の一続きの場面とし
てみることのできる複数のフレームを生成するために用いられるのが好ましい。

【０００８】本発明のいくつかの好ましい実施形態のもう一つの目的は、複数のファクター
に基づく経路立案の方法を提供することである。好ましくは、ペナルティ（pena
lty）が、ファクターの相対的な重要度に依存して及び／又はファクターの理想的な値からの偏差に応じて、それぞれのファクター毎に対して、経路上の可能性
のあるそれぞれの点に割り当てられる。例えば、境界からの経路上の点の距離の
ような、少なくともいくつかのファクターは局所的に値を求められるのが好まし
い。代替として又は追加として、例えば経路の長さのような、少なくともいくつ
かのファクターが全体として値を求められる。本発明の好ましい実施形態におい
て、それぞれのファクターに帰因するペナルティは、腔の形態に、好ましくは例
えば幅のような局所的な形態に依存する。代替として又は追加として、ペナルテ
ィは、経路自身の特徴に依存する。

【０００９】本発明の好ましい実施形態によれば、ファクターは次の一つ以上を含んでよい
：腔の境界からの経路の距離、経路内の湾曲部の鋭さ、経路の長さ、生成された
視野のひねりの量、特定の望まれる点の腔の境界についての目視、目視される点
の移動スピード、経路の滑らかさ、及び、連続する画像間の変化の量。本発明の
好ましい実施形態において、少なくともいくつかのファクターは、見る心地よさ
及び／又は目視の品質と関係する。代替として又は追加として、少なくともいく
つかのファクターは、生成される視野の診断の用途に関係する。

【００１０】本発明の好ましい実施形態によれば経路立案は次の一つ以上を含む：視野原点
についての動きの軌道及び／又は速度特性の立案、視野原点からの視線について
の動きの軌道及び／又は方向づけの立案、及び、軌道上の点についての目視パラ
メータ（viewing parameter）の立案。なお、いくつかのケースでは、視線が動いていたり止まっていたりする間、視野原点は静止していても良い。

【００１１】本発明のいくつかの好ましい実施形態のもう一つの目的は、仮想内視鏡のため
の、経路が通過する腔のほぼ中央にとどまるように限定されることのない経路を
立案する方法を提供することである。本発明の好ましい実施形態において、経路
は、腔の境界に及び／又は腔内の障害物に接近しすぎて進むことがない。

【００１２】本発明のいくつかの実施形態のもう一つの目的は、データの取得での小さな誤
差によって悪く影響されることのない、特に腔の境界の小さな穴に影響されるこ
とのない、経路立案の方法を提供することである。

【００１３】本発明のいくつかの実施形態のもう一つの目的は、本方法が腔及び／又はそれ
を通る経路の形態上の特徴に関数的に依存する、仮想内視鏡のための経路立案の
方法を提供することである。本発明の一つの実施形態において、通路の幅が、経
路の平滑化の望まれる量を決定するために用いられる。代替として又は追加とし
て、通路の幅は、データの望まれる粒度及び／又は本方法の１以上のステップの
ための計算の解答を決定するため用いられる。

【００１４】本発明のいくつかの実施形態のもう一つの目的は、ボクセルデータを直接用い
、それにより面表現を生成する必要性及び恐らく誤差の追加を回避する経路立案
の方法を提供することである。

【００１５】本発明の好ましい実施形態による経路立案の方法は、少なくともいくつかの下
記のステップを含む。（ａ）腔を含んでいる３次元画像データセットの提供。（ｂ）少なくとも開始点と終了点を含む複数の点の選択。（ｃ）開始点と終了点の間の比較的まっすぐで比較的短く、好ましくは腔の異な
るボクセルを通過する望ましさを考慮に入れる経路の決定。（ｄ）オプションとしての決定された経路の平滑化。（ｅ）経路上のそれぞれの点についての目視パラメータの決定。（ｆ）好ましくは腔の境界からの経路上の点の距離及び／又は経路の特徴を考慮
に入れる、好ましくは経路上の点毎の、経路に沿った移動速度の決定。（ｇ）オプションとしての、経路の最適化。

【００１６】本発明の典型的な実施形態において、画像データセットは、ＣＴ又はＭＲＩデ
ータセットであり、それらはその後、腔に関する情報を生み出すためにセグメン
ト化される。本発明の一つの好ましい実施形態において、患者は血液のコントラ
ストが中間の状態に注射され、その後ＣＴ装置を用いて画像化される。結果とし
ての３次元データセットは、コントラスト増加された血液と他の組織とを識別す
るために、ＣＴ数を用いてセグメント化される。血液に相当するＣＴ数を持つ領
域は、腔として扱われる。理解されるように、一度画像がセグメント化されると
、そのいずれかの部分が“内部”に存在するとして、すなわち腔であるとして定
義され、また、他のいずれかの部分が固体の部分であるとして、すなわち“外部
”として定義される。一つの例は、脊髄中の神経組織に対する骨組織である。境
界は、固体のボクセルと透過性のあるボクセルとの間の面の輪郭を定義する数学
的な構造体である。以下で説明されるように、本発明のいくつかの好ましい実施
形態は、特にたとえ境界内に小さな穴があったとしても、セグメントの品質に関
しとりわけ寛大である。関心の対象もまた、ユーザーにより選択された関心の部
位に限定されるのが好ましい。代替として又は追加として、“内部”ボクセルを
介して開始点と終了点に接続されるボクセルのみが、腔内であるとみなされる。

【００１７】通常、上記の方法は、好ましくは医療画像化システムの一部の、後処理グラフ
ィックステーションにインプリメントされる。代替として、そのステーションは
、分離された表示ステーションである。

【００１８】本発明の好ましい実施形態によれば、経路決定は、低い解像度、及び／又はボ
クセルデータとは異なる打切りグリッド、及び／又は実際の動きの解像度を用い
て実行される。例えば、経路決定は、１ボクセルよりも大きい単位サイズを持つ
グリッドでなされても良く、一方、生成される仮想内視鏡の視野を通じての実際
の動きはボクセルの半分のステップサイズを持つ。したがって本発明の好ましい
実施形態において、経路決定に用いられるグリッドから実際の動きに用いられる
グリッドへの変換のステップがある。このステップは、平滑化実行の前に行われ
るのが好ましい。代替として、このステップは、恐らく生成される視野のフレー
ム毎のそれぞれの目視の原点の位置の計算と同じ遅さに遅延される。本発明の好
ましい実施形態において、平滑化がボクセルタイプのグリッドで実行される。好
ましくは、視野が生成される点の決定は、サンプリング、及び／又は全体のボク
セル位置の補間（好ましくは浮動小数点表記法を用いて）によって実行される。

【００１９】ここで用いられる用語“粒度”は、データセット内のボクセルのサイズを指す
為に用いられる。用語“点”は、データセット内の位置を指す為に用いられる。本発明の好ましい実施形態において、上記のステップ（ｃ）は、開始点と終了
点間の最短距離の経路を見つけ出すアルゴリズムを適用することによって実行さ
れる。しかしながら、腔内の２点間の距離を決定するための標準的なユークリッ
ド距離関数を用いる代わりに、距離関数は、腔内の異なる点に異なるペナルティ
を割り当てることにより、腔内の特定の点を通過する経路の望ましさを考慮に入
れるのが好ましい。本発明の好ましい実施形態において、ペナルティ関数は、例
えば、点と、最も近い境界との距離、又は、点と、腔の局所的な湾曲の量のよう
な腔の形態との別の関係のように点それ自身のみに依存する。局所的な形態のみ
が、このようなペナルティ関数に用いられるのが好ましい。

【００２０】追加として又は代替として、点に関連付けられたペナルティ値は、例えば、経
路のねじれの量のような、選ばれた経路又は経路の一部分に依存しても良い。本
発明の好ましい実施形態において、比較的短い継続時間が、経路に沿った移動の
ために望まれる。したがって、継続時間を減らす点が継続時間を増やす点よりも
好まれる。一例として、ある点を通っての許容される動きの速度は、経路の湾曲
の量に反比例して依存する。したがって、湾曲を増やす点は、継続時間を増やし
、たとえそれらが経路を短くするとしても低い望ましさを持つ。

【００２１】代替として又は追加として、点に関連付けられたペナルティ値は、その点から
可能性のある視野の品質に依存する。視野の品質は、とりわけ、見ることが要求
される点の包含物、このような点の角度解像度、望まれるレンダリングパラメー
タに依存する利用可能なコントラスト、視点と関心の点を含んでいる面の間の角
度、このような関心の点の角度サイズ、及び、見ている間の視野照準点の移動の
タイプに依存しても良い。

【００２２】本発明のいくつかの好ましい実施形態において、要求される視野の品質は、点
で要求される診断の行為に応じて決定される。代替として又は追加として、要求
される視野の品質は、好ましくは視覚の知覚的側面を取り入れる、ユーザー定義
のパラメータである。本発明の好ましい実施形態において、点に関連付けられる
ペナルティ値は、その点を通しての許容される動きの速度に依存しても良く、そ
してまた速度は望まれる視野の品質に依存しても良い。代替として又は追加とし
て、視点は、腔内のある点が腔の他の部分と比較して目視されるであろう時間の
相対的な量に基づいて決定される。経路に沿っての前進の速度を局所的に変更す
ることは、腔の異なる部分が目視される相対的な時間を変化させる。

【００２３】したがって、本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、開始点と終了点
間の経路は、通常、最短の可能な経路ではないであろうことが理解される。

【００２４】上記の方法は、数多くのステップを含むとして記載されているが、本発明のい
くつかの好ましい実施形態において、様々なステップが、組み合わされ、及び／
又は分割され、及び／又はそれらの順序が変更されても良い。本発明の好ましい
実施形態において、ユーザーが見たいと望む内容、特に、内容とユーザーが望む
視野の品質は、視野が生成されることになる経路上の点を決定するであろう。本
発明の一つの好ましい実施形態において、視点が決定された後に、平滑化のステ
ップが実行される。追加として又は代替として、視点が望まれる速度に応じて決
定され、目視パラメータがこれらの実際の視点のためだけに決定されるように、
ステップ（ｅ）と（ｆ）が入れ替えられる。代替として又は追加として、実際の
視点の選択は、経路の局所的な湾曲の量、及び／又は他のパラメータに依存して
なされても良い。

【００２５】本発明の好ましい実施形態において、本方法のいくつかのステップのみが適用
される。一例として、経路はユーザーによって提供され、上述の方法は、視野照
準点の動きの決定の為のみに用いられる。もう一つの例として、上述の方法は、
ユーザー提供の経路をチェックするために用いられる。もう一つの例として、上
述の方法は、既存の経路の中央に点を追加するために、及び／又は既存の経路の
視野照準点の軌道を変更するために用いられても良い。

【００２６】本発明のもう一つの好ましい実施形態によれば、上述の方法は、半自動のやり
方で用いられる。方法は、ユーザーによって申し出された様々な制約に、少なく
とも半ば最適には適合する経路を提案する。一例として、ユーザーは、腔、複数
の目標点、目視されるべき複数の点、経路と腔の境界との許容される最小の距離
を指定する。方法は、好ましくは経路上の点を及び／又はその制約に適合せずに
表示される領域を示しながら、提案された経路を生成するであろう。代替として
又は追加として、ユーザーは、良好な目視条件で目視すべき関心の点を指定して
も良い。この実施形態及び他の実施形態において、目視されないであろう点を示
すのが好ましい。代替として又は追加として、方法は、あまりに短すぎる時間で
表示され、及び／又は許容される最高の速度（角速度）を上回る速度でスクリー
ン上で目視領域に沿って動く点を示す。

【００２７】本発明の好ましい実施形態において、厳格なものと柔軟なものの２つのタイプ
の制約のうち、少なくとも一つが適用される。厳格な制約は違反されては良くな
い。柔軟な制約は、ペナルティのため、違反されても良いが、一般的にはそれら
は違反されないのが好ましい（可能であるならば）。例えば、境界から少なくと
も３ボクセル離れるべきとする、経路についての柔軟な制約は、経路の湾曲の許
容される量とのトレードオフを取り入れるであろう。厳格な制約はこのようなト
レードオフを許容せず、またより大きな量の経路の湾曲の原因となるであろう。
理解されるように、過度に厳格な制約は、上述のいくつかの方法に、経路の発見
を失敗させる。失敗するよりも、システムがユーザーにある制約を和らげ又は削
除することを要求するのが好ましい。代替として、システムは、厳格な制約の最
低値を違反する最小違反経路を申し出る。厳格な制約は格付けされるのが好まし
い。システムは、何れかの厳格な制約が特定の経路において違反されたならば、
ユーザーに示すのが好ましい。ユーザーが違反の影響を推定できるように、違反
の経路がユーザーに示されるのが好ましい。

【００２８】本発明の好ましい実施形態によれば、ペナルティ関数は、腔の境界からのボク
セルの距離に依存する。本発明の一つの好ましい実施形態において、ペナルティ
関数は、境界に近いボクセルに対して損害を与えるが、境界からある最低限の距
離を超えるボクセルは、概ね同じペナルティを持っても良い。このような関数の
一例は、実際の距離に指数関数的に逆比例して関連する。別の例として、関数が
一定になる距離のカットオフがある。代替として、ペナルティ関数は、ルックア
ップテーブルを用いて計算されても良い。

【００２９】本発明の一つの好ましい実施形態において、腔の境界からの距離は、境界から
の波動伝搬方法によって計算される。本発明の別の好ましい実施形態によれば、
、距離は、増加する半径の球を用いてそれぞれの半径の段階で腔を順次侵食する
ことによって計算され、浸食されない全てのボクセルは、少なくとも浸食の半径
の距離を有するものとしてマークされる。本発明の好ましい実施形態において、
浸食プロセスの少なくともいくつかのステップは、小さな球（現在のステップの
半径ｒより小さい半径を有する）を用いる以前のステップの結果を浸食すること
により実行される。

【００３０】本発明の好ましい実施形態によれば、データセット内の全てのボクセルが、経
路立案のときに経路上の可能性のある点として考慮されるわけではない。好まし
くは点の部分セットが選択され、その結果、経路探索の計算上の複雑さが相当に
減じられる。本発明の好ましい実施形態において、例えば高いペナルティを持つ
結果、おそらく経路の一部を形成することがないであろうボクセルは、考慮から
取り除かれる。本発明の好ましい実施形態において、このようなボクセルの部分
セットは、スケルトン化（skeletonization）によって生成される。スケルトン化は、対象の形態上の特徴を維持しながら、対象のボクセルの数を減じようとす
るプロセスである。スケルトン化プロセスの生成物は、腔内部にフィットするこ
とのできる最大の球の中心にあるボクセルの集合である。この集合は接続する必
要はない。さらに、多くのボクセルが削減されるので、ボクセルは近隣のボクセ
ルを少しも持たない可能性がある。本発明の好ましい実施形態において、近隣の
ボクセルは、経路決定の目的のために、短い距離の範囲内のそれらのボクセルで
あると考えられる。内部ボクセルを通過するのみである２点間の短い経路がある
か否かの決定が行われるのが好ましい。この距離は、境界からのボクセルの距離
に、及び／又は腔の典型的な幅に依存するのが好ましい。代替として、多くの点
への距離がスケルトン内のボクセル毎に決定される。

【００３１】本発明の好ましい実施形態によれば、浸食のそれぞれの段階の結果に基づいて
スケルトン化が実行される。本発明の一つの好ましい実施形態において、半径ｒ
のスケルトン化は、第１の、半径ｒを持つ球を用いた最初の浸食と、次の、半径
１の球を用いて広げること（浸食と膨張）、すなわち、上述のように、ｒ＋１浸
食段階の結果の膨張により達成される。

【００３２】本発明の好ましい実施形態において、アルゴリズムのスピードを増加させるた
めに、データセットの粒度が減じられる。本発明の好ましい実施形態によれば、
粒度は固定の比率で減じられる。代替として又は追加として、粒度は、好ましく
は腔の形態に依存して、画像データの異なる部分毎に異なる比率で減じられる。
代替として又は追加として、粒度は、経路が進む最も狭い通路に応じて選択され
る。したがって、本発明の好ましい実施形態において、望ましい粒度に影響を及
ぼすであろう経路の移動の特徴を評価するために、最初に予備的な最良でない経
路が決定される。最終的な粒度は、その後、最良の経路探索方法での使用のため
に、決定された特徴を用いて決定されるのが好ましい。

【００３３】本発明の好ましい実施形態において、粒度は、アルゴリズムの全てのステップ
には影響を及ぼさない。本発明の一つの好ましい実施形態において、粒状化が、
ステップサイズ、及び／又は浸食で用いられる最小の半径、及び／又はスケルト
ン化のステップを決定することにより具体化される。代替として又は追加として
、局所的な粒度が、経路探索ステップにおいて、ペナルティ関数に逆比例して関
連して作られる。ペナルティ関数で大きな変化があり、及び／又はペナルティ関
数が高いボクセルにおいて、粒度はより微細であるのが好ましい。粒度は、異方
性であるのが好ましい。

【００３４】本発明の好ましい実施形態において、平滑化の量及びタイプは、通路の局所的
な幅に依存する。経路が腔の境界に入り及び／又は境界に接近して進む機会を減
らすために、狭い通路を進む経路の部分は少しも平滑化されない。

【００３５】本発明の好ましい実施形態において、好ましくはビューポートが中心を置かれ
る目視のための視線が、目視の原点及び照準点を用いて決定される。照準点は、
経路上にあるのが好ましい。目視の原点と照準点との距離は、局所的な湾曲の量
及び／又は経路内で最も近い境界への距離に依存するのが好ましい。目視の原点
と照準点との距離は、ビューポートをひねるのをあるレベルより下に維持するよ
うなやり方で決定されるのが好ましい。

【００３６】本発明の好ましい実施形態において、ユーザーは、視野が生成される間、目視
パラメータのいくつか又は全てをコントロールすることができる。このようなコ
ントロールは次の１又はそれ以上を含む：目視の原点の動作の停止、その速度及
び／又は目視の原点の総合的な速度の変更、関心の点をもうけること、照準点及
び／又はその移動の軌道の変更、及び、ビューポートの変更。ユーザーは、最初
の立案した経路からそれ始める点からの視野の生成を続けることができる。

【００３７】本発明の様々な側面は、ボクセルタイプのデータ表現法、及び／又はいかなる
特定の形状にも、及び／又はボクセルのサイズの堅固さに関係しない。本発明の
好ましい実施形態において、画像データは、少なくとも一部分は、ボクセルとし
てよりむしろ表面を記述するポリゴンとして操作される。このようなケースでは
、本発明のいくつかの好ましい実施形態におけるように、経路は、ボクセルのサ
イズに基づくよりむしろ決定グリッドを利用して決定される。

【００３８】したがって本発明の好ましい実施形態によって提供されるのは、経路立案の方
法であって、腔（cavity）と境界を表している医療画像化データセットの提供と、少なくとも開始点と終了点を含む前記データセット内の複数の点の提供と、前記腔の中の様々な点の通過に関連付けられたペナルティ（penalty）に応じた、前記開始点と前記終了点間の自動的な経路決定とを含む。

【００３９】前記ペナルティ関数は、腔の形態に応じていることが好ましい。前記形態は、
幅を含むことが好ましい。代替として又は追加として、前記形態は、局所的な形
態である。本発明の好ましい実施形態において、前記ペナルティ関数は、経路に応じてい
る。前記ペナルティ関数は、経路の局所的な湾曲の量に応じていることが好まし
い。本発明の好ましい実施形態において、自動的な経路決定は、ビューポート（vi
ewport）の原点の軌道の自動的な決定を含む。

【００４０】本発明の好ましい実施形態において、複数の点の提供は、軌道の提供を含む。
代替として又は追加として、自動的な経路決定は、照準点の軌道の自動的な決定
を含む。代替として又は追加として、自動的な経路決定は、ビューポート原点を
通って進む経路を基準とする、視線の角度方向づけの自動的な決定を含む。代替
として又は追加として、自動的な経路決定は、腔の局所的な幅に応じた、ビュー
ポート原点を通って進む経路を基準とする、視線の角度方向づけの自動的な決定
を含む。代替として又は追加として、自動的な経路決定は、腔の局所的な湾曲に
応じた、ビューポート原点を通って進んだ経路を基準とする、視線の角度方向づ
けの自動的な決定を含む。

【００４１】代替として又は追加として、自動的な経路決定は、視野原点の軌道に沿っての
少なくとも一つの目視パラメータ（viewing parameter）の自動的な決定を含む。代替として又は追加として、前記ペナルティは、点から可能な目視品質に依存
する。前記目視品質は、人の知覚能力に依存することが好ましい。代替として又
は追加として、前記目視品質は、前記経路を用いて実行される特定の作業に依存
する。

【００４２】本発明の好ましい実施形態において、本方法は、経路の平滑化を含む。前記平
滑化は、前記経路の平滑化される部分での、腔の局所的な幅に依存することが好
ましい。本発明の好ましい実施形態において、本方法は、少なくとも前記開始点と終了
点間の自動的な経路決定の、自動的な繰返しを含む。

【００４３】本発明の好ましい実施形態において、本発明は、前記経路決定についての少な
くとも一つのユーザー提供の制限の提供を含む。自動的な繰返しは、少なくとも
一つのユーザー提供の制限に応じた、自動的な経路決定の自動的な繰返しを含む
ことが好ましい。代替として又は追加として、前記少なくとも一つの制限は、厳
格な制限を含む。代替として又は追加として、前記少なくとも一つの制限は、柔
軟な制限を含む。代替として又は追加として、本方法は、ユーザーに対するどの
制限が満たされないかの表示を含む。

【００４４】本発明の好ましい実施形態において、本方法は、前記経路決定のためのデータ
粒度レベルの選択を含む。代替として又は追加として、自動的な経路決定は、点
に対するペナルティ関数の値を求めることを含む。前記ペナルティ関数は、前記
腔の境界からの点の距離に依存することが好ましい。前記ペナルティ関数は、境
界からより遠い点に対してより低いのが好ましい。代替として又は追加として、
前記ペナルティ関数は、前記境界へ接近するときにかなりの増加の比率を有する
。代替として又は追加として、前記ペナルティ関数は、前記境界から遠くで低い
変化の比率を有する。代替として又は追加として、本方法は、データセットの浸
食（erosion）による前記距離の決定を含む。代替として、本方法は、前記腔の境界からの波動伝搬による前記距離の決定を含む。

【００４５】本発明の好ましい実施形態において、前記経路決定は、比較的短い経路の決定
を含む。前記比較的短い経路は、様々な位置に関連付けられたペナルティ値を考
慮に入れた最短の経路を含むのが好ましい。代替として又は追加として、自動的
な経路決定は、少なくとも腔の一部分を表すグラフの生成を含む。前記経路は前
記グラフに経路探索方法を適用することによって決定され、前記グラフの前記一
部分は、前記方法によって要求されるときにのみ生成されるのが好ましい。代替
として又は追加として、自動的な経路決定は、前記グラフについてのDijkstraの
最短経路探索方法を用いた経路の決定を含む。代替として又は追加として、前記
グラフは、前記腔の中のボクセル（voxel）の部分セットのみを含む。前記グラフは、概ね前記腔のスケルトンのみを含むのが好ましい。好ましくは、前記スケ
ルトンは、前記腔の浸食からのデータを利用して見つけられ、浸食は前記境界か
らの内部の点の距離を決定するために利用される。

【００４６】本発明の好ましい実施形態において、前記データセットは、ボクセルで表され
る。代替として又は追加として、前記境界は、ポリゴンで表される。代替として
又は追加として、前記データセットは、ＣＴデータセットを含む。代替として又
は追加として、前記データセットは、ＭＲＩデータセットを含む。代替として又
は追加として、前記データセットは、ＮＭデータセットを含む。

【００４７】本発明の好ましい実施形態において、前記境界は、その中に小さな穴を有し、
前記経路はあらかじめ定められた幅よりも狭い穴を通過しない。前記前記あらか
じめ定められた幅は、前記腔の形態に依存するのが好ましい。

【００４８】したがってまた、本発明の好ましい実施形態によって提供されるのは、経路探
索の方法であって、複数の湾曲部と境界を有する腔を表す医療データセットの提供と、少なくとも開始点と終了点を含む前記データセットの複数の点の提供と、前記開始点と終了点間の自動的な経路決定とを含み、前記経路は、少なくとも二つの前記湾曲部において、前記腔のほぼ中央軸にと
どまらず、かつ前記境界に対するあらかじめ定められた距離よりも近くには接近
しない。

【００４９】前記データセットはボクセルを用いて表され、前記経路は前記境界に対して１
ボクセルより近くには接近しないのが好ましい。代替として、前記データセット
はボクセルを用いて表され、前記経路は前記境界に対して３ボクセルより近くに
は接近しない。代替として、前記データセットはボクセルを用いて表され、前記
経路は前記境界に対して、前記腔の局所的な幅の１０分の１より近くには接近し
ない。代替として、前記データセットはボクセルを用いて表され、前記経路は、
前記境界のあらかじめ定められた幅より狭い穴を通過しない。

【００５０】したがってまた、本発明の好ましい実施形態によって提供されるのは、腔とそ
の境界を含むデータセットのスケルトン化の方法であって、増加する半径Ｒの球を用いる、前記腔の浸食と、前記浸食を利用しての、前記境界からの前記腔の内側の点の距離の決定と、それぞれの半径Ｒごとに、半径１の球を用いて、前記浸食された腔を広げるこ
とと、スケルトンを形成するために、前記広げることによる前記浸食された球から取
り去られた点の蓄積とを含む。

【００５１】好ましくは、球Ｒによる浸食は、半径Ｒ−１の球を用いての浸食の結果の、半
径１の球を用いた浸食を含む。

【００５２】したがってまた、本発明の好ましい実施形態によって提供されるのは、経路立
案の方法であって、腔と境界を表すデータセットの提供と、少なくとも開始点と終了点とを含む前記データセット内の複数の点の提供と、前記腔の内部の様々な点の通過に関連付けられたペナルティに応じた、前記開
始点及び前記終了点間の自動的な経路決定とを含む。

【００５３】前記ペナルティ関数は、前記腔の幅に応じているのが好ましい。代替として又
は追加として、前記ペナルティ関数は、前記経路の局所的な湾曲の量に応じてい
る。代替として又は追加として、自動的な経路決定は、点について前記ペナルテ
ィ関数の値を求めることを含む。前記ペナルティ関数は、前記腔の境界からの点
の距離に依存するのが好ましい。前記ペナルティ関数は、前記境界からより遠い
点に対してより低いのが好ましい。

【００５４】本発明の好ましい実施形態において、前記経路決定は、比較的短い経路の決定
を含む。比較的短い経路は、様々な点に関連付けられたペナルティ値を考慮に入
れた最短の経路を含むのが好ましい。代替として又は追加として、自動的な経路
決定は、前記腔の少なくとも一部分を表すグラフの生成を含み、前記経路は前記
グラフに経路探索方法を適用することによって決定され、前記グラフの前記一部
分は前記方法によって必要であるとされるときのみ生成される。

【００５５】［好ましい実施形態の詳細］図１（ａ）は、腔１４と腔を通る経路１６とを含む３次元データセット１０の
模式的な説明図である。データセット１０は、通常、複数の画像スライスから成
っているが、多くの場合、経路１６をたどって視野原点２２から見られるような
、データセットの一部分を見ることが望まれる。この視野は、ビューポート（vi
ew port）２６を通して視野照準点２４で開始する視野原点２２によって定義される。いくつかのケースでは、視野原点と照準点の間の視線を取り囲んで中心に
なるようにビューポートを記述することがより便利であろう。なお、視野原点に
非常に近いボクセル（voxel ; 三次元化された画素）が見られないように視野が
切り取られても良い。正投影で、視野原点は視界の線に沿って多くの場所に存在
できるが、通常は、固定された位置が与えられる。図１（ｂ）は、ビューポート
２６を通して見られる視野２８の模式的な説明図である。

【００５６】本発明のいくつかの好ましい実施形態によるシステムは、経路１６のようにデ
ータセット１０の最良の視野部分であるような、経路立案の自動的及び／又は半
自動的方法を提供する。

【００５７】経路１６上を進む実際の視野は、複数の変数に影響を受け、それには、（ａ）視野原点２２の軌道、角度方向づけ、及び速度の特性、（ｂ）視野照準点２４の軌道、角度方向づけ、及び速度の特性、（ｃ）サイズ、アスペクト比、歪みのタイプ及び量のようなビューポート・パラ
メータ、（ｄ）データセット１０からのデータといっしょに表示される追加の情報、が含まれる。

【００５８】本発明の好ましい実施形態によれば、生成される視野は、診断を助けるように
、空間的な方向を維持し、人間の知覚能力及び／又は人間の見る心地よさを考慮
に入れる。生成される視野は、腔１４、経路１６、データセット１０、生成され
る視野の要求される用途、及び／又は、輝度、位置、動き、フォグ（fog）及び距離に伴う減衰を含む望ましい“照明”特性のような特有の性質を考慮に入れる
ことによってより最適に作られる。本発明の好ましい実施形態において、生成さ
れる視野は、例えば手術手続きのリハーサルのため又は手術中でさえも、方向づ
けと組織確認を助けるための、手術の補助として用いられる。

【００５９】本発明の好ましい実施形態において、生成される視野の品質は、それらのそれ
ぞれの点で、特定の基準及び／又は複合の基準に適合することが要求される。代
替として又は追加として、全経路が全体として特定の標準に適合しなければなら
ないような、平均の基準が設定される。平均の基準の一つの例が、経路１６上の
動きの速度を決定するときに現れる。現在の速度特性は、平均の目視品質があら
かじめ定められたレベルであるように、ファクター倍される。代替として、経路
上の最悪の点が、又は経路のあらかじめ定められたパーセンテージ以下が、望ま
れる目視品質より低いようにファクターが選択されても良い。

【００６０】図２は、本発明の好ましい実施形態による経路立案方法のフローチャートであ
る。好ましくは少なくとも開始点１８と終了点２０（図１（ａ））を含む、複数
の目標点が選択される（３０）。代替として又は追加として、目標点に対して以
下で述べる別の制約が入力されても良い。必要とされる経路立案作業に応じて、
その後データは、例えば、粒度を選択することにより、又はデータを腔と腔でな
い組織とにセグメント化することにより、前処理されるのが好ましい（３２）。
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、前処理の少なくとも一部分、例
えばセグメント化は、制約の選択に先行して実行される。

【００６１】対象内で、通常、腔の境界は区別されるけれども、多くの医療画像化テクニッ
クは、薄い境界組織を区別する十分な解像度を持たない。むしろ境界は、一方の
側が腔の内部のボクセルのみを含み、もう一方の側が腔の外部のボクセルのみを
含む数学的な面として扱われる。したがって、内部ボクセルと外部ボクセル間の
いかなる移行も、境界を貫かなければならない。

【００６２】本発明の好ましい実施形態において、経路を決定する前又は途中で、腔の少な
くともいくつかのボクセルについてペナルティ関数（penalty function）の値が
求められる（３４）。このように、同じ腔において複数の経路立案セッションの
ために一度だけその値を求めることが必要とされる。しかしながら、本発明のい
くつかの好ましい実施形態において、ペナルティ関数は、経路を決定する間値を
求められる。代替として、ペナルティ関数は、経路についての少なくともいくつ
かの制約の選択に先立って値を求められても良い。本発明の好ましい実施形態に
おいて、ペナルティ関数は腔の典型的な幅に基づいている。本発明の一つの好ま
しい実施形態において、その典型的な幅は全体的に定義される。典型的な幅は、
侵食（erosion）のために用いられる最大半径の半分と、半分のボクセルのみ浸食されないで残存する為に必要な侵食のステップの数の平均値であることが好ま
しい。代替として、例えば、現在のボクセル（局所的な典型的な幅が決定されて
いる）を含む最大の球に含まれるボクセルのみでの平均により、典型的な幅は局
所的に定義される。典型的な幅が５である、本発明の好ましい実施形態において
、ペナルティ関数は、境界からの距離について以下の依存を持っている。

【００６３】

【表１】

【００６４】本発明の好ましい実施形態において、ペナルティ関数は、要求されたときのみ
値を求められ、全体のデータセットについてあらかじめ計算されない。本発明の
一つの好ましい実施形態において、円弧が接続され、必要なときにのみ渦巻きが
グラフに加えられ、またそのときにだけペナルティ関数は値を求めることが必要
になる。さらに、特に、データがポリゴンの表現で格納されるならば、距離もま
たのろい求値テクニックを用いて計算されても良い。

【００６５】ペナルティ関数を用いることにより、経路が決定される（３６）。特定のボク
セルが、利用できる他の近傍のボクセルと比較して、そのボクセルの相対的なペ
ナルティ次第で経路に含まれる。その経路は、短い経路を探索するためのDijkst
raの方法を用いて決定されるのが望ましい。この実施形態において、ペナルティ
は、現在のボクセルを経路の成長端に接続する円弧を重み付けとして考慮に入れ
るのが好ましい。この方法は、A. V. Aho, J. E. Hopcroft及びJ. D. Ulmanによ
る、“Data Structures and Algorithms”（pp. 203-208, 1983年, Addison-Wes
ley出版）に記載されており、その開示は参照によって本明細書に組み込まれる。例えばペナルティが経路の鋭い湾曲部に対応付けられる本発明のいくつかの好
ましい実施形態において、ペナルティ関数は経路の関数であり、よってそれは経
路の決定といっしょに値が求められなければならない。本発明のいくつかの好ま
しい実施形態において、他のタイプの経路決定方法が用いられる。なお、いくつ
かのケースでは、たとえペナルティ関数に関してでさえも最短の経路は見つから
ないであろう、むしろ非常に短い経路は見つかるであろう。

【００６６】図３は、本発明の好ましい実施形態による、好ましくは低い総ペナルティを持
つ、２つのボクセルの間の短い経路を見つける方法のフローチャートである。経
路が通過することのできるボクセルは、それぞれのボクセルが渦巻きであり、円
弧は隣接したボクセルを接続することを規定されるグラフを構成する。本発明の
好ましい実施形態において、円弧の重み付けは、ペナルティ関数によって決定さ
れる。追加として又は代替として、重み付けはボクセルの中心と中心の実際の距
離を考慮に入れても良いが、本発明のいくつかの好ましい実施形態において、隣
接するボクセル間の距離が単位距離であると定義される。本発明のスケルトン化
（skeletonization）する実施形態において、円弧の重み付けは、スケルトン（s
keleton）からの２つのボクセルの間にある全てのボクセルに関連付けられたペナルティを考慮に入れることが好ましい。代替として、１つ又は両方のボクセル
でのペナルティは、ボクセル間の距離倍される。本発明のいくつかの好ましい実
施形態において、ペナルティ関数は、特定のボクセルを通過する経路の望ましさ
よりむしろ、２つの隣接するボクセル間を進行する経路の望ましさを記述する。
本発明のいくつかの好ましい実施形態において、いくつかのボクセルはそれらに
対応付けられるペナルティは無い。

【００６７】図２に戻って参照すると、経路が決定された後、それは平滑化されるのが好ま
しい（３８）。本発明の好ましい実施形態によれば、平滑化の量は、経路が通過
する通路の幅に依存する。例えば、平滑化された経路が境界を過ぎる危険を減ら
すように、非常に狭い通路では経路は平滑化されない。その後、経路を完全に定義するように、ビューポートの動きやビューポート・
パラメータのような目視パラメータが決定される（４０）。

【００６８】上述の方法は、多くのやり方でインプリメントされる。通常、正確さと計算時
間の間にはトレードオフが存在する。いくつかのケースでは、インプリメンテー
ションの複雑さに伴うトレードオフもまた存在する。正確さと計算時間の間のト
レードオフの一例は、経路決定に用いられるデータセットの粒度である。データ
セット粒度を減少させることはボクセルの数を減少させ、またしたがってこの方
法を適用するために要求される計算時間を短くする。データの粒度は、固定の比
率でボクセルのサイズを増やすことによって、また新たなボクセルにデータセッ
トを再び入れ込むことにより減じられても良い。代替として、データのそれぞれ
の部分が異なる粒度を与えられる。本発明の好ましい実施形態において、ユーザ
ーは、いくつかの粒度の選択を提供される。

【００６９】なお、データ及び又は計算の粒度が変更されても良い、方法のいくつかのステ
ップがあり、同一の粒度が全てのステップで用いられる必要はない。例えば、本
発明の好ましい実施形態において、以下で述べるように、距離関数は腔の侵食に
よって値を求められる。粒度は、最少の球サイズ及び／又は半径増加を選択する
ことにより設定され、それにより計算時間は減少されるが、決定される距離の質
（正確さ）が減少される。追加として又は代替として、球の半径サイズ及び増加
のパラメータは、以下で述べる、スケルトン化ステップのために設定される。追
加として又は代替として、本発明の好ましい実施形態において、例えば隣接する
ボクセルを平均することにより又は以下で述べるスケルトン化により、Dijkstra
の方法に用いられるグラフにおいて全てのボクセルが渦巻きとして用いられるわ
けではない。上述の粒度決定のそれぞれにおいて、粒度は、局所的な通路幅のよ
うな局所的な特徴に依存させられる。

【００７０】図４は、本発明の好ましい実施形態による、腔内のそれぞれの点と腔の境界の
間の距離関数の計算方法のフローチャートである。本発明の好ましい実施形態に
おいて、距離関数は、増加する半径の球を持つデータセットのコピーの浸食によ
って計算される。最初に、腔内の全てのボクセルは、距離ゼロが代入される。こ
のことはまた、半径ゼロの球を用いた浸食によって行われても良い。浸食半径ｒ
は、好ましくはゼロであるが恐らく１又は２のような他の小さな値である、最少
の浸食半径に設定される（４８）。次に、腔は、浸食半径の球で浸食される（５
０）。腔内で全ての浸食されていないボクセルは、距離ｒが代入される（５２）
。このプロセスは、残る内部のボクセルがあるならば、増加された半径ｒを用い
て繰り返される（５４）。好ましくは、半径の増加は１であるが、好ましくは粒
度変更の方法として、他の増加が用いられても良い。

【００７１】本発明の好ましい実施形態によれば、半径ｒの球を用いた浸食は、半径の和が
ｒである複数の球を用いた浸食によって近似される。好ましくは、浸食プロセス
の少なくともいくつかのステップは、半径ｒの単一の球で元の腔を浸食すること
によるよりもむしろ、小さな半径の球で以前のステップの結果を浸食することに
より実行される。好ましくは小さい半径の球は半径１であり（又はいくつかの他
の粒度）、使用される以前のステップは直前のステップである。なお、（Ｄ−１
）／２のみが浸食されるので、半径１の球は３ボクセルの直径Ｄを有する。いく
つかのケースでは、このような小さな球の使用は、ボクセルの離散的な性質のた
めに、アーチファクト（artifact）を起こすであろう。好ましくは、異なるタイ
プの球が、浸食ステップの代替の為に用いられる。本発明の好ましい実施形態に
おいて、３タイプの半径１の球、完全な３×３×３立方の球、６つの近隣ボクセ
ルを持つ中心ボクセル（“十字形”球）、及び角が“切断”された３×３×３立
方が用いられる。球の種類は、好ましくは次の順番、｛十字形，完全，切断，十
字形，完全，完全，十字形，切断，完全，十字形，十字形，完全，十字形，十字
形，完全，十字形，十字形，｝で交代され、この列は反復｛完全，十字形，十字
形｝で繰り返される。

【００７２】本発明の好ましい実施形態において、内部ボクセルと境界との距離は、腔の境
界からの波動伝搬を用いて計算される。好ましくは、ボクセルを用いてグラフが
作られ、幅の最初の調査がグラフ上で実行される。半径１の球が、渦巻きの近隣
を決定するために用いられるのが好ましい。代替として又は追加として、距離は
、Dijkstraの方法を用いて計算される。好ましくは、ボクセルの中心と中心の距
離の単位の値を合計することによるよりも、概算の実際の距離が計算される。距
離データは、浮動小数点表現を用いて表現されるのが好ましい。

【００７３】本発明の好ましい実施形態によれば、組織は、経路が必ず通過する腔内部ボク
セルと、経路が通過しないであろう腔の境界のボクセルとにセグメント化される
。代替として、セグメント化されたデータセットが提供される。本発明の好まし
い実施形態において、境界及び内部セグメントは、当技術分野で良く知られるよ
うに、ＣＴ番号及び／又は連結度（connectivity）に基づいて識別される。スレ
ショールディング（thresholding）を用いたセグメント化が、例えばT. Y. Yong
及びK. S. Fuによって編集された、“Handbook of Pattern Recognition and Im
age Processing”（Academic Press, pp. 224-225）に記述されており、その開示は参照によって本明細書に組み込まれる。代替として、当技術分野でよく知ら
れる他の方法がセグメント化を達成するために用いられても良い。特に好ましい
、データセット１０が複数の異なる組織の種類にセグメント化される、本発明の
好ましい実施形態において、ユーザーは、組織が内部であること、またそれが外
部であることをシステムに指示する。代替として、ユーザーは、腔の境界で組織
を指し示し、外部組織のボクセルとしてそれにマークする。なお、外部ボクセル
は空のボクセルでないことが必要である。例えば、外部組織とみなされる、骨を
取り巻く脂肪と筋肉の組織を持つ骨を見てまわる経路が立案され得る。

【００７４】本発明の好ましい実施形態において、セグメント化は、スレショールディング
（thresholding）や連結度（connectivity）のようなツールを用いてマニュアル
で実行される。好ましくは、組織は連結度決定のために浸食され、小さな誤りは
平滑化される。

【００７５】本発明の好ましい実施形態によれば、ユーザーは、自動的な経路生成のための
可能性の範囲を限定するために用いられる様々なパラメータを入力する。本発明
の好ましい実施形態によれば、少なくともいくつかのパラメータは、厳格な制約
が関連付けられる。代替として又は追加として、少なくともいくつかのパラメー
タは柔軟な制約が関連付けられ、それはいくつかの他のパラメータでトレードオ
フされる。このトレードオフは、異なる制約の相対的な重み付けを含んでいる、
複合の経路等級分け関数を定義することにより達成されるのが好ましい。柔軟な
制約は、等級分けされたペナルティ関数を用いて定義されるのが好ましい。厳格
な制約は、制約が違反されたときに無限のペナルティに達するペナルティ関数を
用いて定義されるのが好ましい。ペナルティ関数は、制約が違反されなければ、
ゼロペナルティを持つのが好ましい。代替として、ペナルティ関数は、違反され
ることの無い場面で柔軟な制約とみなされるように、違反されることの無い場面
のためにもまた等級分けされる。本発明の好ましい実施形態において、制約の違
反及び／又は部分的な違反による複数のペナルティを合計することにより、ボク
セルのペナルティが決定される。

【００７６】本発明の好ましい実施形態によれば、システムは、ユーザーが選択し及び／又
は修正することのできる制約／入力パラメータの複数のセットを格納する。これ
らのセットの少なくともいくつかは、特定のタスクで最良の経路を提供するよう
に設計される。本発明の一つの好ましい実施形態において、物理的な内視鏡を用
いることによってもたらされる制約に適合する経路の生成を生じさせるセットが
定義される。好ましくは、内視鏡をシミュレートするとき、経路は、特定の内視
鏡及びその内視鏡がその壁を押している通路の幅とに依存する最大の湾曲に限定
される。好ましくは、このような内視鏡の目視特性はまた、ビューポートによっ
て及び／又は画像生成の間シミュレートされる。これらの目視特性は、内視鏡の
レンズタイプを含むのが好ましい。

【００７７】本発明の好ましい実施形態において、以下で述べるパラメータの少なくともい
くつかがユーザーによって入力されても良い。（ａ）粒度、好ましくは局所的な粒度を決定するためのパラメータを含む。（ｂ）許容される壁からの経路の距離（ｃ）あらかじめ定義されたパラメトリック（parametric）・ペナルティ関数及
び／又は距離関数の組合せの一つにパラメータとして入力されるか、又はルック
アップテーブルとしての、ペナルティ関数。（ｄ）好ましくは、例えば通路幅のような、通路の形態に応じた平滑化の制限を
含む、平滑化の望まれる量及び／又はタイプ。（ｅ）好ましくは、最大限の望まれるねじれ及び他のタイプのビューポートの動
き、視野、視野の歪み、形、及び視野のアスペクト比を含み、好ましくは、様々
な侵襲性の器具の光学的な固有性に対応する一組として取りまとめられる目視パ
ラメータ。（ｆ）好ましくは、経路依存のペナルティ関数を含む、侵襲性の器具の機械的な
固有性のシミュレーションのためのパラメータ。（ｇ）カラー、疑似カラー方式、シェーディング、照明及びそれの経路、反射、
及び組織の透過性のような、レンダリング及び表示パラメータ。

【００７８】本発明の好ましい実施形態によれば、ユーザーは、生成される視野の品質によ
って意味されるものが何かを定義し及び／又は決定するパラメータを提供しても
良い。このようなパラメータは、とりわけ、知覚の考慮、作業特有の考慮、及び
／又は視野の快適さの考慮によって決定される。なお、視野の品質は、一般に、
上記の列記されたパラメータによってもまた影響される。本発明の好ましい実施
形態において、これらのパラメータは、（ａ）許容される最大スピード（ｂ）許容されるビューポートのねじれ比率（ｃ）様々な目視パラメータの最大の許容される変化（ｄ）恐らくは腔の内部表面の全体であろう、ユーザーがこのような最適なパラ
メータで見たいと望むデータセットの部分の少なくとも一つを含む。

【００７９】本発明の好ましい実施形態において、経路と、ビューポート原点及び／又はビ
ューポートの角度方向づけは、見たいと望まれる部分が快適な目視パラメータの
範囲にあるように自動的に生成される。

【００８０】本発明の好ましい実施形態において、生成された経路は、表示の小刻みな動き
を減じるために平滑化される。上記望まれる目視品質パラメータの少なくともい
くつかは、平滑化の結果として適合される。好ましくは、平滑化の後、経路は、
境界ボクセルに接近し過ぎて通っていないかどうか及び／又は他の制約に違反し
ていないかどうかを決定するために分析される。経路は、腔の境界に非常に近い
経路の部分で及び／又は狭い通路内では平滑化されないのが好ましい。代替とし
て又は追加として、異なるタイプの平滑化が、経路の特性及び／又は腔の形態及
び／又は通路幅に応じて適用される。

【００８１】本発明の好ましい実施形態によれば、平滑化は、点とその近隣点の線形結合で
ある。好ましくは、それぞれの側の一つの近隣点が用いられ、相対的な重み付け
は｛０．３，０．４，０．３｝である。本発明の好ましい実施形態によれば、好
ましくは７回、全体の経路が多数回平滑化される。境界に対するあらかじめ定め
られた距離よりも近い経路の部分は、平滑化されないのが好ましい。代替として
又は追加として、点が平滑化される回数及び／又は用いられる重み付け及び／又
は平滑化のタイプは、境界からの距離に依存する。平滑化は、目標点では実行さ
れないのが好ましい。代替として、平滑化は、少なくとも開始点及び終了点では
実行される。

【００８２】本発明の好ましい実施形態において、目視パラメータの少なくとも一つもまた
、その値の変化がより滑らかであるように平滑化される。本発明の一つの好まし
い実施形態において、望ましい角度解像度が、データセット１０の様々な部分の
目視のために要求される。好ましくは、このような角度の視野が、その視野にお
いて変更を要求されたとき、視野におけるこれらの変更は平滑化される。

【００８３】本発明の好ましい実施形態において、視野照準点は、視野原点の前方の経路の
点に選択される。視野照準点の位置は、視野原点の局所的な湾曲に応じて及び／
又は境界への距離に応じて決定されるのが好ましく、すなわち、２点間の距離は
、局所的な湾曲に反比例して依存し、また境界への距離に比例する。その結果、
経路の窮屈な部分で、視野照準点は視野原点に比較的近く、そしてそのように、
滑らかな目視角度が得られる。代替として又は追加として、視野照準点位置は、
経路、及び／又は投影された視野照準点での境界の特徴、及び／又は先の経路の
部分に依存されても良い。

【００８４】全てではないにしてもほとんど全ての医療画像において、ノイズの存在が非常
に重要な問題点である。通常、低いノイズレベルでの画像の取得は、患者の露光
量を増やしてイオン化し及び／又はさもなければ危険な放射線を増やす。また、
多くの医療画像には様々なタイプのアーチファクト（artifact）が存在する。ノ
イズによって起きる一つの問題は、腔の境界が、ノイズ値が置き換わったり又は
元のものを変化させたりした外部ボクセル値である穴をその内部に有するであろ
うことである。本発明の好ましい実施形態において、経路がこのような穴を通過
するために、境界のボクセルに非常に接近して進まなければならないが、距離関
数の機能としてそれは極めて“好ましからざること”なので、このような穴は無
視される。

【００８５】一つの問題の状況は、腸に特有であるような、二つの腔が互いに接近して進む
ときである。ノイズの付加及び／又は部分的な量のアーチファクトは、２つの腔
の間の境界を特定の位置で見えなくする。しかしながら、本発明の好ましい実施
形態によれば、境界の小さな無くなった部分を通過するためにペナルティ費用が
支払われなければならないので、それらは無視される。本発明のいくつかの実施
形態において、経路は通常、境界に接近して進まないので、及び／又は境界の組
織の小さな変化によっては影響されないので、部分的な量の効果によって起きる
腔の増大及び／又は歪みは、本発明のいくつかの実施形態における結果物ではな
い。

【００８６】恐らくノイズによって起こされるであろうもう一つの問題は、腔の空間の中心
での外部組織ボクセルの生成である。本発明の好ましい実施形態において、他の
外部組織ボクセルから間隔を置いた外部組織ボクセルの小さなグループは、距離
計算の間のような経路立案の様々なステップの間、及び／又は、経路がそのボク
セルを通過することを許容することにより、無視される。これらのボクセルの範
囲と隔離の数字は、アルゴリズムのパラメータであるのが好ましい。追加として
又は代替として、好ましくは疑われたノイズボクセルのグループ分け次第で、こ
れらのボクセルはセグメント化の間除去される。

【００８７】本発明の好ましい実施形態によれば、経路決定の間、腔内の全てのボクセルが
考慮はされない。むしろ、ボクセルの部分セットのみが考慮される。この部分セ
ットは、腔のスケルトンを作ることにより生成されるのが好ましい。

【００８８】図５（ａ）は、本発明の好ましい実施形態によってスケルトン化された腔６０
の模式的な説明図である。スケルトン化は、例えばE.R. Doughertyによる“An i
ntroduction to Morphological Image Processing”（SPIE Press, 1992, pp. 4
2-48）に記載され、その開示は参照によって本明細書に組み込まれる。体のスケ
ルトンは、体によって束縛され、また他のそのような束縛された球に属しない（
重なり合いは許される）最大球の中心の点の集合として定義される。このような
スケルトンは、一般に、体の形態上の特徴を保持する。図５（ａ）には、最大球
の小さな部分セット６４のみを含む２次元スケルトン化が示される。スケルトン
６２は、一般に体の輪郭に従う点の集合である。本発明のいくつかの好ましい実
施形態において、スケルトンに重なり合うか又はスケルトンから特定の半径範囲
にあるボクセルのみが、経路のために考慮される。本発明のいくつかの好ましい
実施形態において、この半径は、腔の局所的な形態に依存しても良い。一度経路
が決定されると、本発明のいくつかの実施形態において、スケルトンのボクセル
の間に位置するであろう視野原点を提供するために、それは通常、補間され及び
／又は再びサンプルを抜き出されることが必要になる。代替として又は追加とし
て、決定された経路は平滑化され、その結果、スケルトン以外からのボクセルを
含んでも良い。

【００８９】本発明の好ましい実施形態において、スケルトンのボクセルからグラフが生成
される。本発明の好ましい実施形態において、スケルトンのそれぞれのボクセル
についての近隣のボクセルを定義することによりグラフの円弧が生成される。特
定のボクセルのあらかじめ決められた距離範囲内のスケルトンの全てのボクセル
が、その特定のボクセルに結び付けられるのが好ましい。代替として又は追加と
して、距離は、隣接するボクセルの数に応じて決定される。代替として又は追加
として、距離は腔の形態に応じて決定される。

【００９０】本発明の好ましい実施形態において、グラフの一部分は、実際に必要とされる
ときにのみ、のろまな求値テクニックを用いて作られる。図５（ｂ）は、本発明の好ましい実施形態による、スケルトン化の方法につい
てのフローチャートである。この方法は、半径ｒの球で先行して浸食されたデー
タセットを半径１の球で広げることと等価になっている、半径ｒを持つ最大の球
に基づいている。広げることは、浸食とその後の膨張すること（層を加えること
）から成る複合のプロセスである。したがって、本発明の好ましい実施形態によ
れば、スケルトンは、入力として部分的に浸食されたデータセットを利用して、
距離関数と同時に生成される。図において、スケルトン化開始の半径はゼロに設
定される（７０）。浸食を伴うとき、ゼロ以外の値が選択されても良く、それら
はスケルトンの精度に影響し及び／又は腔の形態を平滑化するかもしれず及び／
又はノイズの影響を減らす。半径ｒの球で浸食された組織（７２）は、半径１の
球で広げられる（７４）。広げる操作によって取り除かれるボクセルは、半径ｒ
の球の中心に対応し、好ましくは蓄積され、スケルトンに加えられるのが好まし
い（７６）。なお、広げることには、浸食とその後の膨張が含まれる。上述の浸
食のプロセスはまた、半径ｒのボールでの浸食の結果についての半径１のボール
を用いた浸食の影響を含むデータセットを生成する。

【００９１】本発明のいくつかの好ましい実施形態において、データセットは、ボクセルを
用いることの代替として又は追加として、境界の表面を記述するポリゴンで表さ
れる。好ましくは、腔の内部は、３Ｄペイント機能を用いて決定され、及び／又
はセグメント化によって理解されても良く、及び／又はポリゴンデータが画像デ
ータから生成されたときに決定されても良い。決定はグリッド上の点について行
われるのが好ましい。距離の計算が、同じグリッドを用いて実行されても良い。
腔内部のグリッド上のそれぞれの点について、最も近いポリゴンまでの距離が決
定される。好ましくは、また特にポリゴンが制限されたサイズを持つ場合に、位
置の関数が、検査されるポリゴンの数を限定するために用いられる。本発明の好
ましい実施形態において、特定の距離を超える全ての境界までの距離が同じペナ
ルティ値を有するペナルティ関数が定義される。したがって、その距離範囲内に
ポリゴンが存在しないならば、さらに見て距離を計算する必要はない。それによ
り、経路探索方法が、決定された距離関数を用いてグリッド点に適用されても良
い。計算された距離は、グリッドのスケルトンを決定するために用いられるのが
好ましい。

【００９２】本発明の好ましい実施形態において、ビューポートが、経路上の視野照準点の
方向に向けられる。代替として又は追加として、視野照準点は、異なる軌道上で
移動される。本発明の好ましい実施形態において、視野照準点は、見る方向が概
ね経路に垂直になるように、経路１６を取り囲んで渦巻き状になる。このタイプ
の経路は、例えば結腸鏡検査法に対してのように、腔の内部の慎重な探査に対し
て有効である。概ね垂直な角度に対する代替として、特に連続する画像間の重な
り合い及び／又は渦巻きの部分を保証するため、他のいかなる角度が用いられて
も良い。全ての別々に生成されるフレームの軸ができるだけ並行に作られても良
いように、ビューポートもまたわずかにひねられるのが好ましい。

【００９３】本発明の好ましい実施形態によれば、表示されないか又は望ましいパラメータ
で表示されない、データセット１０の一部分が、ユーザーに表示される。本発明
の一つの好ましい実施形態において、それらは、好ましくは平面表示又は３次元
透視表示で、内視鏡視覚表示とは別に表示される。代替として又は追加として、
これらは、リアルタイム仮想内視鏡検査の表示の記号に重ね合わせられる。

【００９４】本発明の好ましい実施形態によれば、視野は、例えば、その開示が参照によっ
て本明細書に組み込まれる、１９９８年２月２３日に出願された、出願人S. Ake
rmanとG. Millerによる米国仮出願、タイトル“Raycasting System and Method ”に記述されるように、レイキャスティング（raycasting）方法を用いて描写さ
れる。そこには決定された距離よりも近い外部ボクセルは存在できないので、経
路上のそれぞれの点について決定された境界からの距離は、レイキャスティング
・アルゴリズムの低い限界として用いられるのが好ましい。

【００９５】上記方法は、経路の全ての側面についての立案を含むように記述されているけ
れども、本発明の好ましい実施形態において、上述の方法は、側面のほんのいく
つかに対してのみ用いられる。代替として又は追加として、ステップの順序が変
更されても良く、及び／又はサブステップに分離され及び／又は結合される。本
発明の好ましい実施形態において、重い計算を遅らせるため及び／又はメモリ要
求を可能な限り減らすため、のろい求値テクニックが用いられる。このような計
算には、ペナルティ関数の値を求めること、及び／又はグラフを作ることが含ま
れる。

【００９６】本発明の好ましい実施形態において、ユーザーは、本発明の好ましい実施形態
によって生成される経路を見ている間、様々な目視パラメータのリアルタイムの
コントロールを実行する。このようなパラメータは、位置、移動及び距離の関数
としての減衰、スピード、凝視の方向、凝視の角度、視野のサイズ、及びアスペ
クト比を含む。

【００９７】本発明のいくつかの好ましい実施形態によれば、ここに記述されたいくつかの
方法が、反復の方法で適用される。本発明の一つの好ましい実施形態において、
ユーザーは制約を入力し、システムはこれらの制約に適合しようと試みる経路を
生成し、その後ユーザーは恐らく、生成された経路及び／又は生成された視野の
品質に基づいてこれらの制約を変更するであろう。好ましくは、距離計算のよう
な少なくともいくつかの計算は、一度だけ実行され、それぞれの反復を繰り返さ
れない。追加として、全ての制約がそれぞれの反復に入力される必要がないこと
が好ましい。ユーザー入力の制約の一例は、経路が通過することが望まれる点の
集合である。

【００９８】追加として又は代替として、上述の方法は、特に経路の平滑化及び／又は目視
パラメータの計算のために、他の方法で生成され及び／又はユーザーによって入
力された経路に対して、後処理ステップとして適用されても良い。本発明の一つ
の好ましい実施形態において、最善の目視角度と速度のみが、固定の経路のため
に決定される。本発明の好ましい実施形態において、方法は、経路の（好ましく
は小さな）集合から経路を選択するために用いられる。追加として又は代替とし
て、特にユーザーが既存の経路を修正した後又はそれが平滑化されたならば、ど
のユーザー選択の制約が違反されたかを決定するため、及び／又は経路に目視品
質の等級を対応付けるため、上述の方法が、既存の経路の値を求めるために適用
されても良い。方法は、これらの経路の一つを選択するユーザーを補助するため
に、可能性のある経路を等級分けすべく用いられる。

【００９９】本発明の好ましい実施形態によれば、既存の経路は、含まれるボクセル及び経
路からの特定の距離範囲内のボクセルのみを含むグラフを生成することにより、
及びグラフに経路探索方法を適用することにより、最適化されても良い。グラフ
の幅は、腔の局所的及び／又は典型的な幅に依存されても良い。

【０１００】なお、ここに記述された方法はまた、既存の経路の中心に目標点を加えるため
に、及び／又は二つの経路を滑らかにつなぐためにも用いられる。いくつかのケ
ースでは、アルゴリズムの平滑化の部分のみが適用されても良い。代替として、
グラフに追加されるべき点を取り囲む領域を含み、及び／又はグラフが接続され
経路最適化方法がその（局所的な）グラフに適用されるであろうグラフが生成さ
れても良い。

【０１０１】本発明の好ましい実施形態によれば、ユーザーによって入力される目標点は、
経路の鋭い湾曲が減少されるように、わずかに移動される。代替として又は追加
として、目標点は、もっと望ましい位置にあるように移動される。このような移
動は、小さな距離に及び／又は少ない数の次元に限定されるのが好ましい。これ
らの点は、これらの点が移動される処理の段階に依存して、経路に及び／又は組
織の境界に垂直に移動されるのが好ましい。

【０１０２】本発明の好ましい実施形態によれば、複数の組織が内部ボクセルに及び／又は
外部ボクセルに含まれても良い。追加として又は代替として、少なくとも一つの
組織のタイプは、半透過性であると定義されても良い。追加として又は代替とし
て、ボクセルでの組織のタイプは、ボクセル通過のペナルティに影響を及ぼして
も良い。代替として又は追加として、経路は、最少数の組織境界を通過すること
が望まれる。このことは、好ましくは組織タイプ間の通過に大きなペナルティ（
しかし好ましくは無限のペナルティではない）を割り当てることにより達成され
る。ペナルティは、組織間での境界からの距離の関数であるのが好ましい。

【０１０３】本発明の好ましい実施形態において、組織のタイプは、組織のタイプに属する
全てのボクセルに対しての１価のビット値を持つ、それぞれの組織タイプ毎のビ
ット量を用いることによって格納される。代替として、それぞれのボクセルは組
織のタイプを示す値が割り当てられても良い。理解されるように、いくつかのケ
ースでは、一つのボクセルに複数の組織タイプが割り当てられても良い。

【０１０４】本発明の好ましい実施形態において、ペナルティ関数は、異なる組織タイプか
らの距離に依存する。例えば、組織タイプＡについて５ボクセル内であることは
、組織Ｂについて５ボクセル内であることほど望まれなくても良い。組織タイプ
毎に異なる距離が計算されるのが好ましい。代替として、最も近い組織までの距
離のみが計算される。

【０１０５】本発明の好ましい実施形態において、特定の組織は通行のためにあまり望まれ
なくても良いが、それを通しての通行は許される。好ましくは、ペナルティ関数
は、好ましくは外部ボクセルに対してのように、その組織に対して無限大ではな
い。なお、外部タイプの組織もまた、透過性及び／又は半透過性であっても良い
。

【０１０６】本発明の好ましい実施形態において、透明色のボクセルを用いて及び／又はボ
リューム組織を用いて、異なる組織タイプが表示される。本発明の好ましい実施形態において、２以上のデータセットが登録され、また
一緒に表示される。２つのこのようなデータセットは、異なる形式（modality）
を用いて異なる時間に取得されても良く、及び／又は、同じ組織内ではあるがそ
の周期的な動きの異なる局面であっても良い。経路は、全ての腔の交わりによっ
て定義される腔の内部を進むように強制されるのが好ましい。

【０１０７】なお、本発明のいくつかの実施形態において、軌道は連続的でなくても良い。
例えば、視野原点の軌道は、セグメントから成る。もう一つの例では、視野照準
点は、非常にばらばらにされた軌道を有するであろう。しかし、生成された視野
は、しばしば順次のやり方で見られるので、言葉の軌跡が、表示の第１フレーム
から最終フレームまでの視野原点及び又は照準点の進行を記述するために用いら
れる。また、連続的な軌道でさえも、表示が生成される無限の数の離散的な点か
ら成ることに注目すべきである。

【０１０８】なお、上文で多くの特徴を含むものとして記述された、自動経路決定について
の上述の方法は、その全てが本発明の全ての実施形態において実践されるわけで
はない。むしろ、本発明の様々な実施形態が、上述のテクニック、特徴、又は方
法、及び又はそれらの組合せのほんのいくつかのみを利用するであろう。さらに
、以上の記述は方法に焦点が当てられているけれども、これらの方法を実行する
装置もまた、本発明の範囲内にあると考えられる。追加として又は代替として、
経路探索の他の方法が用いられても良い。本発明の好ましい実施形態によれば、
ペナルティ最適化についての知られた方法が、以上記述されように割り当てられ
たペナルティを考慮して目標点間の最適な経路を決定するために適用される。当業者によって、本発明がこのように記述されてきたことに制限されないこと
が理解されるであろう。むしろ、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、腔と腔を通る経路とを含む３次元データセットの模式的な説明
図であり、図１（ｂ）は、経路上の特定の点に関してビューポートを通して見た
視野の模式的な説明図である。

【図２】本発明の好ましい実施形態による、経路立案の方法のフローチャートである。

【図３】本発明の好ましい実施形態による、２つのボクセル間の短い経路を見つける方
法のフローチャートである。

【図４】本発明の好ましい実施形態による、腔内部のそれぞれの点と、腔の境界の間の
距離関数を計算する方法のフローチャートである。

【図５】図５（ａ）は、本発明の好ましい実施形態によってスケルトン化された腔の模
式的な説明であり、図５（ｂ）は、本発明の好ましい実施形態によるスケルトン
化方法のフローチャートである。

【符号の説明】

１０データセット１２画像スライス１４腔（cavity）１６経路１８開始点２０終了点２２視野原点２４視野照準点２６ビューポート６０スケルトン化された腔６２スケルトン６４部分セット

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１１年７月１３日（１９９９．７．１３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求項７０】最初の経路立案のための最初の粒度が決定され、第２の粒
度、及び、繰り返される経路立案のための開始点としての前記最初の経路を用い
て前記経路立案を繰り返すことを含むこと、を特徴とする請求項２５に記載の経
路立案方法。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年５月１５日（２０００．５．１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９４】本発明の好ましい実施形態によれば、視野は、例えば、その開示が参照によっ
て本明細書に組み込まれる、１９９８年２月２３日に出願された、出願人S. Ake
rmanとG. Millerによる米国仮出願シリアル番号60/075,519、タイトル“Raycast
ing System and Method”に記述されるように、レイキャスティング（raycastin
g）方法を用いて描写される。そこには決定された距離よりも近い外部ボクセルは存在できないので、経路上のそれぞれの点について決定された境界からの距離
は、レイキャスティング・アルゴリズムの低い限界として用いられるのが好まし
い。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９７

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９８

【補正方法】変更

【補正内容】

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＧＭ，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，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，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，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】経路立案の方法であって、腔（cavity）と境界を表している医療画像化データセットの提供と、少なくとも開始点と終了点を含む前記データセット内の複数の点の提供と、前記腔の中の様々な点の通過に関連付けられたペナルティ（penalty）に応じた、前記開始点と前記終了点間の自動的な経路決定と、を含むことを特徴とする経路立案方法。
【請求項２】前記ペナルティ関数は、腔の形態に応じていること、を特徴
とする請求項１に記載の経路立案方法。
【請求項３】前記形態は、幅を含むこと、を特徴とする請求項２に記載の
経路立案方法。
【請求項４】前記形態は、局所的な形態であること、を特徴とする請求項
２又は請求項３に記載の経路立案方法。
【請求項５】前記ペナルティ関数は、経路に応じていること、を特徴とす
る請求項１から請求項４のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項６】前記ペナルティ関数は、経路の局所的な湾曲の量に応じてい
ること、を特徴とする請求項５に記載の経路立案方法。
【請求項７】自動的な経路決定は、ビューポート（viewport）の原点の軌
道の自動的な決定を含むこと、を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに
記載の経路立案方法。
【請求項８】複数の点の提供は、軌道の提供を含むこと、を特徴とする請
求項１から請求項７のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項９】自動的な経路決定は、照準点の軌道の自動的な決定を含むこ
と、を特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項１０】自動的な経路決定は、ビューポート原点を通って進む経路
を基準とする、視線の角度方向づけの自動的な決定を含むこと、を特徴とする請
求項１から請求項９のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項１１】自動的な経路決定は、腔の局所的な幅に応じた、ビューポ
ート原点を通って進む経路を基準とする、視線の角度方向づけの自動的な決定を
含むこと、を特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の経路立案方法
。
【請求項１２】自動的な経路決定は、腔の局所的な湾曲に応じた、ビュー
ポート原点を通って進む経路を基準とする、視線の角度方向づけの自動的な決定
を含むこと、を特徴とする請求項１から請求項９、又は請求項１１のいずれかに
記載の経路立案方法。
【請求項１３】自動的な経路決定は、視野原点の軌道に沿っての少なくと
も一つの目視パラメータ（viewing parameter）の自動的な決定を含むこと、を特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項１４】前記ペナルティは、点から可能な目視品質に依存すること
、を特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項１５】前記目視品質は、人の知覚能力に依存すること、を特徴と
する請求項１４に記載の経路立案方法。
【請求項１６】前記目視品質は、前記経路を用いて実行される特定の作業
に依存すること、を特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の経路立案方法
。
【請求項１７】経路の平滑化を含むこと、を特徴とする請求項１から請求
項１６のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項１８】前記平滑化は、前記経路の平滑化される部分での、腔の局
所的な幅に依存すること、を特徴とする請求項１７に記載の経路立案方法。
【請求項１９】少なくとも前記開始点と終了点間の自動的な経路決定の、
自動的な繰返しを含むこと、を特徴とする請求項１から請求項１８のいずれかに
記載の経路立案方法。
【請求項２０】前記経路決定についての少なくとも一つのユーザー提供の
制限の提供を含むこと、を特徴とする請求項１から請求項１９のいずれかに記載
の経路立案方法。
【請求項２１】自動的な繰返しは、少なくとも一つのユーザー提供の制限
に応じた、自動的な経路決定の自動的な繰返しを含むこと、を特徴とする請求項
１９に記載の経路立案方法。
【請求項２２】前記少なくとも一つの制限は、厳格な制限を含むこと、を
特徴とする請求項２０又は請求項２１に記載の経路立案方法。
【請求項２３】前記少なくとも一つの制限は、柔軟な制限を含むこと、を
特徴とする請求項２０から請求項２２のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項２４】ユーザーに対するどの制限が満たされないかの表示を含む
こと、を特徴とする請求項２０から請求項２３のいずれかに記載の経路立案方法
。
【請求項２５】前記経路決定のためのデータ粒度レベルの選択を含むこと
、を特徴とする請求項１から請求項２４のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項２６】自動的な経路決定は、点に対するペナルティ関数の値を求
めることを含むこと、を特徴とする請求項１から請求項２５のいずれかに記載の
経路立案方法。
【請求項２７】前記ペナルティ関数は、前記腔の境界からの点の距離に依
存すること、を特徴とする請求項２６に記載の経路立案方法。
【請求項２８】前記ペナルティ関数は、境界からより遠い点に対してより
低いこと、を特徴とする請求項２７に記載の経路立案方法。
【請求項２９】前記ペナルティ関数は、前記境界へ接近するときにかなり
の増加の比率を有すること、を特徴とする請求項２８に記載の経路立案方法。
【請求項３０】前記ペナルティ関数は、前記境界から遠くで低い変化の比
率を有すること、を特徴とする請求項２８又は請求項２９に記載の経路立案方法
。
【請求項３１】データセットの浸食（erosion）による前記距離の決定を含むこと、を特徴とする請求項２７から請求項３０のいずれかに記載の経路立案
方法。
【請求項３２】前記腔の境界からの波動伝搬による前記距離の決定を含む
こと、を特徴とする請求項２７から請求項３０のいずれかに記載の経路立案方法
。
【請求項３３】前記経路決定は、比較的短い経路の決定を含むこと、を特
徴とする請求項１から請求項３２のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項３４】前記比較的短い経路は、様々な位置に関連付けられたペナ
ルティ値を考慮に入れた最短の経路を含むこと、を特徴とする請求項３３に記載
の経路立案方法。
【請求項３５】自動的な経路決定は、少なくとも腔の一部分を表すグラフ
の生成を含むこと、を特徴とする請求項３３又は請求項３４に記載の経路立案方
法。
【請求項３６】前記経路は前記グラフに経路探索方法を適用することによ
って決定され、前記グラフの前記一部分は、前記方法によって要求されるときに
のみ生成されること、を特徴とする請求項３５に記載の経路立案方法。
【請求項３７】自動的な経路決定は、前記グラフについてのDijkstraの最
短経路探索方法を用いた経路の決定を含むこと、を特徴とする請求項３５又は請
求項３６に記載の経路立案方法。
【請求項３８】前記グラフは、前記腔の中のボクセル（voxel）の部分セットのみを含むこと、を特徴とする請求項３５から請求項３７のいずれかに記載
の経路立案方法。
【請求項３９】前記グラフは、概ね前記腔のスケルトン（skeleton）のみ
を含むこと、を特徴とする請求項３８に記載の経路立案方法。
【請求項４０】前記スケルトンは、前記腔の浸食からのデータを利用して
見つけられ、浸食は前記境界からの内部の点の距離を決定するために利用される
こと、を特徴とする請求項３９に記載の経路立案方法。
【請求項４１】前記データセットは、ボクセルで表されること、を特徴と
する請求項１から請求項４０のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項４２】前記境界は、ポリゴンで表されること、を特徴とする請求
項１から請求項４１のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項４３】前記データセットは、ＣＴデータセットを含むこと、を特
徴とする請求項１から請求項４２のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項４４】前記データセットは、ＭＲＩデータセットを含むこと、を
特徴とする請求項１から請求項４２のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項４５】前記データセットは、ＮＭデータセットを含むこと、を特
徴とする請求項１から請求項４２のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項４６】前記境界は、その中に小さな穴を有し、前記経路はあらか
じめ定められた幅よりも狭い穴を通過しないこと、を特徴とする請求項１から請
求項４５のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項４７】前記前記あらかじめ定められた幅は、前記腔の形態に依存
すること、を特徴とする請求項４６に記載の経路立案方法。
【請求項４８】経路立案の方法であって、複数の湾曲部と境界を有する腔を表す医療データセットの提供と、少なくとも開始点と終了点を含む前記データセットの複数の点の提供と、前記開始点と終了点間の自動的な経路決定とを含み、前記経路は、少なくとも二つの前記湾曲部において、前記腔のほぼ中央軸にと
どまらず、かつ前記境界に対するあらかじめ定められた距離よりも近くには接近
しないこと、を特徴とする経路立案方法。
【請求項４９】前記データセットはボクセルを用いて表され、前記経路は
前記境界に対して１ボクセルより近くには接近しないこと、を特徴とする請求項
４８に記載の経路立案方法。
【請求項５０】前記データセットはボクセルを用いて表され、前記経路は
前記境界に対して３ボクセルより近くには接近しないこと、を特徴とする請求項
４８に記載の経路立案方法。
【請求項５１】前記データセットはボクセルを用いて表され、前記経路は
前記境界に対して、前記腔の局所的な幅の１０分の１より近くには接近しないこ
と、を特徴とする請求項４８に記載の経路立案方法。
【請求項５２】前記データセットはボクセルを用いて表され、前記経路は
、前記境界のあらかじめ定められた幅より狭い穴を通過しないこと、を特徴とす
る請求項４８に記載の経路立案方法。
【請求項５３】腔とその境界を含むデータセットのスケルトン化（skelet
onizing）する方法であって、増加する半径Ｒの球を用いる、前記腔の浸食と、前記浸食を利用しての、前記境界からの前記腔の内側の点の距離の決定と、それぞれの半径Ｒごとに、半径１の球を用いて、前記浸食された腔を広げるこ
とと、スケルトンを形成するための、前記広げることによって前記浸食された腔から
取り去られた点の蓄積と、を含むこと、を特徴とするスケルトン化方法。
【請求項５４】球Ｒによる浸食は、半径Ｒ−１の球を用いての浸食の結果
の、半径１の球を用いた浸食を含むこと、を特徴とする請求項５３に記載のスケ
ルトン化方法。
【請求項５５】経路立案の方法であって、腔と境界を表すデータセットの提供と、少なくとも開始点と終了点とを含む前記データセット内の複数の点の提供と、前記腔の内部の様々な点の通過に関連付けられたペナルティに応じた、前記開
始点及び前記終了点間の自動的な経路決定と、を含むことを特徴とする経路立案方法。
【請求項５６】前記ペナルティ関数は、前記腔の幅に応じていること、を
特徴とする請求項５５に記載の経路立案方法。
【請求項５７】前記ペナルティ関数は、前記経路の局所的な湾曲の量に応
じていること、を特徴とする請求項５６又は請求項５７に記載の経路立案方法。
【請求項５８】自動的な経路決定は、点について前記ペナルティ関数の値
を求めることを含むこと、を特徴とする請求項５５から請求項５７のいずれかに
記載の経路立案方法。
【請求項５９】前記ペナルティ関数は、前記腔の境界からの点の距離に依
存すること、を特徴とする請求項５８に記載の経路立案方法。
【請求項６０】前記ペナルティ関数は、前記境界からより遠い点に対して
より低いこと、を特徴とする請求項５９に記載の経路立案方法。
【請求項６１】前記経路決定は、比較的短い経路の決定を含むこと、を特
徴とする請求項５５から請求項６０のいずれかに記載の経路立案方法。
【請求項６２】比較的短い経路は、様々な点に関連付けられたペナルティ
値を考慮に入れた最短の経路を含むこと、を特徴とする請求項６１に記載の経路
立案方法。
【請求項６３】自動的な経路決定は、前記腔の少なくとも一部分を表すグ
ラフの生成を含み、前記経路は前記グラフに経路探索方法を適用することによっ
て決定され、前記グラフの前記一部分は前記方法によって必要であるとされると
きのみ生成されること、を特徴とする請求項６１又は請求項６２に記載の経路立
案方法。