JP2004049753A - Three-dimensional image display device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線CT(Computed Tomography)装置、磁気共鳴診断装置等により収集したマルチスライス画像情報を基に表示対象物の三次元画像を構成したものを高速に回転表示する三次元画像表示装置に関する。さらに、三次元画像において、所望の位置を選択する場合には、二次元として容易に選択できる三次元画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、医用画像は、複雑な形状の生体組織の観察には三次元画像が有効とされている。というのも、いろいろな方向から複雑な生体組織の形状などを観察できるからである。但し、患部が良く診える方向の設定、あるいは血管の走行や腫瘍の大きさ、拡がりの程度がわかるような方向の設定が重要である。それには医師がパソコン上に表示された三次元画像を思うが侭に診る方向を変えられることが大切である。
【0003】
その三次元画像の操作の難しさは、二次元画像の操作に比較できないものがある。例えば、二次元操作では、CRT等の画像の表示部に写った人体部位(生態組織の顔又は臓器等)を、例えばマウスにより平面上をかなり自由に、方向を変えて簡単に観察することができる。しかし、三次元空間となると、所望の位置を見たい場合には、その顔の向きを思うが侭に変えることは容易でない。これは二次元画像のようにX,Y座標軸の操作に加え、奥行きとしてのZ座標軸との整合をとらねばならないからである。このX,Y,Z軸の整合性を正確にとるのは極めて困難で人間の直感とうまく結びつかないため、その操作に時間が掛かる。このように見たい向きに、例えば顔を変えるような操作では、全て、これまではX,Y,Z軸の座標をキーボードから入力し、方向を細かく調整しており、これには熟練と大変な手間を要していた。それでも、なかなか思うが侭の向きにできないことが多いものであった。また、マウスなどを使ってX,Y,Z軸を個別に動かし、方向を調整する方法もあるが、パソコンに不慣れな医師にとってはかなりの負担になっていた。
【0004】
その三次元画像の操作の難しさであるが、図8(C)に示すように、▲1▼まず、X,Yの2軸は簡単に正しく決められる(S21参照)が、Z軸は簡単には思うように位置指定ができず、試行錯誤の繰り返しとならざるを得ず(S22参照)、操作者の負担は大きい。▲2▼具体的には、そのZ軸を決めてから、目視にて位置確認をし(S23参照)、その都度クリックしてこれを通常何回か繰り返し、ようやくZ軸が決定されて、見たい所定位置にほぼ決定される(S24参照)。このように多大の労力をかけた割には、精度がでないという状況である。
【0005】
このように操作する,従来公知の三次元医用画像装置を説明する。該三次元医用画像装置としてのX線CT装置や磁気共鳴診断装置等においては、図8(A)及び(B)に示すように、人体部位(生態組織の顔又は臓器等)等の表示対象物sに対して、収集したマルチスライス画像情報(連続断層像)aを基にして、ボクセル(Volume Element)法により三次元画像を構成するボクセルデータ構造bを構成する。該ボクセルデータ構造bを医師等の操作者が任意の方向から見たいという要求のもと、三次元表示のボクセルデータ構造bを回転表示するとき、図8(B)に示す,各々のボクセルc自身をアフィン変換処理dし、各ボクセルcの回転後の位置を求め、この操作(前述したように面倒で根気のいる操作)後にメモリバッファeに各ボクセルcを配置していた。
【0006】
しかし、この方法ではボクセルデータ構造bのボクセルc数と同じ分だけのメモリバッファeと膨大な回転処理時間を要しているものであった。この構造を簡単に説明すると、例えば、顔の位置を変える操作のためには、そのX,Y,Z軸の整合性を調節して膨大なボクセルデータ構造bをアフィン変換処理dにて、何度も調整して顔の角度,位置等を変えることで、CRT等の画像の表示部から見て適正又は適正に近い顔の位置を確認できるものであった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、従来においては表示対象とするボクセルデータ構造b自身を回転表示するためボクセルc数と同じ分だけのメモリバッファeと膨大な回転処理時間を要していた。さらに、三次元画像において、所望の位置を選択する場合には、相当の技術を要するものであり、熟練を要したものであった。このため、パソコンに不慣れな医師にでも、簡単に、CRT等の画像の表示部に写った人体部位(生態組織の顔又は臓器等)を、例えばマウスにより平面上をかなり自由に、方向を変えて観察することができるようにすることが緊急課題であった。このため、本発明は、このような課題を解決すること、すなわち、容量の比較的小型のパソコンでもボクセルデータ構造を高速に処理でき、且つ不慣れな医師であっても、所望の位置を見るのに、二次元画像の操作と同様に簡単にできることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意,研究を重ねた結果、本発明を、回転対象のボクセルデータ構造を固定しておき、ボクセルデータ構造について投影表示するビュー平面自身を回転させ、表示対象とするボクセルデータサイズに依存しないメモリバッファと回転処理時間を実現し、且つ二次元画像の操作と同様に簡単にできる三次元画像表示装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
具体的には、本発明は、スライス画像情報を入力するマルチスライス画像入力部と、前記スライス画像情報を基に表示対象物の三次元画像を生成して記憶するボクセルデータ構造生成部と、該ボクセルデータ構造生成部に記憶されたボクセルデータ構造に対して任意方向より三次元画像を表示するためにビュー平面を回転させるビュー平面回転処理部と、前記ビュー平面より三次元画像内の表示対象物をスキャンニングする表示対象物スキャンニング処理部と、スキャンニングされた表示対象を表示する表示部とからなる三次元画像表示装置としたことにより、回転対象のボクセルデータ構造を固定しておき、ボクセルデータについて投影表示するビュー平面自身を回転させることで、回転処理時間を大幅に短縮することができると共に、三次元画像において、所望の位置を選択する場合には、二次元として簡単に選択することができるものである。
【0010】
さらに、本発明では、前記ボクセルデータ構造に対する軌道球を作成し、該軌道球の外接円を回転移動するようにしたビュー平面とし、ビュー平面上の移動は画面上移動手段による三次元画像表示装置としたことにより、三次元画像において、所望の位置を選択する場合には、二次元として選択することができ、簡単に操作しやすくできるものである。
【0011】
【作用】
本発明の作用を説明すると、まず、マルチスライス画像情報を入力し、ボクセルデータ構造に変換する。その後、表示対象物に対して見たい部位に対して、アフィン変換することなく、表示部上から、ビュー平面回転手段によりビュー平面を回転させて、その見たい部位を決定させ、表示対象物スキャンニングにより表示対象物をビュー平面から見える二次元画像に変換し、表示部に表示対象物を表示することにより三次元画像を高速に回転表示させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明すると、図1は本発明のシステム図である。本発明の三次元画像表示装置は、スライス画像情報(連続断層像)aを入力するマルチスライス画像入力部Aと、前記スライス画像情報aを基に表示対象物sの三次元画像を生成して記憶するボクセルデータ構造生成部Bと、任意方向より三次元画像を表示するためにビュー平面10を回転させるビュー平面回転処理部Cと、前記ビュー平面10より三次元画像内の表示対象物sをスキャンニングする表示対象物スキャンニング処理部Dと、スキャンニングされた表示対象を表示する表示部Eとからなり、中央処理装置(CPU又はMPU)にて制御されている。
【0013】
三次元画像表示装置のマルチスライス画像入力部Aは、X線CT装置や磁気共鳴診断装置等から出力される被検体のマルチスライス画像情報(連続断層像)a[図8(A)参照]を入力するものである。前記ボクセルデータ構造生成部Bは、前記スライス画像情報aを基にしてボクセル法により三次元画像を構成するボクセルデータ構造bを生成するボクセルデータ構造生成手段1と、ボクセルデータ構造記憶手段2とから構成されている。特に、前記ボクセルデータ構造bは三次元画像から成るため、その容量に見合うCPUが要求される。前述したマルチスライス画像入力部Aとボクセルデータ構造生成部Bとは公知技術である。
【0014】
前記ビュー平面回転処理部Cは、ビュー平面10と、画面上移動手段11と、ビュー平面回転手段12とから構成されている。図3乃至図5に示すように、前記ビュー平面10は、前記ボクセルデータ構造b(立方体状)の8頂点に外接する球を軌道球Gとし、装置画面出力に一致させた平面を指すものである。具体的には、マルチスライス画像情報a[図7(A)参照]が積層されたボクセルデータ構造bは、立方体又は直方体状をなしており、この対角線4本の頂点の8箇所に外接する真球を軌道球Gとする。該軌道球Gに前記ビュー平面10がちょうど接するようにして、該ビュー平面10の回転が実現されるものである。前記画面上移動手段11は、基本的にはマウスであるが、ペン表示又は手動の指も包含される。
【0015】
この発明の特徴である前記ビュー平面回転処理部Cは、前記ボクセルデータ構造bを従来のようにアフィン変換処理dにてその構造全体を回転させることなく、静止状態下において、前記ボクセルデータ構造bの軌道球Gに外接するビュー平面10を回転させる構成である。該ビュー平面10はCRT等の表示部E内に備えられており、該表示部E内のビュー平面10を、画面上移動手段11にて移動させると、ビュー平面10自身が回転移動してボクセルデータ構造bの見たい位置を表示部Eに投影表示するものである。このとき、従来は回転する構成であった,ボクセルデータ構造bは、本発明では固定状態とされているものである。このような構成によって、本発明に使用されるコンピュータは容量が比較的小型でも可能となる。
【0016】
前記ビュー平面10は前述したように表示部E内に備えられているが、ビュー平面10は、外接する軌道球Gを回転するため、作用状態を判りやすくするため、回転(移動)前の状態のビュー平面10を回転前ビュー平面10aとし、回転後の状態のビュー平面10を回転後ビュー平面10bとする。これによって、ビュー平面10の下位概念として、回転前ビュー平面10aと回転後ビュー平面10bとが存在する。このように、回転前ビュー平面10aから回転後ビュー平面10bに回転させるために、ビュー平面10を軌道球Gに外接したまま適宜回転させるためにビュー平面回転手段12が設けられている。
【0017】
また、図3に示すように、回転前ビュー平面10a上において、操作者が画面上移動手段11にて移動を行おうとすると、まず、該画面上移動手段11の開始点O1 は軌道球Gの中心点Oaから法線方向にある。すなわち、該開始点O1 における方向ベクトルが軌道球Gの中心点Oaを向くように構成されている。前記開始点O1 と中心点Oaとを結ぶ直線を基本軸P1 とする。そして、画面上移動手段11にて移動させると、その移動先点O2 と軌道球Gの中心Oaとで作る直線を移動先軸P2 とする。該移動先軸P2 と基本軸P1 とで移動(回転)すべき立体角θが決定され、この回転角度となるように演算処理して、ビュー平面回転処理部Cを介して回転後ビュー平面10bを生成するものである。
【0018】
特に、この発明の本質的な内容について、さらに、図4を用いて詳述する。そのポイントは、表示部E上の二次平面をマウス等で移動することで、前記表示部Eに内装されたビュー平面10が、前記軌道球Gに接触したまま適宜回転し、該軌道球G内に固定されている三次元としての前記ボクセルデータ構造bの所望位置を見れることになる構造である。まず、現在、軌道球Gの中心点Oaに対して、回転前ビュー平面10aの原点(開始点O1 )が方向ベクトルとして法線方向を向いている。すなわち、ビュー平面10は軌道球Gの中心点Oaからの法線上の面として構成されている。その軸を基本軸P1 とする。その回転前ビュー平面10aで、且つ軌道球Gに接触している点を、軌道球G上の点として、O1 (x,y,z)とする。そして、回転前ビュー平面10a上を、マウス等の画面上移動手段11を介して移動させる。すると、その移動先点O2 は、回転前ビュー平面10a上で、(X,Y,Z)となる。その移動先点O2 (X,Y,Z)と、前記軌道球Gの中心Oaとを結ぶ線が、移動先軸P2 となる。該移動先軸P2 と前記基本軸P1 とによって、移動すべき立体角θは決定され、固定値となる。
【0019】
さらに、構成部材を例え話として簡単に説明すると、まず、発泡スチロール板としたビュー平面10と、同じく発泡スチロール板とした軌道球Gとする。このとき、そのビュー平面10も軌道球Gも透明又は半透明状の材質を有しているとさらに好ましい。このような軌道球Gにビュー平面10を外接させ、その接点の一点O1 とし、この点O1 の上から基本軸P1 なる第1串を刺し、次に、ビュー平面10上の移動先点O2 箇所から移動先軸P2 なる第2串を刺すと、何れも方向ベクトルが軌道球Gの中心Oaをなすことから、その第1串と第2串とで決定される∠O1 OaO2 なる立体角θが固定値となるものである。
【0020】
そして、前記立体角θを、YZ面上の回転角θ1 [図5(A)]、XZ面上の回転角θ2 [図5(B)],XY面上の回転角θ3 [図5(C)]として、これらの面に対してそれぞれ回転させ、且つ半径Rなる一定値の軌道球Gとすると、次の場合に、任意の移動先点(X0 ,Y0 ,Z0 )点箇所が、前記軌道球Gの中心Oa(原点)に対して法線方向を向く位置となる。すなわち、確認操作(クリック等)した後は、回転後ビュー平面10bにおける移動先点O2 (X,Y,Z)点が軌道球G上の原点となり、前記回転後ビュー平面10bは軌道球G上の原点からの法線上に存在することとなる。
【0021】
本発明で特に重要なことは、立体角θの範囲内で回転する場合、回転前ビュー平面10a上において任意に選択した移動先点O2 (X,Y,Z)と、回転後ビュー平面10bの軌道球G上の点O2 ’(X,Y,Z)とは位置として異なるものであるが、ビュー平面10における如何なる法線の方向ベクトルは軌道球Gの中心Oa(原点)を向くように構成したので、回転前ビュー平面10a上において、その移動先点O2 (X,Y,Z)は、表示部Eから見た操作者にとって、軌道球G上のO2 ’を見たものと同じにできるものである。つまり、二次平面上の操作が、軌道球Gなる三次元操作ができるというものである。さらに詳述すると、移動先点O2 (X,Y,Z)は演算計算上の点であって、操作者にとって見える点は実質的に、軌道球G上の点O2 ’(X,Y,Z)となることが最大ポイントである。
【0022】
さらに、前記ビュー平面回転処理部Cについて、若干の数式等を使って詳細に説明する。まず、ボクセルデータ構造bの軌道球Gについてビュー平面10を設けた状態を三次元空間とした初期状態した[図3(A)実線及び図4実線参照]。この初期状態を図4において、イ方向から見た図をY−Z面図,ロ方向から見た図をX−Z面図,ハ方向から見た図をX−Y面図とする。このとき、初期画面生成時はビュー平面10の移動後のXYZ座標値を以下のように決める。
但し、ビュー平面(i,j)=(Xc −N/2+i,Yc +M/2+j,Zc −R)とし、0≦i≦N ,0≦J≦Mとする。
【0023】
そして、前記移動先軸P1 の回転後の回転角θ1 ,θ2 ,θ3 を求める。これには、前述で求めたθ1 ,θ2 ,θ3 で、全てのビュー平面10の三次元座標値を座標変換する。この座標変換機構は、x,y,zはそれぞれの変換処理前のXYZ座標値、X,Y,Zはそれぞれの変換処理後の座標値とする。すると、
X1 =x ,Y1 =yCos θ1 −zSin θ1 , Z1 =ySin θ1 +Z1Cosθ1 となり、
X2 =X1Cosθ2 −Z1Sinθ2 ,Y2 =Y1 , Z2 =X1Sinθ2 +Z1Cosθ2 となる。
さらに、X=X2Cosθ3 −Y2Sinθ3 Y=X2Cosθ3 −Y2Sinθ3 , Z=Z3 となる。
【0024】
回転処理後のアドレス変換機構としては、X,Y,Zは座標変換機構で求めた各ビュー平面10の座標(i,j)の三次元空間座標値は、ビュー平面10の座標(i,j)の値自身は変わらない。また、ビュー平面10の構造としては、配列(ボクセル)番号がビュー平面10上の座標値になり、各配列内にはそのボクセルの三次元空間上の座標値が格納されている。
例えば、マウスドラッグ例として、α,β系の座標値なるビュー平面座標値(2,4)から(4,2)にマウスが移動するとする。α,β系の座標値とX,Y,Z系の座標値は一致しないものである。また、マウスで指定するα−β座標の座標値およびマウス移動後の座標値はアドレス変換機構によりX,Y,Z座標空間上のアドレスに自動的に変換されるものである。
【0025】
前記表示対象物スキャンニング処理部Dは、図6に示すように、回転後ビュー平面10bにおいて、各ボクセルより回転後ビュー平面10bに垂直な直線、すなわち表示対象物走査線20と前記ボクセルデータ構造bの表示対象物sとの交点を求める。また、ボクセルデータ構造bの外にでるまでスキャンニングする。このとき前記各ボクセルからでる前記表示対象物走査線20がボクセルデータ構造bの表示対象物sと交わらないときはスキャンニングをおこなわないように構成されている。
【0026】
本発明の作用を図2に示すフローチャートに基づいて説明する。まず、マルチスライス画像情報aを入力し(S1参照)、ボクセルデータ構造bを生成し(S2参照)、該ボクセルデータ構造bを完成する(S3参照)。そして、ボクセルデータ構造bにおける表示対象物sに対して所望の位置(見たい位置)を選択し開始する(S4参照)。表示部Eにおける回転前ビュー平面10aの所望の位置に画面上移動手段11にて移動する(S5参照)。その位置を確認の上、確認操作(クリック等)をする(S6参照)。その直後に所定演算処理により、回転前ビュー平面10aをビュー平面回転手段12により回転させ、回転後ビュー平面10bとして移動後の位置決定する(S7参照)。そして、表示対象物スキャンニングして、表示対象物sをビュー平面10から見える二次元画像に変換し(S8参照)、表示部Eに表示対象物sを表示する(S9参照)。実際には、位置確認(S6)から表示部Eへの表示(S9)まではコンピュータ処理にて瞬時に行われる。すなわち、三次元画像の所望位置への変換を高速に回転表示できる。
【0027】
また、以上詳述した本発明によれば、対象ボクセルデータのX,Y,Z軸方向サイズをNと固定し、回転時間計算量を漸近的評価としてのO記法で表すと、対象となるボクセルデータ自身をアフィン変換する方法はO(N3 )となる。ところが、本発明において、ボクセルデータの各軸方向のボクセルサイズに大きな差がある場合でも、最悪ボクセルデータの対角線を2乗したボクセルサイズでよいので次式((3N2)1/2)2 =3N2 が成り立つのでO(N2)となる。
【0028】
上述した理論値が正しいことを立証するために、図を参照して説明する。図7のグラフは本発明による装置と従来装置の回転処理時間を比較するための対数グラフを示し、横軸はボクセルデータ構造の一辺のボクセル数Nであり、縦軸は回転処理時間Tを示す。対象データとして立方体構造かつ総ボクセル数1千から2700万まで1千ボクセル数間隔で用意し、前記ボクセルデータに対して本発明の実施例装置の回転処理時間と従来装置の回転処理時間を計算したところ、本発明の実施例装置における回転処理時間の折れ線グラフ30と、従来の装置における回転処理時間の折れ線グラフ31を得た。上述の説明により、本発明は表示対象とするボクセルデータサイズに依存しないメモリバッファと回転処理時間を実現する高速三次元画像表示装置を提供することができる。
【0029 】
【発明の効果】
本発明においては、比較的大容量の回転対象のボクセルデータ構造bを固定しておき、ボクセルデータ構造bを投影表示するビュー平面10自身を回転させることで、CPUの容量を比較的小型化してもボクセルデータ構造を高速処理することができる利点がある。さらに、三次元画像において、所望の位置を選択する場合には、それなりの熟練度が必要とされたが、本発明では、その三次元画像をビュー平面10上の二次元画像として把握することができるため、所望の位置を選択する場合に大幅に簡単にできる利点がある。これによって、不慣れな医師であっても、所望の位置を見るのに、二次元画像の操作と同様に極めて簡単にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の全体を示すシステムのブロック図
【図2】本発明のフローチャート
【図3】(A)は本発明の要部を示す斜視図
(B)は(A)のQ1 −Q1 矢視断面図
(C)は(A)のQ2 −Q2 矢視断面図
【図4】本発明の要部なるビュー平面回転処理部の動作状態を示す斜視図
【図5】(A)は図4をイ方向から見たY−Z面図
(B)は図4をロ方向から見たX−Z面図
(C)は図4をハ方向から見たX−Y面図
【図6】本発明における表示対象物スキャンニング部の動作状態を示す状態図
【図7】本発明の実施例装置における回転処理時間と従来装置の回転処理時間違いを示す対数グラフ
【図8】(A)は従来技術のマルチスライス画像情報よりボクセル構造を生成する簡略図
(B)は従来技術のボクセルデータ回転処理の工程図
(C)は従来の操作状態のフローチャート
【符号の説明】
A…マルチスライス画像入力部
B…ボクセルデータ構造生成部
C…ビュー平面回転処理部
D…表示対象物スキャンニング処理部
E…表示部
G…軌道球
10…ビュー平面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a three-dimensional image display device that rotates and displays a three-dimensional image of a display object based on multi-slice image information collected by an X-ray CT (Computed Tomography) device, a magnetic resonance diagnostic device, or the like at a high speed. About. Further, the present invention relates to a three-dimensional image display device which allows a user to easily select a desired position in a three-dimensional image as a two-dimensional image.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a medical image, a three-dimensional image is effective for observing a biological tissue having a complicated shape. This is because it is possible to observe complicated shapes of living tissues from various directions. However, it is important to set a direction in which the affected part can be examined well or a direction in which the traveling of blood vessels and the size and extent of the tumor can be understood. To do so, it is important for the doctor to be able to change the direction in which he looks at the three-dimensional image displayed on the personal computer.
[0003]
Some of the difficulties in operating three-dimensional images cannot be compared with those in operating two-dimensional images. For example, in a two-dimensional operation, it is possible to easily observe a human body part (e.g., a face or an organ of an ecological tissue) shown on a display unit of an image such as a CRT by changing its direction on a plane with a mouse, for example, with great freedom. it can. However, in a three-dimensional space, when it is desired to see a desired position, it is not easy to change the face direction as it is. This is because, like a two-dimensional image, in addition to the operation of the X and Y coordinate axes, it is necessary to match the depth with the Z coordinate axis. It is extremely difficult to accurately match the X, Y, and Z axes, and it is not well connected to human intuition, so that the operation takes time. In the operation of changing the face in the desired direction, for example, the coordinates of the X, Y, and Z axes have been input from the keyboard and the direction has been finely adjusted so far. It took a lot of trouble. Still, I often thought I couldn't turn it around. There is also a method of individually moving the X, Y, and Z axes using a mouse or the like to adjust the direction, but this has been a considerable burden on doctors unfamiliar with personal computers.
[0004]
Although it is difficult to operate the three-dimensional image, as shown in FIG. 8C, (1) first, two axes of X and Y can be easily and correctly determined (see S21), but the Z axis can be easily determined. In this case, the position cannot be specified as desired, and it must be repeated by trial and error (see S22), and the burden on the operator is large. {Circle around (2)} Specifically, after the Z-axis is determined, the position is visually checked (see S23), and each time it is clicked, this is repeated several times usually, and finally the Z-axis is determined. It is almost determined at the desired predetermined position (see S24). In spite of such a great effort, the accuracy is not high.
[0005]
A conventionally known three-dimensional medical imaging apparatus that operates as described above will be described. In an X-ray CT apparatus, a magnetic resonance diagnostic apparatus, or the like as the three-dimensional medical image apparatus, as shown in FIGS. 8A and 8B, a display object such as a human body part (a face or an organ of an ecological tissue) or the like is displayed. Based on the collected multi-slice image information (continuous tomographic image) a, the object s forms a voxel data structure b that forms a three-dimensional image by a voxel (Volume Element) method. When an operator such as a doctor wants to view the voxel data structure b from an arbitrary direction and rotates and displays the three-dimensional display voxel data structure b, each voxel c shown in FIG. It performs affine transformation processing d on itself, finds the position of each voxel c after rotation, and places this voxel c in the memory buffer e after this operation (the cumbersome and persistent operation as described above).
[0006]
However, this method requires the same number of memory buffers e as the number of voxels c of the voxel data structure b and an enormous amount of rotation processing time. To briefly explain this structure, for example, in order to change the position of the face, the consistency of the X, Y, and Z axes is adjusted to convert a huge voxel data structure b into an affine transformation d. By adjusting the degree and changing the angle, position, and the like of the face, it is possible to confirm the position of the face, which is appropriate or nearly appropriate when viewed from the display unit of the image such as the CRT.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, in order to rotate and display the voxel data structure b itself to be displayed, a memory buffer e of the same number as the number of voxels c and an enormous amount of rotation processing time are conventionally required. Furthermore, selecting a desired position in a three-dimensional image requires considerable skill and skill. For this reason, even a doctor unfamiliar with a personal computer can easily change the direction of a human body part (face or organ of an ecological tissue) shown on the display part of an image such as a CRT on a plane with a mouse, for example, quite freely. It was an urgent task to be able to observe them. Therefore, the present invention solves such a problem, that is, a voxel data structure can be processed at a high speed even with a relatively small-capacity personal computer, and even an inexperienced doctor can see a desired position. Another object of the present invention is to make the operation as simple as the operation of a two-dimensional image.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has made intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the present invention fixes the voxel data structure to be rotated, rotates the view plane itself for projecting and displaying the voxel data structure, and displays the voxel data structure. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional image display device which realizes a memory buffer and a rotation processing time independent of a target voxel data size and can be operated as easily as a two-dimensional image.
[0009]
Specifically, the present invention provides a multi-slice image input unit that inputs slice image information, a voxel data structure generation unit that generates and stores a three-dimensional image of a display target based on the slice image information, A view plane rotation processing unit for rotating a view plane to display a three-dimensional image from an arbitrary direction with respect to the voxel data structure stored in the voxel data structure generation unit, and a display object in the three-dimensional image from the view plane By using a three-dimensional image display device including a display object scanning processing unit that scans the object and a display unit that displays the scanned display object, the voxel data structure of the rotation object is fixed, and the voxel By rotating the view plane that projects and displays the data, the rotation processing time can be significantly reduced, and In the original image, when selecting a desired position is one that can be easily selected as a two-dimensional.
[0010]
Further, in the present invention, a trajectory sphere for the voxel data structure is created, and a circumcircle of the trajectory sphere is set as a view plane which is rotated, and the movement on the view plane is performed by a three-dimensional image display device by a screen moving means. Accordingly, when a desired position is selected in a three-dimensional image, the position can be selected as two-dimensional, and the operation can be easily performed.
[0011]
[Action]
The operation of the present invention will be described. First, multi-slice image information is input and converted into a voxel data structure. Thereafter, the view plane is rotated by the view plane rotation means from the display unit without performing affine transformation on the part to be viewed with respect to the display object, and the part to be viewed is determined, and the display object scan is performed. By converting the display object into a two-dimensional image that can be viewed from the view plane by the smoothing, and displaying the display object on the display unit, the three-dimensional image can be rotated and displayed at high speed.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of the present invention. The three-dimensional image display device of the present invention generates a three-dimensional image of a display object s based on the multi-slice image input unit A for inputting slice image information (continuous tomographic images) a and the slice image information a. A voxel data structure generation unit B to store, a view plane rotation processing unit C that rotates the
[0013]
The multi-slice image input unit A of the three-dimensional image display device outputs multi-slice image information (continuous tomographic image) a of the subject (continuous tomographic image) a (see FIG. 8A) output from an X-ray CT device, a magnetic resonance diagnostic device, or the like. What you enter. The voxel data structure generation unit B includes a voxel data structure generation unit 1 that generates a voxel data structure b that forms a three-dimensional image by a voxel method based on the slice image information a, and a voxel data
[0014]
The view plane rotation processing unit C includes a
[0015]
The view plane rotation processing section C, which is a feature of the present invention, performs the voxel data structure b in a stationary state without rotating the entire voxel data structure b by the affine transformation processing d as in the prior art. The configuration is such that the
[0016]
Although the
[0017]
Further, as shown in FIG. 3, on the
[0018]
In particular, the essential contents of the present invention will be further described in detail with reference to FIG. The point is that by moving the secondary plane on the display unit E with a mouse or the like, the
[0019]
Further, if the constituent members are simply described as an example, first, a
[0020]
Then, the solid angle θ is changed to a rotation angle θ 1 on the YZ plane (FIG. 5A), a rotation angle θ 2 on the XZ plane [FIG. 5B], and a rotation angle θ 3 on the XY plane [FIG. 5 (C)], assuming that the orbital sphere G is rotated with respect to these planes and has a constant value of a radius R, an arbitrary destination point (X 0 , Y 0 , Z 0 ) in the following case The point location is a position facing the normal direction to the center Oa (origin) of the orbital sphere G. That is, after the confirmation operation (such as clicking), the destination point O 2 (X, Y, Z) on the
[0021]
What is particularly important in the present invention is that when rotating within the range of the solid angle θ, the destination point O 2 (X, Y, Z) arbitrarily selected on the
[0022]
Further, the view plane rotation processing unit C will be described in detail using some mathematical expressions and the like. First, the state in which the
Here, the view plane (i, j) = ( Xc− N / 2 + i, Yc + M / 2 + j, Zc− R), and 0 ≦ i ≦ N and 0 ≦ J ≦ M.
[0023]
Then, the rotation angles θ 1 , θ 2 , θ 3 after the rotation of the movement destination axis P 1 are obtained. For this, the three-dimensional coordinate values of all the view planes 10 are coordinate-transformed by θ 1 , θ 2 , and θ 3 obtained above. In this coordinate conversion mechanism, x, y, and z are XYZ coordinate values before each conversion processing, and X, Y, and Z are coordinate values after each conversion processing. Then
X 1 = x, Y 1 = yCos θ 1 -zSin θ 1, Z 1 = ySin θ 1 + Z 1 Cosθ 1 , and the
X 2 = X 1 Cosθ 2 -Z 1
Furthermore, the X = X 2 Cosθ 3 -Y 2 Sinθ 3 Y =
[0024]
As the address conversion mechanism after the rotation processing, X, Y, and Z are the three-dimensional space coordinate values of the coordinates (i, j) of each
For example, as an example of mouse dragging, it is assumed that the mouse moves from view plane coordinate values (2, 4), which are coordinate values of α and β systems, to (4, 2). The coordinate values of the α, β system and the coordinate values of the X, Y, Z system do not match. The coordinate values of the α-β coordinates specified by the mouse and the coordinate values after the mouse is moved are automatically converted into addresses in the X, Y, Z coordinate space by the address conversion mechanism.
[0025]
As shown in FIG. 6, the display object scanning processing unit D includes, in the rotated
[0026]
The operation of the present invention will be described based on the flowchart shown in FIG. First, multi-slice image information a is input (see S1), a voxel data structure b is generated (see S2), and the voxel data structure b is completed (see S3). Then, a desired position (a desired position) for the display object s in the voxel data structure b is selected and started (see S4). The display unit E moves to a desired position on the
[0027]
Further, according to the present invention described in detail above, when the X, Y, and Z axis sizes of the target voxel data are fixed to N and the rotation time calculation amount is represented by O-notation as an asymptotic evaluation, the target voxel data is obtained. The method of affine transformation of the data itself is O (N 3 ). However, in the present invention, even when there is a large difference in the voxel size in each axis direction of the voxel data, the voxel size obtained by squaring the diagonal line of the worst voxel data is sufficient, so the following equation ((3N 2 ) 1/2 ) 2 = Since 3N 2 holds, the result is O (N 2 ).
[0028]
To prove that the above theoretical values are correct, a description will be given with reference to the drawings. The graph of FIG. 7 shows a logarithmic graph for comparing the rotation processing time between the apparatus according to the present invention and the conventional apparatus, wherein the horizontal axis represents the number N of voxels on one side of the voxel data structure, and the vertical axis represents the rotation processing time T. . The object data was prepared with a cubic structure and a total number of voxels of 1,000 to 27,000,000 at intervals of 1,000 voxels, and the rotation processing time of the apparatus according to the embodiment of the present invention and the rotation processing time of the conventional apparatus were calculated for the voxel data. However, a
[0029]
【The invention's effect】
In the present invention, a relatively large-capacity voxel data structure b to be rotated is fixed, and the
[Brief description of the drawings]
Figure 1 is a flowchart of the block diagram of the system showing the overall invention the present invention; FIG 3 (A) is a perspective view showing a main part (B) of the present invention to Q 1 (A) - Q 1 arrow sectional view (C) is a perspective view showing an operating state of the view plane rotation processing unit comprising a main portion of Q 2 -Q 2 cross-sectional view taken along [4] the present invention Figure 5 of (a) ( A) is a YZ plane view of FIG. 4 viewed from direction A. FIG. 4B is an XZ plane view of FIG. 4 viewed from direction B. FIG. 4C is an XY plane view of FIG. 4 viewed from direction C. FIG. 6 is a state diagram showing an operation state of a display object scanning unit according to the present invention; FIG. (A) is a simplified diagram of generating a voxel structure from multi-slice image information of the prior art. (B) is a process of voxel data rotation processing of the prior art. (C) is a flow chart DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS conventional operating conditions
A multi-slice image input unit B voxel data structure generation unit C view plane rotation processing unit D display object scanning processing unit E display unit
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002214464A JP2004049753A (en) | 2002-07-23 | 2002-07-23 | Three-dimensional image display device |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8270697B2 (en) | 2006-03-09 | 2012-09-18 | Imagnosis Inc. | Medical 3-dimensional image display control program and medical 3-dimensional image display method |
US9791528B2 (en) | 2012-11-14 | 2017-10-17 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Magnetic resonance imaging system and magnetic resonance imaging method |
-
2002
- 2002-07-23 JP JP2002214464A patent/JP2004049753A/en active Pending
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