JP2004529715A - 多次元データ・セットの分析 - Google Patents

Abstract

多次元データ・セットは、多次元の幾何学的空間における各位置にデータ値を割り当てる。この多次元データ・セットからは、例えばボリューム・レンダリングあるいはサーフェース・レンダリングなどの手法によりビジュアリゼーションが行われる。このビジュアリゼーション結果は、ディスプレイ上に再生されるが、ここでさらにこのディスプレイ上において見落とされた部分が検出され表示される。例えば、検出された見落とし部分をについて、異なる視点及び／又は視野などから新たな表示がなされる。

Description

【０００１】
多次元データ・セットは、多次元の幾何学的空間における各位置にデータ値を割り当てる。このような多次元データ・セットは、密度データ、減衰値、あるいはフロー・データなどからなる。例えば水文学上データあるいは気象データに関する場合、データ・セットはフロー・データ、あるいは地震密度もしくは医学的診断密度データなどからなる。この医学的診断データ値は、例えば磁気共鳴映像法あるいはＸ線コンピュータ断層撮影法などにより取得することが可能である。この種の医学的診断データ値は、例えば検査対象の患者の検査部分の解剖学的分析における空間的密度あるいは減衰値を表す。
【０００２】
本発明は、複数のデータ要素からなる多次元データ・セットを分析する方法に関し、ここで
−この多次元データ・セットは、多次元空間における位置にデータ値を割り当て、
−この多次元データ・セットのビジュアリゼーションが実施され、
−この多次元データ・セットのビジュアリゼーション結果が再生される。
【０００３】
上記の方法は、国際出願ＷＯ９７／１４３５２にて開示される。
【０００４】
この周知の方法に応じてＸ線コンピュータ断層撮影法を実施した場合、検査対象の患者の腹部にわたって縦軸を横切る断面に沿って複数の断面像が形成される。続いてこれらの断面像に基づいて検査対象の患者の腸管の３次元モデルが再構築される。このような３次元モデルは、多次元データ・セットとして３次元データ・セットから構成される。この周知の方法においては、結腸内部のシミュレーションという形で３次元データ・セットのビジュアリゼーション（可視化）が行われる。ここから、結腸内視術において見ることができる思われる結腸の壁の画像がモニタ画面に表示される。この結腸（壁）内部のシミュレーションのレンダリングは、結腸内部においてポリープなど解剖上の異常が存在するかを判断するために用いられる。それにもかかわらず実際には解剖上の異常が見落とされることもしばしばある。
【０００５】
本発明の目的は、多次元データ・セットを分析する方法においてビジュアリゼーションの一部が見落とされるリスクを低くすることである。
【０００６】
この目的は、本発明において多次元データ・セットのビジュアリゼーションで見落とされ再生されなかった部分を検出することによって実現される。
【０００７】
多次元データ・セットのビジュアリゼーションは、この多次元データ・セットに含まれる画像情報をモニタ画面上などに２次元で再生するためにこの多次元データ・セットに対して実施される数多くの動作に関する。この点から特に好適な操作としては、サーフェース・レンダリング、ボリューム・レンダリング、アイソサーフェース・レンダリングなどがある。このようなビジュアリゼーション動作は、さまざまな幾何学構成において実施されることが可能である。直交的（orthogonal）ボリューム・レンダリングは、多次元データ・セットにより表される構造をさまざまな角度から観察することを可能にし、オブジェクトの周りを回転するかのような観察も実現可能である。透視的（perspective）ボリューム・レンダリングは、多次元データ・セットによって表されるオブジェクトの構造を内部から見ているかのような観察を可能にする。さらに、観察者が後ろあるいは横から多次元データ・セットによって表されるオブジェクトの構造の先を見ながら進んでいくかのようなビジュアリゼーションも可能である。また、あまり複雑でないものについては、ビジュアリゼーションのデータが多次元データ・セット自身と一致してもよい。例えば２次元データ・セットの場合そのデータ・セット自身が適正なデータフォーマットで画像として再現されることができる。本発明はさらに以前に多次元データ・セットから得られたビジュアリゼーション結果に適用されることも可能である。
【０００８】
なお、個々のビジュアリゼーションにはそれぞれバーチャル視点が与えられる。多次元データ・セットにおける画像情報は、所定の視点から観察者がオブジェクトを見たときのビジュアリゼーションに応じて再生される。一般的に観察者は実際にこの視点から観察するのではないため、この視点はバーチャル視点と呼ばれる。例えばこのバーチャル視点は、多次元データ・セットにより表される構造の内部に位置されるよう設定されることが可能である。実際にはこのバーチャル視点に対応するこの構造内の位置に視点を置くことは不可能である。
【０００９】
さらに、通常はビジュアリゼーションのレンダリングにはバーチャル視野が与えられる。このバーチャル視野は、所定の視点から再生されたビジュアリゼーション部分に相当する。このバーチャル視野は、多次元データ・セットによって表される構造において所定のバーチャル視点から所定の視野でレンダリングを行ったときに観察者あるいはカメラから見られる部分である。
【００１０】
また、ビジュアリゼーションで見落とされ、表示されない部分を検出かつ表示することで、ユーザーはこのビジュアリゼーションによる検査の完全性を知ることができる。よって本発明は、多次元データ・セットによって表される構造が検査されたか、そしてこれがどの程度検査されたかを確認できるようにする。これによりユーザーは、他のビジュアリゼーションあるいは他の視点及び／又は視野を選択し、より完全な検査を行うことができる。本発明は、特に腸管検査に適用することで効果が発揮される。この場合例えば磁気共鳴映像法や、Ｘ線コンピュータ断層撮影法、超音波診断法などにより腹部のデータ値が得られる。続いて検査対象の患者の結腸のビジュアリゼーションが行われる。ここにおいて何も対策がとられなかった場合、結腸内壁などは構造が不規則であるため結腸の内壁の一部がレンダリングにより表されないリスクが高い。本発明によると、このような見落とし部分が検出され、さらに好適にはこれが表示される。結腸壁におけるポリープやその他の異常は腸管の折り曲がりの後ろなどに隠れていてバーチャル視野から外れている場合がある。このような隠れたポリープは、違う方向での視点及び／又は視野を選択することによって検知されることが可能である。例えば、ビジュアリゼーションの間にカメラは検査対象の患者の結腸内を進んでいくかのように移動する。このようにして腸管の壁はいくつもの視点から再生されることが可能であり、バーチャル結腸内視術が実現される。すなわちこのビジュアリゼーションのレンダリングは結腸内に導入された内視鏡によって得られる画像に対応する。なお、バーチャル結腸内視術を実施することによりポリープはより確実に検出されることが可能である。これは本発明では、見落とされた部分がある場合、視野の方向を変え、後ろあるいは横に振り返って見るかのようにして腸管の折り曲がった箇所などに隠れているポリープを観察できるからである。
【００１１】
より一般的には、本発明は医療における結腸内視術だけでなく、空間的に複雑な構造、すなわち構造内部から（バーチャルに）検査される空孔や管状の構成を有する構造のあらゆるものに関する多次元データ・セットを分析するために用いられることも可能である。本発明の他の医療応用例としては例えば脈管系の内部構造の検査などがある。
【００１２】
以下、本発明の範囲における各従属項の記載に基づいて、上述の実施形態及びその他の実施形態を説明する。
【００１３】
好適には、検出された見落とし部分は、ビジュアリゼーションでの他の画像情報とは異なった形で再生され表示される。このようなレンダリングによってより多くの見落とし部分を再生できるように新たなレンダリングを実施することが容易になる。見落とし部分の表示は、ビジュアリゼーションあるいは多次元データ・セットにおける見落とし部分にアトリビュート（注釈）を付与し、このアトリビュートに基づいてレンダリングを行うことにより容易に実現される。例えば、このようなアトリビュートに基づいて、該アトリビュートを有するビジュアリゼーションあるいは多次元データ・セットにおける部分は例えば他の周辺部分とは違う色で再生されることができる。また、別個に見落とし部分の調査図を作成することも可能である。このような調査図は、多次元データ・セットにおけるどの部分が更なる検査を要するかを明示する。
【００１４】
本発明の一実施例によると、見落とし部分は、量的に検出され、表示される。例えば、多次元データ・セット及び／又はビジュアリゼーションは複数のデータ要素から構成されることができる。このようなデータ要素は、多次元空間における位置情報及びそれに対応するデータ値を含む。３次元データ・セットを例にとると、このデータ要素はボクセル（voxel）に相当する。これに対して２次元データ・セットにおけるデータ要素はピクセルから構成される。
【００１５】
見落とし部分はさまざまな方法によって検出されることが可能である。例えばバーチャル視野の範囲内に位置するデータ要素はレイキャスティング（ray casting）アルゴリズムを用いて判定することが可能である。ここでは各バーチャル視点からバーチャル視野に光線がプロットされ、この光線に当たったデータ要素が確定される。また別の方法では、多角形（好適には三角形）のネットワークを用いてビジュアリゼーションにおける表面の近似化を行う。ここではビジュアリゼーションにおける表面上の多角形の数がレンダリングにおける多角形の数と比較される。また、再生されたビジュアリゼーション表面の寸法の比較法として、例えば等価面（アイソサーフェース）から再生された表面の寸法を用いることも可能である。再生された表面の寸法とビジュアリゼーションにおける表面の寸法との比較により、どれだけの部分が見落とされたかが適切にそして量的に示される。さらに好適には、再生された表面とビジュアリゼーションにおける表面全体との比は、どれだけの部分が見落とされたかを示す適切な計測値である。
【００１６】
本発明はさらに多次元データ・セットを分析するためのデータ・プロセッサに関する。本発明によるデータ・プロセッサは、請求項９に記載される。本発明による方法を用いる多次元データ・セットの分析は、本発明によるデータ・プロセッサによって容易に実現される。本発明によるデータ・プロセッサは好適にはコンピュータ断層撮影システムや、磁気共鳴画像診断システム、医療診断ワークステーションのコンピュータなど医療診断システムのコンピュータ内に含まれる。本発明はさらに多次元データ・セットを分析するためのインストラクションを含むコンピュータ・プログラムに関する。本発明によるコンピュータ・プログラムは、請求項１０に記載される。このコンピュータ・プログラムは例えばデータ・プロセッサのワーキング・メモリにロードされ、これによってデータ・プロセッサは本発明による方法を実行することが可能になる。このコンピュータ・プログラムはＣＤ−ＲＯＭなどのデータ・キャリアに格納され、このデータ・キャリアからワーキング・メモリにロードされる。また、このコンピュータ・プログラムをワールドワイドウェブなどのネットワークからワーキング・メモリにダウンロードすることも可能である。
【００１７】
以下、上述の実施形態及びその他の実施形態を、実施例を用いて、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明によるデータ・プロセッサを含む医療診断システムを示す。より具体的には、同図は磁気共鳴画像診断システム１０を示し、ここでは例えば検査対象の患者の多次元データ・セットとして３次元密度データのセットが再構築される。この３次元密度データ・セットは、勾配磁場に基づいて空間的に符号化された磁気共鳴信号から再構築される。この３次元密度データは、プロセッサ１１に印加され、このデータ・プロセッサ１１は、３次元密度データ・セットに対するビジュアリゼーションとして例えばサーフェース・レンダリングなどを行う。またこのデータ・プロセッサ１１は、このビジュアリゼーション結果に対して、所定の視点及び視野からのレンダリングを行い、この所定の視点及び視野に対応するレンダリング結果を表す電子ビデオ信号を取得する。そしてこの電子ビデオ信号がデータ・プロセッサ１１からモニタ１２に印加されることによりこのレンダリング結果はモニタ１２上に再現される。例えば３次元密度データのセットは、検査対象の患者の腹部に関するデータであり、ビジュアリゼーションでは、検査対象の患者の結腸の内壁に対するサーフェース・レンダリングが実施される。実践においては、多くの場合連続する視点及び視野のそれぞれに沿って同一ビジュアリゼーション・データの連続レンダリングが実施される。これによってモニタ１２上に表示される画像は、内視鏡を用いて結腸内視術を実際に行った場合に得られる画像に非常に近似することとなる。
【００１９】
図２は、本発明による方法を腸管視術において適用した例を示す。具体的には同図は、結腸の内壁を示す。この結腸の内壁は、腹部の３次元密度データのセット全体１のビジュアリゼーション２を形成する。図２はさらに連続する位置４１，４２，４３にあるバーチャル視点およびこれらにそれぞれ対応する視野５１，５２，５３を示す。図２で明らかにされるように、視点４１，４２からの視野５１，５２ではバーチャル視野の方向に対して後ろに折れ曲がった結腸の部分３がレンダリングにおいて見落とされてしまう。このレンダリングにおいて見落とされた部分３は、例えば違う色で示される。この見落とし部分は後に視野５３を有する新たな視点４３から再生される。この視野５３は、この直前に用いられた視野５１，５２とは反対の方向に広がる。この見落とし部分は、このように振り返って見るかのような形で再生される。このようにして後ろ方向に伸びる結腸の折れ曲がり部分に位置するポリープ３１が逃されずに再生される。
【００２０】
図３は、腸管視術において検出された見落とし部分のレンダリングを一般調査図という形で利用する例を示す。図３に示される複数の見落とし部分３のうち１つは既に図２において説明されているが、これらの見落とし部分３は検査対象の患者の腸管調査図において異なる色、明度あるいはコントラストで再生される。図３は、領域７において見落とし部分が多発していることを明示し、領域７において新たな視点及び視野を用いたレンダリングで新たな検査を行うべきだということを示唆する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるデータ・プロセッサを有する医療診断システムを示す図である。
【図２】本発明による方法を腸管視術において適用した例を示す図である。
【図３】腸管視術において検出された見落とし部分のレンダリングを一般調査図という形で利用する例を示す図である。

Claims (10)

1. 複数のデータ要素からなり多次元空間における各位置にデータ値を割り当てる多次元データ・セットを分析する方法であって、
   前記多次元データ・セットのビジュアリゼーションを行い、
   前記多次元データ・セットのビジュアリゼーション結果を再生し、
   前記多次元データ・セットの前記ビジュアリゼーション結果で再生されなかった部分を見落とし部分として検出する工程を含むことを特徴とする方法。
2. 前記検出された見落とし部分について、前記ビジュアリゼーションを新たにレンダリングする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記ビジュアリゼーションは、前記多次元データ・セットにおける表面を表すことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記ビジュアリゼーション結果は、前記多次元空間内におけるバーチャル視野を有するバーチャル視点から再生されることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記ビジュアリゼーションの見落とし部分を再生する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 前記見落とし部分は、前記ビジュアリゼーション全体と前記ビジュアリゼーションのレンダリングとの比較に基づいて検出されることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 前記見落とし部分は、前記ビジュアリゼーションの表面と再生された表面との比較に基づいて検出されることを特徴とする請求項３記載の方法。
8. 検出された前記見落とし部分に注釈を与え、前記見落とし部分を前記注釈と共に再生する工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 複数のデータ要素からなり多次元空間における各位置にデータ値を割り当てる多次元データ・セットを分析するためのデータ・プロセッサであって、
   前記多次元データ・セットのビジュアリゼーションを行い、
   前記多次元データ・セットのビジュアリゼーション結果を再生し、
   前記多次元データ・セットの前記ビジュアリゼーション結果で再生されなかった部分を見落とし部分として検出することを特徴とするデータ・プロセッサ。
10. 多次元データ・セットのビジュアリゼーションを行い、
    前記多次元データ・セットのビジュアリゼーション結果を再生し、
    前記多次元データ・セットの前記ビジュアリゼーション結果で再生されなかった部分を見落とし部分として検出するためのインストラクションを含むことを特徴とするコンピュータ・プログラム。