JP2007503857A - 多次元データ集合において予め決定可能な領域を表す方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、多次元データ集合（２）において予め決定可能な領域（３）を表すための方法及び装置に関する。前記データ集合（２）は、特に、検査されるべき対象物の三次元又は四次元画像データから構成されている。前記画像データは、対象物の一つ又は幾つかの受信要素によって生成され、特に少なくとも１つの二次元断面（Ｓ）が前記予め決定可能な領域（３）を通って位置決めされると共に表示される。断面（Ｓ）は、ベクトル（４）によって多次元データ集合（２）内に配置される少なくとも一つのベクトル平面及び／又はポインター平面（Ｅ１，Ｅ２）によって規定される。前記ベクトル又はポインターは、多次元データ集合（２）内及び／又は特に多次元データ集合（２）の二次元断面平面（Ｓ１，Ｓ２）上における、少なくとも一つのベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）及び、ベクトル及び／又はポインター（４）の操作によって固定される。好ましくは、ベクトル（４）は、予め決定可能な方向と長さを有する方向ベクトル（即ち、アロー）であり、予め決定可能な領域（３）に沿って延びる。

Description

本発明は、請求項１の導入部分に記載した通りの、多次元データ集合において予め決定可能な領域を表すための方法、及び請求項８の導入部分に記載した、このような方法を実施するための装置に関するものである。

この種の方法及び装置は、例えば、ＷＯ９８／２０３６０又はＰＣＴ／ＥＰ０３／０１１９２から知られている。この場合、多次元データ集合は、例えば、人の心臓又は肝臓、半導体表面、又はパッケージの溶着継ぎ目のような多次元対象物を画像化するために生成される。このような多次元データ集合は、例えば、Ｘ線画像、超音波画像、又は核スピン断層撮影のような適切な記録プロセスによって対象物を記録することによって生成される。例えば、三次元画像データ集合を生成するため、適切な画像によって生成された一次元又は二次元画像データの再構成及び組み立てを実行する。超音波画像の場合には、超音波記録装置によって、画像サブドメインとして知られる二次元超音波画像が記録され、三次元画像データにおいて整然と配列されて、二次元画像サブドメインは、ボリュームデータ集合の（ボクセルとして知られる）個々の三次元画像データキューブについて、正確な方位の画像データの相対的な配列を提供する。

二次元記録プロセスによって生成されたこのような画像サブドメインは、一般に一行毎の走査オペレーションに対応し、この走査オペレーションでは、例えば、Ｘ線装置又は超音波送信機が移動する記録方向に沿って一行毎に対象物を記録する。記録装置で生成された画像サブドメインはデジタル的に又はビデオ出力を介して再処理装置に転送されるか又はデータ処理システムに転送される。ここで、二次元画像は蓄積されるか、又は例えば、表示装置上に対象物の三次元表示を得るため、対象物の個々の層又はスライスを互いに積み重ねるか又は順次上下に整列させることによって直接的に再処理される。

対象物が動きのある物体であると、対応する二次元画像サブドメインには関連する時間データが提供される。その結果、各画像サブドメインは対象物の動きの特定の状態に割り当てることができる。この時間データによって、対応する時間データを有する三次元画像データ集合を生成できる。これは、四次元データ集合として知られている。三次元の動きのある物体（例えば、人間の心臓）は、時系列でずらされた時間データを有する三次元画像データを表示することによって、データ処理装置のスクリーン上で動いているように（例えば、四次元で）表示される。

三次元又は四次元画像データ集合は処理されると直ぐに、例えば、データ処理装置のスクリーン上に表示される。しかしながら、全ての可能性において、このような画像の観察者は対象物の関心のある領域、例えば、心臓の弁、プリント配線基板上の半導体構成要素のはんだ箇所、又はパッケージの接合箇所のような関心のある領域をより密接に観察することを望む。この場合、観察者は、一般に三次元データ集合を通る二次元断面平面の選択によって予め決定可能な領域を通る種々の断面平面を作成して予め決定可能な領域を解析し、望ましい断面表示が得られるまで、これらを連続的に操作することが知られている。
ＷＯ９８／２０３６０

しかしながら、通常の断面二次元平面による多次元データ集合を通っての「ナビゲーション」は時間がかかる欠点がある。何故なら、多次元データ集合、例えば、ボリュームを通る通常の二次元断面平面が対応する望ましい外観を提供するまで、上記の平面を繰り返し操作によって調整する必要があるためである。例えば、関心のある適切な部分、即ち、予め決定可能な領域を「明確に切り出す」ため、そして、その部分を可視化するため、（操作の）複数の段階が必要となるので、医療データの場合におけるこのような手続は、しばしば非常に時間がかかり且つ複雑となる。

従って、本発明の目的は、多次元データ集合内で関心のある部分又は予め決定可能な領域をより迅速にかつ簡単に見出して表すことのできる、予め決定可能な領域を表す方法及び装置を示すことにある。

本発明は、独立請求項１及び８の特徴によって上記の目的を達成するものであり、本発明の有利な実施形態及び実施例が従属項において請求されると共に特徴付けられている。

多次元データ集合において、予め決定可能な領域を表すための本発明による方法は、従来の方法で多次元画像データを用い、この多次元画像データは、特に検査すべき対象物の三次元又は四次元画像データからなる。これら画像データは、対象物の任意の画像によって、例えば、Ｘ線画像、超音波画像、光学的及び他の電磁気的画像によって生成できる。この多次元データ集合が生成された後、やはり従来の方法により、特に予め決定可能な領域を通る二次元断面を形成し表示することによって対象物の関心がある箇所が表される。

しかしながら、前述の欠点を避けるため、断面は多次元データ集合を通して直接的に形成されないが、多次元データ集合に横たわる少なくとも１つのベクトル平面によって規定される。この場合、少なくとも１つのベクトル平面はベクトルによって固定され、このベクトルは、多次元データ集合内又は多次元データ集合を通る二次元断面平面上に固定される。

二次元断面平面が多次元データ集合を通って、例えば、予め決定可能な領域の近傍に形成されると共に、二次元断面平面における関心のある箇所が認識されると、ベクトル（以下、参照を容易にするため「ポインター」と呼ぶ）を予め決定可能な領域内のこの関心のある箇所に固定することができる。その結果、少なくとも１つのベクトル平面（以下、参照を容易にするため「ポインター平面」と呼ぶ）が、例えば、ベクトル又はポインターの基部又は頂部に規定され、そして、ベクトル平面又はポインター平面がグラフィック表示され、ユーザが求める方向、位置、及び方位で、予め決定可能な領域内における関心のある箇所、即ち決定可能な領域自体を正確に示す。このポインターは「ナビゲーションツール」として働く。

好ましくは、ポインターは、予め決定可能な領域に架かる指定可能な方位又は指定可能な長さにより多次元データ集合に適合された方向ベクトルである。例えば、二次元断面平面がプリント配線基板上の半導体素子のはんだ箇所を通って形成され、観察者が、二次元断面平面上に見えるはんだ欠陥を、例えば、断面平面に直交しない平面において観察したい場合、観察者はポインターによって、断面平面上で認識できる箇所をマークすると共に、ポインターの方向、長さ及び方位を操作して、二次元断面平面上にポインターを事実上「直観的に」置く。これにより、ポインターによって固定されたポインター平面が、観察者の観察したい断面を正確に生成するようになる

好ましくは、ポインターはまずポインターの方位及び長さを決定することによって二次元断面平面上に固定され、第２の断面平面に直交して投影することによって、第２の断面平面上に写像されて、方向、方位、及び長さの操作によって同様に変化させることができる。好ましくは、この場合、ポインターは二つ又は三つ又はそれ以上の断面平面において同時に示され、その結果、選択された断面平面の内の１つにおけるポインターの変化は、他の断面平面上にも現れる。

任意数の断面平面を、多次元データ集合を通って設定することができ、ポインターが全ての断面平面において投影として示される。しかしながら、従来の方法と比較して、関心のある領域（視覚角度）を通る望ましい断面の促進を達成するため、実際には本発明の好ましい実施形態のように、１つ又は２つの断面平面においてのみポインターを示し、その平面でポインターを操作すれば十分である。

ポインターを操作することによって、ポインターによって規定されたポインター平面が同時に操作される。例えば、少なくとも１つのポインター平面がポインターの始点又は終点によって固定されており、ポインターは好ましくはポインター平面に直交して置かれる。本発明の特定の実施形態によれば、第１のポインター平面が始点によって固定され、第１のポインター平面に平行な第２のポインター平面がポインターの終点によって固定される。その結果、ポインターは両方のポインター平面に対して直交する。

ポインターの長さを操作すると、この場合、ポインター平面間の距離が変化する。ポインターの方位を操作すると、対応するポインター平面がポインターの中心点、即ち回転中心の回りに、多次元空間において回転する。ポインターの方向を操作すると、多次元空間における「視覚方向」が変化する。即ち、第１のポインター平面が第２のポインター平面となり、第２のポインター平面が第１のポインター平面となる。

本発明のさらに有益な実施形態によれば、ポインターの方向はポインターの始点から終点に方向付けられる。「ナビゲーションアロー」として働くこのポインターは、始点と終点との間に位置し、それぞれがポインターに直交する無数のポインター平面を規定できる。予め決定可能な領域の又は多次元画像データ集合内の関心のある箇所の表示は、連続的にポインターの始点から終点に変位されるポインター平面によって規定される断面の（二次元的）表示によって行われる。

本発明のさらに有益な実施形態によれば、多次元データ集合は、対応する多次元画像データ領域を消す（ブランク）ことによって一ポインター平面又は複数のポインター平面においてカットされ、その結果、対応するポインター平面の一方側又は他方側又はポインター平面間に存在する画像データのみが多次元的に表示されることになる。例えば、ポインターによって規定された二つのポインター平面が用いられると、例えば、三次元画像データ集合が、ポインターとは反対側のポインター平面の側部で「カット（切断）」される。観察者は減少した画像データをポインター平面の両側から観察できる。そして、ポインターの長さに応じて、対象物の異なる「厚さ」のデータ集合領域を観察できる。

多次元データ集合において予め決定可能な領域を表す本発明による装置は、予め決定可能な領域を通って、特に少なくとも１つの二次元断面を生成するコンピュータ手段と、その断面を表示する対応する表示手段とを備えており、その断面は多次元データ集合内に横たわる少なくとも１つのポインター平面によって規定されている。既に説明したように、この少なくとも１つのポインター平面は、多次元データ集合において又は特に多次元データ集合を通る二次元断面平面上において、操作手段によって操作・固定されるポインターによって固定される。

好ましくは、ポインター自体は多次元データ集合の表示上又は二次元断面平面の表示上に同時に表示され、操作手段によって、方向、長さ、又は方位が変化させられる。例えば、対象物の三次元画像データ集合を通る二次元断面平面が表示されている間に、ポインターを二次元断面において関心のある箇所に当て、ポインターを操作して、ポインター平面、例えば、ポインターの基部又はポインターの頂部で規定される断面の指定された箇所において、指定された方向と方位で観察者がポインターを観察できるようにすることができる。

この場合、第１の断面平面上で操作する間、ポインターは第２の断面平面上に同時に表示され、そして、対応する操作がそこで同期して表示されることが有利である。好ましくは、ポインターは第２の断面平面上で又はさらに別の断面平面上において操作することができる。

本発明のさらに有益な実施形態によれば、ポインターはデータ集合の多次元表示において画像化され、そこで操作することができる。例えば、三次元対象物が三次元で表される場合、ポインターも、当技術分野で知られた、ポインターのベクトルデータ集合（オープンＧＬ）を三次元データ集合（三次元データを有する二次元表示）と重畳することによってこの三次元画像上で表示できると共に操作できる。

本発明による好ましい実施形態を図面によってさらに詳細に説明する。図１は、例えば、人間の心臓のような対象物の三次元表示を示し、ここでは、図１に示されるデータ集合２は、例えば、多数の二次元超音波画像によって生成され、これは、従来の再構成技術によって、三次元画像データ集合（ボクセルデータ集合）を生成する。このボリューム１は個々の画像データキューブ（ボクセル）の対応する階調データ（gray-value data）によって生成され、これらは階調データとして図１に示されている。更に、図１は、より詳細に調べるべき予め決定可能な領域３を示している。

図２は、図１による三次元画像データ集合２を通る二つの断面Ｓ１及びＳ２を示しており、これらは必ずしも互いに直交している必要はない。図３は、二次元ベクトル又はポインター４を概略的に示し、二次元ベクトル又はポインター４は指定された長さ、方位、及び方向を有しており、始点５から終点６に向いている。二つのベクトル平面（ポインター平面）Ｅ１及びＥ２がポインター４上に直交的に配置され、第１のポインター平面Ｅ１は始点５でポインター４に接触し、一方、第２のポインター平面Ｅ２は終点６でポインター４に接触している。

図４ａ及び４ｂは図２による断面Ｓ１（図４ａ）及び断面Ｓ２（図４ｂ）を示す。予め決定可能な領域３が断面Ｓ１及びＳ２の上端側に示され、観察者はこの予め決定された領域をより厳密に調査又は観察したいものと仮定する。この場合、観察者は予め決定可能な領域３を所定の方向で観察することを望み、それによって、図３に概略的に示されたポインター４が予め決定可能な領域３に対応して第１の断面Ｓ１に配置される。ポインター４の長さ及び方位を変化させると、自動的に第１及び第２のポインター平面Ｅ１及びＥ２が変化する。図４ａにおいて、これらポインター平面はポインター４に直交し、かつ第１の平面Ｓ１に直交して延びている。

図４ａに示された二次元ベクトル又はポインター４は垂直投影によって第２の断面Ｓ２上に複写される。第２の断面平面Ｓ２上にポインター４を複写することにより、ポインター４の位置を三次元空間において任意に変化させることができ、その結果、ポインター４の始点５又は終点６の変化によって、ポインター平面Ｅ１又はＥ２を自動的に固定することができる。図４ｂに示された線分は、ポインター平面Ｅ１及びＥ２についての第２の断面Ｓ２の投影断面線を表し、明らかに、第２の断面Ｓ２においてまずポインター４を固定し、そして、断面Ｓ１上にポインター４を投影することも可能である。この場合、断面Ｓ１及びＳ２は必ずしも互いに直交している必要はない。

図５、図６、及び図７は観察者が選択した関心のある断面Ｓを示す。観察者が、例えば、ポインター４の方向において予め決定可能な領域３を観察することを望む場合、ポインター平面Ｅ１を断面Ｓとして選択し、ポインター４に沿って関心のある予め決定可能な領域を観察することができる。図５において、ポインター平面Ｅ１に接触する始点５が示されており、ポインター平面Ｅ１が断面Ｓの「表面」であるように示されている。

観察者が予め決定可能な領域３をポインター４とは反対の方向に観察したいとすると、図６に示される第２のポインター平面Ｅ２を断面Ｓとして用いる。この場合、図６は、ポインター平面Ｅ２、即ち、三次元データ集合２を通って正確な方位及び位置で作られた断面を示す。

図７は、三次元データ集合２を備える三次元ボリューム１の全体的な図を示し、三次元データ集合２は、ポインター平面Ｅ１とポインター平面Ｅ２との間にのみ表される。この場合、ポインター平面Ｅ１及びＥ２は、ボリューム１の表面に平行であるものとして図７に示されているが、ポインター平面は、ボリューム１内において任意の方位で横たわることができる。この場合、ポインター平面Ｅ１及びＥ２は、各々ポインター４の始点５及び終点６によって固定され、三次元データ集合２を通る対応する断面平面を規定する。従って、ポインター平面Ｅ１又はＥ２の各側面から観察することができる。

本発明の特定の実施形態によれば、図７に示すように、ポインター４を三次元データ集合２内において直接的に操作することができる。例えば、三次元データ集合２の観察者が正確な設定を得るまで、データ処理装置のスクリーン上におけるポインターの始点５及び／又は終点６の位置、長さ、方向、及び／又は方位を「マウスでドラッグ」することによって変化させることができる。これ続いて又はさらにそれに平行して、観察者は、別の画面又は同一の画面の別の箇所で、第１のポインター平面Ｅ１及び／又は第２のポインター平面Ｅ２、又は別のポインター平面によって規定される断面Ｓを観察することができる。そして、この別のポインター平面は、例えば、ポインター４の中心又は任意の他の箇所を通るように設定される。

この種の方法又は装置は、特に、Ｘ線画像又は超音波画像によって三次元的に表示される（病気の）人間の器官の関心のある領域を迅速に表示するのに最適である。医者は、ポインターを直観的に動かすことにより直ちにポインター平面を規定することができ、これにより、医者は、予め決定可能な領域３における器官の望ましいビューを得ることができる。

（二次元で示された）超音波画像によって生成された人間の器官（例えば、心臓）の三次元データ集合を示す図である。 二つの断面Ｓ１及びＳ２によって図１によるデータ集合を示す図である。 ポインター平面を有する本発明によるベクトル又はポインターを概略的に示す図である。 図２による断面Ｓ１及びＳ２におけるベクトル平面（ポインター平面）を有するベクトル又はポインターの配列を示す図である。 第１のポインター平面の平面図である。 第２のポインター平面の平面図である。 ポインター及びポインター平面を有する画像データ集合（ボリューム）を示す（二次元で示された）三次元図である。

符号の説明

１ ボリューム
２ データ集合
３ 予め決定可能な領域
４ ポインター
５ 始点
６ 終点

Claims (11)

1. 多次元データ集合（２）において予め決定可能な領域（３）を表すための方法であって、前記データ集合（２）は、特に、検査されるべき対象物の三次元又は四次元画像データからなり、前記画像データは対象物の一以上の画像によって生成され、特に少なくとも１つの二次元断面（Ｓ）が前記予め決定可能な領域（３）を通って形成されて表示される方法において、
   前記断面（Ｓ）が前記多次元データ集合（２）内に横たわる少なくとも一つのベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）で規定され、
   前記少なくとも１つのベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）がベクトル（４）によって固定され、
   前記ベクトル（４）が前記多次元データ集合（２）内及び／又は特に多次元データ集合（２）を通る二次元断面平面（Ｓ１，Ｓ２）上に固定されていることを特徴とする予め決定可能な領域を表す方法。
2. 前記ベクトル又はベクトル（４）が、指定可能な方位及び／又は予め決定可能な領域（３）での指定可能な長さにより多次元データ集合（２）に適合された方向ベクトルであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記ベクトル（４）が方位及び長さを指定することによって第１の二次元断面平面（Ｓ１）上に固定され、
   このように固定された前記ベクトルが、好ましくは前記第１の断面平面（Ｓ１）と平行でない第２の断面平面（Ｓ２）上に写像され、その上において任意的に修正されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 少なくとも１つのベクトル平面又はベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）が前記ベクトル（４）の始点（５）及び／又は終点（６）によって固定され、前記ベクトル（４）は前記ベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）に直交して置かれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
5. 第１のベクトル平面（Ｅ１）が前記始点（５）によって固定され、前記第１のベクトル平面（Ｅ１）に平行な第２のベクトル平面（Ｅ２）が前記ベクトル（４）の終点（６）によって固定され、
   前記ベクトル（４）は両ベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）に直交して置かれていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記ベクトル（４）の方向が前記始点（５）から前記終点（６）に方向付けられており、
   前記断面（Ｓ）は前記ベクトル（４）に直交して置かれたベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）によって規定され、
   前記予め決定可能な領域（３）の表示が、前記始点（５）から前記終点（６）に連続して前記ベクトル平面を変位させることによって前記断面（Ｓ）によって行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記多次元データ集合（２）は、対応する画像データのブランキングによってベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）においてカットされ、前記ベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）間に存在している画像データのみが多次元的に示されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の方法。
8. 多次元データ集合（２）において予め決定可能な領域（３）を表すための装置であって、前記データ集合（２）は、特に、検査されるべき対象物の三次元又は四次元画像データからなり、前記画像データは対象物の一以上の画像によって生成され、前記予め決定可能な領域（３）を通る少なくとも１つの二次元断面（Ｓ）を特に生成するコンピュータ手段と、前記断面（Ｓ）を表示する表示手段とを有する装置において、
   前記断面（Ｓ）が前記多次元データ集合（２）内に横たわる少なくとも一つのベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）で規定され、
   前記少なくとも１つのベクトル平面（Ｅ１，Ｅ２）がベクトル（４）によって固定され、
   前記ベクトル（４）が、前記多次元データ集合（２）内及び／又は特に多次元データ集合（２）を通る二次元断面平面（Ｓ１，Ｓ２）上において、操作手段によって操作されるとともに固定されることを特徴とする予め決定可能な領域を表すための装置。
9. 前記ベクトル（４）は、前記多次元データ集合（２）及び／又は二次元断面平面（Ｓ１，Ｓ２）に同期してディスプレー上に表示され、前記ベクトル（４）の方向及び／又は長さ及び／又は方位が前記操作手段によって変化されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 第１の断面平面（Ｓ１）上における前記ベクトル（４）の操作の間、前記ベクトル（４）の画像が第２の断面平面（Ｓ２）上に表されて、その平面上で任意的に操作されることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記ベクトル（４）が前記多次元データ集合内において多次元的に操作されると共に写像されることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の装置。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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