JP2007523402A - 内部個別要素を用いるメッシュモデル - Google Patents

Abstract

画像処理システムは、表面個別の要素（Ｔ_Ｊ）及び内部個別の要素（ＴＨ_Ｊ）を有する非構造化変形可能メッシュモデルを用いて、注目すべき対象物のセグメント化の画像データ処理手段を有し、表面個別の要素のサイズの局所的変化に従って、内部個別の要素のサイズを自動的且つ動的に適合させることにより非構造化変形可能メッシュモデルを改善する手段を更に有する。このシステムは、内部個別の要素に割り当てられる最適なサイズを評価するように表面個別の要素に関するサイズ情報（Ｌ_Ｊ）を取得するための、及び、改善処理中に新たな内部個別の要素が生成される間に、表面個別の要素から内部個別の要素にこのサイズ情報を伝えるための画像データ処理手段を更に有する一方、新たな内部個別の要素（ＴＨ_Ｊ）は、内部個別の要素の内部の新しい頂点の挿入による改善処理中に与えられる。

Description

本発明は、注目すべき対象物に可変メッシュモデルをマッピングする操作を有する二次元画像又は三次元画像において、注目すべき対象物のセグメント化のために画像データ処理手段を有する画像処理システムに関する。本発明は、異常又は病状を研究又は検出するために、体の組織又は体の流体流のような対象物のセグメント化のために、処理システムにより処理される医療用二次元又は三次元画像を生成するための医療用検査装置に更に関する。本発明は、医療用撮像方法、そのプログラムプロダクト及び装置又はシステムの分野における特定のアプリケーションに適する。

三次元において、四面体メッシュ、即ち、四面体を有するボリュームメッシュは、血管系中の血液流のような三次元対象物における物理量をモデル化するために主に用いられる。メッシュ要素の形状の適合度は、それが計算の正確度及び安定度に非常に影響するため、重要である。理想的な要素の形状は、等辺の面及び同じ辺の長さを有する規則的な四面体である。

四面体メッシュは三角形を構成する表面メッシュにより形成される。三角形メッシュは３Ｄの対象物の表面を表す一方、その四面体メッシュは同じ３Ｄの対象物内のボリュームを表す。それら両方のタイプのメッシュは同じ表面三角測量を共有する。

四面体メッシュの生成は、主に、所謂、ドロネー四面体測量方法に基づいている。そのドロネー方法は、例えば、“Ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｄｅｌａｕｎａｙ ｂａｓｅｄ ｍｅｓｈ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｎｓ”と題され、Ｈ．Ｂｏｒｏｕｃｈａｋｉ，Ｆ．Ｈｅｃｈｔ，Ｅ．Ｓａｌｔｅｌｏｙｏｂｉ Ｐ．Ｌ．Ｇｅｏｒｇｅ著の１９９５年８月２３日に出版された文献（ＩＮＲＩＡ，Ｄｏｍａｉｎｅ ｄｅ Ｒｏｃｑｕｅｎｃｏｕｒｔ，ＢＰ １０５，７８１５３ Ｌｅ Ｃｈｅｓｎａｙ Ｃｅｄｅｘ ＦＲＡＮＣＥ，ＥＵＲＯＰＥ）において開示されている。

この方法に従って、四面体要素が、改善される必要がある四面体内図において、ドロネー基準による新たな頂点を追加的に挿入することにより与えられる。その方法は三角形から成るメッシュ表面から始まり、表面メッシュの頂点を有する一般的な頂点を有する四面体を用いて、粗いボリュームメッシュを更に生成する。次いで、このボリュームメッシュは、最適な要素サイズが得られるまで、ドロネー方法を用いて追加的に改善される。

その問題点は、最適な形状及びサイズを実際に示す要素の規定の仕方である。高速で且つ単純過ぎる方法は、ボリュームメッシュの各々の四面体要素に同じサイズを与えるようになる。しかしながら、この方法は、表面の三角形メッシュの局所的なサイズ変化を考慮していないため、非常に限定的であり、そのことは形の悪いボリューム要素をもたらす。
Ｈ．Ｂｏｒｏｕｃｈａｋｉ，Ｆ．Ｈｅｃｈｔ，Ｅ．Ｓａｌｔｅｌｏｙｏｂｉ Ｐ．Ｌ．Ｇｅｏｒｇｅ，"Ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｄｅｌａｕｎａｙ ｂａｓｅｄ ｍｅｓｈ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｎｓ"，Ａｕｇｕｓｔ ２３，１９９５，ＩＮＲＩＡ，Ｄｏｍａｉｎｅ ｄｅ Ｒｏｃｑｕｅｎｃｏｕｒｔ，ＢＰ １０５，７８１５３ Ｌｅ Ｃｈｅｓｎａｙ Ｃｅｄｅｘ ＦＲＡＮＣＥ，ＥＵＲＯＰＥ

本発明の目的は、完全自動方法を実行するために画像データ処理手段を有する画像処理システムであって、３Ｄ画像におけるボリュームメッシュモデルか又は２Ｄ画像における内部メッシュモデルかどちらかを生成することができる、画像処理システムを提供することである。このボリュームメッシュモデルは、三角形から成る表面メッシュから生成される四面体要素を有し、表面三角形の局所的なサイズの変化に従った四面体要素サイズに自動的且つ動的に適合する。内部メッシュモデルは、線分から成る輪郭メッシュから与えられる三角形要素を有し、輪郭線分のサイズの局所的変化に三角形要素を適合させる。ボリューム四面体要素及び内部三角形要素は個別内部要素と更に呼ばれる一方、表面三角形要素及び輪郭線分要素は個別表面要素と呼ばれる。

本発明の目的は、個別内部要素のメッシュ品質を評価するように画像データ処理手段を有する画像処理システムを提供することである。本発明に従って、メッシュモデルは、前記個別内部要素の内側の新たな頂点の挿入により改善される。本発明のシステムは、その処理を改善するための処理手段であって、
個別内部要素に関連付けられるように最適サイズを評価するように、個別表面要素により規定されるサイズ情報を取得するための手段、及び
改善処理中に新たな個別内部要素が与えられる間に、個別表面要素から個別内部要素にこのサイズ情報を伝えるための手段、
を有する、処理手段を有する。

本発明の目的はまた、このシステムを操作するための段階を有する画像処理方法を提供することを目的とする。本発明はまた、３Ｄ画像処理のためにこのシステムに結合された医療用診断撮像装置に関する。医療用撮像装置は、ＭＲＩ医療用検査装置、Ｘ線医療用検査装置又は何れの他の３Ｄ医療用撮像装置であることが可能である。本発明は、画像処理方法を実行するためのプログラムパッケージ又はプログラムプロダクトに更に関する。

本発明については、以下、図を参照して詳述する。

本発明は、研究される注目すべき対象物を表す医療用画像の改善に関する。注目すべき対象物は、例えば、二次元又は三次元医療用画像で表された腹部大動脈瘤（ＡＡＡ）を研究するための腹部大動脈のような血管であることが可能である。

それらの画像は、特定の患者用の血流の演算流体動的（ＣＦＤ）シミュレーション及び血流に対する血管系の短期間及び長期間反応による心臓血管疾患の研究及び検出のために用いられることが可能である。これに関連して、ＣＦＤシミュレーションは、有限要素法（ＦＥＭ）により、血管成分についての幾何学的及び機械的情報をモデル化することにある。その幾何学的情報は、三次元表面メッシュ（ボクセル分類）の形で医療用画像のセグメント化からもたらされる。ＦＥＭについて、不可欠の段階は、有限ボリューム要素を構成するボリュームメッシュにおける表面メッシュのモザイク化である。この操作はボリュームメッシュ生成と呼ばれる。

三次元においては、有限ボリューム要素は、通常、四面体タイプ及び六面体タイプと呼ばれる２つの可能なタイプを有し、それらの各々は点及びそれらの点の間の接続の集合として表される。

有限ボリューム要素が六面体タイプである場合、構造化メッシュと呼ばれるボリュームメッシュモデルのタイプは要素タイプに関連付けられる。構造化メッシュは、各々の点で点と規則的な接続（即ち、一定隣接数、例えば、常に３つの隣接要素であって、それ以上でもそれ以下でもない）の集合を有する。

本発明は、六面体形状として知られている可能な形状には関連しない。その代わり、本発明に従って、有限ボリューム要素は六面体タイプを有する。六面体タイプの場合、非構造化メッシュと呼ばれるボリュームメッシュモデルは要素タイプに関連する。各々の点の接続は規則的でない（例えば、その数を変わることが可能であり、３つ、４つ、５つ又はそれ以上の隣接要素を求めることが可能である）。

非構造化メッシュの有利点は、四面体要素が適切な正確度を有する不規則な境界に適合するようにするそれらのフレキシビリティである。非構造化メッシュの他の有利点は、メッシュ適合要求を満足するそれらの能力である。実際には、正確度と計算時間との間のトレードオフを可能にするように、メッシュが制御可能であることがしばしば要求される。この場合、要素密度は、局所的な正確度の要求に応じて変化する必要があり、この変化はスムーズである必要がある。このことはメッシュ適合化と呼ばれる。非構造化要素を用いる場合、要素サイズ及び密度の変化は、接続性は制限されないために、制御されることが可能である。四面体要素については、演算の最高の正確度が規則的な四面体により得られる。十分な正確度を保証するように、そのメッシュは、要素の幾何学的形状の品質を測定する品質基準の最適条件、例えば、最小条件を満足する必要がある。

本発明は、三次元の個別の変形可能なボリュームメッシュモデルを用いて、三次元画像に表される注目すべき対象物を自動的にセグメント化するための画像処理システムの第１実施形態に関する。セグメント化のボリュームメッシュモデルの表面Ｓは前記三次元の対象物の表面に適合され、そのモデルのボリュームメッシュＶは表面Ｓのメッシュに適合される。本発明に従って、四面体メッシュ、即ち、四面体を有するボリュームメッシュは、複数の三角形を有する表面メッシュから生成される。三角形メッシュは、注目すべき３Ｄの対象物の表面の表現である一方、四面体メッシュは、同じ３Ｄの対象物内のボリュームの表現である。両方のタイプのメッシュにおいては、同じ表面三角測量が共通である。理想的な要素形状は等辺の面及び同じ辺の長さを有する規則的な四面体である。

本発明は、二次元の個別の変形可能メッシュモデルを用いて、二次元画像で表される注目すべき対象物をセグメント化するための画像処理システムの他の実施形態に更に関する。このシステムは手段を有し、それにより、セグメント化の変形可能な２Ｄのメッシュモデルの輪郭Ｓのセグメントは、２Ｄの画像における前記対象物の境界において適合され、その輪郭の内部の三角形メッシュＶはその輪郭のセグメントのサイズに適合される。注目すべき対象物は二次元の医療用画像で表される器官の断面である。

本発明に従って、三角形メッシュ、即ち、輪郭Ｓの内部メッシュはセグメントから成る輪郭から生成される。セグメント化された輪郭メッシュは、２Ｄ画像で表される注目すべき２Ｄの対象物の表面の表現である一方、三角形メッシュから成る２Ｄ領域は同じ２Ｄの対象物の輪郭内の領域の表現である。理想的な内部の要素の形状は正三角形である。

実際には、本発明は、三次元画像又は二次元画像において同じ問題点を解決するための手段を有する。本発明は、対象物の表面のセグメント化された輪郭に対して個別の内部要素のサイズの自動的最適化のための画像データセグメントか手段を有する画像処理システムを提供する。それらの個別内部要素は、三角形で構成される３Ｄセグメント化表面に対する３Ｄ四面体か又は、セグメントで構成される２Ｄセグメントの輪郭に対する２Ｄの正三角形のどちらかである。

第１実施形態は、ボリュームメッシュモデルを用いて３Ｄ対象物をモデル化することについて表現される。図１Ａは、この第１実施形態に関する本発明のシステムの手段を表す図である。本発明に従って処理される画像は、図５Ａ乃至図５Ｃ、図６Ａ及び図６Ｂに示されている。図５Ａは三角形から成る球の表面メッシュＳを表し、図５Ｂは同じ球の内部のボリュームメッシュＶを表し、それら両方の画像は、その球の内側を見るように面Ｐに対して切り取られている。複数の三角形を構成するセグメント化表面Ｓが先ず、利用可能である。３Ｄ対象物の前記表面メッシュＳから、同じ対象物の最初のボリュームメッシュＶが生成される。最初のボリュームメッシュＶの四面体の頂点全ては表面Ｓの三角形の頂点である。それ故、四面体要素は対象物の表面に全て接続される。図５Ｂに示すように、このようなボリュームメッシュは非常に平坦な四面体要素であり、それらの四面体要素は四面体の低い形状品質をもたらし、四面体のサイズ及びボリュームにおいて大きい変化をもたらす。

図１Ａを参照するに、本発明の自動システムは、先ず、非構造化ボリュームメッシュモデルを自動的且つ動的に構成するためのデータ処理手段を有するシステムであって、
１）３Ｄセグメント化表面Ｓの個別の表面要素を生成するための演算手段１Ａであって、図５Ａに示されるように、それらの表面要素は、辺で隣接するＳにおける頂点で規定される三角形Ｔ_Ｊから構成される、演算手段１Ａ；及び
２）最初のボリューム要素Ｖを生成するための演算要素２Ａであって、それらのボリューム要素はＴＨ_Ｊで表される四面体であり、その四面体の４つの頂点はＳの頂点であり、このことは、図５Ｂに示すように、そのような四面体は非常に平坦であることが可能であることを確実にし、そのようなことが粗いと言われる理由である、演算要素２Ａ；
を有する。

自動システムはまた、最初のボリューム要素を改善するための演算手段を有し、その自動システムは：
表面要素のサイズ情報を取得するための評価手段３Ａ；
Ｓの表面要素Ｔ_Ｊに関連するサイズ情報を用いて、Ｖのボリューム要素ＴＨ_Ｊに関連付けられる最適サイズを評価するための評価手段４Ａ、５Ａ；及び
改善処理中に新しい要素ＴＨ_Ｊが生成される間に、表面ＳからボリュームＶにこのサイズ情報を伝えるための改善手段６Ａ；
を有する。

本発明に従って、ボリューム要素は、表面要素のサイズ情報を考慮して、最初のボリューム要素の内側の新しい頂点の挿入により改善される。図１Ａを参照するに、それらの改善処理手段は、好適には、次のように詳細に説明する構成要素を有する。
３）個別の要素の各々の頂点に関連する重みパラメータＬ_Ｊを規定するための処理手段。例えば、頂点Ｂの集合の各々の頂点について、個別の要素の集合を表している図３を参照するに、隣の頂点に前記頂点を接続する辺の異なる長さ、例えば、セグメントの長さＢＡ、ＢＫ、ＢＧ、ＢＦ、ＢＥ、ＢＣ、ＢＤが演算され、距離Ｌ_Ｊで表される。それ故、最適距離Ｌ_Ｊと呼ばれる重みパラメータはＢについて、及び、個別の要素の集合の他の頂点Ｊについて更に、演算される。重みパラメータは、好適には、Ｂに関連する、それ故、前記他の頂点Ｊに関連する異なる距離Ｌ_Ｊの平均値である。頂点Ｊに関連付けられる重みパラメータＬ_Ｊを演算するこの操作は、Ｖを構成する図５Ｂの粗い四面体ＴＨ_Ｊで表される最初のボリューム要素の頂点に対して３Ｄの状態で適用され、前記頂点全ては三角形Ｔ_Ｊを構成するセグメントの表面Ｓ上にある。
４）各々の四面体要素ＴＨ_Ｊに関連する最適なボリュームＶ_ｊを演算するための処理手段４Ａ。３Ｄの最初の四面体要素はそれぞれの３Ｄ表面メッシュの頂点に基づいている。３Ｄにおいて、四面体要素ＴＨ_Ｊは３Ｄ表面Ｓの４つの頂点に基づいていて、各々の頂点は、予め演算された最適な距離Ｌ_Ｊにより構成されるそれぞれの重みパラメータにより成るそれぞれの重みパラメータに関連している。前記距離Ｌ_ＪをメッシュＶの頂点に割り当てることは、表面メッシュＳおよびボリュームメッシュＶは同じ表面三角測量を共有する。規則的な四面体である最適な要素形状、即ち、最適なボリュームＶ_ｊは、要素を有する頂点の４つの最適距離ＬＪの平均に等しい辺の長さを有する規則的な四面体のボリュームである。ボリュームＶ_ｊは、次式（１ａ）で与えられる。

５）各々の最初の四面体要素の真のボリュームｖ_ＲＪを演算するための処理手段５Ａ。
６）実際のボリュームｖ_ＲＪと最適なボリュームｖ_Ｊを比較するため、従って、検討中の四面体ＴＨ_Ｊの改善を開始するための処理手段６Ａであって、ａ）実際のボリュームｖ_ＲＪが最適なボリュームｖ_Ｊより大きい場合、本発明に従って、即ち、更なる処理手段７Ａが用いて、検討中の四面体要素の改善を操作し、そうでない場合、ｂ）ボリュームＶの他の四面体にスキップされ、そして、ｃ）それ以上、改善されるべき四面体がない場合、改善することを停止する。
７）実際のボリュームｖ_ＲＪが最適なボリュームｖ_Ｊより大きい四面体において幾つかの頂点挿入の位置を選択するための処理手段７Ａ。新しい頂点を挿入するための、幾つかの可能な位置は、図２Ａで示されているような辺の一の中央、図２Ｂに示されているような面の中心、図２Ｃで示されている四面体の中心、及び図２Ｄで示されているような外接球の中心である。
８）選択された位置に依存して、新たに挿入された頂点に関連付けられる最適距離Ｌ_Ｊと呼ばれるパラメータを演算するための処理手段８Ａ。その選択位置が、その四面体の辺の一の中央（図２Ａ）にある場合、新たに挿入されるように割り当てられる最適距離は、予め演算され且つその辺の先端における２つの頂点に割り当てられた２つの最適な距離の平均であり、その四面体の面の一の中心（図２Ｂ）にある場合、新たに挿入されるように割り当てられる最適距離は、予め演算され且つその面の３つの先端に割り当てられた２つの最適な距離の平均であり、その四面体の中心（図２Ｃ）にある場合、新たに挿入されるように割り当てられる最適距離は、予め演算され且つその四面体の４つの頂点に割り当てられた４つの最適な距離の平均であり、その外接円の中心（図２Ｄ）にある場合、最適距離は四面体の４つの頂点の４つの最適距離の平均である。
９）挿入される頂点の各々の選択肢により与えられる形状を評価し、比較するように、各々の四面体の形状に基づいて、四面体の形状品質の指標ｑを演算するための指標手段９Ａ。上記の四面体において頂点を挿入する４つの可能性の間の差異を評価するように、第１の有効な基準が次式により与えられ、

ここで、ρは四面体要素の内接球の直径であり、ｈは四面体要素の最大の辺の長さである。

他の形状品質の簡単な基準ｑは次式のようであり、

ここで、ρは四面体に内接された球の直径であり、ｄは外接球の直径である。生成される最も適切でない要素の最も適切な品質を与える挿入の位置は維持される。
１０）選択された位置における新たな頂点の挿入によりメッシュを改善するための処理手段。四面体を改善することはそのボリュームの内側の最適なサイズの情報を伝えることを可能にし、最初の四面体を置き換えるための幾つかの小さい四面体を生成する。四面体を生成している間にまた、ドロネー妥当性基準が適用される。

ドロネー妥当性基準については、下で説明する。外接球、即ち、四面体の４つの点により規定される球が他のメッシュの点を有しない場合及びその場合に限り、四面体は、所謂“妥当なドロネー”と呼ばれる。拡大解釈すれば、全てのメッシュが妥当なドロネーである場合及びその場合にのみ、メッシュは妥当なドロネーである。この基準については、２Ｄ画像に関連して、図３Ｂ及び３Ｃにより示されている。新しい頂点Ｏが三角形ＡＣＤに挿入されている。しかしながら、この新しい頂点は、三角形ＡＢＣの外接円Φ１及び三角形ＣＤＥの外接円Φ３の内側にある。それ故、線分ＡＣ及びＣＤは削除され、新たな線分ＯＡ、ＯＢ、ＯＣ、ＯＤ、ＯＥが形成される。これは、新たな三角形ＡＯＢ、ＢＯＣ、ＣＯＥ、ＤＯＥ、ＡＯＤの形成を可能にする。

図３Ｂ及び図３Ｃは、２Ｄ三角形メッシュにおいて新たな点がどのように挿入されるかを示し、その処理は、同じ方法で、３Ｄに拡張される。各々の新たに挿入された頂点は、メッシュに接続されるために必要である。その点に接続するために、外接球がその点で重なり合う、即ち、もはや妥当なドロネーではなく、メッシュからそれらの妥当なドロネーを取り除くように、全ての四面体を位置付ける。これは、図３Ｃにおいて２Ｄで示されているように、周囲を囲われた凸状キャビティを規定する。それ故、新たな四面体の構築が、キャビティ面に対して点を接続することにより実施される。

それ故、本発明の処理手段を用いて、完全自動方式が適用され、その完全自動方式は、表面の三角形のサイズの局所的変化に従って、四面体要素のサイズを動的に適合させる。

本発明の手段は２Ｄ画像に適用するために十分に適切である。第２実施形態については、２Ｄの変形可能メッシュモデルを用いて２Ｄの対象物をセグメント化するために説明する。図１Ｂは、この第２実施形態に関する本発明のシステムの手段を表す図である。２Ｄセグメント化については図４Ａ乃至図４Ｃに示している。図４Ａに示すように、注目すべき対象物は、線分ＥＳ_Ｊを構成する輪郭メッシュＳに従ってセグメント化される。２Ｄの対象物の前記輪郭メッシュＳから、同じ対象物の最初の内部の２ＤのメッシュＶはＩＴ_Ｊにより表される三角形が与えられる。最初の内部の２ＤメッシュＶの三角形の頂点の全ては輪郭Ｓの線分の頂点である。更に、このような最初の内部の三角形Ｖの集合は、輪郭メッシュＳの頂点以外の頂点は含まない。それ故、三角形ＩＴ_Ｊは全て、対象物の輪郭に接続される。図４Ｂに示すように、その結果は非常に粗いものである。Ｖの全ての頂点はまた、Ｓの頂点であるため、この内部メッシュは形状が決して等辺形状でない三角形要素を有し、それにより、メッシュの低い形状品質が得られる。

図１Ｂを参照するに、本発明の自動的及び動的システムは、最初に、２Ｄ輪郭メッシュＳ及び内部の個別の要素Ｖを自動的に構成するためのデータ処理手段を有する。それらの手段は図１Ａの手段に相当し、
１）２Ｄの個別の輪郭要素Ｓを与えるための計算手段１Ｂであって、それらの輪郭要素は、図４Ａに示すように、それらの辺により隣接する、Ｓにおける頂点Ａ′、Ｂ′、Ｃ′、．．．、Ｋ′で規定される線分ＥＳＪを有する、計算手段１Ｂと、
２）最初の内部の個別の要素Ｖを与えるための計算手段２Ｂであって、複数の三角形を有し、図４Ｂに示すように、それら三角形の３つの頂点は、例えばＡ′Ｂ′Ｄ′のようなＳの頂点である、計算手段２Ｂと、
を有する。

最初の内部の個別の要素Ｖを改善するための手段３Ｂ乃至１１Ｂは、
輪郭要素のサイズ情報を取得するための評価手段３Ｂと、
Ｖの個別の内部要素に割り当てられるように最適なサイズを評価するためにＳの輪郭要素により規定されるからサイズ情報を用いる計算手段４Ｂ、５Ｂと、
その改善処理中に新たな内部要素が与えられる間に、輪郭Ｓから内部領域Ｖにサイズ情報を伝えるための改善手段６Ｂ乃至１１Ｂと
を有する。

本発明に従って、内部要素は、輪郭要素のサイズ情報を考慮して、最初の三角形要素の内側における新しい頂点の挿入により改善される。図１Ｂに示すように、それらの改善処理手段は、好適には且つ詳細には、次の構成要素を有する。
３）セグメント化された輪郭Ｓの各々の頂点に割り当てられた重みパラメータＬ_Ｊを規定するための処理手段３Ｂ。
４）各々の三角形要素ＩＴ_Ｊに割り当てられた最適な割り当て表面ｓ_ｊを計算するための処理手段４Ｂ。２Ｄにおいて、ＩＴ_Ｊで表される三角形要素は２Ｄ輪郭Ｓの３つの頂点に基づいていて、各々の頂点は、予め計算された最適な距離Ｌ_Ｊで構成されるそれぞれの重みパラメータを割り当てられる。正三角形、即ち、最適な領域ｓ_ｊである最適な要素形状は、その要素を成す頂点の３つの最適な距離Ｌ_Ｊの平均に等しい辺の長さを有する正三角形の表面である。
５）各々の最初の三角形要素の実際の面積を計算するための処理手段５Ｂ。
６）実際の領域ｓ_ＲＪと最適な領域ｓ_Ｊを比較するため、従って、検討中の三角形ＩＴ_Ｊの改善を開始するための処理手段６Ｂであって、ａ）三角形ＩＴ_Ｊの実際の領域ｓ_ＲＪが最適な表面ｓ_Ｊより大きい場合、本発明に従って、即ち、更なる処理手段７Ｂを用いて、検討中の三角形要素の改善を操作し、そうでない場合、ｂ）内部領域Ｖの他の三角形をスキップし、そしてｃ）改善されるべき三角形がもはやない場合、停止する。
７）実際の領域ｓ_ＲＪが最適な領域ｓ_Ｊより大きい三角形への頂点の挿入の幾つかの位置を選択するための処理手段７Ｂ。新しい頂点を挿入するために、幾つかの有効な位置は、複数の辺の位置の中央、三角形の中心又は外接円の中心にある。
８）選択された位置に応じて、新たに挿入された頂点に割り当てられるように最適距離Ｌ_Ｊと呼ばれるパラメータを演算するための処理手段８Ｂ。選択された位置は、辺の位置の中央にある場合、新たに挿入される頂点に割り当てられる最適距離はその辺の先端の２つの頂点に対して割り当てられ且つ予め計算された２つの最適な距離の平均であり、三角形の中心である場合、挿入される頂点に割り当てられる最適距離はその三角形の３つの頂点に割り当てられ且つ予め計算された３つの最適距離の平均であり、外接円の中心にある場合。
９）頂点を挿入する各々のオプションにより与えられる形状を評価し且つ計算するように、三角形の形状品質の指標ｑを計算するための指標手段９Ｂ。
１０）選択された位置における新しい頂点の挿入によりメッシュを改善するための処理手段１０Ｂ。

それ故、本発明の処理手段を用いて、完全自動方法を適用し、その完全自動方法は、輪郭の辺のサイズの局所的変化に従った三角形の要素のサイズに動的に適合する。

医療用検査装置及び観察システム
上記の手段は、本発明の観察システム内に含まれるかその観察システムに結合されている。図７は、医療用検査装置内に組み込まれている本発明に従った画像観察システムの実施形態の基本構成要素を示している。医療用撮像装置１００は、ＣＴスキャナ又はＸ線装置又は超音波装置のような他の医療用撮像装置であることが可能である。その装置１００により得られる画像データは汎用コンピュータのようなデータ処理手段７０に供給され、そのデータ処理手段は本発明のインタラクティブな適合手段を構成するユーザ制御手段及び計算手段を有する。データ処理手段７０は、典型的には、モニタ６０のような視覚化装置と、ユーザがそのシステムと対話することができるようにユーザが操作可能であるキーボード又はマウス７１、ポインティング装置７０等のような入力装置７２とに結合されている。データ処理装置７０は、本発明に従って医療用画像データを処理するための処理手段を実施するようにプログラムされている。特に、データ処理装置７０は、図１及び図４に関連して述べた操作を実行するために必要な計算手段及びメモリ手段を有する。それらの操作を実行するために予めプログラムされた命令を有するコンピュータプログラムプロダクトがまた、実行されることができる。

図面及びそれら図面に関連する上記の説明は本発明を限定するのではなく、例示である。特許請求の範囲における範囲に網羅される多くの変形が存在することが理解されるであろう。更に、本発明は、ディスプレイのための画像データを生成することに関して述べたが、本発明は、表示装置及びプリンティングを含む画像データの視覚化の何れの形式を実質的にカバーすることが意図されているが、それらに限定されるものではない。

ボリュームメッシュモデル及び表面メッシュモデルを用いてそれぞれ、対象物をモデル化するための本発明のシステムの手段を表している図である。 ボリュームメッシュモデル及び表面メッシュモデルを用いてそれぞれ、対象物をモデル化するための本発明のシステムの手段を表している図である。 変形可能ボリュームメッシュモデルにおいて四面体を改善するために頂点挿入について示す図であって、辺の中央に頂点を挿入するオプションを示す図である。 変形可能ボリュームメッシュモデルにおいて四面体を改善するために頂点挿入について示す図であって、四面体の三角形の面の中心点に頂点を挿入するオプションを示す図である。 変形可能ボリュームメッシュモデルにおいて四面体を改善するために頂点挿入について示す図であって、四面体の中心点に頂点を挿入するオプションを示す図である。 変形可能ボリュームメッシュモデルにおいて四面体を改善するために頂点 挿入について示す図であって、四面体の外接球の中心点に頂点を挿入するオプションを示す図である。 メッシュを改善するためのドロネー基準の適用を示す図であって、頂点の重みの決定を示す図である。 メッシュを改善するためのドロネー基準の適用を示す図であって、三角形内への頂点の挿入を示す図である。 メッシュを改善するためのドロネー基準の適用を示す図であって、三角形内への頂点の挿入を示す図である。 ２Ｄ対象物のセグメント化された輪郭を示す図である。 輪郭から構成される２Ｄの個別の内部要素を示す図である。 改善された２Ｄの個別の内部要素を示す図である。 表面メッシュが三角形の集合から成る場合、３Ｄの対象物のセグメント化された表面を示す図である。 粗い四面体から構成されるボリュームメッシュモデルを示す図であって、そのボリュームメッシュモデルの頂点はこの表面メッシュモデルの頂点である、図である。 このボリュームメッシュモデルを示す図であって、そのボリュームメッシュモデルの四面体は本発明に従って改善され、表面の三角形に適合された小さい四面体を有する、図である。 表面メッシュが他の三角形の集合を有するセグメント化された表面を示す図である。 本発明に従ってボリュームメッシュが改善されるセグメント化ボリュームであって、それらの他の表面の三角形に適合された小さい四面体を有する、セグメント化ボリュームを示す図である。 医療用検査装置に結合された医療用観察システムを示す図である。

Claims (14)

1. 表面個別要素及び内部個別要素を有する非構造化変形可能メッシュモデルを用いて、注目すべき対象物のセグメント化の画像データ処理手段を有し、前記表面個別要素のサイズの局所的変化に従って、前記内部個別要素のサイズを自動的且つ動的に適合させることにより非構造化変形可能メッシュモデルを改善する手段を更に有することを特徴とする画像処理システム。
2. 請求項１に記載の画像処理システムであって、前記内部個別要素に割り当てられる最適なサイズを評価するように前記表面個別要素に関するサイズ情報を取得するための、及び、改善処理中に新たな内部個別要素が生成される間に、前記表面個別要素から前記内部個別要素にこのサイズ情報を伝えるための画像データ処理手段を更に有する、ことを特徴とする画像処理システム。
3. 請求項２に記載の画像処理システムであって、新たな内部個別要素は、前記内部個別要素の内部の新しい頂点の挿入による改善処理中に与えられる、ことを特徴とする画像処理システム。
4. 請求項３に記載の画像処理システムであって、前記内部個別要素のメッシュ品質を評価するように及び前記評価されたメッシュ品質に基づいて非構造化メッシュモデルを改善するように画像データ処理手段を有する、ことを特徴とする画像処理システム。
5. 請求項４に記載の画像処理システムであって、前記非構造化メッシュモデルは、三角形を有する表面個別要素及び四面体を有する内部個別要素を有する三次元メッシュモデルであり、又は、非構造化メッシュモデルは、輪郭線分を有する表面個別要素及び三角形を有する内部個別要素を有する表面個別要素を有する二次元メッシュモデルである、ことを特徴とする画像処理システム。
6. 請求項５に記載の画像処理システムであって、三次元においては、内部四面体は、はじめに表面の三角形の頂点に基づいて構成され、次いで、四面体の辺の中央、四面体の面の中心、四面体の中心又は四面体の外接円の中心の何れに頂点を挿入することにより改善され、又は、二次元においては、内部三角形は、はじめに輪郭要素の頂点に基づいて構成され、次いで、三角形の辺の中央、三角形の面の中心又は三角形の中心の何れに頂点を挿入することにより改善される、ことを特徴とする画像処理システム。
7. 請求項５又は６に記載の画像処理システムであって、隣の頂点に前記頂点を結合する辺の長さの平均に基づいて、前記個別要素の各々の頂点に関連する重みパラメータを評価するための画像データ処理手段と、各々の内部個別要素に関連する最適なボリューム又は表面であって、最適な内部個別要素の形状は規則的な四面体又は三角形及び各々のはじめの内部個別要素の実際のボリューム又は表面である、最適なボリューム又は表面と、前記の最適なボリューム又は表面と前記実際のボリューム又は表面をそれぞれ比較するため、従って、前記内部個別要素の前記実際のボリューム又は表面が最適なボリューム又は表面より大きい場合、検討中の内部個別要素の改善を開始するための画像データ処理手段と、を有する、ことを特徴とする画像処理システム。
8. 請求項７に記載の画像処理システムであって、有効性基準を評価するための画像データ処理手段であって、その有効性基準に従って、外接球又は外接円がメッシュの他の頂点を囲んでいない場合、新しい内部要素が有効である、画像データ処理手段を有する、ことを特徴とする画像処理システム。
9. 請求項７に記載の画像処理システムであって、前記内部個別要素のメッシュ品質を評価するための前記画像データ処理手段は、外接球又は外接円の直径及び前記内部個別要素の辺の長さに基づく基準と、前記内部個別要素のボリューム又は表面に基づく基準とを有する、ことを特徴とする画像処理システム。
10. 請求項１乃至９に記載の画像処理システムであって、処理された画像を表示するための視覚化手段を更に有する、ことを特徴とする画像処理システム。
11. 請求項１乃至１０に記載の画像処理システムであって、メッシュ品質の所定の閾値が適合されるとき、内部個別要素の改善を停止させるための手段を更に有する、ことを特徴とする画像処理システム。
12. 回路手段を有する特殊目的のプロセッサ又は適切にプログラムされたコンピュータを有する医療用撮像システムであって、医療用画像データを処理するように、請求項１乃至１１の何れ一項に記載の画像処理システムを構成するように備えられている、ことを特徴とする医療用撮像システム。
13. 医療用検査撮像装置であって：
    体の器官の三次元画像を取得するための手段；及び
    請求項１乃至１２の何れ一項に記載のシステム；
    を有することを特徴とする医療用検査撮像装置
14. 請求項１乃至１２の何れ一項に記載のシステムで用いられる指令の集合を有することを特徴とするコンピュータプログラム。

Images