JP2008514261A - 画像処理装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、関心のあるオブジェクトの３Ｄ画像データセットを処理し、ディスプレイ用に予め決められた視野角から関心のあるオブジェクトの投影画像を供給するための画像処理装置１に関する。ＭＩＰビューのような投影ビューのコンテンツをリアルタイムにインタラクティブに編集することを可能にする装置を提供するために、セグメント化された３Ｄ画像データセットを得るように、３Ｄ画像データセットのセグメンテーションを行うためのセグメンテーションユニット１０と、ラベリングされた画像オブジェクトを得るように、セグメント化された３Ｄ画像データセットの同じ画像オブジェクトの画像ボクセルをラベリングするためのラベリングユニット１１と、予め決められた視野角からの背景の投影画像及びラベリングされた画像オブジェクトの投影画像を生成するための画像生成器１２と、ディスプレイ用に一つ又は複数の投影画像を選択するためのセレクタ１３と、選択された投影画像を合成することによって、ディスプレイ用の最終の投影画像を生成するための画像プロセッサ１４とを有する画像処理装置が提供される。

Description

本発明は、関心のあるオブジェクトの３Ｄ画像データセットを処理し、表示用に予め決められた視野角から関心のあるオブジェクトの投影画像を供給するための画像処理装置及び対応する画像処理方法に関する。

最大輝度（最大値）投影法（ＭＩＰ：maximum intensity projection）は、３Ｄ画像データを表示するために通常使用される技法であって、特に、医用イメージングにおいて、例えば、３Ｄ脈管画像データを表示するために通常使用される技法である。後者の場合、ＭＩＰは、撮像された解剖学的構造の他の臓器より高いピクセル輝度値をもつ脈管の血液に依存する。しかしながら、この関係は、或るタイプの組織には当てはまらない。ＣＴ画像では、例えば、骨のピクセル輝度が、血管のピクセル輝度よりも高い値から構成されがちである。それゆえ、多くの場合、ＣＴ画像データの３Ｄ再構成において血管を正確に表示するために、血管のピクセル輝度値より高いか又は類似するピクセル輝度値をもつ構造体は、編集によって取り除かれなければならない。

このため、手動の編集方法が知られているが、この方法は、オペレータが熟達者でなければ、費用のかかる機械及びオペレータ時間を消費してしまう。米国特許第５，５７０，４０４号明細書は、患者の体内にある選択されたオブジェクトの３次元ビューを供給するように複数のＣＴ画像スライスを自動的に編集するための方法を開示する。この方法は、ＣＴスキャンシステムによって生成されるＣＴ画像スライスの少なくとも１つのスラブを供給するステップと、このスラブのトップのＭＩＰ画像を計算するステップとを含む。望ましくないオブジェクトは、望ましくないオブジェクトを表わす照射輝度値をもつ全てのピクセルをまず検出することによって、トップのＭＩＰ画像から自動的に取り除かれる。次いで、取り除かれるべきオブジェクトの全てのピクセルは、スラブのトップのＭＩＰ画像からオブジェクトを取り除くために、実質的にゼロの照射輝度値に設定される。望ましくないオブジェクトがトップのＭＩＰ画像から取り除かれた後、そこへ施される編集が、スラブの各々のＣＴ画像に付与される。更に、ＣＴアンギオグラフィ画像の３Ｄ再構成を実施するための対応する装置が開示されている。

３Ｄ画像データセットから得られる関心のあるオブジェクトの投影画像が、更新されることになっている場合、即ち、以前の投影画像というより同じ視野角から関心のあるオブジェクトを示すが、一方で、ほぼ画像オブジェクトを示す投影画像が得られ表示されなければならない場合に、依然として、問題は存在する。一般に、これには、例えば、レイキャスティング方法の使用によって、完全に新たな投影画像を生成することが必要であり、そのため、関連する計算コストも必要になり、このことは、関心のあるオブジェクトを編集するときに可能なインタラクションの量を制限する。

本発明の目的は、関心のあるオブジェクトの投影画像を更新するための計算コストを低減する、より効率的な画像処理装置及び方法を提供することにある。

この目的は、本発明によれば、
セグメント化された３Ｄ画像データセットを得るために、３Ｄ画像データセットのセグメンテーションを行うためのセグメンテーションユニットと、
ラベリングされた画像オブジェクトを得るために、セグメント化された３Ｄ画像データセットの同じ画像オブジェクトの画像ボクセルをラベリングするためのラベリングユニットと、
予め決められた視野角からの背景の投影画像及びラベリングされた画像オブジェクトの投影画像を生成するための画像生成器と、
ディスプレイ用に一つ又は複数の投影画像を選択するためのセレクタと、
選択された投影画像を合成することによって、ディスプレイ用の最終の投影画像を生成するための画像プロセッサとを有する、請求項１に記載の画像処理装置によって達成される。

対応する画像処理方法は、請求項７に規定される。コンピュータプログラムがコンピュータで実行される場合、コンピュータに上記の方法の各ステップを実施させるためのプログラムコード手段を有する当該コンピュータプログラムが、請求項８に規定される。

本発明は、３Ｄ画像データセットの関係と投影画像の関係との間に対応関係があるという洞察に基づいている。複数の投影画像は、３Ｄ画像データセットに含まれる前もってセグメント化されラベリングされた画像オブジェクトに対して生成される。即ち、各々が別個にセグメント化されラベリングされた画像オブジェクトの投影を特徴とする一組の層が得られる。更に、背景の投影画像、即ち、全てのセグメント化されラベリングされた画像オブジェクトを抑制した状態でのビューから構成される背景投影画像が得られる。全ての投影画像は、同じ予め決められた視野角から生成される。それゆえ、画像から成るこの組を効率的に表現し、多層投影画像とも呼ばれるデータ構造体が生成される。その場合、予め決められた視野角からの最終の投影画像は、この表現から、即ち、データ構造体から選択された投影画像を合成することによって得られる。即ち、このデータ構造体の一つ又は複数の投影画像が、合成された最終の投影画像におけるディスプレイのために選択されることができる。

それゆえ、例えば、レイキャスティングオペレーションによって画像オブジェクトの投影画像及び背景の投影画像を生成することは、ビューイングジオメトリごとに一度だけ必要とされ、その後、最終の投影画像は、背景ビューから／に個々のセグメント化されたオブジェクト層を単に取り除く／加えることによって迅速に更新されることができる。更新オペレーションの必要とされる回数は、所与の投影態様に沿ってボクセルの数からオブジェクトの数へ、大きさのオーダー分だけ低減される。従って、本発明は、投影ビューのコンテンツのリアルタイム且つインタラクティブな編集を可能にするセグメント化されたオブジェクトデータの投影視覚化を更新する効率的な方法及び装置を提供する。

本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に規定される。上述されるように、好ましい一実施形態では、画像生成器が、複数の輝度投影画像を生成するように適応化される。但し、本発明は、一般に、ボリュームレンダリング画像のような他の種類の投影画像を生成するように構成される他の画像生成手段によって適用されることもできる。

ＭＩＰ画像の場合、画像プロセッサが、最終の投影画像の各画像ピクセルについて、ディスプレイ用に選択された投影画像の同じ画像ピクセルから最大ピクセル値を選択することによって、最終の投影画像を生成するように適応化されることが好ましい。このことは、最終の投影画像を生成することについて非常に簡単でコスト的に有効な方法である。追加のレイキャスティングオペレーションは必要ではなく、最大ピクセル値の簡単な選択が、全ての選択された投影画像のピクセル値の中から必要とされる。それゆえ、所与の視野角から投影画像に示されるオブジェクトを更新することは、リアルタイム且つインタラクティブに実施されることができる。

本発明の他の実施形態では、選択された視野角からディスプレイ用の最終の投影画像が見られるような当該視野角を選択するための視野角セレクタが提供される。このセレクタは、ユーザが視野角を選択することができるいかなるインタフェースであってもよい。更に、この実施形態では、画像オブジェクトを含む３Ｄ画像データセットの領域に新たな投影画像を生成するために高解像度が使用され、画像オブジェクトを含まない領域においては低解像度が使用される。それゆえ、実際には、特定の投影画像に画像オブジェクトが存在しない領域において投影画像のピクセル値を得るためのオペレーションの回数を低減するために、新たな投影画像を生成する場合、前もって得られた投影画像からの知識と、３Ｄ画像データセット内の画像オブジェクトの位置に関する以前のセグメンテーションの知識とが利用される。このように、新たな視野角の選択後に最終の投影画像を得るための計算の回数は、かなり低減されることができる。

本発明は、以下、図面を参照してより詳細に説明されるであろう。

図１のブロック図では、本発明による画像処理装置１が、概略的に示されている。他には、関心のあるオブジェクトの３Ｄ画像データを取得するための任意の手段であり得る画像取得手段２が示されている。幾つかの実施形態に言及すると、画像取得手段は、好ましくは、患者の画像データを得るためのＣＴデバイス、回転アンギオグラフィを可能にするＸ線デバイス、ＭＲ装置又は超音波装置であり得る。但し、一般に、画像取得手段２は、鋳込み部品のような工業分野において関心のあるオブジェクトの３Ｄ画像データを取得するように適応化されることもできる。更に、任意の種類の画像取得モダリティが使用されることができる。

得られた３Ｄ画像データセットは、一般に、サーバ若しくはコンピュータネットワークであり得る画像ストレージ３、ワークステーションのハードディスク又は記録担体のような任意の種類の記憶手段に記憶される。

更に他には、一つ又は複数の投影画像、特に、既得の最終の投影画像を表示するためのディスプレイ手段４が示される。更に、画像の処理又は表示をインタラクティブに編集し及び／又は制御するための手段が、ディスプレイ４に表示されてもよく、この手段は、好ましくは、コンピュータモニタである。

ワークステーション又はＰＣであり得る画像処理装置１は、例えば、画像ストレージ３から、既得の関心のあるオブジェクトの３Ｄ画像データセットのセグメンテーションを行うためのセグメンテーションユニット１０を有している。セグメンテーションについては、いかなる種類のセグメンテーション方法でも、一般に適用されることができる。どのように３Ｄ画像データセットをセグメント化するかは、当技術分野において一般に知られており、それゆえ、より詳しく説明されることはない。セグメンテーションの結果として、同じ画像構造体又は構造体のグループに属すると見なされる３Ｄ画像データセットのボクセルは、このオブジェクトに属するものとして印をつけられ、このオブジェクトの一部ではないと見なされる他のボクセル、即ち、セグメント化された３Ｄ画像データセットが得られる。

その後、ラベリングユニット１１において、セグメント化された３Ｄ画像データセットの同じ画像オブジェクトの画像ボクセルが、それ相応にラベリングされ、このことは、自動的に又はユーザによってインタラクティブに実施されることができる。このように、同じ画像オブジェクトの画像ボクセルは、同じラベルによってラベリングされる。例えば、全ての静脈が第１のラベルによってラベリングされ、全ての動脈が第２のラベルによってラベリングされ、第１の骨が第３のラベルによってラベリングされる等である。セグメント化されラベリングされた静脈及び動脈を示す患者の脚についてこのようにセグメント化されラベリングされた画像データセットの完全な投影画像、即ち、セグメント化されラベリングされた画像オブジェクトが、図２に示される。

その後、画像生成手段において、セグメント化されラベリングされた画像オブジェクトの投影画像と、（全てのセグメント化されラベリングされた画像オブジェクトを抑制した状態でのビューから構成される）背景の投影画像とが、画像生成器１２によって生成される。このような投影画像は、例えば、３つの異なる画像オブジェクト（この場合、静脈）について図３ａ乃至図３ｃに示されると共に、背景について図３ｄに示される複数の輝度投影画像であり得る。但し、ボリュームレンダリング投影画像のような任意の他の種類の投影スキームが、同等に適用されてもよい。これらの投影画像は、任意の種類の画像投影オペレーション、例えば、当技術分野で一般に知られており、従って、ここではより詳しく説明されることはないレイキャスティングオペレーションによって得られる。このようなレイキャスティングオペレーションは、例えば、V.Pekarらによる「標準ＰＣハードウェアにおける大容量の医用画像データセットの効率的な視覚化」議事録、データ視覚化、２００３年、１３５〜１４０ページ、フランス国グルノーブル市に説明されている。この生成された投影画像は、全て、同じ予め決められた視野角から画像オブジェクト又は背景にビューを供給する。

セレクタ１３の使用によって、画像生成器１２により生成された一つ又は複数の投影画像が、好ましくは、合成された最終の投影画像における表示用に選択されることができる。このセレクタ１３は、どの画像オブジェクトが表示されることになっているのか、どれが抑制されることになっているのかをインタラクティブに選択するための能力をユーザに対して供給するように、択一的に適応化されることができる。他の実施形態では、セレクタ１３は、前もって行われた設定又は設定基準、例えば、全ての静脈を表示するが動脈を表示しない、若しくは全ての脈管を表示するが骨を表示しないということであり得る設定基準に基づいて、自動的にこの選択を行うように適応化されることもできる。

この選択に基づいて、最終の投影画像は、画像プロセッサ１４において選択された投影画像を合成することによって得られる。このことは、ＭＩＰの場合、最終の投影画像の各々の画像ピクセルについて、選択された投影画像の中から同じ画像ピクセルの最大画像値を選択するだけで簡単に行われることができる。もちろん、他の投影の場合、異なる基準又はアルゴリズムが、選択された投影画像の画像値の中から最終の投影画像の画像値を決定するために適用されてもよい。例えば、ボリュームレンダリング画像の場合、適切な重み付けが付与されることができる。しかし、何れの場合においても、選択されていない画像投影は、最終の投影画像の生成中に考慮に入れられず、更に、最終の投影画像を生成するためにレイキャスティングオペレーションを実施することも必要ではない。

図３ａ、図３ｂ及び図３ｄに示される投影画像の合成によって得られる最終の投影画像が、図４に示されている。この場合、この最終の投影画像を更新すること、即ち、以前にセグメント化されラベリングされていた他の画像オブジェクトを挿入し又は抑制することは、簡単に可能であり、そのために、別個の投影画像が存在する。例えば、ユーザは、他の画像オブジェクト、例えば、図３に示される画像オブジェクトが、最終の投影画像に表示されることになっていることを、セレクタ１３の使用によって選択してもよい。それゆえ、同じビューイングジオメトリをもつ最終の投影画像の更新は、本発明により簡単にリアルタイムに可能である。

第１の視野角から画像オブジェクトの投影画像を生成することから得られた情報は、更に、新たな最終の投影画像が、異なる視野角から生成されることになっているときに利用されることもできる。例えば、多くの場合、関心のある表示されたオブジェクトが回転されることになっており、或る回数の度合いの間隔で、新たな最終の投影画像が表示されることになっていることが必要である。別個の画像オブジェクトの投影画像は、３Ｄ画像データセットによってカバーされるボリュームのどの領域において、画像オブジェクトが存在するのかという情報を含む。この場合、新たな視野角から（例えば、回転後に）新たな投影画像を得るために、画像オブジェクトが存在する多数の光線でレイキャスティングオペレーションを実施することが可能であり、このことは、その画像オブジェクトに対して生成されるべき投影画像において対応する画像値をもたらし、その一方で、オブジェクトが存在しない領域では、より少ない光線が使用されることができる。それゆえ、更に、新たな視野角から新たな最終の投影画像を生成することについても、本発明は、オペレーションの回数の低減をもたらし、それゆえ、計算時間の減少をもたらす。

画像処理装置及びその構成要素は、ワークステーション若しくはＰＣの一部であってもよく、又は幾つかのコンピュータにわたって分配されることもできる。更に、本発明の構成要素は、ハードウェア又はソフトウェアとして実現されてもよく、例えば、別個のコンピュータプログラム又は説明された機能を実施するための１つの共通のソフトウェアとして実現されることもできる。

本発明による画像処理装置を概略的に示す図である。 関心のあるオブジェクトの完全なＭＩＰ画像を示す図である。 関心のあるセグメント化されたオブジェクトの第１の投影画像を示す図である。 関心のあるセグメント化されたオブジェクトの第２の投影画像を示す図である。 関心のあるセグメント化されたオブジェクトの第３の投影画像を示す図である。 背景の投影画像を示す図である。 図３に示される投影画像の幾つかを合成することによって得られる最終の投影画像を示す図である。

Claims (8)

1. 関心のあるオブジェクトの３Ｄ画像データセットを処理し、ディスプレイ用に予め決められた視野角から前記関心のあるオブジェクトの投影画像を供給するための画像処理装置であって、
   セグメント化された３Ｄ画像データセットを得るために、前記３Ｄ画像データセットのセグメンテーションを行うためのセグメンテーションユニットと、
   ラベリングされた画像オブジェクトを得るために、前記セグメント化された３Ｄ画像データセットの同じ画像オブジェクトの画像ボクセルをラベリングするためのラベリングユニットと、
   前記予め決められた視野角からの背景の投影画像及び前記ラベリングされた画像オブジェクトの投影画像を生成するための画像生成器と、
   ディスプレイ用に一つ又は複数の前記投影画像を選択するためのセレクタと、
   前記選択された投影画像を合成することによって、ディスプレイ用の最終の投影画像を生成するための画像プロセッサとを有する画像処理装置。
2. 前記画像生成器が、複数の輝度投影画像を生成する、請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記画像プロセッサが、前記最終の投影画像の各画像ピクセルについて、ディスプレイ用に前記選択された投影画像の同じ画像ピクセルから最大ピクセル値を選択することによって、前記最終の投影画像を生成する、請求項２に記載の画像処理装置。
4. 前記画像生成器が、ボリュームレンダリング画像を生成する、請求項１に記載の画像処理装置。
5. 選択された視野角からディスプレイ用の前記最終の投影画像が見られるような当該視野角を選択するための視野角セレクタを更に有する画像処理装置であって、
   前記画像生成器が、画像オブジェクトを含む前記３Ｄ画像データセットの領域において高解像度を使用すると共に、画像オブジェクトを含まない前記３Ｄ画像データセットの領域において低解像度を使用することによって、新たに選択された視野角からの関心のある同じオブジェクトの新たな投影画像を生成する、請求項１に記載の画像処理装置。
6. 前記画像生成器が、レイキャスティング方法を使用することによって、前記投影画像を生成する、請求項１に記載の画像処理装置。
7. 関心のあるオブジェクトの３Ｄ画像データセットを処理し、ディスプレイ用に予め決められた視野角から前記関心のあるオブジェクトの投影画像を供給するための画像処理方法であって、
   セグメント化された３Ｄ画像データセットを得るために、前記３Ｄ画像データセットのセグメンテーションを行うステップと、
   ラベリングされた画像オブジェクトを得るために、前記セグメント化された３Ｄ画像データセットの同じ画像オブジェクトの画像ボクセルをラベリングするステップと、
   前記予め決められた視野角からの背景の投影画像及び前記ラベリングされた画像オブジェクトの投影画像を生成するステップと、
   ディスプレイ用に一つ又は複数の前記投影画像を選択するステップと、
   前記選択された投影画像を合成することによって、ディスプレイ用の最終の投影画像を生成するステップとを含む方法。
8. コンピュータプログラムがコンピュータで実行される場合、コンピュータに請求項７に記載の方法の各ステップを実施させるためのプログラムコード手段を有する当該コンピュータプログラム。

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