JP2008518347A - レンダリングされた多次元データセットの視覚化 - Google Patents

Abstract

データ要素の多次元データセットの視覚化の方法は、表示値及び不透明値が個々のデータ要素に割り当てられるレンダリング処理を含む。表示値は、多次元データセットのデータ値のヒストグラムに基づいて判定される。ヒストグラムは、表示値の独立した分布との組み合わせで表示される。

Description

本発明は、レンダリングされた多次元データセットの視覚化に関する。

一般に、多次元データセットは、多次元の幾何学的空間、特に体積における各位置にデータ値を割り当てる個々のデータ要素（しばしばピクセル又はボクセルと称される）から構築される。通常、データ値は、密度、局部的磁化、流速、温度などの如き物理量の値に関係する。大抵、多次元の幾何学的空間は、３次元体積又は２次元表面又は平面である。多次元の幾何学的空間の次元の１つを、時間とすることができ、すなわち多次元データセットは、３Ｄ＋時間又は２Ｄ＋時間についてのデータセットを含む。

基本的には２次元の表示画面にこのような多次元のデータセットを視覚化するため、レンダリング処理が一般に適用される。このようなレンダリング処理は、表示値（大抵は色値又は階調値、或いは不透明値）のデータ要素への割り当てを含むものである。データ要素の不透明値は、個々のデータ要素がそれらの相対位置に基づいて他のデータ要素の視覚化に影響を与える態様を表す。データ要素の表示値は、当該データ要素自体が視覚化される態様を表す。

多次元データセットの視覚化の方法は、ドイツ特許出願に係る文献のＤＥ１００５２５４０から知られている。

この既知の視覚化は、ボリュームレンダリングが適用される階調値の３次元データセットに関係するものである。このボリュームレンダリングは、各階調値に、透明値（Ａ）と赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の混合値とを有するＲＧＢＡ値を割り当てる伝達関数を含む。この既知の伝達関数は、（上記引用したドイツ特許出願の図３に示されるように）幾つかの不等辺四辺形の形状を有するグラフに応じて３次元データセットの階調値に透明値を割り当てる。この伝達関数は、３次元データセットの階調値のヒストグラムに基づいて調整される。この伝達関数は、当該不等辺四辺形の角及び高さを設定することにより調整され、これにより、透明値が制御される。特定の不等辺四辺形に関する伝達関数の各部について、色及び輝度が当該階調値に割り当てられる。

本発明の目的は、レンダリング処理の調整をよりユーザフレンドリなものとする視覚化の方法を提供することである。

この目的は、多次元データセットの視覚化をなす方法であって、個々のデータ要素が多次元幾何学空間における位置にデータ値を割り当て、当該視覚化は、

・前記多次元データセットの個々のデータ要素に表示値及び／又は不透明値が割り当てられるレンダリング処理を含み、前記表示値が、前記多次元データセットのデータ値のヒストグラムに基づいて判定されるようにし、

・前記ヒストグラムは、表示値及び／又は不透明値の分離した分布との組み合わせで表示されるようにしている、
方法により達成される。

本発明は、ヒストグラムに基づいてレンダリング処理を調整するため、当該ヒストグラムと良好な又は卓越した視認状況の下で割り当てることができる表示値の範囲との双方を示すことによりユーザの利便性が改善される、という洞察に基づいている。双方が組み合わされて示されるので、表示値が表示値（の範囲）に割り当てられる態様に関して当該レンダリング処理を調整する直感的な方法がユーザに提供される。この表示値は、ボリューム内の構造を視覚的に区別すること、当該ボリューム内の構造と構造との関係の洞察を提供すること、又は特定のデータ値の存在を表示又は強調することを可能にする。かかるデータ値は、しばしば、密度や温度などといったスカラ量とされる。

表示値の分布により形成される背景上にそのヒストグラムを表示することによって、最も良好な結果が得られる。この態様において、ヒストグラムと表示値との間の直接の関係性が提供される。これにより、ヒストグラムに基づいてデータ値範囲に割り当てられるべき表示値の選択が簡単になる。特に、ヒストグラムにおけるデータ値の出現率が低い当該ヒストグラムの位置における利用可能な表示値の良好な表現となる。

本発明はさらに、多次元データセットを視覚化する機能を有するワークステーションに関する。このため、このワークステーションは、多次元データセットを受信する入力と、視覚化処理を行う処理器と、当該視覚化処理の結果が示される表示スクリーンとを有する。本発明のワークステーションは、請求項３に規定される。本発明のワークステーションは、本発明の視覚化を行うことを可能にされており、これにより、ユーザが、より直感的で良好な制御態様で、レンダリング処理、特に当該視覚化における表示値のデータ値（の範囲）への割り当てを調整することが可能となる。本発明はまた、例えば汎用のワークステーションの処理器にインストールされることの可能なコンピュータプログラムに関する。本発明のコンピュータプログラムは、請求項４に規定される。本発明のコンピュータプログラムがワークステーションの処理器にインストールされる場合、ワークステーションは、本発明の視覚化を行うことが可能とされ、これにより、ユーザは、より直感的で良好な制御態様でその視覚化を調整することができる。

本発明のこれらの態様及びその他の態様は、従属請求項に規定される実施例に基づいてさらに詳しく説明されることになる。

本発明のこれらの態様及びその他の態様は、以下に説明される実施例に基づき添付図面を参照して明らかとなる。

本発明の視覚化の方法は、ユーザが欲するところの厳密なボクセル値における色を規定する。当該制御セットを表す規定位置の一方と他方との間に色が補間される。この範囲中の一定の色を持つボクセル値範囲（セグメント）を、意図される範囲の境界において等しい色を設定することにより実現することができる。

不透明度は、色と全く同様に規定される。色及び不透明度は、互いに完全に独立している。図１は、一定の色を持つ３つのセグメント及び一定の不透明度を持つ２つのセグメントを含む色及び不透明度マップの形態で伝達関数（ＴＦ）のグラフの例を示している。

或るボクセル値に又は或る範囲のボクセル値のために設定される色は、隣接の色値又はその関連のボクセル値が変更されたときに変わらない。同じことが割り当てられる不透明値にも言える。したがって、ボクセル値に色又は２透明度が割り当てられると、ユーザにより故意に変更されない限り、変わらない。

色又は不透明度が規定されるボクセル値の数は、ユーザが自由に選択するものである。定義ポイントは、制御セットに対応する。これは色又は不透明度を簡単に付加又は削除することができるからである。

色及び不透明度が互いに独立しているという事実により、それら双方が他方に影響を与えることなく変更可能であるという効果が得られる。例えば、組織タイプ（ボクセル値範囲）には特定の色が付与可能であるとともに、当該レンダリングされた画像における半透明性（不透明度）はその色を変えることなく依然として変化可能である。本発明のアプローチは、簡単であり、最大の柔軟性を奏する。

伝達関数（ＴＦ）は、ＵＩウィンドウに規定される。かかるウィンドウは、規定される色を表す着色された背景上のオーバレイとしてボクセル値ヒストグラムを表示するものである。本実現形態において、当該ヒストグラムはグレーな半透明のオーバレイとして示されるとともに、当該背景における画像の全高にわたり色値が示されるので、規定される色は明確に視認可能であり、ヒストグラムの高さ又は存在とは独立したものとなる。

ＴＦは、書き込みにより規定可能であり、或いは、デフォルトのＴＦ又は前に作ったものとして記憶手段からロードされることが可能である。

水平ボクセル値軸に沿って色が規定されるところの位置は、当該画像の下側の部分に沿う帯状体の垂直インジケータラインにより示される。規定される不透明度マップは、多角形状の図式的オーバレイとして示され、ここではこの多角形のノードが規定のボクセル値／不透明度の組み合わせを表している。水平位置は、ボクセル値を示しており、ノードの垂直位置は、そのボクセル値の不透明度を示している（図２参照）。

色が規定されるボクセル値の変更は、対応する垂直線を他の水平位置へ単に引くことにより行われる。ボクセル値に割り当てられる色の変更は、対応する線を選択しその後色選択パネルをポップアップさせることにより行われる。ボクセル値及び不透明度の規定される組み合わせの変更は、多角形を呈する不透明度の対応のノードを選択し、それを他の水平及び／又は垂直位置へ引くことにより行われる。簡単なマウスボタン及びキーボードの組み合わせを用いて、ボクセル値及び色又は不透明度の新しい組み合わせを追加することができ、或いは現存の組み合わせを削除することができる。

ユーザフレンドリ性及び使用の利便性を増す本提案の方法のプロトタイプの実現形態に現在含まれる付加的な機能は、当該ヒストグラムに対して色又は不透明性マップの変換及び拡張（水平方向の拡大）と、ヒストグラムと細部の良好な視認性のための完全なＴＦとの組み合わせの変換／拡張とを含む（図３参照）。

ＭＲから直接の冠状動脈の視覚化は、本提案の方法が適用可能な１つの例である。但し、本方法は、ダイレクトボリュームレンダリング（ＤＶＲ）が視覚化に用いられるどんな状況にも適用可能であることに留意されたい。

図４ａは、全心臓領域及びこれを取り巻く構造部分をカバーする、取り込まれた３ＤのＭＲデータセットによる 一断面を示している。図２には適切なＴＦが示されており、このＴＦから得られるレンダリングは、図４ｂに示されている。好ましくは、レンダリングされた画像における対応の位置と当該３ＤのＭＲデータセットの関連の断面との間にリンクが確立されるのがよい。ユーザが当該レンダリングされた画像の位置を示すとき、このリンクに基づいて、関連の断面における対応位置が示される（逆も可能）。したがって、ユーザは、当該レンダリングされる画像において狭窄症のような病変の疑いのある領域を識別することが可能であり、関連の断面における病変の存在の確認を確かめることができる（逆も可能）。

図５は、本発明が適用されたワークステーションの模式図を示している。ワークステーション１は、多次元データセット３へのアクセスを有するレンダリングシステム２を有する。ワークステーション１には、幾つかのビューポートＶ１，Ｖ２を有する表示スクリーンを持つユーザインターフェースが設けられる。一方のビューポートでは、定義ポイントの形態の制御セットを伴う伝達関数が示される。ユーザは、これら定義ポイントを操作することによって伝達関数を適合させることができる。また、データ値の範囲の境界における色設定も、ビューポートＶ１により支援されユーザ規定のものとすることができる。レンダリング処理の対応の設定は、レンダリングシステム２に適用される。このレンダリングシステムは、ダイレクトボリュームレンダリングなどのレンダリング処理を行い、レンダリングされた多次元データセットを、例えばビューポートの一方に表示されるようにユーザインターフェースに供給する。特に、伝達関数を表示しレンダリングされた多次元データセットを表示するために、異なるビューポートが使われる。

伝達関数を表す色及び不透明度マップの柔軟性のある簡単な定義のための提案のアプローチを示す図。 伝達関数の定義及び操作のための対話ウィンドを示す図。 色及び不透明度の高精度な定義のための拡大状態の図。 元のボクセルデータの例（断面）を示す図。 結果として得られるレンダリングされた画像を示す図。 本発明が用いられるワークステーションの概略図。

Claims (4)

1. データ要素の多次元データセットの視覚化の方法であって、
   ・個々のデータ要素は、多次元幾何学空間における位置にデータ値を割り当て、
   当該視覚化は、
   ・前記多次元データセットの個々のデータ要素に表示値及び／又は不透明値が割り当てられるレンダリング処理を含み、前記表示値が、前記多次元データセットのデータ値のヒストグラムに基づいて判定されるようにし、
   ・前記ヒストグラムは、表示値及び／又は不透明値の分離した分布との組み合わせで表示されるようにしている、
   方法。
2. 請求項１に記載の多次元データセットの視覚化の方法であって、前記ヒストグラムは、表示値の分布の背景の上に表示される、方法。
3. 多次元データセットを視覚化するワークステーションであって、
   ・レンダリングシステムを有し、
   このレンダリングシステムは、
   ・データ値と不透明値及び／又は表示値との関係を導く伝達関数に応じて前記多次元データセットの個々のデータ要素に表示値及び不透明値が割り当てられるレンダリング処理を行い、
   ・前記多次元データセットの個々のデータ要素に表示値及び／又は不透明値を割り当て、前記表示値が、前記多次元データセットのデータ値のヒストグラムに基づいて判定される、
   ように構成され、
   ・当該ワークステーションは、ユーザインターフェースを有し、
   このインターフェースが、
   ・表示値及び／又は不透明値の分離した分布との組み合わせで前記ヒストグラムを表示する、
   ように構成される、
   ワークステーション。
4. コンピュータプログラムであって、
   ・データ値と不透明値及び／又は表示値との関係を導く伝達関数に応じて、当該多次元データセットの個々のデータ要素に表示値及び不透明値が割り当てられるレンダリング処理を行う命令と、
   ・前記多次元データセットの個々のデータ要素の割り当てを行い、その表示値が前記多次元データセットのデータ値のヒストグラムに基づいて判定されるようにした命令と、
   ・表示値及び／又は不透明値の分離した分布との組み合わせで前記ヒストグラムを表示する命令と、
   を含むコンピュータプログラム。