JP2012014360A - 領域データ編集装置、領域データ編集方法、プログラム、及び、記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元画像から抽出した領域を表す領域データの編集を、再現性を低下させることなく、かつ、効率良く行なうことができる方法および装置を実現する。
【解決手段】
本発明の領域データ編集装置１は、領域Ｄの輪郭線Ｃを変形する輪郭線変形操作を受け付ける輪郭線変形部１２と、輪郭線変形部１２が変形した輪郭線に追随するように境界面∂Ｄを変形する境界面変形部１３と、境界面変形部１３が変形した境界面の内部を表すように領域データ２２を更新する領域データ更新部１４を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は３次元画像から抽出された領域を表す領域データを編集する領域データ編集装置および領域データ編集方法に関する。また、コンピュータをそのような領域データ編集装置として動作させるためのプログラム、そのようなプログラムが記録されているコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。

ＣＴ（Computed Tomography）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、共焦点レーザ顕微鏡などで撮影された３次元画像から様々な情報（形状、体積、トポロジー等）を取り出すためには、臓器や骨格などのまとまった領域、すなわち、観察対象物に対応する領域を画像から抽出する必要がある。このため、これらの領域を画像から自動的に抽出する様々な抽出方法が開発されている。しかしながら、画像から自動的に抽出された領域は、必ずしも観察対象物の形状を正確に表現するものではない。このため、画像から自動的に抽出された領域を、その画像を目視しながら、観察対象物の形状をより精度良く近似するように修正するといった作業が必要になる。

このような作業を支援するための方法としては、例えば、特許文献１に記載の輪郭線修正方法や特許文献２に記載の領域修正方法などが挙げられる。特許文献１に記載の輪郭線修正方法は、２次元画像からオートトレースにより生成した輪郭線を、簡単な操作で編集するためのものである。また、特許文献２に記載の領域修正方法は、３次元画像から抽出した領域における欠け等を、ガイド領域を用いて簡便に修正するものである。

特開平７−３７１０７号公報（１９９５年２月７日公開） 特開２００８−１７３１６７号公報（２００８年７月３１日公開）

３次元画像から抽出した領域の編集を、抽出精度（抽出された領域が観察対象物の形状を近似する精度）を低下させることなく、かつ、効率良く行なうことは極めて困難であった。

例えば、特許文献１に記載の方法を３次元領域の修正に適用する場合、３次元画像を構成する各２次元断層に対して当該方法を適用することになる。このため、各２次元断層における輪郭線の修正が簡単なものになっても、２次元断層の枚数に比例した作業量の増加は免れない。また、作業量を削減するために修正対象とする２次元断層の枚数を減らせば抽出精度の悪化を招くことになる。また、特許文献２に記載の方法は、適当なガイド領域が存在する場合に限って有効な技術であり、その適用範囲が極めて狭い。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、３次元画像から抽出した領域を表す領域データの編集を、抽出精度を低下させることなく、かつ、効率良く行なうことができる方法および装置を実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る領域データ編集装置は、３次元画像から抽出された仮想３次元空間内の領域を表す領域データを編集する領域データ編集装置において、上記３次元画像の断面を指定する断面指定操作を受け付ける操作受付部と、上記断面指定操作により指定された断面における上記領域の輪郭線を変形する輪郭線変形操作を受け付ける輪郭線変形部と、上記輪郭線変形部によって変形された上記輪郭線に追随するように上記領域の内外を隔てる境界面を変形する境界面変形部と、上記境界面変形部によって変形された境界面の内部を表すように上記領域データを更新する領域データ更新部と、を備えている、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、ユーザが、指定した断面における輪郭線の変形操作を行なうと、上記領域データ編集装置が、その輪郭線の変形に追随するように領域の境界を変形させる。すなわち、ユーザが、指定した断面における輪郭線の変形操作を行なうと、上記領域データ編集装置が、他の断面における輪郭線の変形操作を行なう。このため、所望の抽出精度を得るために、ユーザが自分で変形を行なわなくてはならない輪郭線の本数が少なくなる。すなわち、領域データの編集を、抽出精度を低下させることなく、かつ、効率良く行なうことが可能になる。

ここで、上記領域の内外を隔てる境界面をポリゴンメッシュにより近似的に表現する場合、上記輪郭線は、ユーザが指定した上記断面とポリゴンメッシュの稜線との交点を頂点とするポリラインとして近似的に表現できる。なお、本明細書では、このようにポリラインによって近似される輪郭線を「曲線」と表現することがある。

本発明の領域データ編集装置において、上記断面は、曲面である、ことが望ましい。

上記の構成によれば、複雑な形状を有する領域を対象とする場合であっても、より効率的な修正が行なえるように、輪郭線の変形を行なう断面を設定することが可能になる。

本発明の領域データ編集装置において、上記断面は、スクリーン上への投影が曲線になる曲面である、ことが望ましい。

上記の構成によれば、スクリーン上の曲線を指定するだけの簡単な動作で、様々な形の断面を指定することができる。

本発明の領域データ編集装置では、上記輪郭線変形部は、上記３次元画像の断面画像であって、上記断面指定操作により指定された断面における断面画像を、上記輪郭線と併せてディスプレイに表示することが好ましい。

上記の構成によれば、ディスプレイに表示された断面画像を目視しながら、その断面における輪郭線の修正を行なうことができる。これにより、より正確に、かつ、より容易に輪郭線の修正を行なうことが可能になる。

本発明の領域データ編集装置では、上記輪郭線変形部は、上記輪郭線上の点を移動する第１の輪郭線変形操作と、上記輪郭線を平滑化する第２の輪郭線変形操作とを受け付ける、ことが好ましい。

上記構成によれば、輪郭線を簡便に所望の形状に変形することが可能である。

本発明の領域データ編集装置において、上記境界面変形部による上記境界面の変形は、上記輪郭線を含む部分に対する局所的な変形である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、変形された輪郭線から離れたところでユーザの意図しない境界の変形が生じることを回避することができる。

本発明の領域データ編集装置において、上記３次元画像は、生体を撮像することにより得られた３次元画像であり、上記領域は、上記３次元画像において塊状組織に対応する領域である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、塊状組織である臓器や骨格などの形状を精度良く近似することが可能となる。

上記課題を解決するために、本発明の領域データ編集方法は、３次元画像から抽出された仮想３次元空間内の領域を表す領域データを、領域データ編集装置を用いて編集する領域データ編集方法において、上記３次元画像の断面を指定する断面指定操作を受け付ける操作受付ステップと、上記断面指定操作により指定される断面における上記領域の輪郭線を変形する輪郭線変形操作を受け付ける輪郭線変形ステップと、上記輪郭線変形ステップにて変形された上記輪郭線に追随するように上記領域の内外を隔てる境界面を変形する境界面変形ステップと、上記境界面変形ステップにて変形された境界面の内部を表すように上記領域データを更新する領域データ更新ステップと、を含んでいる、ことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記の領域データ編集装置の奏する効果と同様の効果を奏する。

本発明の領域データ編集方法は、上記各ステップを含むサイクルを繰り返し実行するものであり、上記境界面変形ステップにおいて、現サイクルにて生成された輪郭線に追随するように上記境界面を変形する際に、前サイクルまでに生成された輪郭線を拘束条件として使用する、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記サイクルを繰り返すことにより、領域データが表す領域Ｄの形状を所望の形状に収束させることができる。

コンピュータを上記領域データ編集装置として動作させるためのプログラム、及び、そのプログラムが記録されているコンピュータ読み取り可能な記録媒体も本発明の範疇に含まれる。

本発明によれば、３次元画像から抽出された仮想３次元空間内の領域を表す領域データの編集を、抽出精度を低下させることなく、かつ、効率良く行なうことができるという効果を奏する。

本発明の実施形態を示すものであり、領域データ編集装置のブロック図である。 本発明の実施形態を示すものであり、（ａ）は、スクリーン上に投影された、境界面∂Ｄを表現するポリゴンメッシュＭ示す図であり、（ｂ）は、スクリーン上に投影された、境界面∂Ｄを表現するポリゴンメッシュＭと、カーソルの軌跡を表現する曲線γとの交点Ｗ0’，Ｗ1’，Ｗ2’を示す図であり、（ｃ）は、交点Ｗ0’，Ｗ1’，Ｗ2’の逆像を示す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す領域データ編集装置として機能するコンピュータのブロック図である。 本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す領域データ編集装置の領域表示部によってディスプレイに表示される画面の例を示す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す領域データ編集装置の断面画像表示部によってディスプレイに表示される画面の例を示す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す領域データ編集装置の断面画像表示部によってディスプレイに表示される画面の例を示す図である。（ａ）は、ドラッグ操作前の画面であり、（ｂ）は、ドラッグ操作後の画面である。また、（ｃ）は、スクラブジェスチャ前の画面であり、（ｄ）は、スクラブジェスチャ後の画面である。 本発明の実施形態を示すものであり、（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、変形対象メッシュを示す図である。 本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す領域データ編集装置における領域データ編集処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施形態を示すものであり、（ａ）は、ＣＴ画像から自動抽出された編集前の大腿骨骨頭領域を示す図であり、（ｂ）は、図１に示す領域データ編集装置を用いて編集した編集後の大腿骨骨頭領域である。

本発明の一実施形態について、図面を用いて説明すれば以下のとおりである。

〔領域データ編集装置〕
本実施形態に係る領域データ編集装置１の構成について、図１および図４〜６を参照して説明する。

図１は、領域データ編集装置１の要部構成を示すブロック図である。領域データ編集装置１は、図１に示すように、輪郭線生成部１１、輪郭線変形部１２、境界面変形部１３、領域データ更新部１４、境界面生成部１５、データ入出力部１６、領域表示部１７、断面画像表示部１８、および、記憶部２０を備えている。

記憶部２０には、３次元画像２１、領域データ２２、境界面データ２３、および、輪郭線データ２４が格納されている。領域データ編集装置１は、領域データ２２を編集するための装置であり、３次元画像２１、境界面データ２３、および、輪郭線データ２４を参照しながら動作する。これらのデータのうち、３次元画像２１、および、領域データ２２は、データ入出力部１６が外部から取得した、領域データ編集装置１にとっての入力データである。

（各種データについて）
３次元画像２１は、仮想３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値の集合である。仮想３次元空間がＩ×Ｊ×Ｋ個のボクセルにより構成されている場合、すなわち、３次元画像２１の解像度がＩ×Ｊ×Ｋボクセルである場合、３次元画像２１は、３次元配列｛ｖ（ｉ，ｊ，ｋ）｜０≦ｉ＜Ｉ，０≦ｊ＜Ｊ，０≦ｋ＜Ｋ｝により表すことができる。ｖ（ｉ，ｊ，ｋ）は、ボクセル（ｉ，ｊ，ｋ）に割り当てられた画素値である。本実施形態においては、３次元画像２１として、生体（例えば人体）を撮影して得られた３次元画像（例えばＣＴ画像）を想定する。

領域データ２２は、仮想３次元空間内の領域Ｄを表すデータである。本実施形態においては、領域Ｄを、領域Ｄに属するボクセルからなるボクセル群Ｂにより表現する。この場合、例えば、仮想３次元空間を構成する各ボクセルが領域Ｄに属するか否かを示すフラグの集合（３次元配列）｛ｆ（ｉ，ｊ，ｋ）｜０≦ｉ＜Ｉ，０≦ｊ＜Ｊ，０≦ｋ＜Ｋ｝を領域データ２２として用いることができる。ｆ（ｉ，ｊ，ｋ）は、ボクセル（ｉ，ｊ，ｋ）が領域Ｄに属していないとき値０、ボクセル（ｉ，ｊ，ｋ）が領域Ｄに属しているとき値１をとる。なお、領域Ｄは、各ボクセル（ｉ，ｊ，ｋ）に割り当てられた画素値その他のボリュームデータに基づいて特定された仮想３次元空間内の３次元領域である。本実施形態においては、領域Ｄとして、３次元画像２１において塊状組織（例えば骨格）に対応する領域を想定する。

境界面データ２３は、領域Ｄの内外を隔てる境界面∂Ｄを表すデータである。本実施形態においては、境界面∂Ｄを、境界面∂Ｄを近似するポリゴンメッシュＭにより表現する。この場合、例えば、ポリゴンメッシュＭの各頂点Ｖnの３次元座標の集合（２次元配列）、および、ポリゴンメッシュＭのトポロジーを規定するトポロジー情報を、境界面データ２３として用いることができる。トポロジー情報のデータ構造は任意であるが、ここでは公知のウイングドエッジデータ構造を用いる。なお、境界面データ２３は、境界面生成部１５によって領域データ２２から生成される。境界面データ２３の生成方法は任意であるが、ここでは公知のMarching Cubes法を用いる。

輪郭線データ２４は、境界面∂Ｄ上の曲線、特に、境界面∂Ｄと曲面Ｓとの交線Ｃを表すデータである。交線Ｃは、曲面Ｓにおける領域Ｄの輪郭に相当するので、以下ではこれを輪郭線Ｃと呼称する。曲面Ｓは、仮想３次元空間内にユーザが自由に設定することのできる曲面である。本実施形態においては、輪郭線Ｃを、ポリゴンメッシュＭの稜線（エッジ）と曲面Ｓとの交点｛Ｗ0，Ｗ1，…，ＷN｝を頂点とするポリラインＰにより表現する。この場合、例えば、ポリラインＰの各頂点Ｗnの３次元座標の集合（２次元配列）を、輪郭線データ２４として用いることができる。輪郭線データ２４は、輪郭線生成部１１によって生成され、輪郭線変形部１２によって変形される。輪郭線データ２４の生成方法および変形方法については後述する。

（領域表示部および輪郭線生成部について）
領域表示部１７は、領域Ｄをディスプレイ３０に表示するための手段である。本実施形態において、領域Ｄの表示は、領域データ２２を参照して領域Ｄを表現するボクセル群Ｂを仮想３次元空間内に配置されたスクリーン上に投影することによって、あるいは、３次元画像２１をボリュームレンダリングすることによって実現される。なお、仮想３次元空間におけるスクリーンの配置は、ユーザが自由に設定することができる。

輪郭線生成部１１は、領域表示部１７が領域Ｄを表示している際に、曲面Ｓを指定する曲面指定操作（断面指定操作）に応じて、境界面∂Ｄと曲面Ｓとの交線である輪郭線Ｃを表す輪郭線データ２４を生成するための手段である。輪郭線生成部１１によって生成された輪郭線データ２４は、記憶部２０に格納される。

本実施形態において、輪郭線生成部１１が受け付ける曲面指定操作は、マウスやトラックパッドなどのポインティングデバイス４０を用いて、スクリーン上に曲線γを描くストローク操作である。輪郭線生成部１１は、スクリーン上に曲線γを描くストローク操作を、スクリーン上への投影が曲線γに一致する曲面Ｓ＝Ｓ（γ）を指定する曲面指定操作であると見做す。すなわち、ユーザは、表示対象の断面（曲面Ｓ）を求める位置を指定する曲面指定操作を、スクリーン上に曲線γを描くストローク操作によって行う。γが直線であれば、Ｓ（γ）は平面になる。この場合、輪郭線生成部１１は、輪郭線Ｃ＝Ｃ（γ）を表現するポリラインＰ＝Ｐ（γ）を、例えば、以下のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５により導出する。

ＳＴＥＰ１：ポリゴンメッシュＭの各稜線をスクリーン上に投影する（図２（ａ）参照）。ＳＴＥＰ２：カーソルがスクリーン上に描く曲線γを検出する。ＳＴＥＰ３：ＳＴＥＰ１にて検出した曲線γとＳＴＥＰ１にて得た各稜線の像との交点｛Ｗ0'，Ｗ1'，Ｗ2'，…｝を算出する（図２（ｂ）参照）。ＳＴＥＰ４：ＳＴＥＰ３にて算出した各交点Ｗn'の逆像Ｗnを算出する。すなわち、スクリーン上への投影が交点Ｗn'に一致するポリゴンメッシュＭの稜線上の点Ｗnを算出する（図２（ｃ）参照）。ＳＴＥＰ５：ＳＴＥＰ４にて算出した逆像｛Ｗ0，Ｗ1，Ｗ2，…｝間の隣接関係をポリゴンメッシュＭのトポロジー情報を参照して定める。これにより、逆像｛Ｗ0，Ｗ1，Ｗ2，…｝を頂点とするポリラインＰ（γ）が得られる。なお、トポロジー情報としてウイングドエッジデータ構造を採用しているのは、ＳＴＥＰ５において逆像｛Ｗ0，Ｗ1，Ｗ2，…｝間の隣接関係を定める処理を容易にするためである。

なお、上述した領域表示部１７は、曲面Ｓを指定する曲面指定操作がなされると、境界面∂Ｄと曲面Ｓとの交線である輪郭線Ｃを領域Ｄと共にディスプレイ３０上に表示する。本実施形態において、輪郭線Ｃの表示は、領域Ｄの表示と同様、輪郭線データ２４を参照して輪郭線Ｃを表現するポリラインＰの稜線をスクリーン上に投影することによって実現される。このとき領域表示部１７によってディスプレイ３０に表示される画面を図４に例示する。図４に示す画面においては、ポリラインＰの稜線をヘアラインとしてではなく、ファイバ（一定の半径を有する円柱）として表現することによって、視認性の向上を図っている。

なお、本実施形態においては、スクリーン上に曲線γを描くストローク操作によって、スクリーン上への投影が曲線γに一致する曲面Ｓ＝Ｓ（γ）を指定する構成を採用している。したがって、本実施形態において指定可能な曲面Ｓは、スクリーン上への投影が曲線に一致するという条件を満足する特別な曲面に限られる。ただし、仮想３次元空間におけるスクリーン（および視点）の配置は、ユーザが自由に設定することができる。このため、スクリーン上に曲線を描くという極めてシンプルな操作で、極めてバリエーションに富んだ曲面を指定することが可能になっている。もちろん、指定操作が複雑になることが許容されるのであれば、このような特別な曲面を指定する構成に代えて、自由曲面を指定する構成等を採用してもよい。

（断面画像表示部および輪郭線変形部について）
断面画像表示部１８は、３次元画像２１の断面画像であって、上述した曲面指定操作により指定された曲面Ｓにおける断面画像Ｉ（Ｓ）を生成し、生成した断面画像Ｉ（Ｓ）を輪郭線Ｃと共にディスプレイ３０に表示するための手段である。輪郭線Ｃは、境界面∂Ｄと曲面Ｓとの交線であり、曲面Ｓにおける領域Ｄの輪郭に相当する点に留意されたい。断面画像Ｉ（Ｓ）の生成は、例えば、曲面Ｓと交わるボクセルに割り当てられた画素値を３次元画像２１から抽出することにより実現することができる。このとき断面画像表示部１８によってディスプレイ３０に表示される画面を図５に例示する。

輪郭線変形部１２は、断面画像表示部１８が断面画像Ｉ（Ｓ）を表示している際に、輪郭線Ｃを変形する輪郭線変形操作に応じて、輪郭線Ｃを表す輪郭線データ２４を更新する（輪郭線Ｃを表現するポリラインＰを変形する）ための手段である。輪郭線変形部１２によって更新された輪郭線データ２４は、更新前の輪郭線データ２４と共に記憶部２０に格納される。なお、輪郭線変形部１２による輪郭線データ２４の更新、および、断面画像表示部１８により表示される輪郭線Ｃの更新は、輪郭線変形操作に即応してリアルタイムに実行される。

本実施形態において、輪郭線変形部１２が受け付ける第１の輪郭線変形操作は、輪郭線Ｃを表現するポリラインＰの頂点Ｗmを、ポインティングデバイス４０を用いて断面画像Ｉ（Ｓ）上の点Ｐ１から断面画像Ｉ（Ｓ）上の点Ｐ２に移動するドラッグ操作である。ここで点Ｐ１、点Ｐ２はスクリーン上の点である。このドラッグ操作を受け付けると、輪郭線変形部１２は、移動された頂点Ｗmの３次元座標を、点Ｐ１に対応する曲面Ｓ上の点Ｐ１'の３次元座標から点Ｐ２に対応する曲面Ｓ上の点Ｐ２'の３次元座標へと更新する。

ドラッグ操作前に断面画像表示部１８によってディスプレイ３０に表示される画面を図６（ａ）に例示し、ドラッグ操作後に断面画像表示部１８によってディスプレイ３０に表示される画面を図６（ｂ）に例示する。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、断面画像Ｉ（Ｓ）が輪郭線Ｃと共にディスプレイ３０に表示されているので、ユーザは、断面画像Ｉ（Ｓ）を目視しながら輪郭線Ｃを変形することができる。領域Ｄの境界に沿うように輪郭線Ｃを変形することも容易である。

本実施形態において、輪郭線変形部１２が受け付ける第２の輪郭線変形操作は、輪郭線Ｃを表現するポリラインＰを平滑化するためのスクラブジェスチャである。スクラブジェスチャとは、広く用いられているジェスチャコマンドのひとつであり、ポインティングデバイス４０を用いてカーソルをジグザグに（撫でるように）移動させる操作のことを指す。このスクラブジェスチャを受け付けると、輪郭線変形部１２は、カーソルの軌跡が横断した各稜線の端点（頂点）の３次元座標を、曲線の曲率が小さくなるように更新する。

スクラブジェスチャ前に断面画像表示部１８によってディスプレイ３０に表示される画面を図６（ｃ）に例示し、スクラブジェスチャ後に断面画像表示部１８によってディスプレイ３０に表示される画面を図６（ｄ）に例示する。断面画像Ｉ（Ｓ）が輪郭線Ｃと共にディスプレイ３０に表示されているので、ユーザは、図６（ｃ）に示す画面において、輪郭線Ｃのどこを平滑化すべきかを容易に特定することができ、また、図６（ｄ）に示す画面において、平滑化された輪郭線Ｃが領域Ｄの境界に沿うものとなっているか否かを容易に確認することができる。

（境界面変形部および領域データ更新部について）
境界面変形部１３は、輪郭線Ｃを表す輪郭線データ２４の更新（輪郭線Ｃを表示するポリラインＰの変形）に応じて、境界面∂Ｄを表す境界面データ２３を更新する（境界面∂Ｄを表現するポリゴンメッシュＭを変形する）ための手段である。境界面変形部１３による境界面データ２３の更新は、ポリゴンメッシュＭの頂点のうち、輪郭線Ｃの近傍にある頂点の３次元座標を、以下の条件を満たすように更新することによって実現される。

条件１：変形前のポリラインＰの頂点Ｗmを含む変形前のポリゴンメッシュＭの稜線ｅmについて、稜線ｅmに対応する変形後のポリゴンメッシュＭ’の稜線ｅm’（稜線ｅmと同じＩＤを有する稜線）が、頂点Ｗｍに対応する変形後のポリラインＰ’の頂点Ｗm’（頂点Ｗmと同じＩＤを有する頂点）を含んでいること。すなわち、ポリゴンメッシュＭの変形が、ポリラインＰの変形に追随すること。

条件２：変形前のポリゴンメッシュＭと変形後のポリゴンメッシュＭ’において、各頂点のグラフラプラシアン（曲率近似表現の一種）の変化がなるべく小さくなること。望ましくは、変形後のポリゴンメッシュＭ’が、条件１を満たすポリゴンメッシュのうちで、グラフラプラシアンのバラツキが最小となるポリゴンメッシュであること。

境界面変形部１３は、境界面∂Ｄを表現するポリゴンメッシュＭを、例えば、以下のＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ５により変形する。ＳＴＥＰ１：変形前の輪郭線Ｃを表す更新前の輪郭線データ２４を記憶部２０から読み出す。ＳＴＥＰ２：ポリゴンメッシュＭを表す境界面データ２３を記憶部２０から読み出す。ＳＴＥＰ３：ＳＴＥＰ１にて読み出した輪郭線データ２４およびＳＴＥＰ２にて読み出した境界面データ２３を参照し、ポリラインＰの頂点Ｗmを含むポリゴンメッシュＭの稜線ｅmを特定する。ＳＴＥＰ４：変形後の輪郭線Ｃ’を表す更新後の輪郭線データ２４を記憶部２０から読み出す。ＳＴＥＰ５：ポリゴンメッシュＭの頂点のうち、ポリラインＰの近傍にある頂点の３次元座標を、上述した条件（１）および条件（２）を満たすように更新する。

なお、境界面変形部１３は、上述したとおり、ポリゴンメッシュＭを局所的に変形するものであり、変形対象メッシュは、ポリゴンメッシュＭの全体ではなく、ポリゴンメッシュＭの一部（変形された輪郭線Ｃの近傍）である。図７（ａ）および図７（ｂ）に、変形対象メッシュを例示する。図７（ａ）および図７（ｂ）においては、ポリゴンメッシュＭを構成する稜線うち、変形対象メッシュを構成する稜線のみをヘアラインで表示している。このように、変形対象メッシュを局所的なものに留めることによって、変形された輪郭線Ｃから離れたところでユーザの意図しないポリゴンメッシュＭの変形が生じることを回避することができる。

領域データ更新部１４は、境界面∂Ｄを表す境界面データ２３の更新（境界面∂Ｄを表現するポリゴンメッシュＭを変形）に応じて、領域Ｄを表す領域データ２２を更新するための手段である。具体的には、領域Ｄを表す領域データ２２を、変形後のポリゴンメッシュＭ’の内部Ｄ’を表す領域データ２２に更新する。例えば、仮想３次元空間を構成する各ボクセルが領域Ｄに属するか否かを示すフラグを領域データ２２として用いている場合には、変形後のポリゴンメッシュＭ’の内部にある各ボクセルのフラグを１に設定し直し、変形後のポリゴンメッシュＭ’の外部にある各ボクセルのフラグを０に設定し直すことによって、境界面データ２３を更新することができる。

〔領域データ編集装置の構成例〕
領域データ編集装置１は、コンピュータ（電子計算機）を用いて構成することができる。図３は、領域データ編集装置１として利用可能なコンピュータ１００の構成を例示したブロック図である。

コンピュータ１００は、図３に示したように、バス１１０を介して互いに接続された演算装置１２０と、主記憶装置１３０と、補助記憶装置１４０と、入出力インタフェース１５０とを備えている。演算装置１２０として利用可能なデバイスとしては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を挙げることができる。また、主記憶装置１３０として利用可能なデバイスとしては、例えば、半導体ＲＡＭ（random access memory）を挙げることができる。また、補助記憶装置１４０として利用可能なデバイスとしては、例えば、ハードディスクドライブを挙げることができる。

入出力インタフェース１５０には、図３に示したように、入力装置２００及び出力装置３００が接続される。曲面指定操作や輪郭線変形操作を行なうためのポインティングデバイス４０（図１参照）は、この入出力インタフェース１５０に接続される入力装置２００の一例である。また、領域Ｄや断面画像Ｉ（Ｓ）を表示するディスプレイ３０（図１参照）は、この入出力インタフェース１５０に接続される出力装置３００の一例である。

補助記憶装置１４０には、コンピュータ１００を領域データ編集装置１として動作させるための各種プログラムが格納されている。具体的には、輪郭線生成プログラム、輪郭線変形プログラム、境界面変形プログラム、領域変形プログラム、境界面生成プログラム、データ入出力プログラム、領域表示プログラム、および、断面画像表示プログラムが格納されている。

演算装置１２０は、補助記憶装置１４０に格納された上記各プログラムを主記憶装置１３０上に展開し、主記憶装置１３０上に展開された上記各プログラムに含まれる命令を実行することによって、コンピュータ１００を、図１に示す輪郭線生成部１１、輪郭線変形部１２、境界面変形部１３、領域データ更新部１４、境界面生成部１５、データ入出力部１６、領域表示部１７、および、断面画像表示部１８として機能させる。

主記憶装置１３０は、演算装置１２０が参照する３次元画像２１、領域データ２２、境界面データ２３、および、輪郭線データ２４を格納する記憶部２０（図１参照）として機能する。３次元画像２１および領域データ２２については、外部から取得したものを主記憶装置１３０に格納して利用する。

なお、ここでは、内部記録媒体である補助記憶装置１４０に記録されているプログラムを用いてコンピュータ１００を領域データ編集装置１として機能させる構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、外部記録媒体に記録されているプログラムを用いてコンピュータ１００を領域データ編集装置１として機能させる構成を採用してもよい。外部記録媒体は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば何でもよく、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクなどを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などにより実現することができる。

また、コンピュータ１００を通信ネットワークと接続可能に構成し、上述した各プログラムコードを通信ネットワークを介してコンピュータ１００に供給するようにしてもよい。この通信ネットワークとしては、とくに限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、とくに限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。

〔領域データ編集方法〕
次に、領域データ編集装置１による領域データ編集処理の流れについて、図８を参照して説明する。図８は、領域データ編集装置１による領域データ編集処理の流れを示したフローチャートである。領域データ編集装置１による領域データ編集処理に含まれる各ステップについて、順に説明すれば以下のとおりである。

ステップＳ１：データ入出力部１６が、３次元画像２１および領域データ２２を外部から取得し、取得した３次元画像２１および領域データ２２を記憶部２０に格納する。また、境界面生成部１５が、領域データ２２から境界面データ２３を生成し、生成した境界面データ２３を記憶部２０に格納する。

ステップＳ２：領域表示部１７が、記憶部２０に格納されている領域データ２２が表す領域Ｄをディスプレイ３０に表示し、輪郭線生成部１１が、曲面指定操作の入力を待ち受ける。領域Ｄがディスプレイ３０に表示されているので、ユーザは、領域Ｄを目視しながら曲面指定操作を行なうことができる。曲面指定操作が入力されると、輪郭線生成部１１が、曲面指定操作に応じた輪郭線Ｃを表す輪郭線データ２４を生成し、生成した輪郭線データ２４を記憶部２０に格納する。ここで、曲面指定操作に応じた輪郭線Ｃとは、曲面指定操作により指定された曲面Ｓと境界面∂Ｄの交線のことを指す。

ステップＳ３：断面画像表示部１８が、曲面指定操作に応じた断面画像Ｉ（Ｓ）をディスプレイ３０に表示し、輪郭線変形部１２が、輪郭線変形操作の入力を待ち受ける。ここで、曲面指定操作に応じた断面画像Ｉ（Ｓ）とは、曲面指定操作により指定された曲面Ｓを断面における３次元画像２１の断面画像のことを指す。断面画像Ｉ（Ｓ）が表示されているので、ユーザは、断面画像Ｉ（Ｓ）を目視しながら輪郭線変形操作を行なうことができる。輪郭線変形操作が入力されると、輪郭線変形部１２が、記憶部２０に格納されている輪郭線データ２４を、輪郭線変形操作に従って変形された輪郭線Ｃ’に応じたものに更新する。また、断面画像表示部１８が、ディスプレイ３０に表示された輪郭線Ｃを、輪郭線変形操作に従って変形された輪郭線Ｃ’に更新する。

ステップＳ４：このステップについては後述する。

ステップＳ５：境界面変形部１３が、記憶部２０に格納されている境界面データ２３を、ステップＳ３にて更新された輪郭線データ２４に応じたものに更新する。

ステップＳ６：領域データ更新部１４が、記憶部２０に格納されている領域データ２２を、ステップＳ５にて更新された境界面データ２３に応じたものに更新し、領域表示部１７が、更新された領域データ２２が表す領域Ｄ’をディスプレイ３０に表示する。

ステップＳ７：領域データ更新部１４は、ステップＳ６にて更新された領域データ２２を最終的な領域データとするか否かの選択をユーザに求めるダイアログをディスプレイ３０に表示する。ユーザは、ディスプレイ３０に表示された領域Ｄ’を見て、ステップＳ６にて更新された領域データ２２を最終的な領域データとするか否かを選択する。

ステップＳ８：ステップＳ６にて更新された領域データ２２を最終的な領域データとすることをユーザが選択した場合（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、データ入出力部１６が、ステップＳ６にて更新された領域データ２２を外部に出力する。一方、ステップＳ６にて更新された領域データ２２を最終的な領域データとすることをユーザが選択しなかった場合（ステップＳ７：Ｎｏ）、領域データ編集装置１は、ステップＳ２以降の処理を繰り返す。

図８に示すように、領域データ編集装置１は、ステップＳ２〜ステップＳ６からなるサイクルを繰り返し実行する。したがって、Ａサイクル目の境界面データ更新処理（ステップＳ５）においては、前サイクルまでに作成されたＡ−１個の輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1と、現サイクルにて作成された１個の輪郭線ＣAを参照して境界面データ２３（ポリゴンメッシュＭ）を更新することが可能になる。

境界面変形部１３は、前サイクルまでに作成されたＡ−１個の輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1を、現サイクルにおいてポリゴンメッシュＭを更新する際の拘束条件として利用することが望ましい。すなわち、境界面変形部１３は、ポリゴンメッシュＭを構成する頂点のうち、輪郭線ＣAの近傍にある頂点の３次元座標を、上述した条件（１）〜（２）に加え、「輪郭線Ｃaを表現するポリラインＰaの頂点Ｗamを含むポリゴンメッシュＭの稜線ｅmは、ポリゴンメッシュの変形後においてもポリラインＰaの頂点Ｗamを含む」（ａ＝１，２，…，Ａ−１）という拘束条件を満足するように更新することが望ましい。このような構成を採用すれば、図８に示すサイクルを繰り返すことにより、領域データ２２が表す領域Ｄの形状を所望の形状に収束させることができる。

ただし、前サイクルまでに作成された全ての輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1を拘束条件として利用する構成を採用した場合、前サイクルまでに作成された輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1のなかに不適当な輪郭線がひとつでもあると、領域データ２２が表す領域Ｄの形状を所望の形状に収束させることができなくなるケースが生じ得る。そこで、前サイクルまでに作成された輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1のうち、どの輪郭線を拘束条件として利用するかをユーザに選択させることが望ましい。

図８のフローチャートにおけるステップＳ４は、この選択をユーザに行なわせるためのステップである。すなわち、ステップＳ４において、境界面変形部１３は、輪郭線選択操作の入力を受け付け、各輪郭線Ｃaを拘束条件として利用するか否かを入力された輪郭線選択操作に応じて決定する（ａ＝１，２，…，Ａ−１）。これにより、前サイクルまでに作成された輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1のなかに不適当な輪郭線が含まれている場合であっても、領域データ２２が表す領域Ｄの形状を所望の形状に収束させることが可能になる。

なお、前サイクルまでに作成された輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1のうち、どの輪郭線を拘束条件として利用するかをユーザに選択させる構成に代えて、前サイクルまでに作成された輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1の変形を許容する構成を採用してもよい。前サイクルまでに作成された輪郭線Ｃ1，Ｃ2，…，ＣA-1を変形する変形操作は、例えば、領域Ｄがディスプレイ３０に表示されているステップＳ２で受け付けるようにすればよい。この場合、図８のフローチャートにおけるステップＳ４を、現サイクルにて生成／変形された輪郭線ＣA-1を変形可能な輪郭線とするか否か（ロックするか否か）をユーザに選択させるステップに置き換えるとよい。

〔領域データ編集装置が奏する効果〕
最後に本実施形態に係る領域データ編集装置１が奏する効果について、図９を参照して説明する。図９（ａ）は、ＣＴ画像から自動抽出された編集前の大腿骨骨頭領域を示す図であり、図９（ｂ）は、本実施形態に係る領域データ編集装置１を用いて編集した編集後の大腿骨骨頭領域である。

大腿骨骨頭部は非常に薄い皮質骨で海面骨が覆われているため、図９（ａ）に示すように、自動抽出では大腿骨骨頭部の形状を正しく再現することができない。一方、本実施形態に係る領域データ編集装置１を用いた場合、図９（ｂ）に示すように、７〜８本の輪郭線を編集するだけで大腿骨骨頭部の形状を正しく再現することができる。この作業に要する時間は、慣れたユーザであれば１５分程度である。

従来の手法を用いてこれと同程度の再現性を確保するためには、普通、３０〜４０枚程度のスライス（２次元断層）について輪郭修正を行なう必要がある。つまり、本実施形態に係る領域データ編集装置１を用いることによって、自動抽出された領域データの修正を従来よりも大幅に効率化することができる。

３次元画像における領域特定（領域抽出）に好適に利用することができる。特に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Computed Tomography）により撮影されたＣＴ画像などの医療用画像における領域特定に好適に利用することができる。

１ 領域データ編集装置
１１ 輪郭線生成部（操作受付部）
１２ 輪郭線変形部
１３ 境界面変形部
１４ 領域データ更新部
１５ 境界面生成部
１６ データ入出力部
１７ 領域表示部
１８ 断面画像表示部
２０ 記憶部
２１ ３次元画像
２２ 領域データ
２３ 境界面データ
２４ 輪郭線データ

Claims (11)

1. ３次元画像から抽出された仮想３次元空間内の領域を表す領域データを編集する領域データ編集装置において、
   上記３次元画像の断面を指定する断面指定操作を受け付ける操作受付部と、
   上記断面指定操作により指定された断面における上記領域の輪郭線を変形する輪郭線変形操作を受け付ける輪郭線変形部と、
   上記輪郭線変形部によって変形された上記輪郭線に追随するように上記領域の内外を隔てる境界面を変形する境界面変形部と、
   上記境界面変形部によって変形された境界面の内部を表すように上記領域データを更新する領域データ更新部と、を備えている、ことを特徴とする領域データ編集装置。
2. 上記断面は、曲面である、ことを特徴とする請求項１に記載の領域データ編集装置。
3. 上記断面は、スクリーン上への投影が曲線になる曲面である、ことを特徴とする請求項２に記載の領域データ編集装置。
4. 上記輪郭線変形部は、上記３次元画像の断面画像であって、上記断面指定操作により指定された断面における断面画像を、上記輪郭線と併せてディスプレイに表示することを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の領域データ編集装置。
5. 上記輪郭線変形部は、上記輪郭線上の点を移動する第１の輪郭線変形操作と、上記輪郭線を平滑化する第２の輪郭線変形操作とを受け付ける、ことを特徴とする請求項１から４までの何れか１項に記載の領域データ編集装置。
6. 上記境界面変形部による上記境界面の変形は、上記輪郭線を含む部分に対する局所的な変形である、ことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載の領域データ編集装置。
7. 上記３次元画像は、生体を撮像することにより得られた３次元画像であり、
   上記領域は、上記３次元画像において塊状組織に対応する領域である、ことを特徴とする請求項１から６までの何れか１項に記載の領域データ編集装置。
8. ３次元画像から抽出された仮想３次元空間内の領域を表す領域データを、領域データ編集装置を用いて編集する領域データ編集方法において、
   上記３次元画像の断面を指定する断面指定操作を受け付ける操作受付ステップと、
   上記断面指定操作により指定される断面における上記領域の輪郭線を変形する輪郭線変形操作を受け付ける輪郭線変形ステップと、
   上記輪郭線変形ステップにて変形された上記輪郭線に追随するように上記領域の内外を隔てる境界面を変形する境界面変形ステップと、
   上記境界面変形ステップにて変形された境界面の内部を表すように上記領域データを更新する領域データ更新ステップと、を含んでいる、ことを特徴とする領域データ編集方法。
9. 当該領域データ編集方法は、上記各ステップを含むサイクルを繰り返し実行するものであり、
   上記境界面変形ステップにおいて、現サイクルにて生成された輪郭線に追随するように上記境界面を変形する際に、前サイクルまでに生成された輪郭線を拘束条件として使用する、ことを特徴とする請求項８に記載の領域データ編集方法。
10. コンピュータを請求項１から７までの何れか１項に記載の領域データ編集装置として動作させるためのプログラムであって、上記コンピュータを上記領域データ編集装置の各部として機能させるプログラムが記録されているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
11. コンピュータを請求項１から７までの何れか１項に記載の領域データ編集装置として動作させるためのプログラムであって、上記コンピュータを上記領域データ編集装置の各部として機能させるプログラム。