JP2014500774A - ボリュームデータセットを可視化する方法及びシステム - Google Patents

Abstract

レンダリングされているボリュームデータセットに対して、使用者が如何なる空間位置にもナビゲートでき、そして如何なる方向にも見ることができる、マシンが実行する表示方法。好ましくは、ボリュームデータセットは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）又は磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）スキャンに由来する。記述されたアプローチを用いて、使用者は、従来の可視化アプローチを用いては入手できない、データセット内の詳細を見ることができる。運動の自由度と言う能力によって、使用者は、ボリューム内の場所（位置）に行くことができ、さもなければ従来の「軌道」及び「ズーム」表示技術を用いて可能でないものをレンダリングする。このように、例えば、記述されたアプローチを用いて、表示画像によって、使用者は、物理的構造（例えば、患者の心臓、脳、動脈など）の内部を移動することが可能になる。

Description

この出願は、２０１０年１１月２７日に出願された出願番号Ｎｏ．１２／９５４、８５６に基づき、そしてその優先権を請求する。
本発明は、一般的に、医用画像に関する。

医用画像は、臨床目的（病気を明らかにし、診断し又は調べることを求める医用手順）、又は（通常な解剖学及び生理学の研究を含む）医用科学のために、人体又はその部分の画像を生み出すために使用される技術である。コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）及び磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）は最も普通のアプローチの二つである。これらの技術によって、「ボリュームデータセット」として３Ｄ可視化において表示できる個々の２Ｄ画像のセットが生じる。しかしながら、一般的に、３Ｄ可視化の程度は「軌道周回」及び「ズーミング」に限られる。「軌道」モードにおいて、レンダリングされている対象物の眺めは、見る人が如何なる角度からも見られる対象物のまわりを動き得るが、対象物内の位置から「外」を見ることができないという点で、旋回している人工衛星のようである。ズーム操作によって、見る人には対象物についての追加の有用な詳細が供される；しかしながら、ズーミングは、見る人がボリュームの表面又は内部に下へ移動することを可能にしない。従って、軌道及びズームプローチは、ボリューム医用データセットをレンダリング及び見るための限られた適応性を有する。

開示された主題は、レンダリングされているボリュームデータセットに対して、使用者が如何なる空間位置にもナビゲートでき、そして如何なる方向にも見ることができる、マシンが実行する（machine‐implemented）表示方法を供する。好ましくは、ボリュームデータセットはコンピュータ断層撮影又は磁気共鳴映像法スキャンに由来する。記述されたアプローチを用いて、使用者は、従来の可視化方法を用いては入手できない、データセット内の詳細を見ることができる。動きが自由と言う能力（freedom‐of motion capabilityによって、使用者は、従来の「軌道」及び「ズーム」表示技術を用いては不可能であるボリュームレンダリング内の場所（位置）に行くことができる。このように、例えば、記述されたアプローチを用いて、表示画像によって、使用者は、物理的構造（例えば、患者の心臓、脳、動脈など）の内部を移動することが可能になる。

一つの実施形態において、レンダリング方法は、ディスプレイを含むコンピュータのようなマシン上で実行される。マシンはＣＴ又はＭＲＩスキャンによって生み出されるボリュームデータセットを受信する。典型的に、データセットは、個々の２Ｄ画像のセットを含むデジタルデータのセットである。ボリュームデータセットの画像は、毎秒、所定の数のフレームでディスプレイ上にレンダリングされ、ここで、画像の各フレームは、均一であるピクセルを有する。本技術によれば、（表示速度で表示されているフレームのセット内）の如何なるフレームも、別のフレームのそれと異なる解像度を有し得る。この概念は本明細書において、連続実時間動的レンダリング解像度と称される。更に、所与のフレーム内の如何なるピクセルも、フレーム中の別のピクセルのそれとは異なる点で、眺め内に前方に向かって放たれた光線を横切り得る。この後者の概念は、本明細書において、ボリュームデータセット内の光線追跡のためのピクセル当たりの連続動的サンプリング距離と称される。このように、本明細書におけるレンダリング方法によれば、画像シーケンスの少なくとも二つのフレームは、互いに対して変化する解像度を有し、そして特定のフレーム内の少なくとも二つのピクセルは、互いにに対して変化する数の光線追跡ステップを有する。ボリュームデータセットがこのようにしてレンダリングされるとき、見る人は３Ｄ可視化内で如何なる位置及び向きにもナビゲートできる。

この開示の別の態様によれば、マシンは、如何なる空間点からもそして如何なる方向においても、実時間表示フレーム更新速度で、表示対象物の表示モニタ上へのレンダリングを助けるために、入力デバイス（例えば、ポインティングデバイス、キーボードなど）を用いて使用者が制御できる「仮想カメラ」を使用者に供する。上述の通り、好ましくは、ボリュームデータセットは動的レンダリング解像度及び光線追跡のためのピクセル当たりの動的サンプリング距離の両方を用いてレンダリングされる。このレンダリング法によって使用者は、レンダリングされた画像に応じて、画像の内部又は外部の如何なる点からも仮想カメラを動かしそして回転させることが可能になる。

先に述べたことは、本発明のより適切な機能の幾つかを概括した。これらの機能は単なる説明的なものと考えられるべきである。多くの他の便益ある結果が、開示された発明を異なる方法で適用することによって、又はこれから述べられるであろう通り、本発明を改良することによって達成できる。

本発明及びその有利な点のより完全な理解のために、ここで、添付図と関連して以下の記述が参照され、ここで：

医用画像システムに連結されたコンピュータシステムを図示する； ボリュームデータセットをレンダリングし、そしてその回りに「軌道周回する」ための公知技術を図示する； 仮想カメラを用いて最終画像を生み出すために如何に光線追跡が使用されるかを図示する； データセットの外部又は内部の如何なる位置からもボリュームデータセットをレンダリングしそして見るためのこの開示の技術を図示する； この開示の動的レンダリング解像度技術を図示する； 公知の固定ステップ光線追跡技術を図示する； この開示の動的レンダリング解像度技術を図示する； 組織が置かれる領域において、光線に沿って如何にステップ数が変わるかを示す動的ステッピングアプローチを図示する； 図８の動的ステッピングアプローチを示す別の図である；及び 開示された可視化法が実行され得るマシンである。

図１において図示された通り、本明細書における主題が実行されるシステム１００は、表示モニタ１０８を有するコンピュータシステム１０２及び、キーボード、ポインティングデバイスなどのような、一つ又はそれ以上の入力デバイス１１０を含む。コンピュータシステム１０２はデスクトップ型のワークステーションとして図示されるが、これに限るものではない、何故なら、システムはラップトップ又はノートブックコンピュータ、（ｉＰａｄのような）ワイヤレスコンピューティングデバイス、（アプリケーション支援を備えたスマートフォンを含む）移動携帯デバイス、又はディスプレイを含む如何なる他のコンピューティングマシンにおいても実行され得るからである。この開示の技術は、如何なる特定のタイプのコンピューティングデバイス、システム又は構成にも限定されるものではなく、そしてマシンの一つ又はそれ以上のエレメントは異なる場所にも置かれ得る。このように、例えば、ディスプレイモニタは、他のコンポーネントから離れて位置付けられ得る。図解の便宜のためのみに、コンピュータシステム１０２は支持体１０４に関連する一対の撮像デバイス１０６からの入力を受信するものとして示される。支持体１０４は、スキャンされている対象物の個々の２Ｄ画像のセットを生み出すために、撮像デバイス１０６に対して回転又は往復動する。典型的に、支持体１０４は、位置又は回転速度を制御する、関連する機械エレメント、油圧エレメント及び／又は電子エレメント（示されていない）を有する。支持体はコンピュータの管理下にあり得る。同様に、一つ又はそれ以上の撮像デバイス１０６は、デバイスの位置及び操作を制御する、関連の光学エレメント、機械エレメント及び／又は他の制御エレメントを含む。典型的に、撮像されるべき対象物（例えば、人体又はそのある部分）は支持体１０４上に置かれる。支持体は固定され得て、この場合、撮像デバイス１０６はそれに対して回転し又は往復動する。当業者は、支持体１０４及び撮像デバイス１０６がコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴映像法（ＭＲＩ）等のような従来の医用画像システムを表し得ると理解するであろう。本明細書における技術は、如何にデータセットが生み出されるかに関わらず、他のデジタルデータの３Ｄ可視化を生み出すために使用され得る。典型的に、そのような画像システムは、本明細書における技術がそのような公知の画像システム内で本質的に実行され得るものの、この開示のディスプレイシステム及び方法の外側にある。特定のスキャンを含む２Ｄ画像は、典型的には、標準デジタルデータ様式（例えば、ＤＩＣＯＭ）に従い、そして、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢスティック、ハードドライブ、ネットワークドライブ、ＰＡＣＳ（医療用ＣＴライブラリ）などのような如何なる便利な方法においても、コンピュータシステム１０２によって受信される。コンピュータシステム１０２はネットワークアクセスが可能であり得て、その場合、ボリュームデータセットを含むデジタルデータは、インターネットプロトコール（ＩＰ）ベースのネットワーク、有線ネットワーク、無線ネットワーク、それらの組合せなどのような通信ネトワークによって受信され得る。

上述の通り、この開示は、好ましくは、図１において示されたようなワークステーションのようなコンピュータにおいて実行される表示方法を提供する。より一般的には、方法は、発明の機能を助ける又は提供する、一つ又はそれ以上のコンピュータ関連の実体（entities）（システム、マシン、プロセス、プログラム、ライブラリ、機能、コードなど）を用いて実行される。限定するものではないが、代表的な実施において、本明細書において述べられた表示方法は、如何なるＩｎｔｅｌ又はＡＭＤベースのチップ、（少なくとも１ＧＢ）ＲＡＭのようなコンピュータメモリ、（少なくとも８ＧＢ）ハードドライブ、及び（好ましくは２４〜４８×）のＣＤドライブのようなＣＰＵ（中央処理装置）を含むマシンにおいて実行される。マシンソフトウエアには、オペラーティングシステム（例えば、３２ビット又は６４ビットの何れかの、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＸＰ、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）Ｖｉｓｔａ、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）７、如何なるＡｐｐｌｅ ＯＳ）及び一般的支援アプリケーションが含まれる。もし、プロセスがグラフィックプロセッサにおいて実行されるならば、好ましくは、マシンは、ＡＭＤ Ｒａｄｅｏｎシリーズ４８５０又は（好ましくは、少なくともＤｉｒｅｃｔＸ ９−規格及びＰｉｘｅｌ Ｓｈａｄｅｒ ３．０−規格）同等物のようなグラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）を含む。

背景として、図２は、ボリュームデータセット２００の可視化のための公知技術を図示する。ボリュームデータセットは、キューブ（３Ｄデータベース）を形成する２Ｄ画像のスタック又はアセンブリである。このアプローチにおいて、仮想カメラ２０２は、制約２０４に沿ってデータセットの回りを旋回し、その制約が図において円として示されるが、実際には三次元において球である。仮想カメラ２０２は位置、向き及び解像度を有する、マシンによって実行され、ソフトウエアによって生み出される構成体（construct）である。仮想カメラは、光線追跡によってディスプレイ速度で最終画像２０６をレンダリングする。図において、単一の仮想カメラが、軌道制約に沿った種々の位置で示される。各位置において、仮想カメラは、図３において図示された方法で最終画像を生み出す。光線追跡は、ピクセルのセットを含む最終画像を生み出すために、それによって光線のセットが仮想カメラからボリュームデータセット内に前方に放たれ、そしてその中の構造物（structures）で横切られるプロセスである。特に、空間における点に置かれた方向を備えた線である光線２０８は、最終画像における単一ピクセル２１０に対する最終値（明るさ又は色）に寄与する一つの横切る点又は複数の横切る点を見つけるために、シーン内で前方に放たれる。各「光線」はソフトウエアにおいて生み出され、そしてカメラから生み出される光をシミュレートする。仮想カメラは、所与のフレーム速度（つまり、「毎秒当たり」のフレーム）で（もう一度、仮想的に）「操作」される。このように、もしフレームが２４であれば、仮想カメラは、画像シーケンスにおいて毎秒２４個の明確なフレームを備えた最終画像２０６を生み出す。各フレームは多くの２Ｄピクセルを含む。特定のフレーム中のピクセルはそれらが同じサイズのものであるという点で均一である。ボリュームデータセットにおける如何なる個々のピクセルも、時々、ボクセルと称される。

図２において説明された「軌道」アプローチは、それが幾つかの基本的双方向性（interactivity）を供するものの、非常に限界がある。図４は、主題の開示のアプローチを図示し、ここでボリュームデータセット４００は、如何なる位置制約もなしに最終画像４０６をディスプレイする仮想カメラ４０２を用いて、レンダリングされる。このアプローチにおいて、仮想カメラ４０２は、ボリュームデータセットの外部又は内部でさえも、如何なる位置にも動かされ得る。これらの内部位置の幾つかが図示される。この新規なアプローチにおいて、仮想カメラは（入力デバイスを用いて）ボリュームデータセットの内部で可動であり、そして見る人はその中にレンダリングされる内部構造物に沿って及びそれを通してナビゲートできる。このように、このアプローチによれば、そして従来技術と異なり、見る人は、ボリュームデータセット又はその如何なる部分もの内部又はその回りで完全に自由な動きを有する。この双方向性の程度によって、それが内部構造物のもっとより大きな詳細を供するので、著しく向上されたそして価値ある使用者の経験が供される。この技術によって、使用者はあらゆる位置及び可能な向きから非侵襲的に人体を探索することが可能になる。仮想カメラ（ひいては見る人）は、他の方法では見ることが阻止されているかもしれない組織を通過して動くができ、そしてカメラは、以前は達成できなかった体の内部からの眺めを提示できる。実際に、技術によって、見る人が同時に組織の複数のタイプを通して見ること、そして体の異なる部分の空間関係を調べることが可能になる。

開示された方法を助ける二つ（２）の技術がある：（ｉ）連続実時間動的レンダリング解像度、及び（ｉｉ）ボリュームデータセットを光線追跡するためのピクセル当たりの連続動的サンプリング距離。これらの技術の各々がここで述べられる。

本明細書において使用される「解像度」は、特定のディスプレイフレームから描かれる映像（picture）（画像）に対して、水平又は垂直のピクセルの空間の数のことである。「レンダリングする」とは、それによって最終的な映像が開示された技術によって描かれるプロセスである。代表的実施形態において、レンダリングするとは、限られることはないが、光線追跡よって実行される。用語「動的」とは、各フレームで又は必要に応じて出力レンダリング解像度に対する変化のことである。用語「実時間」とは一般的に、２４のような所定の値より大きな、毎秒当たりのフレーム更新速度のことである。用語「連続」とは、滑らかさを確保するべく、少ない量でのみ映像が変わることを確保するために各フレームで最終の映像に追加される又はそこから差し引かれるピクセルの数のことである。「連続実時間動的レンダリング解像度」機能によって、高解像度レンダリングを供するために、フレーム更新速度（好ましくは＞毎秒２４フレーム）で描かれる映像に対して、現在のフレーム速度と望まれるフレーム速度の間の違いに関係して、ピクセルの数が水平又は垂直に少量だけ変化する。この特徴は、それが、特に如何なる空間位置に対しても実時間フレーム速度を保証できない固定解像度に対して可能であるものより高いレンダリングの質を可能にする故に、便益がある。

動的レンダリング解像度は図５に図示される。この図は、ディスプレイされた画像のディスプレイフレームのセットの３（３）つの代表的な（ランダム）フレームを示す。各フレームは単一の最終画像を表し、そして（フレームのセットからの）最終画像のセットは、ある時点でディスプレイ上にレンダリングされたものとしてのディスプレイされた画像を表す。図示された通り、各フレーム中の各ピクセルは、この開示の「動的レンダリング解像度」機能によれば、解像度は特定のフレームを横切って変化できるものの、均一である。このように、この例において、フレーム１は１６ピクセルを有し、フレーム２６は２５６ピクセルを有し、そしてフレーム５３は６４ピクセルを有する。一般的に言うと、ボリュームデータセットの画像が、毎秒当たり所与のフレーム数でレンダリングされるとき、画像シーケンス中の少なくとも二つのフレームは変化する解像度を有する。

この動的レンダリング解像度機構は、好ましくは、以下のように達成される。主ディスプレイプロセシングループの内部で、そして最小の毎秒当たり「望まれる」フレームで、「現在の」フレーム速度と「望まれる」フレーム速度の間の違いがルーチンによって計算される。このフレーム速度の違いは、このフレームに対して解像度が如何に変わるかを決定するものである。違いが正のとき（つまり、望まれるフレーム速度が現在のフレーム速度より速いとき）、ディスプレイルーチンは次のフレームをレンダリングするために最終画像において、一つ小さいピクセル行又はピクセル列を交互に（又は各々の一つ小さいものを）使用する。この操作によってレンダリングアプリケーションが「スピードアップ」され、そして望まれるフレーム速度の達成が助けられる。もし、他方で、フレーム速度における違いが負のとき（つまり、望まれるフレーム速度が現在のフレーム速度より遅いとき）、ディスプレイルーチンは次のフレームをレンダリングするために最終画像において、一つ大きいピクセル行又はピクセル列を交互に（又は各々の一つ小さいものを）使用する。これによって、レンダリングの解像度ひいてはレンダリングされた画像の質が上がる。各フレームの最後で、ルーチンは、ピクセルの数における変化を説明する補間を用いて又は用いることなく、画像の大きさを変更してスクリーン解像度へと戻す。このプロセスによって、光線追跡が最終画像における放たれた光線の合計数に本質的に非常に依存している故に、レンダリングがスピードアップされる。もし、その数が減少されると、アプリケーションはスピードアップする。

動的レンダリング解像度に加えて、ここで述べられるように、この開示の表示方法は「光線追跡のためのピクセル当たりの連続動的サンプリング距離」と称されるアプローチを実行する。背景として、図６は、光線の長さに沿った、そこで（点で表された）前回の各サンプリング場所からの距離が同じである、「固定されたステップ」アプローチを図示する。この固定されたステップパターン６００は、ボリュームデータセット自身の特性（例えば、ＣＴスキャンにおける特定の交点での密度、又はＭＲＩスキャンにおける特定の点での電子スピンの値、またはデータのタイプに依存するあるそのような値）を考慮しておらず、光線に沿った特定の均一な場所でサンプルを単純に生み出す。この固定されたステップアプローチは、満足がいく結果を生み出さない。この開示によれば、光線の長さに沿ったサンプリング距離は、各ピクセル内で動的に変わることが許される。好ましくは、データセットのサンプリング後（そして、特に、各サンプリングの後）、そしてデータセットに含まれる値に関連して、ステップが変わる。特に、この関連性の値は、好ましくは、現在のボクセルでの値（例えば、ＣＴデータに対する密度））及び目標又は焦点の値（つまり、放射密度を述べるための標準単位である、７５０Ｈｏｕｓｆｉｅｌｄ単位の密度）である。目標又は焦点の値は、使用者が構成でき得るか又はシステムが構成でき得る。更に、好ましくは、光線に沿って現在のステップに加えられる又はそこから差し引かれる距離は、光線がデータセットを通って横切るときの滑らかさを確保するために小さい。好ましい実施形態において、各光線（各々はピクセルに対応する）は、それがデータセットを通って横切りそしてサンプリングするときに、それ自身の独特なステップを動的に調節する。実際に、光線は必要に応じて速度を増減する。サンプルごとの基準で、出力画像におけるあらゆるピクセルに対して、ディスプレイルーチンは、データセットからサンプリングされた値（つまり、現在サンプリングされた値と目標値との間の違いの絶対値）に関して、レンダリングされた画像における単一ピクセルを表す、空間で前方に放たれる光線の長さに沿った独特のサンプリング距離を調節する。一般的に言うと、特定のフレーム内の二つのピクセルは、互いに対して光線追跡ステップの変化する数を有する。このアプローチによって、仮想カメラ上の、空間におけるその位置及び向きに関する如何なる制約をも避けつつ、実時間フレーム速度での高解像度のレンダリングが助けられる。

光線追跡のためのピクセル当たりの動的サンプリング距離を実行する好ましいアプローチがここで述べられる。実時間速度でのあらゆるフレームに対して、そして最終画像におけるあらゆるピクセルに対して、ルーチンはカメラ位置での光線を「開始する」。次いで、ルーチンは、光の方向を、カメラの方向プラス、空間内に変換された画像におけるピクセル位置であるように設定する。この操作は３Ｄカメラに対する開口部又はレンズに達する：その結果、光線は位置及び方向の両者を有する。次いで、プログラムは光線をステップダウンさせ、ボリュームデータセットをサンプリングするための場所で停止する。各フレームでステップされる距離は、ボリュームデータセットの現在のサンプリング点での値、及び現在焦点の中の望ましい組織の値（例えば、ＣＴ密度、ＭＲＩ電子スピン又は同等物）に依存する。好ましくは、そして上述の通り、ステップされた距離は、現在サンプリングされた値（例えば、密度）と、滑らかさを確保するための小さい数を掛けた使用者が構成した又はシステムが構成した目標の間の違いの絶対値に等しい。一般的に、もし、望まれる組織の値と現在サンプリングされたボリュームデータの間の違いの絶対値が高いならば、次いでより大きなステップが取られる。しかしながら、もし、望まれる組織の値と現在サンプリングされたボリュームデータの間の違いの値が小さいならば、次いでより小さなステップが取られる。

好ましくは、そして図８〜９において説明された通り、プロセスは、望みの組織値が存在する領域においてステップ及びサンプルを集中し、一方、焦点にない領域は割愛される（つまり、動的ステッピングにかける必要がない）。各ステップで、好ましくは、ルーチンは、スカラー性のサンプリングされたボリュームデータ値を取り、そしてそれを（例えば、−１０００から１０００標準Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄ単位の範囲に）拡大縮小し（scale）、そして次いでルーチンは、Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄ数に基づいて、或るタイプの材料に対応する色を検索する（look-up）ためにこの値を使用する。（あるいは、値は、グレースケール画像ために直接使用できる）。次いでルーチンはピクセル自身上へこのステップのための色を蓄積するために、蓄積法（例えば、ピクセルの色は、ステップ色をかけられた組織の違いに等しい）を使用する。好ましくは、各ステップで、蓄積された密度に小さい値が加えられる。このプロセスは、密度が望まれる値より大きくなるまで、又はステップ距離自身が非常に小さくなるまで（例えば、それを超えて目が見ることができる、望まれる小さい値）、又は最大の公知の深さが達せられるまでの何れかまで繰り返される。終了したとき、ルーチンはこのピクセルに対する最終色を有する。好ましくは、このアプローチは、次いで、最終画像におけるあらゆるピクセルに対して繰り返される。

次のフレームがレンダリングされるべき時間が来たとき、カメラはその新しい位置及び向きに動かされ、そして次いでプロセスが再び繰り返される。

計算効率のために、多くのピクセルが平行して処理できるよう、上述の方法はＧＰＵを用いて実行され得る。あるいは、平行処理を助けるためにマルチコアＣＰＵが使用できる。

図１０は、上述の方法におけるデジタルデータの処理において使用するための代表的なデータ処理システム１０００を説明する。プログラムコードの保存及び／又は実行するために適したデータ処理システム１０００は、直接又は間接的にシステムバス１００５を通してメモリエレメントに連結された少なくとも一つのプロセッサ１００２を含むであろう。メモリエレメントは、プログラムコードの実際の実行中に採用されるローカルメモリ１００４、バルク保存部１００６、及びキャッシュメモリ１００８を含み得て、それによって、実行中にバルク保存から検索されなければならないタイムコードの数を減らすために、少なくとも幾つかのプログラムコードの一時的保存が供される。（制限するものではないが、キーボード１０１０、ディスプレイ１０１２、ポインティングデバイス１０１４などを含む）入力／出力つまりＩ／Ｏデバイスは、直接的に又は介在するＩ／Ｏコントローラ１０１６を通してシステムに連結できる。ネットワークアダプタ１０１８も、データ処理システムがネットワーク１０２０を通して他のデータ処理システム又はデバイスに連結されるようになることを可能にするために、システムに連結され得る。動的レンダリング解像度及びピクセル当たりの動的光線追跡を実行するレンダリングプログラムは、データ構造及び関連するデータがレンダリングプロセス中に生み出されるので、ローカルメモリ１００４中に保存される。上述の通り、代替実施形態において、データプロセシングシステムはＧＰＵ及び関連したグラフィックカード部材を含み、そしてこの場合、好ましくは、レンダリングプログラム及びボリュームデータはグラフィックカードメモリ中に保存される。

或る態様又は機能が、コンピュータベースの方法又はプロセスの文脈において、開示されたが、これは本発明を限定するものではない。更に、そのようなコンピュータベースの方法は、記述された操作を実行するための装置又はシステムにおいて、又は他の歯の修復装置、デバイス又はシステムへの付加物として実行され得る。この装置は、要求される目的に対して特別に構築され得るか、又はそれはコンピュータ中に保存されたコンピュータプログラムによって選択的に起動される又は再構成される汎用コンピュータを含み得る。そのようなコンピュータプログラムは、制限するものではないが、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気的−光学的ディスクを含む如何なるタイプのディスク、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気的又は光学的カード、若しくは電子的命令を保存するために適する、そしてコンピュータシステムバスに各々連結された如何なるタイプの媒体などのコンピュータ可読保存媒体中に保存され得る。上述の機能はまた、ファームウエア、ＡＳＩＣにおいて、又は如何なる他の公知の又は開発されたプロセッサ制御デバイスにおいても実行され得る。

上では本発明の或る実施形態によって実行される操作の特定な順序を述べているが、そのような順序は例示的であり、代替実施形態が異なる順序で操作を実行し得て、或る操作を組み合せ得て、そしてある操作を重ね得るなどと理解されるべきである。所与の実施形態への明細書を参照すれば、記述された実施形態は、特定の機能、構造又は特性を含み得ることを示すが、あらゆる実施形態が特定の機能、構造又は特性を必ずしも含まなくてもよい。

システムの所与の部材は別個に述べられたが、当業者は、機能の幾つかが、所与のシステム、マシン、デバイス、プロセス、命令、プログラムシーケンス、コード部分などにおいて組み合わされ又は共有され得ると理解するであろう。

ボリュームデータセットは如何なるデータ源からも発生され得る。ボリュームデータセットがＣＴ又はＭＲＩデータであること、若しくはデータ自身が医用画像データであることは要求されない。本明細書における技術は、内容に関係なく如何なるボリュームデータセット内でも使用され得る。

一つの実施形態において、有形の（非一時的）機械可読媒体は、ディスプレイ上のボリュームデータセットのレンダリングのプロセス中に、動的レンダリング解像度及びピクセル当たりの動的光線追跡を実行するコンピュータプログラムを保存する。プログラムは、ボリュームデータセットを受信し、そして（マシンの内部で存在する（live））仮想カメラ構成体をレンダリングする。プログラムは、使用者の制御下でカメラを動かしそして再度向きを変え、そして望まれように眺めを変える。記述された通り、動的レンダリング解像度プロセスは、フレームのセットの各フレーム中のピクセルの数を増減し、一方、ピクセル当たりの動的ステッピングは、ピクセル当たりの光線追跡ステップの数を増減する。フレームを横切って解像度を連続的に減じることによって、及びフレーム内のピクセル毎のステップの数を減じることによって、プログラムは、望ましいフレーム速度で、画像のその全体的レンダリングをスピードアップでき、そしてこのようにして仮想カメラ構成体は、ボリュームデータセット自身内を含む、如何なる場所にも位置取りされ及び向けられ得る。仮想カメラは、ボリュームデータセット内及びその回りでの完全な動きの自由を有する；従って、見る人は、３Ｄ空間において如何なる位置にも動く能力、及び如何なる向きにおいても実時間で見る能力を有する。記述されたアプローチによって、連続して３Ｄメッシュを再構築するためのプログラムを要求することなく又は事前に設定された組織パレットを使用することなく、（骨を含む）種々の組織が可視化されるように、３Ｄにおける実時間組織選択及びセグメント化が可能になる。

我々の発明を記述して、我々がクレームするのは下記のとおりである。

Claims (15)

1. プログラムを保存する、有形の機械可読媒体を含んでなる物品であって、
   ボリュームデータセットを受信すること；及び
   毎秒、所定の数のフレームで、ボリュームデータセットの画像、ここで、画像の各フレームは均一であるピクセルを有する、変化する解像度を有する画像シーケンスの少なくとも二つのフレーム、及び変化する数の光線追跡ステップを有する特定のフレーム内の少なくとも二つのピクセルをレンダリングすること、
   を含んでなる方法を実行するマシンによって、プログラムが実行可能である、上記物品。
2. ボリュームデータセットを医用画像スキャンから受信する、請求項１に記載の物品。
3. 画像が、ボリュームデータセットに対して外部にある透視図からレンダリングされる、請求項１に記載の物品。
4. 画像が、ボリュームデータセットに対して内部にある透視図からレンダリングされる、請求項１に記載の物品。
5. ピクセルと関連する光線に沿った一対のサンプルの間のステップのサイズが、各サンプル点でのボリュームデータセットにおける値の関数である、請求項１に記載の物品。
6. 装置であって、
   ディスプレイ；
   プロセッサ；及び
   プロセッサによって又はそれに関連して実行されるとき、画像シーケンスの二つのフレームが互いに対して変化する解像度を有し、そして特定のフレーム内の二つのピクセルが、互いに対して変化する数の光線追跡ステップを有するフレーム速度で、３Ｄ画像をディスプレイ上にレンダリングするコンピュータプログラム命令を保持するコンピュータメモリ：
   を含んでなる、上記装置。
7. 画像が、３Ｄ画像に対して外部にある透視図からレンダリングされる、請求項６に記載の装置。
8. 画像のセットが、３Ｄ画像に対して内部にある透視図からレンダリングされる、請求項６に記載の装置。
9. プロセッサが、ＣＰＵ及びＧＰＵの一つである、請求項６に記載の装置。
10. ３Ｄ画像が、ＣＴスキャン及びＭＲＩスキャンの一つである、請求項６に記載の装置。
11. 表示方法であって；
    ボリュームデータセットを受信すること；及び
    プロセッサを用いて、仮想カメラの透視図からボリュームデータセットの画像、互いに対して変化する解像度を有する画像シーケンスの少なくとも二つのフレーム、及び互いにに対して変化する数の光線追跡ステップを有する特定のフレーム内の少なくとも二つのピクセルをレンダリングすること：
    を含んでなる、上記表示方法。
12. 画像が、ボリュームデータセットに対して外部にある仮想カメラの透視図からレンダリングされる、請求項１１に記載の表示方法。
13. 画像が、ボリュームデータセットに対して内部にある仮想カメラの透視図からレンダリングされる、請求項１１に記載の表示方法。
14. 仮想カメラの向きが、ボリュームデータセットに対して内部の位置内から調節される、請求項１３に記載の表示方法。
15. ボリュームデータセットが医用画像スキャンから受信される、請求項１１項に記載の表示方法。