JP2020000602A - 医用画像処理装置、医用画像処理方法、プログラム、及びデータ作成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記3Dテクスチャに対して、前記取得したパタメータを用いた前記所定の座標変換を行って前記変換後3Dテクスチャを生成するようにしても良い。
Memory)、RAM(Random Access Memory)、フレームメモリ(Frame Memory)等によって構成される。CPU、GPUは、記憶部12、ROM、記録媒体等に格納されるプログラムをRAM、フレームメモリ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス18を介して接続された各装置を駆動制御し、医用画像処理装置1が行う後述する処理を実現する。
−32768≦Do(x、y、z)≦32767
0≦x≦Sx−1、0≦y≦Sy−1、0≦z≦Sz−1
解像度:Rxy、解像度Rz
0≦Do(x、y、z)≦255
0≦x≦Sx−1、0≦y≦Sy−1、0≦z≦Sz−1
解像度:Rxy、解像度Rz
Interest)の指定を受け付ける。例えば、関心領域ROIを直方体で指定する場合は、以下のように、X方向ROI(X方向の開区間)、Y方向ROI(Y方向の開区間)、Z方向ROI(Z方向の開区間)を指定する。
X方向ROI=(Xs、Xe)
Y方向ROI=(Ys、Ye)
Z方向ROI=(Zs、Ze)
尚、関心領域を指定しない場合は、Xs=0、Xe=Sx−1、Ys=0、Ye=Sy−1、Zs=0、Ze=Sz−1となる。
0≦Cmap(v、n)≦255
−32768≦v≦32767
n=0(R)、1(G)、2(B)、3(α)
0≦Cmap(v、n)≦255
0≦v≦255
n=0(R)、1(G)、2(B)、3(α)
図6は、医用画像処理装置1の全体動作を示すフローチャートである。
(1)断層画像群DoのSz/2番目の中間スライスDo(z/2)における全ての画素の最小値Dmin、最大値Dmaxを算出する。
(2)下限値Lmin=(Dmax−Dmin)・γ+Dmin、上限値Lmax=(Dmax−Dmin)・(1−γ)+Dminを設定する。ここで、γは階調圧縮画像のコントラスト調整幅で、0に近いほどコントラストが増大する(但し、輝度が小さくなる)。通常はγ=0.1に設定する。
(3)断層画像群Doを以下の計算式で8ビットの断層画像群Doに変換する(下限値Lmin〜上限値Lmaxの範囲で256段階に圧縮する)。
Do(x、y、z)
=(Do(x、y、z)−Lmin)・255/(Lmax−Lmin)
但し、Do(x、y、z)>255の場合はDo(x、y、z)=255、Do(x、y、z)<0の場合はDo(x、y、z)=0に飽和させる。
(1)断層画像群Doの中で、Sz/2番目の中間スライスDo(z/2)における全ての画素の最小値Dmin、最大値Dmaxを算出する。
(2)下限値Lmin=(Dmax−Dmin)・γ+Dmin、上限値Lmax=(Dmax−Dmin)・(1−γ)+Dminを設定する。ここで、γは階調圧縮画像のコントラスト調整幅で、0に近いほどコントラストが増大する(但し、輝度が小さくなる)。通常はγ=0.1に設定する。
(3)16ビットの信号値vを以下の計算式で8ビットの信号値v8に変換する(下限値Lmin〜上限値Lmaxの範囲で256段階に圧縮する)。
v8=(v−Lmin)・255/(Lmax−Lmin)
但し、v8>255の場合はv8=255、v8<0の場合はv8=0に飽和させる。
(4)次のように、16ビット対応のカラーマップCmap(v、3)((式4)参照)を調整する。
v8>Svの場合:Cmap(v、3)←Cmap(v、3)(v8−Sv)δv8≦Svの場合:調整しない
v>Svの場合:Cmap(v、3)←Cmap(v、3)(v−Sv)δ
v≦Svの場合:調整しない
まず、制御部11(被写体領域抽出部26a)は、断層画像Do(z)(0≦z≦Sz−1)毎に、断層画像Do(z)の被写体領域を抽出する(図8のステップS21)。
被写体領域の中心座標c(z)=(cx(z)、cy(z))
cx(z)=(Xmax+Xmin)/2
cy(z)=(Ymax+Ymin)/2
被写体領域の横方向のサイズw(z)=Xmax−Xmin+1
被写体領域の縦方向のサイズh(z)=Ymax−Ymin+1
w(z)=h(z)・w(z’)/h(z’)
続いて、抽出された被写体領域に複数の個別領域を設定しない場合(ステップS23;No)には、制御部11(幾何情報取得部26d)は、断層画像Do(z)毎に、断層画像Do(z)から抽出された被写体領域の外郭を単一の幾何形状で近似し、幾何パラメータP(z)を取得する(図8のステップS24)。本実施の形態では、被写体形状の外郭を楕円E(z)で近似し、幾何パラメータP(z)として楕円E(z)のパラメータ(楕円パラメータP(z))を取得するものとする。
楕円E(z)の中心座標C(z)=(Cx(z)、Cy(z))
Cx(z)=cx(z)+xoffset
Cy(z)=cy(z)+yoffset
楕円E(z)の横方向のサイズW(z)=a・w(z)
楕円E(z)の縦方向のサイズH(z)=b・h(z)
例えば、z番目の断層画像Do(z)の各画素(x、y、z)の補正倍率Sα(x、y、z)は、以下のように算出される。
Sα(x、y、z)=1−k・r(x、y、z)・amp
r(x、y、z)={(x−Cx(z))/(W(z)/2)}2+{(y−Cy(z))/(H(z)/2)}2
但し、0≦Sα(x、y、z)≦1
<楕円パラメータP1(z)>
楕円E1(z)の中心座標C1(z)=(Cx1(z)、Cy1(z))
Cx1(z)=cx(z)−w(z)/4+xoffset
Cy1(z)=cy(z)+yoffset+dy(z)
楕円E1(z)の横方向のサイズW1(z)=w(z)・a/2
楕円E1(z)の縦方向のサイズH1(z)=h(z)・b/2
<楕円パラメータP2(z)>
楕円E2(z)の中心座標C2(z)=(Cx2(z)、Cy2(z))
Cx2(z)=cx(z)+w(z)/4+xoffset
Cy2(z)=cy(z)+yoffset+dy(z)
楕円E2(z)の横方向のサイズW2(z)=w(z)・a/2
楕円E2(z)の縦方向のサイズH2(z)=h(z)・b/2
<楕円パラメータP3(z)>
楕円E3(z)の中心座標C3(z)=(Cx3(z)、Cy3(z))
Cx3(z)=cx(z)+xoffset
Cy3(z)=cy(z)+h(z)・b・d/2+yoffset+dy(z)
楕円E3(z)の横方向のサイズW3(z)=w(z)・a・e/2
楕円E3(z)の縦方向のサイズH3(z)=h(z)・b・e/2
(1)Zth>0かつz<Zthの場合
dy(z)=0
(2)z≧Zthの場合
dy(z)=(z−Zth)・dym/(Sz−1−Zth)
(3)Zth<0かつz<−Zthの場合
dy(z)=(z+Zth)・dym/Zth
(4)z≧−Zthの場合
dy(z)=0
尚、補正しない場合はZth=dym=0とする。
例えば、z番目の断層画像Do(z)の各画素(x、y、z)の補正倍率Sα(x、y、z)は、以下のように算出される。
Sα(x、y、z)=1−k・r(x、y、z)・amp
r(x、y、z)=min[r1(x、y、z)、r2(x、y、z)、r3(x、y、z)]
r1(x、y、z)={(x−Cx1(z))/(W1(z)/2)}2+{(y−Cy1(z)))/(H1(z)/2)}2
r2(x、y、z)={(x−Cx2(z))/(W2(z)/2)}2+{(y−Cy2(z))/(H2(z)/2)}2
r3(x、y、z)={(x−Cx3(z))/(W3(z)/2)}2+{(y−Cy3(z)))/(H3(z)/2)}2
また、(式15)のampは、(式12)と同様、XY面の振幅倍率であり、初期値はamp=1.0である。図13に示したように、被写体中心部の補正倍率を平坦にし、飽和領域を広くしたい場合は、amp>1.0に設定する(但し、陰影感が弱くなる)。
図6のフローチャートの説明に戻る。
まず、制御部11は、カラーマップCmap(v、n)(0≦n≦2)(=カラーパレット)、及び関心領域ROIに基づいて、24ビットのRGB値を保持するボクセル構造体Vc(x、y、z、n)(0≦V(x、y、z、n)≦255、0≦n≦2、0≦x≦Sx−1、0≦y≦Sy−1、0≦z≦Sz−1;解像度:Rxy、Rz)を以下のように作成する(図18のステップS801)。
(1)Xs<x<Xe、Ys<y<Ye、及びZs<z<Zeを全て満たす場合(関心領域ROI内の場合)
Vc(x、y、z、n)=Cmap(Do(x、y、z)、n) (0≦n≦2)
(2)x≦Xs、x≧Xe、y≦Ys、y≧Ye、z≦Zs、又はz≧Zeのいずれかを満たす場合(関心領域ROI外の場合)
Vc(x、y、z、n)=0 (0≦n≦2)
(1)Xs<x<Xe、Ys<y<Ye、及びZs<z<Zeを全て満たす場合(関心領域ROI内の場合)
Vα(x、y、z)=Cmap(Do(x、y、z)、3)
Vα(x、y、z)=Vα(x、y、z)・Sα(x、y、z)
(2)x≦Xs、x≧Xe、y≦Ys、y≧Ye、z≦Zs、又はz≧Zeのいずれかを満たす場合(関心領域ROI外の場合)
Vα(x、y、z)=0
(1)Xs<x<Xe、Ys<y<Ye、及びZs<z<Zeを全て満たす場合(関心領域ROI内の場合)
V(x、y、z、n)=Cmap(Do(x、y、z)、n) (0≦n≦3)
V(x、y、z、3)=V(x、y、z、3)・Sα(x、y、z)
(2)x≦Xs、x≧Xe、y≦Ys、y≧Ye、z≦Zs、又はz≧Zeのいずれかを満たす場合(関心領域ROI外の場合)
V(x、y、z、n)=0 (0≦n≦3)
Gx={Vα(x+1、y、z)−Vα(x−1、y、z)}・Rxy/Rz
Gy={Vα(x、y+1、z)−Vα(x、y−1、z)}・Rxy/Rz
Gz={Vα(x、y、z+1)−Vα(x、y、z−1)}
G={Gx2+Gy2+Gz2}1/2
尚、Rxy/Rzはあらかじめ定義されるZ軸方向変倍率である。(式19)のように、Gx、GyにZ軸方向変倍率Rxy/Rzを乗算する代わりに、GzにZ軸方向変倍率Rxy/Rzの逆数を乗算するのでもよい。
Vc(x、y、z、n)=S(x、y、z)・Vc(x、y、z、n)(0≦n≦2)
図6のフローチャートの説明に戻る。
図19は、レイキャスティング法の概要を示す図である。図19(a)に示すように、投影面(レンダリング像)の各点からボクセルデータに対して任意の方向にレイを発射し、最深点(レイ方向で光が届く最も深い点)よりその軌跡を逆にたどり、投影面上の点の輝度値を算出する。
また、図19(b)に示すように、計算を簡単にするため、ボクセルデータに座標変換を施し、投影面の各点よりZ軸負方向の最深点までレイを進め、同時に累積輝度計算を行う。
回転パラメータ行列R:
R=[R11 R12 R13;
R21 R22 R23;
R31 R32 R33]
(ボクセル座標系から視点座標系への座標変換を行うための3×3の行列の逆行列、GUI側はボクセル座標系から視点座標系への座標変換を指示するが、レンダリング側は視点座標系からボクセル座標系に座標変換を行う。)
X軸方向のオフセットXoff
Y軸方向のオフセットYoff
Z軸方向のオフセットZoff
X軸方向のROI:Xs−Xe(0≦Xs、Xe≦Sx−1)
Y軸方向のROI:Ys−Ye(0≦Ys、Ye≦Sy−1)
Z軸方向のROI:Zs−Ze(0≦Zs、Ze≦Sz−1)
透視変換パラメータ:原点からZ軸方向の距離Dist(正の実数値、平行投影の場合はDist=0)
拡大縮小倍率Scale(XYZ軸方向で同一)
Z方向変倍率Scz=Rxy/Rz
Z方向変倍後のZ方向サイズSz’=Sz・Scz
座標変換サブサンプル・オフセット:X軸方向dx、Y軸方向dy、Z軸方向dz
そして、GUIの指示に従い、X軸中心回転Rx、Y軸中心回転Ry、Z軸中心回転Rz(角度単位:ラジアン)のいずれかを逐次指定し、以下のように、各々回転行列Aを生成して回転パラメータ行列Rに右から乗算して、回転パラメータ行列Rを更新する。これにより、GUIの指示により生成されるボクセル座標系から視点座標系への回転行列の逆行列が算出される。
A=[A11 A12 A13;
A21 A22 A23;
A31 A32 A33]
とすると、
X軸中心回転Rxの場合の回転行列Aの各要素は、
A11=1、A12=0、A13=0
A21=0、A22=cosRx、A23=sinRx
A31=0、A32=sinRx、A33=cosRx
Y軸中心回転Ryの場合の回転行列Aの各要素は、
A11=cosRy、A12=0、A13=sinRy
A21=0、A22=1、A23=0
A31=−sinRy、A32=0、A33=cosRy
Z軸中心回転Rzの場合の回転行列Aの各要素は、
A11=cosRz、A12=sinRz、A13=0
A21=−sinRz、A22=cosRz、A23=0
A31=0、A32=0、A33=1
となる。
回転パラメータ行列Rは、R←R×Aと更新される。
探索制御マスクM(x、y、l)(0≦x≦Sx−1、0≦y≦Sy−1、0≦l≦L−1)は、算出するレンダリング像の画素(x、y)毎に先頭の不透明ボクセルのZ座標を記憶したものである。座標変換時にサブサンプリング(ボリュームレンダリング像のジャギーを除去するため、アンチエリアシングともいわれる)を行う場合は、制御部11は、以下の処理をL回(0≦l≦L−1)実行する。
制御部11は、処理回数l=L−1となるまで(ステップS46;Yes)、上記したステップS42〜S45の処理を繰り返す。
まず、制御部11は、zをz=Zsと初期化し、探索対象画素(x、y)を入力する(ステップS51)。続いて、制御部11は、3次元座標(x、y、z)に対して座標変換を行い、ボクセルα値(n=3)を算出する(ステップS52)。座標変換を行い、ボクセルα値を算出する処理(座標変換処理)は後述する。
座標変換処理は、視点座標系をボクセル座標系に変換する処理であり、GUI側の変換処理とは逆になる。GUI側では関心領域ROIによるクリッピング、スケーリング、Z方向変倍処理、オフセット(XYZ方向同時)、回転、透視変換の順に行うものと仮定し、制御部11は、与えられた視点座標系の3次元座標値(x、y、z)(整数値)に対応する8ビットのボクセル構造体Vα(x、y、z)又は24ビットのボクセル構造体Vc(x、y、z、n)の実数の座標値(xr、yr、zr)を以下のように算出する。
xx=x−Sx/2+dx
yy=y−Sy/2+dy
zz=z−Sz’/2+dz
zz’=Dist・zz/(Dist+zz)
xx’=xx・(Dist−zz’)/Dist
yy’=yy・(Dist−zz’)/Dist
透視変換後の(xx’、yy’、zz’)を(xx、yy、zz)とする。
xx’=R11・xx+R12・yy+R13・zz
yy’=R21・xx+R22・yy+R23・zz
zz’=R31・xx+R32・yy+R33・zz
回転処理後の(xx’、yy’、zz’)を(xx、yy、zz)とする。
xr=xx/Scale+Sx/2−Xoff
yr=yy/Scale+Sy/2−Yoff
zr=zz/Scale/Scz+Sz/2−Zoff
Vα=0
2)上記1)の条件を満たさない場合において、xi+1>Xe、yi+1>Ye、又はzi+1>Zeのいずれかを満たす場合(補間しない)
Vα=Vα(xi、yi、zi)
Vα=(1−wz)(1−wy)(1−wx)・Vα(xi、yi、zi)+(1−wz)(1−wy)・wx・Vα(xi+1、yi、zi)+(1−wz)・wy・(1−wx)・Vα(xi、yi+1、zi)+(1−wz)・wy・wx・Vα(xi+1、yi+1、zi)+wz・(1−wy)(1−wx)・Vα(xi、yi、zi+1)+wz・(1−wy)・wx・Vα(xi+1、yi、zi+1)+wz・wy・(1−wx)・Vα(xi、yi+1、zi+1)+wz・wy・wx・Vα(xi+1、yi+1、zi+1)
Vc(n)=0 (0≦n≦2)
2)上記1)の条件を満たさない場合において、xi+1>Xe、yi+1>Ye、又はzi+1>Zeのいずれかを満たす場合(補間しない)
Vc(n)=Vc(xi、yi、zi、n) (0≦n≦2)
Vc(n)=(1−wz)(1−wy)(1−wx)・Vc(xi、yi、zi、n)+(1−wz)(1−wy)・wx・Vc(xi+1、yi、zi、n)+(1−wz)・wy・(1−wx)・Vc(xi、yi+1、zi、n)+(1−wz)・wy・wx・Vc(xi+1、yi+1、zi、n)+wz・(1−wy)(1−wx)・Vc(xi、yi、zi+1、n)+wz・(1−wy)・wx・Vc(xi+1、yi、zi+1、n)+wz・wy・(1−wx)・Vc(xi、yi+1、zi+1、n)+wz・wy・wx・Vc(xi+1、yi+1、zi+1、n) (0≦n≦2)
制御部11は、まず、生成する24ビット(RGB)のレンダリング画像Image(x、y、n)の初期値を全て0に設定する(Image(x、y、n)=0、n=0(R)、1(G)、2(B))。そして、サブサンプル回数Lとして、各2次元座標(x、y)(0≦x≦Sx−1、0≦y≦Sy−1)に対して、以下の処理を実行する。
Image(x、y、n)=Image(x、y、n)+k・Energy(n)・Light(n)/L
ここで、kは強度倍率であり、初期値はk=1.0に設定される。
Vα(x、y、z)=0
Vc(x、y、z、1)=Ra、Vc(x、y、z、2)=Ga、Vc(x、y、z、3)=Ba
・カメラの視野角度(単位:度、平行投影の場合は0、焦点距離に相当)
・視点座標(カメラの位置、通常はZ軸上に設定)
・注視点座標(被写体の凝視点、通常はZ軸上で原点z=0に固定)
・近方クリッピング位置(視点からの距離、視点より若干距離を置く)
・遠方クリッピング位置(視点からの距離、通常は1000など無限大に固定しクリッピングしない)
図28は、投影画面設定の処理を示すフローチャートである。図28に示すように、制御部11は、レンダリング画像のスクリーンサイズ(縦横画素数、縦横アスペクト比率)を設定し(ステップS101)、平行投影(通常の外観レンダリング)又は透視投影(内視鏡モード)の設定を行う(ステップS102)。そして、透視投影が設定された場合は、制御部11は、透視投影パラメータ(カメラの視野角度(焦点距離)、視点座標、注視点座標、近方クリッピング位置、遠方クリッピング位置)の設定を行う(ステップS103)。
続いて、制御部11は、以下のように、OpenGLの座標変換パラメータ(回転、スケール、移動、Z方向変倍パラメータRxy/Rz)を設定する(ステップS93)。
回転パラメータ行列R:
R=[R11 R12 R13 R14;
R21 R22 R23 R24;
R31 R32 R33 R34;
R41 R42 R43 R44]
(ボクセル座標系から視点座標系への座標変換を行うための4×4の行列で、レンダリング側もGUI側と同一方向の座標変換をOpenGLに指示する。実際は3×3の座標変換行列で定義できるが、OpenGLの仕様上、4×4の座標変換行列に拡張)
X軸方向のオフセットXoff
Y軸方向のオフセットYoff
Z軸方向のオフセットZoff
拡大縮小倍率Scale(XYZ軸方向で同一)
Z方向変倍率Scz=Rxy/Rz
Z方向変倍後のZ方向サイズSz’=Sz・Scz
そして、GUIの指示に従い、X軸中心回転Rx、Y軸中心回転Ry、Z軸中心回転Rz(角度単位:ラジアン)のいずれかを逐次指定し、以下のように、各々回転行列Aを生成して回転パラメータ行列Rに左から乗算して、回転パラメータ行列Rを更新する。
A=[A11 A12 A13 A14;
A21 A22 A23 A24;
A31 A32 A33 A34;
A41 A42 A43 A44]
とすると、
X軸中心回転Rxの場合の回転行列Aの各要素は、
A11=1、A12=0、A13=0、A14=0
A21=0、A22=cosRx、A23=sinRx、A24=0
A31=0、A32=sinRx、A33=cosRx、A34=0
A41=0、A42=0、A43=0、A44=1
Y軸中心回転Ryの場合の回転行列Aの各要素は、
A11=cosRy、A12=0、A13=sinRy、A14=0
A21=0、A22=1、A23=0、A24=0
A31=−sinRy、A32=0、A33=cosRy、A34=0
A41=0、A42=0、A43=0、A44=1
Z軸中心回転Rzの場合の回転行列Aの各要素は、
A11=cosRz、A12=sinRz、A13=0、A14=0
A21=−sinRz、A22=cosRz、A23=0、A24=0
A31=0、A32=0、A33=1、A34=0
A41=0、A42=0、A43=0、A44=1
となる。
回転パラメータ行列Rは、R←A×Rと更新される。
制御部11は、OpenGLによるレンダリング処理を実行する(ステップS94)。
図29は、OpenGLによるレンダリング処理を示すフローチャートである。図29に示すように、制御部11は、拡大縮小倍率Scale(XYZ軸方向で同一)、及びZ方向変倍率Sczに基づいて3Dテクスチャマップに対してスケーリング、及びZ方向変倍処理を施し(ステップS111)、回転パラメータ行列Rに基づいて3Dテスチャマップに対して回転処理を施し(ステップS112)、X軸方向のオフセットXoff、Y軸方向のオフセットYoff、及びZ軸方向のオフセットZoffに基づいて3Dテスチャマップに対してオフセット処理を施すことで(ステップS113)、3Dテクスチャマップに対して所定の座標変換を行う。
ステップS9においてボリュームレンダリング像を生成し表示部16に表示した後、ユーザがパラメータの調整が必要と判断した場合(ステップS10;「Yes」)、パラメータ調整画面40において、楕円パラメータP(z)((式11)(式13)参照)や補正倍率Sα((式12)(式15)参照)を算出する際の各種パラメータをユーザに調整させる(ステップS11)。
ボクセル構造体V(Vc、Vα)の作成((式16)、(式17)参照)に使用されたカラーマップCmap(v、n)(0≦n≦3)のデータ
補正テーブルSα((式12)(式15)参照)の作成に使用された楕円パラメータP(z)((式11)、(式13)参照)のデータ
ボクセル構造体Vαの作成((式17)参照)に使用された補正テーブルSα((式12)(式15)参照)のデータ
断層画像群Doの各画素(x、y、z)に適用される補正後の不透明度を格納した不透明度テーブルTα(x、y、z)(3次元α値分布)
Tα(x、y、z)=Cmap(Do(x、y、z)、3)・Sα(x、y、z)
(0≦Tα(x、y、z)≦255、0≦x≦Sx−1、0≦y≦Sy−1、0≦z≦Sz−1;解像度:Rxy、Rz)
ボクセル構造体V(Vc、Vα)の作成((式16)(式17)参照)に使用されたカラーマップCmap(v、n)(0≦n≦3)と、補正テーブルSα((式12)(式15)参照)の作成に使用された楕円パラメータP(z)((式11)(式13)参照)を含むデータ
ボクセル構造体V(Vc、Vα)の作成((式16)(式17)参照)に使用されたカラーマップCmap(v、n)(0≦n≦3)と、ボクセル構造体Vαの作成((式17)参照)に使用された補正テーブルSα((式12)(式15)参照)を含むデータ
ボクセル構造体Vcの作成((式16)参照)に使用されたカラーマップCmap(v、n)(0≦n≦2)(カラーパレット)と、不透明度テーブルTα(x、y、z)を含むデータ
また、参照データ2(楕円パラメータP(z))を保存しておけば、図8のステップS21〜S24、ステップS21〜S27の処理(ステップS25、S28以外の処理)を省略できる。
また、参照データ4(不透明度テーブルTα)を保存しておけば、図6のステップS7(補正テーブル作成処理)を省略できるとともに、(式17)の不透明度の補正処理(Vα(x、y、z)=Vα(x、y、z)・Sα(x、y、z))を省略できる。すなわち、不透明度テーブルTαに格納されている不透明度をボクセル構造体Vαに設定するだけでよい(Vα(x、y、z)=Tα(x、y、z))。
最後に、従来手法、提案手法1、提案手法2により生成されるレンダリング像の比較を行う。従来手法とは、図6のステップS4において取得したカラーマップCmapを断層画像群Doにそのまま適用してボクセル構造体V(Vc、Vα)を作成し、レンダリング像を生成する手法である。すなわち、従来手法では、以下の(式22)に基づいてボクセル構造体V(Vc、Vα)を作成する。
(1)Xs<x<Xe、Ys<y<Ye、及びZs<z<Zeを全て満たす場合(関心領域ROI内の場合)
Vc(x、y、z、n)=Cmap(Do(x、y、z)、n)(0≦n≦2)
Vα(x、y、z)=Cmap(Do(x、y、z)、3)
(2)x≦Xs、x≧Xe、y≦Ys、y≧Ye、z≦Zs、又はz≧Zeのいずれかを満たす場合(関心領域ROI外の場合)
Vc(x、y、z、n)=0 (0≦n≦2)
Vα(x、y、z)=0
まず、胸部CT画像を対象としてレンダリング像の比較を行った。
ここで、提案手法1における楕円パラメータP(z)((式11)参照)および補正倍率Sα((式12)参照)の各種パラメータを、xoffset=2(X方向のオフセット)、yoffset=5(Y方向のオフセット)、a=0.58(横方向のサイズの補正係数)、b=0.58(縦方向のサイズの補正係数)、k=1.1(減衰係数)、amp=1.0(振幅倍率)と設定した。
次に、腹部CT画像を対象としてレンダリング像の比較を行った。
ここで、提案手法1における楕円パラメータP(z)((式11)参照)および補正倍率Sα((式12)参照)の各種パラメータを、xoffset=−5(X方向のオフセット)、yoffset=−40(Y方向のオフセット)、a=0.75(横方向のサイズの補正係数)、b=0.62(縦方向のサイズの補正係数)、k=1.05(減衰係数)、amp=1.0(振幅倍率)と設定した。
21: 画像取得部
22: 階調圧縮部
23: 領域指定部
24: カラーマップ取得部
25: カラーマップ調整部
26: 補正テーブル作成部
26a: 被写体領域抽出部
26b: 被写体領域補正部
26c: 個別領域設定部
26d: 幾何情報取得部
26e: 補正倍率算出部
27: ボクセル作成部
28: レンダリング部
28a: 第1レンダリング部
28b: 第2レンダリング部
29: データ出力部
30: パラメータ調整部
40: パラメータ調整画面
Sα: 補正倍率、補正テーブル
Claims (28)
- 複数の断層画像を取得する画像取得手段と、
信号値と色値及び不透明度との対応関係を定義するカラーマップを取得するカラーマップ取得手段と、
前記カラーマップを参照することで、前記断層画像の各画素の信号値を、信号値に応じた色値及び不透明度に変換し、色値及び不透明度を保持するボクセルの集合であるボクセルデータを作成するボクセル作成手段と、
前記ボクセルデータに基づいてボリュームレンダリング像を生成するレンダリング手段と、
前記断層画像毎に、断層画像の被写体領域を抽出する被写体領域抽出手段と、
前記断層画像毎に、抽出された被写体領域の外郭を複数の幾何形状で近似し、当該複数の幾何形状の情報を取得する幾何情報取得手段と、を備え、
前記ボクセル作成手段は、前記断層画像の各画素の信号値に応じた前記不透明度を、当該断層画像に対応する複数の幾何形状の情報に基づいて補正する医用画像処理装置。 - 前記断層画像毎に、断層画像の各画素に対応する不透明度の補正倍率を、当該断層画像に対応する複数の幾何形状の情報に基づいて算出する補正倍率算出手段と、を更に備え、
前記ボクセル作成手段は、前記断層画像の各画素の信号値に応じた前記不透明度に対して、前記補正倍率算出手段により算出された補正倍率を乗算する請求項1に記載の医用画像処理装置。 - 前記補正倍率算出手段は、算出した補正倍率を格納する補正テーブルを作成するテーブル作成手段と、を更に備え、
前記ボクセル作成手段は、前記断層画像の各画素の信号値に応じた前記不透明度に対して、前記補正テーブルを参照して得られる補正倍率を乗算する請求項2に記載の医用画像処理装置。 - 前記補正倍率算出手段は、前記補正倍率を、前記幾何形状の幾何中心から遠ざかるにつれ小さくする請求項2または請求項3に記載の医用画像処理装置。
- 前記補正倍率算出手段は、前記複数の幾何形状が重複する範囲においては、各々の幾何形状の情報に基づいて算出される補正倍率のうち、最も値が大きい補正倍率を採用する請求項4に記載の医用画像処理装置。
- 抽出された被写体領域に複数の個別領域を設定する個別領域設定手段と、を更に備え、
前記幾何情報取得手段は、個別領域毎に被写体領域の外郭を幾何形状で近似し、個別領域毎に幾何形状の情報を取得する請求項1から請求項5のいずれかに記載の医用画像処理装置。 - 前記個別領域設定手段は、抽出された被写体領域を横方向に分割した2つの個別領域を設定し、更に、被写体領域の横方向の中央付近に前記個別領域より小さい個別領域を設定する請求項6に記載の医用画像処理装置。
- 前記幾何情報取得手段は、前記中央付近に設定した個別領域に対応する幾何形状の幾何中心に対してオフセットを加えることで、前記中央付近に設定した個別領域に対応する幾何形状の情報を補正する請求項7に記載の医用画像処理装置。
- 前記幾何情報取得手段は、各幾何形状の幾何中心に対して、スライス位置が所定の位置から末端の方向に位置するにつれ所定の割合で増大するオフセットを加えることで、各幾何形状の情報を補正する請求項1から請求項8のいずれかに記載の医用画像処理装置。
- 前記幾何情報取得手段は、断層画像の総数をSz、スライス位置をz、前記所定の位置をZthとすると、z≧Zthの場合は(z−Zth)/(Sz−1−Zth)に比例したオフセットを各幾何形状の幾何中心のY座標に加える請求項9に記載の医用画像処理装置。
- 前記幾何形状は楕円であり、
前記幾何情報取得手段は、前記幾何形状の情報として、楕円の中心座標、楕円の横方向のサイズ、及び楕円の縦方向のサイズを取得し、
前記補正倍率算出手段は、前記中心座標、前記横方向のサイズ、及び前記縦方向のサイズに基づいて、前記補正倍率を算出する請求項2に記載の医用画像処理装置。 - 前記補正倍率算出手段は、前記中心座標における前記補正倍率を最大とし、前記中心座標と前記横方向のサイズ及び前記縦方向のサイズの比が同一となる前記楕円内部の各同心楕円上の前記補正倍率を、各同心楕円の横方向のサイズ及び縦方向のサイズが大きくなるにつれ小さくする請求項11に記載の医用画像処理装置。
- 前記幾何情報取得手段は、前記中心座標に所定のオフセットを加算して前記中心座標を補正し、前記横方向のサイズ及び前記縦方向のサイズに所定の横方向のサイズに対する倍率及び縦方向のサイズに対する倍率を乗算して前記横方向のサイズ及び前記縦方向のサイズを補正し、
前記補正倍率算出手段は、補正された前記中心座標、前記横方向のサイズ、及び前記縦方向のサイズに基づいて、前記補正倍率を算出する請求項11または請求項12に記載の医用画像処理装置。 - 前記オフセット、前記横方向のサイズに対する倍率、及び前記縦方向のサイズに対する倍率をユーザに調整させる調整手段と、を更に備える請求項13に記載の医用画像処理装置。
- 被写体領域の抽出精度を所定の基準で判断し、所定の基準を満たさない前記断層画像の被写体領域を、所定の基準を満たす他の前記断層画像の被写体領域に基づいて補正する被写体領域補正手段と、を更に備える請求項1から請求項14のいずれかに記載の医用画像処理装置。
- 前記被写体領域補正手段は、被写体領域の横方向のサイズが画像の横方向のサイズと一致する前記断層画像における被写体領域の横方向のサイズを、被写体領域の横方向のサイズが画像の横方向のサイズより小さい他の前記断層画像における被写体領域の横方向のサイズ及び縦方向のサイズの比と同一となるように、補正する請求項15に記載の医用画像処理装置。
- 信号値と所定の閾値との差分値に応じて当該信号値に対応する不透明度を減衰させるように前記カラーマップを調整するカラーマップ調整手段と、を更に備え、
前記ボクセル作成手段は、調整された前記カラーマップを参照して、ボクセルデータを作成する請求項1から請求項16のいずれかに記載の医用画像処理装置。 - 代表的な信号値と色値及び不透明度との対応関係に基づいて、所定範囲の信号値と色値及び不透明度との対応関係を定義するカラーマップを作成するカラーマップ作成手段と、を更に備え、
前記カラーマップ取得手段は、作成した前記カラーマップを取得する請求項1から請求項17のいずれかに記載の医用画像処理装置。 - 前記ボクセル作成手段は、各ボクセルの色値に対して、当該ボクセルの不透明度に基づいて当該ボクセルにおける勾配ベクトルを算出し、勾配ベクトルとあらかじめ定義された光源ベクトルに基づいて拡散反射成分と環境光成分から構成される陰影値を算出し、前記色値に前記陰影値を乗算することにより、前記色値を改変する陰影付加手段と、を更に備える請求項1から請求項18のいずれかに記載の医用画像処理装置。
- 前記陰影付加手段は、前記勾配ベクトルを算出するにあたり、当該ボクセルのX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の各々2近傍のボクセルの不透明度の差分値を前記勾配ベクトルのX方向成分、Y方向成分、Z方向成分として算出し、あらかじめ定義されたZ軸方向変倍率に基づいて補正を施したベクトルを、当該ボクセルにおける勾配ベクトルとして算出する請求項19に記載の医用画像処理装置。
- 前記レンダリング手段は、
前記ボクセルデータを生成するボリュームレンダリング像に投影変換した座標系を視点座標系とすると、視点座標系において、前記ボリュームレンダリング像の各画素よりZ軸方向に沿って、Z軸の上限値より下限値に向けて、視点座標系のボクセル座標毎に座標変換を行って前記ボクセルデータより不透明度を取得しながら、不透明ボクセルを探索し、最初に見つかった不透明ボクセルの視点座標系におけるZ座標を、前記ボリュームレンダリング像の画素毎に記録した探索制御マスクを作成する探索制御マスク作成手段と、
前記ボリュームレンダリング像の画素毎に、前記探索制御マスクからZ座標を取得し、取得したZ座標よりZ軸の下限値に向けてZ軸方向に沿って、所定の光強度をもつ仮想光線を照射する際、視点座標系のボクセル座標毎に座標変換を行って前記ボクセルデータより不透明度を取得し、不透明ボクセルが見つかった場合、当該ボクセル座標に対して座標変換を行って前記ボクセルデータより色値を取得し、当該ボクセルの不透明度に基づいて前記光強度を減衰させるとともに、当該ボクセルの不透明度及び色値並びに前記減衰させた光強度に基づいて累積輝度値を算出する処理を繰り返し、算出された累積輝度値に基づいて、前記ボリュームレンダリング像の当該画素に対応する画素値として与えるレイキャスティング手段と、
を備える請求項1から請求項20のいずれかに記載の医用画像処理装置。 - 前記探索制御マスク作成手段及び前記レイキャスティング手段は、前記座標変換を行って前記ボクセルデータより不透明度または色値を取得する際、
所定の回転を定義した回転行列、XYZ軸各方向のオフセット値、XYZ軸方向の拡大又は縮小倍率、Z軸方向の変倍率、注視点から視点までの距離を含む前記所定の座標変換のパラメータを取得し、
前記視点座標系のボクセルの整数値の座標を、前記パラメータに基づいて前記ボクセルデータの座標系に変換を行って、前記ボクセルデータの実数値の座標を算出し、
算出した実数値の座標の近傍の複数の整数値の座標に対応する前記ボクセルデータの複数のボクセルを特定し、
特定した複数のボクセルの不透明度または色値に基づいて前記ボクセルデータより取得される不透明度または色値として算出する請求項21に記載の医用画像処理装置。 - 前記レンダリング手段は、
前記ボクセルデータに基づいて3Dテクスチャを生成する3Dテクスチャ生成手段と、
前記3Dテクスチャに対して所定の座標変換を行って変換後3Dテクスチャを生成する座標変換手段と、
3次元空間のXY座標面上の四角形をZ軸方向に並べた積層四角形を設定する積層四角形設定手段と、
所定の視点からZ軸方向に平行な視線上の前記四角形のXY座標に対応する前記変換後3Dテクスチャのボクセルの色値を前記ボクセルの不透明度に基づいて前記視点から遠い四角形の順にアルファブレンディングして取得し、前記ボリュームレンダリング像の画素値として与える画素値算出手段と、
を備える請求項1から請求項20のいずれかに記載の医用画像処理装置。 - 前記座標変換手段は、
所定の回転を定義した回転行列、視野角度、視点位置、クリッピング位置、XYZ軸各方向のオフセット値、XYZ軸方向の拡大又は縮小倍率、Z軸方向の変倍率を含む所定の座標変換のパラメータを取得し、
前記3Dテクスチャに対して、前記取得したパタメータを用いた前記所定の座標変換を行って前記変換後3Dテクスチャを生成する請求項23に記載の医用画像処理装置。 - 前記座標変換手段及び前記画素値算出手段は、ビデオカードに搭載されたGPU及びフレームメモリを用いて実行する請求項24に記載の医用画像処理装置。
- コンピュータの制御部が、
複数の断層画像を取得する画像取得ステップと、
信号値と色値及び不透明度との対応関係を定義するカラーマップを取得するカラーマップ取得ステップと、
前記カラーマップを参照することで、前記断層画像の各画素の信号値を、信号値に応じた色値及び不透明度に変換し、色値及び不透明度を保持するボクセルの集合であるボクセルデータを作成するボクセル作成ステップと、
前記ボクセルデータに基づいてボリュームレンダリング像を生成するレンダリングステップと、
前記断層画像毎に、断層画像の被写体領域を抽出する被写体領域抽出ステップと、
前記断層画像毎に、抽出された被写体領域の外郭を複数の幾何形状で近似し、当該複数の幾何形状の情報を取得する幾何情報取得ステップと、を含み、
前記ボクセル作成ステップは、前記断層画像の各画素の信号値に応じた前記不透明度を、当該断層画像に対応する複数の幾何形状の情報に基づいて補正する医用画像処理方法。 - コンピュータを、
複数の断層画像を取得する画像取得手段、
信号値と色値及び不透明度との対応関係を定義するカラーマップを取得するカラーマップ取得手段、
前記カラーマップを参照することで、前記断層画像の各画素の信号値を、信号値に応じた色値及び不透明度に変換し、色値及び不透明度を保持するボクセルの集合であるボクセルデータを作成するボクセル作成手段、
前記ボクセルデータに基づいてボリュームレンダリング像を生成するレンダリング手段、
前記断層画像毎に、断層画像の被写体領域を抽出する被写体領域抽出手段、
前記断層画像毎に、抽出された被写体領域の外郭を複数の幾何形状で近似し、当該複数の幾何形状の情報を取得する幾何情報取得手段、として機能させ、
前記ボクセル作成手段は、前記断層画像の各画素の信号値に応じた前記不透明度を、当該断層画像に対応する複数の幾何形状の情報に基づいて補正するプログラム。 - コンピュータの制御部が、
複数の断層画像を取得する画像取得ステップと、
前記断層画像毎に、断層画像の被写体領域を抽出する被写体領域抽出ステップと、
前記断層画像毎に、抽出された被写体領域を複数の幾何形状で近似し、当該複数の幾何形状の情報を取得する幾何情報取得ステップと、
前記断層画像の各画素の信号値に応じたオパシティカーブにより規定される不透明度を、当該断層画像に対応する複数の幾何形状の情報に基づいて補正する不透明度補正ステップと、
前記断層画像の各画素に対応する補正後の不透明度を格納したデータを作成するデータ作成ステップと、
を含むデータ作成方法。
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