JP2563298B2

JP2563298B2 - ３次元画像処理装置

Info

Publication number: JP2563298B2
Application number: JP62016024A
Authority: JP
Inventors: 徳典木村
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-28
Filing date: 1987-01-28
Publication date: 1996-12-11
Anticipated expiration: 2011-12-11
Also published as: JPS63186628A; USRE35798E; US4835688A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、CT,MRI像を用いた３次元画像処理技術に係
り、特に人体の表皮,,血管組織等の実質臓器（構造物と
もいう）を対象とした３次元画像処理装置に関する。

（従来の技術）近年、CT,MRI像を用いた３次元画像処理技術の開発が
盛んであり、臨床応用も骨を中心として盛んになってき
た。

骨はＸ線CT像上でCT値の高い部分として表われ、ある
閾値を定めてそれ以上のCT値を有する部分を骨とし、そ
れ以外の部分と区別して２値化してから表示することが
可能である。

（発明が解決しようとする問題点）実質臓器の表示法として、複数枚の各々平行なCT像を
用いて任意断面を再構成して表示する方法（サジタル，
コロナル，オブリーク像）があるが、各々は断面である
ために相互の関係が分りにくく３次元認識にも限界があ
った。

特に、近年は外科手術の計画を立てる上で３次元的な
シミュレーションを行うことが切望されており、３次元
データの任意の切断面の像（サーフェス像）を表示する
ことが必要となるが、実質臓器の３次元表示が困難であ
るために実用化されていない。

そこで、本発明の目的とするところは、表示対象物の
持つ元の情報を損うことなく３次元表示することがで
き、手術計画を立てる上でのシミュレーションを支援す
ることのできる３次元画像処理装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、３次元ボクセルデータを記憶する３次元メ
モリと、投影面に垂直な方向で前記３次元メモリより複
数の構造物の領域を抽出し、この抽出された領域を各構
造物毎に２値化データの像として作成する領域抽出部
と、前記投影面と各構造物の２値化データ像との間の距
離に関するデータを作成する距離データ作成部と、前記
投影面に対して前記距離データが最小となる前記２値化
データを選択し、この選択された２値化データよりサー
フェス像を作成して表示させるサーフェス像作成部と、
前記投影面を投影面に垂直な方向に移動させる投影面移
動手段とを設けて、３次元画像処理装置を構成してい
る。

（作用）投影面から構造物までの距離データは、Ｚ−buffer
（バッファ）と呼ばれ、サーフェス像を作成するのに必
要なデータであることが知られている。本発明では、各
構造物毎にこの距離データを求め、しかも投影面に最も
近い距離データをサーフェス表示に用いている。即ち、
投影面を順次構造物に近付けて、実際の手術での切削を
行う場合のごとく設定した場合、切削の切り口に存在す
る部位を表示することができ、手術のシミュレーション
を支援することができる。

（実施例）以下、本発明を図示の実施例に基づき具体的に説明す
る。

本実施例は、人体の何種類かの解剖学的構造物（骨，
血管，腫よう等）の相互関係をひとつの３次元空間にお
さめて認識できるように表示し、実際の外科手術に対応
するように表皮→骨→血管等と内部に切削するに従って
順次見えるように表示している。

第１図は、本実施例に係る３次元画像処理装置のブロ
ック図である。

同図において、１は３次元メモリであり、Ｘ線CT装置
等で収集された例えば人体の頭部に関する断層像を複数
枚収容し、これを３次元ボクセルデータとして記憶して
いる。尚、必要に応じてスライス間データが補間されて
いるものとする。

２はリードアドレスゼネレータであり、サーフェス表
示を行うための読み出し指定として、投影面上のスター
トアドレスより該投影面に垂直な方向にアドレス更新し
て、前記３次元メモリ１等に対して読み出しアドレスを
指定するものであり、一般的に使用されているものであ
る。

３は第１のレベル検出器であり、前記３次元メモリ１
より読み出されたデータ値のレベルを検出するもので、
本実施例では例えば表皮，骨，血管のCT値レベルが設定
されており、後段のメモリ４に表段，骨，血管の２値化
像を作成することになっている（第３図（Ａ）乃至
（Ｃ）参照）。このため、先ず前記３次元メモリ１より
読み出されたデータと表皮のCT値範囲とを比較し、表皮
のCT値範囲に入る場合には「１」、それ以外の場合は
「０」を出力し、以後同様にして骨，血管の２値化像を
作成し、それぞれメモリ4A,4B,4Cに記憶するようになっ
ている。

５は第２のレベル検出器であり、前記リードアドレス
ゼネレータ２の読み出し指定によって読み出されるメモ
リ4A,4B,4Cの各データが「１」又は「０」であるかを検
出するものである。

６は距離検出器であり、前記第２のレベル検出器５で
データ値が「１」と判断された場合には、前記投影面か
ら該データアドレスゼネレータまでの距離（投影面上の
スタートアドレスから単位ベクトル毎にアドレス更新し
て前記データアドレスに達するまでの前記単位ベクトル
の繰り返し数に相当）を検出するものである。

７は最小距離検出器であり、前記距離検出器６の出力
を入力し、同一アドレス上で表皮，骨，血管に関する前
記距離が最小のもの（即ち、投影面に最も近いもの）を
選択して出力する。

９はライドアドレスゼネレータであり、前記最小距離
検出器６からのデータを２次元メモリ８に書き込む際の
ライトアドレスを発生するものである。尚、切削部以外
のデータは前記距離検出器６からの表皮に関する距離デ
ータを前記ライトアドレスゼネレータ９の指令によって
書き込むようになっている。

10はサーフェス像作成部であり、前記２次元メモリ８
に記憶された距離データがサーフェス像を作成するため
に必要なデータであることから、この距離データに基づ
き陰影付けを行ってサーフェス像を形成し、後段の表示
部11に表示するようになっている。

尚、上記構成において、リードアドレスゼネレータ2,
第１のレベル検出器３及びメモリ４で領域抽出部を構成
し、リードアドレスゼネレータ2,第２のレベル検出器
５、距離検出器６、最小距離検出器７で距離データ作成
部を構成している。尚、上記構成は一例であってこれに
限定されるものではないことは言うまでもない。

次に、上記構成の作用について第２図乃至第４図を参
照して説明する。

本実施例では、第２図に示す３次元ボクセルデータよ
り、表皮，骨，血管の各構造物を抽出してそれぞれ３次
元データとして記憶している。即ち、３次元データに対
して所定の投影面を設定し、この投影面に垂直な投影方
向のデータ値を３次元メモリ１より読み出し上記各構造
物のCT値に基づき第３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す
各構造物の同一線方向に関する２値化像を作成する。

次に、投影面上より２値化データの「１」に達する投
影方向の距離を距離検出器６で各構造物毎に求める。そ
して、最小距離検出器７で、同一アドレスについて各構
造部までの距離の最小値即ち投影面に最も近い距離を選
択する。

ここで、投影面が３次元データのメモリ空間外にある
ときは、当然の表皮のデータが前記距離データとして選
択されることになるが、この投影面を切削と同様にメモ
リ空間内に設定すると、先ず表皮が除外され、次に骨が
除外されるので、最終的には血管像までの距離が最小距
離として選択されることになる。

そこで、このように投影面を切削の容量で順次投影方
向に前進させてゆけば、実際の手術と同様に頭部の内部
を表示することができる。

前記切削領域内で前記最小距離検出器７によって選択
された距離データは、ライトアドレスゼネレータ９に基
づき２次元メモリ８に記憶され、この領域外はメモリ4A
内の表皮データ基づき処理された距離データが２次元メ
モリ８に合成して記憶される。

前記２次元メモリ８に記憶された距離データは、サー
フェス像作成のための必要なデータであるので、これを
陰影付けして表示部11に表示することにより、第４図に
示すような一部が切削されたサーフェス画像を表示する
ことができる。

また、必要に応じてこの切削部位を視線を変えて表示
したい場合には、投影物に関するパラメータを再設定し
て同様に処理すればよい。この際、切削によって除外さ
れている表皮，骨に相当するデータをメモリ4A,4B上で
「１」より「０」に変える処理を新たに施しておけばよ
い。

このように、本発明によれば実際の切削と同様に対象
物の内部を３次元表示することができるため、手術計画
を立てる上でのシミュレーションを支援することができ
る。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

例えば、距離データとして投影面に最も近いデータを
選択するにあたって、上記実施例では投影面よりデータ
値が「１」である位置までの距離をｄとし、このｄの最
小値を選んだが、距離データとして第５図に示すように
Ｚ−butterと称されるＩ（ｚ）＝Ｄ−ｄを用いた時は、
Ｉ（ｚ）の最大値を選ぶようにすればよい。

ここで、３次元的認識が容易な他の手法について第６
図以下を参照して説明する。

この例は、実質臓器を３次元的に認識するために、第
７図（Ａ）に示すようにアキシャル，コロナル，サジタ
ル面をそれぞれアフィン変換して合成表示したものであ
る。

このための構成としては、第６図に示すように３次元
メモリ１より補間部20を介して断面変換部21にデータ入
力し、ここでアキシャル，コロナル，サジタルの各断面
変換を行う。尚、各面はトラッカーボール等のROI入力
によりリアルタイムで各々平行で動かすことができる。
この後、アフィン変換部22において、設定された視線方
向に基づき各面をアフィン変換し、これらを合成して表
示部23に表示するようにしている。尚、視線方向の変更
により、あらゆる方向からの観察が可能となる。

また、このような表示上での切削も同様にして可能で
ある。即ち、第７図（Ｂ）に示すように、切削部24を矩
形でROI等により指定する。そして、この切削部24の内
部の面を上記と同様にアフィン変換して合成すれば、第
７図（Ｃ）に示す像を表示することができる。

さらに、３次元像だけでは各断面の相互の位置関係は
分るが、実際の大きさで見ることができないので、３次
元像とこれを構成するアキシャル，コロナル，ザジタル
の各断面のマルチフレーム表示（第８図参照）も有用な
手法である。これにより、各断面の詳細な観察及び相互
の位置関係の把握が容易となる。尚、切削部分も各々の
断面に表示し、この際見えない部分は断面のラインのみ
表示する。

また、前述した本発明によるサーフェス表示と上記手
法の３次元像とをマルチフレーム表示すれば、第９図に
に示すように同一視点から見た同一サイズでの各３次元
像が同時に把握でき、骨との関係，血管，脈管との関係
を容易に把握できる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば切削の過程に応
じて切削部位を３次元表示することができ、手術計画を
立てる上でのシミュレーションを支援することできる３
次元画像処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例装置のブロック図、第２図は
３次元ボクセルデータの概略図、第３図（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ）は各構造物の２値化像を示す概略図、第
４図は切削を行った場合の表示例を示す概略図、第５図
は距離データの他の例を示す概略図、第６図の他を手法
による３次元画像処理装置のブロック図、第７図
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は第６図に示す装置の表示例を
示す概略図、第８図，第９図はマルチフレーム表示の一
例を示す概略図である。１……３次元メモリ、2,3,4……領域抽出部、2,5,6,7…
…距離データ作成部、10……サーフェス像作成部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】３次元ボクセルデータを記憶する３次元メ
モリと、投影面に垂直な方向で前記３次元メモリより複
数の構造物の領域を抽出し、この抽出された領域を各構
造物毎に２値化データの像として作成する領域抽出部
と、前記投影面と各構造物の２値化データ像との間の距
離に関するデータを作成する距離データ作成部と、前記
投影面に対して前記距離データが最小となる前記２値化
データを選択し、この選択された２値化データよりサー
フェス像を作成して表示させるサーフェス像作成部と、
前記投影面を投影面に垂直な方向に移動させる投影面移
動手段とを有することを特徴とする３次元画像処理装
置。