JP3062463B2 - 画像生成方法および装置並びに医用画像装置 - Google Patents

画像生成方法および装置並びに医用画像装置

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JP3062463B2
JP3062463B2 JP9305639A JP30563997A JP3062463B2 JP 3062463 B2 JP3062463 B2 JP 3062463B2 JP 9305639 A JP9305639 A JP 9305639A JP 30563997 A JP30563997 A JP 30563997A JP 3062463 B2 JP3062463 B2 JP 3062463B2
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龍夫 川中
夏子 佐藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像生成方法およ
び装置並びに医用画像装置に関し、特に、3次元表示画
像を生成する画像生成方法および装置、並びに、そのよ
うな画像生成装置を備えた医用画像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、X線CT(computed tomograph
y) 装置、磁気共鳴撮像(MRI:magneticresonance imagin
g)装置あるいは超音波撮像装置等の医用画像装置により
患者の体内の3次元領域について医用画像を獲得したと
き、画像データ(data)から3次元表示画像を生成するこ
とが行われる。
【0003】3次元表示画像の生成は、3次元座標空間
において、値が同一な画像データ(画素値)の連なりが
構成する同値線(isocontours) を見出し、それに基づい
て表面像を形成し、表面像の各部の法線ベクトル(vecto
r)に基づいて陰影付けして3次元表示像を生成するサー
フェイス(surface) 法が主流となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】サーフェイス法は、例
えばX線CT装置で得られた医用画像における骨部像の
ように、画素値が他の組織の画素値と明瞭に異なる場合
には極めて有効であるが、例えば内蔵等の軟部組織のよ
うに画素値の差異が明確に検出しにくい部分について
は、同値線が不明確となり不自然な3次元表示画像にな
り易いという問題点があった。
【0005】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、明瞭な3次元表示画像を生
成する画像生成方法および装置並びに医用画像装置を実
現することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】(1)上記の課題を解決
する第1の発明は、画像データが存在する3次元座標空
間において投影方向に沿って複数の視線を設定し、前記
複数の視線の各々について視線上の各画像データにつき
隣合うもの同士の差分値を求め、前記差分値を所定の透
明度値に変換し、前記複数の視線の各々について視線上
の各画像データの所在位置での法線ベクトルに基づいて
明度値を求め、前記複数の視線の各々について視線上の
各画像データの所在位置ごとに前記透明度値と前記明度
値との積を求め、前記積を前記複数の視線の各々につい
て視線に沿って累算する、ことを特徴とする。
【0007】(2)上記の課題を解決する第2の発明
は、画像データが存在する3次元座標空間において投影
方向に沿って複数の視線を設定する視線設定手段と、前
記複数の視線の各々について視線上の各画像データにつ
き隣合うもの同士の差分値を求める差分算出手段と、前
記差分値を所定の透明度値に変換する変換手段と、前記
複数の視線の各々について視線上の各画像データの所在
位置での法線ベクトルに基づいて明度値を求める明度算
出手段と、前記複数の視線の各々について視線上の各画
像データの所在位置ごとに前記透明度値と前記明度値と
の積を求める積算出手段と、前記積を前記複数の視線の
各々について視線に沿って累算する累算手段と、を具備
することを特徴とする。
【0008】(3)上記の課題を解決する第3の発明
は、被検体についての3次元画像データを獲得する医用
画像獲得手段と、前記画像データが存在する3次元座標
空間において投影方向に沿って複数の視線を設定する視
線設定手段と、前記複数の視線の各々について視線上の
各画像データにつき隣合うもの同士の差分値を求める差
分算出手段と、前記差分値を所定の透明度値に変換する
変換手段と、前記複数の視線の各々について視線上の各
画像データの所在位置での法線ベクトルに基づいて明度
値を求める明度算出手段と、前記複数の視線の各々につ
いて視線上の各画像データの所在位置ごとに前記透明度
値と前記明度値との積を求める積算出手段と、前記積を
前記複数の視線の各々について視線に沿って累算する累
算手段と、前記累算手段によって得られた累算値に基づ
く画像を表示する表示手段と、を具備することを特徴と
する。
【0009】第1の発明ないし第3の発明において、前
記視線上の画像データを前記3次元座標空間における前
記画像データからの補間演算によって求めることが、視
線上の画像データを適切化する点で好ましい。
【0010】また、第1の発明ないし第3の発明におい
て、前記透明度値への変換は、内容の可変な変換テーブ
ルに基づいて行うことが、適切な3次元表示像を得る点
で好ましい。
【0011】(作用)本発明では、投影視線上での画素
値の差分値を可視化の程度を定める透明度値に変換し、
この透明度値に画素値の所在位置での法線ベクトルに応
じた明度値を掛け、視線方向に累算して投影画像の画像
データとする。このため、差分値と透明度値との対応関
係に応じて、所望の組織の3次元表示画像を生成でき
る。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。
【0013】図1に、医用画像装置のブロック(block)
図を示す。本装置は本発明の実施の形態の一例である。
本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形
態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の
方法に関する実施の形態の一例が示される。
【0014】(構成)図1に示すように、本装置は、信
号採取部2を有する。信号採取部2は、被検体4から医
用画像生成のための信号を採取するものである。信号採
取部2は、医用画像装置の種類に応じて様々な形態のも
のが用いられる。
【0015】例えば、X線CT装置では、被検体4をス
キャン(scan)するX線照射・検出系を備えたガントリ(g
antry)が用いられる。MRI装置では、磁気共鳴を利用
して被検体4から信号を採取するマグネットシステム(m
agnet system) が用いられる。超音波撮像装置では、被
検体4内に超音波を送波してそのエコー(echo)を受信す
る超音波プローブ(probe) が用いられる。
【0016】このような信号採取部2は、いずれも既存
のものを利用することができる。その他の医用画像装置
でも、その種類に応じてそれぞれ既存のものを用いるこ
とができる。
【0017】信号採取部2は画像生成部6に接続され、
被検体4から採取した信号を画像生成部6に入力するよ
うになっている。画像生成部6は、信号採取部2から入
力された信号に基づいて画像を生成するようになってい
る。信号採取部2および画像生成部6は、本発明におけ
る医用画像獲得手段の実施の形態の一例である。
【0018】画像生成部6も、医用画像装置の種類に応
じて様々な形態のものが用いられる。例えば、X線CT
装置では、被検体4の複数ビュー(view)の投影データを
逆投影して断層像を再構成する装置(コンピュータ(com
puter)等)が用いられる。MRI装置では、磁気共鳴信
号の逆フーリエ(Fourie)変換により画像を再構成する装
置(コンピュータ等)が用いられる。超音波撮像装置で
は、超音波エコーの強度に基づいてBモード(mode)像等
を求める装置が用いられる。これらの画像生成部6はい
ずれも既存のものを用いることができる。その他の医用
画像装置でも、その種類に応じてそれぞれ既存のものを
用いることができる。
【0019】画像生成部6には画像処理部8が接続され
ている。画像処理部8は、画像生成部6が生成した画像
を取り込んで、3次元表示画像を生成するための画像処
理を行うようになっている。画像処理部8は、例えばコ
ンピュータ(computer)等を用いて構成される。画像処理
部8についてはのちにあらためて説明する。
【0020】画像処理部8には表示部10が接続され、
画像処理部8から出力された画像およびその他の情報を
表示するようになっている。表示部10は、本発明にお
ける表示手段の実施の形態の一例である。表示部10は
例えばグラフィックディスプレイ(graphic display) 装
置等で構成される。
【0021】以上の、信号採取部2、画像生成部6、画
像処理部8および表示部10は制御部14に接続されて
いる。制御部14は例えばコンピュータ等を用いて構成
される。制御部14は、それら各部に制御信号を与えて
その動作を制御するようになっている。また、各部から
制御部14に状態報知信号等が入力されるようになって
いる。
【0022】制御部14には操作部16が接続され、操
作者により各種の指令や情報等を入力できるようになっ
ている。操作部16は、本発明における視線設定手段の
実施の形態の一例である。操作部16は、例えば、キー
ボード(keyboard)やその他の操作具を備えた操作卓等で
構成される。
【0023】図2に、画像処理部8のブロック図を示
す。同図に示すように、画像処理部8は画像メモリ(mem
ory)80を有する。画像メモリ80は、3次元座標空間
を有し、画像生成部6から入力された例えば図3に示す
ような3次元画像データ30を記憶するようになって
る。3次元画像データ30は、例えば、複数の断面につ
いての断層像画像データ等によって構成される。
【0024】画像メモリ80は演算装置82に接続され
ている。演算装置82は、本発明における差分算出手段
の実施の形態の一例である。また、本発明における明度
算出手段の実施の形態の一例である。また、本発明にお
ける積算出手段の実施の形態の一例である。また、本発
明における累算手段の実施の形態の一例である。
【0025】演算装置82は、画像メモリ80から画像
データを読み込んで3次元表示画像生成のための演算処
理を行うようになっている。演算処理の内容については
後述する。
【0026】演算装置82には、また、アドレス(addre
ss) 生成装置84が接続されている。アドレス生成装置
84は、画像メモリ80の読み出しアドレスを生成する
ものである。
【0027】アドレス生成は次のように行われる。図3
に示すように、3次元画像データ30が存在する座標空
間(x,y,z)において観察方向32を設定したと
き、その方向から見た3次元表示画像は、観察方向32
に垂直に設定した投影面34への投影像となる。
【0028】投影面34は、3次元表示画像の画素に相
当する複数の格子点36を有する。格子点36の画像デ
ータは、格子点36から観察方向32に延ばした視線3
8上で求めた画像データである。なお、図示の便宜上、
複数の格子点および視線への符号付けは1箇所で代表す
る。
【0029】そのような画像データは、視線38上の複
数のアドレスにある画像データから、後述のような演算
によって求めるようにしている。視線38上の各アドレ
スにおける画像データは、3次元画像データ30から生
成する。
【0030】3次元画像データ30からの画像データの
生成は、図4に概念的に示すように、視線38上のデー
タ生成位置(アドレス)42の近傍に存在する3次元画
像データ30の中の8個の画像データ44〜58からの
補間演算により行う。なお、データ生成位置42に画像
データ44〜58のいずれかが存在する場合は、補間す
る必要がないのはいうまでもない。
【0031】そのような画像データの生成を可能にする
ために、アドレス生成装置は、各視線38上の各データ
生成位置42ごとに、その近傍の8点の画像データ44
〜58のアドレスを生成するようになっている。アドレ
ス生成装置は、また、データ生成位置42と画像データ
44〜58の所在位置との間の距離に応じた重み係数を
も発生するようになっている。
【0032】アドレスおよび重み係数の生成は、例え
ば、視線38の最奥部から手前に向かって順番に行われ
る。あるいは、その逆に、視線38上一番手前の位置か
ら奥に向かって順番に行うようにしても良い。
【0033】演算装置82は、そのようなアドレスに従
って画像メモリ80から8個の画像データ44〜58を
読み出し、それら画像データと重み係数を用いてデータ
生成位置42に画像データを補間するようになってい
る。他の全ての視線についても、同様にして画像データ
を生成する。
【0034】演算装置82には、また、テーブルメモリ
(table memory)86が接続されている。テーブルメモリ
86は、本発明における変換手段の実施の形態の一例で
ある。テーブルメモリ86は、インデックス(index) 付
のデータを記憶するものであり、演算装置82から入力
されるインデックスに応じて、対応するデータを演算装
置82に出力するようになっている。
【0035】インデックスとしては、画像データの差分
値を用いるようにしている。また、それに対応するデー
タとしては透明度値を用いるようにしている。すなわ
ち、テーブルメモリ86は、画像データの差分値を透明
度値に変換する変換テーブルを記憶するものである。
【0036】差分値と透明度値との対応関係は、操作部
16を通じて操作者が設定するようになっている。これ
により、例えば、図5に示すように、差分値が0〜dの
範囲を透明度t%(不透明)とし、差分値がdを越える
範囲を透明度値100%(透明)とするような透明度設
定が行われる。差分値dおよび透明度値tは操作者が任
意に指定することができる。
【0037】差分値に対する透明/不透明の関係は、図
6に示すように、図5とは逆にするようにしても良い。
また、図7に示すように、差分値がd1〜d2の範囲を
不透明または透明とするように設定しても良い。あるい
は、図8に示すように差分値の範囲に応じて段階的に不
透明、半透明および透明としても良く、さらには、図示
を省略するが、差分値に応じて連続的に透明度を変化さ
せるようにしても良い。
【0038】演算装置82は、上記のようにして生成し
た視線38上の画像データにつき、視線38上で隣合う
もの同士で差分を求め、この差分値をテーブルメモリ8
6で透明度値に変換するようになっている。
【0039】操作者は、可視化したい部分が、不透明ま
たは半透明の領域として表示されるように、この可視化
したい部分を構成する画像データの差分値が、不透明ま
たは半透明に対応するような変換テーブルを選択する。
【0040】例えば、骨の組織の下側などに軟部組織が
あって、この軟部組織を主として可視化したいときは、
骨の部分を透明化して観察の妨げにならないようにする
必要がある。この場合、骨と軟部組織とのそれぞれの画
像データの差分値が大きいために、このように大きな差
分値が発生する部分は透明化する必要があるため、例え
ば図5のような変換特性の変換テーブルを選択すること
になる。
【0041】また、可視化する部分を選択するにあたっ
て、差分値のみならず画像データの絶対値も考慮に入れ
ることが考えられる。例えば画像データの絶対値に対し
て適当な閾値を定め、それより大きな画像データは透明
な表示に処理するように設定すると、例えば骨の実質部
等のように、骨の内部での差分値は小さいが画像データ
の絶対値が大きい部分を透明に表示させることが可能と
なる。
【0042】また、図6に示したように変換特性を設定
すれば、視線方向で画像データの差分値がd’より大き
い部分、例えば骨部の表面等を可視化することができ
る。また、図7に示したような変換特性によれば、差分
値が所定の最小値と最大値の間に属する部分のみを可視
化もしくは透明化(非可視化)することができる。ま
た、図8に示した変換特性によれば、差分値に応じ段階
的な透明度で可視化することができる。この場合、半透
明効果を利用して重なりのある組織をそれぞれ可視化す
ることができる。さらに、変換特性を連続化すれば、連
続的な透明度によって可視化することができる。
【0043】このように、テーブルメモリ86に設定し
た変換テーブルに応じて、被検体4の内部を多様な態様
で可視化もしくは非可視化することができる。演算装置
82は、また、データ生成位置42における法線ベクト
ルを求めるようになっている。法線ベクトルの算出は、
例えば、文献 Computer Graphics, Vol.21, No.4, July
1987, pp.163 〜 169, MARCHING CUBES: A HIGH RESOL
UTION3D SURFACE CONSTRUCTION ALGORITHM に記載のよ
うな周知の手法によっている。すなわち、先ず、8個の
画像データ44〜58の位置での法線ベクトルをそれぞ
れ求め、それらベクトルからの補間演算によって、デー
タ生成位置42での法線ベクトルを求める。
【0044】そして、演算装置82は、法線ベクトルが
視線38に対してなす角度に応じて、データ生成位置4
2での明度値を求める。法線ベクトルから明度値を求め
ることは、サーフェイス法よる3次元表示画像生成にお
いて、表示画像への陰影付けの手法として知られてい
る。
【0045】演算装置82は、同一データ生成位置42
ごとに明度値を上記の透明度値と乗算する。そして、そ
の積を視線38の方向に累算し、視線38に対応する格
子点36の画像データとする。
【0046】演算装置82には、フレームメモリ(frame
memory)88が接続されている。フレームメモリ88
は、演算装置82が上記のようにして求めた格子点36
ごとの画像データを記憶するようになっている。
【0047】(動作)本装置の動作を説明する。操作部
16を通じて操作者から与えられる指令に基づき、制御
部14による制御の下で本装置の動作が進行する。
【0048】図9に、本装置の動作のフロー(flow)図を
示す。先ず、ステップ(step)502で被検体4の画像情
報取得を行う。すなわち、信号採取部2によって被検体
4から信号を採取し、その信号に基づいて画像生成部6
によって画像を生成する。信号の採取は被検体4の体内
の3次元領域について行い、それに基づいて3次元領域
の画像を生成する。生成した画像は画像メモリ80に記
憶する。
【0049】3次元領域の信号採取と画像生成は、例え
ば、X線CT装置またはMRI装置ではマルチスライス
・スキャン(multi-slice scan)による撮像によって行わ
れる。また、超音波撮像装置では、例えば、超音波プロ
ーブをスキャン面に垂直に漸次移動させる3次元走査に
よる撮像によって行う。
【0050】次に、ステップ504で、操作者が操作部
16を通じて透明度設定を行う。これにより、例えば図
5に示したような差分値−透明度値変換特性がテーブル
メモリ86に設定される。
【0051】次に、ステップ506で、操作者が操作部
16を通じて観察方向を設定する。これによって、画像
メモリ80内の3次元座標空間に観察方向34が設定さ
れる。
【0052】次に、ステップ508で、アドレス生成部
84が画像メモリ80の読み出しアドレスを生成する。
これにより、前述のように、視線38上のデータ生成位
置42の近傍の8個の画像データ44〜58のアドレス
が生成され、また、補間演算用の係数が生成される。
【0053】なお、予め画像データが存在しないことが
分かっている領域については、読み出しアドレスの生成
を省略するのが、画像メモリ80の読み出しおよびそれ
以降のデータ処理の能率を上げる点で好ましい。
【0054】次に、ステップ510で、演算装置82が
上記アドレスに基づいて画像メモリ80から8個の画像
データ44〜58を読み込む。演算装置82は読み込ん
だ画像データ44〜58からデータ生成位置42におけ
る画像データを補間により求める。
【0055】次に、ステップ512で、演算装置82は
視線38上で隣合う画像データ同士の差分値を求める。
なお、差分値の計算は視線38上で隣合う2つの画像デ
ータを求めた後に行う。
【0056】次に、ステップ514で、演算装置82は
テーブルメモリ86を用いて差分値を透明度値に変換す
る。次に、ステップ516で、演算装置82はデータ生
成位置42における法線ベクトルを求め、それに基づい
て明度値を求める。なお、この計算は、透明度値が10
0%(完全透明)の部分については省略するのが、計算
の能率を上げる点で好ましい。
【0057】次に、ステップ518で、演算装置82は
透明度値と明度値とを乗算する。次に、ステップ520
で、演算装置82は透明度値と明度値との積を格子点3
6の画像データに累算する。なお、格子点36の画像デ
ータの初期値は0である。
【0058】次に、ステップ522で、演算装置82は
全てのデータ生成位置42について上記の処理が終了し
たか否かを判定し、否の場合はステップ508に戻り、
次以降のデータ生成位置42につき、同様な処理を繰り
返す。これによって、視線38上の全てのデータ生成位
置(完全透明部分を除く)で、透明度値と明度値の積が
求められ、それらの累算値が、格子点36の画像データ
としてフレームメモリ88に記憶される。
【0059】全てのデータ生成位置42についての処理
が終了したとき、ステップ524で全ての視線38につ
いて以上の処理が終了したか否かを判定し、否の場合は
ステップ508に戻り、次以降の視線38について同様
な処理を繰り返す。これによって、全ての格子点36の
画像データが求められフレームメモリ88に記憶され
る。
【0060】全ての視線38についての処理が終了した
ときは、ステップ526で画像表示を行う。これにより
フレームメモリ88に記憶された画像データに基づく画
像が表示部10に表示される。
【0061】表示画像は、視線38上に分布する透明度
値(不透明値ないし半透明値)と明度値の積を視線38
の方向に累算した画像データで構成されるので、変換テ
ーブル上で不透明値ないし半透明値に対応させた差分値
を持つ画像データ部分の像となる。この表示画像は、明
度値による陰影付け効果により3次元表示画像となる。
ここで、可視化部分と非可視化部分が変換テーブルによ
って明確化されるので、明瞭な3次元表示画像を得るこ
とができる。
【0062】表示部10に表示された画像の観察結果に
基づいて、変換テーブルの変換特性を修正するようにし
ても良い。これは、より適切な3次元表示像を得る点で
好ましい。
【0063】以上は、医用画像装置に3次元表示画像生
成機能を持たせるようにした例であるが、画像処理部
8、表示部10、制御部14および操作部16に相当す
る構成を、例えばドクターコンソール(doctor console)
やワークステーション(work station)等により、医用画
像装置とは別体に構成し、医用画像装置に接続して撮像
画像を取得し、それに基づいて3次元表示画像を生成す
るようにしても良いのは勿論である。この場合、ドクタ
ーコンソールないしワークステーションは、本発明にお
ける画像生成装置の実施の形態の一例である。
【0064】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、明瞭な3次元表示画像を生成する画像生成方法お
よび装置並びに医用画像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図
である。
【図2】本発明の実施の形態の一例の装置の一部のブロ
ック図である。
【図3】本発明の実施の形態の一例の装置における3次
元表示画像生成の概念図である。
【図4】本発明の実施の形態の一例の装置における画像
データ生成の概念図である。
【図5】本発明の実施の形態の一例の装置における差分
値−透明度値変換特性の一例を示すグラフである。
【図6】本発明の実施の形態の一例の装置における差分
値−透明度値変換特性の一例を示すグラフである。
【図7】本発明の実施の形態の一例の装置における差分
値−透明度値変換特性の一例を示すグラフである。
【図8】本発明の実施の形態の一例の装置における差分
値−透明度値変換特性の一例を示すグラフである。
【図9】本発明の実施の形態の一例の装置の動作のフロ
ー図である。
【符号の説明】
2 信号採取部 4 被検体 6 画像生成部 8 画像処理部 10 表示部 14 制御部 16 操作部 80 画像メモリ 82 演算装置 84 アドレス生成装置 86 テーブルメモリ 88 フレームメモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 15/00 G06T 1/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 画像データが存在する3次元座標空間に
    おいて投影方向に沿って複数の視線を設定し、 前記複数の視線の各々について視線上の各画像データに
    つき隣合うもの同士の差分値を求め、 前記差分値を所定の透明度値に変換し、 前記複数の視線の各々について視線上の各画像データの
    所在位置での法線ベクトルに基づいて明度値を求め、 前記複数の視線の各々について視線上の各画像データの
    所在位置ごとに前記透明度値と前記明度値との積を求
    め、 前記積を前記複数の視線の各々について視線に沿って加
    算する、 ことを特徴とする画像生成方法。
  2. 【請求項2】 画像データが存在する3次元座標空間に
    おいて投影方向に沿って複数の視線を設定する視線設定
    手段と、 前記複数の視線の各々について視線上の各画像データに
    つき隣合うもの同士の差分値を求める差分算出手段と、 前記差分値を所定の透明度値に変換する変換手段と、 前記複数の視線の各々について視線上の各画像データの
    所在位置での法線ベクトルに基づいて明度値を求める明
    度算出手段と、 前記複数の視線の各々について視線上の各画像データの
    所在位置ごとに前記透明度値と前記明度値との積を求め
    る積算出手段と、 前記積を前記複数の視線の各々について視線に沿って累
    算する累算手段と、 を具備することを特徴とする画像生成装置。
  3. 【請求項3】 被検体についての3次元画像データを獲
    得する医用画像獲得手段と、 前記画像データが存在する3次元座標空間において投影
    方向に沿って複数の視線を設定する視線設定手段と、 前記複数の視線の各々について視線上の各画像データに
    つき隣合うもの同士の差分値を求める差分算出手段と、 前記差分値を所定の透明度値に変換する変換手段と、 前記複数の視線の各々について視線上の各画像データの
    所在位置での法線ベクトルに基づいて、前記複数の視線
    の各々について視線上の各画像データの所在位置ごとに
    前記透明度値と前記明度値との積を求める積算出手段
    と、 前記積を前記複数の視線の各々について視線に沿って累
    算する累算手段と、 前記累算手段によって得られた累算値に基づく画像を表
    示する表示手段と、 を具備することを特徴とする医用画像装置。
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