JP3221451B2 - 立体モデル作成法 - Google Patents

立体モデル作成法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、立体モデルを作成す
る画像処理方法に関し、とくに多数のスライス断層像か
ら作成した立体像に基づいて、多角形面素による多面体
で近似した立体モデルを作成する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の立体モデルは、人体内部の電流
双極子を算出する時などに用いられる。すなわち、脳磁
計や脳波計あるいは心磁計、心電図などを用いれば、人
間の脳や心臓から発せられる磁気あるいは電圧を人体外
部において測定することができ、この測定データからそ
れら磁気・電圧の発生源である電流双極子の位置・大き
さを算出することが可能であるが、その計算のために頭
部や心臓の各部の導電率の違いに基づく立体像を用いる
必要がある。導電率の違いに基づく立体像に対して測定
データを位置的に関連付けて計算することにより、その
立体像(脳や心臓)の中でどの位置に、どれほどの大き
さの電流が流れる電流双極子があるかを推定することが
できる。ところが、この計算は、立体像が単なるビット
マップ画像として求められているだけではできない。多
角形面素による多面体で近似した立体モデルを用いる必
要がある。
【0003】境界要素法を用いて被検者頭部内に仮定し
た神経活動電流源が測定点に作る磁束密度を求める場合
の頭部モデルについては、MRI装置を用いて人間の頭
部を撮影して得た多数の断層面についてのMR像上で、
空間−頭表皮、頭表皮−頭蓋骨、頭蓋骨−脳脊髄液の各
境界を抽出し、3層精密モデルを作成することが知られ
ている(J.W.H.Meijs,et al "The Influence of Variou
s Head Models on EEGs and MEGs",Functional Brain I
maging,pp31-45,1988)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
立体モデル作成法では、一つの断層面のMR画像で求め
た境界線と隣接する断層面のMR画像で求めた境界線と
をつなぎ合わせて三角形面素を形成しているため、隣接
する断層面の境界線の数が異なる場合正しい形状を表現
できないし、また三角形面素の大きさを変えたモデルを
作成することはかなり困難であるという問題がある。
【0005】この発明は、上記に鑑み、多数のスライス
断層像のそれぞれについて境界を抽出することによって
得た立体像を多角形面素による多面体で近似した、立体
モデルを作成し、その多角形面素の大きさを自由に変え
ることができ、凹部を持つ頭蓋骨内面の立体形状等につ
いてもより正確に表現できる、立体モデル作成法を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による立体モデル作成法においては、断層
撮像装置で得た多数の精密スライス断層像のそれぞれに
ついて境界を抽出することによって立体像を作成し、各
面が任意の数の多角形で分割された凸多面体を、その重
心が上記の立体像の内部に位置するよう該立体像に関連
する位置に置いたことを想定して、その重心近傍を起点
として各多角形の頂点を通る半直線と上記立体像の表面
との交点を求めるとともに、上記の半直線が2点以上で
上記立体像の表面と交わる領域ではその最も手前側のも
ののみを交点として採用し、該領域について仮境界を想
定し、該仮境界と上記の半直線との交点を仮交点として
求め、上記の起点を移動させ、この移動させた起点から
仮交点を通る半直線が上記領域の立体像の表面と交わる
交点を求め、この領域についての交点及びそれ以外の領
域についての交点のそれぞれを直線で結んで、多角形面
素による多面体立体モデルを作成することが特徴となっ
ている。断層撮像装置で得た多数の精密スライス断層像
のそれぞれについて境界を抽出することにより、導電率
の違いに基づく立体像が得られる。凸多面体の各面を所
望の多角形面素で分割し、これを上記のようにして求め
た立体像内に配置し、各面素を立体像の表面に投影す
る。そして凹部についてはその立体像の表面の2面以上
の面に投影されるため、その最も手前側の面に投影され
たものだけを採用する。他の奥の面(つまり最も手前側
ではない面)については、別途仮境界を想定し、この仮
境界に上記の各面素を投影する。そして、この仮境界に
投影される各面素を、移動した起点より再度、上記の奥
の面に投影する。各面が多角形面素で分割された凸多面
体の各面素を凹部となっている部分の境界にも投影で
き、凹部を有するような頭蓋骨内面の立体像の場合も多
角形面素により表現された立体モデルを作成できる。こ
の場合、凸多面体の各面を所望の数の多角形面素で分割
できるため、自由に多角形面素の大きさを変えた立体モ
デルを作成できる。凸多面体の面単位で多角形面素の数
を設定できるので、精密計算を要する部分のみその数を
増やすことができ、立体の形状を正確に表現できる。そ
のため、医療において脳磁計や脳波計あるいは心磁計、
心電図などを用いて測定した人間の脳や心臓の磁気ある
いは電圧の測定データより電流双極子を算出する際の精
度を向上させることができる。
【0007】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照しながら詳細に説明する。この発明の一実施例にかか
る立体モデル作成法では、図1のフローチャートに示す
ように、まずMR装置やX線CT装置などを用いて多数
の精密スライス断層像(MRI像、CT像)を撮像す
る。つぎにその多数の精密スライス断層像のそれぞれに
ついて、空間−頭表皮境界、頭表皮−頭蓋骨境界、頭蓋
骨−脳脊髄液境界などの境界を抽出する。これにより境
界データファイルを作成する。
【0008】ここでは境界データファイルによって図2
に示すような頭蓋骨内面を表す立体像21が得られたと
して、この頭蓋骨内面立体像21について立体モデルを
作成することとする。なお、この図2において点線22
は頭蓋骨外面の立体像を示す。図3のように、この頭蓋
骨内面立体像21の中に、凸多面体ここでは正20面体
23を配置したことを考える。この正20面体23の各
面は、ここでは三角形なので、図4に示すような所望の
数の三角形面素で分割しておく。ただし、隣り合う三角
形の各辺の長さは等しくしておく。
【0009】つぎに、この正20面体23の重心Oを起
点として各三角形面素の各頂点を通る半直線を引き、頭
蓋骨内面立体像21の表面との交点Pを求める。ここ
で、交点Pがなるべく一つしか形成されないように正2
0面体23と頭蓋骨内面立体像21との位置関係を定め
るが、この頭蓋骨内面立体像21の表面形状は大きくく
びれた部分(凹部)を持つので、常に交点Pが1点しか
形成されないようにすることは不可能である。
【0010】すなわち、この頭蓋骨内面立体像21のサ
ジタル像(鼻と頭頂と後頭部とを通る断面の像)及びコ
ロナル像(両耳と頭頂を通る断面の像)は図5、図6の
ようになり、くびれた部分により凹部が形成されている
ことが分かる。この凹部の存在により、領域51、5
2、53では、起点Oからの半直線は立体像21の表面
と2点以上で交わることになる。
【0011】そこで、このような2点以上で交点を持つ
領域51、52、53では、最も手前側(起点Oに近い
側)の交点のみを選んでこれを採用する。これにより起
点Oから見て手前側の面についての交点データが作成で
きる。
【0012】奥側(起点Oから見て遠い側)の面(立体
像21の表面)については、つぎのようにして交点デー
タを作成する。まず、適当な仮境界(面)61、62、
63を想定する。この仮境界61、62、63は起点O
から見ると図7のようになる。この仮境界61、62、
63に起点Oから正20面体23の各三角形要素の各頂
点を通る半直線を引いて、その仮境界61、62、63
と交わる仮交点P’を求める。つまり、この仮境界6
1、62、63に各三角形要素が投影されることにな
る。
【0013】つぎにこの仮境界61、62、63に投影
された各三角形要素を、移動させた起点O’から実際の
立体像21の表面に投影する。たとえば、領域51につ
いては凹部の下の突部(領域51の部分)と仮境界61
との関係は図8のようになっており、この仮境界61に
各三角形要素の投影像(仮交点P’)が形成されてい
る。移動起点O’の位置は、起点O’から仮交点P’を
通る半直線がこの領域51の部分の実際の立体像21の
表面と交わるような位置とする。そして、この領域51
については起点O’をどこに置いても立体像21の表面
と1点で交わるというわけにはいかない(立体像21の
表面が図8に示すように立体的にW字状に波型となって
いるため)ので、起点O’を頭部前後(鼻と後頭部)を
結ぶ直線に垂直方向に動かす。そして、起点O’が載っ
ている、その移動方向に直角な面に仮交点P’が存在し
ている場合に起点O’から仮交点P’を結ぶ半直線を立
体像21の表面にまで延ばして交点Pをもとめる。こう
して起点O’を微小ピッチで移動させながら、立体像2
1の表面との交点Pを求めて交点データを作成する。
【0014】他方、領域52、53については、移動起
点O’を適当な1点に固定させておいても、立体像21
の表面の形状が複雑ではないので、その起点O’から仮
境界面62、63上の仮交点P’を通る半直線を立体像
21の表面と1点で交わらせることができる。そこで、
図9に示すように、この領域52、53については移動
起点O’を、それから仮交点P’を通る半直線が立体像
21の表面と1点で交わるような、適当な位置に移動さ
せた上で、その起点O’より仮交点P’を立体像21の
表面に投影させる。すなわち、起点O’から仮交点P’
を通る半直線を立体像21の表面にまで延ばしてこれと
交わらせ、その交点を求める。こうしてこの領域52、
53についても交点データを作成する。
【0015】その後、こうして求めた領域51、52、
53についての交点データと、それ以外の領域について
最初に求めた交点データとをそれぞれ直線で結ぶ。する
と、図10で示されるような多数の三角形要素で表現さ
れた頭蓋骨内面立体像21を表す立体モデルが作成でき
る。
【0016】なお、上記では正20面体23を用いた
が、他の凸多面体を用いることもできる。また、凸多面
体の各面を分割する多角形面素も、図4で示すような三
角形に限らず他の多角形とすることも可能である。さら
に、上記のような頭蓋骨内面立体像21のモデルのほか
に孔のない層状構造をなすと仮定できる生体形状モデル
あるいは構造物形状モデルも作成可能である。また、M
RI装置やX線CT装置以外の3次元形状計測装置によ
って得た立体的な位置データからもモデルが作成でき
る。
【0017】
【発明の効果】以上実施例について説明したように、こ
の発明の立体モデル作成法によれば、凹部を有するよう
な立体についても、多角形面素により表現された立体モ
デルを作成できる。そして、想定する凸多面体の各面を
所望の数の多角形面素で分割できるため、自由に多角形
面素の大きさを変えた立体モデルを作成できるととも
に、凸多面体の面単位で多角形面素の数を設定できるの
で、精密計算を要する部分のみその数を増やすことがで
き、頭部の形状を正確に表現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のフローチャート。
【図2】頭蓋骨外面の立体像及び頭蓋骨内面の立体像を
表す図。
【図3】頭蓋骨内面立体像と正20面体との位置関係を
表す図。
【図4】正20面体の一つの面の分割例を表す図。
【図5】頭蓋骨内面立体像のサジタル像を表す図。
【図6】頭蓋骨内面立体像のコロナル像を表す図。
【図7】起点Oから見た仮境界を表す図。
【図8】領域51の部分での仮交点の立体像表面への投
影を説明する図。
【図9】領域52、53の部分での仮交点の立体像表面
への投影を説明する図。
【図10】作成された頭蓋骨内面立体像の三角形面素モ
デル。
【符号の説明】
21 頭蓋骨内面立体像 22 頭蓋骨外面立体像 23 正20面体 61、62、63 仮境界 O 起点 O’ 移動起点 P 交点 P’ 仮交点

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断層撮像装置で得た多数の精密スライス
    断層像のそれぞれについて境界を抽出することによって
    立体像を作成し、各面が任意の数の多角形で分割された
    凸多面体を、その重心が上記の立体像の内部に位置する
    よう該立体像に関連する位置に置いたことを想定して、
    その重心近傍を起点として各多角形の頂点を通る半直線
    と上記立体像の表面との交点を求めるとともに、上記の
    半直線が2点以上で上記立体像の表面と交わる領域では
    その最も手前側のもののみを交点として採用し、該領域
    について仮境界を想定し、該仮境界と上記の半直線との
    交点を仮交点として求め、上記の起点を移動させ、この
    移動させた起点から仮交点を通る半直線が上記領域の立
    体像の表面と交わる交点を求め、この領域についての交
    点及びそれ以外の領域についての交点のそれぞれを直線
    で結んで、多角形面素による多面体立体モデルを作成す
    ることを特徴とする立体モデル作成法。
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