JP3488771B2

JP3488771B2 - ３次元動態データの表示方法

Info

Publication number: JP3488771B2
Application number: JP33645295A
Authority: JP
Inventors: 義明磯部; 耕一佐野; 道雄及川
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1995-12-25
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: JPH09180001A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時間的に連続的な
３次元ボリュームデータを撮影可能なＸ線ＣＴ装置や光
ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、３Ｄ超音波診断装置、Emission
ＣＴ装置等により得らる３次元に時間軸を加えた４次
元データの３次元動態表示に係る。特に、リアルタイム
に各時相の３次元ボリュームデータの可視化を行い、対
話的に動画の可視化条件や視線方向などパラメータを操
作可能な３次元動態データの表示方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連する従来技術として以下の
文献がある。

【０００３】（１）M.Levoy：Efficient Ray Tracing o
f Volume Data,ACM Trans.on Graphics,Vol.9, No.3,(1
990)pp245-261 （２）山科久代他：心臓各医学における心動態３次元表
示の検討,3D Image Conference'95,(1995)pp113-117 （３）G. Coppini他：Recovery of the 3-D Shape of t
he Left Ventricle from Echocardiographic Images, I
EEE Trans.on Medical Imaging, Vol.14, No.2, (1995.
7) pp301-317 （４）山本秀樹他：ＭＲＩ画像による心機能の定量評
価、ＪＡＭＩＴ’９２研究報告、(1992,1)pp107-118 文献（１）では、３次元ボリュームデータのボリューム
レンダリングを紹介している。ボリュームレンダリング
における３次元ボリュームデータは、半透明のボクセル
から構成されると考える。視点から物体にレイトレース
していき、半透明のボクセルに光が透過するとき、光の
透過量が変化する度合いとして、各ボクセルに対し不透
明度を定義し、ボクセルから反射される光の量の総和を
投影面のピクセル値として投影し、３次元ボリュームデ
ータの可視化を行う。

【０００４】文献（２）では、SPECTにより、心筋血流
と心内腔について、１周期分を１６分割して計測し、市
販のビジュアリゼーションシステム「ＡＶＳ−Medical
Veiwer」を用いたサーフェスレンダリングで、病変部と
壁運動の関係を把握に用いた。さらに心臓の機能分布容
積を計算し、心臓動態の機能分析に利用している。

【０００５】文献（３）では、超音波により、心臓をプ
ローブの当てる角度の異なる４つデータを計測し、この
データより左心室の輪郭形状を認識し、この結果をサー
フェスレンダリングにより表示している。

【０００６】文献（４）では、各時相の３次元ボリュー
ムデータの各断面像より、心臓の輪郭線を抽出し、これ
らをｎ等分した座標を求め、上下の断面像の輪郭線の座
標を３角パッチにより面を作り、Ｚバッファアルゴリズ
ムによりサーフェスレンダリングを行い、各時相の３次
元画像を作り、シネ表示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】コンピュータ技術と撮
影装置の進歩により、３次元超音波装置などにより連続
的に３次元ボリュームデータを計測可能になりつつあ
る。また、ＭＲＩ装置やＸ線ＣＴ装置においても、動態
の周期運動に同期を取ることで１周期を数等分にした異
なる時相でそれぞれ３次元ボリュームデータを計測し、
時間軸を含んだ４次元データの作成が可能である。

【０００８】このような４次元データの可視化を行うた
め、３次元ボリュームデータの可視化処理を高速に繰り
返し、２次元に投影された各時相の３次元画像を時間軸
の沿って連続的に表示する動画表示が必要である。

【０００９】従来、単一の３次元ボリュームデータを高
画質に可視化する方法として、文献（１）のようなボリ
ュームレンダリング法が知られている。しかし、この方
法は３次元データのすべてのボクセルに対し光の反射計
算と透過計算を行う。このため、非常に時間がかかり、
動態を表現することは困難であった。

【００１０】心臓の動態計測し、各３次元データを可視
化し、マルチフレームで表示した例として、文献（２）
と（３）が、動画像表示した例として（４）がある。し
かしながら、サーフェスレンダリングでは、表面を明確
に定義する必要がある。このため、Ｘ線ＣＴ等の計測デ
ータには、ノイズ等の影響を受け易く、表面も曖昧であ
り、一意に表面を決めることは困難であり、さらに高画
質な可視化画像を得るには時間がかかるという問題があ
った。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記の課題
を解決するために以下に示す構成を採用している。

【００１２】本発明が適用される３次元動態表示装置
は、時間軸を加えた４次元データや計算結果を保管する
記憶装置と、４次元データの可視化処理を行う計算機
と、ディスプレイと、ディスプレイの座標を入力する装
置とを備えている。

【００１３】ここで、周期的な４次元データの１周期分
の動態３次元表示を行う際、設定された表示間隔の間に
各３次元画像の計算が不可能な場合でも、他の時相の可
視化処理を計算中か否かに関わらず、既に可視化計算が
済んでいる時相の３次元画像に対して、設定された表示
間隔で決定される各時相の表示タイミングで表示を行う
処理を施す。

【００１４】さらに、各時相の３次元画像を計算する時
間を予測する処理を行う。この結果を用いて、未計算の
中から最初に表示タイミングが来る時相を選択していく
計算順序制御処理を施す。

【００１５】さらに、各時相の可視化計算時間を予測す
る処理として、(i)直前に計算した３次元画像の計算時
間とする、(ii)可視化パラメータの変更が無い間に計算
した時間の平均時間とする、(iii)可視化パラメータの
変更が無い間に計算した時間の最長計算時間とする、(i
v) 可視化パラメータの変更の無い間に計算した時間に
より、間の未計算の時相の計算時間を補間により求める
など、少なくとも１つの処理を施す。

【００１６】さらに、別の計算順序制御処理として、連
続した未計算の時相の時間間隔の中で最も長い時間間隔
のちょうど中間の時相を選択していく方法を備えてい
る。

【００１７】また、４次元データのボリュームレンダリ
ング可視計算を行う際に、任意の３次元ボリュームデー
タと直前の３次元ボリュームデータと比較して時間変化
のある部位を特定する手段を備えている。この結果を用
いて、変化のある部位のみにボリュームレンダリング計
算を限定する可視化処理を施す。

【００１８】さらに、３次元ボリュームレンダリング領
域を限定する手法として、２段階の表示関与表面サーチ
処理を備えており、動態の３次元ボリュームレンダリン
グ領域を高速に限定する処理として、直前の表示関与表
面付近からサーチを始める動態の表示関与表面サーチ処
理を備えている。

【００１９】さらに、動態の変化領域を限定する手法と
して、求めた表示関与表面位置と直前の３次元ボリュー
ムデータの表示関与表面位置を比較し、変化のある部位
を限定する処理を備えている。

【００２０】さらに、求めた表示関与表面位置により、
表面位置の変化の滑らかな領域の場合、その滑らかさに
応じて投影計算を行う投影点を減らし、高速にボリュー
ムレンダリングする処理を備えている。

【００２１】以上の構成により本発明では、周期的な動
態の１周期を計測した４次元データの３次元動態表示を
行う際、設定された表示間隔で各時相の３次元画像を作
成することが不可能な場合でも、他の時相を計算してい
るか否かに関わらず、既に計算の済んだ時相の３次元画
像を表示間隔パラメータで指定されるタイミングで表示
する。このことで、対話的な操作を損なわずに３次元動
態表示を可能にできる。

【００２２】さらに、本発明は、各時相の可視化計算時
間を予測する処理を行う。また、未計算の時相の中から
表示タイミングの合った時相を予測して計算を行う計算
順序制御処理を行う。このことで、動画周期を重ねるう
ちに徐々に滑らかな動画表示になっていく動態表示が可
能になり、より対話的な３次元動態表示が可能である。

【００２３】さらに、各時相の可視化計算時間を予測す
る処理として、(i)直前に計算した３次元画像の計算時
間とする、(ii)可視化パラメータの変更が無い間に計算
した時間の平均時間とする、(iii)可視化パラメータの
変更が無い間に計算した時間の最長計算時間とする、(i
v) 可視化パラメータの変更の無い間に計算した時間に
より、間の未計算の時相の計算時間を補間により求め
る、などの処理を行うことで、計算時間の予測が可能で
ある。

【００２４】さらに、別の計算順序予測処理として、連
続した未計算の時相の時間間隔の中から最も長い時間間
隔の中央の時相を選択して計算する処理を持つ。このこ
とで、動画周期を重ねるうちに徐々に滑らかな動画表示
になっていく動態表示が可能になる。また、対話的な３
次元動態表示が可能である。

【００２５】また、４次元データのボリュームレンダリ
ング可視化処理に対して、任意の３次元ボリュームデー
タの可視化を行う際に、直前の３次元ボリュームデータ
と比較して変化のある部位を求める。この部位のみにボ
リュームレンダリング計算を限定することで、高速に可
視化を行うことができる。

【００２６】さらに、動態の変化のある部位を求める方
法として、以下ののものを用いる。それは、高画質に投
影画像を求めるボリュームレンダリングの投影計算領域
を限定することで高速に可視化を行う２段階の表示関与
表面位置サーチ法である。直前の３次元ボリュームデー
タの表示関与表面位置と関心の表示関与表面を位置を比
較し、位置の変化のある領域を変化のある部位として求
め、この部位のみにボリュームレンダリング計算を限定
する方法により、高速に動態３次元データの可視化を行
うことができる。

【００２７】さらに、動態の表示関与表面位置を求める
際に、直前の３次元ボリュームデータの表示関与表面位
置から２段階サーチを行う。このことで、表示関与表面
位置を求める時間を短縮することができる。

【００２８】さらに、３次元ボリュームデータの断面部
においては、直前の３次元ボリュームデータの対応する
座標の値と比較して変化のある座標を計算開始とする投
影点にボリュームレンダリング計算を限定する。このこ
とで、断面部のボリュームレンダリング画像の画質を保
つことができる。

【００２９】さらに、表示関与表面位置の変化が滑らか
な領域の投影計算を行う投影点を省略し、代表で投影計
算した投影点の投影値を代入する。このことで、さらに
高速に可視化を行うことができる。

【００３０】さらに、別の動態の変化部位を求める方法
として、計算対象の３次元ボリュームデータと直前の３
次元ボリュームデータのそれぞれ対応する座標ごとに差
分値を求め、あるしきい値以上の領域を変化のあった部
位として特定することができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００３２】図１に本発明のシステム構成の一例図を示
す。連続した３次元ボリュームデータを計測可能な計測
装置1により計測された４次元データを、（例えばネッ
トワークを介して、あるいは、ＭＯを介して、あるい
は、直接計算機のインターフェースを介して、）３次元
動画処理装置4の４次元データ記憶装置2に転送される。
転送された４次元データを３次元動画処理装置4の３次
元動画生成処理部3により、３次元動画を生成し、ディ
スプレイ6に表示される。また、入力装置5により、３次
元動画の作成するためのパラメータを対話的に与える。
ここで与えるパラメータは、３次元ボリュームデータを
ボリュームレンダリングするためのしきい値、不透明
度、視線方向などと、動画を表示するための各時相の表
示間隔である。

【００３３】図２に本発明の４次元データの一例を図で
示す。４次元データは、X軸のサンプリングポイント数
x、Y軸のサンプリングポイント数y、Z軸のサンプリング
ポイント数zの３次元ボリュームデータを時間間隔t(se
c.)でＮ時相、計測したものである。最初の時相20の３
次元ボリュームデータのサイズはx×y×zとなる。次の
時相21は、t秒後のx×y×zの計測データとなる。最後の
N番目の時相23は、（Ｎ−１）×ｔ秒後のx×y×zの計測
データとなる。これらは、あわせてＮ× x×y×zのサイ
ズのデータとなる。周期的なデータの場合、フレームn
のデータは、(n−1)、Ｎ×t＋(n−1)、２Ｎ×t＋(n−
1)、・・・秒後のデータとなり、繰り返される。ここ
で、各時相の３次元ボリュームデータを構成するサンプ
リングポイントは、ボクセル(box-cell)と呼ばれる単位
立方体であると仮定する。

【００３４】まず、３次元ボリュームデータの可視化に
用いるボリュームレンダリングについて、述べる。図３
に、２段階サーチ手法により高速化を図ったボリューム
レンダリングアルゴリズムの流れ図を示す。

【００３５】ステップ40：サンプリング間隔を広くし、
さらにサンプリングを最近傍補間法により行い、表示関
与領域の表面を仮に決定する。

【００３６】ステップ41：ステップ40で粗く求めた表示
関与領域の表面付近を、サンプリング間隔を狭くし、高
次の補間法（線形補間法、キュービック補間法等）によ
り再サンプリングを行い、より正確な表示関与領域の表
面を決定する。

【００３７】ステップ42：ステップ41で求めた表示関与
領域の表面からボリュームレンダリング計算を開始す
る。

【００３８】ここで、表示に関与する領域は、３次元ボ
リュームデータを構成する各ボクセルの持つ計測濃度値
と対話的に設定したしきい値により分離した領域とす
る。

【００３９】図４にモデルによる２段階サーチの説明図
を示す。ここでは、視線方向60より見た場合、格子61の
ように、３次元ボリュームデータをリサンプルし心臓62
のボリュームレンダリング画像を求めることを考える。
ここで、心臓62は、造影されており、他の組織に比べ値
が高く、しきい値のみの条件により可視化できると仮定
する。

【００４０】この計算の際、まず、実線の格子点のみを
最近傍補間により計測値をリサンプルする。白丸66（投
影面63上では、64）等を求め、リサンプルしていない投
影面63上の黒丸65等の表面を隣の計算した白丸の表面位
置を代入し黒丸67を求め、仮りの表示関与領域の表面68
を決定する。ここで求めた仮の表面68付近から、実線、
点線の両方の格子点を線形補間により計測値をリサンプ
ルし、精密に表示関与領域の表面を決定する。この表示
関与領域の表面から、視線方向にボリュームレンダリン
グ計算を行い、表示対象である心臓の２次元投影画像を
求める。このような２段階のサーチにより、画質をその
ままに計算量を減らすことができる。

【００４１】ここで、ボリュームレンダリングについて
説明する。各ボクセルの不透明度αと反射度が等しく、
光の透過率が（１−α）であるとする。そして各点に配
置されたボクセルで反射された光が投影面に対して前に
ある他のボクセルの透過率に従い透過して投影点に達す
るものとして、投影値に影響を与える表示関与量Qzを数
1により求める。

【００４２】

【数１】

【００４３】ここで、zは、処理対象になった点を表
す。すなわち、z−1は、ひとつ手前の処理対象点を表
す。よって、総積の項は、zの手前に配置された各ボク
セルの透過率の積であり、点zのボクセルで反射した光
α(z)C(z)の投影面への透過率を示している。この各ボ
クセルの投影値に与える表示関与量Qzの総和が、ボリュ
ームレンダリングの投影値Pとなる。この式を数２に示
す。

【００４４】

【数２】

【００４５】以上で、投影面上の一つの画素値が求まっ
たので、この計算を投影面上のすべての点について行
い、ボリュームレンダリング画像を求める。

【００４６】このようなボリュームレンダリングアルゴ
リズムにおいて、関心領域を表示するための表示関与表
面位置より手前のボクセルをボリュームレンダリングの
処理対象から除くことで、高速化を図ることが可能であ
る。

【００４７】まず、第１の実施例（実施例１）について
説明する。実施例１では、時間的に周期的な変化のある
物体の各時相を計測した３次元ボリュームデータで表現
した４次元データの動態３次元表示に関し、設定された
表示間隔内に各３次元ボリュームデータの投影計算がで
きない場合の３次元動態表示アルゴリズムについて述べ
る。

【００４８】図８に、３次元動画表示における各処理の
タイムテーブルを示す。１周期分を５時相の３次元ボリ
ュームデータで表現した周期的な４次元データで、動画
の表示間隔125をDt秒、３次元ボリュームデータを２次
元投影計算する平均時間126をRt秒とする。Dt≧Rtであ
れば問題はないが、もし、Dt＜Rtとすると、動画の要求
する表示間隔で画像を表示できない。

【００４９】動画が要求する投影画像表示のタイムテー
ブルを120に示す。また、逐次に３次元データの投影計
算を行った場合のタイムテーブルを121に、この結果表
示のタイムテーブルを122に示す。ここで分かるよう
に、動画の要求する表示間隔では、各時相の投影画像を
表示できない。

【００５０】そこで、本発明では、時間同期型表示方式
で動画表示する方法を提案する。時間同期型表示方式の
３次元データの投影計算のタイムテーブルを123に、こ
の結果表示のタイムテーブルを124に示す。２次元投影
に要する時間を考え、未計算の時相の中から最初の時相
の３次元ボリュームデータの投影を行うようにする。さ
らに、投影計算の済んだ３次元ボリュームデータの２次
元投影画像は別のバッファに保存するようにし、可視化
パラメータの変更が無い間に計算した時相の投影計算を
行わないようにする。このことにより、既に計算済みの
時相の投影計算を省略し、その時間を用いて、投影計算
の済んでいない３次元ボリュームデータの計算を行う。
したがって、対話性を犠牲にしない３次元動態表示を可
能にしている。

【００５１】このアルゴリズムでは、対話的に設定され
る可視化パラメータが変更された後から、次に変更され
るまでの可視化パラメータの変更が無い間、以下の処理
をマルチプロセスで実行する。

【００５２】(イ) 次にどの時相の可視化計算を行うか決
定する計算順序制御処理と、決定された時相の可視化計
算を行う処理と、計算された各時相の投影結果を記憶装
置に保存する処理を行う。

【００５３】(ロ) 他の時相の可視化計算を行っている最
中か否かに関わらず、設定された表示間隔で決定される
各時相の表示タイミングで、既に計算済みの時相の投影
画像を表示する処理を行う。

【００５４】(ハ)可視化パラメータの変更があったかイ
ベントチェックする処理を行う。

【００５５】図９に、前述(イ)のプロセスのフロー図の
例（１）を示す。ステップ140：最初の３次元ボリュームデータの投影計
算を行う。この投影計算に要した時間Rtを求めておく。

【００５６】ステップ141：初期値を代入する。ここ
で、ｎはどれだけ飛ばして計算するかを示すパラメー
タ、Ｌは直前に計算した３次元データが何番目のデータ
かを示すパラメータ、Ｈは何周期目かを示すパラメータ
とする。ｎの初期値は１、Ｌの初期値は１、Ｈの初期値
は１とする。

【００５７】ステップ142：投影計算時間Rtと（ｎ＋
１）番目の動画の表示開始時間を比較する。もし、投影
計算時間の方が大きければ、ステップ143へ、そうでな
ければ、ステップ145へ進む。

【００５８】ステップ143：ｎの値を１インクリメント
し、ステップ142の条件へ戻る。

【００５９】ステップ145：（Ｌ＋ｎ）番目の３次元ボ
リュームデータの投影計算を行う。

【００６０】ステップ146：１番目を計算終了時点から
の経過時間Ｔと、１周期分の表示時間Ｎ×Dtを比較し、
もし、経過時間の方が大きければ、ステップ148へ、そ
うでなければ、ステップ147へ進む。

【００６１】ステップ147：Ｌの値をｎインクリメント
し、ステップ145へ戻る。

【００６２】ステップ148：２周期目以降のアルゴリズ
ムへ進む（図１０ステップ160）。

【００６３】140〜143までのステップでいくつデータを
飛ばして投影計算を行うかを推定し、それ以降で、デー
タを飛ばしながら投影計算を行っている。

【００６４】図１０に、前述(イ)のプロセスのフロー図
の例（２）を示す。ステップ160：Ｈを１インクリメントし、ｋに１を代入
する。ここで、ｋは、処理対象とする３次元データを示
すパラメータとする。

【００６５】ステップ161：現在の時間Ｔに計算すべき
３次元データｋを以下の式で判定を行う。

【００６６】ｋ×Dt ＞Ｔ％Ｈ＋Rt この式を満たしていればステップ163へ、そうでなけれ
ばステップ162へ進む。ここで、演算子％は、ＴをＨで
割った余りとなる。

【００６７】ステップ162：ｋを１インクリメントし、
ステップ161に戻る。

【００６８】ステップ163：ｋ番目の３次元データを既
に計算していれば、ステップ164へ、そうでなければ、
ステップ165へ進む。

【００６９】ステップ164：ｋを１インクリメントし、
ステップ163に進む。

【００７０】ステップ165：ｋ番目の３次元データの２
次元投影計算を行う。

【００７１】ステップ166：現在時間が次の周期の計算
に移るかどうか、以下の式で判定する。

【００７２】Ｔ＋Rt ＞Ｎ×Dt×（Ｈ＋１）この式を満たしていればステップ160へ、そうでなけれ
ば、ステップ161へ戻る。

【００７３】前述(イ)のプロセスで、次に計算する未計
算の時相の可視化計算に要する時間を予測する処理が必
要となる。以下の予測処理を考えた。

【００７４】(i)直前に計算した時相の計算時間を予測
計算時間とする処理を行う。

【００７５】(ii)可視化パラメータの変更が無い間に計
算された各時相の計算時間の平均計算時間を予測計算時
間とする処理を行う。

【００７６】(iii)可視化パラメータの変更が無い間に
計算された各時相の計算時間の最長の計算時間を予測計
算時間とする処理を行う。

【００７７】(iv) 可視化パラメータの変更が無い間に
計算された各時相の計算時間の記録をとり、計算済みの
時相255と時相257の間を線形補間し、未計算の時相256
の計算時間をその補間値とする処理（図１４）を行う。

【００７８】直前の計算した時相と次に計算する時相の
動態の変化率が大きい場合、(i)の処理では、予測時間
がその変化率に比例してはずれる。また、可視化パラメ
ータを変更した直後の場合、(ii)の処理は、(i)と同じ
ようにはずれるが、可視化計算の済んだ時相が増える
と、はずれる度合いが減少する。また、(iii)は、最長
値を取ることで、予測がはずれて、可視化計算がその時
相の表示タイミングに間に合わなくなる可能性を減らす
ことができる。また、(iv)も、可視化パラメータの変更
直後は、(i)と同じようにはずれるが、可視化計算の済
んだ時相が増えると、もっとも近い予測時間を導出する
ことができる。さらに、この補間処理を線形補間でなく
キュービック補間を行うと、より近い予測時間が導出で
きる。

【００７９】また、以上のような計算時間予測を行わな
い計算順序制御方式として、連続した未計算時相の時間
間隔の中で、最も長く空いている時間間隔の中の未計算
時相の中から、ちょうど中間の時相の３次元ボリューム
データの３次元画像を優先して計算し、一連の３次元画
像を作成していく計算順序制御処理も用意した。

【００８０】１周期を８時相に分けて計測した具体例で
この処理結果を図１５に示す。最初の第１時相を計算し
た後、最も長く空いている時間間隔は１〜１の間で、そ
の中間の時相は第５時相となる。続いて、最も長く空い
ている時間間隔は、１〜５と５〜１の間となり、このう
ち１〜５の間の中間の第３時相を、さらに続いて５〜１
の間の中間の第７時相を計算する。このようにして、
１、５、３、７、４、８、６、２の順で計算していく。

【００８１】このような方法を取ることで、時間予測す
る方式では、計算する順序の割り振りが上手く行かない
場合、とくに、１周期の時間と投影計算時間が表示間隔
時間以内のずれしかない場合、隣接した時相の順番とな
る場合に、このように時間予測せずに計算することで、
より動画表示を滑らかに可能とする。

【００８２】図１１に、前述(ロ)のフローの例を示す。ステップ180：最初の投影計算結果を表示する。

【００８３】ステップ181：パラメータの初期化を行
う。ここで、ｍは、現在表示したい３次元データの投影
画像である。ｍに１を代入する。

【００８４】ステップ182：現在時間をチェックし、現
在表示したい画像が何かチェックする。ここで、現在の
何周期目かのパラメータをＨとする。ここで、現在時間
が次の画像を表示するべき時間ならステップ183へ、そ
うでないなら、ステップ182を繰り返す。

【００８５】ステップ183：ｍを１インクリメントす
る。

【００８６】ステップ184：ｍ枚目の画像が計算済みか
チェックする。もし、計算済みならステップ185へ、そ
うでないなら、ステップ182へ戻る。

【００８７】ステップ185：ｍ枚目の画像に表示を切り
替え、ステップ182へ戻る。

【００８８】なお、ステップ180〜185の動画表示のフロ
ーは、図９図１０の動画生成フローと並列に実行され
る。

【００８９】この処理によると、可視化パラメータの変
更があった直後は、表示間隔より一時相の可視化計算の
時間が長いため、計算の済んでいる時相が少ないが、済
んでいるものだけで各時相のタイミングに合わせて表示
を切り替えるため、コマ送りのようなぎくしゃくした動
画表示できる。周期を重ねる内に、計算済みの時相が増
えていき、この結果、動画の動きも徐々に滑らかにな
る。

【００９０】このような処理を行うことで、動画の概要
の確認をすべての時相の可視化計算の終了を待たずに行
うことができ、可視化パラメータの変更などの対話性を
損なわないシステム構成が可能となる。

【００９１】次に、第２の実施例（実施例２）について
説明する。実施例２は、３次元超音波撮影装置等によ
り、動態を計測中の４次元データの３次元動態表示に関
するものである。

【００９２】ここでは、計算対象になっている３次元ボ
リュームデータとその直前の３次元ボリュームデータを
比較して、変化のある部位を求め、変化のある部位のみ
計算対象にすることで、ボリュームレンダリングの計算
量を減らし、高速なボリュームレンダリングを繰り返
し、動態表示を行う。

【００９３】変化のある部位を求める方法は、以下の２
つを考えた。

【００９４】(イ)表示関与表面位置を比較し、位置に変
化のある投影点を変化のある部位とする。

【００９５】(ロ)それぞれ対応する座標の値の差分を求
め、この値があるしきい値を越えている部位を変化のあ
る部位とする。

【００９６】(イ)の方法は、ボリュームレンダリングに
直結して、限定された表示関与表面位置からボリューム
レンダリング計算を開始できる。一方、(ロ)の方法は、
ここで、求めた部位から、回転補間計算を行い、ボリュ
ームレンダリング計算を行う必要がある。ボリュームレ
ンダリング計算の不透明度パラメータが高い場合、(イ)
の方法が高速化が期待できるが、低い場合は動いてない
部位まで、レンダリング計算を行う可能性があり、この
場合は(ロ)の方が高速化が期待できる。

【００９７】以下で、(イ)方法について、具体的に説明
を行う。図５に動態のボリュームレンダリングの際の表
示関与表面位置の変化のモデル図を示す。

【００９８】この４次元データは、脊髄80と心臓81を含
んでおり、心臓は、t秒後には82形状に変形する動態モ
デルである。視線方向83でボリュームレンダリング計算
を行った場合、斜線領域84は、動きが無い。このため、
表示関与領域の表面位置に変化は無い。一方、85の領域
は、心臓の動きがあるため、表示関与表面位置の変化が
ある。

【００９９】図６に、図５の表面位置の変化をグラフに
した図を示す。グラフ91は、図５81の時相の表面位置の
変化のグラフである。一方、グラフ92は、図５82の時相
の表面位置の変化のグラフである。横軸の94の間隔の部
位に変化があることが分かる。

【０１００】図７に、本発明の３次元動画処理のフロー
図を示す。ステップ100：まず、最初の３次元データを２段階サー
チ法により、表示関与領域の表面を求め、その表面から
ボリュームレンダリングを行い、２次元投影画像を得
る。

【０１０１】ステップ101：次の３次元ボリュームデー
タへ処理対象データを変更する。

【０１０２】ステップ102：直前の３次元ボリュームデ
ータで用いた表示関与表面位置から、サンプリング間隔
を広く、さらに最近傍補間によりサンプリングを行い表
示関与領域の表面を仮に決定する。

【０１０３】ステップ103：ステップ102で求めた表示関
与領域の表面の付近をサンプリング間隔を狭め、線形補
間（もしくはキュービック補間）によりサンプリングを
行い、より正確な表示関与領域の表面を決定する。

【０１０４】ステップ104：直前の３次元ボリュームデ
ータの表面位置と計算対象となっているデータの表面位
置を比較して変化のある投影面上の点のみに限定し、ボ
リュームレンダリング計算を実行する。

【０１０５】ステップ105：ボリュームレンダリング計
算を行った投影面上の点を直前の２次元投影画像結果の
対応する点の値と置き換え２次元投影画像を得る。この
後、ステップ101に戻り、ステップ101〜105を繰り返
す。

【０１０６】ここで、ステップ102、103は、動態の表示
関与領域の表面位置の高速表面サーチ部分で、ステップ
104、105は、高速動態ボリュームレンダリング部分であ
る。高速動態ボリュームレンダリング部は、３次元ボリ
ュームデータの中の動態の大きさにより、ボリュームレ
ンダリングの計算時間が影響を受け、動態が小さいほど
ボリュームレンダリングの計算時間を短縮できる。一
方、高速表面サーチ部は、動態の変形スピードとサンプ
リング間隔に依存し、一コマあたりの変形量が大きい
と、サーチ時間を費やしてしまう。

【０１０７】以上のような高速化処理により、連続的に
計測される３次元ボリュームデータに対し、次のデータ
が計測されるまでの間にボリュームレンダリング計算を
行うことができるように対応する。この実施例で、対応
できない場合、以下のような高速化処理を導入する。

【０１０８】次に、第３の実施例（実施例３）について
説明する。実施例３は、周期的な４次元データに限ら
ず、動画の要求する表示間隔の間にボリュームレンダリ
ング計算を行うことができない場合、表示関与表面位置
の変化が滑らかな領域において、その滑らかさに応じて
２次元投影するポイントを削減し、ボリュームレンダリ
ングの処理時間を短縮する方法に関するものである。

【０１０９】図１２、１３に２次元投影点の省略の説明
図を示す。ここでは、図４と同様に視線方向210の方向
より見た場合、格子211のように、３次元ボリュームデ
ータをリサンプルし、心臓212のボリュームレンダリン
グを計算することを考える。

【０１１０】この場合、ボリュームレンダリングは、表
示関与表面位置213より開始され、投影面214に計算値が
投影される。この例の場合の投影計算の省略を図１３に
より説明する。表示関与表面位置を220に示す。これ
は、格子211の左端を０とする表面の深さ値となってい
る。この値に対し、表示表面位置の変化の勾配を求めた
値を221に示す。この値は、数３に示す式により求め
る。

【０１１１】

【数３】

【０１１２】この例では、簡単のため１次元データで説
明しているが、本来は２次元であるため、この式を２次
元に拡張した数４を以下に示す。

【０１１３】

【数４】

【０１１４】表示関与表面位置220とその変化の勾配221
により、投影計算を行う投影点を決定する。投影計算を
行う座標を222に○で示した。一方、変化の勾配により
省略された座標を×で示し、表示関与表面位置が背景部
なので省略された座標を−で示した。変化の勾配により
省略された座標は、周辺のまとまった領域の勾配値が同
じでである、という条件で決定され、この領域の中央座
標で投影計算を行い、領域全域に代入される。この例で
は、224、225がその領域となる。

【０１１５】この処理により、動態の部位が大きくて
も、動態の形状により、ボリュームレンダリング計算す
る投影点を減らし、ボリュームレンダリングの計算量を
減らし、動画の要求する表示間隔の間に計算を終了でき
るようできるが、投影点を減らすため、画質に影響を与
える。

【０１１６】

【発明の効果】以上で詳細に説明した如く、本発明によ
れば、時間軸を加えた４次元データにおける３次元動態
表示に対し、変化のある部位を求めることにより、変化
部位のみに投影計算を行う投影点を限定する高速動態ボ
リュームレンダリング処理を行うことができ、これによ
り３次元ボリュームデータの可視化処理を繰り返し行う
ことにより３次元動態表示でき、特に周期的な動態の３
次元動態表示に対しては、他の時相を計算中であるか否
かに関わらず表示間隔で決定される各時相のタイミング
で既計算の時相を表示することで対話性を損なうことな
く３次元動態表示できるという顕著な効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシステム構成の一例図である。

【図２】本発明の時間軸を加えた４次元データの一例図
である。

【図３】本発明の２段階の表示関与表面サーチによる高
速ボリュームレンダリング手法の流れ図である。

【図４】本発明の２段階の表示関与表面サーチの説明図
である。

【図５】本発明の第１の実施例における動画のボリュー
ムレンダリングの表面位置のモデル説明図である。

【図６】本発明の第１の実施例における図５の表面位置
のグラフ図である。

【図７】本発明の第１の実施例における３次元動画像処
理のフロー図である。

【図８】本発明の第２の実施例における３次元動画像処
理の各処理のタイムテーブルである。

【図９】本発明の第２の実施例における３次元動画像処
理の時間同期型表示方式のフロー図（１）である。

【図１０】本発明の第２の実施例における３次元動画像
処理の時間同期型表示方式のフロー図（２）である。

【図１１】本発明の第２の実施例における３次元動画処
理の動画表示のフロー図である。

【図１２】本発明の第３の実施例における２次元投影点
の省略の説明図（１）である。

【図１３】本発明の第３の実施例における２次元投影点
の省略の説明図（２）である。

【図１４】本発明の第１の実施例における投影計算時間
の補間の説明図である。

【図１５】本発明の第１の実施例における投影計算の予
測を行わない計算順序制御方式の具体例説明図である。

【符号の説明】

１…４次元データ計測装置、２…４次元データ記憶装
置、３…３次元動画生成処理部、４…３次元動画処理装
置、５…入力装置、６…ディスプレイ

フロントページの続き (72)発明者佐野耕一神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者及川道雄神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地株式会社日立製作所システム開発研究所内 (56)参考文献特開平７−323027（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 1/00 G06T 15/00 - 15/70 A61B 5/055 A61B 6/03

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】時間的に周期的な変化のある物体の各時相
を３次元配列で表現した４次元データおよびや処理結果
のうち少なくとも一方を保存する記憶装置と、前記記憶装置に保存されたデータを処理する処理装置
と、前記処理装置での処理結果を表示するディスプレイと、ディスプレイ上の位置情報を入力する装置を備えた表示
装置において少なくとも視点、可視化条件および動画表
示間隔のパラメータをインタラクティブに与え、与えられたパラメータを用いて各時相の３次元画像を計
算して、時間軸に沿って順次サイクリックに３次元表示する際に
は、前記パラメータの変更が無い間に計算した各時相の３次
元画像を該記憶装置に保存し、視点や可視化条件のパ
ラメータ変更が無い間は、他の時相を計算中であるか否
かに関わらず、該保存された３次元画像を該表示間隔パ
ラメータで指定される各時相の表示タイミングで表示す
ることを特徴とする３次元動態データの表示方法。
【請求項２】請求項１の３次元動態表示方法において、各時相の３次元画像を計算する時間を予測し、予測された計算時間に基づいて、未計算の時相の中で最
初に表示タイミングが来る時相のデータを選択して計算
することを特徴とする３次元動態データの表示方法。
【請求項３】請求項２の３次元動態データの表示方法に
おいて、３次元画像の計算時間を予測する際は、１時相分の予測
計算時間を直前の３次元画像の計算時間とすることを特
徴とする３次元動態データの表示方法。
【請求項４】請求項２の３次元動態データの表示方法に
おいて、３次元画像の計算時間を予測する際は、１時相分の予測
計算時間を視線方向や可視化条件のパラメータ変更が無
い間に計算された各３次元画像の計算時間の平均とする
ことを特徴とする３次元動態データの表示方法。
【請求項５】請求項２の３次元動態データの表示方法に
おいて、３元画像の計算時間を予測する際は、１時相分の予測計
算時間を視線方向や可視化条件のパラメータ変更が無い
間に計算された各３次元画像の計算時間のうち最も時間
のかかった時相の計算時間とすることを特徴とする３次
元動態データの表示方法。