JP4109224B2 - 展開画像投影方法、展開画像投影プログラム、展開画像投影装置 - Google Patents

Description

本発明は、展開画像投影方法、展開画像投影プログラム、展開画像投影装置に関する。

従来、診断・治療等の医療行為を行う場で、Ｘ線診断装置、Ｘ線ＣＴ装置、核磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）等の医用画像診断装置で作成した臓器に関する医用画像情報を、３次元的な表示ができるように画像処理し、診断若しくは治療の目的として３次元的に観察することが行われていた。例えば、臓器の中でも血管、気管、消化管等の管状臓器についてはこの３次元的な表示方法として、次の方法があった。

１つは、管状臓器に対してその外部から平行光線を照射し、管状臓器を２次元平面上に投影する平行投影法（Parallel Projective Method）である。図１７に示すように、平行投影法による平行投影画像Ｐ１は、管状臓器を外部から観察するのに適しているが、その内部を観察することはできなかった。そこで、管状臓器の内部に視点を設定し、その視点から放射状に光線を照射して管状臓器の内部の画像を２次元平面上に投影する中心投影法（Perspective Projective Method）により、中心投影画像Ｐ２を作成していた。図１８
に示すように、この中心投影画像Ｐ２は、管状臓器の内側を恰も内視鏡による画像のように観察できるため、仮想内視鏡として使用されていた。中心投影画像Ｐ２では、管状臓器の内側を見ることはできるが、診断時に管状臓器の内周全てを注意深く見ないと、ポリープ等を見落とす虞があった。また、管状臓器の襞の裏等が見えにくかった。

そこで、円筒投影法、屈曲円筒投影法により、管状臓器の周囲に仮想的に配置した円筒投影面に管状臓器を投影し、その投影画像を円筒投影面の側面を切開してできた２次元平面上に展開する展開画像表示が行われていた（例えば、非特許文献１）。図１９に示すように、この展開画像Ｐ３では、管状臓器の内壁面を２次元平面上で見ることができるので、ポリープ等を発見しやすかった。
アー・フィラノヴァ・バルトローリ（A. Vilanova Bartroli），エル・ヴェゲンキットル（R. Wegenkittl），アー・ケニッヒ（A. Konig），エー・グレーレル（E. Groller），「仮想大腸展開方法（Virtual Colon Unfolding）」，米国電気電子学会論文誌(IEEE Visualization ),米国,2001年,p411-420

しかしながら、展開画像Ｐ３では、その観察位置や観察方向が分かりにくかった。例えば、管状臓器の基端において、管状臓器の下方を展開画像Ｐ３上の中心に位置するように展開したとしても、管状臓器にはねじれがあったり、その方向が変わったりするため、展開画像Ｐ３上で管状臓器の下方に位置していた領域は移動する。すなわち、展開画像Ｐ３上では管状臓器の内壁面の相対的な位置を把握することはできるが、管状臓器の内壁面の絶対的な位置（座標）を把握することができない。そのため、例えば、展開画像Ｐ３における観察位置が管状臓器のどこに位置するかを対応付けたり、展開画像Ｐ３上で一度診断した箇所を診断しないようにしたり、展開画像Ｐ３上においてどの方向を観察しているのか判断したりするのが困難であった。また、管状臓器のうち、左右対称なものについては、その診断や治療のために、特に方向の確認が重要であった。

さらに、例えば、管状臓器のうち、大腸には残渣（体内の残留物）（Rinsing）があり
、ポリープと誤認識することが多かった。残渣は、大腸の中でもＣＴ画像撮影時に下側に位置している場所に堆積しているので、展開画像Ｐ３においてＣＴ画像撮影時の下側が容易に認識できれば、残渣とポリープの誤認識を低減することができるため、展開画像Ｐ３上で管状臓器における方向を表示する必要があった。

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、３次元の画像データの方向情報を出力させることのできる展開画像投影方法、展開画像投影プログラム、展開画像投影装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、１つのコンピュータが単独処理でまたは複数のコンピュータが単独処理と分散処理とのうち少なくとも１つの処理で、３次元の画像データに含まれる管体である対象物を中心線上に連続的に分布する視点を用いて連続的に円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開した展開画像を投影する展開画像投影方法において、少なくとも１つのコンピュータが、複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って、前記管体のうち２以上の前記視点に対応する３次元の画像データの取得時に物理的に下方に存在した部分を展開画像上に表示する方向情報を算出する方向情報算出段階と、少なくとも１つのコンピュータが、前記展開画像に円筒投影面に対応した前記視点の前記方向情報とを合成して合成画像を生成する合成段階と、少なくとも１つのコンピュータが、前記合成画像に基づいて新たな展開画像を出力部に出力する出力段階とを備えたことを要旨とする。

この発明によれば、複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の各画素の位置データを使って方向情報を算出し、展開画像と方向情報とを合成して合成画像を生成し、その合成画像に基づいて新たな展開画像を出力部に出力する。この結果、展開画像でありながらも３次元の画像データの方向を把握することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の展開画像投影方法において、前記位置データは前記各画素のデカルト座標系の座標データであって、前記方向情報算出段階は、前記各画素のデカルト座標系の座標データを使って方向情報を算出することを要旨とする。

この発明によれば、位置データは各画素のデカルト座標系の座標データであって、方向情報算出段階は、各画素のデカルト座標系の座標データを使って方向情報を算出するので、例えば、位置データを出力部に出力して視認できる。また、さらに、その位置データは、デカルト座標系で表現されているため、例えば、複数の３次元の画素の座標データを直感的に把握することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の展開画像投影方法において、前記合成段階は、前記方向情報と、前記３次元の画像データから任意の一部の領域の３次元の画像データを抽出した領域抽出結果とのうち少なくとも前記領域抽出結果を含む一方と前記展開画像とを合成することを要旨とする。

この発明によれば、合成段階は、前記方向情報と、前記３次元の画像データから任意の一部の領域の３次元の画像データを抽出した領域抽出結果とのうち少なくとも領域抽出結果を含む一方と前記展開画像とを合成する。この結果、例えば、展開画像と残渣とを合成したり、展開画像と方向情報と残渣とを合成したりすることができるので、展開画像上でポリープと残渣との区別をつけることができる。従って、誤診を低減することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、前記方向情報算出段階は、さらに、複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って、前記展開画像において前記方向情報を除く前記管体の管状組織の機能や外観から得られる情報を表す付加情報を算出する段階を備え、その算出した付加情報を前記方向情報に加えることを要旨とする。

この発明によれば、方向情報算出段階は、さらに、複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って付加情報を算出する段階を備え、その算出した、前記展開画像において前記方向情報を除く前記管体の管状組織の機能や外観から得られる情報を表す付加情報を前記方向情報に加える。この結果、その付加情報を基に、展開画像上で観察位置や方向を容易に把握することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の展開画像投影方法において、前記付加情報は、前記管体の断面積の変化、前記管体の断面の基点位置からの距離、前記管体の断面の座標のうちの少なくとも１つであることを要旨とする。

この発明によれば、付加情報は、前記管体の断面積の変化、前記管体の断面の基点位置からの距離、前記管体の断面の座標のうちの少なくとも１つである。この結果、例えば、管体の外観を付加情報として把握することができるので、展開画像上で観察位置や方向を容易に把握することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、前記方向情報算出段階は、前記管体の断面のねじれと前記管体の断面の傾きの変化の少なくとも一方を前記方向情報として算出することを要旨とする。

この発明によれば、方向情報算出段階は、前記管体の断面のねじれと前記管体の断面の傾きの変化の少なくとも一方を前記方向情報として算出する。この結果、例えば、展開画像上で管体の断面のねじれや管体の断面の傾きの変化を把握することができるので、展開画像上で観察位置や方向を容易に把握することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、前記方向情報は帯状の画像で表現され、該帯状の画像は、前記各画素の位置データに応じて、幅と向きのうち少なくとも一方が変化することを要旨とする。

この発明によれば、方向情報は帯状の画像で表現され、該帯状の画像は、各画素の位置データに応じて、幅と向きのうち少なくとも一方が変化する。この結果、例えば、帯状の画像を展開画像上に重ねることにより、帯状の画像の幅と向きのうち少なくとも一方の変化やその変化の度合いにより、展開画像と各画素（３次元の画像データ）との対応を付けることができる。従って、例えば、展開画像上で管体の方向や断面積の変化を示す方向情報を容易に直感的に把握することができる。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、前記方向情報は、少なくとも１本の線で表現されることを要旨とする。
この発明によれば、方向情報は、少なくとも１本の線で表現されるため、方向情報のデータ量を低減することができる。この結果、方向情報の出力に要する時間を短縮しながらも、例えば、展開画像上で方向情報を容易に直感的に把握することができる。

請求項９に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、前記方向情報は、数値で表現されることを要旨とする。
この発明によれば、方向情報は、数値で表現されるので、例えば、展開画像上で、管体における数値としての座標を表現することにより、展開画像における方向情報を容易に把握することができる。

請求項１０に記載の発明は、請求項７又は８に記載の展開画像投影方法において、前記方向情報は、前記展開画像と異なる色で表現されることを要旨とする。
この発明によれば、方向情報は、色で表現される。この結果、例えば、管体における下方のみ、展開画像上で、他の方向と異なる色で表現することにより、展開画像における方向情報を容易に直感的に把握することができる。

請求項１１に記載の発明は、請求項７又は８に記載の展開画像投影方法において、前記方向情報は、透明度で表現されることを要旨とする。
この発明によれば、方向情報は、前記展開画像と異なる透明度で表現されるので、例えば、管体における下方のみ、展開画像上で、他の方向と異なる透明度で表現することにより、方向情報を容易に直感的に把握することができる。

請求項１２に記載の発明は、請求項７又は８に記載の展開画像投影方法において、前記方向情報は、点滅アニメーションで表現されることを要旨とする。
この発明によれば、方向情報は、点滅アニメーションで表現されるので、例えば、管体における下方のみ、展開画像上で、点滅させることにより、方向情報を容易に直感的に把握することができる。

請求項１３に記載の発明は、請求項１に記載の展開画像投影方法において、前記展開画像は、ボリュームレンダリングによって、前記３次元の画像データを円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されることを要旨とする。

この発明によれば、展開画像は、ボリュームレンダリングによって、３次元の画像データを円筒投影面に投影し、円筒投影面を円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されるので、３次元の画像データを基に正確で滑らかな展開画像を生成することができる。

請求項１４に記載の発明は、請求項１に記載の展開画像投影方法において、前記展開画像は、サーフィスレンダリングによって、前記３次元の画像データを円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されることを要旨とする。

この発明によれば、展開画像は、サーフィスレンダリングによって、３次元の画像データを円筒投影面に投影し、円筒投影面をその円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されるので、少ない計算量で展開画像を生成することができる。従って、展開画像の出力に要する時間を短縮することができる。

請求項１５に記載の発明は、１つのコンピュータが単独処理でまたは複数のコンピュータが単独処理と分散処理とのうち少なくとも１つの処理で、３次元の画像データに含まれる管体である対象物を中心線上に連続的に分布する視点を用いて連続的に円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開した展開画像を投影する展開画像投影プログラムであって、前記１つのコンピュータまたは複数のコンピュータを、複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って前記管体のうち２以上の前記視点に対応する３次元の画像データの取得時に物理的に下方に存在した部分を展開画像上に表示する方向情報を算出する方向情報算出手段と、前記展開画像に円筒投影面に対応した前記視点の前記方向情報とを合成して合成画像を生成する合成手段と、前記合成画像に基づいて新たな展開画像を出力部に出力する出力手段として機能させることを要旨とする。この発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記位置データは前記各画素のデカルト座標系の座標データであって、前記方向情報算出手段は、前記各画素のデカルト座標系の座標データを使って方向情報を算出することを要旨とする。この発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項１７に記載の発明は、請求項１５に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記合成手段は、前記方向情報と、前記３次元の画像データから任意の一部の領域の３次元の画像データを抽出した領域抽出結果とのうち少なくとも前記領域抽出結果を含む一方と前記展開画像とを合成することを要旨とする。この発明によれば、請求項３に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項１８に記載の発明は、請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記方向情報算出手段は、さらに、複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って付加情報を算出する手段を備え、その算出した付加情報を前記方向情報に加えることを要旨とする。この発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項１９に記載の発明は、請求項１８に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記付加情報は、前記管体の断面積の変化、前記管体の断面の基点位置からの距離、前記管体の断面の座標のうちの少なくとも１つであることを要旨とする。この発明によれば、請求項５に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記方向情報算出手段は、前記管体の断面のねじれと前記管体の断面の傾きの変化の少なくとも一方を前記方向情報として算出することを要旨とする。この発明によれば、請求項６に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２１に記載の発明は、請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記方向情報は帯状の画像で表現され、該帯状の画像は、前記各画素の位置データに応じて、幅と向きのうち少なくとも一方が変化することを要旨とする。この発明によれば、請求項７に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２２に記載の発明は、請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記方向情報は、少なくとも１本の線で表現されることを要旨とする。この発明によれば、請求項８に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２３に記載の発明は、請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記方向情報は、数値で表現されることを要旨とする。この発明によれば、請求項９に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２４に記載の発明は、請求項２１又は２２に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記方向情報は、前記展開画像と異なる色で表現されることを要旨とする。この発明によれば、請求項１０に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２５に記載の発明は、請求項２１又は２２に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記方向情報は、前記展開図形と異なる透明度で表現されることを要旨とする。この発明によれば、請求項１１に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２６に記載の発明は、請求項２１又は２２に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記方向情報は、点滅アニメーションで表現されることを要旨とする。この発明によれば、請求項１２に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２７に記載の発明は、請求項１５に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記展開画像は、ボリュームレンダリングによって、前記３次元の画像データを円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されることを要旨とする。この発明によれば、請求項１３に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２８に記載の発明は、請求項１５に記載の展開画像投影プログラムにおいて、前記展開画像は、サーフィスレンダリングによって、前記３次元の画像データを円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されることを要旨とする。この発明によれば、請求項１４に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項２９に記載の発明は、３次元の画像データに含まれる管体である対象物を中心線上に連続的に分布する視点を用いて連続的に円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開した展開画像を投影する展開画像投影装置であって、複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って前記管体のうち２以上の前記視点に対応する３次元の画像データの取得時に物理的に下方に存在した部分を展開画像上に表示する方向情報を算出する方向情報算出手段と、前記展開画像に円筒投影面に対応した前記視点の前記方向情報とを合成して合成画像を生成する合成手段と、前記合成画像に基づいて新たな展開画像を出力部に出力する出力手段とを備えたことを要旨とする。この発明によれば、請求項１、１５に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項３０に記載の発明は、請求項２９に記載の展開画像投影装置において、前記位置データは前記各画素のデカルト座標系の座標データであって、前記方向情報算出手段は、前記各画素のデカルト座標系の座標データを使って方向情報を算出することを要旨とする。この発明によれば、請求項２、１６に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項３１に記載の発明は、請求項２９に記載の展開画像投影装置において、前記合成手段は、前記方向情報と、前記３次元の画像データから任意の一部の領域の３次元の画像データを抽出した領域抽出結果とのうち少なくとも前記領域抽出結果を含む一方と前記展開画像とを合成することを要旨とする。この発明によれば、請求項３、１７に記載の発明と同様の作用効果が得られる。

請求項３２に記載の発明は、請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の展開画像投影装置において、前記方向情報算出手段、前記合成手段の一部または全部は、ＧＰＵであることを要旨とする。

この発明によれば、方向情報算出手段、合成手段の一部または全部は、ＧＰＵであるので、方向情報算出、合成に要する時間を短縮することができる。

本発明によれば、３次元の画像データの方向情報を出力させることができる。

（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図１１に従って説明する。
図１に示すように、画像表示装置１は、データベース２から例えば、ＣＴ（Computerized Tomography ）画像撮影装置により撮影されたＣＴ画像データを読み取って、医療診断用の各種画像を生成し画面に表示する。本実施形態では、ＣＴ画像データを例に説明するが、これに限定されない。すなわち、使用される画像データは、ＣＴに限らず、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等の医用画像処理装置より得られるデータ及びそれらを組み合わせたり加工したりしたものである。

画像表示装置１は、計算機（コンピュータ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ）３と、モニタ４と、キーボード５及びマウス６などの入力装置とを備えている。計算機３はデータベース２と接続されている。

図２は、画像表示装置１の概略構成を示す。計算機（コンピュータ）３にはＣＰＵ（中央処理装置）７、ハードディスク等からなるメモリ８が備えられており、メモリ８には、展開画像投影処理を実行するためのプログラム（アプリケーションソフト）９が記憶されている。メモリ８はデータベース２又はハードディスクから読み取ったＣＴ画像データから得られたボクセルデータを一時記憶するメモリ部８ａを備えている。また、メモリ部８ａは、中心線ＣＰ、下方ベクトルｚ、方向ベクトルｈ、基準断面積ａ０、内腔領域面積ａを記憶している。また、メモリ８は、管状組織の展開画像を記憶する展開画像記憶部ＵＦと、方向情報及び付加情報を記憶する方向情報記憶部ＤＩとを備えている。

ＣＰＵ７は、このプログラム９を実行することにより、データベース２から取得したＣＴ画像データから得られたボクセルデータを用いて管状組織の展開画像の方向情報及び付加情報を算出する展開画像投影処理を実行する。すなわち、本実施形態では、ＣＰＵ７（計算機３）が、展開画像投影処理（方向情報算出段階、合成段階、出力段階等）の展開画像投影処理プログラムを実行する。これにより、計算機３は、方向情報算出手段、合成手段、出力手段等として機能する。

ここで、３次元以上の画像データとしてのボクセルデータＶＤとは、図３に示すように、立方体の３次元以上の画素としてのボクセル（Voxel ）の集合であり、３次元の格子点にボクセル値として濃度値が割り当てられている。本実施形態では、例えば、ＣＴ画像データの画素値、すなわちＣＴ値をそのまま濃度値としている。

ＣＴ画像データは、患者等の人体を断層撮影したもので、１枚については骨、血管、臓器等の２次元断層画像であるが、多数の隣接するスライス（断層）について得られていることから、これら全体では３次元の画像データと言える。従って、以下、ＣＴ画像データは、複数のスライスを含んだ３次元の画像データを意味する。

また、ＣＴ画像データは、被写体としての組織（骨、血管、臓器等）毎に異なるＣＴ値を持っている。ＣＴ値は、水を基準として表現した組織のＸ線減弱係数であり、ＣＴ値により組織や病変の種類等が判断できるようになっている。また、ＣＴ画像データには、ＣＴ撮影装置によりＣＴスキャンされた人体の断層画像（スライス画像）の座標データもすべてあり、視線方向（奥行き方向）における異なる組織間の位置関係は、座標データから判別できるようになっている。すなわち、ボクセルデータＶＤは、ＣＴ値（以下、ボクセル値という。）及び座標データを備えている。

また、管状組織（Tubular Tissue）とは、例えば、血管、気管、消化管（食道、胃、小腸、大腸）等の管状の臓器である。本実施形態では、例えば、大腸を例に挙げて説明するが、これに限定されない。すなわち、管状組織としては、血管、気管、消化管等の臓器に限らず、管体であればよい。

展開画像とは、管状組織の内壁面を２次元平面上に投影した画像であって、本実施形態では、ボリュームレンダリング処理のうち、円筒座標系等を利用する方法である円筒投影法と屈曲円筒投影法により生成される。

まず、ボリュームレンダリング処理について説明する。ボリュームレンダリングには一般的にレイキャスティング法が用いられる。レイキャスティング法とは、図３に示すように、観察する側（フレームＦ側）から光の経路を考えるもので、フレームＦ側のピクセルＰＸから光線（レイＲ）を飛ばし、一定距離を進むごとにその位置での反射光を計算する（図３では「…、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、…」の符号が各到達位置のボクセルに対応している）。レイ到達位置が格子上にない場合はその周りのボクセルのボクセル値から補間処理を行ってその位置でのボクセル値を計算する。

視線方向からボクセルデータに１本のレイＲを照射すると、レイＲはボクセルデータＶＤに当たって一部反射しながらボクセルデータＶＤを構成するボクセルを順次透過して進むことになる。そして、ボクセル毎に光の吸収・反射の離散的な計算をし、その反射光を演算することで２次元平面（フレーム）Ｆに投影される画像のピクセル値を求めて２次元画像を生成する。

図４は、レイキャスティング法の計算方法を説明するもので、図３における１本のレイに対応した処理である。図３におけるブロックはボクセルに相当するもので、これら各ボクセルは光に対する特性パラメータとして不透明度（オパシティ（opacity ）値）αｎおよびシェーディング係数βｎを有する。ここで、不透明度αｎは、０≦αｎ≦１を満たす数値で表され、値（１−αｎ）は透明度（transparency）を示す。不透明度αｎ＝１は不透明、αｎ＝０は透明、０＜αｎ＜１は半透明にそれぞれ対応する。シェーディング係数は色、グラディエントなどシェーディングに関する情報を持つ。

初期入射光（光線）Ｉ１は、各ボクセルを順次透過してゆくとともに各ボクセルで一部反射および吸収されることによりその残存光（透過光）は徐々に減衰する。各ボクセルにおける部分反射光Ｒｎ（ｎ＝１，２，…）の積算値（積算反射光）が、フレームＦ側におけるピクセルＰＸの輝度に相当する。ここで、減衰光Ｄｎ（ｎ＝１，２，…）は、ｎ番目のボクセルの入射光Ｉｎを用いて、式 Ｄｎ＝αｎＩｎ で表されるため、部分反射光Ｒｎは、式 Ｒｎ＝βｎＤｎ＝βｎαｎＩｎ で表される。また各ボクセルにおける入射光と残存光（透過光）との関係式から、式 Ｉｎ＋１＝（１−αｎ）Ｉｎ が成り立つ。よって積算反射光であるピクセル値Ｐｖは、次式により表される。

Ｐｖ＝β１α１Ｉ１＋β２α２Ｉ２＋・・・＋βｎαｎＩｎ＝ΣβｎαｎＩｎ
なお、各ボクセル値に対して不透明度αｎとの関係付けが予めなされており、その関係付け情報に基づきボクセル値から不透明度αｎを得ている。例えば、大腸のボリュームレンダリング画像を得たい場合、大腸に対応したボクセル値には不透明度「１」を関連付け、他のボクセル値には不透明度「０」を関連付けることで、大腸を表示することができる。

図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、ボクセルデータを用いて円筒投影法にて管状組織の展開画像を作成する処理を示すものである。
円筒投影法は、円筒座標系を仮定し、投影対象１１の周囲に配設された円筒投影面１２（図５（ｂ）参照）の中心軸１４上（紙面と垂直方向）に連続的に分布する視点を仮定する。そして、その視点から、投影対象１１内であって円筒投影面の中心軸と直交する平面１３内にレイＲを放射状に照射し、図５（ｂ）に示すように、投影対象を円筒投影面１２に投影する。そして、その円筒投影面１２に投影された投影画像に対して、図５（ｃ）に示すように、投影平面としての２次元平面１６に座標変換を行うことにより、図１９に示すように、管状組織の内部が表示された展開画像（U nfolding Picture ）Ｐ３を得る。

ここで、一般に管状組織は屈曲しているため、屈曲している管状組織全体を円筒投影面に投影すると互いに重なり合ってしまう。このような管状組織を投影する方法として挙げられるのが屈曲円筒投影法である。

図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、ボクセルデータを用いて屈曲円筒投影法にて管状組織の展開画像を作成する処理を示すものである。
屈曲円筒投影法は、図６（ａ）に示すように、管体としての管状組織２０の中心線（Central Path）に沿った中心線ＣＰを仮定する。そして、その中心線ＣＰ上に連続的に分布する視点を仮定する。そして、その視点から、中心線ＣＰと直交する平面２２内にレイＲを照射し、投影対象を投影対象の外側を覆う図示しない円柱投影面に投影する。そして、その円柱投影面に投影された投影画像に対して２次元平面に座標変換を行うことにより、図１９に示すように、円筒投影面を切り開いたように管状組織の内部が表示された展開画像Ｐ３を得る。このように、中心線ＣＰを管状組織２０の屈曲に合わせて屈曲させ、さらにその中心線ＣＰに直交する平面間の距離を短くすることにより、屈曲した管状組織２０についても２次元平面上に投影した展開画像を作成することができる。

この屈曲円筒投影法において、管状組織２０の屈曲が大きいと、図６（ｂ）に示すように、中心線ＣＰと直交する平面２３，２４，２５と平面２６とが交差してしまう。この結果、管状組織２０の内壁面において、展開画像Ｐ３上に複数回表示される部分や、表示し損なう部分ができてしまう。例えば、図６（ｂ）に示すように、ポリープ２７については平面２４及び平面２６において投影されるため、展開画像Ｐ３上において２回表示される。また、ポリープ２８については直交する平面がないため、管状組織２０上に存在しているのにも関わらず、展開画像Ｐ３上では１度も表示されない。これを避けるために、非直線レイキャスティングが行われる。

非直線レイキャスティングは、屈曲円筒投影法において、中心線ＣＰからレイＲを照射する際に、中心線ＣＰと直交する平面上ではなく、図６（ｃ）に示すように、中心線ＣＰに近い側では中心線ＣＰと直交しながらも湾曲している平面３１〜３６上にレイＲを照射する。すなわち、中心線ＣＰから非直線のレイＲを照射する。これにより、図６（ｃ）に示すように、ポリープ２７を投影する面は１つであるため、展開画像Ｐ３上にはポリープ２７が１回のみ表示される。また、ポリープ２８については、中心線ＣＰと直交する平面の枚数を増やすことにより、展開画像Ｐ３上に投影することができる。

なお、展開画像Ｐ３は、円筒投影面に投影した投影画像を２次元平面上に展開しているため、展開画像Ｐ３を構成するそれぞれの画素と対応する座標データは、管状組織（ボクセルデータＶＤ）の座標データではなく、２次元平面における座標データとなっている。そのため、２次元平面上に展開後の展開画像Ｐ３においては、管状組織における方向が把握できない。

方向情報とは、展開画像Ｐ３において、管状組織における方向を示すものであって、展開画像Ｐ３の座標と、位置データ、座標データとしての管状組織の座標とを対応づけるものである。本実施形態では、方向情報は展開画像Ｐ３上に表示され、例えば、管状組織のうち物理的に下方に存在する部分を表す。そして、例えば、図７（ａ）に示すように、管状組織Ｔの内部に、重力に従って水が流れる水路３０が形成されていると仮定する。そして、図７（ｂ）に示すように、その水路３０を所定の幅を持つ帯Ｂで表現する。この結果、管状組織Ｔがねじれたり屈曲していたりするために展開画像Ｐ３上で管状組織Ｔにおける下方が把握できないときにも、管状組織の下方には恰も水路３０が形成されているように、帯Ｂが方向情報として展開画像Ｐ３上に表示されるため、帯Ｂを基に観察方向や観察位置が直感的にわかりやすくなる。特に、帯Ｂに幅を持たせることにより、管状組織Ｔがねじれたり、屈曲したり、幅が狭くなっている箇所は、水路３０の幅や位置、すなわち帯Ｂの幅や位置が変化するように表示されるため、展開画像Ｐ３上において観察方向や観察位置を直感的に把握することができる。

詳述すると、管状組織Ｔの断面が鉛直方向に対して傾いたときの帯Ｂの幅を幅Ｗｄ、管状組織Ｔの断面積が変化したときの帯Ｂの幅を幅Ｗｓとして表現する。そして、例えば、幅Ｗｄの帯Ｂの部分と幅Ｗｓの帯Ｂの部分とをそれぞれ異なる色で表示したり、ある一定の時間毎（例えば、５秒毎等）に幅Ｗｄの帯Ｂの部分と幅Ｗｓの帯Ｂの部分とを交互に表示したりすることにより、管状組織Ｔの断面の方向と断面積の変化の両方を直感的に把握することができる。また、幅Ｗｄの帯Ｂの部分と幅Ｗｓの帯Ｂの部分とを同時に同じ色で表示しても、管状組織Ｔの方向情報の概要を展開画像Ｐ３上で直感的に把握することができる。

本実施形態では、例えば、帯Ｂの幅の初期値Ｗ０は、管状組織Ｔの基端であってその断面Ｓ０（図７（ａ）参照）がデカルト座標系におけるｘｙ平面と直交しているときに、その断面Ｓ０においてデカルト座標系におけるｚ方向の円弧であって、ある一定の角度θ０（図７（ａ）参照）に対する弧の長さである。この初期値Ｗ０に対応した断面Ｓ０は管状組織Ｔの基端に限らず、先端でもよいし、管状組織Ｔの断面積の最小値、最大値、平均値等に対応した位置の断面Ｓ０でもよい。そして、図７（ｃ）に示すように、管状組織Ｔの断面Ｓ１が鉛直方向に対して斜めになっていることを表現するときには、方向ベクトルｈと下方ベクトルｚ間の角度を用いる。方向ベクトルｈとは、管状組織Ｔの断面Ｓ１の方向を表現するベクトルであり、屈曲円筒投影法において定義した中心線ＣＰに沿った単位ベクトルである。下方ベクトルｚとは、下方を表現するベクトルであり、デカルト座標系におけるｚ方向を示す単位ベクトルである。

そして、管状組織Ｔが鉛直方向に屈曲したときには、方向ベクトルｈと下方ベクトルｚの間の角度をベクトルの外積（ｈ×ｚ＝ｈ・ｚ・ｓｉｎθ）により求め、その角度の大きさと帯Ｂの幅Ｗｄを対応づける。つまり、管状組織Ｔがｚ方向と平行に近い（管状組織Ｔが鉛直方向に近い）ほど帯Ｂの幅Ｗｄは狭く、管状組織Ｔがｚ方向と垂直に近い（管状組織Ｔが水平方向に近い）ほど帯Ｂの幅Ｗｄは広くなる。例えば、図７（ｃ）において、管状組織Ｔの断面Ｓ１は鉛直方向に対して斜めになっているので、帯の幅Ｗｄはこの角度θ１に対応し、図７（ｂ）に示すように、幅Ｗ１の帯Ｂのように表現される。また、管状組織Ｔがねじれているときには、方向ベクトルｈと下方ベクトルｚの角度の大きさと、帯Ｂの向き（位置）及び帯Ｂの幅Ｗｄとが対応し、例えば、図７（ｂ）の幅Ｗ３の帯Ｂのように表現される。そのため、本実施形態では、帯Ｂの幅Ｗｄとして帯Ｂの位置情報も含むものとする。

また、付加情報とは、展開画像Ｐ３において、例えば、管状組織の機能や外観から得られる情報を表すものである。本実施形態では、付加情報は展開画像Ｐ３上に表示され、例えば、管状組織の断面積の変化を表す。そして、方向情報と同様に、所定の幅を持つ帯Ｂで表現する。

詳述すると、管状組織Ｔの断面積が変化したときには、基準断面積ａ０と内腔領域面積ａとの比（ａ／ａ０）と帯Ｂの幅Ｗｓを対応づける。基準断面積ａ０とは、前記帯Ｂの幅の初期値Ｗ０に対応した管状組織の断面積の基準値である。また、内腔領域面積ａとは、管状組織Ｔの内腔領域（Lumen Area）Ｌ（図７（ａ）参照）の面積である。管状組織Ｔの内部は、例えば、図７（ａ）に示すように、襞や残渣３７等により、その内径が狭くなっているため、管状組織Ｔの実質的な内腔領域Ｌの面積は小さくなっている。そして、位置によっては、図７（ｄ）に示すように、管状組織Ｔの外径が短くなっている箇所もある。このような管状組織Ｔの内腔領域Ｌの面積の変化や管状組織Ｔの外径の変化を把握することにより、管状組織Ｔの観察位置や観察方向を把握しやすくなる。

そして、メモリ部８ａに記憶されている内腔領域Ｌに対応する、すなわちボクセル値が内腔領域Ｌを表す値であるボクセルデータＶＤを読み出すことにより、内腔領域Ｌの領域抽出をすることができる。このとき、領域抽出後の内腔領域Ｌは、ボクセル値のみならず３次元座標データも含んでいるので、内腔領域Ｌの３次元座標データを使って内腔領域面積ａを算出することができる。

ここで、帯Ｂの幅の初期値Ｗ０は、管状組織Ｔのある角度θ０に対する弧の長さを示している。従って、図７（ｄ）に示すように、管状組織Ｔの断面Ｓ２が小さくなれば、すなわち管状組織Ｔの円周の長さが短くなれば、それに伴って、図７（ａ）に示すように、帯の幅の初期値Ｗ０に対応した円弧Ａが管状組織Ｔの円周Ｃ０に占める割合よりも、図７（ｄ）に示すように、管状組織Ｔの円周Ｃ２に占める割合の方が大きくなる。この結果、例えば、図７（ｂ）の幅Ｗ２の帯Ｂのように、帯Ｂの幅の初期値Ｗ０と比較して帯Ｂの幅が広くなったように表現される。

また、図２に示すように、計算機（コンピュータ）３は、ＧＰＵ（Gra phics Processing Unit）１０を備えている。ＧＰＵ１０は、主に３次元の高度なグラフィックス機能をサポートしたグラフィックス用のコントローラ・チップであり、ユーザから与えられたプログラム等に基づいて２次元や３次元のグラフィックス描画を高速化する機能を持つ。本実施形態では、ＧＰＵ１０により後処理が実行される。これにより、方向情報、付加情報の表示に要する時間を短縮することができる。

後処理は、算出した方向情報、付加情報をモニタ４等の出力装置に表示するために色、コントラスト及び明るさ等を補正する処理である。詳しくは、多くの医用画像装置の出力（ＣＴ画像、ＭＲＩ画像等）は１２ｂｉｔ階調データであるため、展開画像投影処理で算出された方向情報、付加情報を含んだ展開画像Ｐ３も１２ｂｉｔ階調データであるが、コンピュータ３等のモニタ４はＲＧＢ各色を８ｂｉｔで表現する画像を表示することが多い。そのため、ＷＬ変換（Window Level Transformation ）やＬＵＴ変換（Color Look-Up Table Transformation）等を行い、色、コントラスト及び明るさ等をモニタ４に表示できるように変換する。また、画面の大きさ等に合わせてアフィン変換（Affine Transformation ）を行い、それぞれのモニタ４に表示できるように変換する。

次に、このように構成された展開画像投影処理の作用について説明する。
本実施形態では、例えば、展開画像算出処理、すなわち屈曲円筒投影法により展開された展開画像を既にメモリ８の展開画像記憶部ＵＦに記憶しているとする。展開画像算出処理は公知の方法で行われるため、その詳細な作用の説明は省略する。そして、その展開画像Ｐ３の方向情報、付加情報を展開画像投影処理によって算出する。

図８は、展開画像投影処理の全体のフローチャートを示している。まず、ユーザは、基準断面積ａ０を決定する（ステップＳ１０）。本実施形態では、例えば、図１０（ａ）に示す管状組織Ｔ１の基端の断面積を基準断面積ａ０とする。そして、この基準断面積をａ０は、メモリ部８ａに記憶される。次に、ユーザは、下方ベクトルｚを決定する（ステップＳ１５）。本実施形態では、例えば、図１０（ｂ）に示すように、下方ベクトルｚを決定し、その下方ベクトルｚをメモリ部８ａに記憶する。そして、ユーザは、管状組織Ｔ１を表現するパス（中心線ＣＰ１）を設定する（ステップＳ２０）。本実施形態では、例えば、図１０（ｂ）に示すように、管状組織Ｔ１の中心線ＣＰ１を設定し、その中心線ＣＰ１はメモリ部８ａに記憶される。

次に、ＣＰＵ７は、中心線ＣＰ１上の点Ｐ毎の方向情報、付加情報の決定を行う（ステップＳ２５）。中心線ＣＰ１上の点毎の方向情報、付加情報の決定は、中心線ＣＰ１上の点毎に図９のステップＳ３０〜ステップＳ６０に示すような処理を行う。

まず、中心線ＣＰ１上をなぞった点Ｐを決定する（ステップＳ３０）。本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、点Ｐを決定する。点Ｐは、中心線ＣＰ１上に所定の間隔で並んでいる。この所定の間隔は、固定値でも良いし、可変であってもよい。すなわち、方向情報、付加情報を正確に表示したい場合や、管状組織Ｔ１が屈曲している箇所については狭い間隔で点Ｐを設定し、方向情報、付加情報の概要を短時間で確認したい場合や、管状組織Ｔ１が直進している箇所については広い間隔で点Ｐを設定する。点Ｐを決定後、ＣＰＵ７は、点Ｐを通る断面Ｓを決定する（ステップＳ３５）。本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、断面Ｓを決定する。次に、ＣＰＵ７は、断面Ｓの向きを示す方向ベクトルｈを決定する（ステップＳ４０）。本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、方向ベクトルｈを決定し、メモリ部８ａに記憶する。

次に、断面Ｓから内腔領域Ｌを抽出する（ステップＳ４５）。本実施形態では、メモリ部８ａに記憶されている内腔領域Ｌ（図１０（ｂ）参照）のボクセルデータＶＤを読み出すことにより、領域抽出をすることができる。次に、内腔領域面積ａを決定する（ステップＳ５０）。ＣＰＵ７は、内腔領域Ｌの座標を使って内腔領域面積ａ（１０（ｂ）参照）を算出する。

次に、断面Ｓにおける方向情報及び付加情報、すなわち、図１１に示すように、帯Ｂ１の幅、位置を決定する（ステップＳ５５）。詳しくは、方向情報、すなわち管状組織Ｔ１の断面Ｓが斜めになっていることを表示する帯Ｂ１の幅Ｗｄについては、帯Ｂ１の幅の初期値Ｗ０を基準として、方向ベクトルｈと下方ベクトルｚとの間の角度を用いて決定し、メモリ８の方向情報記憶部ＤＩに記憶する。

また、付加情報、すなわち断面積の変化を表示する帯Ｂ１の幅Ｗｓの部分についても、基準断面積ａ０と内腔領域面積ａの比を用いて決定し、方向情報記憶部ＤＩに記憶する。なお、本実施形態では、帯Ｂ１の幅Ｗｓの部分も幅Ｗｄの部分と同じ色で表示する。

その後、全ての点Ｐについて帯Ｂ１の幅（方向情報、付加情報）を決定したか否か判断する（ステップＳ６０）。本実施形態では、まだ１個目の点Ｐについてしか方向情報、付加情報を決定していないので（ステップＳ６０でＮＯ）、再度中心線ＣＰ１上の点Ｐ毎の方向情報、付加情報の決定処理を行う。同様に、ステップＳ３０〜ステップＳ６０の処理を行い、全ての点Ｐについて帯Ｂ１の幅を決定する。全ての点Ｐについて帯Ｂ１の幅を決定すると（ステップＳ６０でＹＥＳ）、展開画像記憶部ＵＦから展開画像Ｐ３を読み出す。また、方向情報記憶部ＤＩから各点Ｐでの方向情報（帯Ｂ１の幅Ｗｄ）、付加情報（帯Ｂ１の幅Ｗｓ）を読み出す。そして、ＣＰＵ７は、展開画像Ｐ３と方向情報、付加情報とを合成して、展開画像Ｐ３上に方向情報、付加情報をオーバレイ表示した合成画像ＣＩ１を生成する（図８のステップＳ８０）。

その合成画像ＣＩ１に対して、ＧＰＵ１０が後処理を行い、新たな展開画像としての展開画像Ｐ４（図１１参照）を生成する（ステップＳ８５）。後処理が終了すると、展開画像Ｐ４をモニタ４の画面４ａ（図１参照）に出力する（ステップＳ９０）。展開画像投影処理終了後の展開画像Ｐ４には方向情報及び付加情報、すなわち帯Ｂ１が付加されているため、図１１に示すように、管状組織Ｔ１の内壁面が観察しやすく、さらにその観察位置や観察方向が直感的に把握しやすい展開画像Ｐ４を得ることができる。

すなわち、管状組織Ｔ１が鉛直方向に近いほど帯Ｂ１の幅Ｗｄは狭くなり、一方、管状組織Ｔ１が水平方向に近いほど帯Ｂ１の幅Ｗｄが広くなる。また、管状組織Ｔ１がねじれるにしたがって、帯Ｂ１は、展開画像Ｐ４の図１１における右側、あるいは左側の方向を向く。さらに、管状組織Ｔ１の外径が長いほど帯Ｂ１の幅Ｗｓは狭くなり、一方、管状組織Ｔ１の外径が短いほど帯Ｂ１の幅Ｗｓは広くなる。つまり、帯Ｂ１の幅、幅の変化、又は幅の変化の度合いにより、展開画像Ｐ４上で、管状組織Ｔ１の方向や外径の変化を把握することができるため、その変化を基に、展開画像Ｐ４と管状組織Ｔ１との対応を容易に直感的に付けることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、屈曲円筒投影法により展開した管状組織Ｔ１の展開画像Ｐ３における方向情報及び付加情報を、管状組織Ｔ１の内部に重力に従って形成される水路を模した幅のある帯Ｂ１で表現した。この結果、展開画像でありながらも、観察方向や観察位置等を把握することができる。すなわち、管状組織Ｔ１が鉛直方向に近いほど帯Ｂ１の幅Ｗｄは狭くなり、一方、管状組織Ｔ１が水平方向に近いほど帯Ｂ１の幅Ｗｄが広くなる。また、管状組織Ｔ１がねじれるにしたがって、帯Ｂ１は、展開画像Ｐ４の図１１における右側、あるいは左側の方向を向く。さらに、管状組織Ｔ１の外径が長いほど帯Ｂ１の幅Ｗｓは狭くなり、一方、管状組織Ｔ１の外径が短いほど帯Ｂ１の幅Ｗｓは広くなる。つまり、帯Ｂ１の幅、幅の変化、又は幅の変化の度合いにより、展開画像Ｐ４上で、管状組織Ｔ１の方向や外径の変化を把握することができるため、その変化を基に、展開画像Ｐ４と管状組織Ｔ１との対応を容易に直感的に付けることができる。

（２）本実施形態によれば、管状組織Ｔ１の方向情報、付加情報を展開画像Ｐ３に重ねて表示し、新たな展開画像Ｐ４を生成したので、管状組織Ｔ１の内壁面を観察しやすく、さらに、その観察方向や観察位置を直感的に把握することができる。

（３）本実施形態によれば、方向情報が管状組織Ｔ１の方向、すなわち管状組織Ｔ１の断面の傾きを表示し、付加情報が管状組織Ｔ１の断面積の変化を表示することができるので、観察方向や観察位置をより正確に把握することができる。

（４）本実施形態によれば、方向情報を表現する帯Ｂ１の幅Ｗｄは、位置情報も含み、管状組織Ｔ１の断面Ｓの方向を示す方向ベクトルｈと、デカルト座標系におけるｚ方向を示す下方ベクトルｚとの間の角度θを用いて算出した。また、付加情報を表現する帯Ｂ１の幅Ｗｓは、管状組織Ｔ１の内腔領域面積ａと基準断面積ａ０との比を用いて算出した。この結果、簡単な演算で、展開画像における観察方向や観察位置等を示す方向情報、付加情報を算出することができる。
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図１２及び図１３に従って説明する。なお、第２実施形態は、管状組織Ｔ中の残渣を展開画像上に表示することに特徴がある。そのため、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

領域抽出結果としての残渣とは、ＣＴ画像等の撮影時に人体内に残っている腸液や大便等の残留物であり、ＣＴ画像等の撮影時に人体の中で物理的に下方向になっていた箇所に堆積している。また、残渣によりポリープが埋まったり、残渣をポリープと誤認しやすかったりするため、残渣はポリープを発見する際の妨げとなっている。そのため、残渣を展開画像Ｐ３上に表示することにより、残渣をポリープと誤認することを低減しながらも管状組織の下方を把握しやすくなる。また、残渣は他の組織（骨、血管、臓器等）とは異なるＣＴ値を持っているため、残渣のみを領域抽出することができる。すなわち、残渣に対応するボクセルのボクセル値に不透明度「１」を関連付けることにより、残渣のみのボクセルデータを表示することができる。

次に、このように構成された展開画像投影処理の作用について説明する。
まず、ユーザは、第１実施形態と同様に、例えば、大腸について屈曲円筒投影法により展開された展開画像Ｐ３を既に展開画像記憶部ＵＦに記憶しているとする。そして、ＣＰＵ７は、残渣の領域抽出を行う（ステップＳ７０）。次に、領域抽出した残渣の画像データＤＰと展開画像記憶部ＵＦから読み出した展開画像Ｐ３を合成した合成画像ＣＩ２を生成する（ステップＳ７５）。そして、その合成画像ＣＩ２に対して、ＧＰＵ１０が後処理を行い、展開画像Ｐ５を生成する（ステップＳ８５）。後処理が終了すると、展開画像Ｐ５をモニタ４の画面４ａ（図１参照）に出力する（ステップＳ９０）。このとき、図１３に示すように、展開画像Ｐ３上に残渣の画像データＤＰが共に表示されている展開画像Ｐ５が表示されるため、残渣をポリープと誤認することを低減しながらも管状組織Ｔの下方を直感的に把握しやすくなる。

上記実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、残渣を領域抽出し、その残渣の画像データＤＰと展開画像Ｐ３とを合成した展開画像Ｐ５をモニタ４の画面４ａに出力したので、例えば、展開画像Ｐ５を見てポリープの有無を診断するとき等に、残渣とポリープとを誤診することがない。

（２）本実施形態によれば、管状組織Ｔの中で物理的に下方に存在する残渣を領域抽出し、その残渣の画像データＤＰと展開画像Ｐ３とを合成した展開画像Ｐ５をモニタ４の画面４ａに出力したので、管状組織Ｔの下方を直感的に把握しやすくなる。
（第３実施形態）
前記第１及び第２実施形態では、１台のワークステーションなどの計算機（コンピュータ）３が単独で展開画像投影処理を行ったが、本実施形態では、展開画像投影処理を構成する各処理のうち少なくとも１つの段階を複数のコンピュータが分散処理で行う。以下の実施形態において、前記第１及び第２の実施形態と同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

例えば、複数台のワークステーションが接続された病院内ネットワークにおいて、少なくとも１つの処理を複数台のワークステーションが分散処理で行う構成を採用できる。以下、展開画像投影処理を分散処理で行う場合の例として、中心線ＣＰの長さを分割する場合と、後処理だけ分割する場合と、展開画像算出処理と方向情報算出処理とで分割する場合の３つを示す。なお、説明の便宜上、図１４〜図１６に示すように、２台のワークステーションＷＳ１，ＷＳ２を用いて、サイズ５１２×５１２の画像をつくる場合を例とするが、これを複数台のワークステーションで分散処理を行ってもよい。また、本実施形態では、ワークステーションＷＳ２にのみＧＰＵ１０を搭載しているとする。

（例１）例１は、前記中心線ＣＰを中心線ＣＰＡと中心線ＣＰＢとに分割する場合である。図１４に示すように、中心線ＣＰＡからレイが照射されるボクセルＶ１〜Ｖｋと、中心線ＣＰＢからレイが照射されるボクセルＶｋ＋１〜Ｖｎとに分割する。この場合、それぞれのワークステーションＷＳ１，ＷＳ２で展開画像算出処理と方向情報算出処理を行う。このようにすれば、ワークステーション毎の展開画像記憶部ＵＦ及び方向情報記憶部ＤＩのメモリ量、転送量が全体の展開画像サイズの半分で済む。処理の手順は以下のようになる。
（１‐１）ワークステーションＷＳ１は、中心線ＣＰＡ上のボクセルデータＶＤ（ボクセルＶ１〜Ｖｋ）について、展開画像算出処理と方向情報算出処理を行う。そして、算出した展開画像、方向情報及び付加情報を、それぞれ展開画像記憶部ＵＦ、方向情報記憶部ＤＩに記憶する。一方、ワークステーションＷＳ２は、中心線ＣＰＢ上のボクセルデータＶＤ（ボクセルＶｋ＋１〜Ｖｎ）について、展開画像算出処理と方向情報算出処理を行い、算出した展開画像、方向情報及び付加情報を、それぞれ展開画像記憶部ＵＦ、方向情報記憶部ＤＩに記憶する。
（１−２）ワークステーションＷＳ２の展開画像記憶部ＵＦ、方向情報記憶部ＤＩにそれぞれ記憶した展開画像、方向情報及び付加情報を合成した合成画像ＣＩ１ＢをワークステーションＷＳ１に転送する。このときの転送サイズは５１２×２５６で済む。
（１−３）ワークステーションＷＳ１は、展開画像記憶部ＵＦ、方向情報記憶部ＤＩにそれぞれ記憶した展開画像、方向情報及び付加情報を合成した合成画像ＣＩ１Ａを生成する。そして、ワークステーションＷＳ１は、自身で生成した合成画像ＣＩ１ＡとワークステーションＷＳ２で生成した合成画像ＣＩ１Ｂとを合成（結合）した合成画像ＣＩ１に対して後処理を行い、方向情報、付加情報が可視化された展開画像Ｐ４を得る。

（例２）例２は、後処理だけ分割する場合である。図１５に示すように、この場合、ワークステーションＷＳ１でボクセルデータＶＤ全体に対して展開画像算出処理と方向情報算出処理を行う。そして、高速画像処理に適しているＧＰＵ１０を搭載したワークステーションＷＳ２で後処理を行うようにすれば、後処理に要する時間を短縮できる。処理の手順は以下のようになる。
（２−１）ワークステーションＷＳ１は、ボクセルデータＶＤについて、展開画像算出処理と方向情報算出処理を行う。そして、算出した展開画像Ｐ３、方向情報及び付加情報を、それぞれ展開画像記憶部ＵＦ、方向情報記憶部ＤＩに記憶する。
（２−２）ワークステーションＷＳ１の展開画像記憶部ＵＦ、方向情報記憶部ＤＩにそれぞれ記憶した展開画像Ｐ３、方向情報及び付加情報を合成した合成画像ＣＩ１を生成し、その合成画像ＣＩ１をワークステーションＷＳ２に転送する。このときの転送サイズは５１２×５１２である。
（２−３）ワークステーションＷＳ２は、合成画像ＣＩ１に対して後処理を行い、方向情報、付加情報が可視化された展開画像Ｐ４を得る。

（例３）例３は、展開画像算出処理と方向情報算出処理とで分割する場合である。図１６に示すように、この場合、ワークステーションＷＳ１，ＷＳ２間でのデータ転送回数が多くなるが、展開画像算出処理と並列して方向情報算出処理を行うことにより、全体の処理速度の向上を図ることができる。
（３−１）ワークステーションＷＳ１は、ボクセルデータＶＤについて、展開画像算出処理を行う。そして、断面Ｓ毎の展開画像Ｐ３が算出されると、ワークステーションＷＳ２に転送し、各展開画像Ｐ３は、ワークステーションＷＳ２の展開画像記憶部ＵＦに記憶される。
（３−２）ワークステーションＷＳ２は、ワークステーションＷＳ１の展開画像算出処理と並列に方向情報算出処理を行う。そして、展開画像処理、方向情報算出処理が終了した断面Ｓについては、展開画像Ｐ３と方向情報、付加情報とを合成した合成画像ＣＩ１を生成する。
（３−３）ワークステーションＷＳ２は、ボクセルデータＶＤ全体に対応した合成画像ＣＩ１を生成すると、その合成画像ＣＩ１をワークステーションＷＳ１に転送する。そして、ワークステーションＷＳ１は、その合成画像ＣＩ１に対して後処理を行い、方向情報、付加情報が可視化された展開画像Ｐ４を得る。このとき、後処理をＧＰＵ１０を搭載したワークステーションＷＳ２で実行すると、さらに全体の処理速度を向上することができる。

上記実施形態によれば、第１及び第２実施形態の効果に加えて、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態によれば、複数の計算機（コンピュータ）３による分散処理を採用するため展開画像投影処理の速度向上を図ることができるので、例えば、モニタ４に表示される方向情報、付加情報がオーバレイ表示された展開画像Ｐ４のリアルタイム性を確保し易くなる。

（２）本実施形態によれば、複数の計算機（コンピュータ）３による分散処理を採用するため、展開画像記憶部ＵＦ、方向情報記憶部ＤＩのために使用するメモリ量を低減することができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
○上記第１実施形態では、方向情報、付加情報は、幅のある帯Ｂ１によって表現した。これを、方向情報、付加情報を展開画像Ｐ３とは異なる色で表現したり、方向情報、付加情報を展開画像Ｐ３とは異なる透明度で表現したり、点滅させたり（点滅アニメーション）、数値（座標）で表現したり、線で表現したりするようにしてもよい。すなわち、展開画像Ｐ３上にオーバレイ表示できて、直感的に方向情報、付加情報を把握できるような出力形態であればよい。

○上記第１実施形態では、帯Ｂの幅の初期値Ｗ０は固定値であったが、キーボード５やマウス６等を使ったユーザの操作によって帯Ｂの幅の初期値Ｗ０を変更してもよい。
○上記第１実施形態では、帯Ｂの幅の初期値Ｗ０は角度θ０に対応する弧の長さとして規定していたが、帯Ｂの所定の幅そのものを初期値Ｗ０としたり、視点から管状組織Ｔ１までの距離を帯Ｂの幅の初期値Ｗ０としたりしてもよい。

○上記第１実施形態では、色をつけた帯Ｂによって方向情報、付加情報を表現していたが、ハッチング処理、影付け処理、光沢付け処理、半透明処理、３次元隆起処理等の処理を行った帯Ｂで方向情報、付加情報を表現してもよい。

○上記第１実施形態では、方向情報として下方を表示したが、左右対称な臓器を観察する時に左右方向を明らかにする必要がある場合等に、右方、左方を表示してもよい。また、アンギオ撮影のように斜め方向からの画像で観察する場合のために、斜め方向を表示してもよい。すなわち、下方に限らず、方向を表す方向情報であればよい。

○上記第１実施形態では、付加情報として管体の断面積の変化を表示した。これを、断面の座標、断面の座標に対して重み付けをした成分、管体の厚さや、血流量、断面の管体上における相対位置、断面のうち基点位置としての管体の端からの距離等の臓器の機能情報や外部より取得された情報、ボクセルデータＶＤから計算された情報やその組み合わせ等であってもよい。

○上記第１実施形態では、方向情報に付加情報を加えて、幅を持った帯Ｂで表現したが、これを方向情報のみを幅を持った帯Ｂで表現してもよい。
○上記第２実施形態では、残渣を抽出していたが、抽出するのは残渣に限らず、脂肪、骨、血管、空気などの臓器や体内に存在する物質であってもよい。

○上記第２実施形態では、残渣に色をつけて表現していたが、これを、残渣にハッチング処理、影付け処理、光沢付け処理、半透明処理、３次元隆起処理等の処理を行って表現してもよい。

○上記第２実施形態では、残渣を領域抽出し、その残渣の画像データＤＰと展開画像Ｐ３とを合成した。これを残渣と方向情報（付加情報）の両方を展開画像Ｐ３と合成してもよい。この結果、残渣とポリープとの誤診を低減できるとともに、方向情報、付加情報をより認識しやすくなる。さらに、残渣の画像データＤＰと帯Ｂとを異なる色で表示したり、ある一定の時間毎に交互に表示したりすることにより、残渣と方向情報（付加情報）の両方を展開画像上で認識しやすくなる。

○上記第２実施形態では、残渣を領域抽出し、その残渣の画像データＤＰと展開画像Ｐ３とを合成した。このとき、残渣のボクセル値に対応する不透明度αを適宜変更してもよい。例えば、不透明度αを０＜αｎ＜１、すなわち半透明とし、半透明の残渣の画像データＤＰを展開画像Ｐ３と合成することにより、残渣のある領域についても、残渣の画像データＤＰの上から展開画像Ｐ３を視認することができる。

○上記第３実施形態では、ネットワークを介して接続されたワークステーションＷＳ１，ＷＳ２によってネットワーク分散処理を行った。これを、１台のコンピュータに多数のプロセッサを搭載して分散処理を行ってもよい。

○上記各実施形態では、ボリュームレンダリングによって展開画像を生成したが、サーフィスレンダリングによって展開画像を生成してもよい。また、ボリュームレンダリング及びサーフィスレンダリングの組み合わせによって展開画像を生成してもよい。

○上記各実施形態では、３次元画像データに対して方向情報算出処理を行ったが、これを４次元以上の画像データに対して行ってもよい。
○上記各実施形態では、骨や臓器等の人体の部分について撮影されたＣＴ画像に対して展開画像投影処理を行ったが、ＣＴ撮影等が可能であれば、特に人体や動物、植物等の生物の組織に限らず、地質調査、鉱物探査、機械や装置類の構造材、電気回路のパターンを見る画像処理、ＬＳＩの故障診断等にも適用することができる。

第１実施形態の画像表示装置の概略構成図。 同じく、画像表示装置の概略構成を示すブロック図。 同じく、ボリュームレンダリングを説明する説明図。 同じく、ボリュームレンダリングを説明するブロック図。 同じく、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ円筒投影法を示す説明図。 同じく、（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ屈曲円筒投影法を示す説明図。 同じく、（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ方向情報、付加情報について説明する模式図。 同じく、展開画像投影処理について説明するフローチャート。 同じく、方向情報算出処理を説明するフローチャート。 同じく、（ａ）、（ｂ）は、それぞれ方向情報算出処理について説明する模式図。 同じく、方向情報、付加情報をオーバレイ表示した展開画像の模式図。 第２実施形態の、展開画像投影処理について説明するフローチャート。 同じく、残渣の画像データをオーバレイ表示した展開画像の模式図。 同じく、展開画像投影処理の分散処理を示すブロック図。 同じく、展開画像投影処理の分散処理を示すブロック図。 同じく、展開画像投影処理の分散処理を示すブロック図。 平行投影法による管状組織の投影画像を説明するための模式図。 中心投影法による管状組織の投影画像を説明するための模式図。 管状組織の展開画像を説明するための模式図。

符号の説明

ａ…内腔領域面積、ａ０…基準断面積、ｈ…方向ベクトル、ｚ…下方ベクトル、Ｂ，Ｂ１…方向情報、付加情報、帯状の画像としての帯、ＣＩ１，ＣＩ２，ＣＩ１Ａ，ＣＩ１Ｂ…合成画像、ＤＩ…方向情報記憶部、Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…展開画像、Ｒ…レイ、Ｓ，Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２…断面、Ｔ，Ｔ１，２０…管状組織、ＵＦ…展開情報記憶部、Ｖ１〜Ｖｎ…ボクセル、ＶＤ…ボクセルデータ、Ｗ０…初期値、Ｗ１〜Ｗ３，Ｗｄ，Ｗｓ…幅、ＷＳ１，ＷＳ２…ワークステーション、１…画像表示装置、３…計算機（コンピュータ）、４…出力部としてのモニタ、７…ＣＰＵ、１０…ＧＰＵ。

Claims (32)

1. １つのコンピュータが単独処理でまたは複数のコンピュータが単独処理と分散処理とのうち少なくとも１つの処理で、３次元の画像データに含まれる管体である対象物を中心線上に分布する視点を用いて連続的に円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開した展開画像を投影する展開画像投影方法において、
   少なくとも１つのコンピュータが、複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って、前記管体のうち２以上の前記視点に対応する３次元の画像データの取得時に物理的に下方に存在した部分を展開画像上に表示する方向情報を算出する方向情報算出段階と、
   少なくとも１つのコンピュータが、前記展開画像に円筒投影面に対応した前記視点の前記方向情報とを合成して合成画像を生成する合成段階と、
   少なくとも１つのコンピュータが、前記合成画像に基づいて新たな展開画像を出力部に出力する出力段階と
   を備えたことを特徴とする展開画像投影方法。
2. 請求項１に記載の展開画像投影方法において、
   前記位置データは前記各画素のデカルト座標系の座標データであって、前記方向情報算出段階は、前記各画素のデカルト座標系の座標データを使って方向情報を算出することを特徴とする展開画像投影方法。
3. 請求項１に記載の展開画像投影方法において、
   前記合成段階は、前記方向情報と、前記３次元の画像データから任意の一部の領域の３次元の画像データを抽出した領域抽出結果とのうち少なくとも前記領域抽出結果を含む一方と前記展開画像とを合成することを特徴とする展開画像投影方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、
   前記方向情報算出段階は、さらに、
   複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って、前記展開画像において前記方向情報を除く前記管体の管状組織の機能や外観から得られる情報を表す付加情報を算出する段階を備え、
   その算出した付加情報を前記方向情報に加えることを特徴とする展開画像投影方法。
5. 請求項４に記載の展開画像投影方法において、
   前記付加情報は、前記管体の断面積の変化、前記管体の断面の基点位置からの距離、前記管体の断面の座標のうちの少なくとも１つであることを特徴とする展開画像投影方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、
   前記方向情報算出段階は、前記管体の断面のねじれと前記管体の断面の傾きの変化の少なくとも一方を前記方向情報として算出することを特徴とする展開画像投影方法。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、
   前記方向情報は帯状の画像で表現され、該帯状の画像は、前記各画素の位置データに応じて、幅と向きのうち少なくとも一方が変化することを特徴とする展開画像投影方法。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、
   前記方向情報は、少なくとも１本の線で表現されることを特徴とする展開画像投影方法。
9. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の展開画像投影方法において、
   前記方向情報は、数値で表現されることを特徴とする展開画像投影方法。
10. 請求項７又は８に記載の展開画像投影方法において、
    前記方向情報は、前記展開画像と異なる色で表現されることを特徴とする展開画像投影方法。
11. 請求項７又は８に記載の展開画像投影方法において、
    前記方向情報は、前記展開画像と異なる透明度で表現されることを特徴とする展開画像
    投影方法。
12. 請求項７又は８に記載の展開画像投影方法において、
    前記方向情報は、点滅アニメーションで表現されることを特徴とする展開画像投影方法。
13. 請求項１に記載の展開画像投影方法において、
    前記展開画像は、ボリュームレンダリングによって、前記３次元の画像データを円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されることを特徴とする展開画像投影方法。
14. 請求項１に記載の展開画像投影方法において、
    前記展開画像は、サーフィスレンダリングによって、前記３次元の画像データを円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されることを特徴とする展開画像投影方法。
15. １つのコンピュータが単独処理でまたは複数のコンピュータが単独処理と分散処理とのうち少なくとも１つの処理で、３次元の画像データに含まれる管体である対象物を中心線上に分布する視点を用いて連続的に円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開した展開画像を投影する展開画像投影プログラムであって、
    前記１つのコンピュータまたは複数のコンピュータを、
    複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って、前記管体のうち２以上の前記視点に対応する３次元の画像データの取得時に物理的に下方に存在した部分を展開画像上に表示する方向情報を算出する方向情報算出手段と、
    前記展開画像に円筒投影面に対応した前記視点の前記方向情報とを合成して合成画像を生成する合成手段と、
    前記合成画像に基づいて新たな展開画像を出力部に出力する出力手段と
    して機能させることを特徴とする展開画像投影プログラム。
16. 請求項１５に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記位置データは前記各画素のデカルト座標系の座標データであって、前記方向情報算出手段は、前記各画素のデカルト座標系の座標データを使って方向情報を算出することを特徴とする展開画像投影プログラム。
17. 請求項１５に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記合成手段は、前記方向情報と、前記３次元の画像データから任意の一部の領域の３次元の画像データを抽出した領域抽出結果とのうち少なくとも前記領域抽出結果を含む一方と前記展開画像とを合成することを特徴とする展開画像投影プログラム。
18. 請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記方向情報算出手段は、さらに、
    複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って、前記展開画像において前記方向情報を除く前記管体の管状組織の機能や外観から得られる情報を表す付加情報を算出する手段を備え、
    その算出した付加情報を前記方向情報に加えることを特徴とする展開画像投影プログラム。
19. 請求項１８に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記付加情報は、前記管体の断面積の変化、前記管体の断面の基点位置からの距離、前記管体の断面の座標のうちの少なくとも１つであることを特徴とする展開画像投影プログラム。
20. 請求項１９に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記方向情報算出手段は、前記管体の断面のねじれと前記管体の断面の傾きの変化の少なくとも一方を前記方向情報として算出することを特徴とする展開画像投影プログラム。
21. 請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記方向情報は帯状の画像で表現され、該帯状の画像は、前記各画素の位置データに応じて、幅と向きのうち少なくとも一方が変化することを特徴とする展開画像投影プログラム。
22. 請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記方向情報は、少なくとも１本の線で表現されることを特徴とする展開画像投影プログラム。
23. 請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記方向情報は、数値で表現されることを特徴とする展開画像投影プログラム。
24. 請求項２１又は２２に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記方向情報は、前記展開画像と異なる色で表現されることを特徴とする展開画像投影プログラム。
25. 請求項２１又は２２に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記方向情報は、前記展開画像と異なる透明度で表現されることを特徴とする展開画像投影プログラム。
26. 請求項２１又は２２に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記方向情報は、点滅アニメーションで表現されることを特徴とする展開画像投影プログラム。
27. 請求項１５に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記展開画像は、ボリュームレンダリングによって、前記３次元の画像データを円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されることを特徴とする展開画像投影プログラム
28. 請求項１５に記載の展開画像投影プログラムにおいて、
    前記展開画像は、サーフィスレンダリングによって、前記３次元の画像データを円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開することにより生成されることを特徴とする展開画像投影プログラム。
29. ３次元の画像データに含まれる管体である対象物を中心線上に連続的に分布する視点を用いて連続的に円筒投影面に投影し、前記円筒投影面を該円筒投影面に対応した投影平面に展開した展開画像を投影する展開画像投影装置であって、
    複数の３次元の画素からなる３次元の画像データ中の前記各画素の位置データを使って、前記管体のうち２以上の前記視点に対応する３次元の画像データの取得時に物理的に下方に存在した部分を展開画像上に表示する方向情報を算出する方向情報算出手段と、
    前記展開画像に円筒投影面に対応した前記視点の前記方向情報とを合成して合成画像を生成する合成手段と、
    前記合成画像に基づいて新たな展開画像を出力部に出力する出力手段と
    を備えたことを特徴とする展開画像投影装置。
30. 請求項２９に記載の展開画像投影装置において、
    前記位置データは前記各画素のデカルト座標系の座標データであって、前記方向情報算出手段は、前記各画素のデカルト座標系の座標データを使って方向情報を算出することを特徴とする展開画像投影装置。
31. 請求項２９に記載の展開画像投影装置において、
    前記合成手段は、前記方向情報と、前記３次元の画像データから任意の一部の領域の３次元の画像データを抽出した領域抽出結果とのうち少なくとも前記領域抽出結果を含む一方と前記展開画像とを合成することを特徴とする展開画像投影装置。
32. 請求項２９乃至３１のいずれか１項に記載の展開画像投影装置において、
    前記方向情報算出手段、前記合成手段の一部または全部は、ＧＰＵであることを特徴とする展開画像投影装置。

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