JP4493151B2

JP4493151B2 - 画像表示装置

Info

Publication number: JP4493151B2
Application number: JP2000100925A
Authority: JP
Inventors: 良洋後藤; 宮崎　　靖; 幹夫松岡; 博高木; 重信矢仲; 豊宅間
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2000-04-03
Filing date: 2000-04-03
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2020-04-03
Also published as: JP2001283249A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像表示装置に係り、特にＸ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、コーンビームＣＴ装置、及び超音波装置などが被検体の計測データを取り込んでいる最中に三次元画像等を構成して表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来はＸ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、コーンビームＣＴ装置及び超音波装置などにおいて、被検体の計測データの取り込みが終了した後で断層像を再構成し、この断層像を複数枚積み上げられてなるボリューム画像を、二次元平面（投影面）上に陰影付けして投影し、三次元的な画像、即ち、三次元画像（３Ｄ画像）を構成し表示するのが一般的であった。
【０００３】
このように従来の方法では順番に処理するので、３Ｄ画像を表示するまでに時間がかかっていた。
【０００４】
一方、緊急を要する医療現場では、緊急医から一刻も早く所望の画像を見たいという要望がある。そこで、Ｘ線ＣＴ装置等で断層像を取り込んでいる最中に、逐次３Ｄ画像を構成し表示することが考えられる。特開平７ー１１４６５２号公報には、動画表示するために、複数枚の断層像を逐次変えて３Ｄ画像を構成し連続表示する方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線ＣＴ装置等によって逐次断層像を取り込みながら、その取り込んだ断層像と既に取り込んだ断層像とからなるボリューム画像を利用して３Ｄ画像等を構成し、断層像を取り込みながら３Ｄ画像等を逐次表示するには短時間で処理することが必要であるが、断層像が追加されてボリューム画像が変化するごとに改めて３Ｄ画像等を構成するためには膨大な計算量が必要であり、断層像を取り込みながら３Ｄ画像等を逐次表示することは、演算処理能力上、難しいという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、Ｘ線ＣＴ装置等によって断層像を取り込んでいる最中に３Ｄ画像等を逐次表示することができる画像表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本願請求項１に係る画像表示装置は、複数枚の断層像が積み上げられてなるボリューム画像を入力すべく被検体の断層像を順次入力する入力手段と、前記入力手段が断層像を順次入力する入力期間中に前記ボリューム画像に対する視線方向が、各断層像の面と平行で且つ断層像上の画素の配列方向と平行になるように設定する設定手段と、前記入力手段が入力したボリューム画像と前記設定手段によって設定された視線方向とに基づいて前記ボリューム画像に対応する表示用の画像を構成する画像構成手段であって、前記入力手段が新たな断層像を入力するごとに、その入力した断層像に関連するライン状の画像を構成し、これを既に入力した断層像に基づいて構成された表示用の画像に追加して新たな表示用の画像として構成する画像構成手段と、前記入力手段が新たな断層像を順次入力するごとに前記画像構成手段によって構成される表示用の画像を順次表示する表示手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
即ち、前記入力手段が断層像を順次入力する入力期間中は、前記ボリューム画像に対する視線方向は、各断層像の面と平行で且つ断層像上の画素の配列方向と平行になる特定の方向に設定される。これにより、新たに入力した断層像によってボリューム画像数が変化しても、変化後にボリューム画像全体を使用して新たな表示用の画像を構成する必要がなく、新たに入力した断層像に関連するライン状の画像を構成し、これを既に構成されている表示用の画像に追加するだけで済むため、計算量が少なくなり、断層像を取り込んでいる最中に３Ｄ画像等を逐次表示することができる。
【０００９】
前記画像構成手段は、本願請求項２に示すように前記入力手段が入力したボリューム画像を前記設定手段によって設定された視線方向と直交する投影面上に陰影付けして投影した三次元画像と、前記ボリューム画像を任意に設定した切断面で切断したＭＰＲ画像とを構成し、前記表示手段は前記三次元画像とＭＰＲ画像とを表示することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る画像表示装置の好ましい実施の形態について説明する。
【００１１】
まず、本発明を図１及び図２を用いて原理的に説明する。
【００１２】
被検体の断層像ｓ１〜ｓ１２は、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置等によって測定される測定データからが順次再構成される。尚、断層像ｓ１〜ｓ１２は、図１上で紙面と直交する方向に面を有し、格子の交点に画素が存在しているものとする。画素のデータは、Ｘ線ＣＴ装置であれば、その画素に対応する人体の箇所のＸ線吸収値に基づいて算出されるＣＴ値、ＭＲＩ装置であればプロトン密度等の測定値である。
【００１３】
上記断層像ｓ１〜ｓ１２を積み上げてなるボリューム画像を、投影面上に陰影付けして投影（即ち、３Ｄ画像を構成）する技術としては、例えば、ボリュームレンダリング法が知られている。
【００１４】
ボリュームレンダリング法は、上記ボリューム画像の画素のデータ（以下、ＣＴ値という）に対して適宜設定した閾値条件に合ったＣＴ値を抽出することにより、骨や皮膚等の所望の被検体を区別して抽出するとともに、そのＣＴ値を投影面上の陰影付けのパラメータとして使用する。
【００１５】
また、ボリュームレンダリング法による陰影付けのパラメータとしては、ＣＴ値に対して設定した光の不透明度や、ＣＴ値のつくる等高面の勾配（以下、濃度勾配という）等も使用される。即ち、仮想光源から投影面に向かう光は、奥行き方向の各画素を通過するが、その時各画素のＣＴ値で定まる不透明度にしたがって減衰する。従って、各画素における反射光の大きさを求めることができ、ボリュームレンダリング法による陰影付けアルゴリズムでは、反射光が大きい程、その画素を明るくする。また、画素のＣＴ値が大きく変化するところに仮想的な表面が存在すると考え、その仮想的な表面が正面を向いている程、即ち、濃度勾配が大きい程、その画素を明るくする。
【００１６】
そして、上記のようにして求めることができる画素の明るさの情報を、視点から奥行き方向の各画素にわたって累算した情報を、投影面上の各画素の明るさを示す値（以下、画素値という）とし、投影面上の全画素の画素値を求めるようにしている。
【００１７】
ここで、本発明の断層像と投影面、投影線の関係と、従来の一般的な断層像と投影線、投影面の関係を比較する。
【００１８】
図１（ｂ）は一般的な断層像ｓ１〜ｓ１２と投影面、投影線４０、４１等の関係を示す。同図において、例えば、ｐ点の陰影付けには、前述したようにｐ点の濃度勾配を求める必要があるため、ｐ点の周囲の点ｐｌ，ｐ２，ｐ３，ｐ４，及びｐ点に対して紙面と直交する上下の２点の濃度（ＣＴ画像の場合はＣＴ値）を用いて計算する。
【００１９】
ところで、格子の交点に画素が存在するため、上記点ｐｌ，ｐ２，ｐ３，ｐ４，及び紙面と直交する上下の２点のＣＴ値は、格子の交点の画素のＣＴ値を用いて補間演算によって求める必要がある。
【００２０】
また、投影線４０に対応する画素値を計算するには断層像ｓ６〜ｓ１２（断層像ｓ６は計測順番で言えば古い断層像）を必要とする。断層像が断層像ｓｌ、ｓ２、ｓ３、…と順次構成されていき、断層像ｓ１２が最後に構成された時点で３Ｄ画像を構成するには、断層像ｓ１２だけでなく、古い断層像ｓ３，ｓ４…も使って処理しなければならない。更に、断層像ｓ１２を１枚追加したことにより投影線でいえば、図１（ｂ）では投影線４０〜投影線４１までの各投影線について計算し直さなけらばならず、計算量が多い。
【００２１】
一方、図１（ａ）及び図２（ａ）はそれぞれ本発明に係る断層像と投影面、投影線等の関係を示す。これらの図面に示すように、断層像を取り込んでいる最中は、断層像に対して投影方向（視線方向）を平行にし、かつ断層像上の画素の配列方向と平行になるようにする。この場合、投影線は画素間ではなく画素上を通過するので、格子点ｑの陰影付けには格子点ｑｌ，ｑ２，ｑ３，ｑ４及びｑ点に対して紙面と直交する上下の２点の格子点のＣＴ値を用いて計算でき、格子点ｑの周囲の点を補間演算で求める必要がない。また、例えば、投影線が断層像ｓ５を通過する場合は、陰影付けには断層像ｓ４、ｓ５、ｓ６のみ（２枚で濃度勾配を求める時は断層像ｓ５、ｓ６のみ）を用いて陰影付けが可能である。即ち、最新の３枚だけを使って陰影付けし、３Ｄ画像の最後に追加することができる。
【００２２】
尚、図２（ｂ）に示すように視線方向が４５度の方向も投影線と対角線画素配列方向３０とが一致するため、本発明に係る視線方向に該当する。また、ＣＴ画像のように円形内部にのみ画像が存在する場合は、処理の開始点を図２に示したように円形にすると、矩形の端から処理を開始するのに比較して演算時間を短くすることができる。
【００２３】
図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、それぞれＣＴスキャナによって順次計測されるマルチスライス計測データ、その計測データによって再構成されるＣＴ再構成画像（断層像）、及び断層像に基づいて構成される３Ｄ画像、ＭＰＲ（multiplanar reconstruction) 画像等を示している。。
【００２４】
３Ｄ画像を構成する際の投影方向（視線方向）は、図３（Ｂ）に示すように断層像と平行で且つ断層像上の画素の配列方向と平行なＡ方向と、Ｂ方向である。
【００２５】
３Ｄ画像は、３枚のＣＴ画像１を用いて陰影付けした画像の１ライン４を計算して追加し、同様に、３枚のＣＴ画像２を用いて陰影付けした画像の１ライン５を計算して、それまでに再構成した３Ｄ画像の最後に追加していくことによって構成する。ＣＴ画像を１枚追加した場合、原則として図１上では１本の投影線について計算し直せばよい（通常は、紙面の上下に全部で５１２枚のＣＴ画像、即ち図４の格子面があるのでそれも計算する）。スライス間隔が広い場合は、スライス間画像（図１（ａ）の画像４２と４３など）を補間して求めるが、これは従来方法でも同じである。
【００２６】
この実施の形態では、図３（Ｃ）に示すように投影方向がＡ方向の３Ｄ画像と、これと直交するＢ方向の３Ｄ画像を構成し同時に表示するようにしている。また、２つの３Ｄ画像を利用してＭＰＲ切断面位置を切断線（ａ）又は切断線（ｂ）により指定でき、その指定したＭＰＲ切断面情報に基づいてＭＰＲ画像を構成し同時に表示するようにしている。また、最新のＣＴ画像（２Ｄ）も表示するようにしている。
【００２７】
図４は本発明に係る画像表示装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【００２８】
図４に示すように画像表示装置は、断層像等が格納される磁気ディスク１０と、演算処理に必要なソフトウェアが収納された主メモリ１２と、演算処理を行なう中央処理装置（以下ＣＰＵと称す）１４と、処理結果の表示データを記録する表示メモリ１６と、その表示データを表示するＣＲＴディスプレイ等の表示装置１７と、画面上のソフトスイッチを操作するマウス１８及びそのコントローラ１９と、キーボード２４と、高速演算ボード２６とから構成されており、ＣＴスキャナ２８と制御ライン及びデータ転送ラインを介して接続されている。
【００２９】
この画像表示装置は、ＣＴスキャナ２８を制御するとともに該ＣＴスキャナ２８が測定した計測データを高速演算ボード２６に取り込む。高速演算ボード２６は、取り込んだ計測データから断層像（通常は５１２×５１２画素サイズの画像）を再構成し、この断層像は磁気ディクス１０に格納される。
【００３０】
オペレータはマウス１８やキーボード２４を利用して入力を行い、その入力された情報を基にＣＰＵ１４は磁気ディスク１０に格納された断層像を呼び出し、主メモリ１２のソフトウェアに従って３Ｄ画像やＭＰＲ画像を構成するための所定の演算処理を行う。この画像処理された表示データは表示メモリ１６を介して表示装置１７に表示される。表示データは磁気ディスク１０に格納され、再表示に利用される。
【００３１】
図５は本発明に係る画像表示の処理手順を示すフローチャートである。
〔ステップ５０〕
ＣＴスキャナ２８は、ガントリが１回転するあいだにＮ（Ｎ＝４，８，１６など）枚のマルチスライス計測データを計測する。
〔ステップ５１〕
高速演算ボード２６で断層像を１枚再構成する。
〔ステップ５２〕
断層像を共通メモリ５５に送信（転送）する。画像番号も共通メモリ５５に記録する。
〔ステップ５３〕
Ｎ枚の断層像の再構成が終了したかどうかを判定する。終了していない場合にはステップ５１に戻る。
〔ステップ５４〕
計測が終了したかどうかを判定する。所定の計測が終了していなければステップ５０に戻る。
【００３２】
上記では説明の都合上、計測、再構成、画像送信が直列になっているが、再構成が終了したかどうかに関係なく計測データを高速演算ボード２６のメモリに記録しつつ計測を続行し、再構成、画像送信を計測と平行させることも可能である。
〔ステップ５６〕
ボリュームレンダリング法によって陰影付けするには濃度勾配を求める必要があるため、図２（ａ）に示すように３枚必要になる。そこで、断層像を３枚受信したかどうかを判定する。受信していなければ受信するまで待機する。
〔ステップ５７〕
ステップ５６で受信した３枚の断層像から濃度勾配などを演算して、陰影付けした１ライン（列）の３Ｄ画像を作成する。尚、陰影付けは、ボリュームレンダリング法に限らず、サーフェイス法、デプス法等を用いてもよい。
〔ステップ５８〕
ステップ５７で作成した１ラインの３Ｄ画像を表示する。
〔ステップ５９〕
共通メモリに未処理の受信した断層像が存在するか否かを調べる。あればステップ６０に跳び、なければステップ６３に跳ぶ。
〔ステップ６０〕
ステップ５７と同様に未処理の１枚の断層像を含む３枚の断層像から濃度勾配などを演算して、陰影付けした１ラインの３Ｄ画像を作成する。
〔ステップ６１〕
ステップ６０で作成した１ライン分の陰影付け画像を、既に作成された３Ｄ画像の最後部に追加し、これを新たな３Ｄ画像として表示する。また、スライス間隔が広い場合には、スライス間画像を補間演算により求める。例えば、図１（ａ）の断層像ｓ２とｓ３の間のスライス間画像上の点ｖは、断層像ｓ４まで陰影付けした後で、点ｖｌ、ｖ２、ｖ３の３点を用いて求める。尚、濃度値の変化が線形の場合には、点ｖｌ、ｖ２を補間して点ｖの値を求めようにしてもよい。
〔ステップ６２〕
操作者が設定した図３（Ｃ）の切断線（ａ）又は（ｂ）の位置情報を基にしてＭＰＲ画像を作成し表示する。尚、図３（Ｃ）上では、操作者が現在設定し又は最後に設定した切断線に対応するＭＰＲ画像が表示されるようになっているが、切断線（ａ）及び（ｂ）の２つの切断線に対応する２つのＭＰＲ画像を表示するようにしてもよい。
〔ステップ６３〕
所定の計測を終了したかどうかを判定し、終了しなければステップ５９に跳ぶ。これによりステップ５９〜ステップ６３の処理が繰り返され、ステップ５９〜ステップ６３の処理が一巡するごとに、１ラインずつ画像が増加した３Ｄ画像が表示されることになる。そして、所定の計測を終了すると、ステップ６４に跳ぶ。
〔ステップ６４〕
最終的に構成した３Ｄ画像やＭＰＲ画像を磁気デイスクに格納する。
【００３３】
次に、計測後の３Ｄ画像上で切断線を指定してＭＰＲ画像を構成する方法について説明する。
【００３４】
図６に示すように、立方体内の３Ｄ画像２２を切断する切断面２３を、前記立方体の辺上の白丸２１などをマウスで移動させることによって決定する。ＭＰＲ画像は、このようにして決定した切断面２３に基づいて構成される。
【００３５】
一方、陰影付けした３Ｄ画像２２の視点位置を変えるには、前記立方体の角の黒丸２０をマウスでドラッグし、前記立方体を立方体の中心点を基準に適宜回転させる。これにより、３Ｄ画像２２の視線方向が決定し、３Ｄ画像が構成される。上記のようにして構成された３Ｄ画像やＭＰＲ画像は必要に応じて磁気ディクスに格納される。
【００３６】
次に、計測後の３Ｄ画像上で切断線を指定してＭＰＲ画像を構成する他の方法について説明する。
【００３７】
図７（ａ）に示すように、視線方向の異なる２つの３Ｄ画像上で切断線６００、６１０をマウスを使用して描く。このようにして指定された２本の切断線６００、６１０に基づく実際の切断面６２０は、図７（ｂ）に示すように投影線６５０、６６０の交点を通る（又は、交点に近い点を通る）曲面になる。図７（ａ）に示したＭＰＲ画像６３０は、上記のようにして指定された曲面の切断面６２０で切断し、平面状に伸ばした画像である。
【００３８】
尚、この実施の形態では、断層像を順次入力する入力期間中に３Ｄ画像を構成するようにしたが、入力期間中に構成する画像は３Ｄ画像に限らず、ＭＰＲ画像、ＭＩＰ(maximum intensity projection)画像等の他の画像でもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、断層像を順次入力する入力期間中は、複数枚の断層像が積み上げられてなるボリューム画像に対する視線方向は、各断層像の面と平行で且つ断層像上の画素の配列方向と平行になるようにしたため、新たに入力した断層像によってボリューム画像が変化しても、変化後にボリューム画像全体を使用して初めから３Ｄ画像等の画像を構成する必要がなく、新たに入力した断層像に関連するライン状の画像を構成し、これを既に構成されている画像に追加するだけで済むため、計算量を少なくすることができ、断層像を取り込んでいる最中に３Ｄ画像等を逐次表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を原理的に説明するために用いた格子点（断層像）と投影線の関係を示す平面図
【図２】本発明を原理的に説明するために用いた断層像と視線方向の関係を示す斜視図
【図３】計測中の処理及び画像表示の内容を示す概念図
【図４】本発明に係る画像表示装置の全体構成を示すブロック図
【図５】計測中に３Ｄ画像を構成する手順を示すフローチャート
【図６】計測後の３Ｄ画像上でＭＰＲ画像を構成するための切断線を指定する方法を説明するために用いた図
【図７】計測後の３Ｄ画像上でＭＰＲ画像を構成するための切断線を指定する他の方法を説明するために用いた図
【符号の説明】
１、２、３…陰影付けに用いる断層像、４、５、６…３Ｄ画像の一部をなす陰影付けたライン、１０…磁気ディスク、１２…主メモリ、１４…中央処理装置（ＣＰＵ）、１６…表示メモリ、１７…ＣＲＴディスプレイ（表示装置）、１８…マウス、２０…黒丸、２１…白丸、２２…３Ｄ画像、２３…切断面、２６…高速演算ボード、２８…ＣＴスキャナ、３０…対角線画素配列方向、４０、４１、６５０、６６０…投影線、６００、６１０…３Ｄ画像上で指定した切断線、６２０…３Ｄ画像上で指定した切断線より求めた切断線、６３０…ＭＰＲ画像、Ｐ…投影面、ｓ１〜Ｓ１２…断層像

Claims

複数枚の断層像が積み上げられてなるボリューム画像を入力すべく被検体の断層像を順次入力する入力手段と、前記入力手段が断層像を順次入力する入力期間中に前記ボリューム画像に対する視線方向が、各断層像の面と平行で且つ断層像上の画素の配列方向と平行になるように設定する設定手段と、前記入力手段が入力したボリューム画像と前記設定手段によって設定された視線方向とに基づいて前記ボリューム画像に対応する表示用の画像を構成する画像構成手段であって、
前記入力手段が新たな断層像を入力するごとに、その入力した断層像に関連するライン状の画像を構成し、これを既に入力した断層像に基づいて構成された表示用の画像に追加して新たな表示用の画像として構成する画像構成手段と、前記入力手段が新たな断層像を順次入力するごとに前記画像構成手段によって構成される表示用の画像を順次表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする画像表示装置。
前記画像構成手段は、前記入力手段が入力したボリューム画像を前記設定手段によって設定された視線方向と直交する投影面上に陰影付けして投影した三次元画像と、前記ボリューム画像を任意に設定した切断面で切断したＭＰＲ画像とを構成し、前記表示手段は前記三次元画像とＭＰＲ画像とを表示することを特徴とする請求項１記載の画像表示装置。
前記入力手段が入力する断層像は、円の内部にのみ画像が存在する断層像であって、前記画像構成手段は、投影処理の開始点を前記円上の点とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像表示装置。
前記入力手段が入力する断層像は、互いに直交する格子の交点に画素が存在し、
前記設定手段は、前記視線方向を、前記格子の軸のいずれか一方と平行な方向あるいは格子の軸に対し４５度の方向に設定することを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載の画像表示装置。
前記画像構成手段は、前記入力手段が１枚の断層像を入力する毎に、入力された断層像とその前に入力された連続する２枚の断層像とを用いてライン状の画像を構成することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載の画像表示装置。