JP4716903B2

JP4716903B2 - 画像表示装置及び画像処理プログラム

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Publication number: JP4716903B2
Application number: JP2006064572A
Authority: JP
Inventors: 良洋後藤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2011-07-06
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP2007241746A

Description

本発明は、複数のＣＴ、ＭＲ、ＵＳ画像（断層像）を用いて３次元画像、すなわち２次元平面に陰影づけして３次元的に表示する画像を生成・表示する技術に係り、特に、臓器壁を強調表示できる３次元画像の構成技術に関する。

従来の３次元画像、特に非特許文献1に記載されたようなボリュームレンダリング手法（仮想光線を用いる点で、“レイトレーシング手法”や“レイキャスティング手法”と呼ばれているものと同じ意味）による画像構成方法（装置）では、３次元画像の画素値への寄与を濃度勾配ベクトルが投影線と平行になるにつれて大きくなるようにする。つまり、θを濃度勾配ベクトルと投影線との間の角度とした場合、一般に、濃度勾配の寄与をcos^δθ で近似している。
Marc Levoy; Volume Rendering, IEEE Computer Graphics & Applications, pp.29-38,1988.

しかし、血管内部や壁等に凹凸の病気がある場合であっても、従来の３次元画像では、血管壁などの臓器壁が強調表示されないといった問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、血管壁や臓器壁などの壁領域を強調表示できる３次元画像を生成、表示することができる画像表示装置及び画像処理プログラムを提供することを目的とする。

本発明は、擬似３次元画像の画素値への寄与を、濃度勾配ベクトルが投影線と垂直方向、又は濃度勾配ベクトルが擬似３次元画像を生成するための投影面に対して平行を向くにつれて大きくなるようにすることにより輪郭線や壁を強調表示した擬似３次元画像を生成するものである。

具体的には、本発明は、被検体の臓器又は骨が撮影された複数の断層像を積み上げたボリューム画像に対し、仮想光源から仮想光線を照射して２次元平面上に投影して陰影付けすることにより擬似３次元画像を生成して表示する画像表示装置において、前記ボリューム画像を入力する入力手段と、前記入力されたボリューム画像を構成する画素の濃度勾配ベクトルを求める濃度勾配ベクトル算出手段と、前記求められた濃度勾配ベクトルが、前記仮想光線に対して垂直方向を向くにつれて、前記濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与が大きくなるように前記擬似３次元画像の画素値を求める画素値算出手段と、前記求められた画素値に基づいて、前記臓器又は骨の輪郭線及び壁領域が強調された擬似３次元画像を生成する画像生成手段と、前記生成された擬似３次元画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。

ここでいう「輪郭線及び壁領域」は、臓器又は骨の輪郭線上の画素及び輪郭線よりも内側の画素を含む層状の領域を意味する。

また、本発明は、被検体の臓器又は骨が撮影された複数の断層像を積み上げたボリューム画像に対し、仮想光源から仮想光線を照射して２次元平面上に投影して陰影付けすることにより擬似３次元画像を生成して表示する画像表示装置において、前記ボリューム画像を入力する入力手段と、前記入力されたボリューム画像を構成する画素の濃度勾配ベクトルを求める濃度勾配ベクトル算出手段と、前記求められた濃度勾配ベクトルが、前記２次元平面に対して平行方向を向くにつれて、前記濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与が大きくなるように前記擬似３次元画像の画素値を求める画素値算出手段と、前記求められた画素値に基づいて、前記臓器又は骨の輪郭線及び壁領域が強調された擬似３次元画像を生成する画像生成手段と、前記生成された擬似３次元画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、被検体の臓器又は骨が撮影された複数の断層像を積み上げたボリューム画像に対し、仮想光源から仮想光線を照射して２次元平面上に投影して陰影付けすることにより擬似３次元画像を生成する画像処理プログラムにおいて、前記ボリューム画像を入力する入力ステップと、前記擬似３次元画像を生成する生成ステップであって、前記入力されたボリューム画像を構成する画素の濃度勾配ベクトルを求め、該濃度勾配ベクトルが前記仮想光線に対して垂直方向を向くにつれて、前記濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与を大きくして前記画素値を求めることにより、前記臓器又は骨の輪郭線及び壁領域が強調された擬似３次元画像を生成する生成ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

また、本発明は、被検体の臓器又は骨が撮影された複数の断層像を積み上げたボリューム画像に対し、仮想光源から仮想光線を照射して２次元平面上に投影して陰影付けすることにより擬似３次元画像を生成する画像処理プログラムにおいて、前記ボリューム画像を入力する入力ステップと、前記擬似３次元画像を生成する生成ステップであって、前記入力されたボリューム画像を構成する濃度勾配ベクトルを求め、該濃度勾配ベクトルが前記２次元平面に対して平行方向を向くにつれて、前記濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与を大きくして前記画素値を求めることにより、前記臓器又は骨の輪郭線及び壁領域が強調された擬似３次元画像を生成する生成ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、濃度勾配ベクトルが仮想光線又は投影線に対して垂直に向くほど、濃度勾配ベクトルの擬似３次元画像への寄与を大きくすることにより、臓器の壁領域を強調してボリュームレンダリングを行うことができる。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

〔システム構成〕
図１は、本実施形態に係る医用画像表示システム１の構成を示すハードウェア構成図である。

図１の医用画像表示システム１は、被検体の画像を撮影する医用画像撮影装置２と、医用画像撮影装置２が撮影した医用画像を蓄積する画像データベース４と、被検体の画像を表示する画像表示装置１０とを備え、医用画像撮影装置２と画像データベース（画像ＤＢ）４と画像表示装置１０とは、ＬＡＮ３等のネットワークに接続される。ＬＡＮ３には、画像表示装置１０で生成した擬似３次元画像を表示させるための端末装置５を接続してもよい。

医用画像撮影装置２は、例としてＸ線ＣＴ装置とＭＲ装置と超音波撮影装置（ＵＳ装置）とを記載したが、被検体の断層像を撮影できる医用画像撮影装置であればこれらに限らない。

画像表示装置１０は、主として各構成要素の動作を制御する制御装置としての中央処理装置（ＣＰＵ）１１、装置の制御プログラムが格納されたり、プログラム実行時の作業領域となったりする主メモリ１２と、オペレーティングシステム（ＯＳ）、周辺機器のデバイスドライブ、後述する流体画像や壁画像の生成及び異常候補陰影検出処理を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等が格納される磁気ディスク１３と、表示用データを一時記憶する表示メモリ１４と、この表示メモリ１４からのデータに基づいて画像を表示するＣＲＴモニタや液晶モニタ等のモニタ１５と、位置入力装置としてのマウス１６、マウス１６の状態を検出してモニタ１５上のマウスポインタの位置やマウス１６の状態等の信号をＣＰＵ１１に出力するコントローラ１６ａと、キーボード１７と、通信インターフェース（以下「通信Ｉ／Ｆ」という）１８と、上記各構成要素を接続する共通バス１９とから構成される。

次に図２に基づいて画像表示装置１０が実行する画像処理プログラムについて説明する。図２は、画像表示プログラムの構成を示すブロック図である。

画像表示プログラムは、断層像を体軸方向に積み上げたボリューム画像（３次元画像データ）を入力する入力部１１ａ、入力されたボリューム画像の濃度勾配ベクトルを算出する濃度勾配ベクトル算出部１１ｂ、擬似３次元画像の画素値を求める画素値算出部１１ｃ、画素値算出部１１ｃが算出した画素値をマッピングして擬似３次元画像を生成する画像生成部１１ｄ、マウス１６やキーボード１７から入力された濃度勾配ベクトルの余弦成分の混合比率に基づいて濃度勾配ベクトルの正弦成分及び余弦成分を混合した混合画像を生成するための混合画像生成部１１ｅ、擬似３次元画像から異常候補陰影を検出する異常候補陰影検出部１１ｆ、擬似３次元画像をモニタ１５に表示させるための制御を行う表示制御部１１ｇにより構成される。

画像表示装置１０のＣＰＵ１１は、上記画像プログラムを磁気ディスク１３から読み出して主メモリ１２にロードし、実行する。

上記表示制御部１１ｇは必ずしも備える必要がなく、ＣＰＵ１１が生成した画像をＬＡＮ３に接続された端末装置５に配信し、その端末装置５において画像を表示するように構成してもよい。

また、混合画像生成部１１ｅ及び異常候補陰影検出部１１ｆはそれぞれ、第三実施形態、第四実施形態で用いる。

＜第一実施形態＞
第一実施形態は、濃度勾配ベクトルが、仮想光線に対して垂直方向を向くにつれて、濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与を大きくして擬似３次元画像（陰影づけ３次元画像ともいう。）を生成、表示する実施形態である。

まず、図３乃至７に基づいて濃度勾配ベクトルと、濃度勾配ベクトルの仮想光線に対する方向について説明する。

図３は、投影線に対する垂直方向及び投影面に対する平行方向を説明するための模式図であって、図３（ａ）は平行投影法の場合、図３（ｂ）は水平投影法の場合を示す。

図３（ａ）は、平行投影法の場合であって、投影面５０に対して投影線７２が垂直に入射している場合である。この場合、投影面５０に対して平行な方向５０ｈと、投影線７２に対して垂直な方向７２ｖと、は平行（同一）になる。

図３（ｂ）は、中心投影法の場合であって、投影面５０に対して投影線７２が斜め方向（一部垂直も含む）に入射している場合である。この場合、投影面５０に対して平行な方向５０ｈと、投影線７２に対して垂直な方向７２ｖと、は平行にならず、異なる。また、各投影線７２に対する垂直な方向７２ｖも、投影線７２毎に異なる。

次に図４乃至図７に基づいて濃度勾配ベクトル、投影線及び仮想光線の向きについて説明する。

図４は、仮想光源７０が断層像６０を挟んで投影面５０と反対側の無限遠に設定された平行投影法を用いてボリュームレンダリングを行う場合について説明した模式図である。図４では、仮想光線７１と投影線７２とは平行である。

濃度勾配ベクトルｎは、断層像６０において同じ画素値（濃度値ともいう）を有する画素を含む等濃度面６１を設定した場合に、その等濃度面６１と仮想光線７１との交点を始点とし、等濃度面６１に垂直な法線ベクトルを意味する。等濃度面６１が曲面である場合には、等濃度面６１の各点において濃度勾配ベクトルｎの方向は異なる。そのため、等濃度面６１上の画素６２、６３を始点とする濃度勾配ベクトルｎ１とｎ２とは、方向が異なる。その結果、濃度勾配ベクトルｎ１とｎ２とが仮想医光線７１となす角度θ１、θ２も異なる。

図４では、仮想光源７０が無限遠にあることを示すために仮想光源７０を括弧書きで図示したが、平行投影のときには、光の出る位置座標と入る位置座標とは同じになるので、仮想光源（仮想平行光源ともいう）７０と投影面５０とを断層像６０を挟んで同じ側に重ねて書く場合もある。後述する図７の平行投影法の場合も同様である。

濃度勾配ベクトルｎの仮想光線７１と垂直な２方向に分解した成分がｉ成分、ｊ成分であり、仮想光線７１と平行な方向に分解した成分がｋ成分である。濃度勾配ベクトルｎ１、ｎ２と仮想光線７１とのなす角度θ１、θ２が異なるため、濃度勾配ベクトルｎ１、ｎ２の仮想光線７１に対する正弦成分であるｉ成分、ｊ成分の大きさは、濃度勾配ベクトルｎ１、ｎ２で異なる。

図４では、上記のとおり、仮想光線７１と投影線７２とが平行であるため、角度θの定義として濃度勾配ベクトルｎと仮想光線７１とのなす角度といってもよいし、濃度勾配ベクトルｎと投影線７２とのなす角度といってもよい。

図５は、仮想光源７０が断層像６０を挟んで投影面５０と反対側かつ外側近傍に設定された中心投影法を用いてボリュームレンダリングを行う場合について説明した模式図である。

中心投影法では、図３（ｂ）で示したように仮想光線７１は仮想光源７０から放射状に照射されるため、等濃度面６１における仮想光線７１の入射位置によって仮想光線７１への入射角度が異なる。

図５では、画素６２、６３を始点とする濃度勾配ベクトルをｎ１、ｎ２で示す。濃度勾配ベクトルをｎ１、ｎ２は異なる方向を有するため、濃度勾配ベクトルｎ１と仮想光線７１とがなす角度θ１と、濃度勾配ベクトルｎ２と仮想光線７１とがなす角度θ２とは異なる。但し、図５においても、投影線７２ｂと仮想光線７１とは平行であるため、角度θ１、θ２を濃度勾配ベクトルｎ１、ｎ２と仮想光線７１とのなす角度といってもよいし、濃度勾配ベクトルｎ１、ｎ２と投影線７２ｂとのなす角度といってもよい。

図６は、仮想光源７０が断層像６０に対して投影面５０と同じ側かつ外側近傍に設定された中心投影法を用いてボリュームレンダリングを行う場合について説明した模式図である。この場合、投影線７２と仮想光線７１との関係は、仮想光線７１が等濃度面６１で反射され、かつ、投影面５０に垂直に入射する反射光が投影線７２となる。図６では、仮想光線７１と投影線７２とは平行ではない。

そして、投影線７２の延長線上であって、断層像６０を挟んで投影面５０と反対側に視点７３を設定する。仮想光源７０から断層像６０に仮想光線７１を照射し投影面５０上に陰影付け処理をして投影した投影像、すなわち視点７３からみて陰影付けした３次元画像が、この処理により得られる擬似３次元画像となる。

図７は、仮想光源７０が断層像６０を挟んで反対側の無限遠に設定された平行投影法を用いてボリュームレンダリングを行う場合について説明した模式図である。この場合、投影線７２と仮想光線７１との関係は、仮想光線７１が等濃度面６１上の画素に照射され、その画素からの反射光であって投影面５０に直交して入射する反射光が投影線７２となり、仮想光線７１と投影線７２とは平行ではない。

そして、投影線７２の延長線上であって、断層像６０を挟んで投影面５０と反対側に視点７３を設定する。仮想光源７０から断層像６０に仮想光線７１を照射し、投影面５０上に陰影付け処理をして投影した投影像、すなわち視点７３からみて陰影付けした３次元画像が、この処理により得られる擬似３次元画像となる。

次に、図８に基づいて本実施形態の処理の流れを説明する。図８は、本実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。以下の処理は、入力部１１ａがＸ線ＣＴ装置、ＭＲ装置、ＵＳ装置から直接複数の断層像６０からなるボリューム画像を取得し、又は画像ＤＢ４や磁気ディスク１３などの記憶媒体に格納されたボリューム画像を読み込んだ後に開始される。

ステップＳ１では、画素値算出部１１ｃが、投影面５０及び仮想光源７０の明るさLの設定をする（Ｓ１）。

ステップＳ２では、仮想光線７１の初期化をする。画素値算出部１１ｃは、仮想光源７０の位置を設定する。この設定では、平行投影法か中心投影法かの選択指示及び光源の断層像６０に対する位置の指示をユーザに選択させて行ってもよいし、投影法や断層像６０に対する位置をプリセットしておき自動的に行ってもよい。そして画素値算出部１１ｃは、設定した仮想光源７０から照射される仮想光線７１の入射位置を投影面５０の左上部などの初期位置に設定する（Ｓ２）。また、仮想光線７１の設定数（投影面５０の画素数）も設定する。この設定数分、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５の処理を繰り返す。

ステップＳ３では、投影線７２に対して３Ｄ画素値演算をする（Ｓ３）。

まず、濃度勾配ベクトル算出部１１ｂは、断層像６０を積み上げたボリューム画像のうち、濃度値が等しい画素を含む面である等濃度面６１を求める。そして、等濃度面６１と仮想光線７１との交点を始点とする法線ベクトルからなる濃度勾配ベクトルを求める。

次に、画素値算出部１１ｃは、下記数１式に基づいて３Ｄ画素値演算を行う（Ｓ３）

ステップＳ４では、画素値算出部１１ｃがステップＳ３で求めた画素値を主メモリ１２に格納する（Ｓ４）。

ステップＳ５では、画素値算出部１１ｃが全ての投影線を設定したか否かの判定する（Ｓ５）。「Ｙｅｓ」ならＳ７へ、「Ｎｏ」ならＳ６へ進む。

ステップＳ６では、次の画素値算出部１１ｃが次の投影線を設定する（Ｓ７）。

ステップＳ７では、画像生成部１１ｄが演算した画素値に基づいて擬似３次元画像を生成し、表示制御部１１ｇがモニタ１５上に擬似３次元画像を表示する（Ｓ７）。

ステップＳ８では、画像生成部１１ｄが、磁気ディスク１３に擬似３次元画像を格納する（Ｓ８）。そして、本処理を終了する。

図９（ａ）は被検体の頭部を本実施形態により表示した擬似３次元画像１００とその一部を拡大した画像１０１、図９（ｂ）は被検体の頭部を従来の擬似３次元画像により表示した擬似３次元画像１１０とその一部を拡大した画像１１１、図１０（ａ）は本実施形態により表示した擬似３次元画像１２０とその一部を拡大した画像１２１、図１０（ｂ）は被検体の頭部を従来の擬似３次元画像で表示した擬似３次元画像１３０とその一部を拡大した画像１３１である。

図９（ａ）、図１０（ａ）では頭部又は肺野の血管が白く表示されているが、拡大図１０１、１２１によると血管壁が血管の内部に比べてより強調されて表示されている。一方、図９（ｂ）、図１０（ｂ）では、頭部又は肺野の血管が白く表示されているが、拡大図１１１、１３１によると血管の内部が血管壁に比べてより強調されて表示されている。このように、本実施形態によれば、従来の擬似３次元画像に比べて壁領域を強調させて表示することができる。

従来の３次元画像の陰影付けでは、仮想光線７１に対して濃度勾配ベクトルが平行に向くほど投影面５０上の画素を強調（明るく）することにより、対象の表面が視線と直交するほど光の反射が大きくなるためより明るく見えるという人の視覚から認知する３次元形状の陰影付けに近づけていた。その結果、輪郭や壁領域が暗くなるという問題があったが、本実施形態によれば従来とは逆に、仮想光線７１に対して濃度勾配ベクトルが垂直に向くほど投影面５０上の画素を強調（明るく）することにより、輪郭や壁領域を強調（明るく）して表示することができる。以下では、本実施の形態で生成される壁領域が強調された擬似３次元画像を「ウォール３Ｄ画像」といい、従来の管腔臓器の内部が強調された画像を「従来の３Ｄ画像」という。

＜第二実施形態＞
第二実施形態は、従来の３Ｄ画像とウォール３Ｄ画像とを選択して表示する形態である。

画素値算出部１１ｃは、上記ステップＳ３で濃度勾配ベクトル算出部１１ｂが算出した濃度勾配ベクトルの余弦成分を求め、余弦成分が大きいほど、すなわち、仮想光線に対して濃度勾配ベクトルが平行方向を向くにつれて、濃度勾配ベクトルの擬似３次元画像の画素値への寄与が大きくなるように画素値を求める。次に、画像生成部１１ｄは、画素値算出部１１ｃが求めた３Ｄ画素値演算値に基づいて擬似３次元画像を生成する。これにより、輪郭や壁よりも臓器、管腔臓器の内部がより強調された従来の３Ｄ画像が生成される。

図１１は、本実施の形態においてモニタ１５に表示される画面表示例である。画面１４０には、従来の３Ｄ画像を表示させるための「３Ｄ」アイコン１４１、第一実施形態により得られる壁領域が強調されたウォール３Ｄ画像を表示させるための「ウォール３Ｄ」アイコン１４２、表示処理を終了させるための「終了」アイコン１４３とが設けられる。ユーザがマウス１６で所望するアイコンをクリックすることにより、従来の３Ｄ画像とウォール３Ｄ画像とを選択して表示することができる。画像１４４は、「ウォール３Ｄ」アイコン１４２をクリックして表示させたウォール３Ｄ画像である。

これにより、ウォール３Ｄ画像と従来の３Ｄ画像を選択して表示させることができ、壁領域を注視したいときにはウォール３Ｄ画像を、管腔臓器の内部を注視したいときには従来の３Ｄ画像を表示させることができる。

＜第三実施形態＞
第三実施形態は、壁領域を強調した３次元画像に、濃度勾配ベクトルの余弦成分を加味した画像を生成し、表示する形態である。

図１２は、本実施の形態で表示される画面表示例である。画面１５０には、濃度勾配ベクトルの仮想光線に対する正弦成分と余弦成分との混合割合を指定するためのバー１５１と、バー１５１により指定された混合割合で正弦成分と余弦成分とを混合したときの混合画像１５２とが表示される。バー１５１のポインタ１５１ａをマウス１６で左右に動かすことより、混合割合を変更することができる。画面１５０では、正弦成分の割合がバー１５１に表示されており、０．０のとき正弦成分が０．０で余弦成分が１.０、すなわち従来の３Ｄ画像が表示され、１．０のとき正弦成分が１．０で余弦成分が０.０、すなわちウォール３Ｄ画像が表示される。以下、混合画像の生成、表示処理について説明する。

マウス１６によりバー１５１のポインタ１５１ａが移動され、混合割合が指定されると、混合画像生成部１１ｅは、指定された混合割合で濃度勾配ベクトルの正弦成分と余弦成分とを混合した画像を生成する。この混合画像の生成方法には２種類ある。

（１）濃度勾配の大きさを求める方法
混合画像生成部１１ｅは、濃度勾配ベクトル算出部１１ｂが算出した濃度勾配ベクトルの正弦成分と余弦成分とをそれぞれ算出する。次に、指定された混合割合に応じて正弦成分と余弦成分とを重み付け加算し、濃度勾配の大きさを求める。そして、この濃度勾配の大きさに等濃度面６１への入射光量を乗算して混合画像の画素値を求め、この画素値をマッピングすることにより混合画像を生成する。数２式は、この方法により混合画像の画素値を求める方法を示す。

（２）壁強調画像と従来の擬似３次元画像とを合成する方法
画像生成部１１ｄは、予めウォール３Ｄ画像と従来の３Ｄ画像とを予め生成しておく。そして、混合画像生成部１１ｅが、指定された混合割合に応じてウォール３Ｄ画像と従来の３Ｄ画像とを合成し、混合画像を生成する。数３式は、この方法により混合画像を生成する方法を示す。

本実施形態により、濃度勾配ベクトルの仮想光線に対する正弦成分と余弦成分とを所望の混合割合で混合した混合画像を生成、表示することができる。これにより、壁領域又は管腔臓器の内部領域を所望する割合で強調することができる。

本実施の形態は、発光３Ｄ画像（例えば特開２００１−３５１１２０号公報参照）を作成する際の濃度勾配にも適用することができる。発光３Ｄ画像の画素値は、例えば数４又は数５式により得られるが、数４式の濃度勾配ｎ_Ｐ、数５式の濃度勾配Δにも本実施の形態を適用できる。

なお、発光３Ｄ画像に本実施の形態を適用する場合には、上記２式には限定されてない。

本実施の形態の結果得られる画像表示例を以下に示す。

図１３（ａ）は、従来の３Ｄ画像１６０とその一部を拡大した画像１６１、図１３（ｂ）は、発光３Ｄ画像１７０とその一部を拡大した画像１７１、図１３（ｃ）は、壁領域を強調する処理、すなわち濃度勾配ベクトルが仮想光線に対して垂直を向くにつれて濃度勾配ベクトルの寄与を大きくする処理と、壁領域に対する発光効果処理とを行った画像１８０とその一部を拡大した画像１８１、図１３（ｄ）は、図１３（ｂ）と（ｃ）とを混合させた混合画像１９０とその一部を拡大した画像１９１である。図１３（ａ）では、血管の内部が血管壁に比べてより強調されて表示されている。図１３（ｂ）では、血管内部を発光させて強調させることにより、図１３（ａ）よりも更に血管の内部を血管壁に比べて強調している。図１３（ｃ）では、図１３（ｂ）とは反対に、血管壁が発光処理されて血管内部に比べてより強調されている。図１３（ｄ）では、血管内部を発光させて強調した図１３（ｂ）と血管壁を発光させて強調した図１３（ｃ）とを混合することにより、血管内部と血管壁とがともに発光強調されている。

図１４は、本実施の形態の結果表示される画面表示例である。

画面２００には、肺の内部に存在する空気が撮影された３次元画像である空気画像２０１と、空気画像２０１に重畳表示されたマーカ２０２と、マーカ２０２位置における断層像２０３と、従来の発光３Ｄ画像（図１３（ｂ）に相当）及び壁領域を発光処理及び協調処理した画像（図１３（ｃ）に相当）を生成しこれらを混合した混合画像（図１３（ｄ）に相当）２０４と、混合画像２０４を生成する際の発光率２０５ａとオパシティ２０５ｂとを図示したグラフ２０５と、各種処理を指示するためのアイコン２０６と、が表示される。マーカ２０２の位置をａ位置、ｂ位置、ｃ位置に変えるに従って、断層像２０３と混合画像２０４とがそのマーカ位置に対応する画像に変更される。図１４では、ｃ位置における断層像２０３及び混合画像２０４が表示されている。又、グラフ２０５において、発光率２０５ａを変化させると、混合画像２０４の発光率が変化する。本実施形態によれば、発光３Ｄ画像において、濃度勾配ベクトルが仮想光線に対して垂直を向くにつれて濃度勾配ベクトルの寄与を大きくし、発光量を大きくすることができる。

＜第四実施形態＞
第四実施形態は、本発明に係るウォール３Ｄ画像を癌陰影（異常候補陰影）などの臓器領域の抽出・検出に応用した実施形態である。ここで、図１５、１６は本実施の形態に係る処理の流れを示す模式図である。

図１５の断層像９０はＣＴ、ＭＲ，ＵＳなどの断層像、９１は第三実施形態で説明した発光３Ｄ画像、９２は、本発明に係るウォール３Ｄ画像である。異常候補陰影検出部１１ｆは、断層像９０、発光３Ｄ画像９１、ウォール３Ｄ画像９２から抽出した異常候補陰影領域（癌領域）に対応する画素値に基づいて異常候補陰影の抽出を行う。抽出処理９３、９４、９５では、それぞれウォール３Ｄ画像９２、断層像９０、発光３Ｄ画像９１から異常候補陰影領域が抽出される。

削減処理９６では、異常候補陰影検出部１１ｆが、例えば陰影の濃度、大きさ、形などから抽出しすぎた領域を削減している。そして、異常候補陰影検出部１１ｆは、削減処理９６の結果残った領域にマーカを付加し、異常候補陰影がマーキングされた臓器領域抽出（検出）画像９７を生成する。表示制御部１１ｇは、モニタ１５上に臓器領域抽出（検出）画像９７を表示する。

また、図１６では、異常候補陰影検出部１１ｆが、断層像９０、発光３Ｄ画像９１、ウォール３Ｄ画像９２から、例えば四則演算の画像間演算画像９８を作る。次に、異常候補陰影検出部１１ｆは、抽出処理９９において、画像間演算画像９８から二値抽出処理などにより異常候補陰影領域を抽出する。更に、異常候補陰影検出部１１ｆは、削減処理９６において、例えば陰影の濃度、大きさ、形などから抽出しすぎた領域を削減し、残った領域を異常候補陰影としてマーキングした臓器領域抽出（検出）画像９７を生成、表示制御部１１ｇがモニタ１５に表示する。

本実施形態によれば、血管壁や臓器壁を強調した画像を作り、それに基づいて異常候補陰影の抽出、検出をするため、血管壁や臓器壁にできた癌、例えばアスベスト吸入との因果関係が高いとされる中皮腫などの異常候補陰影も効率的に検出することができる。

上記では、断層像９０、発光３Ｄ画像９１、ウォール３Ｄ画像９２の３つに基づいて異常候補陰影の抽出を行ったが、血管壁や臓器壁にできた癌候補陰影を集中的に抽出したいときには、ウォール３Ｄ画像９２だけに基づいて抽出してもよい。

＜第五実施形態＞
第五実施形態は、断層像９０のうちの一部からなる画像群を順次読み出し、これらの画像群毎にウォール３Ｄ画像９２を生成する。そして、これらのウォール３Ｄ画像９２を連続表示することにより、シネ表示する態様である。以下、図１７及び図１８に基づいて本実施の処理を説明する。

まず、初期設定として、断層像９０の読込開始位置及び読込終了位置、並びに何枚の画像に基づいて一枚のウォール３Ｄ画像を生成するか、すなわち画像群を構成する断層像の枚数を設定しておく。そして、以下の処理を開始する。

ステップＳ１１では、入力部１１ａが複数の断層像９０からなるボリューム画像のうちの連続する数枚からなる第一画像群（Ｉ）を読み込む（Ｓ１１）。

ステップＳ１２では、第一画像群Ｉに基づいて、第一実施形態と同様の処理を行いウォール３Ｄ画像が生成され（Ｓ１２）、主メモリ１２に保存される（Ｓ１３）。

ステップＳ１４では、入力部１１ａが最後の画像を読み込んだかを判別し、「Ｙｅｓ」であればＳ１６へ、「Ｎｏ」であればＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、次の画像群、第二画像群IIの開始位置を設定するために読込位置を１枚ずらす。そしてＳ１１へもどり、その読込位置から所定枚数の断層像からなる第二画像群IIを読み込む。以下、最後の画像を読み込むまでＳ１１からＳ１５の処理を繰り返す。

ステップＳ１６では、表示制御部１１ｇが主メモリ１２に保存されたウォール３Ｄ画像をモニタ１５に順次表示する（Ｓ１６）。図１８の画面２１０には、ウォール３Ｄ画像が連続的に切替表示されてシネ表示される処理画像２１１と、ウォール３Ｄ画像の連続表示を終了させるための「終了」アイコン２１２とが表示される。

本実施の形態により、複数の断層像の一部を用いて生成したウォール３Ｄ画像を、動的に表示することができる。

上記実施の形態では、頭部、肺野の血管壁を強調表示させるウォール３Ｄ画像について説明したが、本発明の適用できる対象臓器は限定されず、血管、骨、皮膚、腸、肝臓、心臓、胃、その他なんでもよい。

又、上記において数式を記載したが、たとえ式を変形しても、濃度勾配を含み、３次元画像の画素値への寄与を、濃度勾配ベクトルが投影線（又は仮想光線）と垂直方向を向くにつれて大きくなるようにすれば、本発明を適用可能である。

また、上記実施形態における３Ｄの表示は、白黒表示のみでなく、カラー表示でもよい。

医用画像表示システム１の構成を示すハードウェア構成図画像表示プログラムの構成を示すブロック図投影線に対する垂直方向及び投影面に対する平行方向を説明するための模式図であって、図３（ａ）は平行投影法の場合、図３（ｂ）は水平投影法の場合を示す。仮想光源が断層像を挟んで投影面と反対側の無限遠に設定された平行投影法を用いてボリュームレンダリングを行う場合について説明した模式図仮想光源が断層像を挟んで投影面と反対側かつ外側近傍に設定された中心投影法を用いてボリュームレンダリングを行う場合について説明した模式図仮想光源が断層像に対して投影面と同じ側かつ外側近傍に設定された中心投影法を用いてボリュームレンダリングを行う場合について説明した模式図仮想光源が断層像を挟んで反対側の無限遠に設定された平行投影法を用いてボリュームレンダリングを行う場合について説明した模式図第一実施形態の処理の流れを示すフローチャート被検体の頭部を上記処理の結果生成される擬似３次元画像で表示した例被検体の頭部を従来の擬似３次元画像で表示した例被検体の肺野領域を上記処理の結果生成される擬似３次元画像で表示した例被検体の肺野領域を従来の擬似３次元画像で表示した例第二実施形態の画面表示例第三実施形態の画面表示例従来の３Ｄ画像とその一部を拡大した画像発光３Ｄ画像とその一部を拡大した画像発光処理と壁強調処理とを行った画像とその一部を拡大した画像図１３（ｂ）と（ｃ）とを混合させた混合画像とその一部を拡大した画像第三実施形態の結果表示される画面表示例第四実施形態の処理の流れを示す模式図第四実施形態の処理の流れを示す模式図第五実施形態の処理の流れを示すフローチャート第五実施形態の処理を示す模式図

符号の説明

１：医用画像表示システム、１０：画像表示装置、１１：ＣＰＵ、１２：主メモリ、１３：磁気ディスク、１４：表示メモリ、１５：モニタ、１６：マウス、１６ａ：マウスコントローラ、１７：キーボード、１８：通信Ｉ／Ｆ、１９：共通バス

Claims

被検体の臓器又は骨が撮影された複数の断層像を積み上げたボリューム画像に対し、仮想光源から仮想光線を照射して２次元平面上に投影して陰影付けすることにより擬似３次元画像を生成して表示する画像表示装置において、
前記ボリューム画像を入力する入力手段と、
前記入力されたボリューム画像を構成する画素の濃度勾配ベクトルを求める濃度勾配ベクトル算出手段と、
前記求められた濃度勾配ベクトルが、前記仮想光線に対して垂直方向を向くにつれて、前記濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与が大きくなるように前記擬似３次元画像の画素値を求める画素値算出手段と、
前記求められた画素値に基づいて、前記臓器又は骨の輪郭線及び壁領域が強調された擬似３次元画像を生成する画像生成手段と、
前記生成された擬似３次元画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
被検体の臓器又は骨が撮影された複数の断層像を積み上げたボリューム画像に対し、仮想光源から仮想光線を照射して２次元平面上に投影して陰影付けすることにより擬似３次元画像を生成して表示する画像表示装置において、
前記ボリューム画像を入力する入力手段と、
前記入力されたボリューム画像を構成する画素の濃度勾配ベクトルを求める濃度勾配ベクトル算出手段と、
前記求められた濃度勾配ベクトルが、前記２次元平面に対して平行方向を向くにつれて、前記濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与が大きくなるように前記擬似３次元画像の画素値を求める画素値算出手段と、
前記求められた画素値に基づいて、前記臓器又は骨の輪郭線及び壁領域が強調された擬似３次元画像を生成する画像生成手段と、
前記生成された擬似３次元画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
前記濃度勾配ベクトルの前記仮想光線又は前記投影線に対して垂直な成分又は前記濃度勾配ベクトルの前記２次元平面に対して平行な成分の前記擬似３次元画像の画素値への寄与と、前記濃度勾配ベクトルの前記仮想光線又は前記投影線に対して平行な成分又は前記濃度勾配ベクトルの前記２次元平面に対して垂直な成分の前記擬似３次元画像の画素値への寄与と、を含む混合割合を指定する混合割合指定手段を更に備え、
前記画素値算出手段は、前記指定された混合割合に基づいて、前記仮想光線又は前記投影線に対して垂直な成分又は前記濃度勾配ベクトルの前記２次元平面に対して平行な成分と、前記濃度勾配ベクトルの前記仮想光線又は前記投影線に対して平行な成分又は前記濃度勾配ベクトルの前記２次元平面に対して垂直な成分と、を混合させた混合画像の画素値を求め、
前記表示手段は、前記混合画像を表示する、
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。
前記画素値算出手段は、前記ボリューム画像に含まれる画素であって、強調表示を所望する部位の画素に入射する前記仮想光線の光量を増幅させ、該増幅させた光量に基づいて前記３次元画像の画素値を求め、
前記画像生成手段は、前記所望する部位が発光強調された擬似３次元画像を生成し、
前記表示手段は、前記発光強調された擬似３次元画像を表示する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の画像表示装置。
前記擬似３次元画像に含まれる画素であって、異常候補陰影に対応する所定の画素値を有する領域を抽出し、該抽出された領域にマーカを付加する異常候補陰影検出手段を更に備える、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の画像表示装置。
被検体の臓器又は骨が撮影された複数の断層像を積み上げたボリューム画像に対し、仮想光源から仮想光線を照射して２次元平面上に投影して陰影付けすることにより擬似３次元画像を生成する画像処理プログラムにおいて、
前記ボリューム画像を入力する入力ステップと、
前記擬似３次元画像を生成する生成ステップであって、前記入力されたボリューム画像を構成する画素の濃度勾配ベクトルを求め、該濃度勾配ベクトルが前記仮想光線に対して垂直方向を向くにつれて、前記濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与を大きくして前記画素値を求めることにより、前記臓器又は骨の輪郭線及び壁領域が強調された擬似３次元画像を生成する生成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。
被検体の臓器又は骨が撮影された複数の断層像を積み上げたボリューム画像に対し、仮想光源から仮想光線を照射して２次元平面上に投影して陰影付けすることにより擬似３次元画像を生成する画像処理プログラムにおいて、
前記ボリューム画像を入力する入力ステップと、
前記擬似３次元画像を生成する生成ステップであって、前記入力されたボリューム画像を構成する濃度勾配ベクトルを求め、該濃度勾配ベクトルが前記２次元平面に対して平行方向を向くにつれて、前記濃度勾配ベクトルの前記擬似３次元画像の画素値への寄与を大きくして前記画素値を求めることにより、前記臓器又は骨の輪郭線及び壁領域が強調された擬似３次元画像を生成する生成ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする画像処理プログラム。