JP4808303B2 - 三次元データ・セットを効率良くリサンプリングする方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にはデータをリサンプリング(resampling)する方法及び装置に関し、特に、医学的データを視覚的に処理し且つ表示するために三次元データ・セットをリサンプリングする方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも１つの周知のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムの構成においては、Ｘ線源が扇形ビームを投射し、ビームは一般に「イメージング平面」と呼ばれるデカルト座標系のＸＹ平面の中におさまるようにコリメートされる。Ｘ線ビームは、患者などの画像を生成すべき物体を通過する。ビームはその物体により減衰された後、放射線検出器のアレイに入射する。減衰後、検出器アレイが受けるビーム放射の強さは、物体によるＸ線ビームの減衰の程度によって決まる。アレイの各検出器要素は、その検出器の場所におけるビーム減衰を表す個別の電気信号を発生する。全ての検出器からの減衰測定値を個別に収集して、１つの透過プロファイルを生成する。
【０００３】
周知の第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源と検出器アレイは、Ｘ線ビームが物体と交わる角度が絶えず変化するように、イメージング平面の中で画像を生成すべき物体を中心としてガントリと共に回転する。ある１つのガントリ角度における検出器アレイからの一群のＸ線減衰測定値、すなわち、投影データを「ビュー」という。物体の「走査」は、Ｘ線源と検出器が一回転する間に異なるガントリ角度、すなわち、ビュー角度で得られた一組のビューから成る。軸方向走査においては、投影データを処理して、オブジェクトの断面である二次元スライスに対応する画像を構成する。一組の投影データから１つの画像を再構成する方法の１つを、当該技術では、フィルタ補正逆投影技法と呼ぶ。このプロセスは１回の走査から選られた減衰測定値を「ＣＴ数」又は「ハウンズフィールド単位」と呼ばれる整数に変換する。これらの値は、陰極線管表示装置における対応する画素の輝度を制御するために使用される。これらの整数は医学的データのボリュームを形成する。
【０００４】
医療用として広く適用されている可視化技法の１つは、ＣＴ又はＭＲＩイメージング・システムから収集された医学的データのボリュームを任意の傾きを有する平面に沿ってリサンプリングする方法である。この可視化技法はリフォーマット(reformat)として知られている。１つの平面に沿ったボリュームリサンプリングを一般には所定ボリュームのリフォーマットという。リフォーマッティングにより、患部の横断面を見ることができ、とりわけ、狭窄、動脈瘤、面積及び距離を正確に測定する能力を獲得できる。
【０００５】
リサンプリング平面をどこに配置するかの決定は、会話形式で場所を決定することによって容易に行えるであろう。会話形式による場所の決定は、第１のリフォーマット平面画像を表示し、続いて、新たなリフォーマット平面画像を生成し、表示することにより行われると考えられる。この場合、新たなリフォーマット平面は第１のリフォーマット平面と比較して徐々に縮尺、回転角度又は並行移動距離の点で変化して行く。しかし、会話形式で場所を設定するためには、データのリサンプリング性能が良くなければならない。通常、毎秒約１０枚のリフォーマット画像を生成することが要求される。適切な性能が備わっていなければ、会話形式による場所の設定を制御するのは困難である。従来より知られているシステムは、適切なリサンプリング性能を提供することができていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、会話形式により医学的データを効率良く観察し且つ可視化することができるようにするためにデータの三次元ボリュームを迅速に、効率良くリサンプリングすることが望ましいであろう。また、リサンプリング面の効率の良いクリッピングを実行することも望ましいであろう。更に、リサンプリングのために高度に最適化され、特殊化された機能を使用する場合、最適化されたリサンプリング機能の多くの組を効率良く管理することも望ましいであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一実施例では、上記の利点及びその他の利点は、会話形式でデータを効率良く観察し且つ可視化できるようにするために、少なくとも１つの方向に一定の傾きを有し且つデータの三次元ボリュームと交わる面を定義する一組の平行な線分を選択し、平行な線分に沿った複数の点でデータを処理して、データのリフォーマッティング済み画像を生成することにより、データの三次元ボリュームを迅速にリサンプリングする方法によって達成される。これに対応する装置の実施例も提供される。本発明の方法及び装置の実施例を使用すれば、線分上の点を処理している間、それらの点が所定のデータ・ボリュームの中に入っているか否かを決定するために平行な線分を検査する必要がないので、データの処理を迅速に進行させることができる。更に、方法及び装置の実施例によれば、高度に最適化され、特殊化された複数組のリサンプリング機能を使用することにより、データ、例えば、医学的データの三次元ボリュームの迅速で、効率の良いリサンプリングを実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して説明する。図示されているように、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０は、「第三世代」ＣＴスキャナを代表するガントリ１２を含む。ガントリ１２は、反対側にある検出器アレイ１８に向けてＸ線ビーム１６を投射するＸ線源１４を有する。検出器アレイ１８は、患者２２の身体を通過した投射Ｘ線を一体となって感知する複数の検出器要素２０により形成されている。検出器アレイ１８は１スライス構成、多重スライス構成のいずれであっても良い。各検出器要素２０は入射Ｘ線ビームの強さ、すなわち、ビームが患者２２を通過するときに起こるビームの減衰を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを収集するための走査の間、ガントリ１２及びガントリ１２に装着された構成要素は回転中心２４を中心として回転する。
【０００９】
ガントリ１２の回転及びＸ線源ｌ４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により規制される。この制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び回転位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含む。制御機構２６のデータ収集システム（ＤＡＳ）３２は検出器要素２０からアナログ・データをサンプリングし、後の処理に備えて、そのデータをデジタル信号に変換する。画像再構成装置３４はＤＡＳ３２からサンプリングされたデジタル化Ｘ線データを受信し、高速画像再構成を実行する。再構成画像は入力としてコンピュータ３６に印加され、コンピュータ３６は画像を大容量記憶装置３８に格納する。
【００１０】
コンピュータ３６はオペレータから、キーボードを有するコンソール４０を介して、指令や走査パラメータも受信する。オペレータは、関連する陰極線管表示装置４２を通して、再構成画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータが提供した指令やパラメータを使用して、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に制御信号と情報を提供する。更に、コンピュータ３６は、ガントリ１２内における患者２２の位置を決定するために電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御装置４４を動作させる。
【００１１】
患者２２の走査によって、多量の医学的データが収集される。このデータをコンピュータとの会話を通してボリューム・サンプリングすれば、患部の複数の横断面画像を見て、狭窄、動脈瘤、面積及び距離を正確に測定することができる。一実施例では、本発明は、傾きが等しい線分の組としてモデル化できる面をリサンプリングする場合に適用可能である効率の良い高速クリッピング(clipping)方法を提供する。それらの面は平面と、２つの直交軸を有し且つその一方の軸に沿っては湾曲しているが他方の軸に沿っては湾曲していない他の面とを含む。そのような面の一例は、ｘ軸又はｙ軸に沿って変位を伴うＺ平面である。この種の面は、その面にある全ての線分に関して決定される重要なクリッピング範囲を有することができるので、線分ごとのクリッピング・プロセスは速くなる。
【００１２】
より一般的な例を挙げて説明する。図３は、例えば、立方体により表されるデータ・ボリューム５２とリサンプリング平面５０との交差を示す。点線（例えば、５４）は、ボリューム５２の内側にサンプリング点が位置している線を表す。一実施例では、データ・ボリューム５２内の点におけるリサンプリングは、平面５０上の各々の線分をクリッピングすることが、サンプリング点がボリューム５２の内部に入ると始まり、解析すべき線分が完全にボリューム５２の外に出たことがわかるまで継続される。平面５０内にある線分５６、５８、６０、６２、６４、６６及び６８は、クリッピングの有無について解析すべき線分の種類を表す。これらの線分のうちいくつか（５６、５８、６６、６８）は完全にボリュームの外に出ている。その他の線分（６０、６２、６４）は部分的にボリュームの中に入っており、リサンプリング時にはクリッピングされる。データ点がリサンプリングされて行くデータ・ボリューム５２の部分は、シート６４の中に位置している。図３では、傾きの等しい平行な線分５６、５８、６０、６２、６４、６６及び６８が平面５０の軸Ａを定義する。リサンプリング面が平面であるため、平面５０の直交軸Ｂに沿って湾曲は全くない。
【００１３】
別の実施例では、湾曲したリサンプリング面を検査する。例えば、図４は、湾曲したリサンプリング面７２とデータ・ボリューム５２との交差を示す。リサンプリング面７２は湾曲しているが、この場合にも、傾きの等しい平行な線分７４、７６，７８、８０、８２、８４及び８６により特徴づけられる、すなわち、定義される。これらの平行な線分の傾きは、リサンプリング面７２の軸Ａを定義する。軸Ａと平行な方向にはリサンプリング面７２は湾曲していないが、軸Ａに対し直交する軸Ｂの方向では湾曲が許されており、実際に湾曲が存在する。図４に示す例では、リサンプリング面は完全にボリューム５２の中に入っている湾曲シート８８である。
【００１４】
線分の両端については、リサンプリング点がボリューム５２の中に入ってから、線分が完全にボリュームの外に出ているとわかるまでクリッピングされることにより、なされる。即ち、この一実施例では、このプロセスは線分の各々の端部で１度ずつ、２回繰り返して実行される。プロセスは線分に沿った一方の末端のサンプル点から始まり、その線分のもう一方の末端に達するまで、即ち、ボリュームの内部に入ってからサンプル点が見出されるまで、各サンプル点を試験することになる。線分の両端の点は初めにクリッピングされるので、データ・ボリューム内のサンプル点を処理する歩進(step)及び補間の繰り返しを上下限検査(bounds checking) なしで実行することができる。言い換えれば、処理している点がデータ・ボリュームの中にあるか又は外にあるかを決定するために、歩進及び補間の繰り返しの中で各点を検査する必要がないのである。繰り返しからこの検査が省略されるため、リフォーマッティング動作の効率は向上する。
【００１５】
図５は、一実施例で使用されるクリッピング手続きのフローチャートである。手続きの実行はブロック９０から始まる。ブロック９０では、サンプリング平面の１つの線分の両端の点の一方を選択する。ブロック９２では、選択した点がデータ・ボリュームの下方の面により表現されるデータ・ボリューム５２の境界の中にあるか否かを決定するための試験を実行する。この境界は、例えば、図３及び図４のボリューム５２の底面９４、右側面９６及び正面９８に相当するが、サンプリング面の向きに応じては、この試験に適する別の面として、例えば、サンプリング面５０又は７２のような面を使用する場合もある。点が下面の中に入っていなければ、すなわち、データ・ボリュームの中になければ、流れはブロック１００へ進む。データ・ボリュームの中に入っていた場合には、ブロック１０２で実行を継続する。
【００１６】
ブロック１００は、考慮すべきリサンプリング点がデータ・ボリューム５２の外にある場合にのみ実行される。この場合、そのリサンプリング点に対応する出力点、すなわち、視覚表現点又は画素は、その出力点がデータ・ボリューム５２の外にあり、従って、医学的データを利用できないことを指示するために、「背景」データで充填される。次に、プロセスはブロック１０４へ進み、線分のもう一方の端に到達したか否かを決定するための試験を実行する。もう一方の端に到達していれば、その線分は完全にデータ・ボリューム５２の外に出ているので、それ以上線分を検査する必要はない。そこで、プロセスはブロック１０６の呼出し手順に戻り、リサンプリング面の別の線分を検査するか、あるいは別の処理へ移行する。もう一方の端に到達していない場合には、ブロック１０８で現在線分に沿ってもう一方の終端点に向かって進み、クリッピング終端点になりうる点として新たなリサンプリング点を選択する。その後、プロセスはブロック９２に戻る。
【００１７】
ブロック９２で下方の面の中に入る点が見出された場合、ブロック１１０、１１２及び１１４では、その反対側の端部で線分をクリッピングするための同様の試験が実行される。この場合、データ・ボリューム５２の「上方の」面は上面１１６、背面１１８及び左側面１２０により表現されている。尚、線分の終端点を試験する順序は任意であり、データ・ボリュームの様々な面に適用される「上方」及び「下方」という用語も、ボリュームのどちらの側を任意に「上」、「下」と定義するかによって異なってくるため、多少なりとも任意性を有することに注意すべきである。しかし、線分が完全にデータ・ボリュームの外に出ているのであれば、その事実は最初のクリッピング試験の際に既に決定されているであろう。従って、終端点を試験する順序に関わらず、２回目のクリッピング試験ループにおいては、線分の反対側の終端点に達したか否かを検査する必要はない。
【００１８】
検査すべき点がデータ・ボリューム５２の下方の面と上方の面の間にある場合、これは、ブロック１２２で補間が実行される点である。補間機能では、点がデータ・ボリューム５２の中にあるか否かを決定するための検査を実行する必要がないので、ブロック１２２においては補間機能が効率良く実行される。次に、ブロック１２４では、この点が線分上の最後の点であるか否かを決定するための検査を実行する。最後の点であれば、プロセスは呼び出し機能に戻る（ブロック１２６）。そうでなければ、ブロック１２８で線分上の次のサンプル点を選択し、最後の点が選択されるまで、実行はブロック１２２へ戻り、このループを繰り返す。
【００１９】
一実施例においては、このクリッピング手続きの特徴は、ある１つの面にある全ての線分が図３及び図４のＡ軸と整列した線分の場合のように等しい傾きを有するとき、線分の各終端点を検査するためのボリューム５２のどの３つの面が必要とされるかを容易に決定できることである。これを単純に示した図６の二次元の例を参照すると、線分１３０を上方の終端点１３２からクリッピングするための手続きは、領域１３６の上方Ｙ座表面１３４と、領域１３６の下方Ｘ座表面１３８とを考慮に入れるだけで良い。同様に、線分１３０を下方の終端点１４０からクリッピングする場合にも、手続きは下方Ｙ座表面１４２と、上方Ｘ座表面１４４とを考慮に入れるだけで良い。このような解析は１つの面に対して１度実行されればよい。単純化した二次元の例では、図６に示すように、背景充填が行われる点は１３２、１４６、１４８、１５０、１４０、１５２、１５４及び１５６により表されている。線分１３０は点１５８及び１６０でクリッピングされ、点１６２、１６４及び１６６はデータ・ボリューム１３６内にある点を表している。図３及び図４に示す三次元の場合については、線分５６及び７４は完全にそれぞれ対応するボリューム５２の外に出ていることが認識される。線分６０及び７８はクリッピングされている。図３では、線分６０の点１６８と点１７０との間及び点１７２と点１７４との間で背景充填が行われ、図４の場合には、線分７８の点１７６と点１７８との間及び点１８０と点１８２との間で背景充填が行われる。一実施例においては、いずれかの線分についてクリッピングが完了した後、また、別の実施例では全ての線分についてクリッピングが完了した後に、特殊サンプラ(sampler) を採用する。
【００２０】
一実施例では、リサンプリング面の全ての線分について、リサンプリング面上の線分の傾きに従って選択された特殊サンプラを採用する。すなわち、図３を参照して説明すると、シート７０上に位置する線分６０の部分、すなわち、線分６０の、クリッピング点１７０とクリッピング点１７４との間にある部分似ついて、軸Ａの傾きに従って選択された特殊サンプラを採用するということになる。特殊サンプラを選択するときには、決定ツリーを使用する。そのような決定ツリーの一例１８４を図７に示す。決定ツリー１８４は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸それぞれの方向における線分の傾きの符号に従って特殊サンプラを選択するために使用される。図７に示す例では、考えうる線分の傾きの組み合わせの各々に関して最適化された特殊サンプラを更に選択することができる。すなわち、一実施例においては、補間方法ごとに、また、サンプル点の処理に要求される条件ごとに、異なる特殊サンプラが提供されるのである。一実施例では、従来より知られた方法である三次元線形(trilinear) 補間及び最隣接(nearest neighbour) 補間を使用する。しかし、本発明はこれらの補間方法の使用には限定されない。一実施例では、ボリュームの１つの軸に沿ってはより高次の補間を実行し、ボリュームのその他の軸に沿っては低次の補間を実行する。処理に際して一般に要求される選択肢には、補間値におけるインラインセーブ、またはその後の処理のためのサンプル点ごとの機能呼び出しがある。２番目に挙げた処理要求は平面リサンプリングの場合に使用される。
【００２１】
図８は、平面リサンプリングの実施例を二次元で表現した図である。この表現を三次元に拡張することは当業者には自明である。平面リサンプリングにおいては、基線線分１８６がサンプリング領域１８８の１つの辺を形成している。基線線分１８６から、この辺に対し垂直なサンプリング線分１９０は走査線線分を形成する。走査線線分は出力画像で使用される補間サンプル値を生成する。
従来のリフォーマッティングを実現するために３種類の処理方法、すなわち、補間方法が提供される場合、図７の決定ツリーの例においては、異なる傾きの組み合わせのそれぞれについて２４の特殊サンプラが必要である。また、ボリュームの次元が２の累乗である場合には、特殊ボクセル・アドレッシング方式を支援することが望ましいであろう。特殊サンプラの数は、リサンプリングの新たな変形方式ごとに指数関係をもって増加する。従って、特殊サンプラ機能を自動的に生成する方法を提供することが望ましい。
【００２２】
サンプリング機能を自動的に生成させるために、サンプリング機能をプログラミングするときにカプセル化方法及び仮想方法の技法を採用するのが望ましい。この方式は、性能を劣化させずにオブジェクト指向パラダイムを使用することによって、単純であり且つ再利用が可能であるという利点をもたらす。カプセル化は、例えば、ローカル機能変数の使用により実行される。各特殊サンプラは１つの機能として実現されるので、一実施例では、クラス変数の代わりにローカル変数を使用する。サンプル関するを表すソースコードを生成するのに適する特徴を持つ様々なプログラミング言語がある。
【００２３】
Ｃ＋＋プログラミング言語で書かれた一実施例の場合、間接的にメンバ変数を参照するのではなく、直接に変数を参照するので、性能が向上する。サンプラ機能はマクロのクラス構造集合と、制御論理マクロとを使用して生成される。（マクロのクラス構造集合とは、継承方法、カプセル化方法及び仮想方法を有するマクロの集合を言う。）マクロのクラス構造集合は、補間方法又は処理方法を実現するステッパポイントクラスを定義する。このクラスは次の方法を含む。
・Const( ) − この方法は、インタポレータ／プロセッサのコンストラクタである。他の方法により参照される変数宣言を生成する。
・Init(resultBuffer,resultbuffersize) − このイニシャライザは、補間値を格納するために、ポインタをバッファに設定する。
・ComputeValue(x, y, z, value) − この方法は、１つの点について特定の補間方法を実行する。
・GetPointNumber(number) − この方法はリサンプリング点番号を検索する。
【００２４】
第１のリサンプリング点は０、次のリサンプリング点は１などとなっている。
・ProcessBackward(value, x, y,z),ProcessForward(value, x, y, z) − これらの方法は値の特殊処理を規定する。また、これらの方法は基線線分についてステッパを実現するための機会を与える。順方向及び逆方向の方式により、処理方法は現在点を追跡することができる。
【００２５】
この実施例においては、ステッパ・コントローラ・マクロは、ステッパ点クラスのマクロ実現方法を参照することにより機能全体を構築する。補間又は処理のスタイルごとにステッパ方法を定義することにより、全ての特殊サンプラ機能を生成する。例えば、一実施例では、Ｃ／Ｃ＋＋プログラムコードを使用してサンプラ機能を生成するために次のコードセグメントを使用する（各ステートメントに先行する行番号はコードの一部ではないが、参考のために示されているだけである）。別の実施例においては、別のコンピュータ言語で対応する特徴を利用するために等価のコードを書き込む。
１ include(vtkM4ProcessTrilinear.m4)
２ VtkM4Stepper(P,P,P,Inline,TR)
３ VtkM4Stepper(P,P,N,Inline,TR)
４ VtkM4Stepper(P,N,P,Inline,TR)
５ VtkM4Stepper(P,N,N,Inline,TR)
６ VtkM4Stepper(N,P,P,Inline,TR)
７ VtkM4Stepper(N,P,N,Inline,TR)
８ VtkM4Stepper(N,N,P,Inline,TR)
９ VtkM4Stepper(N,N,N,Inline,TR)
１０
１１ include(vtkM4ProcessInline.m4)
１２ VtkM4Stepper(P,P,P,Inline,NN)
１３ VtkM4Stepper(P,P,N,Inline,NN)
１４ VtkM4Stepper(P,N,P,Inline,NN)
１５ VtkM4Stepper(P,N,N,Inline,NN)
１６ VtkM4Stepper(N,P,P,Inline,NN)
１７ VtkM4Stepper(N,P,N,Inline,NN)
１８ VtkM4Stepper(N,N,P,Inline,NN)
１９ VtkM4Stepper(N,N,N,Inline,NN)
２０
２１ include(vtkM4ProcessProcess.m4)
２２ VtkM4Stepper(P,P,P,Process,NN)
２３ VtkM4Stepper(P,P,N,Process,NN)
２４ VtkM4Stepper(P,N,P,Process,NN)
２５ VtkM4Stepper(P,N,N,Process,NN)
２６ VtkM4Stepper(N,P,P,Process,NN)
２７ VtkM4Stepper(N,P,N,Process,NN)
２８ VtkM4Stepper(N,N,P,Process,NN)
２９ VtkM4Stepper(N,N,N,Process,NN)。
【００２６】
第１の行は、三次元線形補間スタイル・ポイント・ステッパに関わる方法を定義するマクロ定義の集合を含む。VtkM4Stepperマクロはステッパ・コントローラ・マクロである。このマクロはその引数を使用して、線分の傾きに特有のクリッピング・コードを生成すると共に、それ独自の機能名を作成する。行１１は、最隣接補間スタイル・ポイント・ステッパを伴うステッパ方法を再定義する。行２１は、基線線分ステッパを実現するために使用されるプロセス−ポイント・スタイル・ポイント・ステッパを伴うステッパ方法を再び置き換えている。
ポイント・ステッパのConst（ ）は、オブジェクトインスタンス名及びメンバ変数名から取り出されるローカル変数名を生成することにより、十分なラン・タイム性能及びカプセル化が得られるように支援する。すなわち、どの補間方法においてもデータの隠蔽が行われるのである。
【００２７】
標準型コンピュータ・システム又はカスタム・コンピュータ・システムはこれらの方法の様々な実施例を実行するのに適した装置であり、本発明による方法の実施例を実行するように構成されれば、そのようなシステムは本発明による装置の実施例を構成することになる。このようなコンピュータ・システムは、プログラムやデータを格納するメモリ、オペレータ・コンソール、マウス又はジョイスティックなどの１つ又は複数の標準入力装置、及びビデオ表示装置を含むことができる。適切なコンピュータ・システムは図２に示すＣＴイメージング・システムの一部として設けられる。このコンピュータ・システムは、医学的データ及び方法を実行するための格納プログラムを格納できる大容量記憶装置３８と、コンピュータ又はプロセッサ３６と、オペレータ・コンソール４０と、表示装置４２とを含む。イメージング・システムとは別個に設けられる装置の実施例もあり、この場合、装置により処理すべき画像データは何らかの適切な方法によりコンピュータのメモリへ転送される。
【００２８】
２４８ＭＨｚプロセッサを有するＳＵＮ（登録商標）ＵｌｔｒａＳＰＡＲＣ−ＩＩコンピュータ（Ｓｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ、Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ、ＣＡ）を考えてみる。最隣接補間を使用して、５１２ｘ５１２ｘ６４の大きさの１６ビット・ボクセルのボリュームから５１２ｘ５１２の出力画像を毎秒２６フレームの速度で生成することができる。三次元線形補間を使用する場合には、５１２ｘ５１２ｘ６４の大きさの１６ビット・ボクセルのボリュームから５１２ｘ５１２の出力画像を毎秒５．５フレームの速度で生成することができる。
【００２９】
以上説明した方法及び装置は、データを会話形式で観察し且つ可視化することを可能にするために三次元データを迅速に、効率良くリサンプリングするものである。本発明による方法及び装置の利点は、等しい傾きを有する一組の線分としてモデル化された面を選択し、それらの線分を効率良くクリッピングし、リサンプリングのために高度に最適化され且つ特殊化された機能を使用し、それらを効率良く管理することにより実現される。
【００３０】
本発明を詳細に説明し且つ図示したが、以上の説明及び図面は単なる例示を目的としており、本発明を限定するとみなされてはならないことを明確に理解すべきである。更に、ここで説明したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器の双方がガントリ内部で回転する「第三世代」のシステムである。検出器がフルリング静止検出器であり、Ｘ線源のみがガントリ内部で回転する「第四世代」のシステムを含むその他の多くのシステムについても、個々の検出器要素を所定のＸ線ビームに対してほぼ均一の応答を示すように修正したならば、使用しても差し支えない。また、ここで説明したシステムは軸方向走査を実行するが、螺旋走査を行うシステムと組み合わせても本発明を利用できる。従って、本発明の趣旨は特許請求の範囲の用語によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの概略図。
【図２】図１に示すシステムの概略ブロック線図。
【図３】リサンプリング平面と、立方体により表されるデータ・ボリュームとの交差を示す図。
【図４】より一般的な湾曲した面と、立方体により表されるデータ・ボリュームとの交差を示す図。
【図５】線分クリッピング手続きの一実施例のフローチャート。
【図６】正方形の二次元データ・ボリュームと交わる線分に適用される線分クリッピング手続きの一実施例の、より簡略化された二次元の例を示す図。
【図７】特殊サンプラを選択する際に有用である決定ツリーの一実施例を表す概略図、
【図８】ベースライン線分がサンプリング領域の一方の端を形成し、ベースラインに対し垂直な線分は走査線線分を構成するような平面リサンプリングの簡略化された一例を示す図。
【符号の説明】
１０ ＣＴイメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器要素
２８ Ｘ線制御装置
３０ ガントリ・モータ制御装置
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成装置
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ オペレータ・コンソール
４２ ビデオ表示装置
４４ テーブル・モータ制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にはデータをリサンプリング(resampling)する方法及び装置に関し、特に、医学的データを視覚的に処理し且つ表示するために三次元データ・セットをリサンプリングする方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくとも１つの周知のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムの構成においては、Ｘ線源が扇形ビームを投射し、ビームは一般に「イメージング平面」と呼ばれるデカルト座標系のＸＹ平面の中におさまるようにコリメートされる。Ｘ線ビームは、患者などの画像を生成すべき物体を通過する。ビームはその物体により減衰された後、放射線検出器のアレイに入射する。減衰後、検出器アレイが受けるビーム放射の強さは、物体によるＸ線ビームの減衰の程度によって決まる。アレイの各検出器要素は、その検出器の場所におけるビーム減衰を表す個別の電気信号を発生する。全ての検出器からの減衰測定値を個別に収集して、１つの透過プロファイルを生成する。
【０００３】
周知の第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源と検出器アレイは、Ｘ線ビームが物体と交わる角度が絶えず変化するように、イメージング平面の中で画像を生成すべき物体を中心としてガントリと共に回転する。ある１つのガントリ角度における検出器アレイからの一群のＸ線減衰測定値、すなわち、投影データを「ビュー」という。物体の「走査」は、Ｘ線源と検出器が一回転する間に異なるガントリ角度、すなわち、ビュー角度で得られた一組のビューから成る。軸方向走査においては、投影データを処理して、オブジェクトの断面である二次元スライスに対応する画像を構成する。一組の投影データから１つの画像を再構成する方法の１つを、当該技術では、フィルタ補正逆投影技法と呼ぶ。このプロセスは１回の走査から選られた減衰測定値を「ＣＴ数」又は「ハウンズフィールド単位」と呼ばれる整数に変換する。これらの値は、陰極線管表示装置における対応する画素の輝度を制御するために使用される。これらの整数は医学的データのボリュームを形成する。
【０００４】
医療用として広く適用されている可視化技法の１つは、ＣＴ又はＭＲＩイメージング・システムから収集された医学的データのボリュームを任意の傾きを有する平面に沿ってリサンプリングする方法である。この可視化技法はリフォーマット(reformat)として知られている。１つの平面に沿ったボリュームリサンプリングを一般には所定ボリュームのリフォーマットという。リフォーマッティングにより、患部の横断面を見ることができ、とりわけ、狭窄、動脈瘤、面積及び距離を正確に測定する能力を獲得できる。
【０００５】
リサンプリング平面をどこに配置するかの決定は、会話形式で場所を決定することによって容易に行えるであろう。会話形式による場所の決定は、第１のリフォーマット平面画像を表示し、続いて、新たなリフォーマット平面画像を生成し、表示することにより行われると考えられる。この場合、新たなリフォーマット平面は第１のリフォーマット平面と比較して徐々に縮尺、回転角度又は並行移動距離の点で変化して行く。しかし、会話形式で場所を設定するためには、データのリサンプリング性能が良くなければならない。通常、毎秒約１０枚のリフォーマット画像を生成することが要求される。適切な性能が備わっていなければ、会話形式による場所の設定を制御するのは困難である。従来より知られているシステムは、適切なリサンプリング性能を提供することができていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、会話形式により医学的データを効率良く観察し且つ可視化することができるようにするためにデータの三次元ボリュームを迅速に、効率良くリサンプリングすることが望ましいであろう。また、リサンプリング面の効率の良いクリッピングを実行することも望ましいであろう。更に、リサンプリングのために高度に最適化され、特殊化された機能を使用する場合、最適化されたリサンプリング機能の多くの組を効率良く管理することも望ましいであろう。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一実施例では、上記の利点及びその他の利点は、会話形式でデータを効率良く観察し且つ可視化できるようにするために、少なくとも１つの方向に一定の傾きを有し且つデータの三次元ボリュームと交わる面を定義する一組の平行な線分を選択し、平行な線分に沿った複数の点でデータを処理して、データのリフォーマッティング済み画像を生成することにより、データの三次元ボリュームを迅速にリサンプリングする方法によって達成される。これに対応する装置の実施例も提供される。本発明の方法及び装置の実施例を使用すれば、線分上の点を処理している間、それらの点が所定のデータ・ボリュームの中に入っているか否かを決定するために平行な線分を検査する必要がないので、データの処理を迅速に進行させることができる。更に、方法及び装置の実施例によれば、高度に最適化され、特殊化された複数組のリサンプリング機能を使用することにより、データ、例えば、医学的データの三次元ボリュームの迅速で、効率の良いリサンプリングを実現することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して説明する。図示されているように、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０は、「第三世代」ＣＴスキャナを代表するガントリ１２を含む。ガントリ１２は、反対側にある検出器アレイ１８に向けてＸ線ビーム１６を投射するＸ線源１４を有する。検出器アレイ１８は、患者２２の身体を通過した投射Ｘ線を一体となって感知する複数の検出器要素２０により形成されている。検出器アレイ１８は１スライス構成、多重スライス構成のいずれであっても良い。各検出器要素２０は入射Ｘ線ビームの強さ、すなわち、ビームが患者２２を通過するときに起こるビームの減衰を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを収集するための走査の間、ガントリ１２及びガントリ１２に装着された構成要素は回転中心２４を中心として回転する。
【０００９】
ガントリ１２の回転及びＸ線源ｌ４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６により規制される。この制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び回転位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含む。制御機構２６のデータ収集システム（ＤＡＳ）３２は検出器要素２０からアナログ・データをサンプリングし、後の処理に備えて、そのデータをデジタル信号に変換する。画像再構成装置３４はＤＡＳ３２からサンプリングされたデジタル化Ｘ線データを受信し、高速画像再構成を実行する。再構成画像は入力としてコンピュータ３６に印加され、コンピュータ３６は画像を大容量記憶装置３８に格納する。
【００１０】
コンピュータ３６はオペレータから、キーボードを有するコンソール４０を介して、指令や走査パラメータも受信する。オペレータは、関連する陰極線管表示装置４２を通して、再構成画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータが提供した指令やパラメータを使用して、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に制御信号と情報を提供する。更に、コンピュータ３６は、ガントリ１２内における患者２２の位置を決定するために電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御装置４４を動作させる。
【００１１】
患者２２の走査によって、多量の医学的データが収集される。このデータをコンピュータとの会話を通してボリューム・サンプリングすれば、患部の複数の横断面画像を見て、狭窄、動脈瘤、面積及び距離を正確に測定することができる。一実施例では、本発明は、傾きが等しい線分の組としてモデル化できる面をリサンプリングする場合に適用可能である効率の良い高速クリッピング(clipping)方法を提供する。それらの面は平面と、２つの直交軸を有し且つその一方の軸に沿っては湾曲しているが他方の軸に沿っては湾曲していない他の面とを含む。そのような面の一例は、ｘ軸又はｙ軸に沿って変位を伴うＺ平面である。この種の面は、その面にある全ての線分に関して決定される重要なクリッピング範囲を有することができるので、線分ごとのクリッピング・プロセスは速くなる。
【００１２】
より一般的な例を挙げて説明する。図３は、例えば、立方体により表されるデータ・ボリューム５２とリサンプリング平面５０との交差を示す。点線（例えば、５４）は、ボリューム５２の内側にサンプリング点が位置している線を表す。一実施例では、データ・ボリューム５２内の点におけるリサンプリングは、平面５０上の各々の線分をクリッピングすることが、サンプリング点がボリューム５２の内部に入ると始まり、解析すべき線分が完全にボリューム５２の外に出たことがわかるまで継続される。平面５０内にある線分５６、５８、６０、６２、６４、６６及び６８は、クリッピングの有無について解析すべき線分の種類を表す。これらの線分のうちいくつか（５６、５８、６６、６８）は完全にボリュームの外に出ている。その他の線分（６０、６２、６４）は部分的にボリュームの中に入っており、リサンプリング時にはクリッピングされる。データ点がリサンプリングされて行くデータ・ボリューム５２の部分は、シート６４の中に位置している。図３では、傾きの等しい平行な線分５６、５８、６０、６２、６４、６６及び６８が平面５０の軸Ａを定義する。リサンプリング面が平面であるため、平面５０の直交軸Ｂに沿って湾曲は全くない。
【００１３】
別の実施例では、湾曲したリサンプリング面を検査する。例えば、図４は、湾曲したリサンプリング面７２とデータ・ボリューム５２との交差を示す。リサンプリング面７２は湾曲しているが、この場合にも、傾きの等しい平行な線分７４、７６，７８、８０、８２、８４及び８６により特徴づけられる、すなわち、定義される。これらの平行な線分の傾きは、リサンプリング面７２の軸Ａを定義する。軸Ａと平行な方向にはリサンプリング面７２は湾曲していないが、軸Ａに対し直交する軸Ｂの方向では湾曲が許されており、実際に湾曲が存在する。図４に示す例では、リサンプリング面は完全にボリューム５２の中に入っている湾曲シート８８である。
【００１４】
線分の両端については、リサンプリング点がボリューム５２の中に入ってから、線分が完全にボリュームの外に出ているとわかるまでクリッピングされることにより、なされる。即ち、この一実施例では、このプロセスは線分の各々の端部で１度ずつ、２回繰り返して実行される。プロセスは線分に沿った一方の末端のサンプル点から始まり、その線分のもう一方の末端に達するまで、即ち、ボリュームの内部に入ってからサンプル点が見出されるまで、各サンプル点を試験することになる。線分の両端の点は初めにクリッピングされるので、データ・ボリューム内のサンプル点を処理する歩進(step)及び補間の繰り返しを上下限検査(bounds checking) なしで実行することができる。言い換えれば、処理している点がデータ・ボリュームの中にあるか又は外にあるかを決定するために、歩進及び補間の繰り返しの中で各点を検査する必要がないのである。繰り返しからこの検査が省略されるため、リフォーマッティング動作の効率は向上する。
【００１５】
図５は、一実施例で使用されるクリッピング手続きのフローチャートである。手続きの実行はブロック９０から始まる。ブロック９０では、サンプリング平面の１つの線分の両端の点の一方を選択する。ブロック９２では、選択した点がデータ・ボリュームの下方の面により表現されるデータ・ボリューム５２の境界の中にあるか否かを決定するための試験を実行する。この境界は、例えば、図３及び図４のボリューム５２の底面９４、右側面９６及び正面９８に相当するが、サンプリング面の向きに応じては、この試験に適する別の面として、例えば、サンプリング面５０又は７２のような面を使用する場合もある。点が下面の中に入っていなければ、すなわち、データ・ボリュームの中になければ、流れはブロック１００へ進む。データ・ボリュームの中に入っていた場合には、ブロック１０２で実行を継続する。
【００１６】
ブロック１００は、考慮すべきリサンプリング点がデータ・ボリューム５２の外にある場合にのみ実行される。この場合、そのリサンプリング点に対応する出力点、すなわち、視覚表現点又は画素は、その出力点がデータ・ボリューム５２の外にあり、従って、医学的データを利用できないことを指示するために、「背景」データで充填される。次に、プロセスはブロック１０４へ進み、線分のもう一方の端に到達したか否かを決定するための試験を実行する。もう一方の端に到達していれば、その線分は完全にデータ・ボリューム５２の外に出ているので、それ以上線分を検査する必要はない。そこで、プロセスはブロック１０６の呼出し手順に戻り、リサンプリング面の別の線分を検査するか、あるいは別の処理へ移行する。もう一方の端に到達していない場合には、ブロック１０８で現在線分に沿ってもう一方の終端点に向かって進み、クリッピング終端点になりうる点として新たなリサンプリング点を選択する。その後、プロセスはブロック９２に戻る。
【００１７】
ブロック９２で下方の面の中に入る点が見出された場合、ブロック１１０、１１２及び１１４では、その反対側の端部で線分をクリッピングするための同様の試験が実行される。この場合、データ・ボリューム５２の「上方の」面は上面１１６、背面１１８及び左側面１２０により表現されている。尚、線分の終端点を試験する順序は任意であり、データ・ボリュームの様々な面に適用される「上方」及び「下方」という用語も、ボリュームのどちらの側を任意に「上」、「下」と定義するかによって異なってくるため、多少なりとも任意性を有することに注意すべきである。しかし、線分が完全にデータ・ボリュームの外に出ているのであれば、その事実は最初のクリッピング試験の際に既に決定されているであろう。従って、終端点を試験する順序に関わらず、２回目のクリッピング試験ループにおいては、線分の反対側の終端点に達したか否かを検査する必要はない。
【００１８】
検査すべき点がデータ・ボリューム５２の下方の面と上方の面の間にある場合、これは、ブロック１２２で補間が実行される点である。補間機能では、点がデータ・ボリューム５２の中にあるか否かを決定するための検査を実行する必要がないので、ブロック１２２においては補間機能が効率良く実行される。次に、ブロック１２４では、この点が線分上の最後の点であるか否かを決定するための検査を実行する。最後の点であれば、プロセスは呼び出し機能に戻る（ブロック１２６）。そうでなければ、ブロック１２８で線分上の次のサンプル点を選択し、最後の点が選択されるまで、実行はブロック１２２へ戻り、このループを繰り返す。
【００１９】
一実施例においては、このクリッピング手続きの特徴は、ある１つの面にある全ての線分が図３及び図４のＡ軸と整列した線分の場合のように等しい傾きを有するとき、線分の各終端点を検査するためのボリューム５２のどの３つの面が必要とされるかを容易に決定できることである。これを単純に示した図６の二次元の例を参照すると、線分１３０を上方の終端点１３２からクリッピングするための手続きは、領域１３６の上方Ｙ座表面１３４と、領域１３６の下方Ｘ座表面１３８とを考慮に入れるだけで良い。同様に、線分１３０を下方の終端点１４０からクリッピングする場合にも、手続きは下方Ｙ座表面１４２と、上方Ｘ座表面１４４とを考慮に入れるだけで良い。このような解析は１つの面に対して１度実行されればよい。単純化した二次元の例では、図６に示すように、背景充填が行われる点は１３２、１４６、１４８、１５０、１４０、１５２、１５４及び１５６により表されている。線分１３０は点１５８及び１６０でクリッピングされ、点１６２、１６４及び１６６はデータ・ボリューム１３６内にある点を表している。図３及び図４に示す三次元の場合については、線分５６及び７４は完全にそれぞれ対応するボリューム５２の外に出ていることが認識される。線分６０及び７８はクリッピングされている。図３では、線分６０の点１６８と点１７０との間及び点１７２と点１７４との間で背景充填が行われ、図４の場合には、線分７８の点１７６と点１７８との間及び点１８０と点１８２との間で背景充填が行われる。一実施例においては、いずれかの線分についてクリッピングが完了した後、また、別の実施例では全ての線分についてクリッピングが完了した後に、特殊サンプラ(sampler) を採用する。
【００２０】
一実施例では、リサンプリング面の全ての線分について、リサンプリング面上の線分の傾きに従って選択された特殊サンプラを採用する。すなわち、図３を参照して説明すると、シート７０上に位置する線分６０の部分、すなわち、線分６０の、クリッピング点１７０とクリッピング点１７４との間にある部分似ついて、軸Ａの傾きに従って選択された特殊サンプラを採用するということになる。特殊サンプラを選択するときには、決定ツリーを使用する。そのような決定ツリーの一例１８４を図７に示す。決定ツリー１８４は、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸それぞれの方向における線分の傾きの符号に従って特殊サンプラを選択するために使用される。図７に示す例では、考えうる線分の傾きの組み合わせの各々に関して最適化された特殊サンプラを更に選択することができる。すなわち、一実施例においては、補間方法ごとに、また、サンプル点の処理に要求される条件ごとに、異なる特殊サンプラが提供されるのである。一実施例では、従来より知られた方法である三次元線形(trilinear) 補間及び最隣接(nearest neighbour) 補間を使用する。しかし、本発明はこれらの補間方法の使用には限定されない。一実施例では、ボリュームの１つの軸に沿ってはより高次の補間を実行し、ボリュームのその他の軸に沿っては低次の補間を実行する。処理に際して一般に要求される選択肢には、補間値におけるインラインセーブ、またはその後の処理のためのサンプル点ごとの機能呼び出しがある。２番目に挙げた処理要求は平面リサンプリングの場合に使用される。
【００２１】
図８は、平面リサンプリングの実施例を二次元で表現した図である。この表現を三次元に拡張することは当業者には自明である。平面リサンプリングにおいては、基線線分１８６がサンプリング領域１８８の１つの辺を形成している。基線線分１８６から、この辺に対し垂直なサンプリング線分１９０は走査線線分を形成する。走査線線分は出力画像で使用される補間サンプル値を生成する。
従来のリフォーマッティングを実現するために３種類の処理方法、すなわち、補間方法が提供される場合、図７の決定ツリーの例においては、異なる傾きの組み合わせのそれぞれについて２４の特殊サンプラが必要である。また、ボリュームの次元が２の累乗である場合には、特殊ボクセル・アドレッシング方式を支援することが望ましいであろう。特殊サンプラの数は、リサンプリングの新たな変形方式ごとに指数関係をもって増加する。従って、特殊サンプラ機能を自動的に生成する方法を提供することが望ましい。
【００２２】
サンプリング機能を自動的に生成させるために、サンプリング機能をプログラミングするときにカプセル化方法及び仮想方法の技法を採用するのが望ましい。この方式は、性能を劣化させずにオブジェクト指向パラダイムを使用することによって、単純であり且つ再利用が可能であるという利点をもたらす。カプセル化は、例えば、ローカル機能変数の使用により実行される。各特殊サンプラは１つの機能として実現されるので、一実施例では、クラス変数の代わりにローカル変数を使用する。サンプル関するを表すソースコードを生成するのに適する特徴を持つ様々なプログラミング言語がある。
【００２３】
Ｃ＋＋プログラミング言語で書かれた一実施例の場合、間接的にメンバ変数を参照するのではなく、直接に変数を参照するので、性能が向上する。サンプラ機能はマクロのクラス構造集合と、制御論理マクロとを使用して生成される。（マクロのクラス構造集合とは、継承方法、カプセル化方法及び仮想方法を有するマクロの集合を言う。）マクロのクラス構造集合は、補間方法又は処理方法を実現するステッパポイントクラスを定義する。このクラスは次の方法を含む。
・Const( ) − この方法は、インタポレータ／プロセッサのコンストラクタである。他の方法により参照される変数宣言を生成する。
・Init(resultBuffer,resultbuffersize) − このイニシャライザは、補間値を格納するために、ポインタをバッファに設定する。
・ComputeValue(x, y, z, value) − この方法は、１つの点について特定の補間方法を実行する。
・GetPointNumber(number) − この方法はリサンプリング点番号を検索する。
【００２４】
第１のリサンプリング点は０、次のリサンプリング点は１などとなっている。
・ProcessBackward(value, x, y,z),ProcessForward(value, x, y, z) − これらの方法は値の特殊処理を規定する。また、これらの方法は基線線分についてステッパを実現するための機会を与える。順方向及び逆方向の方式により、処理方法は現在点を追跡することができる。
【００２５】
この実施例においては、ステッパ・コントローラ・マクロは、ステッパ点クラスのマクロ実現方法を参照することにより機能全体を構築する。補間又は処理のスタイルごとにステッパ方法を定義することにより、全ての特殊サンプラ機能を生成する。例えば、一実施例では、Ｃ／Ｃ＋＋プログラムコードを使用してサンプラ機能を生成するために次のコードセグメントを使用する（各ステートメントに先行する行番号はコードの一部ではないが、参考のために示されているだけである）。別の実施例においては、別のコンピュータ言語で対応する特徴を利用するために等価のコードを書き込む。
１ include(vtkM4ProcessTrilinear.m4)
２ VtkM4Stepper(P,P,P,Inline,TR)
３ VtkM4Stepper(P,P,N,Inline,TR)
４ VtkM4Stepper(P,N,P,Inline,TR)
５ VtkM4Stepper(P,N,N,Inline,TR)
６ VtkM4Stepper(N,P,P,Inline,TR)
７ VtkM4Stepper(N,P,N,Inline,TR)
８ VtkM4Stepper(N,N,P,Inline,TR)
９ VtkM4Stepper(N,N,N,Inline,TR)
１０
１１ include(vtkM4ProcessInline.m4)
１２ VtkM4Stepper(P,P,P,Inline,NN)
１３ VtkM4Stepper(P,P,N,Inline,NN)
１４ VtkM4Stepper(P,N,P,Inline,NN)
１５ VtkM4Stepper(P,N,N,Inline,NN)
１６ VtkM4Stepper(N,P,P,Inline,NN)
１７ VtkM4Stepper(N,P,N,Inline,NN)
１８ VtkM4Stepper(N,N,P,Inline,NN)
１９ VtkM4Stepper(N,N,N,Inline,NN)
２０
２１ include(vtkM4ProcessProcess.m4)
２２ VtkM4Stepper(P,P,P,Process,NN)
２３ VtkM4Stepper(P,P,N,Process,NN)
２４ VtkM4Stepper(P,N,P,Process,NN)
２５ VtkM4Stepper(P,N,N,Process,NN)
２６ VtkM4Stepper(N,P,P,Process,NN)
２７ VtkM4Stepper(N,P,N,Process,NN)
２８ VtkM4Stepper(N,N,P,Process,NN)
２９ VtkM4Stepper(N,N,N,Process,NN)。
【００２６】
第１の行は、三次元線形補間スタイル・ポイント・ステッパに関わる方法を定義するマクロ定義の集合を含む。VtkM4Stepperマクロはステッパ・コントローラ・マクロである。このマクロはその引数を使用して、線分の傾きに特有のクリッピング・コードを生成すると共に、それ独自の機能名を作成する。行１１は、最隣接補間スタイル・ポイント・ステッパを伴うステッパ方法を再定義する。行２１は、基線線分ステッパを実現するために使用されるプロセス−ポイント・スタイル・ポイント・ステッパを伴うステッパ方法を再び置き換えている。
ポイント・ステッパのConst（ ）は、オブジェクトインスタンス名及びメンバ変数名から取り出されるローカル変数名を生成することにより、十分なラン・タイム性能及びカプセル化が得られるように支援する。すなわち、どの補間方法においてもデータの隠蔽が行われるのである。
【００２７】
標準型コンピュータ・システム又はカスタム・コンピュータ・システムはこれらの方法の様々な実施例を実行するのに適した装置であり、本発明による方法の実施例を実行するように構成されれば、そのようなシステムは本発明による装置の実施例を構成することになる。このようなコンピュータ・システムは、プログラムやデータを格納するメモリ、オペレータ・コンソール、マウス又はジョイスティックなどの１つ又は複数の標準入力装置、及びビデオ表示装置を含むことができる。適切なコンピュータ・システムは図２に示すＣＴイメージング・システムの一部として設けられる。このコンピュータ・システムは、医学的データ及び方法を実行するための格納プログラムを格納できる大容量記憶装置３８と、コンピュータ又はプロセッサ３６と、オペレータ・コンソール４０と、表示装置４２とを含む。イメージング・システムとは別個に設けられる装置の実施例もあり、この場合、装置により処理すべき画像データは何らかの適切な方法によりコンピュータのメモリへ転送される。
【００２８】
２４８ＭＨｚプロセッサを有するＳＵＮ（登録商標）ＵｌｔｒａＳＰＡＲＣ−ＩＩコンピュータ（Ｓｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ、Ｐａｌｏ Ａｌｔｏ、ＣＡ）を考えてみる。最隣接補間を使用して、５１２ｘ５１２ｘ６４の大きさの１６ビット・ボクセルのボリュームから５１２ｘ５１２の出力画像を毎秒２６フレームの速度で生成することができる。三次元線形補間を使用する場合には、５１２ｘ５１２ｘ６４の大きさの１６ビット・ボクセルのボリュームから５１２ｘ５１２の出力画像を毎秒５．５フレームの速度で生成することができる。
【００２９】
以上説明した方法及び装置は、データを会話形式で観察し且つ可視化することを可能にするために三次元データを迅速に、効率良くリサンプリングするものである。本発明による方法及び装置の利点は、等しい傾きを有する一組の線分としてモデル化された面を選択し、それらの線分を効率良くクリッピングし、リサンプリングのために高度に最適化され且つ特殊化された機能を使用し、それらを効率良く管理することにより実現される。
【００３０】
本発明を詳細に説明し且つ図示したが、以上の説明及び図面は単なる例示を目的としており、本発明を限定するとみなされてはならないことを明確に理解すべきである。更に、ここで説明したＣＴシステムは、Ｘ線源と検出器の双方がガントリ内部で回転する「第三世代」のシステムである。検出器がフルリング静止検出器であり、Ｘ線源のみがガントリ内部で回転する「第四世代」のシステムを含むその他の多くのシステムについても、個々の検出器要素を所定のＸ線ビームに対してほぼ均一の応答を示すように修正したならば、使用しても差し支えない。また、ここで説明したシステムは軸方向走査を実行するが、螺旋走査を行うシステムと組み合わせても本発明を利用できる。従って、本発明の趣旨は特許請求の範囲の用語によってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの概略図。
【図２】図１に示すシステムの概略ブロック線図。
【図３】リサンプリング平面と、立方体により表されるデータ・ボリュームとの交差を示す図。
【図４】より一般的な湾曲した面と、立方体により表されるデータ・ボリュームとの交差を示す図。
【図５】線分クリッピング手続きの一実施例のフローチャート。
【図６】正方形の二次元データ・ボリュームと交わる線分に適用される線分クリッピング手続きの一実施例の、より簡略化された二次元の例を示す図。
【図７】特殊サンプラを選択する際に有用である決定ツリーの一実施例を表す概略図、
【図８】ベースライン線分がサンプリング領域の一方の端を形成し、ベースラインに対し垂直な線分は走査線線分を構成するような平面リサンプリングの簡略化された一例を示す図。
【符号の説明】
１０ ＣＴイメージング・システム
１２ ガントリ
１４ Ｘ線源
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器要素
２８ Ｘ線制御装置
３０ ガントリ・モータ制御装置
３２ データ収集システム（ＤＡＳ）
３４ 画像再構成装置
３６ コンピュータ
３８ 大容量記憶装置
４０ オペレータ・コンソール
４２ ビデオ表示装置
４４ テーブル・モータ制御装置
Claims (10)
- 三次元画像を表す三次元データ・ボリューム（５２）を、ユーザ指定のリサンプリング方向から会話形式で再視覚化するために、前記データ・ボリュームをコンピュータ処理によりリサンプリングするリサンプル画像生成方法において、
このコンピュータのメモリ空間の座標系で表した傾き（ｄｙ／ｄｘ）を有し且つ前記三次元データ・ボリューム（５２）と交わるところのリサンプリング面（５０）を定義する一組の平行な線分（５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８）を、前記リサンプリング方向として選択する線分選択過程と、
クリッピング後の前記一組の平行な線分（１７０、１７２、１７４）が前記三次元データ・ボリューム（５２）の中に完全に入るように前記一組の平行な線分（５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８）の端部を、前記コンピュータにより、クリッピングするクリッピング過程と、
前記三次元データ・ボリューム（５２）のデータに対して、前記コンピュータによる前記一組の平行な線分（１７０、１７２、１７４）の上の複数の点でのリサンプリング処理を行うことにより、前記三次元データ・ボリューム（５２）のリフォーマッティング済み画像を生成するデータ処理過程と、
を具備するリサンプル画像生成方法であって、
前記データ処理過程は、
前記リサンプリング処理にて適用されるサンプリング機能を、前記一組の平行な線分（５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８）の前記傾きの値に応じて、三次元線形補間サンプリング機能と最隣接サンプリング機能とプロセス・サンプリング機能との中から１つ選択して決定するサンプリング機能決定過程と、
クリッピング後の前記一組の平行な線分（１７０、１７２、１７４）上の複数の点に沿って前記三次元データ・ボリュームの前記データに対して、前記決定された前記サンプリング機能を適用してリサンプリング処理を行うリサンプリング処理過程と、
を具備することを特徴とするリサンプル画像生成方法。 - 前記リサンプリング処理過程は、クリッピング後の線分上の複数の点に沿ってデータを処理する過程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記線分選択過程は、一組の平行な共面線分を選択する過程を含む請求項１または２記載の方法。
- 前記線分選択過程は、一対の直交する軸を有し、その一対の直交する軸のいずれか一方に沿って湾曲を有する面の中の一組の平行な線分を選択する過程を含むことを特徴とする請求項１または２または３に記載の方法。
- 前記クリッピング過程は、
前記一組の平行な線分の各々の第１の端点（１７２）をクリッピングするために、前記データ・ボリュームの第１の組の面（９４，９６，９８）を決定し、且つ、各々の線分の反対側の第２の端点（１６８）をクリッピングするために前記データ・ボリュームの第２の組の面（１１６，１１８，１２０）を決定する過程と、
線分ごとに、第１のクリッピング点（１７４）でクリッピングするために、その線分の前記第１の端点（１７２）及び第１の組の面（９４，９６，９８）を解析し、且つ第２のクリッピング点（１７０）でクリッピングするために、その線分の前記第２の端点（１６８）及び第２の組の面（１１６，１１８，１２０）を解析する過程と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。 - 前記リサンプリング処理過程は、平行な線分の傾きに対応する特殊サンプリング機能を選択する過程と、クリッピング後の線分に沿った複数の点におけるデータの前記選択された特殊サンプリングを計算する過程とを含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
- 前記サンプリング機能決定過程において決定されるサンプリング手法は、前記一組の平行な線分の傾きの値に応じた異なる補間方法を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
- 三次元画像を表す三次元データ・ボリューム（５２）をユーザ指定のリサンプリング方向から会話形式で再視覚化するために、前記データ・ボリュームをリサンプリングするコンピュータ（３６）を有するリサンプル画像生成システムであって、
前記コンピュータ（３６）は、
このコンピュータのメモリ空間の座標系で表した傾き（ｄｙ／ｄｘ）を有し且つ前記三次元データ・ボリューム（５２）と交わるところの面（５０）を定義する一組の平行な線分（５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８）を、前記リサンプリング方向として選択し、
クリッピング後の前記一組の平行な線分（１７０、１７２、１７４）が前記三次元データ・ボリューム（５２）の中に完全に入るように前記一組の平行な線分（５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８）の端部をクリッピングし、
前記三次元データ・ボリューム（５２）のデータに対して前記一組の平行な線分（１７０、１７２、１７４）の上の複数の点でのリサンプリング処理を行うことにより、前記三次元データ・ボリューム（５２）のリフォーマッティング済み画像を生成する、ように構成されていると共に、
前記コンピュータは、さらに、
前記リサンプリング処理にて適用されるサンプリング機能を、前記一組の平行な線分（５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８）の前記傾きの値に応じて、三次元線形補間サンプリング機能と最隣接サンプリング機能とプロセス・サンプリング機能との中から１つ選択して決定し、
クリッピング後の前記一組の平行な線分（１７０、１７２、１７４）上の複数の点に沿って前記三次元データ・ボリュームの前記データに対して、前記決定された前記サンプリング機能を適用してリサンプリング処理を行う、
ように構成されていることを特徴とするリサンプル画像生成システム。 - 前記一組の平行な線分を選択する動作は、一対の直交する軸を有し、その一対の直交する軸のいずれか一方に沿って湾曲を有する面の中の一組の平行な線分を選択する動作を含むことを特徴とする請求項８記載のシステム。
- 前記コンピュータは、さらに、
前記一組の平行な線分の各々の第１の端点（１７２）をクリッピングするために、前記三次元データ・ボリュームの第１の組の面（９４，９６，９８）を決定し、且つ、各々の線分の反対側の第２の端点（１６８）をクリッピングするために前記三次元データ・ボリュームの第２の組の面（１１６，１１８，１２０）を決定する動作と、
線分ごとに、第１のクリッピング点（１７４）でクリッピングするために、その線分の前記第１の端点（１７２）及び第１の組の面（９４，９６，９８）を解析し、且つ第２のクリッピング点（１７０）でクリッピングするために、その線分の前記第２の端点（１６８）及び第２の組の面（１１６，１１８，１２０）を解析する動作と、
を実行するように構成されたことを特徴とする請求項８乃至９のいずれかに記載のシステム。
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