JP5021090B2 - ３次元画像の一部を視覚化する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、３次元画像の一部を視覚化する方法に関する。

例えば医療分野では、診断を行うために３次元画像がしばしば使用される。特に放射線学において、３次元画像は複数の交錯する血管を見ることができる。調査中、放射線専門医は、関心があると思われる画像の一部を詳細に視覚化して診断を行うために、その画像を切り離したいと思うことがある。動脈壁の拡張によって形成されたサイド・ポケット、すなわち動脈瘤は、特にこのポケットが複数の血管によって隠れているとき、３次元画像の視覚化が困難なことがある。空間内で３次元画像を数回転してさえ、好ましい角度で動脈瘤を視覚化することがいつも可能とは限らない。狭窄症など他の病状の視覚化にも同じことが言える。

３次元画像の一部を切り離すことを可能にする、従来以下に述べる知られた方法がある。

３次元画像内に含まれる関心のある要素にどのようにズーム効果を作り出すかが知られている。しかし、ズーム後に得られた画像は、関心のある小さな要素に対して数回拡大（ズーム）する必要があるので、いつも非常によい画質であるとは限らない。

切断面によって３次元画像の一部を切り離す方法も知られている。この目的のために、所与の３次元画像から、カーソルによって３次元画像表示ウィンドウ上の直線を追跡することによって切断面を選択する。例えば、たどった線の下の画像の一部がその画像から取り除かれる。元の３次元画像の上部と同一の新たな３次元画像が得られる。

最後に、３次元画像の一部を切り離すことができる仮想外科用メス法が知られている。切り離された部分は自由な形態で決定される。放射線専門医は、この３次元画像の多角形を追跡することによって任意の形態を決定する。考慮に入れられるボリュームは、多角形と同一の断面および表示ウィンドウに垂直方向に無限の長さの筒又は柱（以下シリンダという）である。次いで、シリンダによって区画されたボリューム内に含まれる部分だけが視覚化された３次元画像が得られる。しかし、この方法には多数の欠点がある。すなわち、
見えない部分がもはやアクセス不能、得られた形態が変更できない、かつ他の見方をするには多角形をもう１度追跡する必要があるということによる対話性の不足、
追跡が２次元でなされ、その追跡線が特定のルールに従って３次元に解釈されるので、最終ボリュームを制御できないこと、
多角形を「マニュアル」追跡することによる遅さである。

本発明は、前述の方法の欠点を修正し、３次元画像の一部を迅速に切り離し、視覚化されたボリュームの形態を容易かつ対話的に変更する方法を提案することを意図する。

したがって本発明は、３次元画像の一部を視覚化する方法を提案する。この３次元画像は、表示画面上または画面のウィンドウに表示される。視覚化された部分は、有限の所定のボリュームによって区画され、その中心は３次元画像内に存在する関心のある要素上に位置する。有限の所定のボリュームに限定されているため、関心のある要素の周りで、所定のボリュームの外に存在するどの要素ももはや見えない。得られた３次元画像は、ただ所定のボリュームに含まれる要素だけが見えるので鮮明に見える。３次元画像のズーム、回転など、どの３次元画像にも適用可能な知られた方法のほとんどを適用することができるので極めて優れている。

３次元画像は、磁気共鳴、スキャナ、またはＸ線照射によって得ることができる。

最終的な３次元画像は、
ａ）関心のある要素上の点を選択すること、
ｂ）寸法があらかじめ決定されかつ中心が関心のある要素上の点であるボリュームを３次元画像内に作り出すこと、
ｃ）所定のボリュームと３次元画像の間の共通部分を作ること、
ｄ）所定のボリューム内に含まれる３次元画像の一部を表示することにより、所定のボリューム内で得られる。

好ましい実施態様では、各瞬間に所定のボリューム内に含まれる３次元画像の一部だけを表示しながら、所定のボリュームを平行移動により３次元画像内に表示することができる。本発明のある実施態様において、本発明は対話的である。
所定のボリュームを２次元空間内で移動させる（平行移動させる）、すなわち所定のボリュームの中心が表示ウィンドウに平行な平面に沿って移動することによって、所定のボリューム内で見ることができる平面に充分近い３次元画像の全ての要素を走査することができる。この移動は、段階ｂ）、ｃ）、ｄ）を繰り返すことにより、所定のボリュームの新たな中心として、この平面（表示ウィンドウに平行で所定のボリュームの中心として取られた第１の点を通過する平面）内に位置する、放射線専門医によって選択された長さだけ前の中心から離れた点を取ることにより得られる。

しかし所定のボリュームを移動するよりも、表示ウィンドウ上の所定のボリュームを維持しながら３次元画像が移動する方が好ましい。

別の好ましい実施態様では、所定のボリュームに含まれる３次元画像の一部、ならびに所定のボリュームの断面と同一の断面で無限の長さのシリンダに含まれない３次元画像の他の全ての部分を所定のボリュームとともに表示できる。その際、シリンダ内に含まれない３次元画像はどの部分も低下モードで表示される。

所定のボリュームの寸法は有利に変更可能である。オペレータは所定のボリュームを減少または増大させることを選択できる。そうするには、同じ中心を維持し、オペレータの選択でボリュームの寸法を変更しながら段階ｂ）、ｃ）、ｄ）を実行する。

所定のボリュームは、その最初の直径が３次元画像表示ウィンドウの幅の半分に等しい球であることが望ましい。球以外の形を容易に選択することができる。
例えば、平行６面体またはその方程式の使用が知られている他のどの多面体も取ることができる。

本発明の１つの使用方法によれば、点が関心のある要素上で選択された後で（段階ａ）、この点を３次元表示ウィンドウの中心に配置するように３次元画像の平行移動がなされる、

さらに、この点はカーソルによって選択することができる。カーソルは放射線専門医によって操作されるマウスの動きを表す。

本発明の他の利点と特徴は、非限定的な使用方法についての詳細な説明および添付の図面を吟味すれば明らかになろう。

複数の血管および見ることの困難な動脈瘤を含む３次元画像である。 本発明により特に動脈瘤を切り離すことによって得られた３次元画像である。 図２の画像で平行移動の結果として得られた３次元画像である。 低下モードの３次元画像の一部を伴う所定のボリュームの表示である。

図１を参照すると、表示ウィンドウ１は、複数の２次血管２ａ〜２ｆに分枝する主血管２を示す。この主血管の上部には、２次血管２ｂ〜２ｆに囲まれているために判別困難な動脈瘤３がある。放射線専門医がこの動脈瘤３を調査したいと考えるとき、この専門医は、この動脈瘤を異なる角度で視覚化するために、当業者によく知られた方法で画像を回転させることができる。しかし画像上に見られるとおり、動脈瘤３を囲む２次血管のグループ２ａ〜２ｆのために、どの角度から見てもこの動脈瘤をよく見ることができない。２次血管２ｂ〜２ｆを越えて、動脈瘤３がはっきりと見える限られた空間に入るために、本発明はこの動脈瘤３を所与のボリューム内に切り離すことができる。

動脈瘤３は、放射線専門医によって操作されるマウスでその上をクリックすることによって選択される。このマウスは、表示ウィンドウ１上でカーソル４を位置決めする。

次に図２を参照すると、アルゴリズムが３次元空間内でカーソル４によって選択された点を見つける。この点は動脈瘤３上にある。３次元画像が平行移動し、その結果カーソルによって選択された点が表示ウィンドウ１の中心に来る。しかし、この点を表示ウィンドウ１上の他の所に移動することは完全に可能である。
ウィンドウの中心は利便性の理由で選ばれた。

所定のボリュームが次いで確立される。このボリュームを球５で示す。球５の中心は、動脈瘤３上でカーソル４によって選択された点である。球５の中心は、表示ウィンドウ１の中心に視覚化される。この球の半径は、表示ウィンドウ１の幅の４分の１に等しく選ばれる。次いで球５と３次元画像の間の共通部分が作られ、球５に含まれる血管の一部だけが表示される。球５の内に得られた画像は、中に動脈瘤３がはっきりと見える３次元画像であり、また、血管２と動脈瘤３の間の接合部を形成するネック６である。次いで、他の視点からネック６を視覚化するために、ズームと３次元回転操作を実行することが可能である。したがって放射線専門医は、動脈瘤３を中立化するのに最適な介入を選択することができる。血管２ｃ、２ｅ、２ｆは、球５内に一部を含むが、球５の外の部分は切り落される。

半径を減少させる（より少ない要素が見える）か拡大させる（より多くの要素が見える）ことによって球の寸法を変動させることも可能である。そうするには、球の半径の値の各変更時に（例えばキーボードによって新たな値を入力すると）、同じ中心から、新たな値に等しい半径の新たな球が判定され、次いで３次元画像との共通部分が作られる。

図２の画像から始め、球５の外部区域（カーソル４参照）でマウス・ボタンを押し下げてクリックし、カーソル４を表示ウィンドウ１の上部に向かってドラッグすると、図３による新たな画像が球５内に得られるということが可能である。
主血管２の一部がここに見えるが、この部分は図２の画像内にはなかった。図３の新たな画像は、中に図１の３次元画像の他の一部が見えるが、カーソル４の動きに比例した距離だけ下方に移動した新たな３次元画像である。この目的のために、カーソルの各移動時に、例えば上方に、新たな点が最初の３次元画像上で判定され、次いで表示ウィンドウの中心に戻され（最初の３次元画像が上方に移動する）、球と３次元画像の間で共通部分が作られる。３次元画像の移動は、表示ウィンドウの平面に沿った平行移動である。

図４に見られるとおり、本発明の他の有利な特徴は、球５および同じウィンドウ上の球内に含まれない３次元画像の一部を表示する可能性である。この球に含まれない部分は、低下モードで、例えば球５内に含まれる画像の階調よりも弱い階調で表示される。球５をよく視覚化するには、球内に含まれない３次元画像の部分は、軸が表示ウィンドウ１に垂直で、表示ウィンドウの中心を通過する空のシリンダを置くことによって決定される３次元画像の一部と等価である。さらにシリンダの円形断面は、球５の直径に等しい直径を有する。したがって図４の画像を視覚化することにより、最初の３次元画像が、球５内に含まれる要素を除き低下モードで視覚化され、（表示ウィンドウの見る角度に対して）球５の前後に位置するどの要素も消去される。

開示の方法は、３次元画像内の関心のある要素を切り離すことを可能にする。
この方法により、従来の方法に比較してオペレータが時間を節約することが可能になる。神経放射線学の介入中に、特に動脈塞栓術のために、この方法はそのような治療手順の信頼性をかなり向上させる。

当業者なら、本発明の範囲を逸脱することなく、構造および／またはステップおよび／または機能の様々な変更を行うことができる。

２ 主血管 ３ 動脈瘤 ４ カーソル ５ 球 ６ ネック

Claims (9)

1. ３次元画像化された対象物を表わす３次元画像を視覚化する方法であって、その方法は、
   画像処理装置が表示ウィンドウに前記３次元画像を表示させるステップと、
   前記表示ウィンドウ上で前記３次元画像の一部に表示された関心のある要素（２）上の点が選択されたことに応答して、前記画像処理装置が前記選択された点に応じて、前記表示ウィンドウの平面に沿って前記３次元画像を平行移動させるステップと、
   前記画像処理装置が３次元のすべての次元において有限のボリューム（５）を前記３次元画像の一部に作り出すステップと、
   前記画像処理装置が前記有限の所定のボリュームと前記３次元画像の一部との間に共通部分を作って、前記３次元画像の前記関心のある要素を切り離すステップと、
   前記画像処理装置が前記有限の所定のボリューム（５）内に含まれる前記３次元画像の一部を前記表示ウィンドウに表示させるステップと、
   前記表示ウィンドウ上で前記有限の所定のボリュームがカーソルにより対話的に平行移動されたことに応答して、前記画像処理装置が移動後の有限のボリューム（５）を前記３次元画像の一部に作り出すステップと、
   前記画像処理装置が前記移動後の有限の所定のボリュームと前記３次元画像の一部との間に共通部分を作って、前記３次元画像の前記関心のある要素を切り離すステップと、
   前記画像処理装置が前記移動後の有限の所定のボリューム（５）内に含まれる前記３次元画像の一部を前記表示ウィンドウに表示させるステップと、
   を有し、
   前記有限のボリュームの寸法は、予め決定され、
   前記有限のボリュームの中心は、前記関心のある要素上の点であり、
   前記有限のボリュームの外形寸法は前記表示ウインドウの幅より小さいことを特徴とする視覚化の方法。
2. 各瞬間に前記有限の所定のボリューム（５）内に含まれる前記３次元画像の一部だけを表示しながら、平行移動により前記有限の所定のボリューム（５）を前記３次元画像内に表示することができることを特徴とする請求項１に記載の視覚化の方法。
3. 前記有限の所定のボリューム（５）に含まれる前記３次元画像の一部、ならびに前記有限の所定のボリュームの断面と同一の断面で無限の長さのシリンダに含まれない前記３次元画像の他の全ての部分を前記画像処理装置が前記表示ウィンドウに前記有限の所定のボリューム（５）とともに表示させ、前記シリンダ内に含まれない前記３次元画像の全ての部分を前記画像処理装置が前記表示ウィンドウに低下モードで表示させることを特徴とする請求項１または２に記載の視覚化の方法。
4. 前記３次元画像の一部が前記有限の所定のボリューム（５）内で視覚化された後で、オペレータがこの有限の所定のボリュームの寸法を変更することができることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の視覚化の方法。
5. 前記有限の所定のボリュームが、前記３次元画像の表示ウィンドウ（１）の幅より小さい半径を有する球（５）であることを特徴とする請求項４に記載の視覚化の方法。
6. 前記点がカーソル（４）によって選択され、
   一旦前記点が関心のある要素上で選択されると、前記点を前記３次元画像の表示ウィンドウ（１）の中心に配置するように前記３次元画像の平行移動が行われることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の視覚化の方法。
7. 前記有限の所定のボリュームの外の区域にカーソルが位置づけ、マウス・ボタンを押し下げてクリックし、前記カーソルを前記表示ウィンドウ上でドラッグすることに応答して、前記有限の所定のボリュームの前記カーソルによる対話的な移動が行われ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視覚化の方法。
8. 前記共通部分を作るステップは、前記有限の所定のボリュームの外の要素は表示されるべき画像から取り除かれるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の視覚化の方法。
9. ３次元画像化された対象物を表わす３次元画像を視覚化するための画像処理装置であって、
   画像処理装置が表示ウィンドウに前記３次元画像を表示させる手段と、
   前記表示ウィンドウ上で前記３次元画像の一部に表示された関心のある要素（２）上の点が選択されたことに応答して、前記画像処理装置が前記選択された点に応じて、前記表示ウィンドウの平面に沿って前記３次元画像を平行移動させる手段と、
   前記画像処理装置が３次元のすべての次元において有限のボリューム（５）を前記３次元画像の一部に作り出す手段と、
   前記画像処理装置が前記有限の所定のボリュームと前記３次元画像の一部との間に共通部分を作って、前記３次元画像の前記関心のある要素を切り離す手段と、
   前記画像処理装置が前記有限の所定のボリューム（５）内に含まれる前記３次元画像の一部を前記表示ウィンドウに表示する手段と、
   前記表示ウィンドウ上で前記有限の所定のボリュームがカーソルにより対話的に平行移動されたことに応答して、前記画像処理装置が移動後の有限のボリューム（５）を前記３次元画像の一部に作り出す手段と、
   前記画像処理装置が前記移動後の有限の所定のボリュームと前記３次元画像の一部との間に共通部分を作って、前記３次元画像の前記関心のある要素を切り離す手段と、
   前記画像処理装置が前記移動後の有限の所定のボリューム（５）内に含まれる前記３次元画像の一部を前記表示ウィンドウに表示する手段と、
   を有し、
   前記有限のボリュームの寸法は、予め決定され、
   前記有限のボリュームの中心は、前記関心のある要素上の点であり、
   前記有限のボリュームの外形寸法は前記表示ウインドウの幅より小さいことを特徴とする画像処理装置。

Images