JP6214820B1 - 3dオブジェクトを視覚化するためのデバイス - Google Patents

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Abstract

本発明は、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス、3Dオブジェクトを視覚化するためのX線撮像システム、3Dオブジェクトを視覚化するための方法、そのようなデバイスを制御するためのコンピュータプログラム要素、及びそのようなコンピュータプログラム要素を格納したコンピュータ可読媒体に関する。3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスは、処理ユニットを含む。処理ユニットは、2D投影面内に画像を提供する。処理ユニットは、逆投影変換を用いて、最初の3Dオブジェクトを画像の2D投影面から最初の平面に投影して、逆2Dオブジェクトを達成する。逆投影変換は投影変換であり、消失点は2D投影面の最初のオブジェクトの反対側にある。処理ユニットは、逆2Dオブジェクトをポイント−ミラーリングして、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを達成する。処理ユニットは、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを最初の平面に投影し返し、補正された3Dオブジェクトを提供する。処理ユニットは、補正された3Dオブジェクトを画像の2D投影面に再び投影し、非逆投影であるように見える最終の3Dオブジェクトを提供する。

Description

本発明は、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス、3Dオブジェクトを視覚化するためのX線撮像システム、3Dオブジェクトを視覚化するための方法、そのようなデバイスを制御するためのコンピュータプログラム要素、及び、そのようなコンピュータプログラム要素を格納したコンピュータ可読媒体に関する。
WO2005/078666(A1)は、変形可能な表面モデルとのリアルタイムのユーザインタラクションと、変形可能な表面を使用して3次元画像内の関心対象をセグメント化するための画像処理システムとを開示する。
EP1566772A2は、X線によって被検体の3次元領域内をスキャンするスキャナを含むX線コンピュータ断層撮影装置と、スキャニングによって取得された投影データを格納する格納ユニットと、格納された投影データに基づいて、3次元領域に対応するボリュームデータを生成する再構成処理ユニットと、ボリュームデータから3方向スライス面に関するスライス画像データを生成するMPR処理ユニットと、再構成範囲を表すグラフィック要素と共にスライス画像データを表示するディスプレイユニットと、グラフィック要素を操作する操作ユニットと、格納された投影データに基づいて、グラフィック要素が表す再構成範囲に対応する断層画像データを再構成する再構成処理ユニットと、を開示する。
インターベンショナル手順(介入処置)では、医師が人体内で何が起こっているか見るのを助けるために、X線が使用される。逆遠近を使用してX線画像上のオブジェクトが投影される。これは、X線検出器から離れたオブジェクトがX線検出器により近いオブジェクトよりも大きく見えることを意味する。切断面又はクリッピング面等の、ユーザが操作できる3Dオブジェクトも、X線画像上の解剖学的構造に対応するように、逆遠近を使用してレンダリングされ得る。しかし、これらの逆遠近3Dオブジェクトを操作することは、ユーザに対して反直観的に感じ得る。例えば、逆遠近レンダリングされたシーン内のクリッピング面は、人間の観察者には不正確に感じられる。クリッピング面は、まるで解剖学的構造上の実際の切断面と合わないように見える。ユーザがクリッピング面を背面に移動させようとすると、まるで前面に移動しているかのように感じ、逆も然りである。
したがって、3Dオブジェクトを視覚化するための改良されたデバイスが必要であり、それは3Dオブジェクトのより簡単な操作を可能にすることができる。
本発明の問題は、独立請求項の主題によって解決され、更なる実施形態は従属請求項に組み込まれる。以下に説明する本発明の態様は、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス、3Dオブジェクトを視覚化するためのX線撮像システム、3Dオブジェクトを視覚化するための方法、コンピュータプログラム要素、及びコンピュータ可読媒体にも適用されることに留意されたい。
本発明によれば、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスが提示される。3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスは、処理ユニットを含む。処理ユニットは、2D投影面内に画像を提供する。画像は、例えば逆遠近を使用して投影された解剖学的構造を示すような、X線画像であり得る。逆投影は投影であり、検出器から遠いオブジェクトが、検出器に近いオブジェクトよりも大きく見える。これは、遠くにあるオブジェクトが近くのオブジェクトよりも小さく表示され、通常の人間の視覚とは対照的である。
本発明による処理ユニットは、逆投影変換を用いて、最初の3Dオブジェクトを最初の平面から画像の2D投影面内に投影して、逆2Dオブジェクトを達成する。上述のように、逆投影変換は投影変換であり、検出器から遠いオブジェクトは検出器に近いオブジェクトよりも大きく見える。言い換えれば、逆投影変換は投影変換であり、消失点は2D投影面の最初のオブジェクトの反対側にある。
本発明による処理ユニットは更に、逆2Dオブジェクトをポイント−ミラーリングして、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを達成する。処理ユニットは、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを最初の平面に投影し返し、補正された3Dオブジェクトを提供する。処理ユニットは、補正された3Dオブジェクトを画像の2D投影面に再び投影し、非逆投影であるように見える最終の3Dオブジェクトを提供する。
結果として、遠近投影された3Dオブジェクトは、逆遠近投影されたシーン内で達成される。言い換えれば、例えば画像内の解剖学的構造が逆投影で維持される一方で、操作される3Dオブジェクト(例えば、クリッピング面)の逆投影を、通常の非逆遠近投影に戻すことが説明される。
3Dオブジェクトの逆投影を通常の非逆遠近投影に戻すことによって、画像内の解剖学的構造は逆遠近のままである一方で、ユーザは3Dオブジェクトを容易に操作できる。ユーザは、まるで人間の目に見えるように、自然かつ直感的に3Dオブジェクトを使用、操作できる。
本発明は、X線の逆遠近投影のために、X線撮像モダリティに適用可能である。上述のように、故に画像はX線画像であり得る。しかし、本発明は、逆遠近投影画像をもたらす任意の他の撮像モダリティにも適用されることができる。
上述のようにまた、画像は更に、少なくとも1つの逆投影された解剖学的3D構造を含み得、これは、非逆投影であるように見える最終の3Dオブジェクトを提供する一方で、逆投影のままである。
画像は更に、上述した最初の3Dオブジェクトを含む。最初の3Dオブジェクトは、可逆オブジェクトとして理解されることができる。例えば、最初の3Dオブジェクトは、最初の平面内に存在し、最初の3Dオブジェクトの幾何学的重心に対して対称な形状を有する。
一例では、最初の3Dオブジェクトは、切断面、クリッピング面等である。この平面は、3D解剖学的表示の一部を3D解剖学的表示の別の部分から「切り取る」平面であり得る。したがって、最初の3Dオブジェクトがある最初の平面は、切断面として理解されることもできる。クリッピング面は、例えば3D CT/MR/回転X線解剖学的構造が生のX線画像の上にオーバーレイされるライブスクリーン内で使用されることができる。
一例では、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスは、初期の3Dオブジェクトの表示及び操作のためのインターフェースユニットを含む。インターフェースユニットは、操作制御及び測定ツールを有するディスプレイであり得る。切断面は、例えば長方形の3D形状としてインターフェースユニット内で視覚化されることができる。長方形は、ユーザがどのように、どこで、切断面を操作できるかを示し得る。ユーザは、例えばマウスで平面をドラッグすることで回転又は移動できる。
一例では、長方形は、画像内の解剖学的構造が逆遠近で維持される一方で、まるで遠近投影されたかのようにレンダリングされる。しかし、ユーザが長方形をカメラから離れる方向に動かすと、長方形は小さく見える代わりに大きく見える。このとき、これは、カメラに向かって移動するときに長方形が拡大するように長方形をスケーリングすることによって解決されることができる。この例では、故に処理ユニットは、カメラに近づくと拡大するように最終の3Dオブジェクトをスケーリングする。次いで、その結果は、逆遠近投影を使用して、残りの画像と共にレンダリングされることができる。
本発明によれば、3Dオブジェクトを視覚化するためのX線撮像システムも提示される。X線撮影画像システムは、上述のような、画像取得ユニットと、ディスプレイユニットと、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスとを含む。画像取得ユニットは、上述した3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスの処理ユニットによって提供される画像を取得する。ディスプレイユニットは、上述した3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスの処理ユニットによって提供される最終の3Dオブジェクトを表示する。
本発明によれば、3Dオブジェクトを視覚化するための方法も提示される。これは、以下のステップを含むが、必ずしもこの順序である必要はない。
‐2D投影面内に画像を提供する。画像は、例えば逆遠近を使用して投影された解剖学的構造を示すような、X線画像であり得る。
‐逆投影変換を用いて最初の3Dオブジェクトを最初の平面から画像の2D投影面に投影して、逆2Dオブジェクトを達成する。最初の3Dオブジェクトは、クリッピング面であり得る。逆投影変換は投影であり、消失点は2D投影面の最初のオブジェクトの反対側にある。言い換えれば、遠近線は逆転される。
‐逆2Dオブジェクトをポイント−ミラーリングして、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを達成する。
‐ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを最初の平面に投影し返して、補正された3Dオブジェクトを提供する。
‐補正された3Dオブジェクトを画像の2D投影面に投影して、非逆投影であるように見える最終の3Dオブジェクトを提供する。
結果として、遠近投影された3Dオブジェクトは、逆遠近投影されたシーン内で達成される。言い換えれば、例えば画像内の解剖学的構造が逆投影で維持される一方で、操作される3Dオブジェクトの逆投影を、通常の非逆遠近投影に戻すことが説明される。
本発明によれば、コンピュータプログラム要素も提示され、コンピュータプログラム要素は、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスを制御するコンピュータ上でコンピュータプログラムが実行されたときに、独立デバイス請求項内に定義されているような3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスに、3Dオブジェクトを視覚化するための方法のステップを実行させるプログラムコード手段を含む。
独立請求項による、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス、3Dオブジェクトを視覚化するためのX線撮像システム、3Dオブジェクトを視覚化するための方法、コンピュータプログラム要素、及びコンピュータ可読媒体は、特に、従属請求項に定義されるように、同様の及び/又は同一の好ましい実施形態を有することが理解されるべきである。本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態を参照して明らかになる。
本発明の例示的な実施形態は、添付図面を参照して以下に説明される。
本発明による3Dオブジェクトを視覚化するためのX線撮像システム1の実施形態の一例の概略図を示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 本発明による3Dオブジェクトの視覚化の実施形態を概略的かつ例示的に示す。 3Dオブジェクトを視覚化するための方法の一例の基本ステップを示す。
図1は、本発明による3Dオブジェクトを視覚化するためのX線撮影画像システム1の実施形態を概略的かつ例示的に示す。X線撮影画像システム1は、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス10と、画像取得ユニット2と、ディスプレイユニット3とを含む。
3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス10は、処理ユニット11を含む。画像取得ユニット2は、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス10の処理ユニット11が提供する画像を取得する。ディスプレイユニット3は、処理ユニット11によって提供される最終の3Dオブジェクト28(図2に示される)を表示する。
3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス10は、ディスプレイ及び最初の3Dオブジェクト22(図2に示される)の操作のためのインターフェースユニット12を更に含む。インターフェースユニット12は、上述したディスプレイユニット3、又は別のデバイスであり得る。
3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイス10の処理ユニット11は、2D投影面23(図2に示される)内に画像を提供する。ここでの画像は、逆投影された解剖学的3D構造を示すX線画像である。逆投影は投影であり、検出器から遠いオブジェクトが、検出器に近いオブジェクトよりも大きく見える。これは、遠くにあるオブジェクトが近くのオブジェクトよりも小さく表示される、通常の人間の生活とは、対照的である。
図2aに示されるように、処理ユニット11は、最初の平面27内の最初の3Dオブジェクト22(ここでは2Dとして示される)を画像の2D投影面23内に逆投影変換(矢印で示される)を用いて投影して、反転2Dオブジェクト24を達成する。最初の3Dオブジェクト22(図2aに2Dとして示される)は、長方形の3D形状であり、3D解剖学的構造を2つの部分に切断し得る。長方形は、ユーザがどのように切断面を操作できるかを示し得る。最初の3Dオブジェクト22は、最初の平面27内に存在し、最初の3Dオブジェクトの幾何学的重心に対して対称な形状を有する。上述のように、逆投影変換は投影変換であり、検出器から遠いオブジェクトは検出器に近いオブジェクトよりも大きく見える。言い換えれば、逆投影変換は投影変換であり、消失点は2D投影面23の最初のオブジェクト22の反対側にある。
図2bに示されるように、処理ユニット11は、反転2Dオブジェクト24の全ての点をポイント−ミラーリング(矢印で示される)して、逆に見えるミラーリングされた非逆2Dオブジェクト25を達成する。図2cに示されるように、次いで、処理ユニット11は、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクト25を最初の平面27に投影し返して、補正された3Dオブジェクト26を提供する。次いで、補正された3Dオブジェクト26は、依然として最初の平面27と合うが、このとき、逆遠近投影を使用して画像の2D投影面23に投影し返すことが逆投影されないように見える遠近投影された最終の3Dオブジェクト28となるように、変形される。
結果として、遠近投影された最終の3Dオブジェクト28は、逆遠近投影されたシーン内で達成される。3Dオブジェクトの逆投影を通常の非逆遠近投影に戻すことによって、画像内の解剖学的構造は逆遠近のままである一方で、ユーザはまるで人間の目に見えるように3Dオブジェクトを容易に操作することができる。
図2cにおいて、最終の3Dオブジェクト又は長方形28(ここでは2Dで示される)は、画像内の解剖学的構造が逆遠近で維持される一方で、まるで遠近投影されたかのようにレンダリングされる。しかし、ユーザが長方形28をカメラから離れる方向に動かすと、長方形28は小さく見える代わりに大きく見える。このとき、これは、図2dに示されるように、ユーザ又はカメラに向かって移動するときに長方形28が拡大するように長方形28をスケーリングすることによって解決されることができる。したがって、処理ユニット11は、カメラに近づくと拡大するように最終の3Dオブジェクト28をスケーリングする。このとき、その結果は、逆遠近投影を使用して、残りの画像と共にレンダリングされることができる。
図3aは、平行な2D投影の最初の3Dオブジェクト22を示し、図3bに示される逆2D平面24を達成するため逆投影される。逆2D平面は、ポイント−ミラーリングされた非反転2D平面25を達成するためにポイント−ミラーリングされ、これは、図3cに示されるように、平面が遠近投影されたように見えるようにする。次いで、ポイント−ミラーリング非逆視2D平面25は、元の3D平面に投影し返されて、平行投影で図3dに示される補正された3Dオブジェクト26を提供する。図3eに示されるように、次いで、補正されたオブジェクトは、遠近投影を使用してレンダリングされ、立方体に対して逆遠近投影及び最終の3Dオブジェクト28に対して遠近投影を伴う画像が得られる。
図4は、3Dオブジェクトを視覚化するための方法のステップの概略図を示す。この方法は、以下のステップを含むが、必ずしもこの順序である必要はない。
‐2D投影面23内に画像を提供する。
‐逆投影変換を用いて最初の3Dオブジェクト22を最初の平面27から画像の2D投影面23に投影して、逆2Dオブジェクト24を達成する。逆投影変換は投影であり、消失点は2D投影面23の最初のオブジェクトの反対側にある。
‐逆2Dオブジェクト24をポイント−ミラーリングして、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクト25を達成する。
‐ミラーリングされた非逆2Dオブジェクト25を最初の平面27に投影し返して、補正された3Dオブジェクト26を提供する。
‐補正された3Dオブジェクト26を画像の2D投影面23に投影して、非逆投影であるように見える最終の3Dオブジェクト28を提供する。
結果として、遠近投影された3Dオブジェクトは、逆遠近投影されたシーン内で達成される。言い換えれば、例えば画像内の解剖学的構造が逆投影で維持される一方で、操作される3Dオブジェクト(例えばクリッピング面)の逆投影を、通常の非逆遠近投影に逆転することが説明される。
本発明の別の例示的な実施形態では、適切なシステム上で、前述の実施形態の1つに記載の方法の方法ステップを実行することを特徴とするコンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。
したがって、コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニット上に格納され得、このコンピュータユニットもまた本発明の実施形態の一部であり得る。このコンピューティングユニットは、上述の方法のステップを実行又は実行の誘導をし得る。更に、上述の装置の構成要素を動作し得る。コンピューティングユニットは、自動的に動作するように、及び/又はユーザの注文を実行するように構成されることができる。コンピュータプロフラムは、データプロセッサのワーキングメモリ内にロードされ得る。したがって、データプロセッサは、本発明の方法を実行するために装備され得る。
本発明のこの例示的な実施形態は、当初から本発明を使用しているコンピュータプログラムと、最新の手段により、既存のプログラムを、本発明を使用するプログラムに変換するコンピュータプログラムとの両方をカバーする。
更に、コンピュータプログラム要素は、上述の方法の例示的な実施形態の手順を実行するために必要な全てのステップを提供することができる。
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、CD‐ROM等のコンピュータ可読媒体が提示され、コンピュータ可読媒体は、その上に格納されたコンピュータプログラム要素を有し、そのコンピュータプログラム要素は前節で説明される。
コンピュータプログラムは、光記憶媒体又は他のハードウェアと一緒に又は他のハードウェアの一部として供給される固体媒体等、適切な媒体に格納及び/又は分配され得、インターネット又は他の有線又は無線電気通信システムを介して等、他の形態でも分配され得る。
しかし、コンピュータプログラムは、ワールドワイドウェブのようなネットワークを介して提示されることもでき、そのようなネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードされることもできる。発明の更なる例示的な実施形態によれば、ダウンロードすることが可能なコンピュータプログラム要素を作成するための媒体が提供され、そのコンピュータプログラム要素は、前述した本発明の実施形態の1つによる方法を実行する。本発明の実施形態は、異なる主題を参照して説明されることに留意されたい。
本発明の実施形態は、異なる主題を参照して説明されることに留意されたい。特に、いくつかの実施形態は、方法タイプの請求項を参照して記載される一方で、他の実施形態は、デバイスタイプの請求項を参照して説明される。しかし、全ての機能を組み合わせることで、機能の単純な合計以上の相乗効果を得られる。
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に例示され説明されたが、斯様な例示及び説明は、例示的又は典型的であると考えられるべきであり、限定と考えられるべきではない。請求項で、「含む」の文言は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載される複数項目の機能を満たすことができる。特定の手段が、相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用できないことを意味するわけではない。請求項のいかなる参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (10)

  1. 2D投影面内に画像を提供する処理ユニットであって、
    前記処理ユニットは、前記画像の前記2D投影面内に、逆投影変換を用いて、最初の平面内にある最初の3Dオブジェクトを投影して、逆2Dオブジェクトを達成する処理ユニットであって、前記最初の3Dオブジェクトは、前記最初の3Dオブジェクトの幾何学的重心に対して対称な形状を有し、前記逆投影変換は投影変換であり、消失点は前記2D投影面の前記最初のオブジェクトの反対側にある
    処理ユニットを含む、3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスであって、
    前記処理ユニットは、前記逆2Dオブジェクトをポイント−ミラーリングして、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを達成し、
    前記処理ユニットは、前記ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを前記最初の平面に投影し返して、補正された3Dオブジェクトを提供し、
    前記処理ユニットは、前記補正された3Dオブジェクトを前記画像の前記2D投影面に投影し、非逆投影であるように見える最終の3Dオブジェクトを提供する
    ことを特徴とする、デバイス。
  2. 前記画像はX線画像である、請求項1に記載のデバイス。
  3. 前記最初の3Dオブジェクトは切断面又はクリッピング面である、請求項1又は2に記載のデバイス。
  4. 前記画像は更に、逆投影された解剖学的3D構造を含み、これは、非逆投影であるように見える前記最終の3Dオブジェクトを提供する一方で、逆投影のままである、請求項1乃至3の何れか一項に記載のデバイス。
  5. 前記処理ユニットは、カメラに近づくと拡大するように前記最終の3Dオブジェクトをスケーリングする、請求項1乃至4の何れか一項に記載のデバイス。
  6. 前記最初の3Dオブジェクトの操作のためのインターフェースユニットを更に含む、請求項1乃至5の何れか一項に記載のデバイス。
  7. 画像取得ユニットと、
    請求項1乃至6の何れか一項に記載の3Dオブジェクトを視覚化するためのデバイスと、
    ディスプレイユニットと
    を含む、3Dオブジェクトを視覚化するためのX線撮像システムであって、
    前記画像取得ユニットは、3Dオブジェクトを視覚化するための前記デバイスの処理ユニットによって提供される画像を取得し、
    前記ディスプレイユニットは、3Dオブジェクトを視覚化するための前記デバイスの前記処理ユニットによって提供される最終の3Dオブジェクトを表示する、
    X線撮像システム。
  8. 2D投影面内に画像を提供するステップと、
    逆投影変換を用いて最初の3Dオブジェクトを最初の平面から前記画像の前記2D投影面に投影して、逆2Dオブジェクトを達成するステップであって、前記最初の3Dオブジェクトは前記最初の3Dオブジェクトの幾何学的重心に対して対称な形状を有し、前記逆投影変換は投影であり、消失点は前記2D投影面23の前記最初のオブジェクトの反対側にあるステップと
    を含む、3Dオブジェクトを視覚化するための方法であって、
    前記逆2Dオブジェクトをポイント−ミラーリングして、ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを達成するステップと、
    前記ミラーリングされた非逆2Dオブジェクトを前記最初の平面に投影し返して、補正された3Dオブジェクトを提供するステップと、
    前記補正された3Dオブジェクトを前記画像の前記2D投影面に投影して、非逆投影であるように見える最終の3Dオブジェクトを提供するステップと
    を更に含むことを特徴とする、方法。
  9. 請求項1乃至6の何れか一項に記載のデバイス又は請求項7に記載のシステムを制御するためのコンピュータプログラムであって、処理ユニットによって実行されたときに、請求項8に記載の方法のステップを実行する、コンピュータプログラム。
  10. 請求項9に記載のコンピュータプログラムを格納した、コンピュータ可読媒体。
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