JPH057554A - デイスプレイリスト表面データを使用する手術シミユレーシヨン装置 - Google Patents
デイスプレイリスト表面データを使用する手術シミユレーシヨン装置Info
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Abstract
成されるような三次元の点のディスプレイリストで記述
される表面を切断する効率的な方法の提供。 【構成】対応する法線をそなえた三次元の各点の第一の
ディスプレイリスト18として表される表面構造に対す
るカット軸に沿った装置に於いて、各点の第一のディス
プレイリストに作用して各点の座標を回転させる変換手
段、各点を受けて、回転した座標を画像平面24内の画
素座標を持つ画素26に写像することにより、表面構造
の二次元表現を作成し、カット軸に平行な線に沿った各
点が画像平面内の単一の画素に写像されるようにする写
像手段、写像手段と通信して多角形領域50を記述し、
また各点を識別する手段、および各点のいくつかの点を
第二のディスプレイリスト18に記憶する手段を含むこ
とを特徴とする。
Description
のディスプレイと操作を行うための装置と方法に関する
ものである。
なる吸収特性に基いて二次元の陰影画像が作成される。
診断能力の改善がコンピュータ断層撮影装置(CT装
置)によって与えられてきた。このコンピュータ断層撮
影装置はX線に基いている。また、コンピュータ断層撮
影装置を使うことにより、検査している身体、対象、ま
たは患者の横断スライスを描いた二次元ビュー(vie
w)を作成することができる。多数の隣接するスライス
に対するデータを収集することにより、三次元の情報を
得ることができる。
gnetic resonance)イメージング技術
は内臓の物理的な性質を表す三次元のデータアレーを発
生することができる。更に、MR装置は骨と軟部組織と
の間だけでなく、種々の組織種別相互の間の識別を行
う。MRイメージング装置は吸収データだけではなく生
理データを発生することもできる。
ライス画像として見ることができ、観測者の推理能力を
用いて種々の内臓の三次元が心に描かれる。代案とし
て、陰影と輪郭を付けた三次元画像をコンピュータで作
成してもよい。三次元画像のディスプレイは主として計
算機利用設計(CAD−computer aided
design)および計算機利用製造(CAM−co
mputer aided manufacturin
g)産業により推進されてきた。製造された部品にたい
する立体モデルをディスプレイするため、また回転して
異なる方向からこれらの部品を見るための装置が開発さ
れてきた。一つの装置では、個別画素の集合として画像
がスクリーン等のディスプレイ装置上に作成される。個
別画素の強さと色が深さ情報を与える。
される三次元データをディスプレイ装置の二次元画像平
面に写像(マッピング)しなければならない。この写像
を行うための一つの方法は「射線追跡(ray tracing
)」と呼ばれ、この方法では観測点のまわりに規則正
しく分散配置された射線に沿って存在するデータ点を調
べなければならない。観測点に対して各射線に沿った一
番先のデータ点により、ディスプレーする表面が決ま
る。このような各データ点に対応する画素が画像平面に
作成される。観測点から一番先のデータ点までの距離お
よび一番先のデータ点での表面法線の射線からのずれを
推定することにより、画素のシェージング(shading )
が決定される。垂直な平面はそのデータ点で表面から垂
直に伸びる線である。
面の高分解能と実際的なシェージングを提供するという
ことである。一つの欠点は画像の回転によって生じ得る
ような観測点の相対運動では通常、アレーの各データ点
に対して射線の再計算が必要となる。射線追跡計算を反
復するために必要な時間により、ユーザが画像を操作す
る速度が遅くなる。したがって、ユーザとイメージング
装置との間の相互作用が制限される。
のシェージングを決定する改善された方法が、米国特許
第4,719,585号に説明されている。そこに開示
された「立方体分割」法では、まず三次元データを分析
することにより、関心のある表面にまたがる隣接した頂
点データ点で構成される体積要素(ボクセル)を識別す
る。関心のある表面はデータ点によつて測定された物理
的性質について定義される。選択されたボクセルの各頂
点の空間座標が各頂点に対して計算された「勾配法線」
とともに「ディスプレイリスト(display list)」に集
められる。勾配法線はその頂点に於ける物理的性質の勾
配の方向を示し、与えられたボクセルの外側にあるが与
えられた頂点に隣接している三つのデータ点の値を調べ
ることにより決定される。立方体分割法は頂点相互の間
に内挿を行うことにより結果の画像の見掛けの分解能を
増大する方法も教示している。
つの利点がある。第一に、立方体分割法では画像の操作
と発生をより高速で行うことができる。ディスプレイリ
ストは関心のある構造の表面を記述するために必要なデ
ータだけを保持するので、回転やスケーリングのような
動作が早くなる。また、種々の点で構造の表面法線を近
似するために勾配法線を使うことは演算効率が良く、シ
ェージング情報をより早く発生することができる。
プレイリストの中の点の順番ともとのデータアレーの中
のそれらの点の座標との間に関係を必要としない。した
がって、骨と組織の異なる表面を表す数個のディスプレ
イリストの組み合わせは単に一つのディスプレイリスト
を他方のディスプレイリストの端に連結することにより
行うことができ、どちらのディスプレイリストも分類し
たり整理し直す必要はない。これは数個のディスプレイ
リストから複合画像を発生する際にかなり有利なことで
ある。
ディスプレイリストでは、特定の体積の中のデータを識
別することは多少難しい。これはデータがディスプレイ
リスト全体にわたって任意に分布されるからである。し
たがって、例えば予め定義された体積の中のデータ点を
識別して除去することによる画像の「カット」(切断)
にはディスプレイリストの中の各データ点の座標をその
体積を定義する一組の範囲と照合することが含まれる。
三次元の点に対しては、データ点毎に六つの試験を行わ
なければならない。すなわち、上の範囲と下の範囲に対
して一つの試験が行われ、これが三つのデカルト(直
交)座標の各々に対して繰り返される。このプロセスは
煩わしく、時間のかかるものである。
は一般に直観的でなく、複雑な計算と多大の試行錯誤を
必要とすることがある。特に、予め定義された体積がも
とのデータアレーのデカルト座標系の軸に対して斜めの
軸に沿っている場合にそうである。それにもかかわら
ず、あるディスプレイリストの中のデータ点の空間位置
に基いてそのディスプレイリストの中のデータに対応す
る画像の部分を識別して分離できることはイメージング
される表面の更に詳細な理解を可能とする上で有益であ
る。例えば、三次元画像を切断して描写された表面の部
分を除去できれば、外科医は全く非侵襲的な診断方法を
使って詳細で複雑な手術手順を計画することができる。
三次元表面の画像を「切断する」ことにより、臓器や大
血管を避けるような適当な軌道を決める手術のシミュレ
ーションを行うことができる。
た手術が広く受け入れられるためには、画像のほぼ「実
時間」の操作が行えるように、対応するイメージング装
置の操作が容易で充分高速でなければならない。
方法によって作成されるような三次元の点のディスプレ
イリストで記述される表面を切断する効率的な方法を提
供する。本発明の方法はディスプレイリストに直接作用
するものであり、それからディスプレイリストを編集し
た原始データアレーを参照する必要はない。更に、本発
明の方法は容易に通常の画像処理手順に融け込ませるこ
とができ、また高速の専用回路で具体化することができ
る。本発明はまた切断すべき体積を記述するための簡単
で直観的な方法を提供する。
ストを受けて、各点に対する画像平面座標を発生する。
これらの画像平面座標を使って、切断すべき体積の画像
平面の中の輪郭を定める多角形を記憶するカットバッフ
ァ(cutbuffer)のアドレッシングを行う。多角形の内
側の面積はカットバッファの中で、記憶された第一の値
により指示される。
間、画像平面座標を使ってカットバッファのアドレッシ
ングを行う。第一の値がカットバッファの指示されたア
ドレスに記憶されていれば、写像される点がカット点の
新しいディスプレイリストに記憶される。本発明の一つ
の目的はディスプレイリストの点をカット点の第二のデ
ィスプレイリストに分離する簡単な方法を提供すること
である。本発明が使用する画像平面座標は予め存在する
画像ディスプレイルーチンから得られる。そしてカット
バッファをアドレッシングすることにより各点が「切
断」されるか否かをチェックする付加的なステップはこ
のプロセスの時間を殆ど増加させない。カットバッファ
に記憶された二次元多角形はカット体積の二次元の簡単
な定義を与え、これはトラックボールのようなカーソル
制御装置により対話的に容易に入力することができる。
軸に平行な点が画像平面内の単一の画素に写像されるよ
うにディスプレイリストの点の座標を回転させることに
より、まずディスプレイリストを変換することができ
る。したがって、カット体積の第三次元は画像平面に垂
直になっているものと考えることができる。本発明のも
う一つの目的は二次元ディスプレイを使って三次元カッ
ト体積を定義する簡単で直観的な方法を提供することで
ある。ディスプレイリストの回転により、カット体積の
第三の軸を二次元ディスプレイの平面に対して垂直にな
るように定義することができる。画像平面に対して平行
な多角形が他の二つの次元を定義する。多角形を画像に
重畳した状態で、回転した画像を見ることによって、切
断すべき体積が容易に理解される。カット軸に沿った切
断の深さは予め定義されたカット平面の片側の点を消去
することによって制御することができる。
以下の説明から明らかとなる。説明には付図を参照する
が、付図は本明細書の一部を構成し、本発明の一実施例
を図示したものである。しかし、このような実施例は必
ずしも本発明の全範囲を表すものではないので、本発明
の範囲の解釈に当たっては特許請求の範囲を参照すべき
である。
タ値10の三次元アレーがボクセル12の各頂点に一つ
ずつデータ値を持つほぼ長方形の横断面の一組のボクセ
ル12を定義する。明快にするため、ボクセル12のデ
ータ値10が黒丸で示され、一つにだけ参照番号を付し
てある。各データ値10はカーテシアン座標系の三つの
寸法を与えられた、定義された空間ロケーションをそな
え、またその空間位置でイメージング対象の測定された
性質を表す値をそなえている。
置での測定された性質の勾配を示すボクセル12の各デ
ータ値10に対してスケーリングされた勾配法線14
(矢印で示してある)が定義される。データ値10に対
応するこのスケーリングされた勾配法線14はデータ値
10に隣接しているがボクセル12の外側にあり、デカ
ルト座標系のそれぞれの軸に沿ってデータ値10からず
れたデータ値11(x)、11(y)、および11
(z)(図1で白丸で示してある)から決定される。デ
ータ値10の値と11(x)の値との差はデータ値10
での勾配法線のx成分である。同様に、データ値10の
値と11(y)の値との差はデータ値10での勾配法線
のy成分である。最後に、データ値10の値と11
(z)の値との差はデータ値10での勾配法線のz成分
である。これらの三つの差から形成される合成のベクト
ルが単位の大きさにスケーリングされることにより、以
後単に勾配法線と呼ぶスケーリングされた勾配法線14
が形成される。
された性質の閾値によって定義される。ボクセル12の
類別は、1)各ボクセル12のすべてのデータ値10の
値がこの閾値より大きいか、またはすべてのデータ値1
0がこの閾値より小さいか、もしくは2)いくつかのデ
ータ値10だけがこの閾値より大きくていくつかのデー
タ値10だけがこの閾値より小さいか、に従って行われ
る。単一のボクセル12の規模で、イメージング対象の
測定された性質の変化が空間で実質的に単調であると仮
定すると、この類別はボクセル12が完全に表面16の
片側にあるか、またはボクセル12が表面16にまたが
っているか判定することと同等である。
る。本発明の医療への応用では、種々の身体構造を選択
的に見るように閾値を選択することができる。例えば、
骨の構造を見たい場合には、特定の閾値が選択される。
しかし、より軟部の組織の表面構造を見たい場合には、
ユーザが異なる閾値を選択する。表面16にまたがるボ
クセル12のデータ値はそれらのデータ値に対応する勾
配法線14とともにディスプレイリスト18(図3に示
す)に集められる。
許に述べられている前記「立方体分割法」に教示されて
いる。図4に示されているように、ディスプレイリスト
18がデータ値10に対応する点ベクトル20のリスト
としてコンピュータメモリに記憶される。各点ベクトル
20は順次リストアドレスiをそなえている。ディスプ
レイリストの中の点ベクトル20の各アドレスiには、
表面16にまたがるボクセル12のデータ値10の空間
座標(xi ,yi ,zi )とともにスケーリングされた
勾配法線のカーテシアン成分(nxi,nyi,nzi)によ
って表されるようなそのデータ値10に対応する勾配法
線が含まれている。
表面16にまたがるボクセル12上のデータ値10の座
標およびスケーリングされた勾配法線14だけが含まれ
ている。このときディスプレイリスト18がCTまたは
MRイメージングシーケンスで収集されたデータの限定
された部分集合となる。イメージング対象の関連構造の
表面16だけが記述されており、完全に表面16の内側
または外側にあるボクセル12からのそれらのデータ値
10は記述されない。
から、ディスプレイリスト18で表される三次元表面1
6の二次元画像平面24への数学的投影すなわち写像に
よって作られる。画像平面24は画素26の長方形アレ
ーで構成される。各画素は二次元画像平面座標(x’,
y’)をそなえている。この二次元画像平面座標はディ
スプレイリスト18の点ベクトル20(図4)の三次元
空間座標(x,y,z)から最初に識別すべきものであ
る。
して観測される見掛けの方向を示すように図3に示す観
測軸28を選択しなければならない。便宜上、この観測
軸28はディスプレイリスト18のz軸に平行とされ
る。ディスプレイリスト18の中の各点ベクトル20
(図4)の空間座標および勾配法線成分を後で簡単に述
べるように適当に変換することにより画像22の回転が
行われる。観測軸28(図3)をこのように固定するこ
とにより、ディスプレイリスト18の点ベクトル20
(図4)のx座標およびy座標を画像平面24(図3)
のx’座標およびy’座標に直接、写像することができ
る。画像平面24のスケーリングおよび平行移動は再
び、ディスプレイリスト18の点ベクトル20(図4)
を変換することによって行われる。
れらの変換プロセスの各々では、点ベクトル20の各ア
ドレスの空間座標および法線成分に4×4の変換行列を
乗算することにより座標および法線値を適当に変換した
新しいベクトルを作成する。これらの変換技術は当業者
には周知のものであり、ジェームス・ディー・フォリー
(James D. Foley)他著のテキスト、
「対話型コンピュータグラフィックスの基礎」(Fun
damentals of Interactive
Computer Graphics)(1984)に
詳細に述べられている。
カット平面をその空間座標(x,y,z)について設定
し、カット平面の片側に入るすべての点ベクトル20を
捨てることにより行うことができる。カット平面は一般
に次式で記述することができる。 Ax+By+Cz+D=0 (1) 但し、A、B、C、およびDはユーザが設定する定数で
あり、x、y、およびzは点ベクトル20の空間座標で
ある。クリッピングは各点ベクトル20の空間座標の値
を式(1)に代入し、例えば式の右辺が0より大きい点
ベクトルを捨てることにより行われる。
ィジタルコンピュータ上で動作する回転/平行移動/ス
ケール(RTS−rotate/translate/
scale)ソフトウェアルーチンにより、またはこれ
らの変換に必要な計算専用の特殊ハードウェアによって
遂行することができる。この両方とも一般的にRTSブ
ロック30で表されている。図9の装置は通常程度の当
業者には明らかなように完全にソフトウェアにより実現
してもよく、あるいは専用回路で具体化してもよい。
果として、RTSブロック30により第二の変換された
ディスプレイリスト18’が作成され、原始ディスプレ
イリスト18が保存される。後続の変換は原始ディスプ
レイリスト18を使用する。ディスプレイリスト18お
よび18’のアドレスiは変換プロセスによって変化し
ない。したがって、どの変換でも、各リスト18と1
8’の間の対応する点ベクトル20(図4)は容易に識
別することができる。
ディスプレイリスト18’を画像平面24に写像するプ
ロセスはプロセスブロック32により変換後のディスプ
レイリスト18’から第i番目の点ベクトル20を読み
出すことにより開始される。この第i番目の点ベクトル
20のxおよびyの空間座標xi およびyi を使用して
zバッファ34内のメモリロケーションのアドレッシン
グを行う。
リロケーションの二次元アレーである。各メモリロケー
ションアドレスは座標x’,y’を持つ画像平面24の
特定の画素26に同定される。写像プロセスでは、第i
番目のベクトル20上の座標xi ,yi が画像平面座標
x’,y’となる。zバッファ34の中の各メモリロケ
ーションは最初に、変換されたディスプレイリスト1
8’(図9)の中の点ベクトル20の最大期待値zi よ
り大きい任意に大きい値で充たされる。
図8のプロセスブロック36に示すように、選択された
第i番目の点ベクトル20のzi の値がzバッファ34
の中のアドレッシングされたメモリロケーションの中の
値zバッファ(xi ,yi )と比較される。これは図9
の対応する機能ブロック37によって行われる。最初の
点ベクトル20(図4)の場合、zバッファ34が大き
な値に初期設定された結果として値zi がzバッファ
(xi ,yi )より小さくなる。この第一の場合、zi
すなわち第i番目の点ベクトル20のz空間座標がその
メモリロケーションでzバッファ34の値を書き直す。
これにより、図8のプロセスブロック38に示すように
zバッファ(xi ,yi )がzi に等しく設定される。
これは図9のゲート39によって行われる。
ク40および図9の機能ブロック41で示すように、第
i番目の点ベクトル20(図4)に対応する勾配法線1
4(図2)を使って画像平面24の対応する画素26に
対してcolor(i)を計算する。第i番目の点ベク
トル20の勾配法線14からcolor(i)を計算す
るこのプロセスについては後述する。
画像バッファ42に記憶される。図5に示すように、画
像バッファ42はzバッファ34と同じ形式であり、メ
モリロケーションの二次元アレーである。各々のアドレ
スは画像平面24の画素26に対応し、その画素26の
カラーまたはシェージングを保持する。再び図8および
図9を参照して説明する。第一の場合には、第i番目の
点ベクトルに対する計算されたcolor(i)が第i
番目の点ベクトル20(図4)から決定された画像バッ
ファ42のアドレスxi 、yi で画像バッファ42に記
憶される。画像バッファ42の中の予め存在する任意の
値が書き直され、このようにアドレッシングされた画像
バッファの値すなわち画像バッファ(xi ,yi)がc
olor(i)に等しくなるように設定される。このよ
うに画像バッファ42にcolor(i)を記憶するこ
とは図8のプロセスブロック44で表され、図9のゲー
ト45により行われる。
36で判定され、図9の機能ブロック37で遂行される
ように第i番目の点ベクトル20(図4)に対応する値
ziがzバッファ34の値zバッファ(xi ,yi )よ
り大きいとき、zバッファも画像バッファ42も修正さ
れない。後で述べるように、また図8の判定ブロック4
6で判定されるように、ディスプレイリストを切断すべ
きでない場合には、ルーチンが判定ブロック47にジャ
ンプして、すべての点ベクトル20(図4)が読み出さ
れたか否かが判定される。すべての点ベクトル20が読
み出された場合には、プログラムが終了する。すべての
点ベクトル20が読み出されていない場合には、プログ
ラムがプロセスブロック32に戻り、ディスプレイリス
ト18の中の残っている点ベクトル20に対してプロセ
スブロック32−44が反復される。
ル20(図4)を調べた後、画像バッファ42にはxi
およびyi 空間座標が同じで、他の任意の点ベクトル2
0より低い値zi をそなえた点ベクトル20のカラーだ
けが入っている。したがって、観測軸28(図3)で決
まるような観測者に最も近い値zi を持つ点ベクトル2
0だけがディスプレイされる。観測者はより高い空間z
値の方を見て低い空間z値に居るものと仮定する。それ
らの同じxi およびyi 座標にある他の点ベクトル20
は事実上、隠される。
4(図3)の表現が含まれ、これは当業者には知られて
いるように専用のハードウェアによりディスプレイ装置
48に読み出される。画像22の対応するディスプレイ
がディスプレイ装置に投影される。画素カラーの計算 図3に示すような画像22としての表面16のディスプ
レイでは、表面16の各要素の向きの人間の目に視覚的
な手掛りを与えることが非常に重要である。これらの視
覚的な手掛りは画像平面24の画素26のカラーおよび
シェージングによって与えられる。勾配法線14の角度
が観測軸28の角度に近くなるにつれて、(負画像では
なくて少なくとも正画像に対して)印加されるシェージ
ングは明るくなる。観測軸28からずれた方向の成分を
そなえた勾配法線14(図2)を示す表面16の要素は
見えない表面16の構造を表す。したがって、これらの
勾配法線14は特定の観測角度に対するビュー(vie
w)からこのような点ベクトル20(図4)を消去する
ための機構を提供する。相当な成分が観測軸28に対し
て垂直な方向にある勾配法線14をそなえた表面16の
要素はより暗くシェージングされた画素26によって表
される。
バッファ42の中のcolor(i)の値で表されるそ
の画素26に対するシェージングは図8のプロセスブロ
ック40で決定される。これは勾配法線14(図2)と
ユーザが定義し得る照明軸51(図3)のドット積を求
めることにより図9の機能ブロック41により行われ
る。更に、真のカラー情報を探索テーブル(図示しな
い)により付加してもよい。この探索テーブルはデータ
値10(図2)から明らかにされた組織の型に応じて各
画素26にカラー(赤、緑、青)を割り当てる役目を果
たす。ここで用いるカラーという用語はディスプレイさ
れる画素26のシェージングとスペクトルの両方の特性
を含む。
上で多角形領域50が追跡される。多角形領域50の入
力は、当業者には一般に理解されるようにトラックボー
ル等の制御装置によりディスプレイされた画像22にス
ーパインポーズされるカーソル(図示しない)を動かす
ことにより、また多角形領域50の頂点を形成する種々
の点54を示すことにより行われる。入力を容易にする
ため、多角形領域50は一般に必要最少限の点54で定
義される。しかし、多角形領域50は限界内であれば任
意の連続した閉じた表面であってもよい。
4の座標が図9に示すカットバッファ56に入力され
る。カットバッファ56はzバッファ34および画像バ
ッファ42と同様の形式になっており、画像平面24お
よびディスプレイされる画像22の各画素26(図3)
に対応するメモリロケーションをそなえている。カット
バッファ56のメモリロケーションは”1”または”
0”のブール値を保持しており、最初に0に設定され
る。適当な画素座標のメモリロケーションの値を”1”
に設定することにより、多角形領域50(図10)の点
54の座標がカットバッファに記憶される。
入力されれば、カットバッファ56内で表される多角形
領域50の内側の点も周知の多角形充てんアルゴリズム
により”1”に設定される。カットバッファ56の中の
メモリロケーションの値が1に設定されるとき、それら
と同じ座標で画像バッファに記憶されるカラーが対照的
なカラー値に設定されて、多角形領域50が明確に識別
できるようにする。
リスト18を切断するプロセスは画像22のディスプレ
イに使用されるのと同じ手順を使用する。これにより、
カットプロセスは前から存在するハードウェアおよびソ
フトウェアを有効に使うことができる。カットプロセス
では、ディスプレイリスト18の中の各点ベクトル20
(図3)がプロセスブロック32により前と同様に読み
出される。zバッファ34および画像バッファ42は妥
当な場合、プロセスブロック36、38、40、および
44により修正される。しかし判定ブロック46では、
プログラムは判定ブロック47ではなく判定ブロック5
8に進む。
トル20(図4)の空間座標xi およびyi を使用して
カットバッファ56のアドレッシングを行う。アドレッ
シングされたメモリロケーションでのカットバッファ5
6の値が1であれば、すなわち第i番目の点ベクトル2
0が多角形領域50の中のxi およびyi 座標をそなえ
ていることが示されれば、図8のプロセスブロック64
および図9のゲート65で示されるように原始ディスプ
レイリスト18からアドレスiで読み出された点ベクト
ル20がカットディスプレイリスト60の次の空きロケ
ーションjすなわちカットディスプレイリスト(j)に
記憶される。逆に、カットバッファ56のそのアドレッ
シングされたメモリロケーションの値が0であれば、す
なわち第i番目の点ベクトル20が多角形領域50の外
側のxi およびyi 座標をそなえていることが示されれ
ば、図8のプロセスブロック66および図9のゲート6
7で示されるようにディスプレイリスト18からアドレ
スiで読み出された点ベクトル20が残余ディスプレイ
リスト62の次の空きロケーションj’すなわち残余デ
ィスプレイリスト(j’)に記憶される。
ベクトル20(図4)を使用してカットバッファ56の
アドレッシングを行うが、原始ディスプレイリスト18
からの点ベクトル20はカットリスト60および残余リ
スト62に分離される。ディスプレイリスト18に対す
るアドレスiとディスプレイリスト18’に対するアド
レスiとの間の対応がこれを簡単なことにしている。カ
ットディスプレイリスト60および残余ディスプレイリ
スト62を作成するために原始ディスプレイリスト18
を使うことにより、変換プロセスで生じたエラーからカ
ット点ベクトル20が守られる。しかし、このようなエ
ラーが問題でなければ、変換されたディスプレイリスト
18’からの点ベクトル20を使ってカットディスプレ
イリスト60および残余ディスプレイリスト62を発生
してもよいことは明らかであろう。
リスト60の中の点ベクトル20(図4)は多角形領域
50の中のディスプレイ装置48で見える画素26に対
応する点ベクトル20だけではなくて、見える画素26
と同じxおよびyの空間座標をそなえ、事実上多角形領
域50の「下」にある「隠れた」点ベクトル20でもあ
る。したがって、カット体積は多角形領域50が変換さ
れたディスプレイリスト18’のz軸に沿って動くとき
多角形領域50によって掃かれる体積である。これによ
り、ディスプレイされた画像に対して直観的にカット体
積を定義することができ、またRTS機能ブロック30
により画像を回転してカット軸を定義することができ
る。カット軸はユーザの希望するカットに応じて任意に
選択することができる。カット軸はそれが観測者から離
れる方向に伸びるように画像を回転させる対話型手順に
よって入力される。
プレイリスト18が迅速にカットディスプレイリスト6
0および残余ディスプレイリスト62に分離される。こ
れらのディスプレイリストは適当な記憶装置に退避させ
てもよい。通常、この記憶装置には随意に読み出せるフ
ロッピディスク、ハードディスク駆動装置、またはテー
プのようなある形式の磁気記憶媒体が含まれる。
ディスプレイおよび操作してもよいし、あるいは組み合
わせ画像のため他のデータと組み合わせてもよい。図1
1では、ディスプレイされた画像22で見えない隠れた
表面68を明らかにするため、カットディスプレイリス
ト60からの画像が90°回転してディスプレイされて
いる。カット体積は多角形領域50がディスプレイ画像
22のz軸に沿って掃くとき多角形領域50のへりによ
って形成される破線70および図9に示すRTS機能ブ
ロック30によりディスプレイリスト18に予め印加さ
れたカット平面72で表される。
イリスト18、18’、60、および62のリストフォ
ーマットにより、数個のディスプレイリストからの複合
画像の作成は一つのディスプレイリストをもう一つのデ
ィスプレイリストの端に付加するだけの簡単なものとな
る。本発明の特定の利点は画像を多数の画像に切断する
などの画像の対話型操作を行うように表面画像データを
迅速に処理することにある。
との対話を最適化するため実時間ディスプレイが必要と
なるので著しく不利である。難しい手順を計画している
外科医の場合には、外科医が阻止構造を切り除くため問
題の構造を画面上に三次元形式でディスプレイすること
ができ、また不必要な遅れなしに随意に構造を回転させ
得ることが非常に重要である。
こと、およびその分離を行う際に画像の写像を使用し得
ることが本発明の迅速で対話型の処理に対する要点であ
る。本発明の装置および方法は断層撮影のX線および磁
気共鳴のイメージングデータの分析およびディスプレイ
に最大の用途があることは疑いがないが、本発明の装置
は超音波、ポジトロン放射形断層撮影、放射形コンピュ
ータ断層撮影、および多モードイメージングを用いる装
置にも同等に適用可能である。更に、本発明は特に医用
画像に適用可能であるが、本発明の装置および方法は三
次元ディスプレイリストを発生し得る任意の装置からの
三次元画像を切断することにも適用可能である。また、
上記の説明から明らかなように、それらのディスプレイ
リストの法線は勾配法線である必要はなく、他の手段に
よって得られる表面の方位を示す表面法線であってもよ
い。
てきたが、熟練した当業者は多数の変形および変更を加
えることができる。したがって、本発明の趣旨と範囲に
入るこのような変形および変更をすべて包含するように
特許請求の範囲を記載してある。
質の測定データ値のボクセルを表わす斜視図である。
ルの立面図であり、それらのボクセルの頂点に対する勾
配法線を示す図である。
レイリストを、ディスプレイのために二次元画像平面へ
写像する様式を図式的に表した概略図である。
ストを表す図表であり、その構造をコンピュータメモリ
のリストとして示す。
置上に二次元画像を発生するために使用される画像バッ
ファを表す図表であり、その構造をコンピュータメモリ
のアレーとして示す。
ファへ写像するために使用されるzバッファを表す図表
であり、その構造をコンピュータメモリのアレーとして
示す。
して別々のディスプレイリストとするために使用される
カットバッファを表す図表であり、その構造をコンピュ
ータメモリのアレーとして示す。
面を切断するための本発明の方法のフローチャートであ
る。
である。
装置上の画像の概略図である。
に含まれる点ベクトルのカットディスプレイリストから
作成された画像の概略図であり、y’軸を中心として9
0°回転したカットデータを示す。
ク 34 zバッファ 37 比較ブロック 39,45 ゲート 41 カラー計算器 42 画像バッファ 48 ディスプレイ装置 50 多角形領域 51 照明軸 56 カットバッファ 60 カットディスプレイリスト 62 残余ディスプレイリスト 65,67 ゲート 72 カット平面
Claims (11)
- 【請求項1】 対応する法線をそなえた三次元の各点の
第一のディスプレイリストとして表される表面構造に対
するカット軸に沿った手術切断のシミュレーションを行
うための装置に於いて、 各点の第一のディスプレイリストに作用して各点の座標
を回転させる変換手段、 各点を受けて、回転した座標を画像平面内の画素座標を
持つ画素に写像することにより、表面構造の二次元表現
を作成し、カット軸に平行な線に沿った各点が画像平面
内の単一の画素に写像されるようにする写像手段、 写像手段と通信して画像平面上の多角形領域を記述し、
また多角形領域に写像される各点を識別する手段、およ
び 各点の識別に応じていくつかの点を第二のディスプレイ
リストに記憶する手段を含むことを特徴とする手術切断
シミュレーション装置。 - 【請求項2】 画像平面内に多角形を対話的に作成する
データ入力装置、および表面構造と画像平面内の多角形
のスーパインポーズ画像をディスプレイするディスプレ
イ手段が含まれる請求項1記載の手術切断シミュレーシ
ョン装置。 - 【請求項3】 各点の第一のディスプレイリストに作用
して三次元カット平面の片側の各点を除去する手段が含
まれる請求項1記載の手術切断シミュレーション装置。 - 【請求項4】 上記各点の識別に応答して記憶する手段
により、回転した座標が多角形領域に写像される各点の
第二のディスプレイリストと、回転した座標が多角形領
域に写像されない各点の第三のディスプレイリストとが
作成される請求項1記載の手術切断シミュレーション装
置。 - 【請求項5】 上記写像手段と通信して多角形領域を記
述するための手段には、画素座標によってアドレッシン
グされ、画素座標が多角形領域内にあれば第一の値を保
持するカットバッファが含まれる請求項1記載の手術切
断シミュレーション装置。 - 【請求項6】 対応する法線をそなえた三次元の各点の
第一のディスプレイリストとして表される表面構造に対
するカット軸に沿った手術切断のシミュレーションを行
うための装置に於いて、 各点の第一のディスプレイリストを受けて、各点に対す
る画像平面座標を発生して各点を画像平面の画素に写像
することにより表面構造の二次元表現を作成する写像手
段、 写像手段と通信して画像平面上の多角形領域を記述し、
また多角形領域に写像される各点を識別する手段、 画像平面内の多角形領域を記述するカットバッファであ
って、画像平面座標でアドレッシングされ、画像平面座
標が多角形領域内にあれば第一の値を保持するカットバ
ッファ、 カットバッファと通信し、画像平面座標に等しいカット
バッファのアドレスが第一の値を保持しているかチェッ
クすることにより上記各点の画像平面座標を多角形領域
の画像平面座標と比較する比較手段、および上記比較手
段による比較の結果に応じて各点の第一のディスプレイ
リストから各点の第二のディスプレイリストを発生する
分離手段を含むことを特徴とする手術切断シミュレーシ
ョン装置。 - 【請求項7】 上記分離手段はある点の画像平面座標に
等しいカットバッファのアドレスが第一の値を保持して
いれば上記点を各点の第二のディスプレイリストに記憶
させ、そうでない場合には上記点を第三のディスプレイ
リストに記憶させる請求項6記載の手術切断シミュレー
ション装置。 - 【請求項8】 第一のディスプレイリストの中の各点が
カラーに対応しており、当該装置は、第一のディスプレ
イリストの各点に対する画像平面座標を受ける画像バッ
ファ手段であって、画像平面に垂直な次元に沿った点の
z座標が同じ画像平面座標を有する、前に記憶されたど
の点よりも画像平面に近い場合に上記画像平面座標の点
のカラーを記憶し、それらの座標に対する前に記憶され
たカラーを消去する画像バッファ手段、および対応する
画像平面座標の記憶されたカラーをディスプレイするデ
ィスプレイ手段を含んでいる請求項6記載の手術切断シ
ミュレーション装置。 - 【請求項9】 上記カラーに、上記点に対応する法線と
所定の照明軸とのドット積が含まれる請求項8記載の手
術切断シミュレーション装置。 - 【請求項10】 画像平面内に多角形領域を対話的に作
成するデータ入力装置、および表面構造と画像平面内の
多角形のスーパインポーズ画像をディスプレイするディ
スプレイ手段が含まれる請求項6記載の手術切断シミュ
レーション装置。 - 【請求項11】 各点の第一のディスプレイリストに作
用して三次元カット平面の片側の各点を除去する手段が
含まれる請求項6記載の手術切断シミュレーション装
置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US66333391A | 1991-03-01 | 1991-03-01 | |
US663333 | 1991-03-01 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH057554A true JPH057554A (ja) | 1993-01-19 |
JPH0793926B2 JPH0793926B2 (ja) | 1995-10-11 |
Family
ID=24661376
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3680192A Expired - Lifetime JPH0793926B2 (ja) | 1991-03-01 | 1992-02-25 | ディスプレイリスト表面データを使用する手術シミュレーション装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0501812A2 (ja) |
JP (1) | JPH0793926B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010022602A (ja) * | 2008-07-18 | 2010-02-04 | Fujifilm Ri Pharma Co Ltd | 器官表面画像の表示装置及び方法 |
JP4824034B2 (ja) * | 2004-12-23 | 2011-11-24 | エレクタ、アクチボラグ | 合成記録ベクトルを用いた最適化された画像記録 |
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US7256780B2 (en) * | 2004-03-04 | 2007-08-14 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Visualization of volume-rendered data with occluding contour multi-planar-reformats |
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JPS60102318A (ja) * | 1983-11-07 | 1985-06-06 | Daifuku Co Ltd | パレツト位置決め装置 |
JPS6437678A (en) * | 1987-08-03 | 1989-02-08 | Toshiba Corp | Three-dimensional image processor |
JPH01135339A (ja) * | 1987-11-19 | 1989-05-29 | Toshiba Corp | 三次元画像診断装置 |
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US4985834A (en) * | 1988-11-22 | 1991-01-15 | General Electric Company | System and method employing pipelined parallel circuit architecture for displaying surface structures of the interior region of a solid body |
-
1992
- 1992-02-25 JP JP3680192A patent/JPH0793926B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1992-02-28 EP EP92301694A patent/EP0501812A2/en not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0793926B2 (ja) | 1995-10-11 |
EP0501812A2 (en) | 1992-09-02 |
EP0501812A3 (ja) | 1994-02-16 |
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