JPS62144276A

JPS62144276A - 立体画像表示装置

Info

Publication number: JPS62144276A
Application number: JP60284254A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Umemura; 梅村　祥之
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-12-19
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1987-06-27

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、３次元空間内のボクセル（Ｖｏｘｅｌ　；Ｖ
ｏｌｕｍｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ）データを３次元フーリエ
変換法により高速に再投影表示する立体画像表示装置、
特に任意断層面の濃度強調を高速に行う立体画像表示装
置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

近年、医用画像診断機器の分野では人体の内部を断層像
の形で画像表示する各種ＣＴ装置が出現している。

例えば、Ｘ線を用いたＸ　＆？Ｉ　ＣＴ　ｉ置、ラジオ
アイソトープを用いたエミツションＣＴ装置、核磁気共
鳴現象を利用したＮＭＲ−ＣＴ装置、超音波を利用した
超音波ＣＴ装置等である。

これらの各種ＣＴ装置を用いて医師が診断を行う場合、
通常は１断層像ではなく腫瘍部をカバーするだけの複数
断層像を撮影する。

医師はこれら複数断層像を見て頭の中で解剖学的な知識
に照し合わせて、人体内部の３次元的な構造を再構成し
、診断しているのである。

以上のことから、人体内部の３次元的構造を立体的に画
像表示することは医師の診断に際して極めて有益である
ことが理解できる。

従来、予断層の３次元表示に関する種々の方式が提案さ
れている。

例えば、ＣＴ装置によって得られた画像データに対し座
標変換装置、補間処理２輪郭抽出装置。

輪郭面構成処理、隠面消去処理等を行って画像表示する
方式（以下「擬似３次元表示」という）がある（安田孝
美他、「頭部ＣＴ像の３次元表示による外科手術のシュ
ミレーション」、第２３回ＭＥ学会大会論文集、Ｐ７５
０〜Ｐ７５１．ＡＰＲ。

１９８４）。

しかし、この方式では画像データの処理過程が複雑であ
り、高速に表示しようとすれば大規模で膨大なハードウ
ェアが必要となる。

また、現状における画像処理手法を用いても臓器の輪郭
抽出には必ずしも安定した動作が期待できないため、基
となる断層像の画像データをマニュアル入力しなければ
ならない場合も生じ、全自動とはならないという問題が
ある。

また、再投影法による立体表示方式も提案されている。

この方式はＣＴ多多層層面ら得られた３次元状のＶｏｘ
ｅｌ（Ｖｏｌｕｍｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ）を視線方向に積
分して投影像を再構成するとともにステレオ表示を行う
ようにしたものである（横井茂樹他、「Ｘ線ＣＴ像の３
次元表示に関するサーベイ」、情報処理学会、コンピュ
ータビジョン、　１８−５　、１９８２゜５　、　２０
　、Ｌ、Ｄ、ｔｌａｒｒｉｓ、　ｒ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉ
ｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅＯｐｔｉｍａｌ　　０ｒｉ
ｅｎｔａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　０ｂｌｉｑｕｅ　　Ｓｅ
ｃｔｉｏｎｓＴｈｒｏｕｇｈ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｐａ
ｒａｌｌｅｌ　ＣＴ　ＩｍａｇｅＪ　＋Ｊｏｕｒｎａｌ
　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｓ５ｉｓｔｅｄ　Ｔｏｍ
ｏｇｒａｐｈｙ、　Ｖｏｌ５、　Ｎ１６１１９８１　、
Ｌ、Ｄ、１Ｉａｒｒｉｓ、　　ｒＤｉｓｐｌａｙ　ａｎ
ｄＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｔｈｒｅｅ−Ｄ
ｉｍｍｅｎｓｉｏｎａ１１ンｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ
　　Ａｎａｔｏｍｉｃ　　Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ：　　
ＩＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅｗｉｔｈ　　ｔｈｅ　　Ｔｈｏ
ｒａｘ、　　１ｌｅｒむ、　　ａｎｄ　　Ｃｏｒｏｎａ
ｒｙＶａｓｃｕｌａｔｕｒｅ　ｏｆ　　Ｄｏｇｓ　　Ｊ
　　、Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＾
５ｓｉｓｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、Ｖｏｌ　　３
．Ｎ（Ｌ４．　１　９７９）　　。

しかし、この方式の場合、Ｖｏｘｅｌ情報を線状に積分
するために長い演算時間が必要となり、トラックボード
と連動しつつインターラクティブにリアルタイム表示さ
せることが困難となる。

この問題を解決して高速に再投影演算を行う方法を、本
出願人は先の出願（特願昭６０−１９８５１３号）で開
示した。即ち、予じめ前処理として３次元Ｖｏｘｅｌデ
ータを３次元フーリエ変換することによって、３次元周
波数データを作成しておく。その後、この３次元周波数
データ内から、所望の投影方向に対応した原点を通る周
波数面を読み出し、これを２次元逆フーリエ変換すれば
、再投影画像（元のＶｏｘｅ　１を投影方向に積分して
得られる再投影画像に等しい）が得られるというもので
ある。

ここで、再投影画像の使い方としては、人体内部の複雑
な構造を直接的に把握するために再投影画像によって全
体像をつかみ、詳細を診断するときには空間分解能の高
い２次元の原断層像を並用することが多い。このとき、
再投影像を見ながらこの再投影像上で２次元断面を指定
できれば便利であり、第４図に示すように立体データＡ
中で所望の２次元断面Ｂを強調した後に、再投影を行う
処理が有効である。

しかし、３次元フーリエ変換法を用いた再投影でこれを
行おうとしたとき、元の３次元実画像中で任意断面の強
調を行なった後、前処理としての３次元フーリエ変換を
行い、さらに本処理としての２次元逆フーリエ変換を行
なわなければならない。従って、強調したい断面を変え
る毎に前処理としての３次元フーリエ変換を行う必要が
あり、演算速度が遅くなってしまう。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、任意の２次
元断面の輝度を強調した再投影像を高速に演算して表示
することができる立体画像表示装置の提供を目的とする
。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するための本発明の概要は、３次元ボク
セルデータを記憶する第１の記憶部と、この第１の記憶
部からの３次元ボクセルデータを３次元フーリエ変換し
て３次元周波数データを出力する３次元フーリエ変ＦＩ
Ａ装置と、この３次元周波数データを記憶する第２の記
憶部と、この３次元周波数データから任意投影方向に対
応した原点を通る周波数面を選び出し、この面における
２次元周波数データを出力するデータ転送装置と、２次
元周波数データを２次元逆フーリエ変換して２次元画像
を出力する２次元逆フーリエ変換装置と、前記第１の記
憶部から指定断面データの転送を受け、この断面を輝度
強調した強調断面データを作成する強調断面データ作成
部と、この強調断面データを前記３次元周波数データ又
は前記２次元画像に加算する加算手段と、強調断面デー
タの加算結果に基づく２次元画像を表示する表示装置と
を有することを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

先ず、本発明の原理について説明する。

３次元フーリエ変換は線形変換であり、重ね合せの理が
成り立つ。即ち、３次元実画像をｆ　（Ｘ＋ｙ＋ｌ）、
その３次元周波数をＦ　（ｕ、ｖ、ｔ＋）　、ｆ　（ｘ
、ｙ＋ｚ）中の例えばｘ−ｙ平面に平行でｚ＝ｚｏを通
る面（原断層面）をｈ　（ｘ　＋　ｙ　＋　ｚ　）　、
その３次元周波数をＨ（ｕ、ｖ、ｗ）としたとき、３次
元実画像ｒ　（ｘ＋ｙ、Ｚ）中の前記断面ｈ（ｘ、ｙ、
ｚ）の画像値を（ａ−１）倍に強調した３次元画像ｇ（
ｘ、ｙ、ｚ）と、この３次元周波数Ｇ（ｕ、ｖ、ｗ）　
とは下記の式で表わすことができる。

ｇ　（ｘ、ｙ、ｚ）　　＝　ｆ　（ｘ、ｙ、ｚ）　　＋
　ａ　−ｈ　（ｘ、ｙ、ｚ）　・−・（ｔｌＧ　（ｕ＋
　Ｖ、　ｗ）　　；Ｆ　（ｕ、　Ｖ、　ｗ）　　＋ａ−
Ｈ（ｕ、　Ｖｌ　ｗ）　・・・（２）ここで、である。従って、＝　ｅ　−−ｚ９讐　、Ｉ″ｆｆ　（Ｘ、ｙ、２゜）ｅ
　−Ｊ　（ｘｕ・ｙｖ）ｄ工ｄｙ−〇−Ｊ２″′Ｈｒ２
（ｘ、ｙ）ｅ−Ｊ（Ｘｕ′″ｙｖ’　ｄｘｄｙ＝　ｅ　
−”ｏ’　　Ｆ　、（ｕ、ｖ）　　　　　　　−・−（
３１となる。但し、Ｆｚ（ｕ、ｖ）はｆ　ｚ（ｘ、ｙ）
の２次元周波数である。上記の式（１）〜（３）が意味
するところは、ｚ＝ｚｏにおける断面を（ａ−１）倍に
強調した３次元周波数Ｇ（ｕ、ｖ、ｗ）を得るには、強
調前の３次元周波数Ｆ　（ｕ、ｖ、ｗ）に、ｚ＝ｚ、に
おける２次元周波数Ｆｚ（ｕ、ｖ）をａ−ｅ−・１６”
倍して加算すればよいことになる。尚、以下ａ　、　ｅ
　−Ｊ　２６″′を位相項と称する。

上記のような原理によれば、強調したい面を変更する毎
に前処理としての３次元フーリエ変換を繰り返して行う
必要はなく、基本的には強調すべき面の画像を２次元フ
ーリエ変換して２次元周波数を得、これを３次元周波数
に加算することにより、所望断面が強調された画像に対
する３次元周波数を得ることができる。

上記の方法は、強調された断面の周波数データを周波数
データで加算して任意断面が強調された再投影像を得る
ものであったが、これに限らず再投影された２次元画像
に断面強調された２次元画像を加算することも可能であ
る。

以下、周波数空間上で加算する第１実施例と、再投影像
上で加算する第２実施例について説明する。

第１図は、第１実施例に係る立体画像表示装置のブロッ
ク図である。同図において、この立体表示装置は、立体
像を表示するだめの各構成部１〜８のうちの第１の３次
元周波数メモリ　（第２の記憶部）３の後段に加算器３
０．３次元周波数メモＩＪ３１を挿入接続し、かつ、前
記加算器３０に強調断面データ作成部２０の出力を入力
するように接続している。

先ず、再投影像を表示するための各構成部１〜８につい
て説明する。

第１図において、１は例えばＣＴ装置によって得られた
３次元ボクセルデータを記憶している３次元画像メモリ
　（第１の記憶部）である。２は上記３次元ボクセルデ
ータを３次元フーリエ変換して３次元周波数データを出
力するための３次元フＩＪ工変換装置であり、得られた
３次元周波数データは第１の３次元周波数メモリ　（第
２の記憶部）３に記憶される。４は医師等によって任意
に投影方向を指定できる３次元トラックボール等の座標
人力装置であり、指定された投影方向に関する方向ベク
トルの３成分をデータ転送装置５の読出し座標制御信号
として出力する。このデータ転送装置５は読出し座標制
御信号に基づいて、前記３次元周波数メモリ３に記憶さ
れている３次元周波数データから指定方向に関する原点
を通る面を選び出し、この２次元周波数データを２次元
周波数メモリ６へ転送する。７はこの２次元周波数デー
タを２次元逆フーリエ変換して２次元画像（再投影画像
）を得るための２次元逆フーリエ変換装置である。この
２次元画像は表示装置８に表示される。

このような再投影画像の表示装置にあっては、特願昭６
０−１９８５１３号の先願で詳述するように、投影切断
面定理を応用して、任意の投影方向に対応した原点を通
る周波数面を選び出し、この面の２次元周波数データを
２次元逆フーリエ変換して再投影画像を得ることによっ
て再投影処理を高速に行うことができ、かつトラックボ
ール等に連動させたリアルタタイム表示が可能となる。

次に、前記強調断面データ作成部２０について説明する
。座標入力装置１５は、強調断面位置を指定するための
座標（ここでは任意のｘ−ｙ平面を強調するためにｚ＝
ｚｏを指定するものとする）を入力するものである。デ
ータ転送装置１０は、前記座標人力装置１５によって指
定された断面画像を前記３次元画像メモリ１より取り出
して２次元画像メモリ１１に記憶するものである。尚、
座標人力装置１５．データ転送装置１０で断面指定手段
を構成している。２次元フーリエ変換器１２は、前記２
次元画像を２次元フーリエ変換して２次元周波数データ
とする。位相項演算部１６は、前記座標入力装置１５よ
り２座標２゜を入力し、前述した式（３）に示す位相項
ａｅ−’″ｉｚ６を演算して出力する。乗算器１３は、
２次元周波数データと位相項とを乗算し、この結果であ
る３次元周波数データを第２の３次元周波数メモリ１４
に記憶するようになっている。

前記加算器３０は、第１の３次元周波数メモリ３の原３
次元周波数データと、強調断面データ作成部２０におけ
る第２の３次元周波数メモリ１４の出力とを加算し、第
３の３次元周波数メモリ３１に記憶するものである。

上記のように構成された装置の作用について第２図に示
す動作フローチャートに基づいて説明する。先ず、例え
ばＸ線ＣＴ装置より収集された複数断面についてのデー
タを３次元の原画像データｆ　（ｘ、ｙ、ｚ）として、
３次元画像メモリ１に記憶する（ステップ１）。次に、
前処理としてステ・７プ２．３を実行する。即ち、３次
元フーリエ変換器２で３次元画像データを３次元フーリ
エ変換して３次元周波数データＦ　（ｕ、ν、−を得、
これを第１の３次元周波数メモリ３に記憶する。この前
処理は、データに変更がない限り１回だけ行えばよい。

次に、任意断面を（ａ−１）倍に強調した再投影像の表
示動作をステップ４〜ステツプ１１に基づき説明する。

ステップ４では、座標入力装置１５゜データ転送装置１
０の作用により、３次元画像メモリｌから座標２゜に関
するｘ−ｙ平面像を読み出し、これを２次元画像メモリ
１１に記憶する。

ステップ５では、上記の２次元画像データを２次元フー
リエ変換器１２で２次元フーリエ変換し、２次元周波数
データＦｚ（ｕ、ｖ）を得る。一方、位相項演算部１６
では座標入力装置１５からの座標２゜に基づき位相項ａ
ｅ　−Ｊ　’　Ｚ・が求められるため、ステップ６にお
いて２次元周波数データＦ、（ｕ、ν）と位相項とを乗
算し、この結果得られた３次元周波数データを第２の３
次元周波数メモリ１４に記憶する。

そして、ステップ７では上述した第１．第２の３次元周
波数メモリ３．１４の出力を加算し、この加算によって
原理説明で詳述したように指定面が強調された３次元周
波数データが得られ、これを第３の３次元周波数メモリ
３１に記憶する（ステップ８）。

以後のステップ９〜ステツプ１１は、前述した座標入力
装置４．データ転送装置５．２次元画像メモリ６．２次
元逆フーリエ変換器７及び表示装置８によって実行され
、表示装置８上には指定断面が強調された立体像の再投
影画像が表示されることになる。

ここで、表示装置８に表示された再投影像の投影方向を
変えたいときには、座標入力装置４で投影方向を再設定
した後にステップ９〜ステツプ１１を再度実行すればよ
い。従って、３次元フーリエ変換を再度行う必要がなく
、投影方向が変化した再投影像を短時間で表示すること
ができる。また、輝度強調を行うべき断面を変えたいと
きには、座標入力装置１５での断面指定を再設定し、ス
テップ４〜ステツプ１１を再度実行すればよい。このよ
うに、例えば実空間上で輝度強調を行った場合（この場
合には再度３次元フーリエ変換を要する）に比べて、本
実施例では大幅に処理時間が短縮できる。尚、従来装置
のようにボクセルデータを、線状に積分して再投影演算
を行うものと比較すれば、その処理時間を短縮できる効
果は著しいものとなる。

次に、本発明の第２実施例について、第３図に示すブロ
ック図を参照して説明する。この第２実施例では加算器
５０を表示装置８の前段に設け、前記再投影像の構成部
１〜７で形成され、２次元画像メモＩＪ　７　Ａに記憶
された再投影像と、強調断面データ作成部４０で作成さ
れた２次元画像（指定断面が強調された画像）とを加算
して表示するように構成している。

第３図において、再投影像の構成部１〜７は第１実施例
と同様であるため、以下、強調断面データ作成部４０に
ついて説明する。

前記前面データ作成部４０における座標人力装置４１及
びデータ転送装置４２は断面指定手段の一例であって、
第１実施例における座標人力装置１５、データ転送装置
１０と同一機能を有し、３次元画像メモリ１より指定断
面の２次元画像データを転送する。アフィン変換器４３
は、前記２次元画像データを公知の７フイン変換法によ
り所定の投影方向より投影した投影像とする。この際、
アフィン変換器４３での投影方向は、前記座標入力装置
４で指定された投影方向と同一のものとする。この指定
断面の投影像は２次元画像メモリ４４に記憶された後、
乗算器４５で断面強調係数が乗算されて２次元画像メモ
リ４６に記憶されるようになっている。

このような第２実施例装置においては、、３次元画像デ
ータに基づく再投影像の構成は、第１実施例と同様に高
速演算が可能である。また、強調断面データの作成は、
指定断面に関する２次元画像を再投影像と同一投影方向
にアフィン変換し、この結果得られた投影像に断面強調
係数を乗算することに得られる。そして、再投影像と断
面強調後のアフィン変換像とを加算して表示することに
より、第１実施例と同様に指定断面が輝度強調された再
投影像を表示することができる。尚、この第２実施例に
おいても、再投影像の投影方向を変えたいときには、座
標入力装置４で投影方向を再設定した後に、データ転送
装置５．アフィン変換器４３での投影方向を変えて以降
の演算を行えばよく、３次元フーリエ変換を再度行・う
必要がないため短時間で演算することができる。また、
輝度強調すべき断面を変えたい場合には、強調断面デー
タ作成部４０での断面指定を再設定して演算すればよ（
、この場合にも３次元フーリエ変換を再度行う必要がな
いため短時間で演算可能である。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した実施例は３次元画像中のｘ−ｙ平面に平行な任
意断面を強調する場合について説明したが、これは説明
の便宜のためであり他の平面の強調についても同様にし
て行うことができる。また、指定された面を（ａ−１）
倍にして投影する例について説明したが、指定面に対す
る他の処理（例えば輝度を一定量上げる処理等）につい
ても基本的には同様の方式で行い得る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、任意の２次元断面
の肩度を強調した再投影像を表示するにあたり、投影方
向を変えあるいは強調すべき指定断面を変えて表示する
毎に、３次元フーリエ変換を再度行う必要がないため高
速に演算することができる。従って、従来のようにボク
セルデータを線状に積分する方法に比べれば、演算処理
の高速化を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る装置のブロック図、
第２図は同装置の動作フローチャート、第３図は本発明
の第２実施例に係る装置のブロック図、第４図は指定断
面を強調した再投影像を示す概略説明図である。１・・・第１の記憶部、２・・・３次元フーリエ変換装置、３・・・第２の記憶部、５・・・データ転送装置、７・
・・２次元逆フーリエ変換装置、８・・・表示装置、１
０．１５・・・断面指定手段、１２・・・２次元フーリエ変換装置、１３・・・乗算手段、１６・・・位相項演算手段、２０
．４０・・・強調断面データ作成部、３０．５０・・・
加算手段、４１．４２・・・断面指定手段、４３・・・アフィン変換装置、４５・・・乗算手段。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）３次元ボクセルデータを記憶する第１の記憶部と
、この第１の記憶部からの３次元ボクセルデータを３次
元フーリエ変換して３次元周波数データを出力する３次
元フーリエ変換装置と、この３次元周波数データを記憶
する第２の記憶部と、この３次元周波数データから任意
投影方向に対応した原点を通る周波数面を選び出し、こ
の面における２次元周波数データを出力するデータ転送
装置と、２次元周波数データを２次元逆フーリエ変換し
て２次元画像を出力する２次元逆フーリエ変換装置と、
前記第１の記憶部から指定断面データの転送を受け、こ
の断面を輝度強調した強調断面データを作成する強調断
面データ作成部と、この強調断面データを前記３次元周
波数データ又は前記２次元画像に加算する加算手段と、
強調断面データの加算結果に基づく２次元画像を表示す
る表示装置とを有することを特徴とする立体画像表示装
置。
（２）強調断面データ作成部は、強調すべき断面を指定
してこの断面データを第１の記憶部より転送する断面指
定手段と、この断面データを２次元フーリエ変換して２
次元周波数データを出力する２次元フーリエ変換器と、
周波数空間上で輝度強調するために乗算すべき位相項を
演算する位相項演算部と、この位相項と前記２次元周波
数データとを乗算する乗算手段とで構成し、前記加算手
段は前記乗算手段の出力を前記第２の記憶部からの３次
元周波数データと加算するものである特許請求の範囲第
１項に記載の立体画像表示装置。
（３）強調断面データ作成部は、強調すべき断面を指定
してこの断面データを第１の記憶部より転送する断面指
定手段と、この断面データを前記データ転送装置での投
影方向と同一方向にアフィン変換するアフィン変換装置
と、このアフィン変換像に断面強調係数を乗算する乗算
手段とで構成し、前記加算手段は乗算手段の出力を前記
２次元逆フーリエ変換装置からの２次元画像に加算する
ものである特許請求の範囲第１項に記載の立体画像表示
装置。