JPS62150480A - 立体画像表示装置 - Google Patents

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　；ν
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、
特にボクセルデータの輪郭面を強調することによって再
投影像を見易く、立体的認識の理解の容易な立体画像表
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装置、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ＭＲ−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ｌ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、多断層の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
標変換処理、補間処理、輪郭抽出処理、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Ｃ
Ｔ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、Ｐ７５０〜Ｐ　７５１
．　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）を斜線方向に
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！１ｉｃＴ
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、　Ｈａｒｒｙ？、　　ｒＩｄｅｎｔｉｆｉ
ｃａｔｉｏｎｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍａｌ　０ｒｉｅ
ｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　０ｂｌｉｑｕｅ　Ｓｅｃｔｉｏ
ｎｓＴｈｒｏｕｇｈ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｐａｒａｌｌ
ｅｌ　　ＣＴ　Ｉｍａｇｅ　Ｊ　＋Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏ
ｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｓ５ｉｓｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇ
ｒａｐｈｙ、Ｖｏｌ５、Ｎｌ　　６．　１９８１．Ｌ、
　　ロ、　　Ｈａｒｒｉｓ、　　ｒＤｉｓｐｌａｙ　　
ａｎｄＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ　　ｏｆ　　Ｔｈｒ
ｅｅ−Ｄｉｍｍｅ’ｍｏｎａｌＲｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔ
ｅｄ　Ａｎａｔ＊ｍｉｃ　Ｍｏｒｐｏｌｏｇｙ　　：　
　ＥｘｐｅｒｉｅｎｃｅＷｉｔｈ　　ｔｈｅ　Ｔｈｏｒ
ａｘ　　＋　　Ｈｅｒｔ　＋　　ａｎｄ　Ｃｏｒｏｎａ
ｒｙＶａｓｃｕｌａｔｕｒｅ　　ｏｆ　　Ｄｏｇｓ　　
Ｊ　　＋　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｃｏｍｐｕｔ
ｅｒＡｓｓｉｓｔｅｄ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ　　、　
　Ｖｏｌ　　３．　　Ｎｏ　４．　１９７９　）　　。

しかし、この方式の場合、Ｖｏｘｅ　ｌ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
され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
山願人ハ先の出１１ＪＩ（’ＩＩ願昭６０−１９８５１
３号）で開示した。即ち、予じめ前処理として３次元Ｖ
ｏｘｅｌ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　ｌ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。

ところで、上記のようにして得た再投影像であっても、
画像対象によっては立体的認識が困難である場合があり
、特に医用画像の場合には診断能に大きく影響する。例
えば、胃のように中腔の臓器の場合には問題がないが、
肝臓のように中身のつまった臓器（実質臓器）について
は一般に立体的認識が容易でない。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、ボクセ
ルデータの輪郭面を強調することによって、画像対象に
拘わらずその再投影画像をより見易く、立体的認識が容
易な立体画像表示装置を提供することを目的とするもの
である。

〔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、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、周波数空間上で画像の輪郭に対応する高
周波を強調するためのフィルタ関数を作成するフィルタ
関数作成手段と、このフィルタ関数を前記３次元周波数
データ又は２次元周波数データに乗算する乗算手段と、
前記フィルタ関数の乗算結果に基づく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。

第５図ｆａ）に示すように臓器２を含む原画像１につい
て考察する。この原画像１の断面Ａに関する距離−濃度
の関係は第５図（ｂ）に示す通りとなっている。

第５図（ｂ）において、臓器２の輪郭２Ａに相当する部
分の濃度カーブは、低濃度から高濃度へとほぼ垂直にな
る程急激でない。

第５図（Ｃ）〜（ｆ）は、第５図（ｂ）の画像をフーリ
エ変換して得た各周波数特性を示している。ここで前記
輪郭２Ａに相当する画像をフーリエ変換して得た周波数
データは、高周波成分となっている。つまり、第５図（
ｅ）、　（ｆ）に示す高周波成分が輪郭２Ａを反映した
解析値である。

そこで、第５図（ｅｌ、　（ｆ）に示す高周波の振幅を
強調すれば、この後逆フーリエ変換によって得られた画
像の輪郭２Ａが強調されたことになる（第５図（ｇ）参
照）。

このために、第６図に示すように原画像をフーリエ変換
した後の周波数特性Ｄ１に対し、その高周波を強調する
重み付はフィルタＦをかければ、処理結果たる周波数特
性Ｄ２は同図に示すように高周波が強調されたものとし
て得られる。

このように、原画像のフーリエ変換後の周波数データに
対し、周波数空間上で高周波を強調するためのフィルタ
リングを行い、この結果をフーリエ逆変換することによ
り輪郭の強調された画像を得ることができる。

以下、上述した原理に基づく本発明の一実施例を図面を
参照して説明する。

第１図は本発明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、この立体画像表示装置は再投影像
を表示するための各構成部１１〜１９のうちの第１の２
次元周波数メモリ１６と２次元逆フーリエ変換装置１７
との間に、乗算器２３、第２の２次元周波数メモリ２４
を挿入し、かつ、乗算器２２への他方の入力端にフィル
タ関数作成手段２０を接続して構成している。

先ず、再投影像を表示するための各構成部１１〜１９に
ついて説明する。

第１図において、１１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次元メモリで
ある。１２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
フーリエ変換装置であり、得られた３次元周波数データ
は３次元周波数メモリ３に記憶される。１４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
ル等の座標入力装置であり、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１５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１５
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１３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
数データを第１の２次元周波数メモリ１６へ転送する。

１７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２次元画像メ
モリ１８に記憶された後に表示装置１９に表示される。

このような再投影画像の表示については特願昭６０−１
９８５１３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、かつトラックポール等
に連動させたリアルタイム表示が可能となる。

次に、輪郭強調のための構成について説明する。

前記フィルタ関数作成手段２０は、輪郭強調の度合を調
整する係数を入力するための係数人力手段２１と、入力
された係数に基づき輪郭に対応する高周波を強調すべき
フィルタ関数を発生する関数発生手段２２とで構成して
いる。このようなフィルタ関数作成手段２０で作成され
たフィルタの空間周波数特性を第２図に示す。同図に示
すようにこのフィルタ特性は低周波に対する重み付は係
数が小さく、高周波に対する重み付は係数が大きくなっ
ている。また、第２図の空間周波数特性のうち周波数Ｗ
、上の断面で考察すると、前記係数入力手段２１からの
係数によって、同図に示すように高周波数強調の度合、
即ち、輪郭強調の度合を可変できるようになっている。

前記乗算器２３は、２次元周波数データと前記フィルタ
関数とを乗算することにより、周波数空間上で高周波を
強調した結果を出力し、第２の２次元周波数メモリ２４
に記憶するようになっている。

以上のように構成された立体画像表示装置では、データ
転送装置１５によって投影切断面定理を応用することに
より、３次元周波数データの中から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て、この面におけ
る２次元周波数データを得、この２次元周波数データに
対して上述したフィルタ関数を乗算することにより、高
周波成分が強調された２次元周波数データを得ることが
できる。このように、高周波が強調されることによって
、原理説明において前述したように画像の輪郭部分が周
波数空間上で強調されたことになる。

従って、フィルタ関数を乗算した後の２次元周波数デー
タを、２次元逆フーリエ変換装置１７で２次元逆フーリ
エ変換して得た２次元画像は、輪郭部分が強調された再
投影像として表示することである。

しかも本実施例装置では、任意投影方向に対応した周波
数面の２次元周波数データに対してフィルタ関数を乗算
するという構成であるため、座標入力装置１４からの入
力に応じて投影方向を変化させる毎に、係数入力手段２
１での係数を可変設定して輪郭強調の度合を変化させる
ことができる。

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。

上記実施例では投影方向を変化させる毎に、輪郭強度の
度合も変化させることができたが、輪郭強調の程度を度
々変化させる必要のない場合には、第４図に示す構成と
することもできる。第４図に示す構成が第１図に示す前
記実施例の構成と相違する点は、フィルタ関数を乗算す
べき乗算器２３を、３次元フーリエ変換装置１２と３次
元周波数メモリ１３との間に配置したことである。この
ような構成とすれば、予め前処理として３次元周波数デ
ータにフィルタ関数を乗算して空間周波数上で高周波強
調した内容を３次元周波数メモリ１３に記憶しておき、
その後面の取り出し、２次元逆フーリエ変換を行うこと
ができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば空間周波数上で画
像の周波数データに対して高周波を強調処理することに
より、これを２次元逆フーリエ変換して得た画像の輪郭
が明瞭となり、特に医用診断において対象画像が臓器で
あっても、より立体的な認識が容易となり、診断能の向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例装置のブロック図、第２図
はフィルタ関数作成手段で作成されるフィルタの空間周
波数特性を示す特性図、第３図は係数入力手段からの係
数に基づく高周波の強調度合の可変例を示す特性図、第
４図は本発明の第２実施例装置のブロック図、第５図（
ａ）〜第５図ｔｇ＞はそれぞれ本発明の詳細な説明する
ための概略説明図、第６図は原周波数データ、フィルタ
及び処理結果の関係を示す特性図である。 １２・・・３次元フーリエ変換装置、 １５・・・データ転送装置、 １７・・・２次元逆フーリエ変換装置、１９・・・表示
装置、２０・・・フィルタ関数作成手段、２１・・・係
数入力手段、２２・・・関数発生手段、２３・・・乗算
手段。 −一−−−Ｎ　　　　　　　　Ａ　　　　　　　　　　
　−−Ｎ“ｏａ）　　　　　　−〇

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）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、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、周波数空間上で画像の
   輪郭に対応する高周波を強調するためのフィルタ関数を
   作成するフィルタ関数作成手段と、このフィルタ関数を
   前記３次元周波数データ又は２次元周波数データに乗算
   する乗算手段と、前記フィルタ関数の乗算結果に基づく
   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. （２）フィルタ関数作成手段は、輪郭強調の度合を調整
   するための係数を入力する係数入力手段と、入力された
   係数に基づき輪郭に対応する高周波を強調すべきフィル
   タ関数を発生する関数発生手段とで構成したものである
   特許請求の範囲第１項記載の立体画像表示装置。