JPS62219075A - 三次元画像の半透明表示方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、三次元画像の表示方法、特に陰影づけの異な
る画像を重ねて表示する表示方法に関する。

〔従来の技術〕

コンピュータによる医用画像の表示は、二次元表示から
三次元表示へと発展している。

例えば、ＣＴスライス三次元表示の例を第９図で説明す
る。被検体に対してＣＴ装置で複数のＣＴ像＃１．＃２
．＃３．・・・を得る。例えば、人間の頭部では最大１
００枚程度となる。かくして得た複数のＣＴスライス像
を積み上げると、三次元画像を得る。

この三次元画像表示の従来例には、「アイソトープニュ
ース（Ｉ　５ｏｔｏｐｅ　Ｎｅｗｓ）　Ｊ　　（１９８
５年、１２月号。日本アイソトープ協会発行）の「コン
ピュータによる医用画像の三次元表示」　（８ページ〜
９ページ）がある。

この文献に述べられているように、 三次元画像の表示法には、擬似三次元表示法がある。擬
似三次元表示法は、主としてコンビュータ・グラフィッ
ク技術により、見掛は上の三次元画像を作り出し、これ
を通常の三次元ディスプレイ上に投影表示する方法であ
る。

擬似三次元表示法は、断面変換表示法と表面表示法等よ
り成る。断面変換表示法は、三次元データ構造として収
集された人体像、即ち三次画像を画像メモリ上におき、
これを任意の方向から切断し、その切断面を二次元画像
として再現成表示する方法であり、座標に対応した濃淡
値の高速補間演算が基本である。

この断面変換表示法で得た切断面に対する表面表示法と
しても、又はこの切断面とは無関係に画像そのものの表
面を適正に表示させる方法として。

表面表示法がある。

この表面表示法は、複雑に入り組んだ臓器、骨などの表
面形状を立体的に画像構成する方法である。表面表示法
の代表的なものに、サーフエース法とボクセル法とがあ
る。

ここで、サーフエース法とは、画像各点の傾斜角に対応
して濃度を与え、この濃度を画面に表示し、陰影を表現
させることとした。

ボクセル法とは、視点又は光源からの画像上の各点への
奥行き距離に応じて濃度を与え、この濃度を画面に表示
し、陰影を表現させることとした。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ボクセル法では、奥行き距離の把握に優れている反面、
サーフエース法に比べ、細かい部分の形状把握が正確で
ない欠点を持つ、一方、サーフエース法では、細かい部
分の形状把握が正確に行いうる反面、奥行き距離の把握
が正確でない欠点を持つ。

画像の三次元表示における陰影化は、ボクセル法かサー
フエース法かのいずれか１つを使うことによって実現で
きるが、それぞれの特徴を引き出すためには、画像の位
置や形状、又は着目点に応じた使い分けが好ましい。

そこで、１つの画面表示に際して、あるものはボクセル
法、他のあるものはサーフエース法といった考え方が必
要となる。

例えば１人体を三次元表示する場合、表面層である皮膚
層をボクセル法で表示させ、骨部をサーフエース法で表
示させるやり方がある。この場合、人体を表示させるに
は、皮膚層と骨部とを併せて表示させることになるが、
骨部の大部分は皮膚層に重なって表示しなければならな
い。

この重なり部分の表示に際して１手前側の画像のみを表
示し、後方の画像はそれに隠れているとみて表示させな
いようにすることもできる。しかし、後方の画像を注目
して観察したい、且つその後方の画像と手前側の画像と
の位置関係も観察したい、との画像観察要求がある。こ
の要求に沿うには、手前側の画像を透明状態で表示させ
るが、手前側の画像を半透明状態で表示させるかの２つ
の考え方がある。前者の透明状態で表示させた場合、手
前の画像と後方の画像との画像としての区別がつきにく
く、且つ視覚上からの距離感もつかみにくい。

従って、後者の半透明状態での表示法が採用される。こ
の半透明状態での表示法では、手前側の画像を半透明で
表示させ、この半透明の後方に、後方の画像を重ねて表
示させるとのやり方をとることになる。これによって、
手前の画像と後方の画像とがそれぞれ区別されて表示で
き、両者の位置関係及び両者の画像の相互の状態とが併
せて観察可能となる。

半透明表示のための半透明処理を第２図をもとに説明す
る。この図は１表示例を示しているが、実際の処理は、
メモリに格納しである三次元画像に対しての半透明処理
である。従って、第２図は説明の便宜のための図である
。

さて、第２図で皮膚層２００は、ボクセル法によるデー
タとし、骨部２１０はサーフエース法によるデータとす
る。

尚、骨部２１０は、積層したＣＴスライス画像から直接
に求めることもできるが、この直接算出法は複雑である
ため、間接算出法をとる。即ち、骨部２１０は最初、ボ
クセル法によって骨部画像を得る。次に、このボクセル
法で得た骨部画像に対してサーフエース法による加工を
行いサーフエース法による骨部画像を得る。更に、皮膚
層２００．骨部２１０のそれぞれのボクセル法によって
得た画像は、ペインティングアルゴリズム法によって遠
近処理化されている。さらに透視変換もされている。

皮膚層２００は骨部２１０の周囲に存在する。従って。

皮膚層２００の手前側の画像は、骨部２１０よりも手前
に表示すべきである。皮膚層２００を半透明表示とすれ
ば、皮膚層２００の存在が明確となり、且つその奥に存
在する骨部２１０の存在も併せて明確となる。しかし、
図では、半透明表示は示していない。

尚、皮膚層２００の半透明化は手前だけでなく、奥行き
側も含めて処理させる。

さて、半透明処理は判定処理と半透明データ化処理との
２つより成る。第２図で、１つの直線悲。上の４点Ａｘ
−Ｂ−Ａ＊−Ｂｅを考える。Ａ８゜Ａ、は皮膚層２００
の各点とし、Ｂ工、Ｂ、は骨部２１０上の各点とする。

この４点の中で、Ａ１はＢ１よりも手前（視点）側であ
り、逆にＢ、はＡ、よりも手前（視点）側になるはずで
ある。この手前になるか否かの判定を行う処理が、判定
処理である。半透明データ化処理では、その判定結果か
ら半透明な表示データ形式を得る。

上記判定処理の判定のためには、皮膚層データと骨部デ
ータとのどちらが、奥行き側にあるか。

或いは手前側にあるかの表示がなされていることが必要
となる。両データ共に、「濃度量」（以下、単に濃度と
云う）でデータの大きさを示す。この濃度は、視点や光
源からの距離で決める方法と、各点の傾斜の大きさで決
める方法とがある。前者がボクセル法による濃度表現形
式であり、後者がサーフエース法による濃度表現形式で
ある。即ち、表現形式が互いに異なる。

従って、データ、即ち濃度の大きさのみで、両者の位置
関係を判定することは困難である。これを図を用いて説
明する。第３図はボクセル法による濃度表現形式の説明
図である。視点面３００から画像２００の各点までの距
離の近い方（−Ａ点）は明るくし、遠い距離の方（Ｂ点
）を暗くするやり方がボクセル法である。従って、明る
さを濃度で表現しておき、濃度の大きいデータであれば
、近く表示してよく、濃度の小さいデータであれば遠く
表示する。このため１画像の各点が奥行き方向の情報、
即ち濃度情報で表現される。

一方、第４図はサーフエース法による濃度表現形式の説
明図である。光源４００から画像の輪郭の各点をみる。

各点では、当該点を含む画像表面に沿う微小な三角形平
面ａ、ｂ、ａを考え、この三角形平面（面素とも呼ぶ）
からの外側への法線４１０Ａ、　４１０Ｂ　、　４１０
Ｃを求める。この各法線と。

光源からの各点とを結ぶ直線とのなす角度をθとする。

ｃｏｓθに比例するように各点の濃度を設定する。θが
大きければ小さい濃度、θが小さければ大きい濃度にな
る。この濃度によれば、奥行き方向の情報は直接には得
られない。

この第３図、第４図より明らかなように、ボクセル法と
サーフエース法とでは互いの濃度の次元が異なり、大小
の比較はできない。

そのためには、ボクセル法による濃度をサーフエース法
で得た形式にデータ変換し、その後で両者の大小を比較
するとか、サーフエース法による濃度をボクセル法で得
た形式にデータ変換し、その後で両者の大小を比較する
とか、の方法を必要とする。

この変換は容易でない。また、簡単な変換法がみつかっ
たとしても、変換処理ステップはなければさらによい。

本発明の目的は、半透明表示のための半透明処理を簡便
に実現してなる三次元画像の表示方法を提供するもので
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、皮膚層の如き外側の画像を、視点と画像中心
を結ぶ直線に直角或いは直角に近い線で分け、視点に近
い部分のデータのみを用いて内側の骨部の如き画像と半
透明的に合成させたことになる。

〔作用〕

本発明では、上記直角又は直角に近い直線より手前側の
外側の画像のデータを自動的に選択でき、該選択したデ
ータと内側の画像とを半透明的に合成させることとなり
、判定処理は不用、且つ処理内容も単純化できた。

〔実施例〕

第１図は本発明の処理装置の実施例図を示す。

プロセッサ（ＣＰＵ）１は、半透明処理以外のすべての
処理を行う。ここで半透明処理以外のすべての処理とは
、半透明処理の前提となるボクセル法及びサーフエース
法による三次元画像データを得ること、及びその結果を
磁気ディスク５に格納しておくこと、半透明処理終了後
に半透明処理したデータをディスプレイ３に表示させる
こと、及び高速演算回路４の起動を行うこと、及びこの
起動に先立ってボクセル法及びサーフエース法で得た三
次元画像データを主メモリ２に読出しておくこと、の処
理を云う。、　　゛ 高速演算回路４は、半透明化処理を専用に行う専用ハー
ドウェアである。ＣＰＵＩの起動指令により起動し、主
メモリ２内のボクセル法で得たデータ、サーフエース法
で得たデータを取込み半透明化処理を行う。この処理結
果は、リフレッシュメモリ７に格納する。また、磁気デ
ィスクメモリ５にも格納し、保存する。

磁気ディスクメモリ５は、ボクセル法及びサーフエース
法で得たデータを格納すると共に、半透明化処理後のデ
ータの格納も行う。

リフレッシュメモリ７は、表示データを格納するメモリ
である。ディスプレイ３は、リフレッシュメモリ７のデ
ータをラスクスキャンして表示する。

共通バス６は、各構成要素の接続を行う。

尚、マイクロプログラム方式で働かせる場合には、上記
構成要素以外に、マイクロプログラムを格納するＲＯＭ
設けておけばよい。更に、高速演算回路４の中に、リフ
レッシュメモリ７を含めておき、且つ表示制御手段（デ
ータをビデオ信号化すること、ラスクスキャンすること
）を含めておけば、高速演算回路４では、半透明化処理
及び表示処理を行うことになる。

高速演算回路４の処理内容を第５図に示す、メモリ２内
には、ボクセル法で得た皮膚層画像２Ａ。

サーフエース法で得た骨部２Ｂとを書込んでおく。

この状態でＣＰＵＩは高速演算回路４の起動をかける。

この起動を受けて演算回路４は下記の処理を行う。

先ず、２Ａをつくるには皮膚断層画像を取込み、切出し
直線Ｑの決定を行う。次に、この切出し直線Ｑで皮膚層
画像の切断を行い、手前側画像を切出す。このようにし
て切り出した断層像を用いて切り出し三次元画像２Ａを
つくる。

次に、切出し画像２Ａと骨部画像２Ｂとの半透明合成を
行う。合成した画像を表示させれば、三次元半透明表示
画像２Ｃを得る。

以上の処理をさらに詳述する。

第６図は、切断処理の様子を示す。視点５００を先ず特
定する。次に、画像２Ｂの中心位置Ｐを算出する。この
中心位置Ｐは重心位置であり、輪郭点がすでに求まって
いることから、輪郭点より重心位置を算出する。中心位
置Ｐと視点５００とを結ぶ直線に直角で且つ中心位置Ｐ
を通る直線Ｑを算出する。直線Ｑが切断線となる。次に
、切断線Ｑで画像２Ｂを切断する。この切断は、例えば
、切断線Ωをｙ＝ａｘ＋ｂとすると、画像２Ａの中の輪
郭点（ｘ、ｙ）がｙ＝ａｘ＋ｂより手前にあるかどうか
で決定する。即ち、比較すればよい。

かくして切断線Ωより奥側の画像２０ａは切りすて、手
前側の画像２ａのみを残す。

第７図は、半透明化データを得る合成処理の様子を示す
、この図は、合成処理を理解しやすくするために特に開
示した図であり、実際には、画像２Ｂと画像２Ａとの間
でデータ処理的に合成する。

さて、第７図で、画像２Ａは切出し処理で得た画像であ
り１画像２Ｂはサーフエース法で得た骨部画像である。

この２つの画像との間で、視点への反射光をもとにした
合成処理を行う。視点への反射光とは、画像２Ｂではサ
ーフエース法で得た濃度であり、画像２Ａでは、ボクセ
ル法で得た濃度である６合成処理は視点からみたすべて
の点で行う。例えば、座標（Ｘ□ｙｉ）での合成濃度を
ＬｍＱとすると、合成濃度Ｌｒ、Ｑは、Ｌ　ｒｍＱ　＝
　Ｂ　ｍｌＬ＋μＲｔａｆＬ　　　・・・・・・（２）
で算出する。ここで、ＢｍＡとは、皮膚層画像２ａの（
ｘｍ＋　ｙＱ）での濃度−Ｒｍｊｌとは、骨部画像２Ｂ
のｙ＝３’Ｑ位置での濃度である。μとは、透過係数で
ある。即ち、Ｒ＋＋＋ｆｉすべてをＬｍＱの計算に使う
のではなく、係数μを乗算したμＲｍＡを濃度算出に使
用する。係数μの大きさは半透明表示の度合いを決める
。一般に、０〈μく１とする。

（２）式の算出をすべての表示点にわたって行う。

かくして得た合成濃度Ｌｒ５Ｑは、表示すべき合成の明
るさとなる。この濃度ＬｍＱは半透明表示データとなる
。この合成濃度画像２Ｃは、磁気ディスクメモリ５に格
納させ、且つリフレッシュメモリ７に格納させて表示さ
せる。

尚、切断線ａは、中心位置を通過する直線としたが、画
像によってはこれに限らない。第８図に示す如く、ａか
ら距離ｄだけ離れた位置の直線悲□を選び、これを切断
線としてもよい。切断線の選び方は、注目する画像の内
容によって行う。

更に、高速専用回路４の代りにプロセッサによってソフ
トウェア的に半透明処理を行わせてもよい。

尚、三次元図形は、ＣＴスライス画像としたが、透視像
であっても、ＣＴ像と透視像との組合せ画像であっても
よい。更に、画像としては、医用画像以外の例もありう
る。

更に、本実施例では、内部画像をサーフエース法、外部
画像をボクセル法による画像としたが、その逆でもよい
。また、両画像とも同一形式の濃度表示であっても適用
できる。ボクセル、サーフエース法以外の画像にも適用
できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、異なる画像間において、半透明表示処
理を簡便に行うことができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の処理装置の実施例図、第２図は半透明
表示の説明図、第３図はボクセル法の説明図、第４図は
サーフエース法の説明図、第５図は本発明の処理手順を
示す図、第６図は切出し処理の説明図、第７図は合成処
理の説明図、第８図は切出し処理の他の例を示す図、第
９図は三次元画像側図である。 １・・・プロセッサ（ＣＰ　Ｕ）、２・・・主メモリ（
ＭＭ）。 特許出願人　　株式会社　日立メディコ代理人弁理士　
秋　　本　　正　　実 第１図 第３図 第４図 （４成濃漫色液） 第６図 第７図 ２Ａ 第８図 第９図 複釈のＣＴ漱　（１〜１００戦） 二次７Ｃ，画像

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、メモリ内に濃度形式の三次元外側画像と三次元内側
   画像とを格納しておき、該２つの画像を読出して表示装
   置に両者を重ね合せて半透明表示させる三次元画像の半
   透明表示方法において、外側の三次元画像を切断線で切
   断し、視点手前側の画像のみを切出し、該切出した外側
   切出し画像と内側画像とを互いの濃度の大きさに応じて
   合成して合成濃度の画像を得、該合成濃度画像を表示装
   置に表示させるようにした三次元画像の半透明表示方法
   。 ２、上記三次元外側画像とはボクセル法で得た画像とし
   、三次元内側画像とはサーフェース法で得た画像とする
   特許請求の範囲第１項記載の表示方法。