JPS6297074A - ３次元の面構造を表示する装置 - Google Patents

３次元の面構造を表示する装置

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JPS6297074A
JPS6297074A JP61192213A JP19221386A JPS6297074A JP S6297074 A JPS6297074 A JP S6297074A JP 61192213 A JP61192213 A JP 61192213A JP 19221386 A JP19221386 A JP 19221386A JP S6297074 A JPS6297074 A JP S6297074A
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  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
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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】 発明の背景 この発明は全般的に面情報を表示する装置と方法に関す
る。表示される面の像は、典型的には、その何れも３次
元の容積内の種々の位置に於ける１種類又は更に多くの
物理的な性質を表わすデータの３次元配列を発生するこ
とが出来る様な、計算機式断層写真（ＣＴ）Ｘ線装置又
は磁気共鳴（ＭＲ）作像装置によって検査される密実な
物体の内部領域内にあるのが典型的である。更に詳しく
云うと、この発明は、身体の内部構造の表示が得られる
様な医学用の像を表示する為の装置と方法に関する。こ
の発明を実施することによって発生される像は、医者、
Ｘ線技師及びその他の医療の実務家が検査する為の３次
元データを提供する。
普通のＸ線装置では、骨と軟らかい組織の異なる吸収特
性に基づいて、２次元の陰影像が作られる。最近の１０
年間程度の間に開発された計算機式断層写真装置により
、診断の道具として、従来のＸ線装置に比べて著しい改
良がなされた。この所謂ＣＴ装置はＸ線を基本としてお
り、最初は、身体、物体又は検査される患者の横方向の
スライスを描く２次元の単独の図を発生する為に使われ
ていた。その後、多数の隣接するスライスに対するデー
タを発生すると共に、種々の内部器官の３次元表示を描
き出すＸ線技師の推論能力を利用して、ＣＴ走査データ
から３次元情報が取出された。
この発明の１実施例では、この様な一連の隣接したＣＴ
定走査よって発生されたデータの３次元配列から、陰影
並びに輪郭をつけた３次元像が発生される。同様に、一
層新しいＭＲ作像技術も、身体の内部器官の物理的な性
質を表わすデータの３次元配列を発生することが出来る
。更に、ＭＲ装置は、単に骨と軟らかい組織だけでなく
、種々の組織を一層良く弁別することが出来る。ＭＲ作
像装置は、単に像データだけでなく、生理学的なデータ
を発生することも出来る。然し、ＭＲ装置を用いてもＣ
Ｔ装置を用いても、データは単に一連のスライスとして
しか利用することが出来ず、真の３次元像を発生する装
置は一般的に利用することが出来なかった。
この発明では、ＣＴ走査装置又はＭＲ作像装置の何れか
によって発生された３次元データを複数個の方法で表示
並びに解析して、見る者の選択によって選ぶことが出来
る多数の解剖学的な特徴を表示スクリーン又はその他の
装置に発生することが出来る。この発明の装置と方法で
は、３次元像を発生するのに使われるデータは、典型的
には１回だけ収集され、その後、情報を発生し且つ見る
者の選択によって表示する為に、繰返して使われる。見
る者は、１つ又は更に多くの閾値を選択する権利を持つ
。こういう閾値が、例えば脳の表面の組織ではなく、骨
の表面を表示するかどうかを決定する。見る者又はこの
発明の装置のオペレータは、適当な視角をも選択するこ
とが出来、任意の所望の平面の断面図を得る為に、発生
されたデータのセグメントを選択的に任意に無視するこ
とが出来る。更に、視角が選択可能であり、一連の像を
発生して、それらを逐次的に表示し、医療の実務家に、
任意の所望の視角で、真に３次元の形で、密実な面の内
部の図を提供することが出来、更に任意の平面又はスラ
イスの図を構成することが出来る。更に、多くの目的に
とって、単に１組のＭＲ又はＣＴ定走査スライス中デー
タの配列から、殆んど無限に多様な意味のある像を作る
ことが出来ることを指摘しておきたい。然し、医学的な
検査の目的が、時間の関数として内部の解剖学的な変化
を検討することであれば、時間によって割出される様な
一連の３次元データ配列を発生することに意味がある。
この発明の装置並びに方法は、医療の実務家、特に外科
医に、完全に非侵入形の診断方法を用いて、複雑で詳細
な外科手順を計画することが出来る様にする。この発明
によって発生される像は、真実に劇的であると云う他は
なく、計算機式軸断層写真法並びに磁気共鳴作像と同じ
位に重要な、医療用作像技術の改良としてのあらゆる証
拠を備えている。
この発明の装置と方法は、Ｘ線断層写真及び磁気共鳴作
像データの解析と表示に最大の効用があることは疑いが
ないが、この発明の装置は、超音波、ポジトロン放出断
層写真法、ＥＣＴ及びＭＭＩを用いる装置にも同じ様に
用いることが出来る。
更に、この発明は医学的な像を構成するのに特に用いら
れるが、この発明の装置と方法が、密実な物体内の各点
に関係する少なくとも１種類の物理的な性質の値を表わ
す信号パターンが存在する様な３次元データ配列を発生
し得るあらゆる装置に対し、内部の３次元の面構造を表
示する為に用いることが出来ることを指摘しておく。
この発明の特別の利点は、実時間で対話形の機能を果た
す手段を医療の実務家に提供することが出来ることであ
る。対話形で使うことが出来ない装置は、特に難しい手
順を計画している外科医の場合、人間が装置と最適の対
話をする為には、実時間の表示方式が必要であるから、
著しい欠点がある。例えば、移植外科では、移植物を受
入れるべき身体の空所の精密な形又は寸法を前もって確
認する場合が困難である場合が多い。これは、移植物か
人間の組織であるか機械的な装置であるかに関係なくそ
うである。従って、外科医にとっては、侵入形の手順を
とる前に、問題の空所を３次元の形でスクリーンに表示
することが出来ると共に、それを回転して任意にその断
面を見ることが出来ることが非常に重要であることが判
る。この様な医療の実務家にとっては、発生される像が
鮮明であってコントラストが良いことも重要である。
発生される像は、それが可能である時には、面の生地を
も示すべきである。
陰極線管（ＣＲＴ）スクリーン上に３次元のグラフィッ
ク像を表示することは、主に計算機支援設計（ＣＡＤ）
及び計算機支援製造（ＣＡＭ）の目標並びにその方向に
沿って進められてきた。密実な物体を表示すると共に、
種々の形で像を操作して、製造される部品に対する立体
のモデルを作ると共に、これらの部品を回転して多数の
方向から見る為の装置が開発されている。特に、基本的
に２つの形式のデータを受入れるＣＡＤ／ＣＡＭ装置が
開発されている。ワイヤ・フレーム表示形式では、線分
の終点を表わす３次元の点の順序又はリストが表示処理
装置に供給される。これらの線分を結んで、種々の面構
造を表わす。こういうワイヤ・フレーム像の利点は、種
々の軸線の周りに像を速やかに回転させて、異なる像を
求めることが出来ることである。他方の形式、即ちラス
ター形式では、スクリーン又はその他の表示装置に、個
々の画素の集まりとして像が発生され、画素の強度及び
色が表示される像を決定する。ラスクー形式では、典型
的には電子ビームが水平線に沿って発光スクリーンを走
査し、これらの水平線がスクリーン上で逐次的に「塗ら
れる」。この発明の装置と方法は、所謂ベクトル方法よ
りもこのラスター形式並びにその表示に一層近い。ベク
トル／多角形方式は、１９８５年６月５日に出願された
係属中の米国特許出願通し番号箱７４１，３９０号及び
同第７４１，３９１号に記載されており、これは特に面
の細部を表わす点で正確である。これら二つの米国特許
出願では、多角形の分解能が、一般的には像を表示する
スクリーンの分解能と関係を持たない。然し、この発明
の特別の利点は、部分に分割することと補間により、ス
クリーンの分解能に一層良く合う様な分解能を持って３
−Ｄ像を発生することが出来ることである。この分解能
は典型的には１インチ当たりのドツト又は画素で測定さ
れる。この代りに、スクリーンの分解能はドツト・ピッ
チで表わすことが出来、典型的な分解能の高いスクリー
ンのドツト・ピッチは、現在の装置では、約０．３ドツ
ト／　ｍ＋ｓである。ラスター形式は、ワイヤ・フレー
ム像とは対照的に、人間の目が知覚する像と一層密接な
関係を持つ像を表示するのに特に役に立つ。
３次元像を表示する分野の関連した研究がゲーバ・バー
マンによって行なわれており、彼は各々の隣合う容積要
素を解析し、離散的な０及び１の値に量子化する方法を
用いた。面の近似は立方体の面を考えることによってだ
けなされており、量子化工程を用いる為に、面の法線の
情報は部分的にしか再生することが出来ない。この結果
、この方法は分解能の低い像を生ずる。
フエーニクスΦデータ・システムズ社のミーハは、３次
元データ配列を８個の領域に分割し、個々の容積要素が
形成されるまで、各々の領域を更に分割するオクトリー
符号化方法を用いた。面を持っていない領域は分割しな
い。然し、この方法は特殊用ハードウェアを必要とする
。像ははっきりしているが、個々の容積要素は、骨の様
な滑かな組織で観察されない様な、量子化による人為効
果を生ずる。３次元データを表示する他の方法が、例え
ば米国特許第４，４７５．１０４号に記載されている。
この米国特許は、適当な陰影値を発生する機構の一部分
として、別の３Ｄ情報を発生する奥行きバッファを用い
た３次元表示装置を開示している様に思われる。
従って、この発明の目的は、３次元情報を表示する装置
と方法を提供することである。
この発明の別の目的は、ＣＴ走査器、超音波装置、ＭＲ
作像装置、並びに検査する物体内の１種類又は更に多く
の物理的な性質を表わす３次元データを発生することが
出来る他の全ての装置に関連して使う為の表示装置を提
供することである。
この発明の別の目的は、対話形で使うことが出来ると同
時に、品質の高い像を発生して、生地、陰影又はその他
の可視的な鍵を利用者に提供する様な医学的な像に対す
るグラフィック装置を提供することである。
この発明の別の目的は、現在のＣＡＤ／ＣＡＭ装置と両
立性を持つ３次元グラフィック表示装置を提供すること
である。
この発明の別の目的は、３次元のラスター形式の情報を
発生し且つ表示することである。
この発明の別の目的は、面を表示する為に、３次元デー
タ配列にある情報を最大にすることである。
この発明の別の目的は、普通の電子回路のハードウェア
、特にＣＡＤ／ＣＡＭ装置に使われているハードウェア
で容易に製造することが出来る装置と方法を提供するこ
とである。
この発明の別の目的は、医療の実務家に、侵入形の措置
をとる前に、外科手順をグラフで模倣することが出来る
様にすることである。
更にこの発明の目的は、１組の包括的なデータから、複
数個の３次元の面の図を提供することである。
最後に、これに限らないが、この発明の目的は、特定の
視角並びに断面を見る為の平面を利用者が対話形で選択
することが出来る様な形で、内部の面構造の３次元像を
表示する装置と方法を提供することである。
発明の要約 この発明の好ましい実施例では、３次元の面構造を表示
する装置が、３次元の物体内の容積要素を限定する規Ｉ
Ｑ的に相隔たる格子位置に於ける３次元の物体に関係を
持つ少なくとも１種類の物理的な性質の値を表わす３次
元信号パターンを貯蔵する手段ををする。更に装置が、
立方体として隣合う８個の格子位置の各組に関係を持つ
３２個の３次元信号パターンの値を検索する手段を含む
。
この中には、立方体の８個の頂点に隣合う２４個の別の
格子位置が含まれており、立方体の各々の頂点は３つの
別の格子位置と関係を持つ。この明細書で云う「立方体
として隣合う」と云う言葉は、立方体、又は更に一般的
に云えば、平行６面体の８個の隅又は頂点にある格子位
置を指す。更に装置が、容積要素を限定する隣合う８個
の格子位置に関連する信号の値を予定の閾値と比較して
、８個の比較結果の内の少なくとも１つが他の７個の比
較とは別異の値になる様な容積要素を決定する手段を含
む。この第１の比較動作は、所望の面が通り抜ける容積
要素を同定して選択する様に作用する。面自体は閾値に
よって定められ、利用者が選択することが出来る。更に
装置が、各々の容積要素に関連した３２個の信号パター
ンの値から、法線ベクトルを発生する第１の手段を含む
。表示される像の陰影を決定するのは、利用者が選択し
得る視角（高さ及び回転）と共にこういう法線ベクトル
である。選ばれた各々の容積要素に対し、選ばれた容積
要素の内部にあって、辺に沿って限定された別の空間的
な位置に関連する複数個の別の信号の値を発生する第２
の発生手段も設ける。
事実上、この発生手段は、容積要素を部分に分割し、最
終的に得られる像の分解能及び滑かさを高める。容積の
分割は、これに限らないが、好ましくは１／２又はその
べき数で行ない、必要な分割を行なう。この発生手段は
、収集されたデータの物理的な分解能が表示装置の画素
の分解能と密接に釣合う様な像を構成することが出来る
様にするので、この発明の重要な一面である。これは、
使う表示装置の点で、利用し得るデータの最適利用が出
来る様にするので、この発明の非常に望ましい特徴であ
る。これは、ズーム及び拡大作業を容易にする点でも、
特に有利である。この発明の装置は、容積要素の分割部
分に関連する信号の値を同じ予定の閾値と比較して、少
なくとも近似的に閾値によって定められた面上にある格
子位置及び別の空間的な位置を同定する一連の選ばれた
値を発生する第２の比較手段をも含む。更に、今述べた
別の空間的な位置に関連する法線ベクトルを発生する様
に作用する第３の手段も設ける。別の空間的な位置に関
係する信号の値は、１次又はその他の補間方法を用いて
計算される。然し、こ＼で説明する方法並びに装置にと
って、１次補間が十分に高速で正確であることが判った
。別の空間的な位置に関係する法線ベクトルを発生する
手段も、１次補間を用いることが好ましい。前に述べた
発生手段は、始めに選ばれた格子位置並びに別に選ばれ
た空間的な位置が、これらの位置に対する対応するベク
トルと関係を持つ様に構成する。従って、この発明の１
実施例では、発生される出力信号が、所定の面上にある
様に選ばれた点に対する格子座標位置を表わし、これら
の点が、所望の像を発生する為に表示処理装置によって
用いられる法線ベクトルと関係を持つ。この表示処理装
置が、電子式グラフィック表示装置の分野で当業者によ
く知られた形式の情報を受取る。こういう装置は、法線
ベクトル情報を用いて、各々の画素の位置に対して適用
する陰影の所望の程度並びに／又は色を決定する。上に
述べた貯蔵、検索、発生及び比較動作を行なう方法も説
明する。
例えばＣＲＴスクリーンの上に３次元の表面像を表示す
る場合、面の各部分の向きについて、人間の目に可視的
な鍵を提供することが非常に重要である。この可視的な
鍵が、表示される種々の画素に陰影を施すことによって
得られる。例えば、見る者の視線に対して面の法線方向
が一層近ければ近い程、適用する陰影は（少なくともネ
ガ像ではなく、ポジ像に対しては）一層間るくする。法
線方向が、視線から遠ざかる向きの成分を持つ面のセグ
メントは、見ることが出来ない面構造を表わしており、
従って、こういう法線方向が、特定の視角の図から、こ
ういう面の画素を除く機構になる。見る方向に対して直
交する方向の実質的な成分を持つ法線ベクトルを有する
面の要素は、一層暗い陰影をつけた画素によって表わさ
れる。
この発明の医療用の面について云うと、弁別用の閾値又
は閾値の範囲は、身体の種々の構造を選択的に見る様に
選ぶことが出来る。例えば、骨構造を見たい場合、特定
の閾値を選ぶ。しかし、一層軟らかい組織の表面構造を
見たい場合、オペレータは異なる閾値を選択する。何れ
にせよ、この様な３次元の面構造を表示する装置は、論
理的な面の法線方向を決定する正確な手段を含むべきで
ある。これは、見る者が真に３次元の表示にとって陰影
の鍵を認識することが出来る様にする能力を著しく高め
るのは、こういう方向であるからである。
この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的に且つ明確に
記載しであるが、この発明の構成、作用並びにその他の
目的及び利点は、以下図面について説明する所から最も
良く理解されよう。
発明の詳細な説明 この発明の方法と装置では、一連の容積要素を検査する
。この発明の好ましい実施例では、４つの相次ぐＭＲ又
はＣＴ定走査スライスからのデータを一度に解析する。
４つのスライスのデータを用いるのが望ましい理由は第
１図から判る。第１図は図示の様に頂点ｖ１並びにｖ８
を持つ１個の容積要素を示す。各々の容積要素は当然像
情報の２つのスライスに及ぶ。各々の頂点に信号パター
ンの値が関連しており、この値が物体内の規則的に相隔
たる格子位置における３次元物体に関連する少なくとも
１種類の物理的な性質のｎ１定値を表わす。格子位置が
容積要素を限定する。更に、この発明を実施する時、各
々の容積要素の頂点Ｖｌ乃至ｖ８は３つの隣合った格子
位置と関係を持つ。
これらの隣接する格子位置は、格子座標線に沿っている
位置であり、これらの位置は容積要素自体の中には具体
的に含まれていない。この様なデータ点が２４個ある。
例えば、頂点Ｖ１が格子位置Ｗｌ、Ｗ５．Ｗｌ　２と関
係を持つことが判る。同様に、頂点Ｖ７が格子位置Ｗｌ
　５．　Ｗｌ　７．　Ｗ２Ｂと関係を持つ。この様な他
の格子位置が第１図に塗りつぶさない円で示されている
。容積の格子位置自体は塗りつぶした円で示しである。
従って、各々の容積要素の頂点の格子位置が隣接した３
つの格子位置と関係を持つことが判る。第１図では、こ
ういう別の格子位置を図示の様にＷｌ乃至Ｗ２４で示し
である。この為、これらの別の格子位置の数が２４個で
あって、４つのデータ拳スライスを占めることが判る。
この発明の装置と方法では、これらの別の格子位置に於
けるデータ値を容積要素の頂点に於けるデータ値と共に
用いて、各々の頂点ｖｌ乃至ｖ８に関連する法線ベクト
ルを表わすデータ値の３閂１！１１を発生する。有限差
方法を用いて、特に中央の差を用いて、法線ベクトルの
種々の成分を計算する。例えば、頂点Ｖ１に於ける法線
ベクトルのＸ成分を計算する為には、頂点Ｖ４及び格子
位置Ｗ５に於けるデータ値の差を求める。同様に、頂点
ｖ１に関連する法線ベクトルの２成分は、格子位置ｖ５
及びＷｌのデータ値を用いて同様に計算される。最後に
、頂点Ｖ１に関連する法線ベクトルのｙ成分は、格子位
置ｖ２及びＷｌ２に関連するデータ値を用いて計算され
る。
この差を求める順序は、ある座標系（軸線参照）の向き
と一致する様に選ぶのが当然であり、他の容積要素に対
しても、この方法を全体にわたって同じ様に用いる。こ
うして、４つのスライスからのデータを用いて、容積要
素の各々の頂点の位置に関連する法線ベクトルを発生す
る様子が理解されよう。差から形成されたベクトルを単
位の大きさに倍率を定める。
第２図はこの発明の装置のフローチャート並びにハード
ウェアを示す略図である。この発明の１実施例では、Ｍ
Ｒ又はＣＴ走査装置１０から３次元信号データが得られ
る。このデータは典型的には適当な貯蔵装置１５に貯蔵
される。典型的には、この貯蔵装置はフロッピ・ディス
ク、ハード・ディスク駆動装置又はテープの様な何等か
の磁気貯蔵媒質で構成される。データは、各々の物理的
な測定値の表示をこの測定値に関連する対応する格子位
置と関係づけることが出来る様な形式で構成される。
この発明の好ましい実施例では、４スライス・バッファ
２０を用いる。このバッファが層Ｎ０８１、Ｎｏ、２、
Ｎｏ、３、Ｎｏ、４を含み、各々のメモリ層が種々の格
子位置に於ける信号パターンの値の表示を含む。各層は
、作像する物体の２次元スライス全体に対するデータを
持つことが好ましい。スライス走査器を用いて、データ
を１つの軸線方向にわたって走査する。この発明の好ま
しい実施例では、バッファのアドレスの値と物体内の格
子位置の間に直接的な相関関係がある。データをスライ
ス走査器によって１つの軸線方向に走査する時、一度に
１個の別のスライスの情報を検索すればよいことを念頭
におかれたい。簡単に云えば、走査器は、一度に１個の
像平面からのデータだけを検索すればよい様な形で動作
させる。第２図に示す様に、バッファ２０の層ＮＯ１２
及びＮｏ、３全体にわたって追加の走査が行なわれる。
容積要素の頂点にある格子位置を持っているのはこうい
う中間層である。容積要素の１つの面からの４つの信号
値が層２から得られ、同時に、層３からの４つの信号値
が同様に容積要素レジスタ２５に供給される。勿論、層
Ｎｏ、３からの４つの信号値は、層Ｎｏ、２から選択さ
れた容積要素のスライスと向い合った４つの頂点に対応
する。この為、各々の容積要素がバッファ２０の層Ｎ０
０２からの４つの格子位置と層Ｎｏ、３からの４つの格
子位置によって限定される。層Ｎｏ、２及び層Ｎｏ、３
からレジスタ２５へ通ずる通路を表わす線に付した水平
の両矢印で示した様に、この発明の動作は、層Ｎｏ、２
及びＮｏ、３で行なわれる走査動作により、容積要素か
ら容積要素へと進む。各々の容積要素の選択に対応して
、合計８個の値が容積要素レジスタ２５に供給される。
同時に、２４個の別の測定値が容積要素隣接レジスタ３
０に供給される。実際には、これらのレジスタが３２個
のセルを持つ１個のレジスタで構成し得ることを示す為
に、レジスタ２５及び３０を結ぶ破線を示しである。レ
ジスタ内の各セルが対応する物理的な測定値を適当な、
一貫性を持つ表示形式で持っている。こうして各々の容
積要素に対し、頂点Ｖｌ乃至ｖ８に関連する値がレジス
タ２５に供給される。同様に、別の格子位置Ｗｌ乃至Ｗ
２４に関連する物理的な測定値がレジスタ３０に供給さ
れる。
レジスタ２５からの８個の信号値の各々が比較器３５に
供給される。比較器３５は、供給された８個の値の各々
を利用者が送り込んだ閾値と比較する様に作用する。８
個の比較結果全部が同じであれば、閾値によって選択さ
れた面が解析している特定の容積要素を通過しないこと
は明らかである。この場合、付能線がこの容積要素から
の出力の発生を禁止する。比較器３５によって行なわれ
る何れかの比較が他の比較と異なる場合、法線ベクトル
の発生が付能される。法線ベク！・ルの発生は機能ブロ
ック４０で行なわれる。この機能ブロックには、容積要
素レジスタ２５から８個の信号値が供給されると共に、
隣接レジスタ３０から２４個の信号値が供給される。簡
単に云えば、頂点ｖｌ乃至ｖ７に関連する物理的な測定
値がレジスタ２５から供給され、別の格子位置Ｗｌ乃至
Ｗ２４に関連する対応する物理的な測定値がレジスタ３
０から供給される。所定の容積要素に対して付能された
時、法線発生器４０が、頂点Ｖｌ乃至Ｖ８に関連する８
個の法線ベクトルを発生する様に作用する。この法線の
発生は、前に述べた差を求める方法によって行なわれる
。この過程のこの時点では必要ではないが、法線発生器
４０は、発生された法線ベクトルの大きさを調節して、
夫々が単位の大きさを持つ様に作用することも出来る。
この発明の重要な作用が割算器／補間器４５１；よって
行なわれる。この動作も比較器３５の結果によって付能
される。特に、閾値によって限定された面のセグメント
を含む容積要素が見つかった時、追加の動作が付能され
る。こういう追加の動作が、選択された容積要素内の別
の格子位置に関連する付加的なデータ値を発生する。更
に、各々の別の格子位置に対し、容積要素の分割及び補
間によって、法線ベクトルも発生される。例えば、機能
ブロック４５はレジスタ２５からの８個の信号値に作用
して、好ましくは１次補間により、１組の追加の補間測
定値を発生する。例えば、容積要素の２つの色点の中間
にある格子位置には、容積要素の隣合った２つの位置に
於ける測定値の和の半分に等しい測定値が指定される。
同様に、容積要素の面の中央に存在する格子位置には、
この面に関連する各々の頂点の格子位置に割当てられた
測定値の和の１７４に等しい測定値が指定される。同様
に、容積要素の中心にある格子位置には、容積要素の８
個のデータ値の全部に関連する測定値の和の１／８に等
しい測定値を指定することが出来る。この為、選択され
た各々の容積要素に対して、分割動作が行なわれる。容
積要素を同じ２のべき数に対応して、格子の種々の軸線
に沿った部分に分割することが好ましいことに注意され
たい。例えば、この発明を実施する時は、１／２に分割
することが普通である。然し、他の整数で分割すること
も可能であり、異なる座標方向で相異なる分割の単位を
用いることも可能である（第６図参照）。全く同じ様に
、法線発生器５０が、分割された容積要素に対し、各々
の格子位置に関連する法線ベクトルを発生する。例えば
、容積要素の２つの頂点の間の辺の点に関連する法線ベ
クトルが、この特定の辺に関連する法線ベクトルのベク
トル和の１／２として発生される。立方体の面並びに内
部に関連する別の法線ベクトルに対しても同様な結果が
発生される。機能ブロック５０も、発生された各々の法
線ベクトルの倍率を調節して、発生された各々のベクト
ルの大きさを１に固定する様に作用することが好ましい
。発生された法線ベクトルの大きさの正規化を行なうの
に必要なこの様な平方根動作を行なう為の注文性の集積
回路チップを利用し得る。（二＼で正規化は異なる２つ
の意味に使われていること、即ち１つはベクトルの大き
さを表わし、もう１つはベクトルが少なくとも閾値によ
って決定された面に対して大体法線方向であることを示
していることに注意されたい。）従って、比較器３５に
よって行なわれる比較の結果として選択された各々の容
積要素に対し、割算器／補間器４５が、一層細かく分割
された容積要素に対応する１組の補間測定値を発生する
。
同じ様に、法線発生器５０が、容積要素の頂点と中間の
並びに内部の格子位置で生ずる法線ベクトルを表わす信
号値を発生する。選択された各々の容積要素に対し、一
定数の部分容積要素が発生される。割算器／補間器４５
と比較器５５の間の水平の両矢印で示す様に、各々の部
分容積要素を走査し、前と同じ閾値と比較する。この比
較動作は、各々の部分容積要素に対して比較器５５によ
って行なわれる。この比較動作は前に述べたものと略同
じである。１個の、部分に分割された容積要素に対して
閾値との比較が行なわれ、８回の比較の内の少なくとも
２回に対して異なる比較結果が得られた場合、適当な位
置及び法線ベクトルの方向が出力される。こうして比較
器５５の出力がゲート５６．５７を付能し、出力レジス
タ６０に信号値を供給する。従って、選ばれた容積要素
内の選択された各々の部分容積要素に対し、１組の格子
位置の値ｘ、ｙ、ｚがその位置に於ける法線ベクトルの
成分と共にレジスタ６０に供給される。第２図には具体
的に示してないが、割算器／補間器４５はスライス拳デ
ータ及び容積要素走査器のデータをも用いて、レジスタ
６０にある各々の法線ベクトルとｘ、　　ｙ、　　ｚ位
置の値が関係を持つ様にする。従って、レジスタ６０は
、ｘ、ｙ、ｚ軸に沿った格子位置とこの位置に於ける面
の法線ベクトルに対応する法線ベクトル成分とを持って
いる。
普通の表示処理装置に供給されるのはこの情報である。
この処理装置が第３図に示されている。レジスタ６０か
らの出力信号を、この情報を表示処理装置に供給する前
にある期間の間、磁気媒質又はメモリの様な中間形式で
貯蔵することが出来ることを念頭におかれたい。第３図
は、位置及び法線ベクトルの情報を受取る大体普通の表
示処理装置を示している。これによって処理装置が適当
な陰影をつけた画素情報をスクリーン上に発生すること
が出来る。例えば、利用者はブロック７０によって行な
われるマトリクス乗算作用の一部分として、視角及び見
る高さを供給することが出来る。同様に、普通の表示処
理装置の場合と同じく、その片側のデータ点を実効的に
除く為、クリップ平面を選択することが出来る。これは
断面像を発生するのに役立つ。この作用がブロック７５
で行なわれる。更に、重なり合う像をバッファ８０の様
な１つ又は更に多くのフレーム・バッファに貯ｉするこ
とが出来る。この様な１つのバッファには、特定の閾値
、例えば皮膚によって決定された閾値に基づく情報を供
給し、別のフレーム・バッファの内容は、異なる閾値、
例えば骨に関連する閾値から発生された像データを装入
することが出来る。
これによって情報を同時に表示することが出来、或いは
実際に表示装置の一部分が１種類の組織を示すと共に表
示装置の別の部分が２番目の種類の組織を示すことが出
来る。ルックアップテーブル８５（ＬＵＴ）によって陰
影の制御も施すことが出来る。このテーブルが、位置、
組織の種類（閾値）及び法線ベクトルの情報に応じて、
表示される各々の画素に対する色（赤、緑、青）を選択
する様に作用する。画素がモニタ９０に表示される。
この発明の表示処理装置の部分は普通のよく知られたハ
ードウェアの素子で構成されるが、これらの素子は、第
３図に示す様に、閾値並びに他の種々の選択可能なパラ
メータの選択に対して協働的に相互作用する様に構成さ
れている。
第３図に示す表示処理装置では、見る平面に対して垂直
な法線の成分から、強度を計算することにより、像が発
生される。隠れた面はペインタ・アルゴリズムによって
除かれる。即ち、一層距離の遠い面は、像を前から後へ
走査する時に、一層近い面によって塗りつぶされる。法
線の成分及び走査の順序を入替えることにより、３次元
像の６つの図を発生することが出来る。試験、部分分割
及び法線の取出しの動作は、電子式グラフィックの分野
で周知の特殊用ハードウェアを用いて高速で実施するこ
とが出来る。
第４図は頂点Ｖｌ乃至ｖ８を持つ１個の容積要素を示す
。各々の頂点で、法線ベクトルが限定されている。然し
、この発明の方法では、ある頂点又は格子位置だけが選
択される。然し、選択される各々の頂点は常に法線ベク
トルを伴なう。各々の容積要素が図示の様に辺Ｅ１乃至
Ｅ１２を含んでいる。更に、各々の容積要素が図示の様
に面Ｆｌ乃至Ｆ６を持っている。更に具体的に云うと、
この発明では、選択される各々の容積要素が、種々の格
子位置に対応する３つの軸線の方向に分割される。例え
ば、第５図は容積要素の各辺を中間点によって２等分す
ることを示している。例えば、辺Ｅ１が中間点Ｕ１を持
ち、これには計算された法線ベクトルが関連している。
同様に、面Ｆ２が面中心点Ｓ２とそれに関連した法線ベ
クトルを持っている。法線ベクトルの計算について前に
述べた様に、法線ベクトル又は点Ｓ１乃至Ｓ６が面Ｆｌ
乃至Ｆ６に対応する。更に前に述べたのと同様に、辺Ｅ
１乃至Ｅ１２に対応する点Ｕｌ乃至Ｕ１２に追加のベク
トルが限定される。第５図に示した分割では、別の内部
の点（図面に示してない）も限定され、隣合ったベクト
ルの算術平均として発生される法線ベクトルを伴なって
いる。この為、第４図に示す１個の容積要素が第５図の
８個の部分容積要素に分割され、これは２７個の格子位
置及び２７個の法線ベクトルと関連している。これは８
個の格子位置及び８個の関連する法線ベクトルだけを持
つ第４図の場合と対照的である。この分割動作が、少な
くとも部分的には、この発明の装置によって発生される
滑かな分解能の高い像の理由であると考えられる。然し
、この発明の装置は、必ずしも各々の容積要素の辺を分
割して、２のべき数である様な数の分割部分を作る必要
がないと云う点で、融通性を持つことに注意されたい。
特に、第６図は容積要素の分割は実用的な任意の整数の
部分に分割する様に行なうことが出来ることを示してい
る。更に、各々の座標方向が異なる数の分割を持ってい
てもよい。これは、あらゆる方向に分解能が同一でない
様な場合に特に有用である。第６図に示す場合、２４個
の分割が行なわれている。この発明の装置では、各々の
容積要素に対して行なわれる分割の数は像全体にわたっ
て同じである。しかし、分割の数並びに性質は、像の発
生を開始する時に選択可能である。これは、こうするこ
とによってオペレータがスクリーン分解能モニタ９０を
データ自体に認められる分解能と一層良く釣合せること
が出来る様にする点で、この発明の特に有用な一面であ
る。これはズーム動作にも特に役立つ。
この発明を用いて、医療用データのグラフィック像を発
生した。この特定の処理結果が第７図に示されている。
優れた分解能が達成し得ることを示す他に、第７図は同
じグラフィック機内に皮膚及び骨の面の両方を表示する
ことが出来ることを示している。更に第７図は利用者が
、フレームの内、１種類の組織を表示する部分を、別の
種類の組織を表示するフレームの別の部分と共に選択す
ることが出来ることをも示している。一旦格子位置が選
択され、別の格子点が限定され、元の格子位置及び別の
格子位置の両方に対する法線ベクトルが発生されれば、
こういうことは表示処理装置にとって比較的簡単な動作
である。
以上の説明から、この発明の方法と装置が、検査する領
域全体にわたって限定された格子位置の３次元の配列に
関連する物理的な性質の測定値を発生する任意の測定装
置から、分解能の高い３次元の像を発生することが理解
されよう。以上説明したのは、主に見える場合の、人間
の目に写る像を発生することであるが、装置は物理的な
性質の測定に基づいているから、発生されるある像は、
例えば化学的な化合物、例えば身体の中に分布する時の
化合物の分布を表わすことが出来ることにも注意された
い。この分布の像は人間の目には見えないが、こういう
像もこの発明によって容易に発生される。部分分割の処
理の適当な程度を慎重に前もって選択することにより、
スクリーンの分解能に容易に対処し得る点で、この発明
の目的が達成されたことが理解されよう。更にこの発明
の方法は、面の交差を含まない容積要素及び部分容積要
素を除いた為に、高速で行なわれることが理解されよう
。
この発明のある好ましい実施例を詳しく説明したが、当
業者にはいろいろな変更が考えられよう。
従って、特許請求の範囲は、この発明の範囲内に含まれ
るこの様な全ての変更を包括するものであることを承知
されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は８個の格子位置によって限定され且つ２４個の
別のデータ点によって囲まれた１個の容積要素を示す斜
視図、 第２図はこの発明の装置と方法を例示する略図、第３図
はこの発明で使われる表示装置に用いることが出来る種
々の機能を更に具体的に示す回路図、 第４図は容積要素の各々の頂点に関連する面の法線ベク
トルを示す斜視図、 第５図は第４図と同様な斜視図であるが、部分分割され
た容積要素に関連する別の法線ベクトルを発生すること
を具体的に示す。 第６図は第４図と同様な斜視図であって、特に部分分割
動作を、容積要素を異なる格子軸線方向に沿って異なる
寸法の部分に分割する様な形で行なうことが出来ること
を示している。 第７図はこの発明を医療用に用いた場合を示す写真であ
り、データ表示装置の相異なる部分に対して、皮膚及び
骨の両方の閾値を選択することが１５；貯蔵装置 ２０；４スライスｅバツフア ３５．５５：比較器 ４０．５０：法線発生器 ６０：出力レジスタ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）３次元の面構造を表示する装置に於て、３次元の物
    体内の容積要素を定める規則的に相隔たる平行６面体の
    格子位置に於ける３次元の物体に関係した少なくとも１
    種類の物理的な性質の値を表わす３次元信号パターンを
    貯蔵する手段と、立方体として隣合う８個の格子位置、
    並びに前記立方体として隣合う各々の格子位置が当該別
    の格子位置の３つと関係を持つ様な、前記立方体として
    隣合う８個の格子位置に隣合う別の２４個の格子位置の
    各組に関連する３２個の３次元信号パターンの値を検索
    する手段と、 前記隣合う８個の格子位置に関連する信号の値を予定の
    閾値と比較して、この８個の比較結果の内の少なくとも
    １つが他の７個の比較結果と別異である様な容積要素を
    決定して、前記閾値によって決定された面が通り抜ける
    選ばれた容積要素を同定する第１の比較手段と、 選ばれた各々の容積要素に関連する立方体として隣合う
    前記８個の格子位置の各々に対し、前記３２個の信号パ
    ターンの値から法線ベクトルを発生する第１の発生手段
    と、 前記立方体として隣合う８個の格子位置によって限定さ
    れた選ばれた各々の容積要素に対し、前記選ばれた容積
    要素の内部にあって、前記容積要素の分割された一部分
    に対応する様な、辺に沿って限定された別の空間的な位
    置に関連する複数個の別の信号の値を発生する第２の発
    生手段と、前記容積要素の各々の分割部分に関連する、
    立方体として隣合う８個の空間位置の各組に関連する信
    号の値を前記予定の閾値と比較して、前記分割部分の比
    較結果の内の少なくとも１つが他の７個の比較結果と別
    異である様な分割された容積要素を決定して、少なくと
    も近似的に前記閾値によって定められた面上にある選ば
    れた格子位置及び別の空間位置を同定する一連の値を発
    生する第２の比較手段と、 前記別の空間位置に関連する法線ベクトルを発生し、前
    記選ばれた格子位置及び別の選ばれた空間位置が該位置
    に対する対応する法線ベクトルと関係を持つ様に発生さ
    れる様にする第３の発生手段と、 前記関係を持つ位置の値及び法線ベクトルを受取って、
    スクリーン上に陰影像を発生する表示処理手段とを有し
    、該像が前記閾値によって定められた面を表わす装置。 ２）３次元の面構造を表示する方法に於て、３次元の物
    体内の容積要素を限定する規則的に相隔たる平行６面体
    の格子位置に於ける３次元の物体に関係する少なくとも
    １種類の物理的な性質の値を表わす３次元信号パターン
    を貯蔵し、立方体として隣合う８個の格子位置、並びに
    該立方体として隣合う８個の格子位置の各々が当該別の
    格子位置の内の３つと関係を持つ様な、前記立方体とし
    て隣合う８個の格子位置に隣合う２４個の別の格子位置
    の各組に関連する３２個の３次元信号パターンの値を検
    索し、 前記隣合う８個の格子位置に関連する信号の値を予定の
    閾値と比較して、８個の比較結果の内の少なくとも１つ
    が他の７個の比較結果と別異である様な容積要素を決定
    して、前記閾値によって定められた面が通り抜ける選ば
    れた容積要素を同定し、 選ばれた各々の容積要素に関連する、立方体として隣合
    う８個の格子位置の内の各々に対し、前記３２個の信号
    パターンの値から法線ベクトルを発生し、 前記立方体として隣合う８個の格子位置によって限定さ
    れた選ばれた各々の容積要素に対し、前記選ばれた容積
    要素の内部にあって、辺に沿って限定され、前記容積要
    素を分割した部分に対応する別の空間的な位置に関連す
    る複数個の別の信号の値を発生し、 前記容積要素の各々の分割部分に関連した、立方体とし
    て隣合う８個の空間的な位置の各組に関連する信号の値
    を前記予定の閾値と比較して、前記分割部分の比較結果
    の内の少なくとも１つが他の７個の比較結果とは別異で
    ある様な容積要素の分割部分を決定して、少なくとも近
    似的に前記閾値によって定められた面上にある選ばれた
    格子位置及び別の空間的な位置を同定する一連の値を発
    生し、 前記別の空間的な位置に関連する法線ベクトルを発生し
    、前記選ばれた格子位置及び別の選ばれた空間的な位置
    は該位置に対する対応する法線ベクトルと関係を持つ様
    に発生され、 前記関係を持つ位置の値及び法線ベクトルを表示処理装
    置で受取り、該処理装置がスクリーン上に陰影像を発生
    する様に作用し、該像が前記閾値によって定められた面
    を表わす方法。
JP61192213A 1985-08-28 1986-08-19 ３次元の面構造を表示する装置 Granted JPS6297074A (ja)

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JPH0437465B2 JPH0437465B2 (ja) 1992-06-19

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