JPS63118990A - 物体内の結合された部分構造を決定する方法及び装置、並びに同種類のラベル付けされた物体を決定する方法及び装置 - 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】 発明の背景 この発明は全般的に物体内のつながる部分構造、の３次
元表示装置に関する。更に具体的に云えば、この発明は
磁気共鳴（ＮＭＲ）作像装置並びに計算機式軸断層写真
（ＣＡＴ）装置によって作られた医療用及びその他の像
を表示する装置に関する。

更に特定して云えば、この発明はつながる解剖学的な特
徴を３次元表示及び走査の為に隔離する様な表示装置に
関する。

計算機式軸断層写真法及び関連するＸ線作像装置は、３
次元物体内の部分構造に関連する少なくとも１つの物理
的な性質の値を表わす信号パターンを発生することが出
来る。医療用作像の場合、物体は典型的には患者又は患
者の手足である。工業用装置の場合、物体は内部構造を
持つタービンの羽根又はその他の部品で構成されること
がある。

更に、磁気共鳴作像装置は種々の生物学的な生物に対す
る生理学的なデータを発生することが特に出来る。Ｘ線
断層写真法の場合、測定される物理的な性質は、典型的
には物体内の種々の場所に関連するＸ線吸収係数である
。磁気共鳴作像の場合、典型的には核歳差運動減衰信号
を測定する。然し、この発明は計算機式軸断層写真装置
又は磁気共鳴作像装置の何れを利用することにも制限さ
れない。

例えば、ポジトロン放出断層写真法及び単一光子放出Ｘ
線撮影法の装置もこの発明の装置及び方法に関連して用
いることが出来る。この発明にとって、こういう装置の
最も関連を有する特徴は、規則的に相隔たるセル又は格
子位置に於ける物体内の種々の部分構造に関連した１つ
又は更に多くの物理的な性質の値を表わす信号パターン
を発生出来ることである。

出願人が最近に出願した３つの米国特許出願には、３次
元データを表示する装置及び方法が記載されている。こ
れらは、１９８５年６月６日に出願された係属中の米国
特許出願通し番号節７４１゜３９１号、１９８５年６月
６日に出願された同第７４１．３９０号及び１９８５年
８月２８日に出願された同第７７０，１６４号である。

これらの３つの出願は、一般的に陰極線管（ＣＲＴ）の
様な表示装置に陰影つきの像を表示する為の「行進する
キューブ」及び「分割キューブ」方式を記載している。

この発明は、分割キューブ又は行進キューブ方式又はそ
の他の同様な表示装置に供給されるデータを発生する為
の予備処理装置と見なすことが出来る。こういう装置が
典型的には磁気共鳴作像装置又はＣＡＴスキャナーＸ線
装置（これに限らないカリから供給される情報を用いる
。これらの装置が、２次元スクリーン上に真の３次元の
図の幻影を陰影つきで作る様な形で、陰影つきの像をス
クリーンに発生する。オペレータがデータの値のある範
囲を選ぶことにより、こういう装置は骨組織だけ、又は
この他の軟らかい組織構造だけを表示することが出来る
。こういう装置は、身体を特定の方向の平面でスライス
に切った場合に見える様な構造を正確に示す陰影つきの
３次元像を発生する様に、データの断面作成も容易に出
来る。こういう装置はＸ線技師及び外科医に対し、所期
の外科手順を更に精密に且つ正確に実行することが出来
る様にする為の大幅な手術前の情報を提供する。この発
明の装置に関連して、一般的に、全ての図は、患者から
一度に収集された１組のデータから得られることに特に
注意されたい。このデータは典型的には一連の断層写真
スライスとして集められる。然し、必要な時、患者の身
体内の時間的な変化を監視する為に、種々の期間にわた
るデータを集めることも可能である。

上に引用した米国特許出願に記載される３次元表示装置
は、非常に望ましい医学的な情報を素早く且つ有効に表
示する様に作用するが、データには、上に述べた装置に
よっては容易に見ることの出来ない様な情報も含まれて
いる。特に、上に引用した米国特許出願に記載される装
置は、特定され値のデータ値を持つ組織だけを選択的に
表示することが出来るが、同じ範囲内の物理的な性質の
データ値を持つ幾つかの異なる器官又は組織があること
がある。上に引用した米国特許出願に記載される装置で
は、こみ、様な全ての構造は全部表示されるか或いは全
部視野から除かれる。例えば、幾つかの相異なるつなが
っていない骨構造に関係するデータから、特定の骨を隔
離出来る様にすることが望ましいことがある。同様に、
周囲の組織から隔離した血管回路の像を表示するのが望
ましいこともある。同様に、皮膚の様な頭の他の組織か
ら隔離した脳の像を表示するのが望ましいことがある。

脳の組織を周囲の骨構造から隔離することは、物理的な
性質が異なる為に比較的容易であるが、脳の組織と表面
の組織の性質が類似している為に、これらの組織を隔離
することは一層困難である。然し、この発明の装置では
、例えば脳の組織及び表面の皮膚の組織は、物理的につ
ながった組織構造ではないことを利用する。従って、こ
の発明は隣合った構造の幾何学的な連結性を用いて、表
示の為に、作像する密実な物体内の選ばれた部分構造を
隔離する。ニーで説明する装置は、前に述べた行進する
キューブ又は分割キューブ方式の何れと共に使うのにも
特に適していることが理解されよう。

出願人の別の米国特許出願には、連結性を用いて３次元
データを表示する装置と方法が記載されている。これは
１９８６年８月４日に出願された係属中の米国特許出願
通し番号第８９３，０６０号である。この米国特許出願
では、組織の同じ種類を表わす３次元領域に同じラベル
をつける。ラベル情報を関心が持たれる部分構造内にあ
る種子位置と共に用いて、ラベルが同じである全てのつ
ながるデータ点を決定する。この米国特許出願の発明の
装置及び方法は、この発明と同じ環境で作用し得る。そ
の時、もとのデータの部分集合を典型的には表示処理装
置、特に３次元像を表示する為の勾配法線陰影を用いる
表示装置に供給する。

１９８６年８月４日に出願された係属中の米国特許出願
通し番号第８９３，０６０号も、この出願と共に参照さ
れたい。然し、この米国特許出願に記載された装置の１
つの欠点は、反復性である。

３次元形式で、データ点が多数である場合、メモリ・ス
タックが非常に大きくなることがある。更に、この米国
特許出願の方法は、全てのスライスが一度にメモリ内に
あることを必要とするが、これはこの装置と共に実際に
利用し得るコンピュータの寸法を制限するものである。

グラフィック表示装置では時間とメモリの兼合いが許さ
れる場合が多いが、グラフィック情報の処理が一般的に
は既に計算が複雑で時間のかかるものと見なされている
ことに注意されたい。

発明の要約 この発明の好ましい実施例では、物体内のつながる部分
構造を決定する方法が、次の工程を含む。

物体内の規則的に相隔たる格子位置に於ける物体内の部
分構造に関連した少なくとも１つの物理的な性質の値を
表わす３次元信号パターンがメモリ手段に貯蔵される。

物体を通る平面状スライスに関連した信号パターンの値
がメモリ手段から選択される。各々のスライス内にある
２次元部分構造の連結性が独立に決定される。連結性は
、別々の平面状部分構造内の１組の順序つき標識を指定
することによって表示される。隣合ったスライスの間の
部分構造の連結性がこの後決定され、これは一連の隣接
表又は領域のつながるペアのリストに表示することが好
ましい。一般的に、ｎを平面状スライスの合計の数とし
て、（ｎ−１）個の隣接表が作成される。その後、この
発明の重要な一面として、この隣接表のペアとなる項目
に従って、メモリ手段にある順序つき標識のリストを置
換する。その後、置換したリストを使って、３次元で接
続されていて、従って同じ３次元構造の一部分である２
次元部分構造を決定する。

この発明の別の目的として、１組の関連する物体の中に
ある関連する物体のペアのリストから、ラベルを付した
物体の同値類を設定する方法を提供するが、これは次の
工程からなる。物体のラベルと１対１の対応関係を持つ
１組の順序つき謙識を逐次的に隣合うメモリ位置に貯蔵
する。メモリ位置にある順序つき標識のペアを、関連す
る物体のペアのリストから、ラベルに対応する様に切換
える。メモリの内、切換え動作の前に存在していたのと
同じ順序つき標識を持つ位置には、第１の類標識をマー
クする。その後、類標識をマークしていない順序つき標
識を求めて、メモリを探索する。この順序つき標識から
、１組の関連する順序つき標識を求め、同じ類に属する
ものとしてマークする。各々のメモリ位置に一意的な類
標識がマークされるまで、アクセスする工程、決定する
工程及びマークする工程を繰返す。この為、メモリ位置
が、各々の類が一意的な類標識をマークされている様な
１組の同値類に仕切られる。この発明の方法の重要な一
面は、関連する標識の決定である。これは、関連する順
序つき標識を持つメモリ位置に対するポインタとして、
順序つき標識を用い、この関連する順序つき標識をこの
後のメモリ位置に対するポインタとして使い、こうして
得られた１つの順序つき標識が前に得られたものと同じ
になるまで、この過程を続けることによって、容易に達
成される。この様にして逐次的にアクセスされる各々の
順序つき標識が、同値類の中の関連する要素に対応する
。

従って、この発明の目的は、密実な物体内のつながる部
分構造を表示することに関する。

この発明の目的は、密実な物体内のつながる部分構造を
決定する装置及び方法を提供することである。

この発明の別の目的は、磁気共鳴作像装置、計算機式断
層写真装置、ポジトロン放出断層写真装置及びその他の
Ｘ線撮影放出装置等の能力を拡大することである。

この発明の別の目的は、行進キューブ及び分割キューブ
方式に対するグラフィック予備処理装置を提供すること
である。

この発明の別の目的は、医療診断手順に使う為の役に立
つ３次元の代表的な像を発生する能力を改害することで
ある。

この発明の別の目的は、密実な物体内の連結性を決定す
る手段を提供することである。

最後に、これに限らないが、この発明の目的は選択的に
隔離された部分構造、特に解剖学的な器官及び組織に関
連する部分構造を表示することである。

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、この発明自体の構成、作用及びその他
の目的並びに利点は、以下図面について説明する所から
更によく理解されよう。

発明の詳細な説明 第１Ａ図は３次元の物体のつながりの如何の決定に伴う
１つの問題を示している。具体的に云うと、第１Ａ図に
物体Ｂが示されている。Ｂに示す様な物体の磁気共鳴作
像又は計算機式断層写真装置では、図面では平面Ｐ１及
びＲ２で表わす一連の平行なスライスからデータを収集
するのが典型的である。平面Ｐ１では、領域Ｒ１及びＲ
２が存在することが判る。更に、平面Ｐ１からのデータ
だけを見ると、領域Ｒ１及びＲ２が切離されていて、同
じ３次元物体に関連するデータ要素を含んでいない様に
結論されよう。この場合、２次元領域に於けるつながり
具合の判定が比較的簡単であることが判る。例えば、連
結性を決定する方法は、フォーリイ及びパン・ダムの著
書「対話形コンピュータ・グラフィックス」第４４６頁
乃至第４５０頁に例示されている。例えば、これは任意
の所定のデータ・スライスに関連するデータ要素の矩形
配列の単純なラスク走査を使って行なうことが出来る。

実際、この発明の方法は、各々の平面に於ける連結性を
決定する為に用いることが出来る（第９図参照）。

第１Ｂ図は第１Ａ図に示した物体Ｂの２つの平面状スラ
イスの平面図である。特に、スライス又は平面Ｐ１が、
平面り内で互いにつながっていない領域Ｒ１及びＲ２を
含むことが判る。同様に、スライスＰ２が領域Ｒ３を含
むことが判る。領域Ｒ１とＲ３及び領域Ｒ２とＲ３の重
なりから、領域Ｒ１が領域Ｒ３につながっており、領域
Ｒ２が領域Ｒ３につながっていることが判る。従って、
３次元空間では領域Ｒ１及びＲ２がつながっていると演
鐸することが出来る。ＣＲＴスクリーンに表示する為に
は、互いにつながっている全てのデータ点、即ち１個の
部分構造を構成するか、・或いは医学的な場合には、器
官、骨又は血管の様な１個の解剖学的な特徴を構成する
全てのデータ点を決定出来ることが重要である。

連結性が実際には数学的に同値関係と呼ばれる様な、平
面状領域の間の関係であることが判る。

即ち、平凡なことであるが、各領域が自身につながって
いることは真実である。同様に、第１の領域が第２の領
域につながっていれば、第２の領域が第１の領域につな
がっていることも真実である。

最後に、第１の領域が第２の領域につながっていて、第
２の領域が第３の領域につながっていれば、第１の領域
が第３の領域につながっていることも判る。この同値関
係の後で述べた一面が移行性と呼ばれるものである。こ
れは、作像する物体内の部分構造に関連した物理的な性
質によって決定される集合にデータ点（容積要素）を仕
切ることが出来る様にするものであるから、連結性の重
要な一面である。

第１Ａ図及び第１Ｂ図はサンプルの物体Ｂ及び断層写真
像スライスＰ１及びＲ２を単に見取図式に書いたものに
過ぎないことに注意されたい。磁気共鳴作像装置及びＣ
ＡＴ走査形装置からの実際の出力は、物体全体にわたっ
て規則的に相隔たる格子位置に於けるデータ点に関連し
た少なくとも１つの物理的な性質の値を表わす信号パタ
ーンの３次元配列である。第１Ａ図の像平面Ｐ１及びＲ
２の間の間隔が典型的に見られる間隔よりも幾分大きい
ことにも注意されたい。それでも、この図は、一連の２
次元スライスから３次元の連結性を決定すると云う聞届
を表わす点で、非常に関連性が強い。第１Ａ図及び第１
Ｂ図が１個の物体が存在する場合しか示してないことに
も注意されたい。更に一般的な状況では、物体Ｂは、−
ｉ大きな物体の中に含まれる幾何学的に固まった幾つか
の部分構造の内の１つに過ぎない。この−層大きい物体
が、医療用作像の場合は、患者の人体である。

前に述べた様に、磁気共鳴装置及びＣＡＴ走査、装置か
らの出力信号は、典型的には一連の平面状スライスに構
成された測定値の３次元配列で構成されるのが典型的で
ある。オペレータが、特定の組織の種類に関連する閾値
又はその値の範囲を選択することが許されるのが典型的
である。こうして、作像装置によって発生された数の配
列を２進数の配列に変換することが出来る。第２Ａ図及
び第２Ｂ図に示す場合、２進数“１”を使って、物体内
で、測定された物理的な性質が、オペレータによって選
ばれた範囲内に入る様な格子位置を表わす。この様な２
進データの典型的な配置が第２Ａ図及び第２Ｂ図に示さ
れている。

前に述べた様に、この２進データからなる各スライスを
夫々について他のスライスとは独立に解析して、（同じ
平面内の他の領域に）つながっているその平面内の領域
を決定することが出来る。

平面状連結性の決定については前に説明したが、後で第
９図について説明する。具体的に云うと、平面内で識別
される各々の領域に区別する為の標識を割当てるのは比
較的容易であることが判る。

特に第３Ａ図が、第２Ａ図に示したデータに対してこの
種の解析を実施した結果を示している。この結果、平面
内のつながっていない領域に区別用の標識が割当てられ
た標識の配列が発生されることが判る。更に具体的に云
うと、標識“Ａ＃が縁又は背景の領域に割当てられ、標
識“Ｂ″及び”Ｃ″が図示の様に内部の領域に割当てら
れることが判る。第３Ａ図は大まかに云えば、第１Ｂ図
に示した平面Ｐ１に対応する。機械からの生の測定デー
タを解析して、平面状の連結性を決定することが出来る
ことにも注意されたい。この結果得られるラベルが第３
Ｂ図に示されている。前と同じ様に、第３Ｂ図は大まか
に云えば、第１Ｂ図の平面Ｐ２に対応する。この対応関
係で、領域Ｒ１が“Ｂｏとラベルがつけられ、領域Ｒ２
が“Ｃ“とラベルがつけられ、領域Ｒ３が“Ｅ”とラベ
ルがつけられることが判る。領域Ｂ及びＣが第３Ａ図で
はつながっていないが、領域Ｅと共に、（勿論、スライ
スが隣接していると仮定して）−層大きな３次元構造の
一部分を一緒に形成する場合である。

この発明は一連の隣接する平面内に存在する２次元領域
の連結性を判定して、物体内に含まれる別々の３次元部
分構造に対応する２次元領域を決定する装置及び方法を
対象とする。更に一般的に云えば、この発明は１組のラ
ベルをつけた物体内にある関連する物体のベアのリスト
から、ラベルをつけた物体の同値類を決定する方法を対
象とする。

次に特に作像の場合のこの手順の詳しい例を説明する。

この為、４つの隣接するスライス（スライス１乃至スラ
イス４）の順序を示した第４Ａ図を参照する。各々のス
ライスは背景の領域（スライス１乃至スライス４に対し
、夫々領域Ａ、　Ｄ。

Ｇ及びりを持っている。スライス１が更に領域Ｂ及びＣ
を含むことが判る。スライス２が領域Ｅ及びＦをも含む
ことが判る。スライス３は１個の領域Ｈをも含むことが
判る。スライス４は領域Ｊ及びＫを含むことが判る。第
４Ａ図は、第４Ｂ図に示す様な物体から得られるスライ
ス情報を例示している。

この発明の１つの目的は、ある順序の隣接表、又はそれ
と同等のことであるが、つながる２次元領域のベアのリ
ストを作成することである。例えば、断層写真データの
ｎ個のスライスがあれば、（ｎ−１）個の隣接表が作ら
れる。各々の隣接表は、第１の平面状スライスに見られ
る別々の領域の数に等しい数の列と、次の隣接スライス
に見られる領域の数に等しい数の列とを持っている。例
えば、第４Ｃ図に示す第１の隣接表は、列Ａ、　　Ｂ。

Ｃと行り、Ｅ、Ｆを持っている。Ａ、Ｄ、Ｇ及び■の様
な背景領域は特に関連がないから、表の中のこれらの要
素に対応する項目は除くか、或いは無視するとマークす
ることが出来る。然し、スライス１及び２を目で見れば
、領域Ｂが領域Ｅにつながること、並びに領域Ｃが領域
Ｆにつながることが判る。更に、領域Ｃ及び領域Ｅがつ
ながらず、同様に領域Ｂ及びＦも（少なくとも隣接した
スライスでは）つながらないことが判る。従って、これ
らの項目に対する隣接表は第４Ｃ図（第１の表）に示す
様にマークする。スライス１及びスライス２の領域の間
の連結性は、単に第４Ａ図の平面を見れば、人間が目で
見た所から容易に判るが、この発明の方法を実施する実
際の装置で、これをどのように行なうことが出来るかを
指摘しておくことが望ましい。これは容易に出来る。特
に、例えばスライス１のラスク走査を行なう時、異なる
領域に出会う時、隣接平面（今の場合はスライス２）の
対応するセル位置のラベルを調べる。例えば領域Ｂ及び
Ｅの間で特定された数の符合があれば、第１の隣接表の
対応する位置にＸをマークする。

両方のスライスを走査し、標識を比較することによって
、隣合ったスライスの間につながる画素の数を測定する
。閾値の数を設定して、スライスがつながっているかど
うかを決定する。重なりが閾値の数より小さい様な２つ
の領域は、つながっていると見なさない。領域Ｂにある
格子位置の全ての検査で、スライス２の対応するデータ
要素の検査によって、領域Ｆが隣接していると云う表示
が決して得られないことが判る。従って、この種の解析
から、隣接表が完成する。特に、隣接表の完成により、
領域Ｅが領域Ｈにつながり、領域Ｆも領域Ｈにつながる
と云う表示が得られる。検査される最後のスライスのベ
アでは、領域Ｈがスライス４の領域Ｊ及びＫにつながる
ことが判る。第４Ｃ図の隣接表には対応する項目が示さ
れている。

この装置の利用者は、隣合ったスライスにある領域をつ
ながっていると云うラベルをつける為に、その間に十分
な重なりがあるかどうかを判定する為に、検査する物体
に対して適切な重なりの閾値を自由に選ぶことが出来る
ことに注意されたい。

これまでの説明はこの方法が最初に判り易い様に、隣接
表を作成することについて述べたが、上に述べたスライ
ス間連結性決定方法が、領域のペアのリストを発生する
ものと考えることも適切であることに注意されたい。従
って、判り易い様に、以下の説明はつながる領域のペア
のリストについて述べる。各々の場合、リスト内の順序
を定められたペアの要素は、隣合ったスライスからの領
域で構成される。物体内の全ての部分構造の連結性を決
定するのは、このペアのリストからである。この連結性
を決定する特定の方法を次に説明する。

然し、第４Ａ図の具体例について云うと、セル位置の最
終的なラベルづけが、領域Ａ、　Ｄ、　Ｇ及びＩが“０
”の類ラベル又は標識が割当てられ、領域Ｂ、　Ｃ，Ｅ
、　Ｆ、　Ｈ，Ｊ及びＫが（これらが全て実際につなが
っているから）類標識“１”で典型的に選定される１個
の類に割当てられるものであることが判る。更に一般的
に云うと、物体内の多数の部分構造は、１．２．３等の
様な相異なる類標識がラベルとしてつけられる。

この発明の重要な面が第５Ａ図乃至第５Ｄ図に例示され
ている。特に第５Ａ図は、第４Ｃ図の１組の隣接表に対
して実行することが出来る特定の１つの解析を例示して
いる。具体的に云うと、これらの表から次に挙げるペア
・リストが出て来ることが判る（Ｂ、　　Ｅ）、（Ｃ，
Ｆ）、（Ｅ、　Ｈ）、（Ｆ、　Ｈ）、（Ｈ，Ｊ）及び（
Ｈ，Ｋ）である。

更に、こ＼に示す４つのスライス内には、独立の形で別
々に同定された１１個の領域Ａ乃至Ｋがあることが判る
。従って、汎用ディジタル計算機に見られる様な１１個
のメモリ位置を空けておく又は用意する。この各々のメ
モリ位置を使って、特定の１つの領域ラベルを貯蔵する
。この発明では、領域ラベルは順序つき標識で構成すべ
きである。

後で説明する様に、つながる領域に関連するラベルを貯
蔵するメモリ位置をアクセスする為に、こういう標識が
使われるからである。今の例では、１１セル・メモリを
用意し、１１個のメモリ位置の各々には、見つかった１
つの領域に対応する初期順序標識又はラベルを入れる。

この場合、「初期ラベル」と記した行は、１１個のメモ
リ位置の各々１つの初期の内容の表示である。次に、ペ
ア・リストを使って、種々のメモリ位置の内容を切換え
る。ペアーリストには６個のペアがあるから、６回まで
の切換え動作が行なわれる。これが第５Ａ図に示されて
いる。例えば、第１の切換え動作では、（Ｂ、　　Ｅ）
がペア・リストの第１項であるから、ラベルＢ及びＥが
切換えられる、又は置換される。次にＣ及びＦが切換え
られる。その次にＥ及びＨが切換えられる。こ＼で、ラ
ベルＥは既に切換えられているが、それでもメモリの位
置８に貯蔵される様に今度切換えられる。同様に、この
時ラベル８が位置２に貯蔵される。同様に、ラベルＦ及
びＨが切換えられ、ラベルＨ及びＪが切換えられ、ラベ
ルＨ及びＫが切換えられる。その結果、メモリの位置１
乃至１１には、Ａ、　　Ｆ、　　Ｊ。

Ｄ、Ｂ、Ｃ，Ｇ、Ｅ、Ｉ、に、Ｈと云う順序のラベルが
貯蔵される。これが第５Ａ図に示されている。第５Ａ図
が、位置を切換える前に行なわれる試験があることをも
示している。これから判る様に、第４Ａ図の例では、毎
回試験を通る。この試験は本質的に、現在用いているリ
スト中の特定のペアによりて表わされる領域が既につな
がっていると表示されたかどうかを決定することである
。

例えば、ラベルＨ及びＪを切拠えることになった時、Ｈ
及びＪが既につながっているかどうかを決定する試験を
しなければならない。然し、メモリ位置３にあるＨがＣ
を指し、メモリ位置６にある　−ＣがＦを指し、ＦがＢ
を指し、ＢがＥを指し、Ｅが再びＨを指すことが判る。

この為、出発の領域・Ｈに戻る完全なサイクルを通り抜
けている。然し、このサイクル中で通った領域が領域Ｊ
を含まないことが判る。従って、領域Ｊが既にＨにつな
がってはいないことが判る。この為、これらの領域の連
結が、この図に示す様にラベルＨ及びＪを切換えること
によって、適切に行なわれる。これは実効的に領域Ｊを
サイクル中で領域Ｈ及びＣの間に挿入することである。

このサイクル試験は、毎回の切換え動作の前に行なうべ
きである。サイクル中にラベルＪが発生することによっ
て示される様に、Ｈが既にＪにつながっていると判った
場合、切換えは行なわれず、処理はペア・リストの次の
項へ移る。この状況が第５Ｃ図に更に具体的に示されて
いる。

次に、切換えられなかった全てのラベルを決定する為に
、メモリ位置の解析を行なう。こういうラベルは本質的
に背景領域に対応することが判る。

従って、これらの領域には類標識、今の場合はＯを割当
てる。この為、メモリの位置１．４．７及び９が０に設
定されることが判る。これは背景領域Ａ、Ｄ、Ｇ及びＩ
に対応する。これらは実際に第４Ａ図のスライス１乃至
４の背景領域であることが判る。

次にこの発明の非常に重要な一面を実行する。

やはり“０“でない最初のラベルを求めて、メモリを走
査する。特に、位置２がラベルＦを持つことが判る。こ
のラベルが、「初期ラベル」と記された第５図の行に関
連して使われる。特に、ｒ　（Ｈ，Ｋ）切換え」と記し
た行の下の行にあるラベルＦが、この時ラベルＢを指す
ことが判る（第５Ａ図の「初期ラベル」と記した行を参
照されたい）。同様に、この時ラベルＢがラベルＥを指
す。同様に、最初は位置５にあったラベルＥがこの時ラ
ベルＨを指す。同様に、最初は位置８にあったラベルＨ
が、この時ラベルＫを指す。最初は位置１１にあったラ
ベルＫがこの時位置３にあるＪを指す。最初は位置１０
にあったラベルＪがこの時ラベルＣを指す。最後に、最
初は位置３にあったラベルＣがこの時ラベルＦを指す。

この為、この順序を用いて、同値ラベル領域のサイクル
を発生する。特に、既に検索したラベルに戻った時、サ
イクルが終わる。この特定の例では、次の様なサイクル
になる。Ｆ、Ｂ、Ｅ、Ｈ，に、Ｊ、Ｃ。

Ｆｏこれも第５Ａ図に示されている。

従って、ラベルをつけた全ての領域がこの時つながって
いると決定される。従って、こういう領域は次に利用し
得る類標識を割当てる。この特定の場合、“１”の類標
識を用いる。これが第５Ａ図の最後の行に示されている
。第４図の例でつながっていない部分構造が存在すれば
、それも表示されることに注意されたい。特に、この様
な場合、この方法の次の工程は、数値でないラベルを求
めてメモリ位置を走査し、既に再生したラベルが再生さ
れるまで、サイクルを発生する前述の過程を繰返す。後
続のサイクル中にあるこの様なラベルがつけられた領域
は、区別用の類の選定を割当てる。こ＼で、この発明の
方法を理解する為に、英字及び数字ラベルを用いたが、
この他のラベル方式及びマーク方式を用いてもよいこと
に注意されたい。このラベル及びマーク方式は、容積要
素の数並びに予想される別々の平面状領域の数に基づい
て選択するのが一般的に最もよい。

第５図に示した方法が、３次元の物体に対する連結性の
判定を越えた分野にも一般的に適用し得ることが理解さ
れよう。特に、この方法は、１組のラベルがつけられた
物体の中にある関連する物体のペアのリストから、ラベ
ルがつけられた物体の同値類を決定することが出来るこ
とが理解されよう。即ち、この発明は関係を持つ物体の
ペアのリストが与えられた場合、１組の物体を同値類に
仕切ることが出来る。

第５Ｂ図はこの発明の別の好ましい実施例を示す。第５
Ａ図の例で処理したのと同じペア・リストが第５Ｂ図の
例でも処理される。第５Ａ図に示す方法では、ペア（Ｂ
、　　Ｅ）は、ラベルＢ及びＥを含むメモリ位置を見つ
け、これらのメモリ位置の内容を交換することを意味す
るものと解釈された。然し、この発明の好ましい実施例
では、ペア・リストからの要素によって特定されたレベ
ルをメモリで探索することが必要である為、そうではな
い。然し、ペア・リストからの要素はメモリ・アドレス
を表わすものと解釈することも出来る。

この発明の後の実施例では、（Ｃ，Ｆ）の様なペア・リ
ストからの要素は、そのアドレスがＦによって特定され
たメモリ位置にあるＣによって特定されたアドレスを持
つメモリ位置へ行き、これらの２つのメモリ位置の内容
を切換えること＼して解釈される。この実施例は、メモ
リの探索を必要としないと云う利点がある。然し、結果
は同じである。後の実施例が第５Ａ図に示すベア・リス
トに対して実行された場合、ベア・リストの要素（Ｅ、
、Ｈ）に出会うまでは、処理に何の違いも出て来ない。

この処理工程が第５Ｂ図の左側の星印によって示されて
いる。メモリの状態が異なるのは処理のこの時点である
。簡単に云うと、第５Ａ図に示す方法では、ペア・リス
トを使って、その内容に従ってメモリ位置をアドレスし
ている。然し、第５Ｂ図に示す方法は、ペア・リストの
要素を直接的なメモリ・アドレスとして利用しており、
これはもっと便利であって、従って好ましい方法である
。

前に述べた様に、メモリ・セルの前述の切換え又は交換
動作を行なう前に、最初にベア・リストにある領域が既
につながっているかどうかを決定することが必要である
。これは、ベアの１番目の領域から始めて、サイクルを
発生することによって行なわれる。ペアの２番目の領域
が、１番目の領域が再び発生する前にサイクル中に出て
来れば、領域はつながっており、ペア・リストのこの要
素に対しては、処理を実行しない。簡単に云うと、領域
が既につながっていれば、交換はせず、ベア・リストに
次の要素があれば、その要素を用いて処理が続けられる
。この様な状況が第５Ｃ図の右側部分で星印の左側に示
されている。特にこの図では、領域Ｆ及びＨが既につな
がっていて、交換が行なわれないことが判る。第５Ｃ図
で処理されるペア・リストが、第５Ａ図及び第５Ｂ図で
処理されるペア・リストとは異なることにも注意された
い。更に、第５Ｃ図で実行される処理方法が、第５Ｂ図
で実行されるのと同じ方法であること、即ちそれが好ま
しい方法であることにも注意されたい。

第５Ａ図、第５Ｂ図及び第５Ｃ図に示した例は、この発
明の考えを一般的に例示するものであるが、これらの図
面に示さなかった１面は、複数個の部分構造が存在する
と判った場合である。こういう状況が起る例が、第５Ｄ
図に示すベア・リスト及びその結果行なわれる処理によ
って示されている。

第５Ｂ図及び第５Ｃ図の場合と同じく、処理がこの発明
の好ましい実施例に従って実行される。特に、最初の処
理の後、メモリ内容は次の通りである。、Ａ、Ｆ、Ｇ、
Ｄ、Ｉ、Ｊ、に、Ｈ，Ｂ、Ｅ。

Ｃ１最初と同じレベルを持つメモリ位置には“０”の背
景の類の選定を与える。その後、０でない最初の位置か
ら始めて、サイクルＢ、　　Ｆ、　　Ｊ、　　Ｅ。

１、　　Ｂが出来ることが判る。前と同じく、逐次的に
メモリを参照していて、同じラベルに戻った時に、１サ
イクルが出来る。然し、今の状況では、各々のラベルが
同じラベルに戻ったかどうかを試験する必要はない。サ
イクルの初めの値と等価の値に戻るメモリの参照を試験
しさえすればよい。

こういうことにより、試験が簡単になる為に、処理が早
くなる。サイクル中の見い出されたメモリ位置には、次
に利用し得る類標識、今の場合は「数１」をラベルとす
る。この結果起る状況が、ｆｆｌｓＤ図の星印を付した
行に示されている。然し、１１個のメモリ位置の中には
、数字でない内容を持つメモリ・ラベルが依然としであ
ることが判る。

やはり、英字情報を持つ最初のメモリ位置、今の場合は
セルＣから始めて、サイクルを試験する。

この結果得られるサイクルはＣ，Ｇ、　Ｋ、　　Ｃであ
る。従って、これらの文字を持つ全てのセル位置は次に
利用し得る類の選定又は標識、今の場合は「数２」をラ
ベルとする。この結果得られるリストが第５Ｄ図の一番
下に示されており、領域Ａ乃至にの各々１つからの写像
となり、この各々の領域を特定の部分構造（又は背景）
に属するものとして選定する。従って、この発明の方式
によって、多数の部分構造が容易に表示されることが判
る。

第６図はこの発明の方法を実施する装置を示す。

特に、核磁気共鳴（ＮＭＲ）又は計算機式軸断層写真（
ＣＡＴ）装置１０が、検査される物体内の平面状スライ
スの物理的な性質の測定値を発生する様に作用する。例
えば、ＣＡＴ　　Ｘ線装置の場合、平面状スライス内の
種々の位置に於ける電子密度を表わす信号の値の配列が
発生される。この動作が複数個のスライスに対して実施
され、データが貯蔵手段１２に貯蔵され、スライス番号
で割出すことが好ましい。貯蔵手段１２は磁気貯蔵媒質
又はランダムアクセス・メモリで構成することが出来る
。平面選択手段１４が個々の平面からのデータを選択す
る様に作用し、このデータが、典型的には逐次的に、比
較器２０に送られ、この比較器はコンソール１８から閾
値又は値の範囲の情報を受取る。この閾値又はその範囲
は、所望の書式の種類を選択する為にオペレータによっ
て用いられる。然し、比較器２０が随意選択であって、
事前に２進形式に変換せずに、個々の平面内の連結性の
決定及び領域のラベルづけを手段１６によって実行する
ことが出来る。然し、一般的に比較器２０は、第２Ａ図
及び第２Ｄ図に示す様なデータの配列を発生する。連結
性決定及びラベルづけ手段１６が、このデータに作用し
て、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示す様なラベルをつけた配
列を発生する。ペア・リストの処理を用いるこの発明の
方法は、１平面内の連結性を決定する為にも用いること
が出来る。このことが第９図を説明する所で、後で例示
されている。

１個の平面内のつながる領域のラベルをつけた後、前に
述べた様にして、ペアとして平面間の連結性の決定が手
段２・２によって下される。単純な重なりの決定は、隣
の平面内の対応する要素を（謂わば）無視しながら、１
個の平面内のデーターセルのラスク走査で行なうことが
出来る。この平面の間の連結性の決定の結果は、ペア◆
リストを発生することであり、このリストが３次元連結
性決定手段２４に供給される。手段２４はこの発明の重
要な一面を含んでおり、これは後で第７図について詳し
く説明する。手段２４の出力は、手段１６からの全部の
もとの２次元領域を、３次元の連結性の観点に従って各
々の領域のラベルをつけかえた類標識のリストに写像す
るリストを構成している。マスク発生手段２６が、コン
ソール１８から器官又は部分構造選択命令を受取る。こ
の命令は単に、３次元でつながる領域を選択する為に使
われる１つ又は更に多くの類標識を特定することである
。従って、この為には、マスク発生手段２６が、平面状
連結性決定手段１６で発生された情報を用いる。この代
りに、マスク発生手段２６は平面選択手段１４からの生
のデータを用いて、好ましくは手段２８に貯蔵する為に
、選択されてつながる平面状領域と関連する生のデータ
値を発生してもよい。前に引用した米国特許出願に記載
されている様に、このデータに行進キューブ又は分割キ
ューブ処理装置３０を作用させることが出来る。その後
、こういう信号が、２次元表示装置に現実的な３次元像
を発生する為、表示処理手段３２に供給される。

第７図は、３次元連結性決定手段２４によって行なわれ
る方法を更に詳しく示している。特に、この手段は１組
のラベル又は順序つき標識を発生し、それをメモリ装置
、典型的にはランダムアクセス・メモリの逐次的な位置
に貯蔵する様に作用する。この動作が機能ブロック２４
ａで行なわれる。次に、このリストが手段２４ｂの作用
を受けて、ベア毎平面間連結性決定手段２２から供給さ
れるペア・リストに従って、ラベルのリスト内の位置を
切換える。然し、この切換えは、前に述べた様に、領域
が既につながっているかどうかの最初の試験次第である
。この動作が前に述べた第５Ａ図乃至第５Ｄ図に示され
ている。次に、手段２４ｃが、リストの内、切換えられ
なかった位置にラベルをつける様に作用する。これは、
背景領域（これは典型的には表示されない）に参照数字
“Ｏ”の様なマークをつけることに対応する。次に、手
段２４ｄが、リストの内、数値ラベルを持たない１番目
の位置を見つける様に作用する。この位置は、１番目の
部分構造に関連するラベルに対応する。このラベル又は
順序つき標識を使って、リスト中の後続のラベルをアク
セスし、今度はこのラベルを使って、つながった領域の
閉じたサイクルが判定される時に同じラベルが発生する
まで、他のラベルをアクセスする。その時、このサイク
ル内の全ての要素には同じ類標識が与えられる。

例えば、１番目の場合、サイクル内の全てのラベル要素
は“１”と云う選定値が割当てられる。従って、これに
よってラベルがつけられた全ての２次元領域から１組の
類標識への写像が行なわれ、この類標識が、３次元的に
つながっている全ての領域を集める様に作用する。この
類標識にラベルをつける動作が、手段２４ｅによって実
行される。

最後に、機能ブロック２４ｆで示す様に、全ての同値類
のリストが形成されるまで、これらの動作が繰返えされ
る。簡単に云えば、機能ブロック２４からベクトル信号
が得られ、これがラベルがつけられた各々の領域Ａ、　
　Ｂ、　　Ｃ・・・等から０，１゜２．３・・・等の様
な対応する類標識への写像を行なう。こうして、マス、
り発生手段２６が各々の２次元領域に対して適切な類標
識を割当てることが出来る。こういうことを３次元物体
の全体にわたって行なえば、物体が相異なる部分構造に
関連した容積要素に本質的に仕切られることが判る。以
上の説明では、順序つき標識が大文字の英字で表わされ
、類標識が数値標識で説明されている。こういう異なる
標識を以上の説明で使ったのは単に便宜の為に過ぎず、
この発明の考えに従った任意の適切なマークを用いるこ
とが出来ることを承知されたい。類標識について云えば
、それらは区別することだけが重要である。典型的には
、特定の１つの類標識を使って、背景の分野を選定する
。種々の平面状領域に割当てられる順序つき標識につい
て云うと、これらの標識が、それ自体をアドレスとして
又はアドレスに対するポインタとして使うことが出来る
様に、実際に順序つけられていることが重要であること
に注意されたい。アドレスに対するポインタにすること
は、領域に対する順序つき標識と、領域の選定を収容す
る為にあけておいたメモリ位置をアクセスするアドレス
の間の１対１の対応表を設定する場合に、特に考えられ
ることである。

この発明の方法を磁気共鳴作像データに適用し、３次元
物体の陰影つき２次元表示を発生する為に使った。この
発明の用例が第８図に示されており、この図では、以上
説明した連結性方法を用いて、人間の脳がその周囲の構
造から隔離されている。

この発明を実施する装置は、普通のディジタル計算機手
段で構成した。実際、第６図に示した各々の機能ブロッ
クは（表示処理装置３２の表示スクリーン自体を別とす
れば）、現在利用し得るディジタル計算機及び現在利用
し得るグラフィックス表示装置で容品に実現することが
出来る。従って、この発明は、１つには、著しく改善さ
れた３次元の像、特に身体の内部器官の像を発生する様
な形で、ディジタル計算装置に作用する方法を提供する
ものであり、これは多数の医学的な用途で貴重な利点で
ある。更に、この発明の方法と装置が実行速度の点でも
特（巳改善になっていることに注意されたい。これはグ
ラフィックス表示装置の分野では、一般的にグラフィッ
クスの仕事には相当量の計算機の処理時間が必要である
為に、特に重要である。

この発明の方法は、特にペア・リストの処理に関しては
、平面状領域の連結性を決定する為にも用いることが出
来ることを前に述べた。特に、この発明の方法及び装置
を用いて、第６図の機能ブロック１６の目的を遂行する
ことが出来ることが判る。このことの例として、第９図
について説明する。第９図は領域Ｒ１及びＲ２を含む平
面状領域のラスク走査を示している。この平面を走査す
る時、１次元領域Ａ、　Ｂ及びＣが区別される。同様に
、次の走査では、１次元領域り、　　Ｅ及びＦが区別さ
れる。前と同じく、隣合った走査にあるこれらの領域の
間の重なりが区別される。特に、図示の場合、１次元領
域Ａが１次元領域りにつながり、１次元領域Ｂが１次元
領域Ｅにつながり、１次元領域Ｃが１次元領域Ｆにつな
がることが判る。

この為、前と同じく、ペア・リストを発生し、このペア
・リストから、完全な３次元の場合について上に実行し
たのと同様に、連結性を最終的に識別する。この方法が
平面内の連結性の決定にも作用することは、第９図の図
を密実な物体の単なる平面図と考えれば、容易に理解さ
れよう。この場合、第９図に示す走査線が、図面の平面
に対して垂直なスライス切断平面を用いて作った平面状
スライスを表わす。この発明の方法が３次元の別々の部
分構造を分離する様に作用するから、図示の２次元の場
合にも完全に作用することが判る。

以上の説明から、この発明の装置及び方法が、医療診断
作像装置に重要な進歩をもたらしたことが理解されよう
。然し、更に一般的に云えば、この発明の装置及び方法
が、殆んどあらゆる３次元物体内の部分構造の決定に応
用し得ることが理解されよう。この発明の装置及び方法
が医者及びＸ線技師に疾病、怪我及び遺伝性奇形の処理
に対して新しい道具を提供したことが理解されよう。更
に、この発明の装置及び方法が内部器官の表示だけに限
られず、化学的及び生理学的な過程に関連したデータ、
特に磁気共鳴作像装置及び種々の放出形Ｘ線撮影装置に
よって測定されたデータを表示する為にも用いることが
出来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具体的に説明したが、
当業者であれば、この実施例に種々の変更を加えること
が出来る。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１Ａ図は特に一連の平面状スライスから考えた時、３
次元の連結性の問題を示す斜視図、第１Ｂ図は第１Ａ図
に斜視図で示された２つのスライスの平面図、 第２Ａ図はデータの閾値又は範囲を定めた後に１個のス
ライス内に見い出された領域を示す２進配列の図、 第２Ｂ図は隣のスライスを例示する第２Ａ図と同様な図
、 第３Ａ図は、スライス内のつながる領域に１組の順序つ
き標識、特に大文字の英字を標識として付した他は第２
Ａ図と同様なデータの配列を示す図、 第３Ｂ図は隣のスライス、即ち第２Ｂ図に示したスライ
スを表わす他は、第３Ａ図と同様な図、第４Ａ図は領域
Ａ乃至Ｋにラベルをつけた一連のスライスを示す図、 第４Ｂ図は’Ｔｉ　Ｊ　Ａ図にその断面を示した物体の
斜視図、 第４Ｃ図は第４Ａ図に示したスライスの平面間連結性に
対応する１組の隣接図表、 第５Ａ図はこの発明に従って切換え及びサイクルの決定
を行なう方法の１実施例を示す図、第５Ｂ図はこの発明
の好ましい実施例に従って切換え及びサイクルの決定を
行なう方法の別の実施例を示す図、 第５Ｃ図はこの発明の好ましい実施例を示す図で、特に
ペア・リスト内の１つの要素が既につながる領域を指し
ている為に、切換え動作が行なわれない場合を示す。 第５Ｄ図はこの発明の１実施例の図で、特に２つの別々
のつながっていない構造が区別される場合を示す。 第６図はこの発明の方法を実施する装置のブロック図、 第７図はこの発明による３次元連結性の判定を更に詳し
く示すブロック図、 第８図はこの発明の連結性装置及び判断基準を用いて得
られる計算機スクリーンの写真（図面代用写真の提出が
認められているＸ線写真と同等なものであるので、写真
を提出する。）、第９図は平面状領域内の２次元のつな
がりを決定する為にこの発明の方法の一部分を使う場合
を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）物体内のつながる部分構造を３次元で決定する方法
   に於て、 物体内の規則的に相隔たる格子位置に於ける物体内の部
   分構造に関連する少なくとも１つの物理的な性質の値を
   表わす３次元信号パターンをメモリ手段に貯蔵し、 該メモリ手段から、前記物体を通るスライスに関連した
   信号パターンの値を選択し、 各々のスライス内の２次元部分構造の連結性を決定し、
   該連結性は別々の平面状部分構造に対する関連した順序
   つき標識によって表わされ、隣合ったスライスの間の部
   分構造の連結性を決定し、該連結性はつながる部分構造
   のペア・リストに示され、 該ペア・リストに従って前記順序つき標識のリストをメ
   モリ手段内で置換し、該置換は、既に連結されていると
   表示されていないペアに対してだけ実行され、 置換したリストから、つながる２次元部分構造を決定す
   る工程を含む方法。 ２）１組の物体の中にある関連する物体のペアのリスト
   から、ラベルを付した物体の同値類を決定する方法に於
   て、 前記物体のペアのリストに特定されたラベルと１対１の
   対応を持つ１組の順序つき標識を逐次的にアクセス可能
   なメモリ位置に貯蔵し、 前記ペアのリストから逐次的に選択されたラベルに対応
   する順序つき標識のペアを前記メモリ位置で切換え、 前記メモリの内、切換える工程の前に存在していたのと
   同じ順序つき標識を持つ位置に第１類標識をマークし、 類標識でマークされていない順序つき標識を前記メモリ
   からアクセスし、 マークされていない順序つき標識から１組の関連する標
   識を決定し、 前記１組の関連する標識に対応するメモリ位置に次の類
   に対応する標識をマークする工程を含む方法。 ３）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、更に、
   各々のメモリ位置が類標識をマークされるまで、アクセ
   スする工程、決定する工程及びマークする工程を繰返す
   工程を含む方法。 ４）特許請求の範囲２）に記載した方法に於て、１組の
   関連する標識を決定する工程が、 次のメモリ位置にある順序つき標識によって特定された
   次のメモリ位置アドレスを決定する為に、前記順序つき
   標識によって特定されたメモリ位置をアクセスし、 前記次のメモリ・アドレスを用いてメモリ位置をアクセ
   スし、 得られた順序つき標識が前に求められた順序つき標識と
   同じになるまで、これまでの工程を繰返す工程からなる
   方法。