JPS6324478A - 三次元デ−タセツトを表す二次元デ−タ表示を発生する方法 - 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〕 本発明は三次元データセットを表す二次元データ表示を
発生する方法に関するものである。

〔従来の技術〕

広い範囲の最近の応用においては、対象とするボリュー
ムすなわち物体の三次元可干渉性を観察することが望ま
しい。実在の三次元（３Ｄ）固体の映像を発生する場合
には、３Ｄボリユームおよびそれの内容の個々の平面状
横断面を見ることが元来可能であるだけである。内面と
物体の表面、境　　、界、境界面、ボリューム内の見間
関係を分離して、視覚的に識別できるように３Ｄボリユ
ームを見ることは典型的には可能でない。

たとえば、医療分野におぐる映像発生においては、コン
ピュータ・グラフィック表示装置上の三次元表現により
解剖学的構造を視覚化できることが極めて望ましい。コ
ンピユータ化した断層（ＣＴ）走査から正確で、量感の
ある解剖学的モデルを発生できる性能は、外科診療（外
科処置を計画するため、棟たは試験的な手術を行う必委
なしに解剖学的構造の詳細を表すために構造を表示する
ような）として極めて貴重なものである。したがって、
病理学的構造の３Ｄ的形、寸法および相対的な位置によ
υ外科治療の計画、診断および処置のために重要なデー
タが与えられる。

実’Ｈの３Ｄボリユームのコンピュータによるシミュレ
ーションは、ＣＴ走青のような平面状断面データからの
３Ｄ構造を再構成する能力に依存する。それらの走査お
よびその他の走査により、ボＩＪニーム要素（ボクセル
（ｖｏｘｅｌ）　）　　より成る３Ｄ密度映像ボリュー
ムを映像処理のための入力データとして利用できるよう
にするデータが得られる。不幸なことに、そのような入
力映像ボリュームは、抽出されたボリュームを正確に表
現するために望まれる細部レベルと比較して低分解能で
あるのが普通である。

〔問題点〕

たとえば、Ｃで走査映像ボリュームにおいては、ボクセ
ルはＸ線減衰、または表面上を横切る境界を含めてボリ
ューム全体にわたる他の映像ボリュームデータを表す。

ボクセルは１つの「一様な」値を割当てられるが、考察
の対象としている物体内の境界のいずれかの側に境界物
質および個別物質が存在する。したがって、ある縁部に
沿うボクセルはその縁部の両側にわたって延長する標本
である。更に、（骨のような）物体が１ボクセル幅より
細いとすると、その骨についての境界情報を与えるボク
セルの分解能は非常に低い。したがって、あるボクセル
内の境界の形は容易には決定されない。

ボリューム内の表面境界を近似するために種々の技術が
用いられている。１つの良く知られている技術は「しき
い値を定める」方法である。しきい値を定める方法にお
いては、境界を横切るボクセルが、その境界のいずれか
の側における１つの物質の種類または別の物質のａ類で
構成されているものとして分類される。したがって、投
写された可視境界は２進で分類されたボクセル境界にな
る。

ボクセルが大きくなるほど、しきい値を定める技術によ
りひき起される誤差が大きくなる。更に、高密度で、狭
い間隔をおいて隔てられている表面境界をグする粗い映
像に対しては、しきい値を定める技術では得られる結果
が一層悪くなるから、その結果として発生される映像は
ますます不正確になる。しきい値を定める技術によシ得
た結果から一層正確な近似を得るために、後の近似技術
が時に用いられる。しかし、未知の表面を近似しようと
いう試みにより、非常に不正確な結果が生ずる。その理
由は、それらの近似がボクセルの最初の２進分類に依存
するからである。

選択された静止図または回転図からボリューム内の全て
のデータを同時に見ることができることも極めて望まし
い。すなわち、ボリュームの中心を見ること、およびボ
リューム内の物体と隠されている表面（したがって内部
境界および内面）を検出することが極めて望ましい。そ
のために、希望する時に、妨げている物体を部分的に通
して見ることができること（たとえば、筋肉によシ囲ま
れている骨の場合には、その骨を囲んでいる筋肉はもち
ろん、その骨も観察できること）が必要である。従来の
技術では、あるビクセルが与えられた材料で作られてい
るか否かについての２進判定を行わせるボリューム要素
を表示する。２進分類では連続映像関数が保持されない
から、２進分類では別の（すなわち、標本化）誤差が生
ずる。２進分類により生ずる誤差は、公然されたボリュ
ームから元の映像ボリュームを再構成する任意の試みに
対して生ずる。再構成された映像は存在する材料の数と
同数の輝反レベルを有することができるだけであるから
、材料の界面がぎざぎざにされ、輝反は元の映像関数を
表ぜ；ケい。

〔発明の概要〕

本発明の映像装置により、ボリュームの内部の表面境界
と物体が容易に示され、隠されている表面および表面境
界自体が正確に表示されるような、三次元（３Ｄ）ボリ
ュームの二次元（２Ｄ）表現を投写する装置と方法を提
供するものである。また、発生された二次元映像は、対
象とする入力映像ボリュームの標本化分解能と園じ分解
能を持つことができる。これは、ボクセルの「部分的ボ
リューム」を決定する実現方法によって行われる。部分
的なボリューム決定により、選択された色と不透明度（
ｏｐａｃｉｔｉｅｓ）を、映像データボリュームで表現
されている種々の材料（すなわち、データ成分〕に対し
て、映像ボリュームの各ボリューム内で表されている材
料のパーセント紐取を基にして割当てる。しきい値を定
める技術を用いるような従来の装置とは異な９、本発明
の映像発生技術は精度が高く、ボクセル当９の映像ボリ
ュームとは独立している高い鮮明度が得られる。

ボリューム物体またはデータ構造を表す映像ボリューム
は画像記憶装置に書込まれる。色と不透明度がボリュー
ム内の各ボクセルに割当てられ、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、
青（Ｂ）および不透明度（Ａ）成分、三次元データボリ
ュームとして格納される。各ボリュームに対するＲＧＢ
Ａ割当ては、ボリューム内で衣されている材料のパーセ
ント成分組成を基にして、したがって、それらの材料に
関逐する色および透明さのパーセンｌ’（１００％基準
材料の色の値と透明さの（ｉ　）を基にして決定される
。Ｍ、分チャネルボリュームに対して画像記憶装置に格
納アレイされているそのようなボクセルのことを、この
明細書ではＲＧＢＡ　ボクセルと呼ぶこともある。

次に、ＲＧＢＡボリューム内のボクセルは数学的「ゲル
（ｇｅｌ）　Ｊすなわちフィルタとして用いられて、引
き萩〈ボクセルフィルタが従来の背景ボクセルフィルタ
の上に重ねられるようにする。

直線補間によシ、新しい背景フィルタが決定され、発生
される。その補間は、図の平面に対して最も前方のボク
セルまで、全てのボクセル（またはボクセルの群、たと
えばボリューム走査線〕に対して連続して実行される。

この方法は、図の平面に対して全ての表示ボクセルが決
定されるまで繰返えされる。

本発明の再構成方法によυ、映像ボリュームデータが粗
かったり、標本化違反が低かったりしたために従来は表
現を見ることができなかった場合にも、個々のデータボ
リューム内の物体の表面の詳細を抽出し、表示すること
ができるような、ボリュームの二次元投写を行うもので
ある。本発明は、全ての表面境界が明確、かつ正確に定
められるように、ボリューム内の隠さ、えている表面を
視覚化するものである。

したがって、複雑なボリュームデータセットすなわち物
体が与えられ、各ボクセルに対して成分材料の組成のパ
ーセントを児出すとさにより、各ボリューム内の境界の
場所についての特定の情報が最初に与えられることなし
に、複雑な映像を表示することが可能である。それによ
り、本発明の方法と装置は、幾何的な固体モデルの諸特
徴を有することができる部分的な透明さと色を用いて、
３Ｄボリユームのｆｆｉな投写を作ることが可能である
。他の物体を部分的に隠す物体を見ることができ、物体
の間の空間関係を正確に表示できる。

〔′Ａ施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

以下に行う詳細な説明は、主として、あるコンピュータ
記憶装置か内のデータピッ°トについてのオペレーショ
ンのアルゴリズムおよび記号的な表現についてのもので
ある。アルゴリズム的な説明および表現は、データ処理
技術に通じている人が自己のＱ　Ｆｉｔを同揮分野の他
の人たちに最も効果的に伝えるだめの手段である。

アルゴリズムというのは、ここでは、希望の結果をもた
らす一連の自己完結過程であると理解されたい。それら
の過程は物理ｆｔの物理的取扱いを必要とするものであ
る。通常は、それらの物理量は、格納、送り、組合わせ
、比較およびその他の取扱いを行うことができる電気信
号または磁気信号の形をとるが、必ずしもそのような形
をとるとは限らない。主として一般的に便用するという
理由から、それらの信号をビット、頭、要素、記号、キ
ャラクタ、項、数等と呼ぶと便利なことがあることが判
明している。しかし、それら全ての用語およびそれらに
類似する用語は適切な物理量に関連すべきものであり、
それらの１に付される単なるレッテルであることを憶え
ておくべきである。

更に、実行される取扱いは、オペレータにより実行され
る精神的作業に一般的に関連する加え合わせまたは比較
のようなものを指すこともしげしげある。しかし、本発
明を構成するここで説明するいずれのオペレーションに
おいても、はとんどの場合にはオペレータがそのような
ことを実行できることは必要でなく、または望ましいこ
とでもない。それらのオペレーションは機械にょシ実行
されるオペレーションである。本発明のオペレーション
を実行するのに有用な磯誠には汎用デジタルコンピュー
タまたはそれに類似の装置である。

あらゆる場合に、コンピュータの動作方法およびコンピ
ュータを動作させる方法と、コンピュータ自体の計算方
法の違いに注目すべきである。本発明は、他の希望の物
理的信号を発生させるために、電気信号または他の物理
的（たとえば機械的または化学的〕信号の処理において
コンピュータを動作させる方法に関するものである。

本発明は、それらの動作を実行する方法にも関するもの
である。この装置は要求されている目的のためにとくに
構成でき、またはコンピュータに内蔵されているプログ
ラムによシ選択的に起動または再構成できるものとして
汎用コンピュータを備えることができる。ここで述べる
アルゴリズムは特定のコンピュータその他の装置に固有
に関連するものではない。とくに、本発明には各種の汎
用機を便用でき、または要求された方法過程を実行する
だめに一膚特殊な装置を便用することが便利であること
も判明している。

ボクセルというのは三次元ボリューム４４する三次元要
素を指すのに便利であるから時に用いているが、ボクセ
ルは三次元空間内の点を定めるものであることを理解す
べきである。

本発明を児全に理解できるようにするために、以下の説
明においては、アルゴリズムの規約、ビットの特定の数
のような特定の事項の詳細について数多く述べである。

しかし、そのような特定の詳＋１ｆｌ事項なしに本発明
を実施できることが桶業者には明らかであろう。その他
の場合には、本発明を不必要に詳しく説明して本発明を
あいまいにしないようにするだめに、周知の回路および
構造は説明しない。

システムアーキテクチャ 本発明のシステムアーキテクチャが第１図に示されてい
る。本発明の好適な実施例においては、本発明の映像装
置は、ビットマツプ端末装置１２と装置バス１４に結合
されたホストコンピュータ１０を肩する。装置バス１４
はチャネルプロセッサ１６と、記憶装置制御器１８と、
ビデオ制御器２０とに結合される。記憶装置制御器１８
はチャネルプロセッサ１６とビデオ制御器２０および画
像記憶装［２６へ結合される。ビデオ制御器２０はビデ
オバス２８を介して画像記憶装置２６へ結合される。チ
ャネルプロセッサ１６は画像バス２４を介して画像記憶
装置２６へ結合ぢれる。カラーモニタ２２その他の出力
装置がビデオ卸Ｊ御器２０へ結合される。

チャネルプロセッサ１６に並列処理コンピュータ装置を
構敢する。本発明の詳細な説明している実施例において
は、チャネルプロセッサ１６に４個の１６ビツト並列プ
ロセッサか用いられる。本発明では４個の並列プロセッ
サを用いることがＭ利であることか見出されているが、
本発明の要旨を逸脱することなしに任意の数のプロセッ
サを便用できることは明らかであろう。

ビットマツプ端末装置１２は本発明の使用者が利用でき
る複数のメニューを表示する。ここで説明している実施
例においては、ホストコンピュータ１０は画像記憶装置
２６に格納されている画像データから発生されたヒスト
グラムを取扱うために用いられる。ホストコンピュータ
１０に格納され、ヒストグラム中の各ピーク４度の場所
に対して割当てられた色の値と不透明度の値を含んでい
る探索表をホストコンピュータ１０に格納できる。

また、使用者が定めた色の値と不透明度の頭金決定でき
るように、ビットマツプ端末装置１２にヒストグラムを
表示するためにホストコンピュータ１０を用いることが
できる。本発明においては１６ビツト並列プロセッサを
用いるが、８ビツト、３２ピツトまたは他の任意のサイ
ズのプロセッサも利用できる。したがって、要求に応じ
て他のピットサイズの装置バスを使用できる。

ビデオ制御器２０はカラーモニタ２２に対して垂直同期
および水平同期をとり、かつスクリーンデータを表示す
るためにパン７ア記憶装置も含む。

ビデオ制御器２０はデジタル信号をモニタ２２に表示す
るために適当なビデオ信号に変換するデジタル−アナロ
グ（ｄ／ａ）変換器を含む。また、ビデオ制御器２２は
各ＲＧＢチャネルのための探索表も含む。たとえば、赤
（Ｒ）チャネルの１２ピツトデジタル語が探索表を介し
てマツプされ、独特・の赤色値が出力され、カラーモニ
タ２２に表示される。前記したように、各チャネルＲ，
Ｇ、Ｂに探索表が設けられる。ビデオ制御器２０は三値
入力−三値出力変換器として機能する。その三値入力−
三値出力変換器によりガンマ補正を行う。ここで説明し
ている実施例においては、ビデオバス２８は１２ピツト
単位に分割でき、１秒間当シ少くとも４２０メガバイト
まで動作するバスである。

この実施例においては、画像バス２４は１秒間幽り２４
０メガバイトで動作する。

本発明のカラーモニタ２２としては４８０〜１１２５本
の走査線を有する任意の商用カラーモニタを使用できる
。本発明は高分解能および多数走査線のモニタを動作で
きる速度および性能を有する。

画像記憶装置２６は、原映像データと、分類データ、色
、不透明度データおよび複合ＲＧＢＡボリュームデータ
を格納するために利用されるランダムアクセスメモリ（
ＲＡＭ）である。画像記憶装置２６が第２図に詳しく示
されている。前記したように、各ボクセルは４個の１２
ビツトデジタル梧により表される。画１象記憶装置２６
の１つの部分である原ボリューム記憶装置２６（ａ）が
データをそれの原形で格納する。ここで説明している実
施例においては、原データの格納のために約４０００万
ビツトが専用される。原映像ボリュームデータが一連の
１２ピツト語として格納される。その各１２ピツト語は
原ボクセル・ボリュームの１つのボクセルの輝度レベル
を表す。ＲＧＢＡボリュームが発生された後で、そ乳ら
のＲＧＢＡボリュームはＲＧＢＡボリューム記憶装置２
６（ｂ）に格納される。各色値は１２ピツト語により表
さ牡、不透明度Ａも１２ピツト語により表わされる。し
たがって、ＲＧＢＡボリューム記憶装置内の各ボクセル
は４個の１２ピツト語により表される。本発明の詳細な
説明している実施例においては、記憶装置の１億６千万
ビツトがＲＧＢＡ　　ボリューム記憶装置２６（ｂ）に
専用される。二次元投写記憶装置２６　（ｄ）に複合ボ
クセルが格納される。前記したように、ＲＧＢＡボリュ
ームデータの連結から組合わせボクセルが発生される。

画像記憶装置２６は一時的ワークスペース記憶装置１２
６（Ｃ）も含む。画像記憶装置２６の種々の部分中のビ
ットの数について述べたが、本発明を実施するために適
当な任意のビット数の記憶装置を利用できることが当業
者には明らかであろう。

再び第１図を参照して、画像記憶装置２６に対する全て
のアクセスを仲裁するために記憶装置制御器１８が用い
られる。記憶装置制御器１８は画像バス２４を介してデ
ータを画像記憶装置２６に書込むことができるようにす
る。

ボクセルの分類を行うために用いるヒストグラムを発生
するためにチャネルプロセッサ１６が用いられる。チャ
ネルプロセッサ１６が＠３図に詳しく示されている。こ
のチャネルプロセッサはスクラッチパドメモリ１７と、
４１固の掛算器／算術論理装置（ＡＬＵ）１５ａ〜１５
ｄ　　とを有する。ここで説明している実施例において
は、スクラッチパドメモリ１７は６４にの１６ビツト語
記憶場所を含む。チャネルプロセッサ１６は、掛算器／
ＡＬＵ対によυ取扱うデータを一時的に格納するために
スクラッチバドメモリ１７を用いる。各掛算５／ＡＬＵ
対１５ａ〜１５ｄは、チャネルプロセッサを構成する４
個のプロセッサの１つに専用される。この並列技術によ
シ同じ命令をη々のデータに対して実行できることがで
きる。そのシステムはこの分野において１命令、多デー
タ流（ＳＩＭＤ）システムと呼ばれる。そのような１命
令、多データ流システムが、本願出願人が研石する１９
８５年６月２４日付の米国特許用Ｓ第７４８，４０９号
明細書に詳しく記載されている。ここで説明している実
施例においては、１つのチャネルがボクセルの赤（Ｒ）
値に利用され、１つのチャネルがボクセルの緑（Ｇ）値
に利用され、１つのチャネルがボクセルの’ｆｌ？（Ｂ
）値に利用され、１つのチャネルがボクセルの不透明度
赤（Ａ）値に利用される。

原映像ボリュームデータがホストコンピュータ１０に読
込まれた時に処理装置の初期設定が行われる。原映像ボ
リュームデータは圧縮された形で送ることができるから
、復号と伸長を必要とする。

また、データのソースに応じて、生のデータのビット／
ヒフセル分解能は、本発明の好適な１２ビット／ピクセ
ル分解能に合致しないことがある。

したがって、要求があれば、ホストコンピュータまたは
チャネルプロセッサは原映像データを許容できる分解能
まで分解能を高くすることができる。

それから、ホストコンピュータ１０は原映像データを装
置バス１４を介してチャネルプロセッサ１６に出力する
。そうするとチャネルプロセッサ１６は原映像データを
画像バス２４を弁して画像記憶装置１６の原映像ボリュ
ーム記憶装置２６に書込む。

希望によっては、または必要があれば、原映像ボリュー
ムがチャネルプロセッサ１６により分類される。原ボリ
ューム記憶装＠２６からの走査線が画像バス２４を介し
てチャネルプロセッサ１６に入力される。チャネルプロ
セッサ１６は２０４９種類の定めることができるＮＬ民
レベルの各輝度レベルにあるボクセルの数をカウントし
てヒストグラムを発生する。それから、チャネルプロセ
ッサ１６は、以前に定められた探索表またはプログラム
階層に従ってピークを分類できる。また、分類を使用者
により手動で実行できるように、ヒストグラムはホスト
コンピュータ１０によりピットマツプ端末装置１２に表
示できる。

分類の後で、分類データが装置バス１４を介してチャネ
ルプロセッサ１６、とくにスクラツテバドメモリ１７へ
送られる。チャネルプロセッサはホストコンピュータか
らの分類データを基にして複数の探索表（ルックアップ
テーブル）を計算する。スクラッチバドメモリ１７は、
ＲＧＢ＠と不透明度値を分類されたボクセルに割当てる
ことができるように、複数の探索衣を含む。チャネルプ
ロセッサ１６は記憶装置制御器から１度に１本の走査線
（ボクセルの一次元アレイ）を要求し、格納されている
探索表を通じてその走企欅を処理する。チャネルプロセ
ッサ探索衣への入力は白黒の走査線であシ、出力はＲＧ
ＢＡ分類された走査線である。チャネルプロセッサ１６
のスクラッチパドメモリ１７は出力分類のために少くと
も３個のバソファ、すなわち、走査線バッファと、探索
表バッファと、出力分類のための出力バッファとを含む
。探索表に関連して説明したが、本発明においては色値
を割当て、または発生する適当な任意の方法を利用でき
る。

出力バッファからの出力が画像バス２４を介して画像記
憶装ｅ２６のＲＧＢＡボリューム記憶装置２６　（ｂ）
へ結合される。原映像ボリュームの各スライスがプレイ
としてＲＧＢＡボリューム記憶装置２６の）に格納され
る。本発明の「連結された濾波（ｃｏｎｃａｔｅｎａｔ
ｅｃｌ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）　Ｊ　　がチャネルプロ
セッサ１６により実行される。背景映像ボリュームが、
１度に１本の走査線ずつ、チャネルプロセッサのスクラ
ッチパドメモリ１７に最初に読込まれる。引き続く各映
像ボリュームがチャネルプロセッサ１６に読込まれると
、ＲＧＢＡ値が掛算器／ＡＬＵｉＳａ〜１５ｄにより連
結させられる。

この複合映像ボリュームが画像記憶装置２６の投写記憶
装置２６（ｄ）に格納される。

複合映像を表示するために、投写記憶装置２６（ｄ）の
内容がビデオバス２８を介してビデオ制御器２０へ出力
される。投写記憶装置２６（ｄ）に格納されたデジタル
データはビデオ制御器２０によりビデオアナログデータ
に変換されてから色モニタ２２へ出力され、その色モニ
タにおいてはラスク走査のようにして表示される。

部分ボリューム 分類 映像ボリューム、すなわち、三次元映像を表す画像要素
のボリューム（ボクセル）がホストコンピュータ１０に
読込まれ、要求されている任意の復号すなわち伸長を行
われた後で、画像記憶装置２６の原映像記憶装置２６（
ｂ）に読込まれる。したがって、ここで考慮している物
体、すなわち、２つの二次元アレイのアレイ、を画像記
憶装置内の三次元に順序づけられたアレイと考えること
ができ、および数学的に表すことができる。映像ボリュ
ームは、知られている種々の方法にょシ得ることができ
る処理されない映像アレイとするととができる。

本発明の用途は広いが、例として、コンピユータ化した
断層（ＣＴ　）映像の三次元表示に関連して本発明を説
明することにする。この場合には順序づげられたＣＴ映
像ボリュームアレイとして表された入力映像ボリューム
データを、各種の断層映像発生方法、たとえばＸ線コン
ピユータ化断層撮影法、超音波セクター走査、核磁気共
鳴等から得ることができる。他の場合には、地震映像法
またはコンピュータモデルまたは（流体流シミュＬ／　
−タのよウナ〕シミュレーションの結果のような他の映
像発生方法を用いて入力映像ボリュームデータを得るこ
とができる。この例における映像ボリュームは二次元映
［象の順序づけられたアレイとして格納され、各映像は
１２ビツト数の二次元の順序づけられたプレイである。

ＣＴ定走査たはその他の映像ボリュームは単色の灰色調
入力データを本発明の映像処理装置へ与える。こ°のＣ
Ｔ入力映像ボリュームデータは、１２ビツトの２進数の
順序づけられたアレイとして画像記憶装置２６のボリュ
ーム記憶装置２６　（ａ）　Ｋ格納される。各２進数は
与えられたＣＴ定走査たは他の映像ボリュームデータ（
ボクセル）ヲ表ス。

ここで説明している実施例においては、ＣＴ走査入力に
より与えられる映像ボリュームは、考察している解剖学
的構造中の４つの個々の材料、すなわち、空気、脂肪、
軟組織および骨、についての情報を表すＣＴ走査入力に
より与えられる。

ここで説明している実施例においては、灰色調入力デー
タの強さは原映像発生方法から表された材料のＸ線の強
さに依存する。第４ａ図を診照して、各ボクセルに対す
る灰色調の強度データが、映像ボリューム対強度中のボ
クセルの数の分布を与えるヒストグラム３０中にプロッ
トされている。

このヒストグラム３０はチャネルプロセッサ１６により
入力映像ボリュームデータから構成される装置バス１４
を介してホストコンピュータ１０へ送られる。

灰色調ヒストグラム３０は、各灰色調に対して、ある特
定の灰色レベルを有する映像ボリューム中のボクセルの
数を示す関数である。横軸３２は灰色レベル強度であっ
て、この例ではＯ〜２０４８として示されている。縦軸
３４は発生頻度（たとえば、各強度における映像ボリュ
ームのボクセルの数〕である。したがって、ヒストグラ
ムカーブ３６の下（１１１の面積は映像ボリューム中の
ボクセルの総数を表す。

ヒストグラム３０は、ここで説明している実施例におい
ては、ＣＴ定走査１２ビツトビクセル情報に対応する特
定の映像から得られる。結果として得られたヒストグラ
ムはホストコンピュータ１０により、この分野において
広く仰られている低域濾波技術を用いて濾波さｎてノイ
ズを除去しくすなわち、人力関数の形を保持しながら、
廊周諷変動を抑制する）、第４ａ図に示すような滑らか
にされたヒストグラムカーブとなる。

従来の映像発生装置バスにおいては、全てのボクセルは
単一の材料を１００％を表すものとして分類される。し
たがって、従来の技術ケ用いると、各ボクセルに対して
２Ｍ分類が行われる。その２進分類においては、特定の
強度領域内の全てのボクセルが、入力映像ボリュームデ
ータにより表されているそれらの材料の一方または他方
として分類される。このＣＴ走査例に従来の技術を用い
ると、ボリュームは骨、脂肪または空気として分類され
る。従来の技術においては、ヒストグラムのピークのあ
る点におけるカットオフとしてしきい値灰色レベルが選
択される。与えられた強度範囲内の全てのボクセルがそ
れにより１００％空気、軟組織、骨または脂肪として分
類される。この情報は２ビツト値または１ビツト値とし
て記憶装置に格納される。

ＣＴ表示のために、この２進分類はヒストグラムのビー
ク領域に対して適当である。そのピーク領域においては
、ボクセルの内容が１つの個々の材料分類または別の個
々の材料分類に入る。しかし、そのよりな「・・−ド」
分類には、映像ボリューム内の全てのボリュームの材料
分類に関して個々の２進決定を行うことを要する。

たとえば、従来の技術においては、表面境界（−組織が
骨に付着しているような〕において、縁部領域を横切る
ボクセルが骨または組織として分類される。したがって
、ボクセルが表面の間を横切る、または縁部に沿って横
切る、あるいは局部的な材料が１ボクセル幅より小さい
場合には、縁部または表面境界が失われ、表示が不正確
に行われる結果となる。したがって、そのよりな２進値
割当てにより大きい別の誤差を生じて、不正確な表面表
示が行われる結果となる。

本発明においでは、ボクセルは、それらのボクセルの関
連する強度に従って、映像ボリューム中で表されている
各材料の種類の０〜１００％で構成されるものとしで分
類される。　・ 次にｉＪｂ図を参照する。大きいビークＰと大きい谷Ｔ
かヒストグラム３０内に示されている。

材料の１００％として％徴づけられている強度範囲４０
が、大きいヒストグラムピークＰの左側または右側の選
択された強度範囲に入る全てのボクセルに対して決定さ
れる。ここで説明している実施例においては、ＣＴ定走
査場合には、その強度範囲は直線近似により決定される
。１ｐ−ｔｌ／４　として定められている強度帯内に入
る全てのボクセルＰとして１００％材料範囲が近似され
る。ここに、ｐは大きいピークに関連する強度データ、
ｔは隣接する大きい谷Ｔに関連する強度である。与えら
れた大きいビークＰのいずれかの側のこの範囲内の全て
のボクセルは、１００％「純粋」な材料値として分類さ
れる。したがって、この実施例においては、それらの範
囲内の全てのボクセルはそれぞれ１００％の脂肪、空気
、軟組織および骨として分類される。それらの強度範囲
の外側のボクセルは、ボクセルの左側または右側の「純
粋な」材料のある百分率を表すある映像情報を含むもの
として分類される。したがって、それらは、それらの材
料の部分的百分率組成をおのおの有する組合わせ材料ボ
クセルである。

規約のために、１００％より少い任意の単一材料より構
成されたものとして分類されたボクセルは、本発明に関
連して部分的ボクセルと呼ばれる。

更に、１つの材料１００％として分類されたボクセルが
そのようなものとして時に呼ばれる。しかし、本発明を
用いるより一般的な用語では、分類は部分的なボリュー
ム決定を基にしている。したがって、より一般的な規約
として、分類された全てのボクセルは「部分的なボリュ
ーム」であυ、１つの一様な材料として分類されたボク
セルは１つの材料を１００％含み、他の成分材料が０％
組成であるような「部分的なボリューム」として分類さ
れる。

部分ボリュームの分類の決定においては、１００チ材料
ｇ１度範囲の外側のボクセルに含まｎている各材料の百
分率が見出される。ここで説明している実施例において
は、隣接する１００％材料強度値の限度の間に入ってい
る強度を肩するボクセルに対して直１腺補間を行うこと
により百分率ボクセル材料内容が決定される。そうする
と、（１）１００％値境界から対象としているボクセル
強＃までの強度差（分子〕と、（２）ＦＭんでいる１０
０％材料値の限度の間の強度範囲値（分母〕との比が見
出される。

この比によ、９．１００％値範囲の間の特定の強度値に
おける各隣接する材料に対する百分率ボクセル組成を与
える。

次に第４ｂ図を参照する。部分ボリューム百分率が、全
ての部分ボリュームボクセルに対して、隣接する１００
％材料強度値限度の間の各強度についての直線補間によ
υ実行されたチャネルプロセッサ計算によって決定さｎ
る。あるいは、探索表に載せられている値に従って行う
ことができ、または４５１！食および使用者が決定した
１直に従って行われる。ここで説明している実施例にお
いては、部分ボリューム強［Ｉ（ｐｖ）に関連する与え
られたボクセルに対して、それの百分率紐取が次式で与
えられる。

ボクセル内の材料の部分ＰＶ３ｂ ここに、ＰＶａｂは対象とする部分ボリュームボクセル
、■（Ｐ■）ａｂは１００％材料強反領域ａとｂの間の
対象とする部分ボリュームボクセルの強度、Ｉ（Ｐｂ）
＆は１００％材料種類に対するピーク境界値における強
度、工（Ｐｂ）ｂは１００％材料種類に対する境界値に
おける強度である。

境界ａに関連する材料の一部を計算する時にはＩ（Ｐｂ
）ａが用いられ、境界すに関連する材料の一部を計算す
る時にはＩ（Ｐｂ几が用いられる。

したがって、各ボクセルは、（１）２種類の映像ボリュ
ーム材料の百分率で構成された部分ボリュームと、（２
）１棟類の映像ボリューム材料で構成された「純粋な」
ボリュームとして分類される。

ここで説明している実施例においては、灰色調データの
分類は筋肉−骨格ＣＴ走査モデルに対して行われる。こ
のモデルにおいては、このモデルにおいては、第４ｂ図
に示すように、材料の灰色胴強度の関係は、脂肪４０が
軟組織４４に常に隣接し、軟組織４４が脂肪４０を常に
囲み、かつ骨４６を常に囲む。しかし、たとえば、地震
映像ボリューム入力データのような、他の入力データに
対する百分率ボクセル材Ｆ）組成を決定するために他の
分類のやυ方を便用できることを理解すべきである。ま
た、そのような分類は、入力データが材料の隣接性を含
むような用途に使用できる。その材料隣接性においては
、多くの材料（！たはそれらに関連するヒストグラム強
度、あるいは両方〕を、互いに同時に隣接させることが
でき、したがって映像ボリューム入力データにより表さ
れる。

更に、この実施例では直線補間法を説明したが、この実
施例および他の実施例においてボクセル部分ボリューム
百分率を計算するために、たとえば直角法または立方体
法を使用できる。

本発明においては、３Ｄボリユームの２Ｄカラー映像が
、再構成の章で以下に述べる「連結された濾波」を用い
る映像ボリュームのカラー表現を基にして構成される。

そのようなフィルタを作るために、映像ボリュームの各
ボクセルに対して、色値（ＲＧＢ）　と不透明度値が竜
初に割当てられる。ボリューム内の全てのボクセルを分
類し、それらのボクセルの百分率材料組成を知ると、色
（ＲＧＢ）と不透明度（Ａ）を割当てることができる。

ＣＴ映像ボリュームデータに対する色モデル形成技術の
この例においては、骨は不透明な白、軟組繊は半透明な
赤、脂肪は非常に透明な緑、空気は完全に透明である。

赤（Ｒ）、青（Ｂ）および緑（Ｇ）の各成分を有する値
が割当てられる。その値はそれら４つの各物質の色値を
表す。更に、各１００ｃ６純粋な材料の選択された透明
度に対して不透明度（または透明度）が割当てられる。

各種類の材料に対して割当てられたＲＧＢＡ　を知ると
、映像ボリューム中の各ボクセルごとに、それのパーセ
ント組成を基にしてＲＧＢＡ　を知ることができる。た
とえば、ボクセルが３０％空気、７０％脂肪として分類
されたとすると、チャネルプロセッサ１６によシ決定さ
れた「組合わされた」ＲＧＢＡを、ボクセル中の各材料
成分のＲＧＢＡに、それに関連するパーセント材料寄与
を乗じ、結果を加え合わせることにより、とのボクセル
に対して見出すことができる。その結果であるＲＧＢＡ
は対象とするボクセルのＲＧＢＡ　　となり、それはＲ
ＧＢＡボリューム記憶装置２６　（ｂ）に読込まれる。

したがって、 となる。ここに、 Ｗ＝ボクセル中の材料ｉの寄与、 Ｃ＝材料ｉの色と不透明度である。

そして、 ここに、ｎはボクセル中の成分材料の≠である。

ＲＧＢＡボクセル割当て動作は、対象とする映像ボリュ
ーム中の各ボクセルに対して実行され、それらの値はＲ
ＧＢＡボリューム画像記憶装置２６　（ｂｃに書込まれ
て、後で処理のために格納される。各ＲＧＢＡはＧＢＲ
Ａ画像記憶装置２６（ｂ）に特定の数の順序づけられた
アレイとして表される。

各般は映像ボリュームの関連するボクセルである。

従来の映像発生装置においては、各ボクセルは１つの種
類の材料と、色値との少くとも一方にのみ割当てられる
のが典型的なものである。したがって、ボリューム中の
全てのボクセルハ、映像ボリュームの材料のある種類ま
たは別の種類で一様に構成されたと考えられた。これと
は対照的に、本発明においては、各ボクセルに対する関
連する巨分率材料寄与を表す色と不透明度の組合わせを
基にして、広い範囲の色と不透明度が決定および割当て
られる。本発明におけるＲＧＢＡ　割当ては、チャネル
プロセッサ１６のスクラッテパドメモリ１７内のＲ，Ｇ
、Ｂ、Ａの探索表を介して分類されたボクセルを処理す
ることにより行われる。

映像再溝成 ＲＧ　Ｂ　Ａボリュームを作成してＲＧＢＡ画像記憶装
置に格納したら、３Ｄボリユームの任意の選択された図
に対して２Ｄ投写を構成できる。その２Ｄ投写において
は、３Ｄボリユームの数学的な固体または表面として表
されていない物体が、数学的な表面または固体のモデル
から作られた２Ｄ投写の可視特性を与える。これは本発
明の連結されたフィルタを用いて行われる。

次に第５図を参照する。この図には表示ピクセル６０の
ローカルの順序づけられた３Ｘ３アレイが示されている
。第６図に示されている３Ｘ３表示および３Ｘ３Ｘ５ボ
リユーム６２が、本発明を説明する例のために用いられ
る。実際には、表示は１０２４Ｘ　７６８４たはその他
の適轟なラスタ走査表示である。更に、ＲＧＢＡボリュ
ームは、入力データと記憶装置のサイズのみにより制約
される（　Ｘ　＋　ｙｒ　Ｚ　）映像ボリューム　を表
す３スペースデータアレイである。各ＲＧＢＡボクセル
は、ビデオ表示ピクセル（２，１）に関連する第５図に
示されているような、被合２Ｄ出力を作成するために色
フィルタとして動作する。

フィルタとしてのＲＧＢＡボクセルは、ｚｍ（ｆなわち
、視線に平行な軸）に沿って１゛つぶされたＪボクセル
と見ることができる。それによ）数学的オーバーレイが
与えられる。各フィルタは色と不透明度を有する。ここ
に、色は３つの成分赤（Ｒ）、緑ＣＧ）、ｆ（Ｂ）によ
シ表される。不透明度はフィルタ成分（Ａ）によシ表さ
れる。フィルタの不透明度（Ａ）は、フィルタのうしろ
のどれだけのボクセルが「貫通して示す」（すなわち、
新しい、組合わされた背景要素に対する寄与）かを決定
する。

第５図および第６図に示すように、ＸＹ千面に蚕直な図
を与えるために、二次元ピクセル（ｘ　ｒＹ）ｋ順次投
写するために、前景の各ボクセル囮（たとえば７２）の
ＲＧＢＡが各々背景ボクセルＢＧ　（たとえば７０）の
ＲＧＢＡＯ上に数学的に重ねられ、新しい背景ＲＧＢＡ
ボクセルＢＧ’を生する。ボクセルＢＧに関連するＲＧ
　ＢＡ値は画像記憶装置がら読出されて、ＢＧフィルタ
バッファとして動作するスクラッチパッドメモリに一時
的に格納される。同様に、ボクセルＢＧに関連するＲＧ
ＢＡ値が画像記憶装置から読出され、スクラッチパッド
メモリに格納される。そのメモリの一部がＦＧバッファ
として動作する。

この実施例においては、２個またはそれ以上の連結され
たフィルタの列を通じて投写される色は次式により決定
される。

ＢＧ””　ＦＧ”（１（ＦＧ））Ｘ（Ａｙｃ））（ＢＧ
）ここに、 ＦＧ＝前景フィルタの色および不透明度成分Ｇ１ＡＦＧ
＝前景フィルタの不透明度、 ＢＧ＝前景フィルタのうしろ（すなわち、「現在の」背
景）の全てのフィルタの複合色お↓び不透明度Ｇである
。

ここに、ＦＧ囚は前景フィルタの不透明度、すなわち、
匁［しい背景フィルタＢＧに対する前景フィルタの不透
明度寄与を表す。その結果としての新しい背景値ＢＧ’
がスクラッチパッドメモリに格納されて、チャネルプロ
七ツブにより絖いて行われる計算に備える。

このようにして新しい背景フィルタＢＧが決定される。

それから、選択ぢれた投写平面６４に全てのフィルタが
延長し、表示６０のために最後のＲＧＢＡ投写ビクセル
恒が決定されるまで、引き絖ぐ各前景フィルタおよびそ
れに関連する新しい背景ＢＧＫ対して上記の計算が引き
続き行われる。

この動作は、対象としている映１象ボリューム６２の選
択された２Ｄ図十面６４に関して全ての懺示ビクセルを
決定するだめに実行される。

本発明の再構成法は、いま述べたビクセルごとの処理の
ような任意の特定の処理動作によシ制約されるものでは
ない。たとえば、この実施例においては、画像記憶装置
２６（ｂ）に格納されているＲＧＢＡボリューム（すな
わち、ＲＧＢＡボリューム６２の水平スライス６６に沿
う２Ｄ図千面６０に垂直なボクセル列）の引き続くボク
セル走査線に対して映像再構成処理が実行される。した
がって、各前景走査線ＢＧのＲＧＢＡが順次数学的に、
各背景走査＠ＢＧの上に「オーバーレイされて」新しい
背景走査線ＢＧ′を発生する。走査線ＢＧに関連するＲ
ＧＢＡ値が画像記憶装置から読出され、スクラッチパッ
ドメモリに一時的に格納される。

同様に、走査ｌＢｃに関連するＲＧＢＡ値が画像記憶装
置から読出されて、スクラッチパッドメモＩＪ　Ｋ−時
的に格納される。一連のフィルターオーバレイ計算は、
引き続く関連するＢＧおよびＦＧフィルタに対して、ス
クラッチパッドメモリから読出スチャネルプロセッサに
より実行されて、ＲＧＢＡ複合走査線６８を形成する。

それからその走査線はビデオ表示出力６４に書込まれる
。更に、対象とする３Ｄボリユームの選択された２Ｄ図
に対して、全ての複合ビクセル投写表示走査線を決定す
るだめにそれらの動作が実行される。

チャネルプロセッサの掛算器／　Ａ　Ｌ　Ｕユニット１
５ａ〜１５ｄ　により、引き続く映像ボリューム部分を
組合わせる（１度に１本の走査線〕ことによシ、濾波が
行われる。Ｒ値を濾波するために１つのチャネル（掛算
器／ＡＬＵユニット〕が用いられ、Ｇ値、Ｂ値およびＡ
値を濾波するためにそれぞれｌ・つのチャネルが用いら
れ、そのように各ボクセルのＲＧＢ値に対して１つのチ
ャネルが用いられる。濾波は後方から前方へ行うことが
でき、あるいは前方から後方へ行うことができる。この
前方および後方とい°うのは見る平面を基準とするもの
である。

たとえば、末尾に示した表および式には、第５　　′図
と第６図に示されている投写された表示腹合ピクセル２
，１を与えるために、連続する連結されたフィルタとし
て動作しているＲＧＢＡ　ボクセル７０〜７８のための
白衣が示されている。この表かられかるように、各フィ
ルタの各値のＲＧＢＡ成分が、新しいＢＧ’　フィルタ
を計算して（そうすると、そのフィルタは引き続＜ＦＧ
ボクセルのＢＧ値になる）、最後のビクセル色を（２，
１，）に与える。したがって、連結された濾波式に従っ
て引き続く計算が実行され、引き就く新しい背景フィル
タｆｒｌｉを計算する。それらの新しい背景フィルタ値
は上記の式に便って組合わされて、最後のビクセル色値
が決定されるまで、新しい各前景に関して引き絖〈値を
計算する。この値はそれから表示される（この場合には
それの関連する表示ビクセル（２，１）により）。

それから、複合２Ｄ投写が表示バッファ２６　（ｄ）に
格納され、ラスタ走査モニタ２２に出力される。

もちろん、その複合２Ｄ投写はプリンタその他の出力装
置へも出力できることに注意すべきである。

このようにして、三次元入力映像ボリュームの二次元カ
ラー投写が発生される。得られた投写または中間ボリュ
ームデータを基にして、回転、変換、陰影づけ、伸長等
の他の映（象処理も使用できる。

本発明は広い範Ｉの映像処理に使用できる。たとえば、
ボクセル標本化されたボリューム（とくにＣＴ走食〕、
とくに、複雑であるためにモデル化が容易ではない、方
程式群またはその他のデータセットからの解セットまた
は計算結果のような、三次元でモデル化できる任意のデ
ータセットを表示するために使用できる。更に、ボリュ
ーム中の成分材料の色が既知であるような色データセッ
トに本発明を適用できる。したがって、百分率材料寄与
に対してデータを分類する別の手段を用いて、本発明に
従って部分的なボリューム決定を行うことができる。

したがって、本発明は灰色調データセット、ｃＴ定走査
実像等に制約されるものではない。むしろ、本発明は、
各標本（またはボクセル〕に対して、データカット中の
材料の種類（または材料の種類を表わし、または割当て
るだめに微分できる）が既知である、または見出すこと
ができるような決定できる個々のボリューム標本である
任意のものに対して本発明を適用できるから、データボ
リューム中の各ボクセルに対する百分率寄与を見出すこ
とができる。

この実施例ではヒストグラム分布を用いてＣＴ定走査た
めに部分ボリューム百分率分類を行ったが、その分類は
、ヒストグラムを用いずに（すなわち、統計的にではな
く空間的なように）、他の用途に各種のやり方で行うこ
とができる。

以上、三次元映像ボリュームの二次元表示を発生する技
術について説明した。

（表および式） フィルタ成分 引き伏く連結されたフィルタ・オ Ｄの下にＥ　：　Ｄ＋　、７５Ｆｊｌ；＝（，２２，，
０８，，０７，，５５）Ｃの下にＤＥ　：　Ｃ十、ｘｏ
ｇ ＝（−３１：Ｓ、　、５５．．２８．．９５５）Ｂの下
にＣＤＥ　：　ｓ　＋　、８ＣＤＥ＝（，４０，，５Ｂ
、　、２４．．９６）Ａの下にＢＣＤＥ　：Ａ＋　、７
Ｂｃｏｇ＝（，３１，，６５，，２３，，９７）

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアーキテクチャを示すブロック図、第
２図は本発明の画像記憶装置の分割を示すブロック図、
第３図は本発明のチャネルプロセッサのアーキテクチャ
を示すブロック図、第４ａ図は典型的な入力データヒス
トグラムのグラフ、第４ｂ図はＣＴ入カデータヒストグ
ラムの分ａｔ示すグラフ、第５図は二次元表示を発生す
るために用いられる複数のボクセルを示す図、第６図は
引き続くボクセル走査線およびワークスペースの映像再
構成を示す図である。 １０φ・―・ホストコンピュータ、１２＠Φ書・ビット
マツプ端末装置、１４・・・・装置ハス、１６・・・・
チャネルプロセッサ、１８・・・・記憶装置制御器、２
０・・・・ビデオ制御器、２２−・・・カラーモニタ、
２４・・・・画像バス、２６・・°・画像記憶装置、２
８・・・・ビデオバス。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）三次元データセットを表す第１の映像ボリューム
   を発生する過程と、 複数のボリューム要素（ボクセル）を有する複数の走査
   線をおのおの備える複数の一様な格納アレイとして前記
   第１の映像ボリュームを第１の映像記憶装置に格納する
   過程と、 各ボリュームに色の値と不透明度の値を割当てることに
   より第２の映像ボリユームを発生する過程と、 前記走査線の１本を次に連続する前記走査、線に組合わ
   せることにより組合わせ映像ボリユームを発生する過程
   と、 ｎを前記走査線の総数として、各発生された組合わせ映
   像ボリユームを有する各連続する前記走査線に対して前
   記過程をｎ番目の走査線まで繰返えす過程と を備え、前記組合わせ映像ボリユームは、色の値と不透
   明度の値が、組合わされた走査線に含まれているボクセ
   ルの色の値と不透明度の値のパーセント組成を基にして
   いるようなボクセルを有することを特徴とする三次元デ
   ータセットを表す二次元データ表示を発生する方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法であつて、前記
   第１の映像ボリュームは複数のデジタル信号に変換され
   て、デジタル記憶装置に格納されることを特徴とする方
   法。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の方法であつて、前記
   色の値は赤成分と、緑成分と、青成分とを含むことを特
   徴とする方法。
4. （４）特許請求の範囲第３項記載の方法であつて、前記
   組合わせ映像ボリュームはチャネルプロセッサにより発
   生され、前記赤成分と、前記青成分と前記緑成分および
   前記不透明度の値は第１のチャネルと、第２のチャネル
   と、第３のチャネルおよび第４のチャネルにおいてそれ
   ぞれ組合わされることを特徴とする方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項記載の方法であつて、ＦＧ
   ＝１本の前記走査線のボクセルの色の値および不透明度
   の値、Ａ＝１本の前記走査線の前記ボクセルの不透明度
   、ＢＧ＝以前に組合わされた走査線中の対応するボクセ
   ルの複合色成分および不透明度成分として、組合わせ映
   像ボリュームの各ボクセルの色の値および不透明度の値
   は、 ＦＧ＋（１−（ＦＧ）（Ａ））（ＢＧ） により与えられることを特徴とする方法。