【手続補正書】
【提出日】平成17年6月27日(2005.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】  明細書
【発明の名称】画像構成装置及び方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の原画像を互いに直交する複数の投影面に投影した投影像を構成し、該複数の投影像を表示する手段と、３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することにより３次元ベクトルを設定する手段と、前記設定された３次元ベクトルを示す情報を前記複数の投影像の表示画像上に表示する手段と、前記設定された３次元ベクトルから該３次元ベクトルの示す方向と直交する投影面及び／又は切断面を設定し、前記設定した投影面に前記原画像を投影した擬似３次元画像及び／又は前記設定した切断面で前記原画像を切断した断面像を構成する画像構成手段と、を備えたことを特徴とする画像構成装置。
【請求項２】
３次元の原画像を互いに直交する複数の切断面で切断した断面像を構成し、該複数の断面像を表示する手段と、３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することにより３次元ベクトルを設定する手段と、前記設定された３次元ベクトルを示す情報を前記複数の断面像の表示画像上に表示する手段と、前記設定された３次元ベクトルから該３次元ベクトルの示す方向と直交する投影面及び／又は切断面を設定し、前記設定した投影面に前記原画像を投影した擬似３次元画像及び／又は前記設定した切断面で前記原画像を切断した断面像を構成する画像構成手段と、を備えたことを特徴とする画像構成装置。
【請求項３】
前記設定された３次元ベクトルの基点及び終点の位置情報に基づいて２点間の距離を計測する距離計測手段を有することを特徴とする請求項１又は２の画像構成装置。
【請求項４】
視線方向を示す３次元の視線ベクトルに基づいて３次元原画像からその擬似３次元画像又は断面像を構成する画像構成方法において、
前記視線ベクトルを１以上の平面上に投影して求まる該平面毎のベクトル又はその基点若しくは終点の内の少なくとも一つを移動させることによって前記視線ベクトルを変更し、該視線ベクトルの変更に対応して前記擬似３次元画像又は断面像を構成することを特徴とする画像構成方法。
【請求項５】
前記平面の少なくとも一つには、該平面への前記３次元原画像の投影像を表示することを特徴とする請求項４に記載の画像構成方法。
【請求項６】
前記平面の少なくとも一つには、該平面に平行であって前記基点又は終点を通る平面で前記３次元画像を切断した面の断面像を表示することを特徴とする請求項４に記載の画像構成方法。
【請求項７】
少なくとも一つの前記平面と前記擬似３次元画像又は断面像とを同時に表示することを特徴とする請求項４乃至６の何れか一つに記載の画像構成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像構成装置及び方法に係わり、特に３次元原画像の視線方向を３次元的に設定し、設定された方向に従って擬似３次元画像や断面像を構成し表示する画像構成装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ画像やＭＲＩ画像等の医用画像の擬似３次元画像（以下、３次元画像）を得る方法として、複数の断層像（２次元画像）を積み上げたボリュームデータを、ある視点又は光源から見たように陰影付けし、遠近感や３次元的なリアリティを持たせる方法がある。この積み上げに際し、断層像間に隙間がある場合は、元の画像相互の補間から得た補間画像をその隙間に埋め込み、積み上げ画像の積み上げ密度を高める方法をとることも多い。
【０００３】
前記３次元画像はあくまで人工的に作成した画像であり、積み上げ画像そのものではない。例えば、デプス法では、視点や光源から画素点までの距離を求め、距離が小であればその画素の画素値に代わって大きな値の画素値を作成し、距離が大であればその画素の画素値に代わって小さな値の画素値を作成し、それぞれ元の画素の画素値に代替えする。この代替えを２次元画像の画素値として当てはめる（投影する）。
【０００４】
ボリュームレンダリング法では、こうした距離に反比例する方法で新しく画素値を作成し、２次元面に投影する。また、サーフェースレンダリング法では、視点や光源からの画素値の傾斜（例えば、近傍３点の画素位置の画素値を結ぶ平面の傾き）を見て、その傾斜に対応する新しい画素値を作り出して、元の画素位置の値として投影する。
【０００５】
この他にも３次元画像を得る種々の方法がある。また、積み上げ画像のリアリティさを残して２次元上に投影して３次元画像を得る方法もある。さらに、前記投影処理による３次元画像の他に、ボリュームデータを任意に切断処理した画像も３次元的な処理を施しているため、３次元画像とする。また、上記３次元画像は、視点や光源を移動して作成することが多く、この視点や光源の変更は、ボリュームデータを配置した３次元空間の座標や、ボリュームデータ自体を回転させて行うことが多い。
【０００６】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、従来の画像構成装置では、視線方向の変更は前記ボリュームデータの情報に対して行うのではなく、ボリュームデータを規定する座標系に対して行っていたため、３次元画像化した画像データの情報を元に、視点方向を決定するのは困難であった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、視線方向を容易に３次元的に変更することができる画像構成装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記目的を達成する為に、３次元の原画像を互いに直交する複数の投影面に投影した投影像を構成し、該複数の投影像を表示する手段と、３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することにより３次元ベクトルを設定する手段と、前記設定された３次元ベクトルを示す情報を前記複数の投影像の表示画像上に表示する手段と、前記設定された３次元ベクトルから該３次元ベクトルの示す方向と直交する投影面及び／又は切断面を設定し、前記設定した投影面に前記原画像を投影した擬似３次元画像及び／又は前記設定した切断面で前記原画像を切断した断面像を構成する画像構成手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は前記目的を達成する為に、３次元の原画像を互いに直交する複数の切断面で切断した断面像を構成し、該複数の断面像を表示する手段と、３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することにより３次元ベクトルを設定する手段と、前記設定された３次元ベクトルを示す情報を前記複数の断面像の表示画像上に表示する手段と、前記設定された３次元ベクトルから該３次元ベクトルの示す方向と直交する投影面及び／又は切断面を設定し、前記設定した投影面に前記原画像を投影した擬似３次元画像及び／又は前記設定した切断面で前記原画像を切断した断面像を構成する画像構成手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、３次元の原画像を互いに直交する複数の投影面に投影した投影像を構成し、該複数の投影像を表示する。３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することにより３次元ベクトルを設定し、設定された３次元ベクトルを示す情報を前記複数の投影像の表示画像上に表示する。画像構成手段は、設定された３次元ベクトルから該３次元ベクトルの示す方向と直交する投影面及び／又は切断面を設定し、前記設定した投影面に前記原画像を投影した擬似３次元画像及び／又は前記設定した切断面で前記原画像を切断した断面像を構成する。このように、３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することによって、視線方向を容易に３次元的に変更することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、３次元の原画像を互いに直交する複数の切断面で切断した断面像を構成し、該複数の断面像を表示する。３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することにより３次元ベクトルを設定し、設定された３次元ベクトルを示す情報を前記複数の断面像の表示画像上に表示する。画像構成手段は、設定された３次元ベクトルから該３次元ベクトルの示す方向と直交する投影面及び／又は切断面を設定し、前記設定した投影面に前記原画像を投影した擬似３次元画像及び／又は前記設定した切断面で前記原画像を切断した断面像を構成する。このように、３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することによって、視線方向を容易に３次元的に変更することができる。また、少なくとも一つの平面と擬似３次元画像又は断面像とを同時に表示してもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、添付図面に従って本発明に係る画像構成装置の好ましい実施の形態について詳説する。図１は、本発明の画像構成装置の基本原理を示す説明図である。同図に示すように、３次元空間のボリュームデータ１８内に設定された図上実線の矢印で示された視線方向の３次元ベクトルは、ＸＹ平面、ＹＺ平面、ＺＸ平面に投影される。投影され２次元化された図上点線の矢印で示された３つのベクトルは相互に関連して設定され、これらの２次元ベクトルの基点（図上●）と終点（図上○）とを設定変更することによって、前記視線方向の３次元ベクトルを設定することができる。設定された視線方向に基づいて、擬似３次元画像及び／又は断面像が表示される。
【００１３】
図２は、視点方向指定を行う表示画面の構成図である。同図に示すように、この表示画像には、ＸＹ平面に関する投影像又は切断面１３、ＹＺ平面に関する投影像又は切断面１４、ＺＸ平面に関する投影像又は切断面１５が表示される。また、この表示画像には、設定された視線方向から画像処理した３次元画像１６が表示される。
【００１４】
３次元画像１６は、例えば３次元画像処理した横断面画像（Transverse画像：ＴＲＳ画像と示す）、矢断面画像（Sagittal画像：ＳＡＧ画像と示す）、冠状断面画像（Coronal 画像：ＣＯＬ画像と示す）を表示し、画像情報とベクトル情報とを重ね合わせて表示することにより、３次元画像情報による視点方向の設定が可能となる。尚、前記のような切断面画像でなく各軸方向からの投影像を表示し、画像情報とベクトル情報とを重ね合わせて表示しても、３次元画像情報による視点方向の設定が可能となる。
【００１５】
尚、ここで利用する３次元画像とは、ボリュームレンダリング画像、サーフェースレンダリング画像、ＭＰＲ（multi-planer reconstruction ）画像、ＭＩＰ（maximum intensity projection）画像などである。図３に示すように、複数の断層画像１９が積み重ねられたボリュームデータ１８には、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸から構成される直行座標系が設定される。前記ＸＹ平面１３、ＹＺ平面１４、及びＺＸ平面１５は、前記ボリュームデータ１８の任意の１頂点（図３の例では原点１７）を頂点として共有する。
【００１６】
尚、本実施例では、断層画像１９を、ＸＹ平面に平行に配置しているが、ＹＺ平面、ＺＸ平面に平行に配置しても良い。図４は、視線方向ベクトルのＸＹ平面への投影成分の設定方法を示す説明図である。視線方向を設定する際には、先ず、各平面に関する画像の内１つの画像を選択し、その画面上にマウスで視線方向ベクトルの基点を設定する。例えばＸＹ平面１３に関する画像上に基点２０を設定する。
【００１７】
次に、基点２０からの視線方向を示すベクトル２１を引き出し、前記ベクトル２１の終点２２を表示する。これによって、視線方向ベクトルのＸＹ平面１３への投影成分が設定される。また、画像１４の左端と、画像１５の上端とに、設定されたベクトルの投影情報が表示される。図５は、視線方向ベクトルのＺ軸方向の成分の設定方法を示す説明図である。
【００１８】
画像１４Ａは、基点２０をマウス操作等の移動操作２３によって移動した場合の例を示す。基点２０の移動によってベクトル２１が変更され、画像１４Ａで変更された視点方向のベクトル情報は、画像１５に自動的に反映され、画像１５上で基点２０が移動しベクトル２１が変更される。また、画像１４Ｂは、ベクトル２１を移動した場合の例を示し、画像１４Ｃは、終点２２を移動した場合の例を示す。何れかの方法で視点方向ベクトルのＺ軸方向の成分が設定される。このような操作によって、図６に示すように、任意の視点方向ベクトルを３次元的に設定することができる。
【００１９】
視点方向ベクトルが設定されたら、該ベクトルと直行する方向に投影面を設定し、この投影面に原画像を投影して３次元画像を構成する。尚、本実施の形態では、視点方向のベクトル設定を画像１３から行った場合について説明したが、同様に画像１４、画像１５より設定してもよい。次に、切断断面を表示する場合の表示方法について説明する。
【００２０】
図７（Ａ）は移動前の基点２０を含む切断面を示し、図７（Ｂ）は移動後の基点２０を含む切断面を示す。図７に示すように３次元空間上での基点２０の移動に従って、各切断面の位置を各軸に従って平行移動し、平行移動した切断面で切断した断面像が表示される。また、図示しないが終点２２についても同様に切断面を移動して断面像を表示するものとする。
【００２１】
前記基点２０と終点２２の切断断面を表示するためには、図８に示すように、表示画面に基点、終点のＸＹ断面像２４、２７、ＹＺ断面像２５、２８、ＺＸ断面像２６、２９と３次元画像１６とを表示する７つ以上の表示領域を設ける。これらの断面像に表示された基点と終点とで構成される３次元ベクトルを視線方向として、３次元画像１６が構成される。
【００２２】
次に、投影画像を表示する場合の投影方向の変更方法について説明する。図９に示すように本発明による視点方向を設定する際に表示する投影像は、各軸に平行な無限遠点からのである。図９では、Ｘ軸について投影方向３６と投影方向３７との例を示しているが、Ｙ軸、Ｚ軸についても同様に２方向からの投影像を表示する。このため、投影方向切り替え用コントロールボタンを設け、各軸の十方向または一方向の投影画像であるかを設定し表示する。
【００２３】
また、前記投影画像の表示は、図１０に示すように、表示を切り替えるのではなく各軸の十方向と−方向からの投影像３０〜３５と３次元画像１６とを表示してもよい。さらに、図１１に示すように、前記断面像と投影像と３次元画像とを全て表示するように表示領域を１３以上設けることも可能である。
【００２４】
尚、図８、図１０、の表示画面のうち規定していない領域には、任意の処理画像や設定パラメータを表示しても良い。また、設定操作は、複数あるマウスのボタンについて、設定、移動、変更と割り当てることにより行うものとする。また、３次元画像の任意の２点を基点２０と終点２２で設定するため、これに画素の大きさおよび断層画像の間隔の長さから前記２点の距離を算出し表示するものとする。
【００２５】
尚、本実施の形態では、表示画像に３次元画像１６を表示する方法について説明したが、本発明ではこれに限定されず、３次元画像１６の代わりに、又は３次元画像１６と共に断面像を表示してもよい。この場合、キーボード等で該断面像の切断面を設定する必要がある。尚、本実施の形態では、ベクトルを矢印で示し、その基点を●、終点を○で示したが、本発明はこれに限定されず、基点と終点のみを示す、又は矢印のみを示してもよい。また、基点と終点とは、他の記号で示してもよい。
【００２６】
また、本実施の形態で擬似３次元画像を構成する際の投影方法は、平行投影でも中心投影でもよく、平行投影の場合は視点を無限遠点に設定し、中心投影の場合は視点をある有限遠点に設定する。図１２は、本発明の画像構成装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
【００２７】
同図において、１はＣＰＵ、２は主メモリ、３は磁気ディスク、４は表示メモリ、５はＣＲＴ、６はコントローラ、７はマウス、９は通信インターフェース、１０はリムーバブル記憶媒体インターフェース、１１は各種ドライブ装置、１２は画像処理アクセラレータで、これらは共通バス８に接続されている。磁気ディスク３には、複数の断層像及び本発明方法の実行のためのプログラムなどが格納されている。ＣＰＵ１は、これら複数の断層像及び本発明の実行のためのプログラムを読み出し、主メモリ２を用いて３次元画像処理などの演算を行い、その結果を表示メモリ４に送り、ＣＲＴモニタ５に表示させる。コントローラ６に接続されたマウス７は、視点方向の基点やベクトル情報の設定に使用する手段として用いる。
【００２８】
９はＥｔｈｅｒｎｅｔ等の通信インターフェースであり、ＣＴ装置やＭＲ装置と通信し、画像データを取得するのに使用する。１０はＳＣＳＩインターフェース等を使用するリムーバブル記憶媒体インターフェースであり、これにＭＯＤ、ＤＡＴ、８ｍｍテープ、ＣＤ、ＯＤＲ、ＤＶＤなどのドライブ装置１１を接続し、各種ドライブ装置に適応する媒体を使用し、ＣＴ、ＭＲデータの取得及び処理データの外部記憶、保管を行う。画像処理アクセラレータ１２は、８次元画像処理を高速に行うものである。本システム構成では、画像処理アクセラレータ１２がなくてもＣＰＵ１で処理が行えるものとする。ＣＲＴ５０は拡張用ＣＲＴであり、必要に応じて複数装備可能とする。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することにより３次元ベクトルを設定し、設定された３次元ベクトルを示す情報を前記複数の投影像又は断面像の表示画像上に表示する。設定された３次元ベクトルを視線方向とする擬似３次元画像及び／又は断面像を構成する。このように、３次元ベクトルの基点及び終点を設定変更することによって、視線方向を容易に３次元的に変更することが
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像構成装置の基本原理を示す説明図
【図２】表示画面の構成を示す説明図
【図３】３つの投影像又は断面像の関係を示す説明図
【図４】視線方向の設定方法を示す説明図
【図５】視線方向の設定方法を示す説明図
【図６】視線方向の設定方法を示す説明図
【図７】基点が移動する際の切断断面の移動を説明する説明図
【図８】断面像を表示する表示画面の構成図
【図９】投影方向を切り替える方法を説明する説明図
【図１０】各軸の＋方向と−方向からの投影像を表示する表示画面の構成図
【図１１】断面像と投影像とを表示する表示画面の構成図
【図１２】本発明の画像構成装置のハードウェア構成を示すブロック図
【符号の説明】
１３…ＸＹ平面に関する投影像又は断面像
１４…ＹＺ平面に関する投影像又は断面像
１５…ＺＸ平面に関する投影像又は断面像
１６…３次元画像
１７…原点
１８…ボリュームデータ
１９…断層画像
２０…基点
２１…ベクトル
２２…終点
２３…移動操作
３６、３７…投影方向