(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元画像のボリューム内のフローを視覚化するシステムであって、
ボリューム内の第１の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられるフローパターンクラスに基づいて、レンダリング可能な特性を割り当てる、第１の伝達関数を適用する第１の伝達ユニットであって、前記フローパターンクラスが、前記ロケーションで前記フローを分類するため、複数のフローパターンクラスから割り当てられる、第１の伝達ユニットと、
ボリューム内の第２の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられる３次元画像の値に基づいて、レンダリング可能な特性を割り当てる、第２の伝達関数を適用する第２の伝達ユニットと、
前記第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性、及び前記第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、２次元画像を計算する混合ユニットと、
を有するシステム。
【請求項２】
前記混合ユニットは、前記第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、第１の２次元画像を計算し、前記第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、第２の２次元画像を計算し、前記第１及び前記第２の２次元画像を交互に表示する又は前記第１及び前記第２の２次元画像をマージする、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記混合ユニットは、前記第１及び前記第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、前記ボリューム内の第３の複数のロケーションの各ロケーションにおけるレンダリング可能な特性を計算し、前記第３の複数のロケーションの各ロケーションにおいて計算されたレンダリング可能な特性に基づいて、前記２次元画像を計算する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の複数のロケーションの各ロケーションにおけるフローパターンクラスを計算するパターン分類ユニットを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の複数のロケーションの各ロケーションにおいて、前記フローパターンクラスが、当該ロケーションにおけるフローに関連するフロー曲線の曲率及び／又はねじれに基づいて計算される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１又は前記第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられるレンダリング可能な特性は、色及び不透明度又は透明度を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１及び／又は前記第２の伝達関数を規定するユーザ入力を受け取るユーザインタフェースを有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記フローと関連する速度ベクトル場を視覚化するための、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステムの使用。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステムを有するワークステーション。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステムを有する画像取得装置。
【請求項１１】
３次元画像のボリューム内のフローを視覚化する方法であって、
前記ボリュームの第１の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられるフローパターンクラスに基づいて、レンダリング可能な特性を割り当てる、第１の伝達関数を適用する第１の伝達ステップであって、前記フローパターンクラスが、前記ロケーションで前記フローを分類するため、複数のフローパターンクラスから割り当てられる、第１の伝達ステップと、
前記ボリューム内の第２の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられる３Ｄ画像の値に基づいて、レンダリング可能な特性を割り当てる、第２の伝達関数を適用するステップと、
前記第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性、及び前記第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、２次元画像を計算する混合ステップと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記第１の複数のロケーションの各ロケーションにおけるフローパターンクラスを計算するパターン分類ステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の複数のロケーションの各ロケーションにおいて、前記フローパターンクラスが、当該ロケーションにおけるフローに関連するフロー曲線の曲率及び／又はねじれに基づいて計算される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
コンピュータ装置によってロードされるコンピュータプログラムであって、３次元画像のボリューム内のフローを視覚化する命令を含み、前記コンピュータ装置は、処理ユニット及びメモリを有し、前記コンピュータプログラムは、ロードされた後、請求項１１、１２又は１３のいずれか１項に記載の方法の各ステップを実施する能力を前記処理ユニットに与える、コンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は３次元フロー又はベクトル場パターンを視覚化することに関する。特に、本発明は、時間連続の画像データセットに基づいてフロー又はベクトル場パターンを視覚化することに関する。
【背景技術】
【０００２】
フロー視覚化は、従来、多くの関心を引いている話題である。フローデータを視覚化する多くの方法が開発されており、例えば、直接ストリームライン視覚化（Alexander Kohn, Jan Klein, Florian Weiler, Heinz-Otto Peitgen, "A GPU-based Fiber Tracking Framework using Geometry Shaders", Proc. SPIE, Vol. 7261, 72611J, 2009）、レイキャスティングストリームライン（Thomas Fruhauf , "Raycasting vector fields", IEEE Visualization Proceedings, 1996)、又は粒子トレーシング（Jens Kruger, Peter Kipfer, Polina Kondratieva, Rudiger Westermann, "A Particle System for Interactive Visualization of 3D Flows", IEEE Transactions On Visualization And Computer Graphics, Vol. 11, No. 6, 11, 2005）がある。これらの方法は、通常のコンピュータグラフィック技術によって視覚化されることができる、例えばポイント又はパス、フローベクトル場又は粒子パスのような幾何学的プリミティブを生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
今日のソリューションの主な欠点は、それらが特定のフローパターンを直観的に視覚化する手法を提供しないことである。多くの場合、多くの異なるフローパターンが同じ画像内で混ぜられ、特にユーザがフロー解析に必要な数学に精通していない場合には、これがユーザの混乱の一因となる。
【０００４】
フローパターンを直観的に視覚化することができるシステムを有することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
こうして、１つの見地において、本発明は、３次元（３Ｄ）画像のボリューム内のフローを視覚化するシステムであって、
ボリューム内の第１の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられるフローパターンに基づいてレンダリング可能な特性を割り当てる、第１の伝達関数を適用する第１の伝達ユニットと、
ボリューム内の第２の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられる３次元画像の値に基づいてレンダリング可能な特性を割り当てる、第２の伝達関数を適用する第２の伝達ユニットと、
第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性、及び第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、２次元画像を計算する混合ユニットであって、２次元画像がフローパターン及び３次元画像を視覚化する、混合ユニットと、
を有するシステムを提供する。
【０００６】
第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられるフローパターンは、例えば、入力ファイルから取得されることができる。代替として、それらは、例えば勾配演算子又は構造テンソル演算子を使用する微分幾何学によって、特に４次元画像データのような画像データから導き出されることができる。混合ユニットは、第１及び第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられるレンダリング可能な特性に基づいて、ボリューム内の第３の複数のロケーションの各ロケーションにおけるレンダリング可能な特性を計算し、直接ボリュームレンダリング技法のような、当分野において知られている任意の適切なボリュームレンダリング技法を使用して、第２の複数のロケーションの各ロケーションにおいて計算されたレンダリング可能な特性に基づいて、２次元画像を計算する、ように構成されることができる。代替として、システムは、第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、第１の２次元画像を計算し、第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、第２の２次元画像を計算し、第１及び第２の２次元画像を交互に表示する又は第１及び第２の２次元画像をマージするように構成される。
【０００７】
一実施形態において、システムは更に、第１の複数のロケーションの各ロケーションにおけるフローパターンを計算するパターンユニットを有する。
【０００８】
システムの一実施形態において、第１の複数のロケーションの各ロケーションにおいて、フローパターンが、当該ロケーションにおけるフローに関連するフロー曲線の曲率及び／又はねじれに基づいて計算される。曲率及びねじれは、それらが曲線再パラメータ化に関して不変であるので、曲線ジオメトリをユニークに決定する。
【０００９】
システムの一実施形態において、フローパターンは、パターンクラスとも呼ばれる有限の数のパターンの１つを呈する。パターンクラスを使用することは、ユーザが、例えば曲率及びねじれ値の範囲によって規定される関心のあるフローパターンに集中することを助ける。
【００１０】
システムの一実施形態において、第１又は第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられるレンダリング可能な特性は、色、及び不透明度又は透明度を含む。
【００１１】
一実施形態において、システムは更に、第１及び／又は第２の伝達関数を規定するためのユーザ入力を受け取るように構成されるユーザインタフェースを有する。それゆえ、ユーザは、２次元画像において視覚化されるべき関心のあるフローパターン及び組織を規定することが可能である。
【００１２】
当業者であれば、本発明のシステムが、フローに関連付けられた速度ベクトル場を視覚化するために使用されることができることが分かるであろう。これは、フロー曲線によって記述される各フローが、ユニークなベクトル場を規定し、また逆に、各々のベクトル場が、フロー曲線によって記述されるユニークなフローを規定する。
【００１３】
他の見地において、本発明のシステムを有するワークステーションが提供される。
【００１４】
他の見地において、本発明のシステムを有する画像取得装置が提供される。
【００１５】
他の見地において、３次元（３Ｄ）画像のボリューム内のフローを視覚化する方法であって、
ボリューム内の第１の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられるフローパターンに基づいてレンダリング可能な特性を割り当てる、第１の伝達関数を適用する第１の伝達ステップと、
ボリューム内の第２の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられる３Ｄ画像の値に基づいてレンダリング可能な特性を割り当てる、第２の伝達関数を適用する第２の達ステップと、
第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられるレンダリング可能な特性、及び第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられるレンダリング可能な特性に基づいて、２Ｄ画像を計算する混合ステップと、
を含む。
【００１６】
一実現例において、方法は、第１の複数のロケーションの各ロケーションにおけるフローパターンを計算するパターン分類ステップを更に含む。
【００１７】
方法の一実現例において、第１の複数のロケーションの各ロケーションにおいて、フローパターンが、当該ロケーションにおけるフローに関連付けられるフロー曲線の曲率及び／又はねじれに基づいて、計算される。
【００１８】
他の見地において、本発明は、コンピュータ装置によってロードされるコンピュータプログラム製品であって、３次元（３Ｄ）画像のボリューム内のフローを視覚化する命令を含み、コンピュータ装置が、処理ユニット及びメモリを有し、コンピュータプログラム製品が、ロードされた後、本発明の方法の各ステップを実施する能力を前記処理ユニットに提供する、コンピュータプログラム製品を提供する。
【００１９】
当業者であれば、本発明の上述の実施形態、実現及び／又は見地の２又はそれ以上が、有用であると考えられるやり方で組み合わせられることができることが分かるであろう。
【００２０】
システム又は方法の記述された変形及び変更に対応するシステム、ワークステーション、画像取得装置、方法及び／又はコンピュータプログラム製品の変形及び変更は、記述に基づいて当業者によって実施されることができる。
【００２１】
本発明は、独立請求項に規定される。有利な実施形態は、従属請求項に規定される。
【００２２】
本発明のこれら及び他の見地は、以下に記述され、添付の図面を参照して記述された実現例及び実施形態から明らかであり、それらを参照して記述される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】システムの例示的な実施形態を示すブロック図。
【図２】各フロー曲線が異なるフローパターンクラスを表す８つの例示のフロー曲線を示す図。
【図３】フローパターンクラスに色を割り当てる例示的な第１の伝達関数を示す図。
【図４】本発明によるシステムによって計算される２Ｄ画像を示す図。
【図５】方法の例示的なフローチャート。
【図６】画像取得装置の例示的な実施形態を概略的に示す図。
【図７】ワークステーションの例示的な実施形態を概略的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図の全体にわたって、同じ参照数字は同様の部分を示すために使用される。
【００２５】
図１は、３次元（３Ｄ）画像のボリューム内のフローを視覚化するシステムＳＹＳの例示的な実施形態のブロック図を概略的に示す。システムは、ボリューム内の第１の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられるフローパターンに基づいてレンダリング可能な特性を割り当てる、第１の伝達関数を適用する第１の伝達ユニットＵ３０と、ボリューム内の第２の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられる３Ｄ画像の値に基づいてレンダリング可能な特性を割り当てる、第２の伝達関数を適用する第２の伝達ユニットＵ４０と、第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性、及び第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられたレンダリング可能な特性に基づいて、２Ｄ画像を計算する混合ユニットＵ５０と、を有する。
【００２６】
システムＳＹＳの例示的な実施形態は更に、第１の複数のロケーションの各ロケーションにおけるフローパターンを計算するパターンユニットＵ２０と、システムＳＹＳの動作を制御する制御ユニットＵ６０と、ユーザとシステムＳＹＳとの間の通信のためのユーザインタフェースＵ６５と、データを記憶するメモリユニットＵ７０と、を有する。
【００２７】
システムＳＹＳの一実施形態において、到来データのための３つの入力コネクタＵ８１、Ｕ８２及びＵ８３がある。第１の入力コネクタＵ８１は、これに限定されないが、ハードディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ又は光学ディスクのような、データ記憶手段から到来するデータを受け取るように構成される。第２の入力コネクタＵ８２は、これに限定されないが、マウス又はタッチスクリーンのような、ユーザ入力装置から到来するデータを受け取るように構成される。第３の入力コネクタＵ８３は、例えばキーボードのようなユーザ入力装置から到来するデータを受け取るように構成される。入力コネクタＵ８１、Ｕ８２及びＵ８３は、入力制御ユニットＵ８０に接続される。
【００２８】
システムＳＹＳの実施形態において、出力データのための２つの出力コネクタＵ９１及びＵ９２がある。第１の出力コネクタＵ９１は、ハードディスク、磁気テープ、フラッシュメモリ又は光学ディスクのようなデータ記憶手段に、データを出力するように構成される。第２の出力コネクタＵ９２は、表示装置にデータを出力するように構成される。出力コネクタＵ９１及びＵ９２は、出力制御ユニットＵ９０を通じて個々のデータを受け取る。
【００２９】
当業者であれば、入力コネクタＵ８１、Ｕ８２及びＵ８３に入力装置を接続し、システムＳＹＳの出力コネクタＵ９１及びＵ９２を出力装置に接続する多くの方法があることが分かるであろう。これらのやり方は、これに制限されないが、ワイヤード及びワイヤレス接続を含み、例えばローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）及び広域ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット、デジタル電話網のようなデジタルネットワーク、及びアナログ電話網を含む。
【００３０】
一実施形態において、システムＳＹＳは、メモリユニットＵ７０を含む。システムＳＹＳは、入力コネクタＵ８１、Ｕ８２及びＵ８３のいずれかを通じて外部装置から入力データを受け取り、メモリユニットＵ７０に受け取った入力データを記憶するように構成される。入力データをメモリユニットＵ７０へロードすることは、システムＳＹＳのユニットによる、重要なデータ部分への迅速なアクセスを可能にする。入力データは３Ｄ画像を含む。任意には、入力データは、例えば、第１及び／又は第２の伝達関数を規定するユーザ入力を含むことができる。メモリユニットＵ７０は、ＣＰＵのレジスタファイル、キャッシュメモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）チップ、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）チップ、及び／又はハードディスクドライブ及びハードディスクのような装置によって実現されることができる。メモリユニットＵ７０は更に、出力データを記憶するように構成されることができる。出力データは、関心のあるフローパターンを視覚化する２Ｄ画像を有する。メモリユニットＵ７０は更に、メモリバスＵ７５を通じて、システムＳＹＳの各ユニットからデータを受け取り、及び／又は各ユニットへデータを供給するように更に構成されることができ、システムＳＹＳは、パターンユニットＵ２０、第１の伝達ユニットＵ３０、第２の伝達ユニットＵ４０、混合ユニットＵ５０、制御ユニットＵ６０及びユーザインタフェースＵ６５を有するメモリユニットＵ７０は、出力コネクタＵ９１及びＵ９２のいずれかを通じて、データを外部装置に利用できるようにするように構成される。システムＳＹＳのユニットからのデータをメモリユニットＵ７０に記憶することは、システムＳＹＳのユニットの性能、及びシステムＳＹＳのユニットからの出力データの外部装置への転送レート、を有利に改善することができる。
【００３１】
一実施形態において、システムＳＹＳは、システムＳＹＳを制御する制御ユニットＵ６０を有する。制御ユニットＵ６０は、システムＳＹＳの各ユニットから制御データを受け取り、各ユニットに制御データを提供するように構成されることができる。例えば、ボリューム内の第１の複数のロケーションにおけるフローパターンを計算した後、パターンユニットＵ２０は、「フローパターンが計算される」という制御データを制御ユニットＵ６０に提供するように構成され、御ユニットＵ６０は、「ボリューム内の第１の複数のロケーションにおけるレンダリング可能な特性を計算するために、第１の伝達関数を使用する」という制御データを第１の伝達ユニットＵ３０に提供するように構成される。代替として、制御機能は、システムＳＹＳの他のユニットにおいて実現されることができる。
【００３２】
システムＳＹＳの一実施形態において、システムＳＹＳは、ユーザとシステムＳＹＳとの間の通信を可能にするユーザインタフェースＵ６５を有する。ユーザインタフェースＵ６５は、３Ｄ画像データを含むファイルの名前、及びボリューム内の第１の複数のロケーションの各ロケーションにおけるフローパターンを含むファイルの名前を含むユーザ入力を受け取るように構成されることができる。任意には、ユーザインタフェースは、第１及び／又は第２の伝達関数を選択する又は変更するために、例えばシステムの動作モードを選択するユーザ入力を受け取ることができる。ユーザインタフェースは更に、２Ｄ画像を表示するように構成されることができる。当業者であれば、より多くの機能がシステムＳＹＳのユーザインタフェースＵ６５において有利に実現されることができることが分かるであろう。
【００３３】
システムＳＹＳは、ボリューム内の第１及び／又は第２の複数のロケーションを受け取るように構成されることができる。代替として、システムＳＹＳは、第１及び／又は第２の複数のロケーションを規定するように構成されることができる。ボリューム内の第１及び／又は第２の複数のロケーションは、ボリュームに実質的に含まれる複数のボクセルと実質的に同一でありうる。代替として、ボリューム内の第１及び／又は第２の複数のロケーションが、ボリュームに実質的に含まれるボクセルのサブセットを含むことができる。システムＳＹＳは更に、第１及び／又は第２の複数のロケーションの各ロケーションにおけるレンダリング可能な特性の値に基づき例えば補間又は回帰技法を用いて、ボリューム内の各ボクセルにおける、すなわち、例示的な第３の複数のロケーションの各ロケーションにおける、レンダリング可能な特性を計算するように構成されることができる。
【００３４】
当業者であれば、ボリューム内の複数のロケーションを規定し、不確実さを計算する多くの方法が分かるであろう。請求項の範囲は、任意の特定の方法を使用することに制限されないことを解釈されるべきでない。
【００３５】
一実施形態において、システムＳＹＳは、第１の複数のロケーションの各ロケーションにおけるフローパターンを計算するパターンユニットＵ２０を有し、第１の複数のロケーションは、３Ｄ画像のボリューム内のすべてのボクセルのロケーション、例えばボクセル中心を含む。フローは、フローによってユニークに規定されるベクトル場によって記述される。ベクトル場は、ボリューム内のボクセルごとにフロー場ベクトルを規定する。医学において、血流場のベクトルは、超音波ドップラーベクトルトモグラフィ、ＭＲトモグラフィ又はＰＥＴを使用して測定される血流から計算されることができる。代替として、心臓又は血管ツリーの血流は、血流モデルを使用してシミュレートされることができる（例えば、Three-dimensional finite element modeling of blood flow in the coronary arteries, PhD Thesis by Kim, Hyun Jin, STANFORD UNIVERSITY, 2009を参照されたい）。一旦フローベクトル場が取得されると、各ボクセルについて、ボクセル中心と交差するフロー曲線の曲率及びねじれが計算される。曲率及びねじれの計算値は、フローパターンクラスを規定するために使用される。
【００３６】
代替として、システムＳＹＳは、第１の複数のロケーションの各ロケーションにおいて、フローパターン（例えば曲率及びねじれ）の記述子を含む入力を受け取るように構成されることができる。
【００３７】
一実施形態において、フローパターンクラスは、曲率及びねじれ値に基づいて規定される。以下の８のクラスが使用される：
Ａ：一定の曲率、ゼロねじれ（フロー曲線は円である）；
Ｂ：一定の正の曲率、一定の非ゼロのねじれ（フロー曲線は、一定半径の螺旋である）；
Ｃ：一定の負の曲率、一定の非ゼロのねじれ（フロー曲線は、Ｂの螺旋に対して反転された一定の半径の螺旋である）；
Ｄ：一定の曲率、可変のねじれ（螺旋フローは、ｚ軸において「加速する」）；
Ｅ：増加する曲率、ゼロねじれ（１平面におけるフローであるが、一点に収束する）；
Ｆ：減少する曲率、ゼロねじれ（１平面におけるフローであるが、一点から発散する）；
Ｇ：増加する曲率、非ゼロのねじれ（フロー曲線は、変化する半径の螺旋である）；
Ｈ：減少する曲率、非ゼロのねじれ（フロー曲線は、変化する半径の螺旋である）；
Ｉ：任意の他の曲率及びねじれ。
【００３８】
各クラスは、更にフローパターン伝達関数と呼ばれる第１の伝達関数により、レンダリング可能な特性を割り当てられる。図３は、このような例示的なフローパターン伝達関数を示す。関数は、２５６色の値をもつＲＧＢカラーコーディングを使用して、クラスＡに緑色（０，２５５，０）を割り当て、クラスＢに水色（０，２５５，２５５）を割り当て、他の各クラスに（０，０，０）を割り当てる。更に、関数は、２つのクラスＡ及びＢに不透明度１００％を割り当て、他のクラスに不透明度０％を割り当てる。従って、フローパターン伝達関数は、クラスＡ及びＢの視覚化されたフローパターンを示し、他のクラスのフローパターンを示さない。伝達関数を規定し直すことによって、他のフローパターンクラスも表示されることができる。
【００３９】
代替として、フローパターン伝達関数は、曲率値ｋ∈［ｋ１，ｋ２］を、緑色値（０，Ｃ（ｋ），０）及び１００％の不透明度値に、及び／又はねじれ値ｔ∈［ｔ１，ｔ２］を青色値（０，０，Ｔ（ｋ））及び不透明度値１００％に、連続的にマップすることができ、ｋ１＝ｋ２、ｋ１＜ｋ２及びｔ１、ｔ２、ｔ１＜ｔ２は、視覚化のための曲率及びねじれ値の間隔の終わりを示し、１００％は不透明度を示す。
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の場合、カラー値（０，０，０）及び０の不透明度値が、フローパターン伝達関数によって、このようなペア（ｋ，ｔ）に割り当てられる。代替として、フローパターンの不透明度は、第１の複数のロケーションにおける大きさ画像勾配ベクトルに線形依存することができる。画像勾配ベクトルは、３Ｄ画像ボリューム内の画像強度によって規定されるスカラー場に基づいて計算される。その場合、フローパターンは、３Ｄボリューム内の構造の縁部、例えば血管の縁部、においてのみ可視であり、構造の外側又は内側では可視でない。構造の外側又は内側では、勾配はゼロに近く、従って、対応するフローパターンの不透明度もゼロに近い。当業者であれば、本発明のシステムＳＹＳの有用なフローパターン伝達関数を規定する他の方法を知っている。
【００４０】
第２の転送ユニットＵ４０は、３Ｄ画像ボリューム内の第２の複数のロケーションの各ロケーションにおいてレンダリング可能な特性を計算するように構成される。レンダリング可能な特性は、前記ロケーションに割り当てられる３Ｄの画像の値に基づいて、画像伝達関数とも呼ばれる第２の伝達関数によって計算される。ボクセルの組及び第２の複数のロケーションが異なる場合、第２の複数のロケーションの各ロケーションにおいて計算されたレンダリング可能な特性の値が、例えば補間又は回帰技法を使用して、３Ｄの画像の各ボクセルにおけるレンダリング可能な特性を導き出すために使用される。当業者であれば、３Ｄ画像のボリューム内の第２の複数のロケーションの各ロケーションにおけるレンダリング可能な特性を計算するのに適した他の伝達関数をどのように構成し及び／又はどこで見つけるかを知っている。このような例示的な伝達関数は、例えばMultidimensional Transfer Functions for Interactive Volume Rendering by Joe Kniss et al., IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, Vol. 8, No. 3, July-September 2002, pages 270-285において見つけることができる。
【００４１】
フローパターン及び画像伝達関数によって計算されるレンダリング可能な特性を使用する直接ボリュームレンダリング（ＤＶＲ）が、ディスプレイに表示するための最終２Ｄ画像を計算するために、適用される。当業者であれば、ＤＶＲをどのように実現するかを知っている。ＤＶＲの概要は、例えばhttp://www.cse.ohio-state.edu/~hwshen/788/volume.ppt.で入手可能なPowerPointプレゼンテーションにおいて見つけることができる。
【００４２】
一実施形態において、システムＳＹＳの混合ユニットＵ５０は、各ボクセルにおけるフローパターンから得られるレンダリング可能な特性に基づいて第１の２Ｄ画像を計算し、各ボクセルにおける画像値から得られるレンダリング可能な特性に基づいて第２の２Ｄ画像を計算するように構成されることができる。第１及び第２の２Ｄ画像は、例えば、２Ｄ画像融合を使用して互いにマージされることができる。代替として、第１及び第２の２Ｄ画像は、予め決められた時間期間、例えば０．１乃至１．０秒の間の期間について、交互に表示されることができる。この実施形態は、特に、時間的な画像シーケンスの不確実さを示すために有用である。
【００４３】
一実施形態において、フローパターン伝達関数を使用して計算されるレンダリング可能な特性及び画像伝達関数を用いて計算されるレンダリング可能な特性は、各ボクセルにおいて混合される。ＤＶＲは、結果として得られるブレンドされたレンダリング可能な特性に基づいて、２Ｄ画像を計算するために使用される。
【００４４】
一実施形態において、ボクセル座標、及びフローパターン伝達関数を用いて計算される対応するレンダリング可能な特性を含む３Ｄアレイ、及びボクセル座標、及び画像伝達関数を用いて計算される対応するレンダリング可能な特性を含む３Ｄのアレイが、対応するレンダリング可能な属性値を加えることによってマージされる。ＤＶＲは、結果として得られるレンダリング可能な特性に基づいて２Ｄ画像を計算するために使用される。図４は、この方法を使用してシステムＳＹＳによって計算される２Ｄ画像を示す。図２に示されるフローパターンクラス及び図３に示され上述されたフローパターン伝達関数が、２Ｄ画像を計算するために使用される。オレンジ表面が、頸動脈分岐部４０の解剖学的ＭＲＩデータセットに適用される従来のボリュームレンダリングによってレンダリングされる。この画像は、重要な解剖学的コンテクストを、フローパターン可視化に加える。システムＳＹＳの一実施形態によるフローパターンボリュームレンダリングは、青（クラスＡ）及び緑（クラスＢ）に示されるクラウド形状の画像の組を生成する。
【００４５】
当業者であれば、本発明のシステムは、医師の仕事の多くの見地において彼らを支援する価値あるツールでありうることが分かるであろう。システムの実施形態が、システムの医学的アプリケーションを使用して示されているが、システムの非医学的なアプリケーションにも企図される。
【００４６】
当業者であれば、システムＳＹＳの他の実施形態も可能であることが分かるであろう。とりわけ、システムのユニットを規定し直し、それら機能を再分配することが可能である。上述された実施形態は、医用画像に適用されるが、医療アプリケーションに関連しないシステムの他の適用も可能である。
【００４７】
システムＳＹＳの各ユニットは、プロセッサを使用して実現されることができる。通常、それらの機能は、ソフトウェアプログラム製品の制御下で実施される。実行中、ソフトウェアプログラム製品は、通常、ＲＡＭのようなメモリにロードされ、そこから実行される。プログラムは、例えばＲＯＭ、ハードディスク又は磁気及び／又は光学記憶装置のようなバックグラウンドメモリからロードされることができ、又はインターネットのようなネットワークを通じてロードされることができる。任意に、特定用途向け集積回路が、記述された機能を提供することができる。
【００４８】
図５は、３次元（３Ｄ）画像のボリューム内のフローを視覚化する方法Ｍの例示的なフローチャートを示す。方法Ｍは、第１の複数のロケーションの各ロケーションにおけるフローパターンを計算するパターンステップＳ２０から始まる。パターンステップＳ２０の後、方法Ｍは、ボリューム内の第１の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられるフローパターンに基づいてレンダリング可能な特性を割り当てる、第１の伝達関数を適用する第１の伝達ステップＳ３０と、ボリューム内の第２の複数のロケーションの各ロケーションに、当該ロケーションに割り当てられる３Ｄ画像の値に基づいてレンダリング可能な特性を割り当てる、第２の伝達関数を適用するステップＳ４０と、に続く。第１及び第２の伝達ステップは、互いに関係なく、同時に、又は任意の他の順序で、実施されることができる。２つの伝達ステップＳ３０及びＳ４０の後、方法Ｍは、第１の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられるレンダリング可能な特性、及び第２の複数のロケーションの各ロケーションに割り当てられるレンダリング可能な特性に基づいて、２Ｄ画像を計算する混合ステップＳ５０に続く。２Ｄ画像を計算した後に、方法は終わる。
【００４９】
当業者は、本発明により意図される概念を逸脱しない範囲で、あるステップの順序を変え、ある任意のステップを加え（例えば、第１及び／又は第２の伝達関数を対話的に決定するステップ）、又は、スレッディングモデル、マルチプロセッサーシステム又は複数のプロセスを使用して幾つかのステップを同時に実施することができる。任意には、方法Ｍの２又はそれ以上のステップは、１つのステップに組み合わせられることができる。任意には、方法Ｍの或るステップは、複数のステップに分割されることができる。
【００５０】
図６は、本発明のシステムＳＹＳを用いる画像取得装置ＩＡＡの例示的な実施形態を概略的に示し、前記画像取得装置ＩＡＡは、内部接続を通じてシステムＳＹＳ、入力コネクタＩＡＡ０１及び出力コネクタＩＡＡ０２と接続される画像取得ユニットＩＡＡ１０を有する。この構造は、前記画像取得装置ＩＡＡにシステムＳＹＳの有利な能力を提供して、画像取得装置ＩＡＡ能力を有利に増大する。
【００５１】
図７は、ワークステーションＷＳの例示的な実施形態を概略的に示す。ワークステーションは、システムバスＷＳ０１を有する。プロセッサＷＳ１０、メモリＷＳ２０、ディスク入出力（Ｉ／Ｏ）アダプタＷＳ３０及びユーザインタフェースＷＳ４０は、システムバスＷＳ０１に機能的に接続される。ディスク記憶装置ＷＳ３１は、ディスクＩ／ＯアダプタＷＳ３０に機能的に結合される。キーボードＷＳ４１、マウスＷＳ４２及びディスプレイＷＳ４３は、ユーザインタフェースＷＳ４０に機能的に結合される。コンピュータプログラムとして実現される本発明のシステムＳＹＳは、ディスク記憶装置ＷＳ３１に記憶される。ワークステーションＷＳ００は、プログラムをロードし、データをメモリＷＳ２０へ入力し、プロセッサＷＳ１０上のプログラムを実行するように構成される。ユーザは、キーボードＷＳ４１及び／又はマウスＷＳ４２を使用して、ワークステーションＷＳ００に情報を入力することができる。ワークステーションは、ディスプレイ装置ＷＳ４３及び／又はディスクＷＳ３１に情報を出力するように構成される。当業者であれば、当分野で知られているワークステーションＷＳの多数の他の実施形態が存在し、本実施形態は、本発明を例示するためにあり、この特定の実施形態に本発明を制限するものとして解釈されるべきでない。
【００５２】
上述の実施形態は本発明を制限するものでないことに注意すべきであり、当業者であれば、添付の請求項の範囲を逸脱することなく代替の実施形態を設計することができることができる。請求項において、括弧内に示される任意の基準符号は、請求項を制限するものとして解釈されない。「含む、有する」という語は、請求項又は記述に列挙されるもの以外の構成要素又はステップの存在を除外しない。構成要素に先行する「a」又は「an」の語は、このような構成要素の複数の存在を除外しない。本発明は、幾つかの別個の構成要素を有するハードウェアによって及び適切にプログラムされたコンピュータによって、実現されることが可能でありうる。幾つかのユニットを列挙するシステムの請求項において、これらのユニットの幾つかは、同じ１つのハードウェア又はソフトウェアのアイテムによって具体化されることができる。第１、第２、第３等の語の使用はいかなる順序も示さない。これらの語は名前として解釈されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図２Ｈ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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