(57)【要約】  医療画像化モダリティが、より一層増加的に、非常に大きな３次元データセットを生成する。本発明の例示的な実施形態によれば、注目対象の３次元データセットが、画像における変化するサンプリングレートで対話的に視覚化される。有利には、レンダリングの間に、フォーカス領域が、ユーザにより対話的に動かされることができ、そこでは、その画像における特定の部分のサンプリングレートがフォーカス領域に対する相対的な位置によって規定される。有利には、これは、全体のレンダリング性能の改良を可能にすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
注目対象の３次元データセットを対話的に視覚化する方法において、該方法が、対話的入力を可能にし、前記対話的入力の間に画像におけるレンダリング方法を変えるステップを有し、前記レンダリング方法の変更は、前記画像における非一様な品質をもたらし、前記画像が、前記３次元データセットに基づき決定される、方法。
【請求項２】
対話的入力が存在する場合、プレスキャンモードにおいて前記変化するレンダリング方法を用いて前記画像がレンダリングされ、対話的入力が存在しない場合、フルスキャンモードにおいて一定のレンダリング方法を用いて前記画像が再レンダリングされ、結果として、前記画像全体における最高品質を生じさせる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レンダリング方法の変更が、前記対話的入力の間の、前記画像におけるサンプリングレートの変更を有し、前記サンプリングレートの変更は、前記画像の非一様な解像度をもたらす、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レンダリング方法の変更が、レンダリングの間に得られる情報に基づき行われ、前記情報は、前記対話的入力に関する情報を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記サンプリングレートが、第１のサンプリングレートと、第２のサンプリングレートとを有し、フォーカス領域は、前記画像における第１の領域を規定し、前記第１の領域が、前記第１のサンプリングレートでサンプリングされ、
前記画像における第２の領域は、前記第２のサンプリングレートでサンプリングされる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記フォーカス領域の相対的な位置が、ユーザと、レンダリングの間に得られる情報に基づく自動作用とのいずれかによって、前記画像に対して移動可能である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記情報が、前記データセットの複雑さの推定、ハードウェア資源の利用可能性、及びユーザから要求される更新速度からなるグループから選択される情報を有する、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記レンダリングがレイキャスティングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記サンプリングレートの変更が、前記レイキャスティングにおいて適用される視線に沿って行われる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
注目対象の３次元データセットを格納するメモリと、前記３次元データセットの対話的な視覚化を行うデータプロセッサとを有し、前記対話的な視覚化が、対話的な入力を可能にし、前記データプロセッサは、前記３次元データセットをロードする処理と、前記対話的入力の間に画像におけるレンダリング方法を変更する処理とを行い、前記レンダリング方法の変更が、前記画像の非一様な解像度をもたらし、前記画像は、前記３次元データセットに基づき決定される、データ処理デバイス。
【請求項１１】
対話的入力が存在する場合、プレスキャンモードにおいて前記変化するレンダリング方法を用いて前記３次元データセットがレンダリングされ、対話的入力が存在しない場合、フルスキャンモードにおいてフルレンダリング方法を用いて前記３次元データセットが再レンダリングされ、結果として、前記画像全体における最高の解像度を生じさせ、前記レンダリング方法の変更が、レンダリングの間に得られる情報に基づき行われ、前記情報は、前記対話的入力に関する情報を有する、請求項１０に記載のデータ処理デバイス。
【請求項１２】
注目対象の３次元データセットを格納するメモリと、前記３次元データセットの対話的な視覚化を行うデータプロセッサとを有し、前記対話的な視覚化が、対話的な入力を可能にし、前記データプロセッサは、前記３次元データセットをロードする処理と、前記対話的入力の間に画像におけるレンダリング方法を変更する処理とを行い、前記レンダリング方法の変更が、前記画像における非一様な品質をもたらし、前記画像は、前記３次元データセットに基づき決定される、スキャナシステム。
【請求項１３】
前記スキャナシステムは、CTスキャナシステム及びMRスキャナシステムのいずれかである、請求項１２に記載のスキャナシステム。
【請求項１４】
注目対象の３次元データセットの対話的な視覚化を行うコンピュータプログラムであって、前記対話的な視覚化が、対話的な入力を可能にし、前記コンピュータプログラムは、データプロセッサで実行されるとき、前記データプロセッサに、前記３次元データセットをロードする処理と、前記対話的入力の間に画像におけるレンダリング方法を変更する処理とを行わせ、前記レンダリング方法の変更が、前記画像における非一様な品質をもたらし、前記画像は、前記３次元データセットに基づき決定される、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、デジタル画像化の分野における３次元データセットを視覚化する分野に関し、特に、医療デジタル画像化の分野に関する。特に、本発明は、注目対象の３次元データセットを対話的に視覚化する方法、３次元データセットの対話的な視覚化を行うデータ処理デバイス、スキャナシステム及びコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ほとんどの医療画像化モダリティは、一層巨大な３次元データセットを増加的に生成する。それは、高速かつ高品質なレンダリング方法への要求を生じさせている。
【０００３】
ボリュームレンダリングは、半透明のボリュームの2D投影を計算することにより、３次元空間(three spatial dimension)の標本化された関数(sampled function)を視覚化する技術である。ボリュームレンダリングは、２次元(2D)画像平面又はフレームバッファへボリュームデータセットを投影する。ボリュームレンダリングは、生体臨床医学、地球物理学、計算流体力学、有限要素モデル、及びコンピュータ化学(computerized chemistry)といった様々な分野において、３次元(3D)データを表示し、分析するのに使用されることができる。ボリュームレンダリングは、バーチャルリアリティ(VR)、コンピュータ支援設計(CAD)、コンピュータゲーム、コンピュータグラフィックス、特殊効果等の3Dグラフィックスの分野においても有益である。しかしながら、ボリュームデータセットを表わすのに、様々な用途が様々な用語を使う場合がある。例えば、3Dデータセット、3D画像、ボリューム画像、2D画像のスタックなどである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンピュータの計算性能が増加したとしても、画像のサイズが増加していることが原因で、例えば医療分野において、高い表示品質で対話的なレンダリングをするときのスピードが、挑戦すべき課題であり続けている。
【０００５】
品質劣化なく医療データセットをボリュームレンダリングすることは、例えば、コンピュータ断層撮影(CT)及び磁気共鳴(MR)用途において得られるデータの量が増大していることから、挑戦すべき課題である。最適な表示領域を得るために臨床医学者にデータセットをナビゲートさせるために、対話的処理が必要とされる。更に、結果として生じる画像のシーケンスは、観測者に、静止画像からは把握できない追加的な３次元情報を与える。
【０００６】
高速なナビゲーションを可能にするために、医療ワークステーションは通常、対話的処理の間、対話的な更新を可能にするために画像解像度が低下された「プレビューモード」を提供する。ユーザによる対話的処理が終わるとき、その画像はフルクオリティ(full quality)で再レンダリングされ、それには幾分時間がかかる(通常、秒の次元である)。従来のワークステーションにおいては、プレビューモードは、低解像度で一様に画像をレンダリングすることにより実現される。この方法は、画像における部分の中には、他の部分よりもその観測者にとって重要なものがあるということを考慮しない。一般に、特定の注目対象を観測するためにはその品質はあまりに低い場合がある。なぜなら、小さい部分の詳細(small detail)は、ぼやけて又は歪んで見える場合があり、その結果、臨床医学者は、その対話的処理を終了しなければならないからである。従って、例えば、動きのある状態の注目対象を観測することはできない。他方、全体画像についての高解像度の表示モード又はフルスキャンモードは、ユーザ対話の間に高速な視覚化を提供するのに、余りに多くの計算時間を必要とする。
【０００７】
本発明の目的は、３次元データセットの改良された視覚化を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載される本発明の例示的な実施形態によれば、上記目的は、注目対象の３次元データセットを対話的に視覚化する方法により解決されることができ、そこでは、その方法が対話的な入力を可能にし、その対話的な入力の間に、画像におけるレンダリング方法を変えるステップを有する。レンダリング方法の変更は、画像の非一様な品質をもたらし、そこでは、その画像が、３次元データセットに基づき決定される。
【０００９】
有利には、本発明のこの例示的な実施形態によれば、画像における異なる領域が、異なるレンダリング方法でレンダリングされることができ、結果として、異なる領域における異なる外観、品質又は解像度を生じさせる。従って、ユーザ対話の間、例えばユーザ対話により指定される注目度の高い領域が、第１のレンダリング方法でレンダリングされることができ、その結果、その注目度の高い領域における高い画像品質が生じる。それより注目度の低い領域は、第２のレンダリング方法でレンダリングされることができ、その結果、その注目度がより低い領域において相対的に低い画像品質が生じる。注目度の高い領域は、例えば、ユーザ対話を中断することにより指定されることもできる。例えば、マウスホイールを操作することによりユーザがデータセットをスクロールして、ある領域で止めるとき、そのユーザがこの領域に興味を持っており、従って、注目度の高い領域が存在すると推測されることができる。
【００１０】
請求項２に記載される本発明の別の例示的な実施形態によれば、対話的な入力が存在すれば、プレスキャンモードで変化するレンダリング方法を用いて、画像がレンダリングされる。他方、もし何の対話的な入力も存在しなければ、フルスキャンモードで一定のレンダリング方法を用いて、画像が再レンダリングされ、結果として全体画像における最高品質又は解像度を生じさせる。
【００１１】
有利には、本発明のこの例示的な実施形態によれば、レンダリング方法の変更、例えば、サンプリングレートの変更が、ユーザ対話のような対話的な入力の間にのみ行われる。もし対話的な入力がなければ、その方法はフルスキャンモードに切り替わり、画像はフルレンダリングでレンダリングされる。これは、３次元データセット内部の注目対象の高速な視覚化を提供することができる。
【００１２】
請求項３に記載される本発明の別の例示的な実施形態によれば、レンダリング方法の変更は、対話的な入力の間に、画像におけるサンプリングレートの変更を有する。サンプリングレートの変更は、画像の非一様な解像度をもたらす。
【００１３】
有利には、本発明のこの例示的な実施形態によれば、画像における異なる領域が、異なるサンプリングレートでサンプリング(標本化)されることができ、結果として、異なる領域における異なる解像度を生じさせる。従って、ユーザ対話の間に、例えば、ユーザ対話により指定される注目度の高い領域が、高いレートでサンプリングされることができ、それより注目度の低い領域は、より低いレートでサンプリングされることができる。注目度の高い領域は、例えば、ユーザ対話を止めることにより指定されることもできる。例えば、マウスホイールを操作することによりユーザがデータセットをスクロールし、特定の領域で止めるとき、そのユーザはこの領域に興味を持っており、従って注目度の高い領域が存在することが推測されることができる。
【００１４】
請求項４に記載される本発明の別の例示的な実施形態によれば、レンダリング方法の変更は、レンダリングの間に得られる情報に基づき行われ、その情報は、対話的な入力に関する情報を有する。
【００１５】
有利には、これは、画像の特定の領域における、例えば、サンプリングレートといったレンダリング方法を対話的に変更する方法を可能にすることができ、結果として、例えば、その特定の領域における高解像度を生じさせる。他方で、別の領域におけるレンダリング方法の解像度又は品質は、対話的に低下されることができ、結果として、前述の他の領域での低解像度をもたらし、そのことがレンダリング速度を増加させることを可能にする。
【００１６】
請求項５及び６に記載される本発明の別の例示的な実施形態によれば、サンプリングレートは、第１のサンプリングレートと第２のサンプリングレートとを有し、そこでは、フォーカス領域が画像における第１の領域を規定する。第１の領域は、第１のサンプリングレートでサンプリングされる。更に、その画像における第２の領域は、第２のサンプリングレートでサンプリングされ、フォーカス領域の相対的な位置は、ユーザと、レンダリングの間に得られる情報に基づく自動作用(automatism)とのいずれかにより、その画像に関して移動可能である。
【００１７】
有利には、本発明のこの例示的な実施形態によれば、画像におけるあるスポットから、その画像における別のスポットへと、その画像における他のスポットの品質又は解像度が一層高くなることをもたらすことができるよう、ユーザは、フォーカス領域を対話的にシフトすることができる。有利には、本発明のこの例示的な実施形態の側面によれば、フォーカス領域のシフトは、例えば、画像コンテンツに関する情報又は連続するフレーム間の動きといったレンダリングの間に得られる情報に基づき自動的に行われることができる。
【００１８】
請求項７に記載される本発明の別の例示的な実施形態によれば、その情報は、データセットの複雑さの推定、ハードウェア資源の利用不可能性、及びユーザから要求される更新速度からなるグループから選択される情報を有する。
【００１９】
有利には、本発明のこの例示的な実施形態によれば、データセットの複雑さが増加すると、フォーカス領域内でのレンダリング方法(例えば、サンプリングレート)の品質の増加をもたらすことができ、その増加は、精密検査に対してそのフォーカス領域内の高解像度又は高品質を提供することができる。更に、本発明のこの例示的な実施形態によれば、ユーザから要求される更新速度の増大が、その画像におけるレンダリング方法(例えば、サンプリングレート)の全体の品質の低下をもたらすことができる。これは、例えば、その画像における高品質領域のサイズを小さくし、かつ低品質領域のサイズを大きくすることにより達成されることができる。
【００２０】
請求項８及び９に記載される本発明の別の例示的な実施形態によれば、レンダリングは、デプス値(depth value)と光反射角(light reflection angle)との計算又は決定を伴うことができるレイキャスティング(ray casting)を含む。本発明の側面によれば、サンプリングレートを変更することは、レイキャスティングにおいて適用される視線(ray)に沿って行われる。
【００２１】
本発明のこの例示的な実施形態によれば、レイキャスティングは、視線に沿って解像度が変化する画像を生成するのに使用されることができる。
【００２２】
請求項１０に記載される本発明の別の例示的な実施形態によれば、データ処理デバイスは、注目対象の３次元データセットを格納するメモリと、その３次元データセットの対話的な視覚化を行うデータプロセッサとを有して与えられ、そこでは、その対話的な視覚化が、対話的な入力を可能にし、データプロセッサが、次の動作を行うよう適合される：それは、３次元データセットをロードし、対話的な入力の間に画像におけるレンダリング方法を変更する動作である。レンダリング方法の変更は、画像における非一様な品質をもたらし、その画像は、３次元データセットに基づき決定される。
【００２３】
有利には、これは、３次元データセットにおける注目対象の高速な視覚化を可能にすることができる。
【００２４】
データ処理デバイスの別の有利な実施形態が請求項１１に記載される。
【００２５】
本発明はまた、注目対象の３次元データセットを格納するメモリと、３次元データセットの対話的な視覚化を行うデータプロセッサとを有し、対話的な視覚化が対話的な入力を可能にし、その対話的な入力の間に画像におけるレンダリング方法が変更される、スキャナシステムにも関する。本発明の側面によれば、スキャナシステムは、CTスキャナシステム及びMRスキャナシステムのいずれかである。本発明によるスキャナシステムは、請求項１２及び１３に記載される。
【００２６】
有利には、これは、CTスキャナシステム又はMRスキャナシステムにより得られる３次元データセットにおける注目対象のレンダリング性能を改善することを可能にすることができる。
【００２７】
本発明はまた、コンピュータプログラムにも関連し、それは例えば画像プロセッサのようなプロセッサで実行されることができる。斯かるコンピュータプログラムは、例えば、CTスキャナシステム又はMRスキャナシステムの一部であってよい。本発明の例示的な実施形態によるコンピュータプログラムは、請求項１４に記載される。これらのコンピュータプログラムは、好ましくは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされることができる。従って、そのデータプロセッサは、本発明の方法の例示的な実施形態を実行するよう備えられる。そのコンピュータプログラムは、CD-ROMのようなコンピュータ可読媒体に格納されることができる。また、コンピュータプログラムは、ネットワーク、例えば、ワールドワイドウェブを介して提供されることもでき、斯かるネットワークから、データプロセッサのワーキングメモリにダウンロードされることができる。本発明のこの例示的な実施形態によるコンピュータプログラムは、例えば、C++のような任意の適切なプログラム言語で書かれることができる。
【００２８】
本発明の例示的な実施形態の要点として、注目対象の３次元データセットが、対話的な入力の間の画像における変化するレンダリング方法を用いて、対話的に視覚化されることであることが理解されるだろう。本発明の例示的な実施形態によれば、画像における第１の領域は高いサンプリングレートでサンプリングされ、画像における第２の領域はより低いサンプリングレートでサンプリングされ、第１の領域の位置が、ユーザにより対話的に動かされる、つまり、適切なユーザ対話的処理又はユーザ対話的処理の中止により動かされることができる。有利には、これは、ユーザが特に興味を示す画像の領域に関するフル解像度を可能にし、一方、ユーザが余り興味を示さない画像の領域は、結果として低解像度をもたらす低いレートでレンダリングされることができる。これは、ユーザが興味を示す画像の部分の十分な画像品質を提供しつつ、計算コストの削減をもたらすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明のこれら及び他の側面は、本書において述べられる実施形態から明らかとなり、及び実施形態を参照して説明されるであろう。
【００３０】
本発明の例示的な実施形態が、以下の図面を参照して以下に説明されることになる。
【００３１】
図１は、本発明によるCT(コンピュータ断層撮影)スキャナシステムの、本発明における例示的な実施形態を示す。この例示的な実施形態を参照して、本発明は、医療画像化における用途に関して説明が行われることになる。しかしながら、本発明は、医療画像化の分野における用途に限定されるものではなく、荷物の中身に含まれる爆発物といった危険物質を発見するための荷物検査といった用途、又は材料検査といった他の産業上の用途においても使用されることができることに留意されたい。
【００３２】
図１に表わされるスキャナはコーンビームCTスキャナである。図１に表わされるCTスキャナは、回転軸２の周りで回動可能なガントリ(gantry)１を有する。ガントリは、モータ３を用いて駆動される。参照番号４は、例えばX線源といった放射線源を表わす。それは、本発明の側面によれば、多色放射ビームを放出する。
【００３３】
参照番号５は、その放射線源から放出される放射ビームを、コーン形状の放射ビーム６へ形成する開口(aperture)系を表す。
【００３４】
コーンビーム６は、それがガントリ１の中心、つまりCTスキャナの検査領域に配置される注目対象７を貫通し、かつ、検出器８にぶつかるよう、方向付けられる。図１から分かるように、検出器８の表面がコーンビーム６により覆われるよう、検出器８は放射線源４の反対にあるガントリ１上に配置される。図１に表わされる検出器８は、複数の検出器素子を有する。
【００３５】
注目対象７のスキャンの間、放射線源４、開口系５及び検出器８は、ガントリ１に沿って矢印１６によって示される方向に回転される。放射線源４、開口系５及び検出器８と共にガントリ１が回転するために、モータ３がモータ制御ユニット１７に接続される。モータ制御ユニットは、計算ユニット１８に接続される。
【００３６】
図１において、注目対象は、コンベアベルト１９に配置される。注目対象７のスキャンの間、ガントリ１は、患者７の周りを回転するけれども、コンベアベルト１９は、ガントリ１の回転軸２に平行な向きに沿って、注目対象７を移動させる。これにより、注目対象７は、ヘリカルスキャンパスに沿ってスキャンされる。コンベアベルト１９は、スキャンの間に停止されることもできる。コンベアベルト１９を与える代わりに、例えば、注目対象７が患者であるような医療用途では、移動可能なテーブルが用いられる。しかしながら、記載されたすべての場合において、サーキュラスキャン(circular scan:円動スキャン、全周スキャン)を行うことも可能であることに留意されたい。その場合、回転軸２に平行な方向での移動は起こらず、回転軸２の周りのガントリ１の回転だけが起こる。
【００３７】
検出器８は、計算ユニット１８に接続される。計算ユニット１８は、検出結果、即ち、検出器８の検出器素子からの読み出しを受信して、この読み出しに基づきスキャン結果を決定する。検出器８の検出器素子は、注目対象によりコーンビーム６に対してもたらされる減衰を測定するよう適合されることができる。更に、計算ユニット１８は、ガントリ１の動きをモータ３と調和させるため及びコンベヤベルト１９をモータ２０と調和させるために、モータ制御ユニット１７と通信する。
【００３８】
計算ユニット１８は、検出器８の読み出しから画像を再構築するよう適合されることができる。計算ユニット１８により生成される画像は、インタフェース２２を介して(図１において図示省略された)ディスプレイに出力されることができる。
【００３９】
注目対象の３次元データセットを格納するメモリを有するデータ処理デバイスに一体化されるデータプロセッサにより実現されることができる計算ユニットはまた、その３次元データセットの対話的な視覚化を行うよう適合されることができ、そこでは、その対話的な視覚化が、例えばユーザによる対話的な入力を可能にする。本発明の側面によるデータプロセッサは、３次元データセットをロードし、その対話的入力の間に投影画像におけるサンプリングレートを変更するよう適合されることができる。サンプリングレートの変更は、投影画像における非一様な解像度をもたらす。つまり、投影画像における１つ又は複数の高解像度領域が生成され、１つ又は複数の低解像度領域が生成されることを意味する。投影画像は、３次元データセットに基づき得られることは理解されたい。
【００４０】
更に、データプロセッサは、３次元データセットの対話的な視覚化を行うよう適合されることができる。そこでは、対話的な入力があれば、プレスキャンモードにおいて変化するサンプリングレートで、３次元データセットがレンダリングされ、対話的な入力がなければ、フルスキャンモードにおいてフルサンプリングレートで、３次元データセットが再レンダリングされる。そのことは、結果として、投影画像全体の最大解像度を生じさせる。サンプリングレートの変化は、ここでは、レンダリングの間に得られる情報に基づいて行われ、その情報は対話的な入力に関する情報を有する。
【００４１】
更に、図１からわかるように、計算ユニット１８は、例えば自動的にアラームを出力するためにラウドスピーカ２１に接続されることができる。
【００４２】
図２は、本発明によるMRスキャナシステムの実施形態の簡略化された概略図を示す。MRスキャナシステムは、軸２１８に沿って配置され、検査される患者２１５が置かれる検査空間２１７を囲うコイル２１０を有する。有利には、患者は、検査空間２１７の低い部分に配置される可動テーブル又はコンベヤベルト２１６上に横たわる。検査空間２１７を囲うコイル２１０の系は、HFコイル２１９と、内部コイル２１３とアクティブシールドコイル又はシールド２１２とを含むグラジエントコイルのアクティブシールド(actively shielded)装置と、磁場の生成の間、冷却するために中にコイルが配置される低温保持装置２１１とを有する。グラジエントコイルの装置２１３、２１２は、グラジエント増幅器２２０に接続されることができる。
【００４３】
更に、図１に表されるCTスキャナシステムによれば、MRスキャナシステムは、個別のモータ、例えば、コンベヤベルト２１６を動かすためのモータに関するモータ制御ユニットと、計算ユニット(図２において図示省略)とを有することができる。斯かるMRスキャナシステムは、独国出願公開DE 102 02 986 A1号に記載されており、本書では参照により含まれる。
【００４４】
図３は、400ピクセルのフルクオリティ(full-quality)画像３１と、同じデータセットから生じているが画像３１より低いサンプリングレートでサンプリングされている、一様に部分サンプリングされた画像３２との例を有する。プレビューモードにおける低解像度での画像３２のこの一様なレンダリングは、高速な画像視覚化を提供するためにワークステーションにおいて適用される技術である。残念ながら、この方法は、画像における部分の中には、他の部分よりもその観測者にとって重要なものがあるということを考慮しない。画像３２から分かるように、画像に表されている概略的な段階が笑っているものであることを観測するには、画像の中心における品質は余りにも低い。そこで、画像中心のより詳細な表示を得るには、ユーザは、例えば、その対話を中断し、画像３１に表されるようなフルクオリティ画像モードに切り替えなければならない。
【００４５】
画像３３は、104ピクセル(画像３２は100ピクセルを有する)の、非一様にサブサンプリングされた画像を示す。画像３３の中心は、フル解像度でレンダリングされ、解像度は、画像境界に向かって低下する。本発明の例示的な実施形態によるフォーカス領域は、画像中心において固定されるか、又は可変のいずれかとすることができる。可変の場合、例えば、ユーザにより移動可能であるとすることができる。両方の場合において、ユーザは、自分が注目する対象をフォーカス領域に、とても直観的な方法で移動させて、それをフルクオリティで対話的に観測する機会を持つ。
【００４６】
従って、本発明は、ユーザの注目度が相対的に低い領域におけるサンプリングレートを低下させて、画像品質を低下させることにより、対話的な速度(保証された応答時間)と最適な画像品質とを兼ね合わせる。同じ計算的複雑さにおいて、知覚される画像品質は、画像３２に表される従来のアンダーサンプリングより改善される。
【００４７】
本発明の例示的な実施形態によれば、シンプルで直観的な方法で、ユーザは、「興味のある」領域をフォーカス領域へ、又はその逆へ動かすことができる。こうして、対話的なフレームレートで、フルクオリティの視覚化が達成されることができ、それは従来のサブサンプリングではなし得なかったことである。
【００４８】
次に、本発明の例示的な実現が説明される。xピクセル×yピクセルの出力画像が３つの領域に分けられる：内部領域、つまり第１の領域と、周辺領域、つまり第２の領域と外部領域、つまり第３の領域とである。
【００４９】
内部領域は、約1/3x・1/3yピクセルの中心矩形を覆い、フル解像度でレンダリングされることになる。
【００５０】
周辺領域、つまり第２の領域は、内部領域を除いた約2/3x・2/3yピクセルの中心矩形を覆う。それは両方向において半分の解像度でレンダリングされることになり、結果として、４ピクセルあたり１つのサンプルを生じさせる。
【００５１】
外部領域は、画像の残りの部分を覆い、４分の１の解像度でレンダリングされることになり、結果として、フルクオリティなレンダリングと比べて、領域ユニットあたりのサンプル数の1/16を生じさせる。
【００５２】
本発明のこの例示的な実施形態は、３つの異なるサンプリングレートでレンダリングされる３つの領域を利用するが、上述の方法は、２つのサンプリングレートでレンダリングされる２つの異なる領域に対しても、又は異なるサンプリングレートでレンダリングされることになる他の任意数の異なる画像領域に対しても使用されることができることに留意されたい。
【００５３】
上述した３つの異なるサンプリングレートの場合、正確に計算されるべきピクセル値の総数は、約
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であり、それは、一様な半解像度サンプリングに対する1/4xyよりわずかに少ない。その結果、斯かるプレビューを作成するための計算的な複雑さも同様である。しかしながら、中心部分はフルクオリティでレンダリングされており、そこで、通常のナビゲーションツールを用いて、ユーザは最も興味のある部分を表示域の中心に動かすことができる。こうして、ユーザは、低下された品質でレンダリングされる周辺領域の印象を持ちつつ、フル解像度でアニメ化された部分を観測することができる。
【００５４】
異なるゾーン又は領域の総数と同様、上述された内部領域、周辺領域及び外部領域のサイズ及びサブサンプリングレートは、変化させられることができる。
【００５５】
これらのパラメタの変化は、
a) データセットの複雑さ
b) ハードウェア資源の利用不可能性
c) 対話のタイプ
に基づき、動的に行われることができる。例えば、高速な画像更新を達成するために、高速対話タイプの間に「高品質な」領域が小さくされることができる。一方で、一般的な画像品質を改良するために、低速対話タイプの間に「高品質な」１つ又は複数の領域の大きさが大きくされることができる。
【００５６】
更に、フォーカス領域は、画像の中心に固定されない場合があり、
a) ユーザにより、又は
b) 例えば、フォーカス領域が高解像度を必要とする小さい構造に対して移動されるよう、画像のコンテンツに基づき自動的に、又は
c) (動きの少ない所ではフル解像度で、動きの多い所では低解像度である)連続するフレーム間の動きに基づき自動的に、
配置されることができる。
【００５７】
更に、フォーカス基準が単に画像領域におけるサンプリングレートを決定するのではなく、速度と品質とのトレードオフを可能にするレンダリングアルゴリズムにおける他のいずれかのパラメタを決定する場合もある。一例を挙げれば、レイキャスティングが使用される場合であれば、視線に沿ってレンプリングレートを変えることである。
【００５８】
更に、本発明の側面によれば、変化されるのはサンプリングレートではなく、例えば、レンダリングに使用される算術精度(arithmetic accuracy)とすることができることを理解されたい。例えば、画像のカラー値の計算のためには、単精度浮動小数点(例えば、IEEE標準規格によれば32ビット形式)が、倍精度表現(IEEEによれば64ビット形式)の代わりに用いられ、低解像度であることの犠牲を払って計算機的なコストが削減されることができる。別の例として、いくつかのレンダリング法は、ex、ln(x)又はsqrt(x)といった複雑な算術関数の計算を必要とする。斯かる関数は、ここでも算術精度を犠牲にして、単純な線形又は多項式の近似式で置換されることができる。いずれの場合にせよ、全体の効果は、画像に沿った画像品質又は解像度の変化となり、全体の画像に沿った高精度のレンダリングと比較して、計算的なコストの削減となる。
【００５９】
更に、フォーカス基準は、例えば、デプス値及び光反射角の計算又は決定と、デプス値、面法線、視点方向、及び光ベクトルの少なくとも１つに基づく、投影画像におけるサンプリング周波数の変化とを含む、適合的なサンプリング技術と結合されることができる。そこで、本発明による例示的な方法と、適合的なサンプリング技術とを結合することにより、フォーカス領域における高解像度を伴う高速なレンダリングが達成されることができる。
【００６０】
図４は、本発明による注目対象の３次元データセットを対話的に視覚化する方法の例示的な実施形態のフローチャートを示す。本方法は、ステップＳ１で開始し、その後、例えば、多色ビームを生成する電磁放射線の多色源と、その多色ビームを検出する放射検出器とを用いて、注目対象の３次元データセットがステップＳ２において得られる。そして、ステップＳ３において、対話的な入力が存在するか、対話的な入力が存在しないかが決定される。対話的な入力がある場合、レンダリング情報がステップＳ５において取得される。このレンダリング情報は、フォーカス領域の動き又はユーザにより要求される更新速度といったその対話的入力に関する情報を有することができる。更に、レンダリング情報は、ハードウェア資源の利用可能性又はそのデータセットの複雑さに関する情報を有することができる。レンダリング情報の取得の後、ステップＳ６において、例えば、ユーザにより調整される焦点領域(focal area)により規定される内部領域ではフル解像度で画像がレンダリングされる一方、その内部領域の外側の領域では、より低い解像度で画像がレンダリングされるよう、投影画像が、取得されたレンダリング情報に基づき、変化するサンプリングレートでレンダリングされる。
【００６１】
その後、ステップＳ７において、その方法は、対話的な入力があるかないかが決定されるステップＳ３へ戻る。ステップＳ３において、対話的な入力がないと決定される場合、その方法はステップＳ９にジャンプし、そこでは、再レンダリングがすでに行われたかどうかが決定される。再レンダリングがすでに行われている場合、その方法は、ステップＳ１０において、更なる対話的入力を待ち、その後、レンダリング情報の取得のためにステップＳ５へジャンプする。ステップＳ９において、何ら再レンダリングが行われていないことが決定される場合、投影画像が、ステップＳ４におけるフルサンプリングレートで再レンダリングされ、その後、別の対話的入力を待つためにステップＳ１０にジャンプする。
【００６２】
こうして、対話的入力の間、レンダリング情報が取得され、変化するサンプリングレートで投影のレンダリングが、そのレンダリング情報に基づき連続的に、例えば、閉ループの形式で行われる。それ以上対話的な入力がなければ、閉ループは去られ(left)、何ら画像の再レンダリングが行われていない場合、投影画像が、フルクオリティな画像で再レンダリングされる。しかしながら、ステップＳ９において、画像の再レンダリングがすでに行われていると決定される場合、その方法は、ステップＳ１０において別の対話的な入力を待ち、その後、レンダリング情報を取得するステップＳ５に直接ジャンプする。
【００６３】
図５は、本発明による方法の例示的な実施形態を実行する、本発明による画像処理デバイスの例示的な実施形態を表す。図５に表される画像処理デバイスは、患者のような注目対象を表す画像を格納するメモリ１５２に接続される中央処理ユニット(CPU)、つまり画像プロセッサ１５１を有する。画像プロセッサ１５１は、複数の入力／出力ネットワーク、又はMRデバイス若しくはCTデバイスといった診断デバイスに接続されることができる。画像プロセッサは更に、例えば、コンピュータモニタのような、画像プロセッサ１５１で計算又は適合される情報又は画像を表示する表示デバイス１５４に接続される。操作者は、キーボード１５５及び／又は図５において図示省略されている他の出力デバイスを介して、画像プロセッサ１５１と対話することができる。
【００６４】
更に、バスシステム１５３を介して、画像処理及び制御プロセッサ１５１を、例えば、注目対象の動きを監視するモーションモニタに接続することも可能である。例えば、患者の肺が画像化される場合、モーションセンサは、呼気センサとすることができる。心臓が画像化される場合、モーションセンサは、心電図(ECG)とすることができる。
【００６５】
図面に関して説明される本発明の実施形態は、注目度の高い領域の改良された品質を提供するために、サンプリングレートを変更するが、その方法は、サンプリングレートの変更に限定されず、例えば、レンダリング方法を変える、例えば、ex、ln(x)、又はsqrt(x)といった複雑な算術関数を、簡単な線形又は多項式の近似式に置き換えることにより、例えば、レンダリングに使用される算術精度を変えることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明によるコンピュータ断層撮影(CT)スキャナの実施形態の簡略化された概略表現を示す図である。
【図２】本発明による磁気共鳴(MR)スキャナの実施形態の簡略化された概略表現を示す図である。
【図３】最大レートでレンダリングされたフルクオリティ画像(左)と、一様なサブサンプリングレートでレンダリングされた画像(真中)と、本発明の例示的な実施形態による変化するレートでレンダリングされた画像のフォーカスされたプレビュー(右)とを示す図である。
【図４】本発明による注目対象の３次元データセットを対話的に視覚化する方法の例示的な実施形態のフローチャートを示す図である。
【図５】本発明による方法の例示的な実施形態を実行するための、本発明による画像処理デバイスの本発明の例示的な実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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