(57)【要約】 【課題】  処理の遅延を抑えると共に、シェーディングアーチファクトを低減可能なレンダリング処理を提供する。【解決手段】  医用画像処理装置は、サンプリング部、シェーディング部、及びレンダリング部を備える。サンプリング部は、複数のサンプリングパスに沿った複数のサンプリング点で、被検体の三次元領域に対応するボリューメトリックデータをサンプリングするサンプリング処理を実行し、サンプリングパス上のサンプリング点間の複数のインターバルのそれぞれに対して、インターバルの前面サンプリング点と背面サンプリング点とに対する輝度値及び／又はオパシティ値に基づき、インターバルにおけるシェーディング評価点の位置を決定する。シェーディング部は、決定されたシェーディング評価点でのシェーディングパラメータに対する値を決定する。レンダリング部は、シェーディングパラメータの決定値を使用してレンダリング処理を実行する。【選択図】図１１
2019209149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のサンプリングパスに沿った複数のサンプリング点で、被検体の三次元領域に対応するボリューメトリックデータをサンプリングするサンプリング処理を実行し、サンプリングパス上のサンプリング点間の複数のインターバルのそれぞれに対して、前記インターバルの前面サンプリング点と背面サンプリング点とに対する輝度値及び／又はオパシティ値に基づき、前記インターバルにおけるシェーディング評価点の位置を決定するサンプリング部と、
前記決定されたシェーディング評価点でのシェーディングパラメータに対する値を決定するシェーディング部と、
前記シェーディングパラメータの決定値を使用してレンダリング処理を実行するレンダリング部と
を具備する医用画像処理装置。
【請求項２】
前記シェーディング評価点の前記決定は、前記インターバルにおけるサブサンプリング点の視認性に基づく請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記決定されたシェーディング評価点は、最も視認性が高いサブサンプリング点である請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記レンダリング処理は、グローバルイルミネーション、影付き直接ボリュームレンダリング、のうちの少なくとも一方を具備する請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前面サンプリング点輝度値及び／又はオパシティ値と、背面サンプリング点輝度値及び／又はオパシティ値との関数として、前記シェーディング評価点に対する前計算された位置を格納する前計算部をさらに具備する請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
各インターバルにおける前記シェーディング評価点の前記位置の前記決定は、前記各インターバルに対する、前記前面サンプリング点輝度値及び／又はオパシティ値と前記背面サンプリング点輝度値及び／又はオパシティ値とについて、前記前計算された位置をルックアップすることを含む請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記前計算された位置は、画像、関数、ルックアップテーブル、のうちの少なくとも一つとして格納される請求項５記載の装置。
【請求項８】
各インターバルに対して、
前記インターバルにおける前記シェーディング評価点の前記位置の前記決定は、前記前面サンプリング点に対する輝度値と前記背面サンプリング点からの輝度値に基づき、
前記インターバルにおける前記シェーディング評価点の前記位置の前記決定は、前記インターバルにおける複数のサブサンプリング点での輝度値を推定し、前記サブサンプリング点、又は前記サブサンプリング点間のサブインターバルのうちのいずれが最も視認性が高いかを決定すること、を含む請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記サブサンプリング点の輝度値は、線形、二次方程式、又は三次多項式を使用して推定される請求項８記載の装置。
【請求項１０】
前記インターバルにおける前記シェーディング評価点の前記位置の前記決定は、サブサンプリング点間の最も視認性の高いサブインターバルを決定すること、及び前記決定されたサブインターバルの前記前面でのサブサンプリング点に対するオパシティ値と、前記決定されたサブインターバルの前記背面でのサブサンプリング点に対するオパシティ値と、に基づいて前記決定されたサブインターバルにおける最も視認性の高い位置を決定すること、をさらに具備する請求項８記載の装置。
【請求項１１】
前記決定されたサブインターバルにおける前記最も視認性の高い位置の前記決定は、前記決定されたサブインターバルの前記前面での前記サンプリング点と、前記決定されたサブインターバルの前記背面での前記サンプリング点と、の間の中間オパシティ値を推定することを具備する請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記中間オパシティ値は、線形、二次方程式、又は三次多項式を使用して推定される請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記シェーディング評価点に対する予め計算された位置を、サンプリング点オパシティ値の関数及び背面サンプリング点オパシティ値の関数として格納する前計算部をさらに具備し、
前記予め計算された位置は、前記インターバルの前記前面及び前記背面の間の位置における急激な遷移を減らす又は防ぐためにフィルタされる請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記シェーディング評価点のフラクションを前計算する前計算部をさらに具備し、
前記前計算は、前積分処理の一部を備え、又は形成し、
前記前積分処理は、前記輝度値を有するサンプリング点の間のインターバルにわたり積分することで、輝度値の各ペアに対する個別の色値を決定することを含む請求項１記載の装置。
【請求項１５】
前記インターバルの前面サンプリング点と背面サンプリング点とに対する輝度値及び／又はオパシティ値に基づく前記シェーディング評価点の前記位置の前記決定は、前記ボリューメトリックデータセットのサブセットに実行される請求項１乃至１４のいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
前記サンプリング部は、輝度値、解剖学的特徴の存在、画質、アーチファクトの尤度、のうちの少なくとも一つに基づいたシェーディング計算位置の前記決定を実行するための前記サブセットを選択する請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
前記インターバルにおける前記シェーディング評価点の前記位置の前記決定は、少なくとも一つのさらなるサンプリング点に対する輝度値及び／又はオパシティ値に追加として基づく請求項１乃至１６のいずれかに記載の装置。
【請求項１８】
前記決定されたシェーディング評価点での前記シェーディングパラメータに対する前記値の前記決定は、前記決定されたシェーディング点での勾配を計算することを有する請求項１乃至１７のいずれかに記載の装置。
【請求項１９】
医用画像処理方法は、
被検体の三次元領域に対応するボリューメトリックデータを取得すること、
複数のサンプリングパスに沿った複数のサンプリング点で前記ボリューメトリックデータをサンプリングするサンプリング処理を実行すること、
サンプリングパス上のサンプリング点間の複数のインターバルのそれぞれに対して、
前記インターバルの前面サンプリング点と背面サンプリング点に対する輝度値及び／又はオパシティ値に基づいた前記インターバルにおけるシェーディング評価点の位置を決定し、
前記決定されたシェーディング評価点でのシェーディングパラメータに対する値を決定し、
前記シェーディングパラメータに対する前記決定された値を使用してレンダリング処理を実行すること、
を具備する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医用画像診断装置、及びレンダリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、例えば、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＰＥＴ（Positron Emission computed Tomography：陽電子放出断層撮影）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging：磁気共鳴撮像）装置、超音波診断装置、Ｘ線診断装置等、様々な撮像モダリティのうちの任意のものを使用して三次元医用撮像データを生み出すことができるボリューメトリック医用撮像技法が、撮像目的、又は診断目的のために幅広く使用されている。
【０００３】
ボリューメトリック医用撮像データは、各ボクセルが三次元空間における特定の位置を表し、かつ、各ボクセルが一つ、又は複数のデータ値を有する、ボクセルの三次元アレイを有している。例えば、ＣＴデータの場合、各ボクセルは、ボクセルによって表された位置で提供された、適用されたＸ線放射の減衰、例えば、係る位置での患者の生体構造の部分の減衰等を表す、関連した輝度値を有する。輝度値は、例えば、画像値、グレー値、グレーレベル、ボクセル値、又はＣＴ値と称される。輝度値は、ハウンスフィールドユニット（Hounsfield units:HU）で計測することができる。
【０００４】
レンダリング技法は、患者の、又はその他の被検体の所望の表現を表示するために、ボリューメトリック画像データを処理するために幅広く使用されている。例えば、ボリューメトリック画像データは、レンダリングされ、三次元ボリューメトリックデータの二次元投影が表示される。係る二次元投影は、所望のテクスチャ効果、又はシェーディング効果を含むことで、観察者に三次元における表面であるかのような印象を与える。
【０００５】
一般的に使用されるボリュームレンダリング技法は、一連のサンプルされたボクセル値のそれぞれをオパシティ値、及び色値（赤、緑、青の色値の組み合わせにより通常表される）へとマップする変換関数を使用する。レイキャスティング、及び同様の技法において、２Ｄ投影における各ピクセルに対して、仮想レイは、二次元仮想画像面上の対応する点を通じて、そしてボリューメトリック画像データにより表されたボリュームを通じて、観察者の透視図から投げ掛けられる。
【０００６】
影付き直接ボリュームレンダリング（Shaded Direct Volume rendering:SVR）は、高度な視覚化アプリケーションで既に用いられている手法である。グローバルイルミネーション（Global Illumination:GI）は、より厳密な光学モデルを有するボリュームレンダリングの別タイプである。
【０００７】
画質についての基準がＳＶＲの導入以来、高まっている。かつては観察者にとって許容範囲であると考えられた画像アーチファクトも、現在では容認できないものになっていることもある。
【０００８】
ＳＶＲにおける一つの画質課題は、例えば、幾つかのＳＶＲ画像における年輪アーチファクト（tree-ring artifact）の存在である。状況により、変換関数における急峻な傾きにより生じるシャープなエッジは、表面でサンプリンググリッドインターフェア（sampling grid interfere）を生む。「年輪アーチファクト」は、例えば、色値間で段階的遷移を有する等、より一貫性のある色合い（coloring）を有することを意図した、表面上に見える木の年輪、又は輪郭に似た線を表す。
【０００９】
図１は、年輪アーチファクトを有する画像例を示す。また図２は、係る年輪アーチファクトが低減された、図１と同じ撮像データからレンダリングされた画像を示す。
【００１０】
図３は、サンプリング処理の概略図である。図３は、ボリューメトリック撮像データセットの二次元スライスを表す。複数のレイｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４、ｒ５、ｒ６、ｒ７、ｒ８、ｒ９が、図３左側からボリューメトリック撮像データセットへと入る。各レイｒ１〜ｒ９は、レイに沿った複数のサンプリング位置ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８でボリューメトリック撮像データセットをサンプルする。各レイｒ１〜ｒ９上のｓ１〜ｓ８の各サンプリング位置は、サンプリンググリッド点とも呼ぶことができる。
【００１１】
レイｒ１〜ｒ９は、曲面を有する身体１０へと入る。各レイｒ１〜ｒ９に対して、レイｒ１〜ｒ９の矢印終点は、身体１０の内側にあるｒ１〜ｒ９のレイ上の、第一のサンプリング点を示す。
【００１２】
図３に見受けられる様に、身体１０の表面におけるサンプリンググリッド点は、身体１０の湾曲したエッジから異なる距離で着地する。サンプリンググリッド点と身体１０のエッジとの間の距離は、ランダムではない。サンプリンググリッド点と身体１０のエッジとの間の距離は、身体１０の各位置で増減し、身体１０の面は曲がっている。
【００１３】
図４は、各レイｒ１〜ｒ９に関する、身体１０の境界から身体１０の内側の第一のサンプリング点までの距離のプロットである。図４は、レイｒ１〜ｒ９のそれぞれについて、身体１０のエッジとサンプリング点との間の距離の変動を示す。
【００１４】
状況によって、近傍するレイは、高度にエイリアシングされた色を有することがある。例えば、図３のｒ４及びｒ５を考察してみる。図５は、ｒ４についてのサンプル値のプロットを示す。ｓ１、ｓ２、ｓ３でのサンプルに対する値は低く（１０を下回る）、そしてｓ４でのサンプル値は６０である。方や図６は、ｒ５についてのサンプル値のプロットを示す。ｓ１、ｓ２、ｓ３でのサンプルに対する値は低く（１０を下回る）、ｓ４でのサンプル値は１００である。
【００１５】
図７は、レンダリングで使用する変換関数を示す。変換関数は、プリセットとしても説明することができる。変換関数は、色値及びオパシティ値を輝度値へとマップする。図７の場合において、輝度値はグレーレベルである。各グレーレベルについて、変換関数は、係るグレーレベルと関連付けられる予定の色値及びオパシティ値を定義する。
【００１６】
図７の変換関数は、レンダリングに対する各グレーレベルと関連付けられたオパシティ及び色を表す。オパシティは縦軸に、そしてグレーレベルは横軸に、示されている。５０を下回るグレーレベルは、完全に透明にレンダリングされる。オパシティは、グレーレベルが５０から６５の間で増加し、係るレベルが８０から１００の間で再び増加する前の、６５から８０までの間は、一定のままである。１００以上のグレーレベルで、オパシティは１００％である。
【００１７】
図７では、グレーレベル５０から表れる方形形状の色は、グレースケールで表されている。しかしながら、この方形形状の色は、実際はグレースケールではない。例えば、グレーレベル５０では、黄色である。係る黄色は、グレーレベルがレベル５０から８０程度まで増えるにつれて赤みを帯び、８０以降では一様に赤色になる。
【００１８】
図７の変換関数は、例えば、図５で表される、レイｒ４に対するｓ４のグレーレベルと、図６で表される、レイｒ５に対するｓ４のグレーレベルとについて、色値及びオパシティ値を決定するために使用される。変換関数に従って、グレーレベル６０を有するレイｒ４のサンプルｓ４は、黄色でかつ部分的に不透明にレンダリングされる。グレーレベル１００を有するレイｒ５のサンプルｓ４は、赤色でかつ完全に不透明にレンダリングされる。係る場合に、近傍するレイは、高度に離散化された色を有する。
【００１９】
図８は、サンプリング処理の更なる概略図である。サンプルの色ｃ（ｓ）は、ボリュームを通してレイキャストに沿った離散的なステップでサンプルされる。ボリュームを通してレイパスに沿った一連のサンプル点（通常均一な空間が空いている）に対して、変換関数（例えば図７の変換関数）は、オパシティ値及び色値をサンプルされた点へと割り当てるために使用される。処理は、その後レイパスに沿ったシーケンスにおいて、サンプルされた点の色値及びオパシティ値を組み合わせるよう実行され、ピクセルに対する単一の色値を生み出す。
【００２０】
仮に、例えば、第一のサンプルされた点のオパシティが高い場合に、係る点について計測された輝度値に基づいた変換関数によって決定されるとおり、対応するピクセルの色は、全体的に、又は殆ど全体的に、係るサンプルされた点についての色値によって、仮想レイが最初から高いオパシティ点を越えてボリュームへと効果的に貫くことが無い様に、決定することができる。
【００２１】
一連のサンプルされた点における第一の点のオパシティ値が比較的低ければ、その場合に対応するピクセルの色は、蓄積したオパシティが十分に高い値に到達する、一連の点までのサンプルされた点に対する色値の組み合わせから決定することができる。
【００２２】
色値及びオパシティ値は、離散的なサンプリング点でのみ決定される。図８における一連のブロックは、サンプリング点に対する計算された色値を表す。相当な変化が、一つのサンプリング点と次のサンプリング点との間の値に存在するかもしれない、ということが見て取れる。
【００２３】
図８及び図３〜図６に描かれた簡潔なサンプリングアプローチは、変換関数における、そしてサンプルされたデータにおける、変動性（volatility）に対して弱いことがある。簡潔なサンプリングアプローチにより、図１に描かれている様な年輪アーチファクトが発生する場合がある。
【００２４】
年輪アーチファクトを減らすことができる一つの公知の方法とは、図９及び１０に描かれている「前積分（pre-integration）」と呼ばれる標準的な技法である。
【００２５】
前積分は、隣り合うサンプリング点間のサンプルインターバルに対して前計算された色を使用することを含む技法である。前計算の結果は、二次元ルックアップテーブルに格納される。係る二次元ルックアップテーブルは、前面サンプル輝度値と背面サンプル輝度値との各組み合わせに対して、前計算された値を格納する。輝度値とサンプルインターバルとのあり得るペア毎に、対応するオパシティ値と色値とは、変換関数を使用して前計算され、ルックアップテーブルに格納される。
【００２６】
二次元ルックアップテーブルは、レンダリングでの使用のための前計算された色値を提供する。図１０で前面スライス（Ｓｆ）及び背面スライス（Ｓｂ）として示された、レイパスに沿ったサンプルの各連続的なペアに対して、レンダラ（renderer）は、サンプルされた輝度値のペアとサンプルインターバルとに対応する二次元ルックアップテーブルから、サンプルのペアに対する前計算された色値及びオパシティ値をルックアップする。
【００２７】
二次元ルックアップテーブルは、二次元輝度プロット１２として図１０に図の形式で表されている。二次元輝度プロットの横軸は、前面スライスＳｆ上のサンプリング点に対する輝度値であり、その縦軸は、背面スライスＳｂ上のサンプリング点に対する輝度値である。輝度プロット１２は、輝度値の各ペアに対する前積分された色を示す。図１０の例において、前積分された色は、ＲＧＢ色である。しかし、係るＲＧＢ色は、図１０ではグレースケールとして表されている。
【００２８】
最初にレイが到達するサンプリング点は、「前面サンプル」と呼ぶことができ、ペアのその他のサンプリング点は、「背面サンプル」と呼ぶことができる。一般的に、前面や背面とは、レイの進行方向を指し、より早くレイが到達する点は、係るレイがより遅く到達する点の前に存在しているという状態である。前面サンプリング点と背面サンプリング点との間のインターバルを、「スパン」と言うことができる。
【００２９】
前積分アプローチは、サンプルされた輝度値の各ペアについて、輝度がサンプルされた点間のインターバルにおいて直線的に（又は何かその他の特定の状態で）変動する、として仮定する。サンプルされた輝度値の特定のペアに対してルックアップテーブルで格納された値は、二つのサンプルされた輝度値間の輝度の範囲に対する変換関数の、平均化されたオパシティ値及び色値を表す。
【００３０】
２Ｄ前積分の使用により、図９に概略的に描かれている様に、図８のアプローチをサンプリングすることにより提供される推定を、より滑らかな推定へと変えることが可能である。効果的に、図８の各離散的なブロックは、二つのサンプル間の変換関数の前計算された積分により、今度は置き換えられている。当該計算は、サンプリング率及び変換関数にのみ従うものであり、ボリュームデータ、観察角度やその他のレンダリングパラメータからは独立している。２Ｄ前積分アプローチは、各ピクセルに対するスライス毎のレンダリング処理というよりも、スラブ毎のレンダリング処理を提供すると考えることができる。２Ｄ前積分アプローチは、変換関数においてそしてサンプルされたデータにおいて、変動性に対抗するスムージングを提供することができる。
【００３１】
例えば図８を参照して説明された様な、シンプルな数的サンプリングアプローチは、そのシンプルな数的アプローチの離散化が故に、特定のエリアにおいてサンプルされない薄い表皮層に起因する、図１に示される年輪アーチファクト等のアーチファクトに繋がる場合がある。図９及び１０の２Ｄ前積分アプローチは、図２に示されたとおり、肌の詳細をより厳密に捉えることができる。
【００３２】
前積分アルゴリズムは、サンプリンググリッド点だけでなく、前面及び背面サンプリング点の間のインターバル全体についての変換関数を考慮に入れる。グレースケール信号は、前面及び背面サンプルの間の線形関数として、よくモデル化される。可能性のある前面サンプル及び背面サンプルの各ペアに対して、真の積分を前計算かつキャッシュすることができる。サンプリンググリッドは、前積分が使用された場合には変化しない。積分法のみが、前積分の使用により変えられる。連続的な線形モデルをサポートするために、二つのサンプル（前面及び背面）は、前計算された厳密なインターバルでレイスパンを形成する。
【００３３】
レンダリングにおいて使用されるシェーディング関数（例えば、ＳＶＲ又はＧＩレンダリング）は、サンプリンググリッドを妨げると考えることもできる。固定されたグリッドに関するシェーディング関数の評価が原因のシェーディングアーチファクトは、画質の損失という結果をもたらす場合がある。シェーディング計算は、離散化効果に悩まされることがある。シェーディング計算における係る離散化効果は、上記で説明された、色の離散化が原因の年輪アーチファクトについて、ある意味で同様であると考えることができる。
【００３４】
シェーディングは、例えば各サンプリング点で勾配を計算し、かつ計算された勾配に基づいてシェーディングを適用することで実行することができる。しかし、勾配に対する値は、すぐに近くの表面を変えることがある。表面角度は、サンプリング点の間で非常に素早く変わることもある。
【００３５】
グローバルイルミネーションにおいて照射が計算される位置は、サンプリンググリッドを妨げると考えることもできる。照射が主なレイパスを用いて二重積分を形成する様に計算される位置を前積分することは、容易ではない場合がある。
【００３６】
グローバルイルミネーションアルゴリズムは、キャッシュされた照射から値を読むことにより、掛かる照射を決定するために一つ又は多数のレイを投げ掛けることにより、又は点から固定された距離で照射を読んで固定されたステップ数で値を減衰することで値を改良することにより、点での照射を推定することができる。
【００３７】
前面及び背面サンプルの間の照射を評価する厳密な点は、重要であり得、そしてエイリアシングのソースとなり得る。状況次第で、高速変化照射勾配が存在することがある。よく、しかし常にではないが、照射は、勾配が高速変化である場合に高速変化となる場合がある。
【００３８】
シェーディングを改善するための一つの選択肢は、スーパーサンプリングを実行することであるかもしれない。係るスーパーサンプリングは、離散化効果を減らすことのできる、より小さなサンプリングインターバルを使用してサンプリングする。しかし、スーパーサンプリングは、レンダリング処理を極度に遅いものにすることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２０１５−０２００６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
発明が解決しようとする課題は、処理の遅延を抑えると共に、シェーディングアーチファクトを低減可能なレンダリング処理を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
実施形態によれば、医用画像処理装置は、サンプリング部、シェーディング部、及びレンダリング部を備える。サンプリング部は、複数のサンプリングパスに沿った複数のサンプリング点で、被検体の三次元領域に対応するボリューメトリックデータをサンプリングするサンプリング処理を実行し、サンプリングパス上のサンプリング点間の複数のインターバルのそれぞれに対して、前記インターバルの前面サンプリング点と背面サンプリング点とに対する輝度値及び／又はオパシティ値に基づき、前記インターバルにおけるシェーディング評価点の位置を決定する。シェーディング部は、前記決定されたシェーディング評価点でのシェーディングパラメータに対する値を決定する。レンダリング部は、前記シェーディングパラメータの決定値を使用してレンダリング処理を実行する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、年輪アーチファクトを有する、レンダリングされた医用画像である。
【図２】図２は、低減された年輪アーチファクトを有する、図２と同じデータからレンダリングされた医用画像である。
【図３】図３は、身体の表面へと入る仮想レイの概略図である。
【図４】図４は、図３の仮想レイについて、境界から第一のインタラクションまでの距離のプロットである。
【図５】図５は、図３の個別の例に対するサンプル値のプロットである。
【図６】図６は、図３の個別の例に対するサンプル値のプロットである。
【図７】図７は、グレーレベルを色値及びオパシティ値へとマッピングをする変換関数を表している。
【図８】図８は、ボリュームを通じてレイパスに沿ったサンプリングの概略表現である。
【図９】図９は、ボリュームを通じてレイパスに沿ったサンプリングの概略表現である。
【図１０】図１０は、サンプルされた輝度値のペアをオパシティ及び／又は色へとマッピングする２Ｄルックアップテーブルを表す。
【図１１】図１１は、実施形態に掛かる医用画像処理装置の概略図である。
【図１２】図１２は、実施形態の処理概要を描いているフローチャートである。
【図１３】図１３は、前面サンプルオパシティと背面サンプルオパシティとの関数として、最視認フラクションのプロットである。
【図１４】図１４は、グレーレベルに対する最大サンプル視認性のプロットである。
【図１５】図１５は、グレーレベルに対するオパシティを含むサンプル視認性のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４４】
実施形態に係る医用画像処理装置２０が、図１１に概略的に描かれている。医用画像処理装置２０は、今回の場合にはパーソナルコンピュータ（ＰＣ）又はワークステーションである計算装置２２を具備する。係る計算装置２２は、ＣＴスキャナ２４、一つ又は複数の表示スクリーン２６、そしてコンピュータキーボード、マウス、又はトラックボール等の入力デバイス又は複数のデバイス２８に接続されている。
【００４５】
ＣＴスキャナ２４は、患者の領域のボリューメトリック医用撮像データを取得するよう構成された任意のスキャナとすることができる。代わりの実施形態において、ＣＴスキャナ２４は、例えばＭＲＩスキャナ、超音波スキャナ、コーンビームＣＴスキャナ、Ｘ線スキャナ、ＰＥＴスキャナ、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography：単一陽電子放出コンピュータ断層撮影）スキャナ等、任意のその他のボリューメトリック撮像モダリティにおけるスキャナで置き換える、又は補うことができる。
【００４６】
本実施形態において、ＣＴスキャナ２４によって取得されたボリューメトリック画像データセットは、メモリ３０に格納され、その後計算装置２２に提供される。代わりの実施形態において、画像データセットは、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System：医用画像保管通信システム）の一部を形成することができる遠隔データストア（図示せず）から供給される。係るメモリ３０又は遠隔データストアは、メモリ格納の任意の適切な形式を具備することができる。
【００４７】
計算装置２２は、画像データセットを自動的に又は半自動的に処理するための処理リソースを提供し、かつ中央処理ユニット（ＣＰＵ）３２を具備する。
【００４８】
計算装置２２は、最視認点関数（most visible point function）を前計算するための前計算回路３４、複数のサンプリングレイに沿ったボリューメトリック撮像データをサンプリングするためのサンプリング回路３６、シェーディング関数を実行するためのシェーディング回路３８、及びレンダリング回路４０を含む。
【００４９】
本実施形態において、様々な回路はＣＰＵ、及び／又は、実施形態の方法を実行することが実行可能なコンピュータ読み取り可能命令を有するコンピュータプログラムの方法で計算装置２２のＧＰＵにおいてそれぞれ実行される。しかし、その他の実施形態において、各回路は、ソフトウェア、ハードウェア、又はそれらの任意の適切な組み合わせで実行することができる。幾つかの実施形態において、様々な回路は一つ又は複数のＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuits：特定用途向け集積回路）又はＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrays：フィールドプログラマブルゲートアレイ）として実施することができる。
【００５０】
計算装置２２は、ハードドライブと、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、データバス、様々なデバイスドライバを含むオペレーティングシステム、そしてグラフィックスカード等を含むハードウェアデバイス等、その他のＰＣの構成要素と、も含む。この様な構成要素は、図を見やすくするため、図１１には示されていない。
【００５１】
図１１の装置は、図１２のフローチャートに概要で描かれている様な処理を実行するよう構成されている。
【００５２】
上記で説明されたとおり、サンプリング点でのシェーディング関数の計算は、離散化が原因でアーチファクトが発生することがある。前積分法において、色は、サンプリング点の間のスパンにおいて前積分される。しかし、サンプリング点間のスパンにわたるライティングを積分することは、複雑かつ費用のかかる場合がある。
【００５３】
図１２の処理は、スパン毎のシェーディング関数の単一の評価を保持する。しかし、シェーディング関数が評価される位置（「シェーディング評価点」又は「シェーディング計算点」と呼ぶことがある）は、前面及び背面サンプリング点での輝度値に基づいて決定されている。図１２の実施形態において、シェーディング関数は、色が前積分された場合に、積分に最も寄与した、サンプリング点の間のスパンに沿った点で評価される。積分に最も寄与したサンプリング点間のスパンに沿った係る点は、「最も視認性の高い点（most visible point）」と呼ぶことができる。
【００５４】
図７のフローチャートへと戻る。フローチャートのステージ５０で、前計算回路３４は、サブ要素視認性関数を前計算する。係るサブ要素視認性関数は、インターバルの前面と背面とでのオパシティ値を当該インターバルにおける最も視認性の高い位置へと関連付ける関数であり、「オパシティ値についての最視認フラクション（most visible fraction）」と呼ぶことができる。なお、本実施形態において、サブ要素視認性関数は、インターバルの前面及び背面に対する輝度値（例えばＣＴ値）を考慮に入れない。したがって、サブ要素視認性は、プリセット使用された輝度値に依存しない。
【００５５】
サブ要素視認性関数は、変換関数に依存せず、また「前計算された統計関数」と呼ぶこともできる。
【００５６】
最視認フラクションは、０と１の間の値である。０はインターバルの前面（仮想レイによって最初に到達される点）を表し、１はインターバルの背面（仮想レイによって最後に到達される点）を表す。オパシティ値は、０％（完全に透明）から１００％（完全に不透明）のパーセンテージによって表される。
【００５７】
サブ要素視認性関数を計算するための任意の適切な方法を使用することができる。本実施形態において、サブ要素視認性関数は、下記に説明されるとおり、前計算回路３４によって計算される。その他の実施形態において、前計算回路３４は、例えば任意の適切な回路、装置、又はデータ格納から所定のサブ要素視認性関数を受信することができる。更なる実施形態において、サブ要素視認性関数が何ら使用されず、かつステージ５０を図７の処理から省略することができる。
【００５８】
本実施形態において、前計算回路３４は、前面及び背面オパシティ値の複数のペアのそれぞれに対して、個別の最視認フラクションを決定する。前計算回路３４は、前面オパシティ値を有する前面点と背面オパシティ値を有する背面点との間の、一連の中間点でオパシティ値を推定する線形オパシティモデルを使用する。その他の実施形態において、任意の適切なオパシティモデルは、中間点でのオパシティ値を決定するために使用することができる。例えば、線形、二次、三面多項式を使用することができる。
【００５９】
前計算回路３４は、インターバルにおける最も目に付く位置を決定するために、中間点に対する推定されたオパシティ値を使用する。
【００６０】
インターバルの前面点から背面点へと通過する仮想光レイについて検討する。各中間点で、レイにおけるある割合の光が、中間点のオパシティ値に従って減衰することがある。中間点のオパシティ値が高い場合には、光の大半が吸収されたと考えられる。反対に中間点のオパシティ値が低ければ、少ない割合の光が吸収されたと考えられる。
【００６１】
前面点のオパシティ値が高い場合に、前面点に近い中間点に対するオパシティ値も、線形オパシティモデルに従って、高くなる。レイからの光は、遠くインターバルへと貫通しない場合がある。したがって、最も視認可能な中間点は、前面に又は前面近くにあるということを予測することができる。
【００６２】
前面点のオパシティ値が低く、かつ背面点のオパシティ値が高い場合に、背面点に近い中間点がより高い視認性を持つだろうということを予測することができる。しかし、各中間点が後方で中間点を妨げる範囲までは、考慮に入れなければならない。
【００６３】
本実施形態において、前計算回路３４は、可能性のあるオパシティ値０％〜１００％の全範囲に対して、前面及び背面オパシティ値についての、個別の最視認フラクションを決定する。オパシティ値は、例えば１％のインクリメントを使用して離散化される。その他の実施形態において、任意の適切な離散化インクリメントを使用することができる。更なる実施形態において、最視認フラクションは、例えば非常に低い又は非常に高いオパシティ値を除外する等、オパシティ値の範囲の一部のみに対して計算することができる。幾つかの実施形態において、最視認フラクションは、アーチファクトが観察された値の範囲に対して計算されるのみである。
【００６４】
図１３は、前面オパシティ値の及び背面オパシティ値の関数としての、最視認フラクションのプロット図である。前面オパシティ値は、縦軸上に描かれており、プロット上端が０％の前面オパシティ値、かつプロット下端が１００％の前面オパシティ値という状態である。対して背面オパシティ値は、横軸上に描かれており、プロット左端が０％の背景オパシティ値、かつプロット右端が１００％の背景オパシティ値という状態である。
【００６５】
最視認フラクションは、０（前面サンプリング点が最も視認可能）から１（背面サンプリング点が最も視認可能）までのスケールで描かれている。０から１までの間の値は、前面サンプリング点と背面サンプリング点との間のフラクションを表す。例えば、最視認フラクションに対する０．５の値は、前面点及び背面点の間の中間に、最も視認性が高い点が位置するということを示す。
【００６６】
前面オパシティ値が高い場合に、最視認フラクションは常に０ということが図１３から分かり、これは、最も視認性が高い点が常に前面点にあるということを示す。図１３には、最視認フラクションが０又は０に近い広い領域７０が存在する。
【００６７】
対照的に、背面オパシティ値が高い場合に、最も視認性が高い点の位置は、前面オパシティ値に依存する。前面オパシティ値及び背面オパシティ値が共に高い場合に、最も視認性が高い点は前面点に、又は前面付近にある。背面オパシティ値が前面オパシティ値に比べてより高い場合に、最も視認性が高い点は背面点に近い（厳密なオパシティ値に依存して）場合がある。
【００６８】
グラフ上端には、最視認フラクションが１又は１に近い、領域７２が存在する。
【００６９】
最も著しいシェーディング点がインターバルの中間のどこかにある、グラフの部分７４も存在する。グラフの係る部分７４は、前面オパシティ値が２０と６０との間、かつ背面オパシティ値が３０と１００との間の特定のペアを含む。グラフの係る部分７４の存在は、インターバルの前面又は背面を単に選択することが、状況によっては最も視認性が高い点に対して良い近似とならない場合がある、ということを示す。
【００７０】
サブ要素視認性関数は、前計算回路３４によって格納される。係る関数は、例えば画像、関数、又はルックアップテーブル等、任意の適切な形式で格納することができる。幾つかの要素において、サブ要素視認性関数は、前面から背面までの急激な遷移を減らすため、又は防ぐために、フィルタされる。幾つかの実施形態において、ガウシアン２Ｄ画像フィルタは、サブ要素視認性関数をフィルタするために使用される。係る使用は、拘束を調整するために、ガウシアン２Ｄ画像フィルタのガウシアンカーネルのシグマパラメータを設定することができる。
【００７１】
図１２のステージ５２で、前計算回路３４は、プリセットと表現することもできる、変換関数を受け取る。変換関数は、色値及びオパシティ値を輝度値へとマップする。各輝度値に対して、変換関数は、輝度値と関連付けられる予定の色値及びオパシティ値を定義する。
【００７２】
ステージ５２の変換関数は、例えばユーザによって最近変えられたばかりの場合がある。変換関数を変更することで、色及び／又はオパシティの輝度値へのマップを変化させることができる。例えば異なる解剖学的特徴をハイライトするために、異なる変換関数を使用することができる。また、画質、又はアーチファクトの尤度をハイライトするために、異なる変換関数を使用してもよい。
【００７３】
本実施形態において、変換関数は、図７に示されかつ上記に説明されたとおりである。輝度値５０まではオパシティ値０％で、輝度値５０から輝度値６５まで値が増え、輝度値６５から輝度値８０まで水平で、そして輝度値８０から値が増え、輝値１００でオパシティ値１００％まで増える。輝度値５０で色は黄色であり、輝度値が増えるにつれて次第に赤へと変化している（図７には図示されておらず）。その他の実施形態において、任意の適切な関数を使用することができる。
【００７４】
ステージ５４で、前計算回路３４は、ステージ５２の変換関数を使用して前積分を実行する。前計算回路３４は、前面サンプリング点及び背面サンプリング点の間の線形モデルを推測する。線形モデルに従って、輝度値は前面サンプリング点と背面サンプリング点との間で線形に変化する。輝度値における線形変化は、インターバルにわたって色値を前積分し、インターバルに対して前積分された色値を取得するために使用される。 
本実施形態において、前積分は次の方程式を使用して実行される。
【００７５】
【数１】
2019209149.tif 000003
【００７６】
ここでＥは、前面サンプリング点と背面サンプリング点との間のインターバルに対して前積分された色であり、ｓはレイに沿った距離であり、Ｔ（ｓ）はｓでの送信であり、点から反射した光のうちのどのくらいが目／カメラに到達するかを表し、τ（ｓ）はｓでのオパシティであり、ｃｒ（ｓ）は色テーブル（変換関数）からの色である。本実施形態において、１つの光がイルミネーション用に使用される。その他の実施形態において、多重の光を使用することがある。
【００７７】
その他の実施形態において、任意の適切な積分法を使用して前積分を実行することができる。例えば、Nelson Max and Min Chen, Local and Global Illumination in the Volume Rendering Integral, Scientific Visualization: Advanced Concepts; Editor: Hans Hagen; pp 259-274で説明される積分法である。
【００７８】
上記で説明されたとおり、インターバルの異なる部分は、インターバルの色に対して異なる寄与を有することがある。前面サンプリング点がかなり不透明である場合に、色はインターバルの前面で領域によって殆ど決定することができる。片や前面サンプリング点がより透明である場合に、インターバルの背面は、係るインターバルの全体的な色に対してより多く寄与することがある。
【００７９】
前計算回路３４は、上記で説明された様なサンプリング点のペアに対する前積分された色値を格納する。本実施形態において、係る前積分された色値は、変換関数として格納される（例えば、上記で説明された様な図１０の二次元輝度プロット１２と同じことがある）。変換関数は、例えば画像、関数、又はルックアップテーブル等、任意の適切な形式で格納することができる。
【００８０】
本実施形態において、サンプリング点輝度値の各ペアに対する色の前積分と共に、前計算回路３４は、サンプリング点輝度値のペアに対する最視認点関数も計算する。
【００８１】
最視認点関数は、インターバルの前面及び背面での輝度値（例えば、ＣＴ値）を、係るインターバルにおける最も視認性が高い位置へと関連付ける関数であり、「輝度値についての最視認フラクション」と呼ぶことができる。ステージ５０に関連して説明されたサブ要素視認性関数は、ステージ５４の最視認点関数がオパシティ値と同様に輝度値を考慮に入れる、という点において異なる。最視認点関数は、「最視認点マップ（most visible point map）」とも呼ぶことができる。
【００８２】
本実施形態において、前計算回路３４による最視認点関数の計算は、ステージ５２の変換関数及びステージ５０のサブ要素視認性関数に基づく。その他の実施形態において、最視認点関数の計算は、変換関数にのみ基づくことがある。更なる実施形態において、最視認点関数を決定するために、任意の適切な方法を使用することができる。
【００８３】
本実施形態において、最視認点関数は、下記に説明される様に、前計算回路３４によって計算される。その他の実施形態において、前計算回路３４は、例えば任意の適切な回路、装置、又はデータ格納から、所定の最も目に付く点関数を受信することができる。
【００８４】
前計算回路３４は、前面及び背面輝度値の複数のペアのそれぞれに対する、個別の最視認フラクションを決定する。係る最視認フラクションは、０と１との間の値であり、０はインターバルの前面を表し、そして１はその背面を表す。輝度値は、任意の適切なスケールに関して表される。例えば、本実施形態において、輝度値は０から１２０の範囲におけるＣＴ値である。
【００８５】
前計算回路３４は、インターバルの前面及びインターバルの背面との間の中間点に対する輝度値を推定する。本実施形態では、インターバルの前面及びインターバルの背面との間の中間点を「サブサンプリング点」と呼ぶことにする。
【００８６】
前計算回路３４は、前面輝度値を有する前面点と背面輝度値を有する背面点との間の一連のサブサンプリング点で輝度値を推定するために、線形モデルを使用する。線形モデルは、上記で説明された色の前積分において使用されたものと同じ線形モデルとすることができる。その他の実施形態において、サブサンプリング点で輝度値を決定するために、任意の適切なモデルを使用することができる。例えば、線形、二次式、又は三次多項式を使用することができる。
【００８７】
前計算回路３４は、その後サブサンプリング点での推定された輝度値に基づいて、個別のオパシティ値を、サブサンプリング点のそれぞれへとマップするために、ステージ５２の変換関数を使用する。サンプリング点輝度値の幾つかのペアに対して、オパシティ値は、サンプリング点間のインターバルにわたり非線形な方法で変化する場合がある。それは、サブサンプリング点のオパシティ値が、サブサンプリング点での輝度値に及び変換関数に、依存するからである。状況次第で、変換関数は、近傍する輝度値間のオパシティ値における急激な遷移を有する場合がある。
【００８８】
前計算回路３４は、前面点及び背面点の間の最も視認性が高い点を計算する。
【００８９】
本実施形態において、前計算回路３４は、０から１２０までの輝度値の完全な範囲に対する、前面及び背面輝度値について個別の最視認フラクションを決定する。輝度値は、例えば１のインクリメントを使用して離散化される。その他の実施形態において、任意の適切な離散化インクリメントを使用することができる。更なる実施形態において、最視認フラクションは、例えば両方の輝度値が５０を下回る輝度値のペアを省いて（したがって、この変換関数を以て、完全に透明になるであろう）、輝度値の範囲の一部のみに対して計算することがある。幾つかの実施形態において、最視認フラクションは、アーチファクトが観察された値の範囲に対してのみ計算される。
【００９０】
図１４及び１５は、前面輝度値が０であり背面輝度値が１２０であるインターバルに対する、最視認フラクションの計算例を表している。図１４及び１５は、５０を下回るサンプルは透明で、５０から１００のサンプルは部分的に透明、また１００を上回るサンプルは不透明である、図７の変換関数を使用する。
【００９１】
前計算回路３４は、線形モデルに基づいた、インターバルの前面点及びインターバルの背面点間のサブサンプリング点に対する輝度値を推定する。輝度値は、インターバルにわたり０から１２０まで線形に変化する。
【００９２】
図１４は、前面点及び背面点の間のインターバルを通過するにつれて、仮想光レイから光がどの様に吸収されるかを示すグラフである。ｙ軸上に描かれた量は、最大サンプル視認性であり、「不透明にされていない視認性」又は「ピクセル寄与」と呼ぶこともできる。ピクセル寄与は、どの位の光が仮想光レイに残っているかを示す。ピクセル寄与の量は、仮想光レイからの光が吸収されるにつれて下降する。ｘ軸は、前面点から背面点までのインターバルを通した距離を示す。ｘ軸上のスケールは、ｘ＝０が前面点かつｘ＝１２０が背面点の状態の、グレー値（輝度値）として表される。
【００９３】
プロット図の左側で、ピクセル寄与１００％が残っている。これは、輝度値を伴うサブサンプリング点が変換関数に従って完全に透明であるから、輝度値が５０を下回る間は同じ状態のままである。仮想レイがインターバルへと更に前進するにつれて、画像レベルは増加し、かつ、サブサンプリング点は部分的に透明になる。ピクセル寄与は、サブサンプリング点が部分的に透明である輝度値の範囲にわたり下降し、かつ、サブサンプリング点が完全に不透明になる輝度値１００では０になる。
【００９４】
図１５は、インターバルにおけるグレーレベル単位での距離に対する、オパシティを含むサンプル視認性のプロットである。図１５は、図７の変換関数と図１４のピクセル寄与プロットとの積（product）であると考えることができる。
【００９５】
インターバルにわたる積分に対するインターバルにおける任意のサンプリング点の寄与は、変換関数（サブサンプリング点での輝度値を、色及びオパシティへとマップする）によって、また及び、レイがサブサンプリング点に到達した時点でピクセル寄与がどの位残っているかによって、決定される。
【００９６】
５０を下回る輝度値で、サブサンプリング点は透明であり、かつピクセル寄与は、上記で説明した様に１００％で留まっている。５０の直ぐ上の輝度値の領域において、変換関数におけるオパシティ値はかなり低く、したがって視認性もかなり低いままである。輝度値が５０から７５まで増加するにつれて、視認性はオパシティが増加すると共に増加する。しかし、一旦輝度値が７５に増加したら、オパシティ値はやはり増加しているが、ピクセル寄与は５０から７５までの領域における吸収が原因で減少する（図１４に示すとおり）。残りのピクセル寄与における下落は、変換関数、視認性が下降することが原因で、オパシティにおける増加に勝ると考えることができる。
【００９７】
０から１２０までのインターバルの場合において、このプリセットに対して、最も最も視認性が高い点は７５である。したがって、最視認フラクションは、７５／１２０である。
【００９８】
本実施形態において、ステージ５０で前計算されたサブ要素視認性関数は、変換関数を使用して取得された最視認点関数の計算を改良リファインするために使用される。その他の実施形態において、最視認点関数の計算のその様な改良リファインは、何ら実行されることはない。
【００９９】
前計算回路３４は、サブサンプリング点の間のサブインターバルのそれぞれを検討する。前計算回路３４は、サブインターバルのうちのどれが最も高い視認性を有するのかを決定する（前積分に対する最も高い寄与を作る）。
【０１００】
前計算回路３４は、その後サブ要素視認性関数をサブインターバルへと適用することにより、サブインターバルにおける最も視認性が高い点を決定する。前計算回路３４は、サブインターバルの前面での前面サブサンプリング点と、サブインターバルの背面での背面サンプリング点とを検討する。前計算回路３４は、格納された最視認フラクションを使用して、サブインターバルにおける最も視認性が高い点を決定するために、サブ要素視認性関数を使用する。
【０１０１】
図１４及び１５の例において、最視認サブインターバル（most visible sub-interval）は、輝度値が７４及び７５の間のサブインターバルとすることができる。前計算回路３４は、変換関数を使用してそれぞれの輝度値のオパシティをルックアップし、そのそれぞれがオパシティ３０％を有すると決定する。図１３のサブ要素視認性関数を使用し、前計算回路３４は、最も視認性が高い点がサブインターバルの前面である、と決定する 。
【０１０２】
例示における最も視認性が高い点はサブインターバルの前面であるが、サブ要素視認性関数を参照に上記で説明された様に、いつもそのとおりにはなるとは限らない。つまり状況次第で、最も視認性が高い点は、サブインターバルの背面により近いこともある。
【０１０３】
前計算回路３４は、最視認サブインターバルを決定し、かつ係るサブインターバルにおける最も視認性が高い点の位置を改良リファインすることにより、前面の及び背面の輝度値の各ペアに対する最も視認性が高い点を決定する。その他の実施形態において、位置の改良リファインが省略される。
【０１０４】
前計算回路３４は、最も視認性が高い点を前面の及び背面の輝度値に関連付ける、最視認点関数を格納する。前計算回路３４は、例えば画像、関数、又はルックアップテーブル等、任意の適切な形式で最視認点関数を格納することができる。
【０１０５】
前積分処理、及び最視認点関数の計算は、分かりやすくするために別箇の処理として上記では説明されたが、実際に最視認点関数の計算の少なくとも一部は、前積分処理と共に実行することができる。前積分処理の一部として実行された計算は、最視認点関数の計算において使用することもできる。最視認サブインターバルは、前積分（integration）処理の積分（integral）に対し最も寄与するサブインターバルとすることができる。
【０１０６】
ステージ５６で、レンダリング回路４０は、前積分された変換関数と、ステージ５４で計算された最視認点関数とを前計算回路３４から受信する。その他の実施形態において、レンダリング回路４０は、任意の適切な回路、装置、又はデータストアから、前積分された変換関数及び最視認点関数を受信することができる。
【０１０７】
レンダリング回路４０は、ＣＴスキャナ２４によって収集されたボリューメトリック医用撮像データのセットを、メモリ３０から受信する。係るボリューメトリック医用撮像データセットは、例えば患者等、被検体の解剖学的領域を表す。その他の実施形態において、ボリューメトリック撮像データセットは、任意の適切なモダリティ又は複数のモダリティのデータを含むことができる。
【０１０８】
レンダリング回路４０は、サンプリング回路３６及びシェーディング回路３８を使用して、ボリューメトリック医用撮像データセットから画像をレンダリングする。係るレンダリングは、サンプリングインターバルにおいて最も視認性が高い点でシェーディング関数の評価を具備するシェーディング処理を具備する。
【０１０９】
ステージ５６は、下記に順に説明されるサブステージ５８、６０、６２、６４、６６を具備する。
【０１１０】
サブステージ５８で、サンプリング回路３６は、複数の仮想レイをボリューメトリック医用撮像データセットのボリュームへと投げ掛ける。各仮想レイは、複数のサンプルスパンを具備し、ここでサンプルスパンは二つの隣り合うサンプリング点の間である。 
各レイの各サンプルスパンに対して、サンプリング回路３６は、スパンの開始（前面サンプリング点）で第一のサンプリング点に対する輝度値と、スパンの終了（背面サンプリング点）で第二のサンプリング点に対する輝度値と、を取得する。例えば、サンプリング回路３６は、近傍するボクセルから輝度値を補間することで、サンプリング点のそれぞれに対する輝度値を取得することができる。
【０１１１】
サブステージ６０から６６までは、その後各レイの各サンプルスパンに対して実行される。
【０１１２】
サブステージ６０で、サンプリング回路３６は、前面サンプリング点に対する輝度値と、背面サンプリング点に対する輝度値と、に対する前積分された積分をルックアップする。前積分された積分は、ステージ５４で決定されたとおりである。前積分された積分は、サンプルスパンに対する色値を返す。
【０１１３】
サブステージ６２で、サンプリング回路３６は、サブステージ６０の前積分された積分が零かどうかを尋ねる。前積分された積分が零の場合に、処理は次のスパンに対するサブステージ５８へと戻る。前積分された積分が零で無ければ、処理はサブステージ６４へと進む。
【０１１４】
サブステージ６４で、サンプリング回路３６は、サンプルスパンに対する最も視認性が高い点をルックアップする。サンプリング回路３６は、ステージ５４で計算された最視認点関数に関して、最も視認性が高い点をルックアップする。サンプリング回路３６は、スパンの前面サンプリング点に対する輝度値と、スパンの背面サンプリング点に対する輝度値と、を具備する輝度値のペアに対する最も視認性が高い点をルックアップする。
【０１１５】
最視認点関数は、０（前面サンプル）と１（背面サンプル）との間のフラクションを返す。サンプリング回路３６は、係るフラクションを使用してサンプルスパンにおける点を決定する。決定された点の位置は、「最も視認性が高い位置」又は「シェーディング計算位置」と呼ぶことができる。
【０１１６】
サブステージ６６で、シェーディング回路３８は、シェーディング計算位置でシェーディングパラメータに対する値を計算する。
【０１１７】
本実施形態において、シェーディングパラメータ値の計算は、シェーディング計算位置を囲む勾配領域における勾配を計算することを具備する。勾配領域は、勾配位置の周りに中心が置かれた４ボクセル×４ボクセル×４ボクセルの立方体であるが、その他の実施形態では、勾配領域の任意のその他の適切なサイズ又は形状を使用することができる。例えば、幾つかの実施形態では、勾配領域は、全体的な画像ボリュームになるまで、２ボクセル×２ボクセル×２ボクセルから任意のサイズとすることができる。勾配値は、勾配領域のボクセルの輝度値を処理することで、サンプル点に対して決定される。勾配値は、勾配領域における輝度値の三次元における変化の割合を示す。明確に定義された表面プリセットが勾配領域に存在する場合、勾配値は、例えば表面の険しさそして方位を示す。
【０１１８】
シェーディング回路３８は、勾配に基づいたシェーディングパラメータに対する値を計算する。シェーディングパラメータに対する値は、シェーディングパラメータに対する高い値が暗いピクセルという結果になる様に、グレースケール値を有することができる。
【０１１９】
シェーディング回路３８は、サンプルスパンに対するシェーディング値をサンプルスパンに対する色値と組み合わせる。サンプルスパンに沿った一つの点のみで評価されたシェーディング値は、全体的な積分スパンの前積分により生み出された値へと適用される。シェーディングは、乱反射に対する一つのモジュレーションと、反射要素（specular component）に対する一つの付加とを含む。
【０１２０】
サブステージ５８から６６までは、各レイの各サンプルスパンに対して繰り返される。各レイのサンプルスパンに対する色及びオパシティは、各レイに対するピクセル色値を取得するために、標準的なレイキャスティング手順に従って、蓄積される。
【０１２１】
レンダリング回路４０は、サブステージ６０で取得された前積分した積分及びサブステージ６６で取得されたシェーディング値を使用して、ボリューメトリック撮像データセットからレンダリングされた画像を出力する。
【０１２２】
図１２の方法を使用して取得された画像は、例えば、シェーディングが固定されたグリッド点で計算された方法と比較した場合に、改善された画質を有することができる。アーチファクトが低減している場合がある。
【０１２３】
状況次第で、隣り合うピクセル（隣り合うレイ）にわたりサンプルされた表面の整合性に問題が存在する場合がある。スパンにおける積分は、サンプルを表すのが、もはや単一の点ではないということを意味する場合がある。スパンにわたり二重積分を形成しかつライティングを積分することは、複雑かつ費用が掛かる場合がある。
【０１２４】
スパンにおいてシェーディング評価点の位置を決定することは、状況によっては適所で計算するのに費用が掛かる場合がある。しかし、上記で説明された様に、シェーディング評価点の位置の決定は、前計算することができる。例えば、最も視認性が高い点は、前積分された変換関数の生成の間に前計算することができる。
【０１２５】
シェーディング計算位置は、その後前計算された関数を使用して、ルックアップすることができる（例えば、上記に説明された最視認点関数）。
【０１２６】
画質の問題は、前計算が可能かつ、レンダリングアルゴリズムの複雑性又はパフォーマンスに対する影響が小さい又は影響がない方法で、解決することができる。
【０１２７】
図１２の方法は、従来的なシェーディング及び／又はグローバルイルミネーションに対して適切なことがあるスムーズなマニホールドを作ることができる。
【０１２８】
方法を完全に連続的なものにするために、線形オパシティモデルは、ステージ５０から５４を参照して上記に説明された様な、変換関数要素間に加えられてもよい。オパシティのみに依存する関数（例えば、サブ要素視認性関数）は、シェーディング計算に対する位置を改善するために使用することができる。例えば、サブ要素視認性関数は、前面サンプリング点の及び背面サンプリング点の色値の間に１の違いしか存在しないサブインターバルに対して、使用することができる。
【０１２９】
線形オパシティモデルの使用により、例えば、ｘのグレーレベルのオパシティ値及びｘ＋１又はｘ−１のグレーレベルでのオパシティ値が大きく異なる等、急激に変動する変換関数に対してであっても、シェーディングを改善することができる。線形オパシティモデルは、例えば図１３に示された様に、離散化したオパシティ値（ａ０，ａ１）のペアの関数として、最も視認性が高い点の表を前計算することで使用することができる。図１３は、変換関数サンプル間における点をマップする前計算された静的な関数を示す。
【０１３０】
状況によって、シェーディング位置計算を改善するための線形オパシティモデルの使用により、いつも要求されるとは限らないかもしれない点に対する精度を上げることがある。幾つかの実施形態において、線形オパシティモデルが使用されないものがある。図１２のステージ５０が省略される。ステージ５４で、最視認点関数は、変換関数に基づいて計算され、かつサブ要素視認性関数を用いてはリファインされない。
【０１３１】
更なる実施形態において、シェーディング計算位置は、前面サンプルオパシティ及び背面サンプルオパシティにのみ依存する関数を使用して決定される。例えば、一実施形態において、サンプリング回路３６は、前面サンプリング点に対する輝度値に基づいた前面サンプリング点に対するオパシティ値を取得し、かつ背面サンプリング点に対する輝度値に基づいた背面サンプリング点に対するオパシティ値を取得するために、変換関数を使用する。サンプリング回路３６は、その後スパンにおけるシェーディング計算位置を決定するために、図１３のサブ要素視認性関数を使用する。状況によって、前面サンプルオパシティ値及び背面サンプルオパシティ値に基づいたシェーディング計算位置のための方法は、例えば、サブサンプリング点に対する線形輝度モデルを使用し、その後サブインターバルに対するオパシティを使用する方法に比べて、精度が落ちることがある。しかし、状況次第で、シェーディング計算位置がオパシティにのみ基づくことにより、許容可能な画質を提供することができる。
【０１３２】
図１２を参考に上記で述べられた実施形態において、サブ要素視認性関数は、各サンプリング点に対して可能性のあるオパシティ（０％〜１００％）の完全な範囲に対して計算され、かつ最視認点関数は、各サンプリング点に対して可能性のあるグレーレベル（例えば、０〜１２０）の完全な範囲に対して計算される。
【０１３３】
その他の実施形態において、変換関数におけるグレーレベル範囲の疎なセットのみが、一つ又は複数の部分的な最視認点関数によってカバーされる。例えば、アーチファクトが特定のグレーレベル範囲において発生する傾向にあることが知られている場合がある。状況次第で、最視認点関数は、アーチファクト発生が発見されたグレーレベルに対してのみ、計算することができる。変換関数が大きな部分に対して透明である場合に、前計算回路３４は、最視認点関数の部分の計算（計算するのに時間が掛かり、また格納するのにメモリに負担が掛かることがある）を回避することもある。
【０１３４】
幾つかの実施形態において、シェーディングは、輝度範囲及び／又はオパシティ範囲のうちの一部に対して最も視認性が高い点で計算される。輝度範囲及び／又はオパシティ範囲のうちの別の部分に対して、シェーディングはサンプリング点、例えば任意の最も視認性が高い点が計算されることなく、計算される。
【０１３５】
幾つかの実施形態において、最も視認性が高い点を決定するための異なる方法が、輝度範囲及び／又はオパシティ範囲の異なる部分に対して使用される。例えば、範囲の一部分において、最も視認性が高い点は、唯一オパシティに基づくことがある。範囲の別の部分において、最も視認性が高い点は、輝度値に基づくことがある。幾つかの実施形態において、カバーすべき範囲の部分は、静的なサブ要素視認性マップが範囲の各部分に対してどの程度上手く使用できるのかを推定することにより、決定される。
【０１３６】
幾つかの実施形態において、エラーメトリックは、どのシェーディング評価方法を使用すべきか、例えば、最視認点関数及び／又はサブ要素視認性関数を使用すべきかを決定するために使用される。例えば、エラーメトリックは、所定のシェーディング評価法と、上記に説明された様なサブ要素視認性関数により改良された最視認点関数を使用するフルシェーディング評価法とを比較することができる。エラーメトリックは、フルな方法が何を予測するであろうかという距離に基づくことがある。その他の実施形態において、エラーメトリックは、ピクセル値、所定のボクセルデータに関する影響に基づくことがある。
【０１３７】
上述の実施形態において、視認性関数は、前計算される。シェーディング評価点は、視認性関数を表す前計算された関数（例えば、画像又はルックアップテーブル）をルックアップすることで、取得される。その他の実施形態において、前計算のうちの幾つか又は全てを省略することがある。シェーディング評価点は、例えば線形輝度モデル又は線形オパシティモデルを所定のスパンに適用することにより、必要に応じ計算することができる。
【０１３８】
特定の実施形態は、前積分を使用するＳＶＲ又はグローバルイルミネーション法と、特定のボリューメトリック点を必要とするシェーディング関数と、シェーディング関数を評価するために、前積分された積分において最も視認性が高いサブサンプル点が、前計算され、かつレイセグメントに沿った箇所を決定するためにレンダリング法において使用されること、を具備する医用撮像法を提供する。
【０１３９】
最視認フラクションに対するサブ要素精度は、前面／背面積分セグメントオパシティの関数として、最も視認性が高いサブ要素点を前計算することで、達成することができる。サンプル点間のグレー値は、線形、二次、又は三次多項式を使用して推定することができる。前計算されたサブ要素視認性関数は、前面から背面までの急激な遷移を防ぐために、フィルタリングすることができる。変換関数範囲の疎なセットだけが、部分的に最視認点マップのセットによってカバーすることができる。カバーすべき範囲は、静的マップがどの程度上手く全体的な範囲に対して使用することができるかを推定することにより、決定することができる。
【０１４０】
本明細書では、特定の回路について説明してきた。代わりの実施形態では、これらの回路のうち一つ又は複数の機能は単一の処理リソース又はその他の構成要素によって提供可能であり、或いは、単一の回路によって提供される機能は、組み合わされた二つ以上の処理リソース又はその他の構成要素によって提供可能である。単一の回路への言及は、その回路の機能を提供する複数の構成要素が互いに遠隔であるかどうかに関わらず、その様な構成要素を包含し、複数の回路への言及は、それらの回路の機能を提供する単一の構成要素を包含する。
【０１４１】
特定の実施形態について説明してきたが、これらの実施形態は、例として提示したに過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。実際、本明細書で説明する新規な方法及びシステムは様々なその他の形態で実施することができる。その上、本明細書で説明する方法及びシステムの形態における様々な省略、置き換え、及び変更は、本発明の趣旨から逸脱することなく行うことができる。添付の特許請求の範囲及びその等価物は、本発明の範囲に含まれるこの様な形態又は変形形態を包含することを意図するものである。
【符号の説明】
【０１４２】
２０…医用画像処理装置
２２…計算装置
２４…ＣＴスキャナ
２６…表示スクリーン
２８…デバイス
３０…メモリ
３２…ＣＰＵ
３４…前計算回路
３６…サンプリング回路
３８…シェーディング回路
４０…レンダリング回路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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