(57)【要約】【課題】レンダリング処理において、年輪アーチファクトを低減しかつ色相の正確性を向上可能な医用画像処理装置の提供。【解決手段】本実施形態に係る医用画像処理装置５０は、所定の方向に沿った複数のサンプル点各々に対応するボクセル値に基づいて、前記サンプル点のうち隣接する２つのサンプル点の間における不透明領域の境界を特定する境界特定部と、前記境界を含む前記２つのサンプル点の間における複数のボクセル値に対する不透明度の関係に基づいて、前記境界における不透明度を決定する不透明度決定部と、前記不透明領域に非包含な前記サンプル点各々に対応する前記ボクセル値と、前記境界における不透明度と、前記所定の方向に沿った前記ボクセル値に対する不透明度の第１対応表とを用いて、ボリュームデータに対してレンダリング処理を実行するレンダリング処理部と、を具備する。【選択図】図１０
2015020064.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の方向に沿った複数のサンプル点各々に対応するボクセル値に基づいて、前記サンプル点のうち隣接する２つのサンプル点の間における不透明領域の境界を特定する境界特定部と、
前記境界を含む前記２つのサンプル点の間における複数のボクセル値に対する不透明度の関係に基づいて、前記境界における不透明度を決定する不透明度決定部と、
前記不透明領域に非包含な前記サンプル点各々に対応する前記ボクセル値と、前記境界における不透明度と、前記所定の方向に沿った前記ボクセル値に対する不透明度の第１対応表とを用いて、ボリュームデータに対してレンダリング処理を実行するレンダリング処理部と、
を具備する医用画像処理装置。
【請求項２】
前記境界を含む前記２つのサンプル点の間における複数のボクセル値に対する色相の関係に基づいて、前記境界における色相を決定する色相決定部をさらに具備し、
前記レンダリング処理部は、
前記不透明領域に非包含な前記サンプル点各々に対応する前記ボクセル値と、前記境界における色相と、前記所定の方向に沿った前記ボクセル値に対する色相の第２対応表とをさらに用いて、前記レンダリング処理を実行する請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項３】
前記サンプル点各々に関する所定領域における複数のボクセル値に基づいて、前記サンプル点にそれぞれ対応する複数の勾配値を決定する勾配決定部をさらに具備し、
前記レンダリング処理部は、
前記サンプル点にそれぞれ対応づけられた前記勾配値をさらに用いて、前記レンダリング処理を実行する請求項１または２に記載の医用画像処理装置。
【請求項４】
前記第１対応表と前記第２対応表と前記ボリュームデータとを記憶する記憶部をさらに具備する請求項２に記載の医用画像処理装置。
【請求項５】
前記第１対応表は、前記方向に沿った前記ボクセル値に対する前記不透明度の関係に基づいて予め決定され、
前記第２対応表は、前記方向に沿った前記ボクセル値に対する前記色相の関係に基づいて予め決定される請求項２に記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
前記境界特定部は、
前記ボクセル値に対する前記不透明度の関係において、前記方向に沿って前記サンプル点各々まで前記不透明度を累積した累積不透明度と所定の閾値とを比較することにより、前記境界を特定する請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記勾配決定部は、
前記方向に沿って前記サンプル点各々まで前記不透明度を累積した累積不透明度と前記サンプル点の位置と前記サンプル点の間の間隔と所定の閾値とに基づいて、前記サンプル点にそれぞれ対応づけられた前記所定領域の位置を決定する請求項３に記載の医用画像処理装置。
【請求項８】
前記ボクセル値は、色値、グレースケール値、輝度値のうち少なくとも一つを有する請求項１乃至７のうちいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項９】
前記ボリュームデータは、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、超音波診断装置、Ｘ線診断装置のうち少なくとも一つにより発生されたデータである請求項１乃至８のうちいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項１０】
前記境界特定部は、前記方向において特定された前記境界を、前記方向に沿って配列する前記サンプル点の終点として特定する請求項１乃至９のうちいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項１１】
前記レンダリング処理部は、前記サンプル点各々および前記終点における不透明度を合成することにより、前記レンダリング処理を実行する請求項１０に記載の医用画像処理装置。
【請求項１２】
前記レンダリング処理により発生されたレンダリング画像を表示する表示部をさらに具備する請求項１乃至１１のうちいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項１３】
所定の方向に沿った複数のサンプル点各々に対応するボクセル値に基づいて、前記サンプル点のうち隣接する２つのサンプル点の間における不透明領域の境界を特定し、
前記境界を含む前記２つのサンプル点の間における複数のボクセル値に対する不透明度の関係に基づいて、前記境界における不透明度を決定し、
前記不透明領域に非包含な前記サンプル点各々に対応する前記ボクセル値と、前記境界における不透明度と、前記所定の方向に沿った前記ボクセル値に対する不透明度の第１対応表とを用いて、ボリュームデータに対してレンダリング処理を実行する医用画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば、ボリュームデータをレンダリングすることに関する医用画像処理装置および医用画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な撮影方式のうち任意のもの、例えばＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）、超音波、およびＸ線を使用して三次元医用撮影データ（以下、ボリュームデータと呼ぶ）を作成することができるボリューム医用撮影技術は、現在、撮影または診断目的で広く使用されている。
【０００３】
ボリュームデータは複数のボクセルの三次元配列を備えてもよい。複数のボクセル各々は三次元空間内における特定の位置を表す。複数のボクセル各々は１つまたは複数のデータ値を有する。例えば、ＣＴデータの場合、複数のボクセル各々は、ボクセルによって表される位置で提供された印加Ｘ線曝射の減衰を、例えば、その位置に存在する患者の解剖学的構造の部分の減衰を表す強度値を備えてもよい。
【０００４】
患者または他の物体の所望の表現を表示するためにボリュームデータを処理するために使用される多種多様なレンダリング技術が知られている。例えば、ボリュームデータは、ボリュームデータの二次元投影を表示するようにレンダリングされてもよい。二次元投影は、所望のテクスチャまたはシェーディング効果を含んでもよく、観察者に対して表面が三次元である印象を提供してもよい。
【０００５】
一般に使用されているボリュームレンダリング技術は、変換関数を使用して、不透明度値および色値（通常、赤、緑、および青の色値によって表される）に対して一連のサンプリングしたボクセル値それぞれをマッピングする。レイキャスティングおよび類似の技術では、２Ｄ投影の各ピクセル（画素）に対して、二次元仮想画像面上の対応する点を通して、かつボリュームデータによって表される体積を通して、観察者の視点から仮想光線が投射される。
【０００６】
完全なボリュームレンダリング積分は、実時間で正確に評価するためには複雑な場合がある。そのため、図１に概略的に示されるように、ボリュームを通して投射される光線に沿って離散的なステップでｃ（ｓ）（サンプルの色）をサンプリングする単純な数値的アプローチに戻ることが知られている。ボリュームを通る光線経路に沿った一連の（通常は、均等に間隔を空けた）サンプル点に対して、サンプル抽出点に不透明度値および色値を割り当てるために、変換関数を使用することができる。次に、サンプル抽出点の色値および不透明度値を光線経路に沿って順に組み合わせて、そのピクセルに対する単一の色値を作成するプロセスが行われる。
【０００７】
例えば、第１のサンプル抽出点に対して測定された強度値に基づいて変換関数によって決定される不透明度が高い場合、仮想光線は事実上、不透明度が高い第１のサンプル抽出点を越えてボリュームを貫通しないため、対応するピクセルの色は完全に、またはほぼ完全に、第１のサンプル抽出点の色値によって決定されるべきである。一連のサンプル抽出点の第１の点の不透明度値が比較的低い場合、それに対応するピクセルの色は、蓄積された不透明度が十分に高い値に達する点までは、一連のサンプル抽出点の色値の組み合わせから決定されるべきである。
【０００８】
図１に示される単純なサンプリングのアプローチは、変換関数およびサンプリングしたデータにおける変動性の影響を受けやすい。代替の既知のアプローチは、変換関数と、レンダリング器が受け取るデータサンプルとにおける変動性をいくらか説明するプレインテグレーションアプローチを使用する。プレインテグレーションは、図２Ａおよび２Ｂに概略的に示されるように、２Ｄルックアップテーブル（前部サンプル（スライス）、後部サンプル（スライス））に格納されている計算の結果と共に、サンプル間隔に対して予め計算された色を使用することを伴う。強度値およびサンプル間隔の考えられる対それぞれに対応する不透明度値および色値は、変換関数を使用して予め計算され、２Ｄルックアップテーブルに格納される。
【０００９】
図２Ａおよび２Ｂで前部スライス（Ｓｆ）および後部スライス（Ｓｂ）として示される光線経路に沿ったサンプルの連続的な対それぞれに対して、レンダリング器は、サンプリングした強度値の対およびサンプル間隔に対応する予め計算された色値および不透明度値を２Ｄルックアップテーブルから検索する。
【００１０】
図２Ａは、赤色１０、緑色１２、青色１４、および不透明度１６のチャンネルを有する変換関数の表現である。特定のサンプル抽出点ＳｆおよびＳｂの強度は、破線によって図２Ａに示されている。ＳｆおよびＳｂそれぞれに対して色および不透明度を別個に計算し、次に結果としてもたらされるインテグレーションプロセスに含めるのではなく、プレインテグレーションアプローチでは、サンプル抽出点ＳｆおよびＳｂにおける値の対に対する不透明度値および色値は、２Ｄルックアップテーブルから直接読み出される。２Ｄルックアップテーブルは、２Ｄ強度プロットとして、図２Ｂに図式的に表現されている。事実上、アプローチは、サンプリングした強度値の各対に対して、強度はサンプル抽出点の間の間隔内で線形的に（または他の何らかの指定された形式で）変動することを推定する。したがって、サンプリングした強度値の特定の対に対して２Ｄルックアップテーブルに格納された値は、２つのサンプリングした強度値の間の強度範囲に対して、変換関数の平均化した不透明度値および色値を表すものと考えられる。
【００１１】
２Ｄプレインテグレーションを使用することによって、図１のサンプリングアプローチによって提供される推定値（図３Ａにも示される）を、図３Ｂに概略的に示されるような、より平滑な推定値に変化させることができる。しかしながら、ノイズがあるデータは依然として不正確さの原因であり得る。事実上、各ブロックはここで、（２つのサンプル間の）変換関数の予め計算した積分に置き換えられる。この計算は、ボリュームデータ、視角、および他の全てのレンダリングパラメータとは無関係に、サンプリング率および変換関数のみを前提とする。２Ｄプレインテグレーションアプローチは、事実上、各ピクセルに対するスライス毎のレンダリングプロセスではなく、スラブ毎のレンダリングプロセスを提供する。したがって、変換関数およびサンプル抽出されたデータにおける変動性を相殺する平滑化を提供することができる。
【００１２】
例えば図１を参照して記載されるように、単純な数値的サンプリングアプローチは、単純な数値的アプローチに関する離散化のために特定範囲ではサンプリングされない薄い皮膚層に由来する図４Ａに示される年輪状アーチファクトなどのアーチファクトをもたらす可能性がある。一方、２Ｄプレインテグレーションアプローチは、図４Ｂに示されるように、皮膚の詳細をより正確に捕える。
【００１３】
２Ｄプレインテグレーションアプローチの１つの限界は、精密な２Ｄプレインテグレーションがメモリを消費しすぎる恐れがあることである。例えば、１６ビットの無符号整数の範囲に対して、浮動小数点ＲＧＢＡ表現には１２８ビット×６５５３６２＝６４ギガバイトかかる。組み合わせる前であっても、メモリに関するその要件と、何らかのセグメント化と関連付けられる処理上の要件（オブジェクト１つ当たり１つの変換関数を要することがある）は、通常、容認できない負担を意味する。
【００１４】
２Ｄプレインテグレーションアプローチの計算時間も長くなる。積分の性質は、べき関数（ｘｙ）など、多くの計算速度が遅い手順を伴う。この計算はまた、サンプリング率が変わるたびにやり直さなければならず、通常これは、アプリケーション開発者の管理に委ねられる。
【００１５】
医療従事者が使用するための医用撮影アプリケーションなどの多くの実用目的のため、速度およびメモリの要件は重要な因子である。医師、放射線技師、看護師、およびレントゲン技師などの医療従事者は、レンダリング画像が作成されるまでに長時間待たされることを予期しておらず、実際には、デスクトップ端末で利用可能な処理資源を使用して、かかるレンダリングがほぼ瞬間的に作成されると期待していることがある。さらに、医療従事者は、一般に、変換関数の変更に結び付くレンダリングパラメータの変更を行うことを望み、または、画像を見ながらレンダリングパラメータを誘導することを望む。また、医療従事者は、通常、かかる変更後に新しいレンダリングが作成されるまでに、任意の有意な時間の間待たされることを予期していない。
【００１６】
メモリおよび処理の負担を低減しながら２Ｄプレインテグレーションアプローチの機能性に近似するように、１Ｄルックアップテーブルに基づいて、１Ｄプレインテグレーションアプローチを採用することが提案されてきた。かかる１Ｄアプローチの一例は、Ｈ．Ｋｙｅらの「Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｒｅ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｄａｔａ」（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ，７０（２００８），１２５〜１３２）に記載されている。
【００１７】
Ｈ．Ｋｙｅらのものなどの１Ｄプレインテグレーションアプローチでは、１Ｄルックアップテーブルは、測定された画像データに関する可能な値それぞれ（例えば、可能な測定された強度値それぞれ）に対応するものとして、予め計算された色および不透明度の値を有する。場合によっては、１Ｄルックアップテーブルは、測定された画像データよりも低い解像度を有することがある（例えば、整数強度値に対する入力のみを格納していることがある）が、格納された値は所望であれば補間されてもよい。事実上、１Ｄルックアップテーブルは、２Ｄプレインテグレーションアプローチと同様に、サンプリングした強度値の対に対して変換関数を使用して予め計算された色値および不透明度値を格納すると考えてもよいが、この場合、対の強度値のうち１つは常に、ゼロまたは他の何らかの共通値に設定される。
【００１８】
場合によっては、１Ｄルックアップテーブルは、一方の１Ｄルックアップテーブルが０と一連の画像データ値（例えば、強度値）との間の一連の累積積分を格納し、他方の１Ｄルックアップテーブルが無限（または極大値）と一連の画像データ値（例えば、強度値）との間の逆累積積分を格納する２つの関連する１Ｄルックアップテーブル、例えば２つの交互配置された１Ｄルックアップテーブルから成ることがある。
【００１９】
上記の２つの段落に記載された１Ｄプレインテグレーションアプローチは、使用されている分類子程度の大きさの１Ｄルックアップテーブルを格納することが単に必要であるようなメモリ制限内に収めることができる。関与する計算は指数関数ではなく加法であり、計算がより速いので、計算時間も一般に２Ｄプレインテグレーションアプローチの場合よりも短い。１Ｄプレインテグレーションアプローチによって提供される画質も、図１の単純なサンプリングのアプローチによって提供されるよりも良好である。
【００２０】
しかし、Ｈ．Ｋｙｅらのものなどの既知の１Ｄプレインテグレーションアプローチ（１Ｄ方法）は、一般に、不透明度が高い場合には不正確であるサンプリングされた色の不透明度の近似を使用する。図５Ａおよび５Ｂのグラフは、本来の不透明度（ｘ軸）と、正確なステップサイズで重み付けした不透明度（図５Ａ）と１Ｄ方法で使用される近似（図５Ｂ）とに対する光線のステップサイズ（ｙ軸）との関数として推定される不透明度の等高線プロットである。１．０に近い（完全な不透明に近い）不透明度値の場合、プロットはさらに異なり、即ち、１Ｄ方法で使用される近似がより悪くなり、実情に比べて高すぎる透明度（低すぎる不透明度）がもたらされることが分かる。
【００２１】
高不透明度値に対する不完全な不透明度近似の影響は、例えば、Ｈ．Ｋｙｅらの「Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｒｅ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｄａｔａ」（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ，７０（２００８），１２５〜１３２）」（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ，７０（２００８），１２５〜１３２）の図６に見ることができる。そこでは、変換関数は被検体の皮膚をレンダリングするように設定される。１Ｄ方法は、本来あるべき状態よりも透明に皮膚をレンダリングする。この結果、１Ｄ方法は骨などの内部構造をレンダリングし、この場合、望ましくない異なる見方となる。１Ｄ方法においてある領域に対して計算された不透明度は、例えば、その領域内の不透明度の平均を表すことがある。したがって、不透明間隔および非不透明（透明）間隔を含む領域は、不透明でないものとして判定される。
【００２２】
同様に、１Ｄ方法における高い不透明度値に対する不完全な不透明度の近似は、より鋭敏に、不透明度がより正確に近似された場合に、本来あるべき状態とは異なる色がレンダリングされる結果をもたらす場合がある。その影響は、本出願の図６を参照して理解することができる。図６は、不透明度２０のプロットとして変換関数を、また強度の関数として赤２２、緑２４、および青２６の色値を表している。この場合、サンプル点の１つ（図６の矢印３０によって示される）において、画像データからの強度値が、変換関数にしたがって不透明度が１．０の値に最初に達する位置（図６の矢印２８によって示される）の強度値よりもわずかに高い強度値を有する場合、結果として作成される色は、本来あるべき状態よりも高い緑の値および高い青の値を有することになる。
【００２３】
上述したように、１Ｄプレインテグレーションアプローチの場合、特定のサンプルされた強度値に対して１Ｄルックアップテーブルに記憶された不透明度、ならびに赤、緑、および青に関する予め計算された値は、事実上、サンプルされた値以下の全ての強度値に対して変換関数から得られる不透明度、ならびに赤、緑、および青の値の平均である。また、１Ｄルックアップテーブルに記憶された不透明度、ならびに赤、緑、および青に関する予め計算された値は、事実上、無限または極大値からサンプリングした値以上の全ての強度値に対して変換関数から得られるそれらの値の平均である。図６の例では、サンプル点の強度３０に対して、１Ｄルックアップテーブルに記憶された不透明度、ならびに赤、緑、および青の値は、不透明度が最初にその極大値１．０に達する点２８の後の、変換関数上の点からの寄与を含むことになる。しかし、実際には、被検体は点２８において完全に不透明であると考えられるので、光はその点を越えて浸透しない。したがって、図６の例では、前レンダリングプロセスが事実上、不透明なものの背後にあるものをサンプリングし、その結果として誤った色寄与をピックアップし続けるという事実により、結果として得られる色は、予期されるよりも緑および青が強くなる。
【００２４】
代替のアプローチは、高勾配範囲においてより高速でサンプリングが行われる適応サンプリングを使用する。しかし、このアプローチは、一般に、変換関数の中の高周波を捕えることができず、また、並列化／予測モデルおよび現在のレンダリング技術に関与する他の仮定と干渉するため、予想よりもはるかに性能が低減する可能性がある。
【００２５】
既知のレンダリングプロセスは、多くの場合、レンダリング画像にシェーディング効果および照明効果をもたらし、ならびに色またはグレースケールを各ピクセルに対して適切な値に設定する。シェーディング効果および照明効果は、通常、１つまたは複数の仮想光源の位置を指定する。次にレンダリングプロセスの一部として、レンダリング画像の各ピクセルの輝度に対する光源（１つもしくは複数）の効果を決定することによって提供される。例えばピクセルの輝度レベルによって表される適切なシェーディングは、各ピクセルについて、通常、そのピクセルの体積を通る光線経路に沿った、サンプル点それぞれの周りにおける表面の向きを分析することによって決定される。勾配ボリューム（例えば、４×４×４のボクセル量）は、各サンプル点の周りで定義されてもよく、既知の勾配決定プロセスは、勾配ボリュームのボクセルそれぞれに対する強度値に基づいて行われる。そのため、サンプル抽出点に対して結果として得られる勾配値は、後に続く積分プロセスに含まれる。後に続く積分プロセスは、光線経路に沿って順にサンプル抽出点の色値、不透明度値、およびこの場合は勾配値を組み合わせて、そのピクセルに対して単一の色およびシェーディング／輝度値を作成する。
【００２６】
上述したように、サンプリングに対する既知の１Ｄプレインテグレーションアプローチは、近似エラーをもたらす可能性がある。近似エラーは、高不透明度値に対する不透明度の近似の過小評価を引き起こす場合がある。事実上、かかる不透明度の近似エラーによって、仮想光線が光線経路に沿って遠くまで進行しすぎる可能性がある。これは、陰影／輝度レンダリングで使用される局所的な勾配を決定するときに、付近にある表面からの干渉をもたらす可能性がある。小さなトラバースエラー（ｔｒａｖｅｒｓａｌ  ｅｒｒｏｒｓ）であっても、場合によっては破局的なシェーディングエラーをもたらす可能性がある。
【００２７】
１Ｄ方法における不透明度の過小評価に起因するシェーディングエラーは、一例として、図７Ａ〜７Ｃに示されており、それらの図面は、図１に関連して記載したもの（図７Ａ）、１Ｄルックアップテーブル方法を使用してレンダリングしたもの（図７Ｂ）、および２Ｄルックアップテーブル方法を使用してレンダリングしたもの（図７Ｃ）など、分類方法を使用してレンダリングした頭蓋骨の画像を示している。図７Ｂの矢印は、１Ｄルックアップテーブル方法における不透明度の過小評価に起因する望ましくないテクスチャ特徴を備えるアーチファクトを含む画像の領域を指している。画像の拡大部分は、図８Ａ〜８Ｃに示される。
【００２８】
１Ｄルックアップテーブル方法における高不透明度に対する不透明度の過小評価に起因する、レンダリング画像のエラーは、また、図９Ａ〜９Ｄを参照して理解することができる。図９Ａは、撮影データ、例えばＣＴ撮影データの一連のボクセルによって表されるボリュームを通って投射される仮想光線経路４２に沿ったサンプル点４０ａを示す概略図である。撮影データは、高強度（およびこの場合、変換関数によれば高不透明度）の領域４４を備え、他の領域は全て低強度（したがって、この場合、変換関数によれば低不透明度）である。サンプリング点４０ａの周りの勾配ボリューム４６ａは、図９Ａに示される。任意の表面の向きを決定するため、勾配ボリューム４６ａ内のボクセルは勾配計算プロセスに含められる。勾配計算プロセスによって得られる勾配データは、サンプル点４０ａと関連付けられ、後に続くインテグラルプロセスに含まれる。インテグラルプロセスは、最終的なレンダリング画像のピクセルに対して単一の色およびシェーディング／輝度値を生成するために、光線経路４２に沿って順に一連のサンプル抽出点４０ａ〜４０ｂの色値、不透明度値、およびこの場合は勾配値を組み合わせる。
【００２９】
図９Ａ〜９Ｄは、サンプリングが光線経路４２に沿って移動するのに伴う一連のさらなるサンプル点４０ｂ〜４０ｄを示す。サンプリング位置それぞれに対して、不透明度および色データが１Ｄルックアップテーブルから得られる。勾配データは、そのサンプリング位置に対する勾配ボリューム４６ｂ〜４６ｄの中のボクセルに対して強度データを処理することによって得られる。
【００３０】
図９Ｃでは、サンプル点４０ｃは高不透明度領域４４に達していることが分かる。領域４４の高不透明度によって、一連のサンプル点の蓄積不透明度は、光線がさらに浸透可能であるべきでないようなものである（この例では、先行する点４０ａ、４０ｂの不透明度が低いことにより、蓄積不透明度は点４０ｃの不透明度に等しいことに注目することができる）。
【００３１】
しかし、１Ｄルックアップテーブルは高不透明度領域に対して不透明度を過小評価するので、図９Ｄに示されるように、サンプル点は次の位置４０ｄへと進行する。そのサンプル点４０ｄでは、領域４４のさらなる等値面（ｉｓｏ−ｓｕｒｆａｃｅ）が勾配ボリューム４６ｄに入る。その結果、そのサンプル位置４０ｄに対する勾配データの計算に影響を及ぼすので、その光線経路４２に対応する最終的なレンダリング画像のピクセルにおいて、シェーディングエラーが引き起こされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００３２】
【非特許文献１】Ｈｅｅｗｏｎ  Ｋｙｅ、Ｂｙｅｏｎｇ−Ｓｅｏｋ  Ｓｈｉｎ、Ｙｅｏｎｇ  Ｇｉｌ  Ｓｈｉｎ  （２００８）  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｒｅ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｄａｔａ  Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ，７０（２００８），１２５−１３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
目的は、レンダリング処理において、年輪状アーチファクトを低減しかつ色相の正確性を向上可能な医用画像処理装置および医用画像処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
本実施形態に係る医用画像処理装置は、所定の方向に沿った複数のサンプル点各々に対応するボクセル値に基づいて、前記サンプル点のうち隣接する２つのサンプル点の間における不透明領域の境界を特定する境界特定部と、前記境界を含む前記２つのサンプル点の間における複数のボクセル値に対する不透明度の関係に基づいて、前記境界における不透明度を決定する不透明度決定部と、前記不透明領域に非包含な前記サンプル点各々に対応する前記ボクセル値と、前記境界における不透明度と、前記所定の方向に沿った前記ボクセル値に対する不透明度の第１対応表とを用いて、ボリュームデータに対してレンダリング処理を実行するレンダリング処理部と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、ボリュームを通過する光線経路に沿ったサンプリングの概略を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、変換関数を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、不透明度、色に、サンプルされた強度の対をマッピングする２Ｄルックアップテーブルを示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、ボリュームを通過する光線経路に沿ったサンプリングを示すさらなる概略を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、ボリュームを通過する光線経路に沿ったサンプリングを示すさらなる概略を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、数値的サンプリングにしたがってレンダリングされた画像を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、２Ｄプレインテグレーションアプローチにしたがってレンダリングされた画像を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、正確なステップサイズで重み付けした不透明度に対する実際の不透明度および光線のステップサイズの関数としての推定不透明度の等高線プロットを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、既知の１Ｄプレインテグレーション方法で用いられる近似に対する実際の不透明度および光線のステップサイズの関数としての推定不透明度の等高線プロットを示す図である。
【図６】図６は、さらなる変換関数を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、プレクラシフィケーションを用いてレンダリングされた画像を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、１Ｄルックアップテーブルを用いてレンダリングされた画像を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、２Ｄルックアップテーブルを用いてレンダリングされた画像を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、プレクラシフィケーションを用いてレンダリングされた画像を示す図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、１Ｄルックアップテーブルを用いてレンダリングされた画像を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、２Ｄルックアップテーブルを用いてレンダリングされた画像を示す図である。
【図９Ａ】図９Ａは、光線経路に沿ったサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、光線経路に沿った図９Ａに続くサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、光線経路に沿った図９Ｂに続くサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図９Ｄ】図９Ｄは、光線経路に沿った図９Ｃに続くサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る医用画像処理装置の概略を示す図である。
【図１１】図１１は、本実施形態に係り、複数の高不透明度領域から、または複数の高不透明度領域への遷移点を特定する処理を、概要的に示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、本実施形態に係り、さらなる変換関数を示す図である。
【図１３】図１３は、本実施形態に係り、レンダリング処理の概要を示すフローチャート。
【図１４】図１４は、本実施形態に係り、光線経路に沿ったサンプル点とこのサンプル点に関連する変換関数とを概略的に示す図である。
【図１５】図１５は、光線経路に沿った図１４に続くサンプル点とこのサンプル点に関連する変換関数とを概略的に示す図である。
【図１６Ａ】図１６Ａは、光線経路に沿った図１５に続くサンプル点とこのサンプル点に関連する変換関数とを概略的に示す図である。
【図１６Ｂ】図１６Ｂは、光線経路に沿った図１６Ａに続くサンプル点とこのサンプル点に関連する変換関数とを概略的に示す図である。
【図１７】図１７は、本実施形態に係り、さらなる変換関数を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、既知のレンダリング方法を用いて得られたレンダリング画像を示す図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、図１３に関連して記載した処理を用いて得られたレンダリング画像を示す図である。
【図１９】図１９は、本実施形態に係り、レンダリング処理の概要を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、本実施形態に係り、光線経路に沿ったサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを示す概略図。
【図２１】図２１は、光線経路に沿った図２０に続くサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図２２】図２２は、光線経路に沿った図２１に続くサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図２３】図２３は、光線経路に沿った図２２に続くサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図２４】図２４は、光線経路に沿った図２３に続くサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図２５】図２５は、光線経路に沿った図２４に続くサンプル点とこのサンプル点に関連する勾配領域とを概略的に示す図である。
【図２６Ａ】図２６Ａは、既知のレンダリング方法を用いて得られたレンダリング画像を示す図である。
【図２６Ｂ】図２６Ｂは、図１９に関連して記載したプロセスを用いて得られたレンダリング画像を示す図ある。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
一実施例によれば、ボリュームを表す画像データセットから画像をレンダリングするための画像レンダリング装置（医用画像処理装置）が提供される。画像レンダリング装置は、サンプリングプロセスを行うように構成されたレンダリングユニットを有する。サンプリングプロセスは、ボリュームを通る指定経路に沿った複数のサンプル位置に対する不透明度値を決定することと、ａ）指定経路に沿った複数のサンプル位置に対して色／グレースケール値を決定することとｂ）指定経路に沿った複数の勾配位置に対して勾配値を決定することとのうち少なくとも一方と、
高不透明度状態からの遷移または高不透明度状態への遷移があるか否か、ならびにサンプリングプロセスの少なくとも一部を修正する高不透明度状態からの遷移または高不透明度状態への遷移があるか否かを決定することとを有する。レンダリングユニットは、画像のピクセルに対するピクセル値を決定するために、決定された不透明度値、色／グレースケール値、および／または勾配値を処理する。
【００３７】
一実施例によれば、ボリュームを表す画像データセットから画像をレンダリングする方法が提供される。この方法は、サンプリング処理を実行すること、画像のピクセルに対するピクセル値を決定するために、決定された不透明度値、色／グレースケール値、および／または勾配値を処理することとを有する。サンプリングそりは、ボリュームを通る指定経路に沿った複数のサンプル位置に対する不透明度値を決定することと、ａ）前記指定経路に沿った前記複数のサンプル位置に対して色／グレースケール値を決定することとｂ）前記指定経路に沿った複数の勾配位置に対して勾配値を決定することとのうち少なくとも一方と、高不透明度状態からの遷移または高不透明度状態への遷移があるか否か、ならびにサンプリングプロセスの少なくとも一部を修正する高不透明度状態からの遷移または高不透明度状態への遷移があるか否かを決定することとを有する。
【００３８】
一実施例によれば、ボリュームを表す画像データを処理する装置が提供される。この装置は、プレレンダリングユニットを有する。プレレンダリングユニットは、変換関数を取得し、変換関数にしたがって高不透明度領域との間での少なくとも１つの遷移の位置を決定し、高不透明度領域との間での前記少なくとも１つの遷移の決定された位置を表す少なくとも１つのマーカーを格納する。
【００３９】
一実施例による医用画像処理装置は、図１０に概略的に示されている。医用画像処理装置５０は、上記段落に記載された方法を実行するように構成されている。医用画像処理装置５０は、処理装置５２、この場合は、表示デバイス５４に接続されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）またはワークステーションと、１つまたは複数の入力デバイス５８、この場合コンピュータのキーボードおよびマウスとを備える。図１０によれば、医用画像処理装置には、ＣＴスキャナ５６が接続される。
【００４０】
患者または他の被検体に対して三次元ＣＴ測定を行うことができる任意の適切なタイプのＣＴスキャナが使用されてもよい。図１０の実施例はＣＴスキャンデータに関連して記載しているが、代替実施例では、適切な前処理を条件として、任意の適切なタイプの画像データ、例えば適切な形態のＭＲ、ＰＥＴ、超音波、またはＸ線画像データを作成する他の任意の適切なタイプのスキャナが使用されてもよい。
【００４１】
処理装置５２は、自動的または半自動的に画像データを処理するための処理資源を提供する。処理装置５２は、中央処理装置（ＣＰＵ）６２を備える。中央処理装置（ＣＰＵ）６２は、詳細に後述するような方法を行う様々なユニットまたは他の構成要素をロードおよび実行するように動作可能である。
【００４２】
ユニットは、様々な画像データプロセスのいずれか、例えば位置決め手順、セグメント化手順、所望であれば測定または診断手順を行うための、画像データ処理ユニット６８を含む。ユニットはまた、受信したボリュームデータに基づいて表示画像をレンダリングするためのレンダリングユニット６４と、レンダリングユニット６４によるレンダリングに先立って、関連するプロセスを行うためのプレレンダリングユニット６６とを含む。
【００４３】
処理装置５２はまた、ＲＡＭ、ＲＯＭ、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、およびグラフィックカードを含むハードウェアデバイスを含む、ハードドライブおよび他の構成要素を含む。明瞭にするため、かかる構成要素は図１０には示されていない。任意の適切なＣＰＵ、および処理装置の他の構成要素は、異なる実施例で使用されてもよい。
【００４４】
図１０の実施例では、画像データセットは、スキャナ５６によるスキャンを行った後、処理装置５２によってＣＴスキャナ５６から受信され、メモリ６０に格納され、処理装置によって処理される。図１０の実施例に示されるスキャナ５６はＣＴスキャナであるが、代替実施例では、画像データセットを得るのに他の任意の適切なタイプのスキャナを、例えばＰＥＴ、ＭＲＩ、超音波、またはＸ線スキャナのうち１つもしくは複数を使用することができる。
【００４５】
図１０の実施例の変形例では、処理装置５２は、スキャナ５６からではなく図示していないリモートデータストアから画像データセットを受信する。リモートデータストアは、ある期間にわたって多くの異なるスキャナから得られた多数の異なるデータセットを、それに関連する患者データと共に格納する。データストアは、大量の患者データを格納するサーバであってもよく、画像データ保管通信システム（ＰＡＣＳ）などを形成してもよい。
【００４６】
図１０のシステムは、メモリ６０、スキャナ５６、またはリモートデータ源からボリュームデータを受信し、ボリュームデータの二次元投影をレンダリングするに構成される。二次元投影は、所望のテクスチャまたはシェーディング効果を含んでもよく、観察者に対して三次元の表面の印象を提供してもよい。
【００４７】
レンダリングユニット６４は、任意の適切なレンダリング技術、例えばレイキャスティングもしくはレイトレーシング技術に基づいた直接ボリュームレンダリングを行い、変換関数を使用して、不透明度値および色値に対してボリュームデータの強度または他のボクセル値をマッピングする。レンダリングユニットは、続いて、レンダリング画像のピクセルに対するピクセル値を決定するために、光線経路に沿ってサンプリングしたボクセルに対して結果として得られた不透明度値および色値を処理する。レンダリングユニットは、レンダリング画像のピクセルそれぞれに対してピクセル値を作成するために、複数の光線経路に対してそのプロセスを繰り返す。
【００４８】
図１０の実施例の特徴は、サンプル位置における不透明度値および色値を決定するためのボクセル値のサンプリングが、１Ｄルックアップテーブルの使用に基づくことにある。１Ｄルックアップテーブルは、画像データ値（例えば、ボクセル値、例えば強度値）を、色値および不透明度値、例えば赤、緑、青、およびα値にマッピングする。代替実施例では、１Ｄルックアップテーブルは、不透明度値と、色値ではなくグレースケール値とに対して、画像データ値をマッピングする。
【００４９】
図１０の実施例では、１Ｄルックアップテーブルはメモリ６０に格納される。１Ｄルックアップテーブルは、Ｈ．Ｋｙｅらの「Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｒｅ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｄａｔａ」（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ，７０（２００８），１２５〜１３２）に記載されているような処理を用いて発生される。
【００５０】
１Ｄルックアップテーブルは、レンダリングに使用される変換関数から発生される。１Ｄルックアップテーブルは、変換関数が変化する度に再発生されてもよい。変換関数は、入力デバイス５８を介してユーザによって修正または選択されてもよい。例えば、ユーザは、順番に変換関数で表現されるレンダリングの画像パラメータ（配色、もしくは対象の強度範囲など）を修正するために、１つもしくは複数のスライダ、ボタン、または他の制御を操作してもよい。別の方法として、またはそれに加えて、変換関数は、および変換関数に伴って関連する１Ｄルックアップテーブルは、複数の格納された変換関数（およびそれに関連する１Ｄルックアップテーブル）から選択されてもよい。
【００５１】
図１１は、１Ｄルックアップテーブルを生成し、それに関連する高不透明度領域の遷移点（不透明領域における境界）を特定するため、プレレンダリングユニット６６によって実行されるプレレンダリングプロセスの概要を示すフローチャートである。
【００５２】
第１の段階１００で、プレレンダリングユニット６６は、現在要求されているレンダリングに関係する変換関数を取得する。例えば、変換関数は、メモリ６０から得られてもよく、または、例えばレンダリングの所望の特性を要求するユーザ入力に応答して、画像データ処理ユニット６８によって生成されていてもよい。
【００５３】
第２の段階１０２で、プレレンダリングユニット６６は、ボクセル強度の関数として色および不透明度の値を格納する１Ｄルックアップテーブルを発生する。この実施例では、１Ｄルックアップテーブルは、例えば、Ｈ．Ｋｙｅらの「Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｐｒｅ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｄａｔａ」（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｍｏｄｅｌｓ，７０（２００８），１２５〜１３２）に記載されているようなプロセスを使用して生成される。
【００５４】
次に、段階１０４で、プレレンダリングユニット６６は、高不透明度領域を特定するために、変換関数を分析する。この例では、高不透明度領域は、１．０に等しい不透明度値を有する領域とみなされる。他の実施例では、高不透明度領域は、他の何らかの不透明度閾値以上の不透明度を有する領域であってもよい。
【００５５】
プレレンダリングユニット６６は、次に、段階１０６で、任意の高不透明度領域から遷移する、および／または任意の高不透明度領域へ遷移する点（この場合、ボクセル強度値）を特定する。特定されたそれらの点はそれぞれ、高不透明度状態からの、または高不透明度状態への遷移点を表すものとしてみなされる。図１２は、ボクセル強度（この場合、ＣＴ値）に対する不透明度のプロットとして、この例における変換関数を示す。プレレンダリングユニット６６は、この場合、高不透明度領域（不透明領域）を表すものとして矢印１１０によって示される点における強度値よりも高い全ての強度値を特定する。プレレンダリングユニット６６は、高不透明度領域への遷移であるような矢印１１０によって示される点における強度値を特定する。プレレンダリングユニット６６は、遷移点１１０を特定する遷移点データをメモリ６０に格納する。プレレンダリングユニット６６は、格納された遷移点データを、特定された遷移点に対応する変換関数および１Ｄルックアップテーブルと関連付ける。
【００５６】
事実上、１Ｄルックアップテーブルが探索されてもよく、変換関数が不透明になるか、または変換関数が不透明ではなくなる点が記録される。そのことによって、これらの間隔（不透明領域）が変換関数のどこにあるか（未修正の方法の精度が最も顕著になる領域）を記録に残し、それらを具体的に扱うことが可能になる。
【００５７】
１Ｄルックアップテーブルならびにそれに対応する変換関数および格納された遷移点は、経路に沿った一連のサンプル点に対して色および不透明度を決定するために、使用されることができる。次に、決定された色および不透明度は、その経路に対応するピクセルのピクセル色を決定するために、レンダリングユニット６４によって共に処理される。そのプロセスは、段階１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４を備えるサンプリングプロセスを含む図１３のフローチャートを参照してより詳細に記載される。
【００５８】
第１の段階１２０で、レンダリングユニット６４は、サンプリングおよびレンダリングプロセスの対象であるボリュームデータを受信する。次の段階１２２で、レンダリングユニット６４は、仮想画像面上のピクセル位置に対応し、ボリュームを通過する仮想光線経路に沿った一連のサンプル点それぞれにおけるボクセル強度値をサンプリングする。
【００５９】
次の段階１２４で、レンダリングユニット６４は、サンプル点のうち第１の点に対して、そのサンプル点に対して決定された強度値に対応するサンプル間隔内に遷移点があるか否かを決定する。本実施例では、決定された特定の強度値に対するサンプル間隔は、決定された強度値以下の全ての強度値に対する変換関数を備える。
【００６０】
レンダリングユニット６４は、格納された遷移点データとサンプル間隔を構成する強度値範囲との比較から、サンプル間隔内に遷移点があるか否かを決定する（段階１２６）。
【００６１】
図１３の例において、光線経路１５２に沿った第１のサンプル点（Ｓ０）の位置が図１４に概略的に示される。図１４はまた、この例における変換関数に対する強度（この場合はＣＴ値）の関数としての不透明度のプロットを示す。サンプル点（Ｓ０）１５０ａに関係する強度は、変換関数による不透明度値０．０に相当することが分かる。
【００６２】
サンプル点（Ｓ０）のサンプル間隔１５４ａは、この場合、０とサンプル点（Ｓ０）１５０ａに関係する値との間の全ての強度値を包含する。サンプル点（Ｓ０）１５０ａのサンプル間隔に対する不透明度値は全て０．０に等しく、したがって、第１のサンプル点（Ｓ０）１５０ａのサンプル間隔１５４ａにおいて、高不透明度領域との間での遷移点はないことが分かる。したがって、高不透明度状態への遷移はなく、プロセスは段階１２８に移行し、サンプル点（Ｓ０）１５０ａの色値および不透明度値が、サンプル点（Ｓ０）１５０ａの強度に基づいて１Ｄルックアップテーブルから決定される。この場合、サンプル間隔１５４ａ内の全ての強度値に対応する不透明度値がゼロなので、１Ｄルックアップテーブルから決定される不透明度はゼロであり、これは、サンプル間隔１５４ａにわたる不透明度値の平均にほぼ等しい。
【００６３】
次に、段階１３２で、サンプル点が最後のサンプル点であるか否かが決定される。この場合、サンプル点（Ｓ０）は最後のサンプル点ではないので、プロセスは、図１５における次のサンプル点（Ｓ１）１５０ｂに進む（段階１３４）。次いで、プロセスは、段階１２４に戻って、次のサンプル点（Ｓ１）１５０ｂに対してサンプル間隔内に遷移点があるか否かを決定する。
【００６４】
光線経路１５２に沿った次のサンプル点（Ｓ１）１５０ｂの位置は、この例では、図１５に概略的に示される。図１５は、変換関数に対する強度の関数としての不透明度のプロットを再び示している。サンプル点（Ｓ１）１５０ｂにおける強度は、最初のサンプル点（Ｓ０）１５０ａに関係する強度よりもわずかに高い。しかし、図１５からわかるように、第２のサンプル点（Ｓ１）１５０ｂにおける強度も、再び、変換関数にしたがって０．０の不透明度値に対応する。さらに、サンプル点（Ｓ１）１５０ｂに対して、サンプル間隔１５４ｂ内で高不透明度領域との間の遷移はない。したがって、プロセスは、図１６Ａに示す次のサンプル点（Ｓ２）１５０ｃに進む（段階１３４）。そして、プロセスは、段階１２４に戻って、次のサンプル点（Ｓ２）１５０ｃに対してサンプル間隔内に遷移点があるか否かを決定する。
【００６５】
光線経路１５２に沿った次のサンプル点（Ｓ２）１５０ｃの位置は、図１６Ａに示される。サンプル点（Ｓ２）１５０ｃにおける強度は、前の２つのサンプル点（Ｓ０）１５０ａおよび（Ｓ１）１５０ｂにおける強度よりも大幅に高い。また、サンプル点（Ｓ２）１５０ｃにおける強度は、図１６Ａで変換関数上に示される遷移点１５６よりも高い。この点（サンプル点（Ｓ２）１５０ｃ）では、高不透明度領域（不透明領域：この場合、不透明度＝１．０）への遷移はない。したがって、サンプル点Ｓ１からサンプル点Ｓ２の間に、高不透明度状態への遷移（不透明領域の境界）がある。
【００６６】
サンプル点（Ｓ２）１５０ｃの不透明度が、段階１２８で１Ｄルックアップテーブルから通常のやり方で決定された場合、作成されるであろう不透明度の近似値はこの場合、０．６となる（サンプル点（Ｓ２）１５０ｃに対するサンプル間隔１５０ｃにわたる変換関数の全ての不透明度値の平均を表す）。しかし、実際には、ビームは不透明度が最初に１．０の値に達する点１５６を越えて進行しないので、その点の後の不透明度（および色値）を含めることによって不透明度（および色）値が不正確になることがある。したがって、異なるアプローチが採用され、高不透明度状態（不透明領域）への遷移１５６があるので、サンプリングプロセスが修正され、プロセスは段階１２８ではなく段階１３０に移行する。
【００６７】
段階１３０で、図１６Ｂに示す遷移点１５６の終わり（Ｓｏｐａｑｕｅ）として部分ステップが決定される。この場合、強度が前のサンプル点（Ｓ１）１５０ｂにおける値から現在のサンプル点（Ｓ２）１５０ｃまで線形的に増加（または減少）するという仮定が作られる。したがって、横断している光線は、（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓｏｐａｑｕｅ−Ｓ１）で、不透明間隔Ｓｏｐａｑｕｅの始まりに当たる。これは単に、不透明点に達するまでの最後の段階の比例である。
【００６８】
次に、変換関数の検索が行われ、点（Ｓｏｐａｑｕｅ）１５６に対する不透明度は、遷移点１５６における強度値以下の強度値に対する変換関数の不透明度値の平均であるものとして（１Ｄルックアップテーブルにおける値の決定と実質的に同じやり方で）決定される。この場合、決定された不透明度値は０．４８（位置（Ｓ２）１５０ｃに対して１Ｄルックアップテーブルから決定される値０．６０と比べて）である。
【００６９】
同様に、変換関数の検索が行われ、点（Ｓｏｐａｑｕｅ）１５６に対する色値（例えば、赤、緑、および青の色値）は、（点（Ｓ２）１５０ｃにおける遷移値以下ではなく）遷移点１５６における強度値以下の強度値に対する変換関数の色値の平均であるものとして決定される。
【００７０】
事実上、前のサンプル（サンプル点（Ｓ２）１５０ｃ）は不透明度遷移点１５６（不透明度領域に達する直前の色が得られる）と事前統合（プレインテグレーション）され、計算されたステップ部分にしたがって換算され、計算された色の下で不透明になる点における変換関数値と合成される。
【００７１】
サンプル点の位置は、（Ｓ２）１５０ｃから遷移点（Ｓｏｐａｑｕｅ）１５６に変更されていると考えることができる。この例におけるサンプル点の位置の修正によって、サンプル点に対する不透明度値および色値が修正される。
【００７２】
代替実施例では、修正済サンプル点（Ｓｏｐａｑｕｅ）１５６に対する不透明度値および色値は、直前および直後の（未修正）サンプル点、この場合は（Ｓ１）１５０ｂおよび（Ｓ２）１５０ｃに対して、１Ｄルックアップテーブルからの値を補間することによって決定される。
【００７３】
次の段階１３２で、サンプル点が最後のサンプル点であるか否かが決定される。この例では、光線が高不透明度遷移点１５６を越えて進行しないので、点（Ｓ２）１５０ｃ（点（Ｓｏｐａｑｕｅ）１５６と置き換えられる）は最後のサンプル点であると理解される。次の段階１３６で、サンプル点、この場合は（Ｓ０）１５０ａ、（Ｓ１）１５０ｂ、および（Ｓｏｐａｑｕｅ）１５６に対して決定された不透明度および色は、既知のレンダリング技術を使用して共に処理されて、レンダリングする画像のピクセルの色が決定される。
【００７４】
次に、図１３のプロセスは、レンダリングする画像の各ピクセルに対応する光線経路に対して繰り返される。
【００７５】
高不透明度状態からの遷移、または高不透明度状態への遷移に関する確認を含む図１３のアプローチは、発生された遷移点に対する二分探索として実行されるようないくつかの実施例で実行されてもよい。二分探索は、いずれかのデータ値（上限閾値および下限閾値を格納している）で、変換関数の不透明間隔から外へ、または不透明間隔内へ交差し、ボリュームを横断する光線を特定する。各サンプル点において、現在のサンプルが閾値と比較され、かかる点と交差すると（実質的に、サンプリングが不透明物体を出入りすると）フラグが立てられる。
【００７６】
図１３に関連して記載した例は、強度の増加に伴う高不透明度（不透明領域）への遷移を有する図１２の変換関数に関連して記載されている。多くのレンダリングにおいて、可視化する解剖学的構造または物質に応じて、変換関数は、強度が増加するにつれて、高不透明度領域（不透明領域）へではなく、高透明度領域（不透明領域）から遷移することがある。図１３のプロセスは、（高不透明度領域へではなく）高不透明度領域からの遷移を等しく探索し、かかる遷移が検出されると、上述したようにサンプリングプロセスを修正することができる。
【００７７】
図１３に概要を示したプロセスは、医用可視化（低不透明度部分、不透明部分、およびそれら２つの間の遷移を使用する大部分）において通常使用されるタイプの変換関数に対して良好な結果を達成することができる。アプローチは、レンダリング器の内部において、局所探索方法（ｌｏｃａｌ  ｈｅｕｒｉｓｔｉｃｓ）を有していてもよい。他の場合では、このアプローチは、高いパフォーマンスコストを示す。しかし、この方法は、他の場合では、場合によっては、おおよそ０〜５個の点の低頻度の探索を、ステップ毎に２つのブール比較を単に備えるに過ぎない。これを実践することのパフォーマンスインパクトは、少なくともいくつかのデータセットに対しては無視できる程度であって、顕著な画像精度が獲得されることが見出されている。
【００７８】
さらなる変換関数が図１７に示されている。図１７は、測定した強度の関数としての不透明度１７０、赤１７２、緑１７４、および青１７６の値の違いを表している。変換関数は、例えば、気管内部の３Ｄレンダリングで使用される。
【００７９】
例えば図１を参照して記載したような、単純な数値的サンプリングアプローチは、この場合、図１８Ａに示されるような年輪状または等高線アーチファクトに結び付く。アーチファクトは、単純な数値的アプローチの離散化により、気管の表面上の薄層が特定範囲ではサンプリングされないことに由来する。２Ｄルックアップテーブルのアプローチも、レンダリング画像の色のエラーに結び付く。この場合、薄いピンクの等値面が気管の内表面に存在するが、その等値面の後には白い物質がある（図１７の変換関数において、不透明度ピークの後に緑および青のチャンネルが上昇していることが分かる）。既知の２Ｄルックアップテーブルのアプローチによって結果として得られる高不透明度（不透明領域）への遷移後の領域のサンプリングのために、レンダリング画像はピンクではなく白く見えるようになる。対照的に、図１３のプロセスは、気管表面の詳細をより正確に捕え、年輪状または等高線アーチファクトを含まず、かつ所望の色表現（この場合はピンク）を有する図１８Ｂに示される画像を作成する。
【００８０】
図１３のアプローチは、局所的な変換関数情報と組み合わせてプレインテグレーションを使用する。図１３のアプローチは、場合によっては、メモリフットプリントに対する影響が無視できる程度で、パフォーマンスコストが非常に少なく、かつ、レンダリング器の構造の残りの部分に対する干渉または侵入がほとんどなく、画質における大幅な利得を達成することができる。
【００８１】
特定の実施例の特徴は、高不透明度状態（不透明領域）の存在下で勾配位置の補正を提供するために、あるいはその代わりに色および不透明度の補正を提供するために、レンダリングユニット６４およびプレレンダリングユニット６６が、サンプリングプロセスを修正するように構成される点である。かかる実施例で行われるプロセスは、段階２０２、２０４、２０６、２０８、２１０、２１２、２１４、２１６、２１８を備えるサンプリングプロセスを含む図１９のフローチャートに概要が示されている。
【００８２】
第１の段階２００で、レンダリングユニット６４は、サンプリングおよびレンダリングプロセスの対象であるボリュームデータを受信する。次の段階２０２で、レンダリングユニット６４は、ボリュームを通過する仮想的な光線経路に沿った一連のサンプル点それぞれにおけるボクセル強度値をサンプリングする。光線経路は、仮想画像面上のピクセル位置に対応する。
【００８３】
次の段階２０４で、レンダリングユニット６４は、サンプル点のうち第１のサンプル点について、１Ｄルックアップテーブルから不透明度値および色値を決定する。レンダリングユニット６４は、図１３に関連して記載したようなプロセスを使用して、不透明度値および色値を決定してもよい。上記プロセスにおいて、高不透明度領域（不透明領域）からの遷移、または高不透明度領域（不透明領域）への遷移がある場合、不透明度値および色値は修正される。その結果、色エラーの補正が提供される。代替実施例では、レンダリングユニット６４は、所望であれば、修正せずに１Ｄルックアップテーブルから不透明度値および色値を読み出してもよい。
【００８４】
次の段階２０６で、レンダリングユニット６４は、サンプル点および任意の前の複数のサンプル点に対して累積不透明度値を決定する。それは、例えば、現在のサンプル点および任意の前の複数のサンプル点に対する不透明度の単純な合計であってもよい。
【００８５】
次に、段階２０８で、累積不透明度が所定の閾値を上回るか否かが決定される。累積不透明度が閾値を上回る場合、高不透明度状態（不透明領域）への遷移があるものと理解される。この例における第１のサンプル点２３０ａは、図２０に示されている。第１のサンプル点２３０ａは、撮影データ、例えばＣＴ撮影データの一連のボクセルによって表されるボリュームを通って投射される仮想光線の経路２３２に沿って位置付けられる。撮影データ（ボリュームデータ）は、高強度（およびこの場合、変換係数によれば高不透明度）の領域２３４を備え、他の領域は全て低強度（したがって、この場合、変換関数によれば低不透明度）である。図２０に示すような場合、第１のサンプル点２３０ａは低不透明度領域にある。したがって、累積不透明度（これが第１の点なので、点２３０ａのみの不透明度に等しい）は累積不透明度閾値未満であることが分かる。
【００８６】
点２３０ａの累積不透明度が閾値未満なので、プロセスは段階２１０に移行する。そして、勾配領域２３６ａは、サンプル点２３０ａを中心とし、サンプル点２３０ａの周囲に決定される。この場合、サンプル点２３０ａは、強度データの勾配が決定される勾配位置としても機能する。この例では、勾配領域２３６ａは、サンプル点２３０ａを中心とした４ボクセル×４ボクセル×４ボクセルの立方体であるが、他の実施例では、勾配領域の他の任意の適切なサイズまたは形状が使用されてもよい。
【００８７】
次の段階２１２において、勾配領域２３６ａにおける複数のボクセルに関する複数のボクセル強度値を処理することによって、サンプル点に対して勾配値が決定される。勾配値は、勾配領域内におけるボクセル強度値の三次元での変化率を表す。勾配領域内に明確に定義された表面が存在する場合、勾配値は、例えば表面の急勾配および向きを表すことになる。サンプル点２３０ａの場合、全てのボクセルが同じ低い強度値を有するので、勾配値は、均質な領域を表すゼロの値を有することになる。
【００８８】
次に、段階２１４で、レンダリングユニット６４は、サンプル点が最後のサンプル点であるか否かを決定する。この場合、サンプル点２３０ａは最後のサンプル点ではないので、プロセスは次のサンプル点に進み（段階２１６）、段階２０６で、次のサンプル点に対して累積不透明度を決定する。
【００８９】
この例における次のサンプル点２３０ｂは図２１に示される。サンプル点２３０ｂの不透明度は、再び、１Ｄルックアップテーブルおよび／または図１３に関連して記載したプロセスから決定される。次に、累積不透明度が計算される。この累積不透明度は、サンプル点２３０ａおよび２３０ｂに対する不透明度の合計である。
【００９０】
サンプル点２３０ｂの不透明度は、この場合も低い。累積不透明度は、累積不透明度閾値未満である。そのため、プロセスは段階２１０に進み、レンダリングユニット６４は、サンプル点および勾配位置２３０ｂを中心とした勾配領域２３６ｂを決定する。勾配領域２３６ｂは勾配領域２３６ａと同じサイズおよび形状である。次に、段階２１２で、勾配領域２３６ｂ内のボクセルの強度データから、勾配データが計算される。この場合、図２１から、勾配領域２３６ｂの１つの角が高強度領域２３４に入っていることが分かる。したがって、位置２３０ｂに対する勾配データの値は、位置２３０ａに対する勾配データの値とわずかに異なるものとして計算される。
【００９１】
サンプル点２３０ｂは最後のサンプル点ではない。このため、レンダリングユニット６４は、次のサンプル点に進み、段階２０６で、次のサンプル点に対して累積不透明度を決定する。次のサンプル点２３０ｃは図２２に示される。この場合も、サンプル点２３０ｃの不透明度値は低い。また、累積不透明度値は閾値未満なので、レンダリングユニット６４は、段階２１０および段階２１２を経て、サンプル点２３０ｃを中心とした勾配領域２３６ｃからサンプル点２３０ｃに対する勾配値を決定する。この場合、高強度領域（不透明領域）２３４に関してより大きな部分が勾配領域２３６ｃに含まれている。このため、サンプル点２３０ｃに対する勾配値はサンプル点２３０ａおよび２３０ｂに対するものとは異なる。
【００９２】
サンプル点２３０ｃは最後のサンプル点ではない。このため、レンダリングユニット６４は、次のサンプル点に進み、段階２０６で、次のサンプル点に対して累積不透明度を決定する。次のサンプル点２３０ｄは図２３に示される。
【００９３】
図２３によれば、サンプル点２３０ｄは、高強度領域（不透明領域）に入っていることが分かる。１Ｄルックアップテーブルから決定されるサンプル点２３０ｄに対する不透明度値は、前のサンプル点２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃに対する値よりも、サンプル点２３０ｄに対する値の方が大幅に高い。しかし、累積不透明度（この場合、サンプル点２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄに対して決定された不透明度の合計）は依然として閾値未満である。したがって、レンダリングユニット６４は、段階２１０および２１２を経て、サンプル点２３０ｄを中心として勾配領域２３６ｄからサンプル点２３０ｄに対する勾配値を決定する。この場合、高強度領域２３４に関してさらに大きな部分が勾配領域２３６ｄに含まれているので、サンプル点２３０ｄに対する勾配値はサンプル点２３０ａ、２３０ｂ、および２３０ｃに対する勾配値とは異なる。
【００９４】
サンプル点２３０ｄは最後のサンプル点ではないので、レンダリングユニット６４は次のサンプル点に進み、段階２０６で、次のサンプル点に対して累積不透明度を決定する。次のサンプル点２３０ｅは図２４に示される。
【００９５】
図２４によれば、サンプル点２３０ｅは、この場合もまた、高強度領域内にあることが分かる。サンプル点２３０ｅに対する不透明度値は、高い。この場合、累積不透明度（サンプル点２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅに対して決定された不透明度の合計）はここで閾値を上回る。したがって、高不透明度状態に入っている。
【００９６】
累積不透明度が閾値を上回ると、サンプリングプロセスは修正され、レンダリングユニットは段階２１０ではなく段階２１８に進む。段階２１８で、レンダリングユニットは、勾配領域２３６ｅをサンプル位置２３０ｅの後に遅らせる。
【００９７】
この場合、レンダリングユニット６４は、例えば、勾配位置＝ｓａｍｐｌｅ＿ｐｏｓｉｔｉｏｎ−ｒａｙ＿ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ×（０．５＋既に蓄積された不透明度値）という式を使用して、サンプル位置に対する勾配領域の遅れを計算する。この場合、光線増分は連続するサンプル点の間の距離を表す。不透明度値は、０．０〜１．０の範囲である（０．０は完全な透明を表し、１．０は完全な不透明を表す）。
【００９８】
図２４の例では、レンダリングユニット６４は、サンプル点２３０ｅが勾配領域２３６ｅの縁部の外側になるように、勾配領域２３６ｅ（勾配位置を中心とする）によってサンプル点２３０ｅを遅らせていることが分かる。
【００９９】
次に、段階２１２で、勾配領域２３６ｅ内のボクセルの強度データから、勾配データが計算される。サンプル点２３０ｅが勾配領域２３６ｅの外部にある場合であっても、勾配データはサンプル点２３０ｅと関連付けられる。したがって、レンダリングに対するサンプル点２３０ｅに関する色の寄与は、勾配データを決定するのに使用される勾配領域の外部にサンプル点がある場合であっても、その色の寄与に起因するシェーディングの影響を受けることになり、それによって次にシェーディングに関する寄与が決定される。
【０１００】
勾配は評価位置（即ち、勾配領域の位置）の不連続性の影響を非常に受けやすいが、評価位置自体にはそこまで影響されないことが見出されている。一般に、レンダリングのアルゴリズムおよびパラメータがより連続的であるほど、結果として得られるレンダリングがより良好になることがある。図２４に示される遅れのプロセスは、ボリュームデータによって定義される任意の等値面（図１４の領域２３４の表面など）が勾配位置に徐々に影響を及ぼすことを可能にさせる。それによって、画像アーチファクトが低減されたより平滑なレンダリングを得ることができる。
【０１０１】
次の段階２１４で、サンプル点２３０ｅが最後のサンプル点であるか否かが決定される。この場合、サンプル点２３０ｅは最後のサンプル点ではない。レンダリングユニット６４は、図２５に示される次のサンプル点２３０ｆへと移動し、色値および不透明度値を決定する。サンプル点２３０ｆの累積不透明度は当然ながら閾値よりも高いので、レンダリングユニット６４は、段階２１８に移行して、勾配領域２３６ｆの位置を決定する。勾配領域２３６ｆは、サンプル点２３０ｆの後に遅れ続ける。この場合、図２５で分かるように、勾配領域２３６ｆは、わずかに前方に移動している。勾配領域２３６ｆは、光線経路２３２に沿ったサンプル点の継続的な進行にもかかわらず、高強度および高不透明度領域２３４の等値面の前方の一部の周りに依然として存在する。
【０１０２】
サンプル位置２３０ｅおよび２３０ｆの場合、勾配領域２３６ｅ、２３６ｆの遅れは、勾配領域２３６ｅ、２３６ｆが、強度（および、本実施形態の変換関数によれば、不透明度）が再び低下する領域２３４の遠い表面を含めるように拡張していないことを意味する。遠い表面を含まないことは、この場合、シェーディングアーチファクトを回避する助けとなり得る。
【０１０３】
次に、段階２１２で、勾配領域２３６ｆに対して勾配データが計算され、サンプル位置２３０ｆに対して決定された色値および不透明度値と関連付けられる。
【０１０４】
サンプル位置２３０ｆは最後のサンプル位置であると考えられるので、レンダリングユニット６４は、段階２１４から段階２２０に移行し、サンプル位置２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃ、２３０ｄ、２３０ｅ、２３０ｆに対して決定された色、不透明度、および勾配を合成して、レンダリング画像のピクセルのうち１つに対するピクセル色およびシェーディングを決定する。図１９のプロセスは、画像データによって表されるボリュームを通過する他の一連の光線経路に対して繰り返される。それによって、レンダリング画像のピクセルそれぞれに対する色値およびシェーディング値が決定される。
【０１０５】
図１９の勾配領域遅れプロセスは、場合によっては、既知の１Ｄプレインテグレーション方法によって発生される重大な画像アーチファクトを排除することができる。また、勾配領域遅れプロセスは、性能の劣化がほとんどまたは全くない。勾配領域遅れプロセスは、ＣＰＵレンダリングとＧＰＵレンダリングとの両方に対して有用である。勾配領域遅れプロセスは、特に、薄い表面および小さな粒子のレンダリング画像の外観を改善することができる。
【０１０６】
図２６Ａは、図１９のプロセスにしたがってレンダリングされた、被検体の胴体領域の骨および血管系のレンダリング画像を示す。図２６Ｂは、勾配領域遅れがない、既知の１Ｄプレインテグレーション方法にしたがってレンダリングされた同じ領域のレンダリング画像であって、特に骨の領域に様々な等高線状の画像アーチファクトを含む画像を示す。
【０１０７】
図１９に関連して記載した勾配遅れプロセスは、勾配領域をサンプル位置の後に徐々に遅れさせることができる式にしたがって、勾配領域をサンプル位置の後に遅れさせ、どの程度迅速または急速であるかに応じて、蓄積不透明度が増加する。代替実施例では、勾配領域遅れを決定するための任意の適切な式が使用されてもよい。例えば、場合によっては、一旦蓄積不透明度が閾値を上回ると、勾配領域が自動的に固定されてもよい。したがって、勾配領域は、サンプル点がボリュームを通ってさらに進む間、同じ位置に留まる。
【０１０８】
図１０の実施例は、レンダリング中に図１３と図１９の両方のプロセスを行うことができる。図１３と図１９の両方のプロセスは、高不透明度状態（不透明領域）からの遷移、または高不透明度状態（不透明領域）への遷移がある場合、サンプリングプロセスの修正を有する。図１３のプロセスの場合、高不透明度状態（不透明領域）からの遷移、または高不透明度状態（不透明領域）への遷移は、変換関数におけるサンプル間隔において、高不透明度領域（不透明領域）からの遷移、または高不透明度状態（不透明領域）への遷移を有する。一方、図１９のプロセスの場合、高不透明度状態（不透明領域）への遷移は、蓄積不透明度値が閾値に一致するかまたはそれを上回ることを備えてもよい。代替実施例または代替の動作モードでは、図１３および図１９のプロセスのどちらかを、他方を伴うことなく行うことができる。したがって、高不透明度領域（不透明領域）からの遷移、または高不透明度状態（不透明領域）への遷移が存在する状態で、勾配領域遅れプロセスを必ずしも行うことなく、色補正を得ることができる。同様に、高不透明度領域（不透明領域）からの遷移、または高不透明度状態（不透明領域）への遷移が存在する状態で、色および／または不透明度の補正プロセスを必ずしも行うことなく、勾配領域遅れプロセスを行うことができる。
【０１０９】
図１３および図１９のプロセスは、ピクセルに対する色値の決定に関連して記載してきたが、それらおよび他の実施例を、ピクセルに対する色値ではなくグレースケールを決定するのに等しく使用することができる。
【０１１０】
例えば、図１３および図１９のプロセスは、ＣＴデータの処理に関連して記載してきたが、他の任意の適切なボリュームデータ、例えばＰＥＴ、ＭＲＩ、超音波、またはＸ線撮影装置により発生されたボリュームデータが使用されてもよい。画像データは、表示用の画像を作成するように処理することができる任意のデータであってもよい。
【０１１１】
実施例による１Ｄルックアップテーブルは、パラメータの値を少なくとも１つの他のパラメータの値と関連付ける、任意のデータ構造を備えてもよい。１Ｄルックアップテーブルは、例えば、一連のデータベース入力および／または一連のオブジェクトもしくはオブジェクトのインスタンスであるが、それらに限定されず、任意の適切なデータ構造を備えてもよい。１Ｄルックアップテーブルは、単一の物理的なデータ記憶デバイスに格納されてもよく、または、同じもしくは異なる位置にある複数の物理的なデータ記憶デバイスにわたって分配されてもよい。
【０１１２】
いくつかの実施例の場合、各画像データ（ボリュームデータ）値に対して、変換関数のサンプル間隔はその画像データ値以下の画像データ値の範囲を備えてもよい。高不透明度領域（不透明領域）からの遷移、または高不透明度状態（不透明領域）への遷移があるか否かの決定は、高不透明度領域（不透明領域）からの遷移、または高不透明度状態（不透明領域）への遷移があるか否かをサンプル点それぞれに対して決定することを備えてもよい。高不透明度領域は、例えば、不透明度が不透明度閾値以上である領域を備えてもよい。
【０１１３】
特定の実施例は、また、ボリュームレンダリング器において色の不正確さを低減するための方法および装置を提供する。ボリュームレンダリング器は、変換関数の不透明間隔の希薄な記録を作り出すことと、サンプルと比較するための光線の局所的閾値（そこで光線が不透明材料に入る）を探索し格納することと、事前統合（プレインテグレーション）によって計算された色を、その色が不透明点を含む情報を用いて補正することと、事前統合（プレインテグレーション）によって計算された色を用いて部分横断間隔（ｐａｒｔｉａｌｌｙ−ｔｒａｖｅｒｓｅｄ  ｉｎｔｅｒｖａｌ）にわたって蓄積色を推定することとを有する。
【０１１４】
特定の実施例は、また、１つもしくは複数の１Ｄプレインテグレーション変換関数を使用するシェーディング付きボリュームレンダリングのための方法を提供する。シェーディング付きボリュームレンダリングのための方法において、勾配は、光線位置からのオフセットで評価される。このとき、オフセットは、蓄積不透明度（例えば、α）の関数である。なお、勾配は、オフセットが隣接した等値面までの距離の関数であってもよい。また、勾配は、変換関数または予め決定された公式を使用して、不透明度（例えば、α）とは独立に、積算されてもよい。
【０１１５】
実施例は、関連付けられた光線間隔の不透明度の判定に基づいて、プレインテグレーションプロセスに対してサンプリングプロセスを修正することを提供してもよい。
【０１１６】
メモリ（記憶部）６０は、第１対応表と、第２対応表と、ボリュームデータと、閾値（不透明閾値、累積不透明閾値など）と、レンダリング処理部により発生されたレンダリング画像、入力デバイス（入力部）５８を貸して入力された各種指示、レンダリング処理・各種（境界、不透明度、色相、勾配値、所定領域）決定処理に関するプログラム等を記憶する。第１対応表と第２対応表とは、１Ｄルックアップテーブルに対応する。第１対応表は、所定の方向に沿ったボクセル値に対する不透明度の関係に基づいて予め決定された対応表である。第２対応表は、所定の方向に沿ったボクセル値に対する色相の関係に基づいて予め決定された対応表である。所定の方向とは、例えば、レンダリング処理に関する視線方向である。視線方向は、例えば、図１４、図１５、図１６Ａ、図１６Ｂ各々における１５２に対応する。
【０１１７】
第１対応表は、視線方向に沿ったボクセル値に対する不透明度の関係（関数）を示す対応表である。第１対応表は、例えば、図１４、図１５、図１６Ａ、図１６Ｂ各々における下方のグラフに相当する。第２対応表は、視線方向に沿ったボクセル値に対する色相の関係（関数）を示す対応表である。第２対応表は、図１７に記載のグラフに相当する。第１対応表および第２対応表は、上述した１Ｄルックアップテーブルの発生と同様にして発生され、記憶部６０に記憶される。
【０１１８】
ボリュームデータにおける複数のボクセル各々におけるボクセル値は、色値、グレースケール値、輝度値のうち少なくとも一つを有する。ボリュームデータは、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、超音波診断装置、Ｘ線診断装置のうち少なくとも一つにより発生されたデータである。
【０１１９】
プレレンダリングユニット６６は、境界特定部を有する。境界特定部は、所定の方向に沿った複数のサンプル点各々に対応するボクセル値に基づいて、サンプル点のうち隣接する２つのサンプル点（以下、隣接サンプル点と呼ぶ）の間における不透明領域の境界を特定する。不透明領域の境界とは、例えば、図１６ＢにおけるＳｏｐａｑｕｅに対応する。境界特定部における処理は、例えば、図１１における段階１０４と段階１０６、図１３の段階１２４に対応する。
【０１２０】
例えば、境界特定部は、不透明度閾値と、視線方向沿ってボリュームデータからサンプリングされた複数のサンプル点にそれぞれ対応するボクセル値と、第１対応表とに基づいて、不透明領域の境界を特定する。不透明領域の境界は、ボリュームデータにおける複数のサンプル点のうち隣接サンプル点の間（以下、境界包含範囲と呼ぶ）で、特定される。視線方向において不透明領域の境界に対応する点は、例えば、透明領域（または半透明領域）から不透明領域に遷移する遷移点（例えば、図１６Ａの１５６、図１６ＢのＳｏｐａｑｕｅ）に相当する。
【０１２１】
具体的には、境界特定部は、ボクセル値に対する不透明度の関係（第１対応表）において、視線方向に沿って視点からサンプル点各々まで不透明度を累積した累積不透明度と所定の閾値とを比較することにより、境界を特定する。また、境界特定部は、所定の方向において特定された境界を、所定の方向に沿って配列するサンプル点の終点として特定する。ここで、サンプル点の終点は、不透明領域の境界とは、例えば、図１６ＢにおけるＳｏｐａｑｕｅに対応する。
【０１２２】
レンダリングユニット６４は、不透明度決定部と、色相決定部と、勾配決定部と、レンダリング処理部とを有する。なお、不透明度決定部等は、プレレンダリングユニット６６に属していてもよい。また、レンダリングユニット６４は、上記境界特定部を有していてもよい。
【０１２３】
不透明度決定部は、ボリュームデータにおいて特定された境界を含む２つのサンプル点の間における複数のボクセル値に対する不透明度の関係に基づいて、特定された境界（サンプル点の終点）における不透明度を決定する。具体的には、不透明度決定部は、ボリュームデータにおける境界包含範囲の両端に位置する２つのサンプル点におけるボクセル値と、第１対応表とに基づいて、隣接サンプル点各々における累積不透明度を決定する。
【０１２４】
次いで、不透明度決定部は、隣接サンプル点各々における累積不透明度と、第１対応表とに基づいて、特定された境界における不透明度を決定する。不透明度決定部は、特定された境界における不透明度を、レンダリング処理部に出力する。なお、不透明度決定部は、決定した不透明度を、色相決定部に出力してもよい。不透明度の決定に関する処理は、例えば、図１３の段階１３０および図１６Ａ、図１６Ｂに対応する。
【０１２５】
勾配決定部は、サンプル点各々に関する所定領域における複数のボクセル値に基づいて、サンプル点にそれぞれ対応する複数の勾配値を決定する。ここで、所定領域とは上述した勾配領域に対応する。具体的には、勾配決定部は、まず、所定の方向（仮想的な光線経路）に沿って視点からサンプル点各々まで不透明度を累積した累積不透明度とサンプル点の位置とサンプル点の間の間隔と所定の閾値とに基づいて、サンプル点にそれぞれ対応づけられた所定領域の位置を決定する。
【０１２６】
次いで、勾配決定部は、所定領域に含まれる複数のボクセル値に基づいて、サンプル点にそれぞれ対応する複数の勾配値を決定する。勾配決定部は、サンプル点各々に関する勾配値を、レンダリング処理部に出力する。なお、勾配決定部は、サンプル点各々に関する勾配値を、色相決定部に出力してもよい。勾配の決定に関する処理は、例えば、図１９の各処理、図２０乃至図２５に対応する。
【０１２７】
色相決定部は、ボリュームデータにおいて特定された境界を含む２つのサンプル点の間における複数のボクセル値に対する色相の関係（図１７に示された第２対応表）に基づいて、特定された境界における色相を決定する。具体的には、色相決定部は、ボリュームデータにおける境界包含範囲の両端に位置する２つのサンプル点におけるボクセル値と、第１対応表と第２対応表とに基づいて、特定された境界における色相を決定する。
【０１２８】
なお、色相決定部は、第１対応表の代わりに、不透明度決定部により決定された不透明度を用いてもよい。色相決定部は、特定された境界において決定された色相を、レンダリング処理部に出力する。なお、色相決定部は、サンプル点各々に関連する勾配値と、第１対応表および第２対応表とを用いて、境界における色相を補正してもよい。色相の決定に関する処理は、例えば、図１３の段階１３０に対応する。
【０１２９】
レンダリング処理部は、不透明領域に非包含なサンプル点各々に対応する前記ボクセル値と、境界における不透明度と、所定の方向に沿った前記ボクセル値に対する不透明度の第１対応表とを用いて、ボリュームデータに対してレンダリング処理を実行する。例えば、レンダリング処理部は、ボリュームを通過する仮想的な光線経路（所定の方向）に沿った複数のサンプル点各々および終点における不透明度を合成することにより、レンダリング処理を実行する。レンダリング処理部は、レンダリング処理により、レンダリング画像を発生する。レンダリング処理部は、発生したレンダリング画像を、記憶部、表示部等に出力する。レンダリング処理は、例えば、図１３の段階１３６、図１９の段階２２０に対応する。
【０１３０】
また、レンダリング処理部は、不透明領域に非包含なサンプル点各々に対応するボクセル値と、境界における色相と、所定の方向に沿ったボクセル値に対する色相の第２対応表とをさらに用いて、レンダリング処理を実行してもよい。例えば、レンダリング処理部は、ボリュームを通過する仮想的な光線経路（所定の方向）に沿ったサンプル点各々および終点における色相を合成することにより、レンダリング処理を実行する。
【０１３１】
また、レンダリング処理部は、サンプル点にそれぞれ対応づけられた勾配値をさらに用いて、レンダリング処理を実行してもよい。このとき、レンダリング処理部は、勾配値に基づいて、レンダリング画像における複数の画素各々におけるシェーディング値（シェーディングの寄与）を決定する。レンダリング処理部は、決定したシェーディング値を用いて、シェーディングを伴ったレンダリング画像を発生する。
【０１３２】
表示デバイス（表示部）５４は、レンダリング処理により発生されたレンダリング画像を表示する。表示部において表示されるレンダリング画像は、例えば、図１８Ｂで示された画像、図２６Ａで示された画像である。図１８Ｂで示すように、本実施形態により発生されるレンダリング画像において、図１８Ａと異なり、年輪状（等高線）アーチファクトは、ほとんど発生しない。また、図２６Ａで示すように、本実施形態により発生されるレンダリング画像において、図２６Ｂと異なり、特に骨の領域に年輪状アーチファクトは、ほとんど発生しない。また、図示していないが、本実施形態により発生されるレンダリング画像において、シェーディングアーチファクトは、ほとんど発生しない。
【０１３３】
以上に述べた構成によれば、以下のような効果を得ることができる。  
本実施形態に係る医用画像処理装置５０によれば、レンダリング処理に用いられるボリュームデータを透過する複数の仮想的な光線経路各々における複数のサンプル点において、隣接サンプル点のボクセル値に基づいて、不透明領域の境界を決定することができる。次いで、本実施形態によれば、第１対応表を用いて、仮想的な光線経路各々における境界（サンプル点の終点）の不透明度を決定することができる。また、本実施形態によれば、境界における色相を、勾配値、第２対応表、決定された不透明度等を用いて、決定することができる。また、本実施形態によれば、仮想的な光線経路に沿って視点からサンプル点各々まで不透明度を累積した累積不透明度とサンプル点の位置とサンプル点の間の間隔と所定の閾値とに基づいて、仮想的な光線経路に沿ったサンプル点の移動より遅延させて、勾配値の計算に関する所定領域を、移動させることができる。すなわち、本実施形態によれば、累積不透明度を用いて、仮想的な光線経路に沿った隣接する所定領域の間の間隔を狭く決定することができる。
【０１３４】
これらのことから、本実施形態に係る医用画像処理装置５０によれば、ボリュームデータに対する仮想的光線経路において、不透明領域の境界を決定し、決定された境界における不透明度および色相を、より正確に決定することできる。以上のことから、本実施形態によれば、年輪状（等高線状）アーチファクトおよびシェーディングアーチファクトを発生させることなく、色相の精度および不透明度の精度を向上させたレンダリング画像を発生させることができる。さらに、本実施形態によれば、記憶領域および処理速度などの処理資源を大量に消費することなく、低コストでかつ高速に、色相および形状が正確なレンダリング画像を発生させることができる。
【０１３５】
いくつかの実施例は、実施例の方法を行うために実行可能なコンピュータ可読命令を有するコンピュータプログラムを用いて、特定の機能性を実践してもよいが、コンピュータプログラムの機能性は、ハードウェア（例えば、ＣＰＵを用いるか、１つもしくは複数のＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）による）、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、またはＧＰＵ（グラフィック処理ユニット）の形で、あるいはハードウェアとソフトウェアの混合によって実装できることが、当業者には十分に理解されるであろう。
【０１３６】
特定のユニットについて本明細書に記載してきたが、代替実施例では、それらユニットの１つまたは複数の機能性を、単一のユニット、処理資源、または他の構成要素によって提供することができ、あるいは、単一のユニットによって提供される機能性を、２つ以上のユニットまたは他の構成要素の組み合わせによって提供することができる。単一のユニットに対する言及は、そのユニットの機能性を提供する単一の構成要素または複数の構成要素、例えばユニットを網羅し、かかる構成要素が互いに離れているか否かは問わず、また、複数のユニットに対する言及は、それらのユニットの機能性を提供する単一の構成要素、例えばユニット、またはそれらのユニットの機能性を提供する複数の構成要素を網羅する。
【０１３７】
特定の実施例について記載してきたが、これらの実施例は単なる一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定しようとするものではない。実際に、本明細書に記載される新規な方法およびシステムは、他の様々な形態で具体化されてもよく、さらに、本発明の趣旨から逸脱することなく、本明細書に記載される方法およびシステムの形態における様々な省略、置換、ならびに変更が行われてもよい。添付の請求項およびそれらの等価物は、かかる形態および修正を、本発明の範囲内にあるものとして包含するものとする。
【０１３８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１３９】
５０…医用画像処理装置、５２…処理装置、５４…表示デバイス、５６…ＣＴスキャナ、５８…入力デバイス、６０…メモリ、６２…ＣＰＵ、６４…レンダリングユニット、６６…プレレンダリングユニット、６８…画像データ処理ユニット。
【図１】
2015020064.tif 000003
【図２Ａ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図６】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
2015020064.tif 000009
【図９Ｃ】
2015020064.tif 000010
【図９Ｄ】
2015020064.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015020064.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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