(57)【要約】【課題】ボリュームデータセットに蓄積された画像を改善して表示可能にする。【解決手段】被検体（３）の３次元画像の表面が分割される。その際３次元画像がボリュームデータセットとした蓄積されている。その後、分割された表面が一つの平面に変換されるようにボリュームデータセットが変換される。次に、３次元画像の平面に変換された表面が３次元画像の内側および／または外側における予め与えられた厚さの層とともに表示される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体（３）の３次元画像の湾曲表面を分割し、その場合３次元画像がボリュームデータセットとして蓄積され、
分割された湾曲表面が一つの平面に変換されるように、ボリュームデータセットを変換し、
３次元画像の、平面に変換された湾曲表面を、３次元画像の内側および／または外側における予め与えられた厚さの層とともに表示する
ことを特徴とする画像形成方法。
【請求項２】
３次元画像がコンピュータ断層撮影による複数の相連続する断層像（２１−２７）の形で存在するかまたはスライススタックと見なされ、各断層像（２１〜２７）の画像データが直交座標（ｘ，ｙ）により記述され、３次元画像の表面の分割のために、
各断層像（２１〜２７）について、３次元画像を通って延びかつ個々の断層像に対して少なくともほぼ直角方向に向いている直線（Ｇ）を基準とする極座標（ｒ，φ）への座標変換を行ない、
変換された各断層像内に描かれかつ３次元画像の表面に対応した輪郭（４１）を求め、
求められた輪郭（４１）の画素を、ボリュームデータセットに割り付けられた座標系（ｘ，ｙ，ｚ）に逆変換し、
３次元画像の、平面に変換された表面を、３次元画像の内側および／または外側における予め与えられた厚みの層とともに表示するために、輪郭（４１）に沿って画素を再抽出する
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
３次元画像は生体（３）の少なくとも一部分の画像であり、分割された表面は生体（３）の体表面の画像であることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
被検体は生体の骨または器官であることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
【請求項５】
変換された平面は３次元画像への注視方向に向けられていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
変換された平面は３次元画像からの注視方向に向けられていることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
予め与えられた厚さの層に割り付けられた画像データは、ＭＰＲ（多断面変換表示法）、ＭＩＰ（最大値または最小値投影表示法）、ＶＲ（ボリュームレンダリング）および／またはフィルタ処理によって、平滑され、縁部強調されまたはその他の構造物強調されて表示されることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被検体の３次元画像からの画像形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に現代の画像形成を行う医療技術機器を用いて撮影された画像は全ての方向に比較的高い分解能を有するので、それらの機器により増強された３Ｄ撮影（ボリュームデータセット）が作成される。画像形成を行う医療技術機器は、例えば超音波装置、コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴装置、またはＸ線装置、またはＰＥＴスキャナーである。さらに、コンピュータ断層撮影装置（ＣＴ）またはＸ線装置は、これらの装置を用いた検査中に生体が被曝する線量が減少したことから、かなり頻繁に使用することができる。しかしながら、ボリュームデータセットは従来の２次元画像の画像データセットよりも大きなデータ量を有し、そのためにボリュームデータセットの評価には比較的手間がかかる。ボリュームデータセットの本来の撮影は現在約３０秒かかり、ボリュームデータセットの選別および評価についてはしばしば３０分以上必要とする。従って、自動的な識別・評価方法が必要であり、歓迎される。
【０００３】
さらに、特に大きなボリュームデータセットの表示においては微細な構造物が失われること、もしくは微細な構造物を可視化するためには造影剤が必要となることがある。これは、例えば小さな血管を表示するためには重要である。
【０００４】
２０００年頃までは、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）においてアキシャル像スタック（断層像群）を基にして診断するか、あるいは主として断層像を基にした所見の方向付けだけがほとんど通常であった。１９９５年頃以来、コンピュータの計算能力により診断コンソール上における３Ｄ表示が広まった。しかしながら、当初、３Ｄ表示はむしろ学術的または補足的な意義を持っていた。さらに、医師の診断を容易にするために、主として４つの３Ｄ可視化基本方法が開発されている。
【０００５】
１．多断面変換表示法（ＭＰＲ）：これは、例えば元の水平方向の断層とは異なる向きのボリュームデータセットの新編成と何ら異なっていない。とりわけ、直角方向のＭＰＲ（１つの座標軸に対してそれぞれ垂直な３つのＭＰＲ）と、自由ＭＰＲ（傾斜断面、導出された＝補間された）と、曲線ＭＰＲ（生体画像を通る任意の通路に対して平行でかつ、例えばその通路が示されたＭＰＲに対して垂直な断面形成）とに類別される。
【０００６】
２．陰影付け表面表示法（Ｓｈａｄｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ，ＳＳＤ）：ボリュームデータセットの分割および切り取られた被検体表面の表示（たいてい、ＣＴ値による方向付けと手作りの補助編集によって形成される）。
【０００７】
３．最大値投影表示法（ＭＩＰ）：各可視光線に沿った最大強度の表示。いわゆる「ｔｈｉｎ  ＭＩＰ」の場合には部分ボリュームだけが表示される。
【０００８】
４．ボリュームレンダリング法（ＶＲ）：これは、Ｘ線と同程度に被検体に侵入する可視光線の減弱のモデル化であると理解される。それによって、撮像された被検体（部分的に透過性）の全深さが検出される。しかしながら、小さくかつとりわけ薄い層で表示される被検体の詳細が失われる。表示は手作業でいわゆる伝達関数（カラーのルックアップテーブル）の設定によって形成される。
【０００９】
高速可視化の他の重要な様式（但し、本来の３Ｄ方法ではない）は、次々と断層が表示される断層スタックにおけるフィルム状の交換である。
【００１０】
ボリュームデータセット内に表わされた被検体の特殊な陰影をつけた表示が知られている（例えば、特許文献１参照）。この場合には、ボリュームデータセットが核磁気医療技術装置により作りだされる。
【００１１】
医療画像内に描かれた輪郭を識別する方法も知られている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。
【特許文献１】米国特許第４８７９６５２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０００／０１６４０６１号明細書
【特許文献３】米国特許第４８７９６５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、ボリュームデータセット内に蓄積された画像を改善して表示することを可能にする画像形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、本発明によれば、
被検体の３次元画像の湾曲表面を分割し、その場合３次元画像がボリュームデータセットとして蓄積され、
分割された湾曲表面が一つの平面に変換されるように、ボリュームデータセットを変換し、
３次元画像の、平面に変換された湾曲表面を、３次元画像の内側および／または外側における予め与えられた厚さの層とともに表示する
画像形成方法によって解決される。
【００１４】
本発明による方法により、完全なボリュームデータセットの手間のかかる選別を特殊な問題個所について自動化し、それにより医師にとって簡素化しかつ高速化することができる。本発明による方法により、一種の「“Ｃｕｒｖｅｄ  ＭＩＰ”（曲線ＭＩＰ）」が発生され、すなわちボリュームデータセットの画像内容の完全なリフォーマッテング（再編成）が行なわれる。これは、曲線ＭＰＲにおけるように一平面に垂直にかつ一直線に平行に行われるのではなく、３次元画像の分割された表面に対して平行に行なわれる。
【００１５】
まず、本発明によれば、特に自動的に３次元画像の表面が定められる（分割されて取り出される）。ここで、この一般に湾曲した表面が、あたかも３次元画像を展開するかのように平面に変換される。ここでは、比較のために地図への地表の投影を考える。特に、被検体が、近似的に楕円形の基礎面を備えたいわば柱形状を有する生体の胴体である場合には、その表面は平らな面に展開される。
【００１６】
本発明の特に有利な実施態様によれば、３次元画像がコンピュータ断層撮影による複数の相連続する断層像の形で存在し、各断層像の画像データが直交座標系の座標で記述されている場合には（例えば、管状骨に沿った表示された皮膚組織または構造物）、３次元画像の表面の分割は、
各断層像について、３次元画像を通って延びかつ個々の断層像に対して少なくともほぼ直角方向に向いている直線を基準とする極座標への座標変換を行ない、
変換された各断層像内に描かれかつ３次元画像の表面に対応した輪郭を求め、
求められた輪郭の画素を、ボリュームデータセットに割り付けられた座標系に逆変換し、
３次元画像の、平面に変換された表面を、３次元画像の内側および／または外側における予め与えられた厚みの層とともに表示するために、輪郭に沿って画素を再抽出する
ことによって行なわれる。
【００１７】
３次元画像の表面を展開した平らな表示は、その表面の下側および／または上側における予め与えられた厚みの層を含む。例えば血管が検査されるべき場合、厚みは、例えば数ｍｍである。管状骨構造物の検査の場合には厚みはほぼ１ｃｍくらいであり、脳膜の検査の場合には層は比較的薄い。このどちらかといえばむしろ半球状の配置において、詳しく地図投影の場合であってよいし、あるいは「Ｒ．Ｄｒｅｂｉｎ，“Ｖｏｌｕｍｅ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ”，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｇｒａｐｈｉｃｓ  ２２（４），ｐ６５−７４，Ａｕｇｕｓｔ  １９８８」に記載された方法のような帯状の再編であってよい。
【００１８】
作成された画像平面の予め与えられた厚さの層について、問題個所に応じて、相連続する画素の適切な計算処理様式が表示要求に応じて適用される。この場合、周辺条件は、表面からの被検査構造物の可変または一定の間隔、被検査構造物の信号値の不変性、必要ならば抑制すべきノイズ、構造物が周囲よりも高い密度を持つ特性（（造影剤を注入された）血管、石灰化）または他の特徴（高次の統計）である。表面の画像および予め与えられた厚みの撮像された層だけが表示されることから、コントラストにおける効用が生じる。
【００１９】
本発明の有利な変形によれば、３次元画像は生体の少なくとも一部の画像であり、分割された表面は撮像された生体の体表面の画像である。
【００２０】
それにより、例えば自動的に生体の体表面の画像もしくは規定可能な深さまでの皮下の断層の画像が表示される。この場合に成形手術の準備、血管外科の準備、皮膚癌集団検診などへの適用が考え得る。例えば、皮下の血管ツリーの高精度分解能表示を再生することが可能である。
【００２１】
しかしながら、本発明による方法は体表面（皮膚）に限定されない。特に、本発明の他の実施態様によれば、被検体が生体の骨または器官である。例えば、とりわけ、深いところにある器官の表面または器官内部の境界面を検査することができる。（骨粗しょう症における）成長または崩壊の評価のための骨の検査（肉柱状態）が他に適用可能性である。
【００２２】
変換された表面の種々の眺めを得るために、本発明の実施態様によれば、変換された平面は、３次元画像への注視方向および／または３次元画像からの注視方向に向けられている。それゆえ、検査すべき表面もしくはそれの画像を種々の注視方向から検査することができる。
【００２３】
さらに、予め与えられた厚さの層の種々の表示のために、予め与えられた厚さの層に割り付けられた画像データが、ＭＲＰ（＝ｍｕｌｔｉ ｐｌａｎａｒ  Ｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ、多断面変換表示法）、ＭＩＰ（＝ｍａｘｉｍｕｍ ｏｒ ｍｉｎｉｍｕｍ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ、最大値または最小値投影表示法）、ＶＲ（＝Ｖｏｌｕｍ  Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ、ボリュームレンダリング法）および／またはフィルタ処理（平滑処理、縁部強調処理またはその他の構造物強調処理）により表示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施例が添付図面に例示的に示されている。
図１はコンピュータ断層撮影装置を示し、
図２は多数の断層像からなるボリュームデータセットの形で患者の腹部範囲の３次元画像を示し、
図３は図２に示されたボリュームデータセットの断層像を示し、
図４は図３に示された断層像の極座標変換後の画像情報を示し、
図５は一平面に変換された体表面画像および体表面に隣接する層の画像を含む画像データセットを示し、
図６は図５に示された画像データセットに割り付けられた画像を示す。
【００２５】
図１は、Ｘ線源１を備えたコンピュータ断層撮影装置を概略的に示す。Ｘ線源１からは図１に鎖線で示された縁部ビームを有するピラピッド状のＸ線ビーム束２が出る。Ｘ線ビーム束２は、例えば患者３である被検体を透過しＸ線検出器４に当たる。Ｘ線源１およびＸ線検出器４は、本実施例の場合にはリング状のガントリー５に互いに対向配置されている。リング状のガントリー５は、このガントリーの中心点を通るシステム軸線６に対して、図１に示されていない保持装置に回転可能（矢印a参照）に支持されている。
【００２６】
患者３は、本実施例の場合には、Ｘ線が透過するテーブル７上に寝ている。このテーブルは、図１には同様に図示されていない支持装置によりシステム軸線６に沿って移動可能（矢印ｂ参照）に支持されている。
【００２７】
従って、Ｘ線源１およびＸ線検出器４は、システム軸線６に対して回転可能でありかつシステム軸線６に沿って患者3に対して相対的に移動可能である測定システムを構成するので、患者３はシステム軸線６に関して種々の投影角および種々の位置のもとで投射されることができる。その際に発生するＸ線検出器４の出力信号から、データ検出システム９が測定値を形成し、この測定値はコンピュータ１１に導かれる。コンピュータ１１は当業者に知られた方法により患者３の画像を算出し、さらにこの画像はコンピュータ１１に接続されたモニタ１２で再生することができる。本実施例の場合、データ検出システム９は、図示されていないやり方にて例えばスリップリングシステムまたは無線伝送区間を含む電気導線８によりＸ線検出器４に接続されていると共に、電気導線１０によりコンピュータ１１に接続されている。
【００２８】
図１に示されたコンピュータ断層撮影装置はシーケンス走査にもスパイラル走査にも使用することができる。
【００２９】
シーケンス走査の場合には患者３の層毎の走査が行なわれる。その際に、Ｘ線源１およびＸ線検出器４はシステム軸線６を中心に患者３の周りを回転し、Ｘ線源１およびＸ線検出器４を含む測定システムは患者３の２次元断層を走査するために多数の投影を撮影する。その際に取得された測定値から、走査された断層を表示する断層像が再構成される。相連続する断層の走査の間に、患者３はその都度システム軸線６に沿って移動される。この過程は全ての関心断層が捕捉されるまで繰り返される。
【００３０】
スパイラル走査中、Ｘ線源１およびＸ線検出器４を含む測定システムはシステム軸線６を中心に回転し、テーブル７は連続的に矢印ｂの方向に移動する。すなわち、Ｘ線源１およびＸ線検出器４を含む測定システムは、患者３に対して相対的に連続的にスパイラル軌道ｃ上を、患者３の関心領域が全部捕捉されるまで移動する。その際、本実施例の場合には医療技術において通常に用いられるＤＩＣＯＭ標準に基づいてコード化されているボリュームデータセットが発生する。
【００３１】
本実施例の場合、図１に示されたコンピュータ断層撮影装置により、患者３の腹部範囲における多数の相連続する断層像からなるボリュームデータセットが作成される。図２に概略的に示されているボリュームデータセットは、本実施例の場合、５１２×５１２のマトリックスの約２５０個のＣＴスライス（断層像）を含む。図２には例示的に符号２１〜２７を備えた７つの断層像が示されている。
【００３２】
本実施例の場合、ボリュームデータセットで表わされた体表面およびその直下にある表わされた組織および表わされた血管が表示されるべきである。このために、本実施例の場合、コンピュータ１１上で、これから説明するステップを実行する適当なコンピュータプログラムがランする。
【００３３】
まず、第一段階では、表わされた体表面を求めるために、ボリュームデータセットの各断層像２１〜２７が患者３の腹部範囲の３次元画像を通って延びる直線Ｇを基準とする極座標へ変換される。この直線Ｇは個々の断層像２１〜２７に対して少なくともほぼ直角に向けられている。直線Ｇは、本実施例の場合、ボリュームデータセットのほぼ中心を通り、ボリュームデータセットを規定する座標系のｚ軸に一致する。
【００３４】
各断層像２１〜２７（図３では断層像２１〜２７のうち断層像２１が例示的に示されている。）は、本実施例の場合には直交座標系における座標（ｘ，ｙ）で記述されている。引続いて、各断層像２１〜２７の画像情報は、それらが直線Ｇを基準としてもしくは直線Ｇと対応の断層像とのその都度の交点を基準として極座標（ｒ，φ）へ変換されることによって、半径方向に新たに配置される。例として、直線Ｇと断層像２１との間の交点Ｓが図３に示されている。極座標（ｒ，φ）への変換にともない、患者３の体表面の画像も変換され、各変換されたアキシャル像（断層像）において閉じた輪郭として表示される。患者３の体表面の画像に対応した輪郭４１が図４に例示的に極座標（ｒ，φ）へ変換された断層像２１について表示されている。
【００３５】
極座標（ｒ，φ）への変換の結果は直線的に描かれた半径方向の輝度プロフィールである。ここで、この矩形マトリックス（導出された画像マトリックス）において、図４に示され体表面に対応した輪郭４１を強調するフィルタ処理が行なわれる。フィルタ応答は導出されたマトリックスにおける輝度値を置き換える。ここで、同一の始点／目標点でのこの画像マトリックスにおける上から下へ向かう最適な通路の捜索が行なわれる。これは、本実施例の場合には、例えば「Ｒ．Ｂｅｌｌｍａｎ，“Ｄｙｎａｍｉｃ  ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｔｒｏｌ，１（３），ｐａｇｅ  ２２８−２３９，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １９５８」に記載されているような動的最適化により行なわれる。最適化通路は体表面画素に対する半径方向ベクトルである。他のステップにおいては、極座標に変換された輪郭４１がボリュームデータセットの元の座標へ逆変換されるので、断層像の個々の輪郭によって決まる輪郭全体および元のボリュームデータセットの対応画素が個々の輪郭と関連して全ての断層像２１〜２７を介して検査される。これは、とりわけ誤差（異常値）抑制および信頼性に寄与する。推定の誤差個所では、本実施例の場合には、３Ｄ環境の次の新たな検査とともに個々の断層像２１〜２７における再分割が行なわれる。それにより、ボリュームデータセットにおける患者３の体表面の画像が分割される。
【００３６】
その後、ボリュームデータセットにおける分割された体表面の画像に対して直角方向に再抽出が行なわれる。極座標（ｒ，φ）への変換時には、円（理想化された表面輪郭）の全ての点に対する直角方向の輝度プロフィールが原データから求められ、矩形マトリックスとして形成されたのに対して、再抽出の場合には、分割された体表面の画像（体表面輪郭）の各画素において体表面経過に対して直角方向のプロフィールが得られる。この再抽出は新たに矩形マトリックスとして形成される。その点における直角方向の線、例えば中心線は体表面の画像の画素に相当する。その左側には、例えば体表面近くで内側に向けてＣＴ測定値が存在する。それによって、ボリュームデータセットは、患者３の体表面の分割された画像が一平面に変換されるように変換される。それにより、問題個所に応じた測定値の取得（再抽出）のためには、分割されかつその平面に変換された表面の下側および／または上側の層、つまり本実施例の場合には分割されかつその平面に変換された患者３の体表面の画像が求められる。この層の厚さは本実施例の場合には分割の前にコンピュータ１１に設定入力される。その結果、図５に示された薄いボクセル直方体の構造を持つ画像データセット５１が生じる。
【００３７】
本実施例の場合、体表面に続く層の厚さは約５ｍｍの大きさである。それゆえ、本実施例の場合、患者３の皮膚下近くの鼠径範囲にある血管が造影剤なしに表示可能である。本実施例の場合この５ｍｍの厚みを介して体表面に対して直角方向にその都度最大の厚さが求められ、それによりいわゆる「薄いＭＩＰ」が生成されるが、これは体表面の湾曲画像に沿った元のボリュームデータセットに戻される。評価のために、図５に示された画像データセット５１を使用することができる。この画像ボリュームデータセットの対応画像６１が図６に示され、モニタ１２に再生される。
【００３８】
最大の信号値の代わりに、他の問題個所のためにちょうど同じように最小値を使用するか、または他の計算処理を行なうことができる。比較的厚い構造物については、例えば平均値形成またはその他の平滑演算子により信号／ノイズ比を改善することができる。信号値（ハウンズフィールド値）の狭い帯域の選択によって、定められた特性を有する構造（例えば血管、石灰化など）を選択するか、または相補的に次第に弱めて消すことができる。
【００３９】
方向付け表面（図５参照）に対して平行な平面における分析によって、それらの面に関する測定値が例えば構造物特性に基づいて分析されて画像表示される。
【００４０】
ボリュームデータセットは、本実施例の場合、コンピュータ断層撮影装置により形成された、コンピュータ断層撮による多数の相連続する断層像の形で存在する。しかし、ボリュームデータセットは、特に磁気共鳴装置、Ｘ線装置、超音波装置またはＰＥＴスキャナーのような他の画像形成装置によっても作り出すことができる。ボリュームデータセットは、コンピュータ断層撮影による多数の相連続する断層像の形で存在しなければならないというわけではない。
【００４１】
分割すべき画像は必ずしも生体の体表面である必要がはない。特に、器官または骨の表面の画像を挙げることができる。
【００４２】
本実施例は同様に例示的にすぎない性格を有する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】コンピュータ断層撮影装置を示す概略構成図
【図２】多数の断層像からなるボリュームデータセットの形で患者の腹部範囲の３次元画像を示す図
【図３】図２に示されたボリュームデータセットの断層像を示す図
【図４】図３に示された断層像の極座標変換後の画像情報を示す図
【図５】一平面に変換された体表面画像および体表面に隣接する層の画像を含む画像データセットを示す図
【図６】図５に示された画像データセットに割り付けられた画像を示す図
【符号の説明】
【００４４】
１        Ｘ線源
２        Ｘ線ビーム
３        患者
４        Ｘ線検出器
５        ガントリー
６        システム軸線
７        テーブル
８        電気導線
９        データ検出システム
１０        電気導線
１１        コンピュータ
１２        モニタ
２１−２７  断層像
４１        変換された輪郭
５１        画像データセット
６１        画像
ａ，ｄ      矢印
ｃ          スパイラル軌道
ｘ，ｙ，ｚ  直交空間座標系
ｒ，φ      極座標
Ｇ          直線
Ｓ          交点
【図１】
2004174241.tif 000003
【図２】
2004174241.tif 000004
【図３】
2004174241.tif 000005
【図４】
2004174241.tif 000006
【図５】
2004174241.tif 000007
【図６】
2004174241.tif 000008