(57)【要約】  本発明は、奥行き付与を行う方法及び装置、即ち、三次元ボリュームデータの二次元画像の奥行き感を改善する方法及び装置に関し、前記二次元画像は、ボリュームレンダリングを使用して生成される。本発明は、少なくとも２個のカラーチャネルを置き換えることでオリジナル色見本から生成された第２の奥行き用色見本が奥行きの次元で使用されることを特徴とするものである。代替として、３個全てのカラーチャネルを並べ換えてもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法であって、
ａ）三次元画像ボリュームの三次元画像データセットであって、三次元画像ボリューム内の特定のボクセルにそれぞれ割り当てられたボクセル値を有する三次元画像データセットを提供するステップと、
ｂ）三次元画像データセットから二次元画像を生成するために使用される視線方向を定義するステップと、
ｃ）オリジナル色見本を使用してボクセル値から決定された第１の色値を各ボクセルに割り当てるステップと、
ｄ）少なくとも２個のカラーチャネルを置き換えることでオリジナル色見本から生成された奥行き用色見本を使用することによってボクセル値から決定された第２の色値、または少なくとも２個のカラーチャネルを置き換えることによって第１の色値から決定された第２の色値を、各ボクセルに割り当てるステップと、
ｅ）ボリュームレンダリング法を使用することによって三次元画像データセットから二次元画像を生成するステップとを含み、ボリュームレンダリングに使用されるボクセル色値は、定義された視線方向におけるボクセルの奥行きによって決まる所定の重み関数によって第１の色値と第２の色値とから計算されたものである、三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項２】
前記第１の色値は、ボリュームレンダリングの前に各ボクセルに割り当てられ、前記第２の色値は、ボリュームレンダリング中に各ボクセルに割り当てられる、請求項１に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項３】
前記第１の色値と第２の色値は、ボリュームレンダリング中に各ボクセルに割り当てられる、請求項１に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項４】
前記奥行き用色見本は、３個のカラーチャネルを並べ換えることによってオリジナル色見本から生成されるものであり、前記第１の色値から決定された第２の色値は、３個のカラーチャネルを並べ換えることによって第１の色値から生成されるものである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項５】
前記重み関数は、視線方向に対して実質的に垂直な開始平面と終了平面との間で０から１に直線的又は指数関数的に増大する関数である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項６】
各ボクセル色値は、次の式に従って計算されるものである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
ｇ  ＝重み関数（ｔ）                                                      （１）
色値＝ＯＴ（ボクセル値）＊（１−ｇ）＋ＴＴ（ボクセル値）＊ｇ        （２）
ここで、ｔは視線方向におけるボクセルの奥行きであり、ＯＴはオリジナル色見本を表し、ＴＴは奥行き用色見本を表わす。
【請求項７】
さらに、ボリュームレンダリングに使用される各ボクセルの色値の輝度及び／又は彩度を、ボクセルの奥行きが奥になるほど減少させる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項８】
三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法であって、
Ａ）ボリュームレンダリングによって三次元画像ボリュームの三次元画像データセットから生成された二次元画像を提供するステップであって、二次元画像の各画素に、第１の画素色値と、この画素で表わされるボクセルの平均奥行きとが割り当てられるステップと、
Ｂ）二次元画像の各画素について奥行きに応じて重み付けされた画素色値を計算するステップであって、少なくとも２個のカラーチャネルを置き換えることによって第１の画素色値から第２の画素色値を決定し、奥行きに応じて重み付けされた画素色値を、所定の重み関数を用いることにより、画素の平均奥行きによって、第１の画素色値と第２の画素色値とから計算するステップとを含む三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項９】
ボリュームレンダリングは、サーフェスレンダリング法を含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項１０】
ボクセル値は、スカラー値である、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項１１】
重み関数は、開始平面で値０を有し且つ終了平面で値１を有し、開始平面と終了平面は、視線方向に対して垂直であり、開始平面と終了平面は、任意の視線方向において三次元画像ボリューム全体を含む球体の接平面であることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項１２】
三次元画像データセットは、医用画像法によって生成されたものであり、人体又は動物の体の一部又は胎児を表現するものである、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項１３】
三次元画像データセットは、超音波画像法によって生成されたものである、請求項１２に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法。
【請求項１４】
三次元画像データセットを二次元画像で表現する装置であって、
三次元画像ボリュームの三次元画像データセットであって、三次元画像ボリューム内の特定のボクセルにそれぞれ割り当てられたボクセル値を含む三次元画像データセットを有する第１のデータ記憶装置と、
三次元画像データセットから生成された二次元画像を表示するための表示手段と、
観察者が、三次元画像データセットから二次元画像を生成するために使用される視線方向を定義することを可能にする少なくとも１台の入力装置と、
ボリュームレンダリングと、各ボクセルに割り当てられたオリジナル色見本を使用することによってボクセル値から決定された第１の色値と、少なくとも２個のカラーチャネルを置き換えることでオリジナル色見本から生成された奥行き用色見本を使用することによってボクセル値から決定される第２の色値、または少なくとも２個のカラーチャネルを置き換えることによって第１のボクセル値から決定される第２の色値を使用することによって、三次元画像データセットから定義された視線方向の二次元画像を生成するステップを実行する計算手段とを備えており、ボリュームレンダリングに使用される色値は、定義された視線方向におけるボクセルの奥行きによって決まる所定の重み関数によって、第１と第２の色値から計算されるものである、三次元画像データセットを二次元画像で表現する装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１３のいずれか一項による三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法を実行することができる、請求項１４に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する装置。
【請求項１６】
請求項１４又は請求項１５に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する装置を備えた医療超音波装置。
【請求項１７】
ソフトウェアコードを含むデジタル記憶媒体であって、一旦ソフトウェアコードがコンピュータに導入されると、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の三次元画像データセットを二次元画像で表現する方法をコンピュータに実行させることができるソフトウェアコードを含むデジタル記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元（３Ｄ）画像データセットを二次元（２Ｄ）画像で表現する分野に関し、詳細には、そのための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医用（medical）の画像法（例えば、超音波（超音波画像検査法（ＵＳ））、Ｘ線技術、特にコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴画像法（核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ））、又は陽電子放射断層撮影法（ＰＥＴ）等の核医用画像法）を使用すると、動物だけでなく人体の三次元画像データのセット（ボリューメトリックデータとも呼ばれる）を得ることができる。ところが、スクリーンやプリンタ等の典型的な表示装置では、二次元（２Ｄ）像平面しか提供しないので、そのような三次元（３Ｄ）データをいかに表現するかという問題が生じる。三次元（３Ｄ）データレコードを表現する一つの可能性として、データレコードから断面を求め、この断面上にある三次元画像データセットの画像要素（ボクセル）だけを表現する方法がある。断面を移動させるか多数の断面を生成することによって、医師は、表現された対象物の三次元画像を視覚化することができる。
【０００３】
また、三次元画像データセット全体を同時に表現することを可能にする他の方法もある。例えば、図１１に示されるように、胎児の三次元超音波イメージの二次元画像を生成することができる。この二次元画像は、デジタル処理により生成された平面図によって胎児を示すものである。このような二次元画像を生成する場合、画像処理ソフトウェアでは、胎児と胎児のまわりの羊水との間の三次元画像データセット境界面を抽出し、仮想光源によって照明効果と影を加える。そのような方法は、「サーフェスレンダリング」と呼ばれる。
【０００４】
また、画像データセットが、あまり明確に確定されていない境界面を有する場合でも、画像データセット全体を二次元画像で表現することが可能である。この場合、三次元画像ボリュームの各ボクセル（single voxels）は、その光学特性に従って、例えば透明や不透明として分類され、次に三次元画像データセットの特定の視野に対応する特定の視線方向からの二次元画像が生成される。そのような方法は、一般に、「ボリュームレンダリング」と呼ばれる。例えば、図８は、ボリュームレンダリングによって生成された心臓の三次元超音波画像データセットの二次元画像である。
【０００５】
ドイツ語では、レンダリング法は「digitale Bildsynthese」（「デジタル画像合成」）と呼ばれる。用語「レンダリング」は、一般に、二次元画像を三次元描写から生成する方法に関係する。これは、多くの場合、三次元画像データセットのことかもしれないが、グリッドモデル等の幾何学的描写、方程式やアルゴリズム等の分析／パラメータ描写（例えば、フラクタル）等でもよい。
【０００６】
一般にも、また本明細書でも、「ボリュームレンダリング」は、三次元画像データセットから二次元画像を生成する方法を指す。この画像において、三次元画像が持つ奥行き感を与えることが好ましい。サーフェスレンダリングは、ボリュームレンダリングの特殊な形態である。
【０００７】
レンダリングによって生成された二次元画像を表現するとき、カラー表現が好まれることが多い。この場合、三次元画像ボリュームの各ボクセル又は二次元画像の各画素に色が割り当てられる。この色は、色見本（color chart）に示されたボクセル値（voxel value）又は画素値（pixel value）によって決定される。
【０００８】
図１１と図８に示されるように、局所的特徴（例えば、表面テクスチャや湾曲等）は、局所的仮想照明（「グラジエントライティング」）によって比較的良好且つ効率的に表現することができるが、多くの場合、奥行き感は失われる。特に、複雑な解剖学的領域（例えば、三次元／四次元超音波画像）のボリュームレコードを表現する場合、全体的な位置付けを理解することが困難なことが多い。
【０００９】
従来、三次元画像データセットの奥行き感を改善する方法は、一般に「奥行き付与（depth cueing）」と呼ばれている。奥行き付与とは、より良好な奥行き感を実現するために、特定の材料特性又は照明特性を観察者に対する奥行きの関数として変化させる全体効果（group of effects）を指す。例えば、いわゆる「フォギング（fogging）」と称される方法が一般には適用されている。これは、対象物の色を次第に薄くするフェイドをかけ、背景側になるに連れて例えば白又は黒にするものである。非特許文献１にはこれとは別の方法が記載されている。この論文は、画像の手前側についてフルカラー（full color saturation）を使用し、画像の背景側についてグレーの陰影だけを使用するように色の彩度（saturation）を変化させることを提案している。
【００１０】
非特許文献２の論文は、色の陰影をわずかに修正するようにして彩度と奥行き付与（intensity-depth cueing）とを組み合わせることを提案している。例えば、既にレオナルドダビンチによって実践されているように、奥行きが奥になるに連れて、色を次第に青にすることができる。画像の奥行きの程度に関連付けて色合いを変化させるそのような方法は、画像全体を支配している色（predominant color）によって極めて異なる効果を有する。例えば、青の濃淡のグラデーション（gradient）を既に含む色見本を使用して画像生成している場合、背景側を青に変化させることは効率的でなく、むしろ、いらいらさせる。
【００１１】
特許文献１は、奥行き感を与えるために観察者との距離の増大と共に「カラーフロー」（ドップラー）画像の色を変化させる超音波画像の奥行き付与法について述べている。
【００１２】
奥行き感を生成する別の可能性として、遠近短縮法（perspective foreshortening）がある。しかしながら、この方法は、特に解剖学的データには適用できない。なぜなら、そのような画像は明瞭な配列にならないことが多く、観察者は、遠近短縮法と観察臓器の萎縮とを区別できないからである。
【００１３】
また、奥行き付与法の主な欠点は、フォギングによって奥ほど画像が明瞭でなくなること、輪郭がぼやけて「グレーイングレー」になること、奥行き感の付与には情報の損失が伴うこと等である。
【００１４】
要するに、上記奥行き付与法は、特に医用三次元又は四次元画像データセットを表現する分野で適用するには、大きな欠点がある。従って、多くの場合、解剖学的画像データセット内の様々な構造の全体的な関係（相対的な向き、距離、位置等）を容易に認識することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国２００６／０１７３３２６
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】D. Weiskopf, T. Ertl: "Real-Time Depth-Cueing beyondFogging", Journal of Graphics Tools, Vol. 7, No. 4, 2002
【非特許文献２】D. Ebert, P. Rheingans: "Volume Illustration:Non-Photorealistic Rendering of Volume Data" IEEE Visualization 2000, 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、三次元画像データセットから生成された二次元画像の奥行き感を改善することができる新しい方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
この目的は、独立クレーム１及び１４の特徴を有する本発明によって達成される。
【００１９】
請求項１における三次元画像データセットは、任意のボリューメトリックデータ、特に、コンピュータ断層撮影、ＭＲＩ、超音波等の医用画像法によって生成されたデータがであるが、また、例えば流体力学の分野の地質データ又はシミュレートデータセットでもよい。本発明における三次元画像データセットは、また、第四次元が時間である四次元（４Ｄ）画像データセットの一部でもよい。例えば、これは、動いている心臓等の四次元超音波レコードである。三次元画像データセットは、表示対象物を表す三次元画像ボリュームを表現するものであることが好ましい。対象物は、人体若しくは動物の体の一部又は胎児であることが好ましい。三次元画像ボリュームは、各サンプルポイント（測定値）を表現する個々のボリューム要素（ボクセル）から成ることが好ましい。全ての測定値は一緒に三次元画像データセットの画像データを構成する。
【００２０】
サーフェスレンダリングをも含むボリュームレンダリングによって前記三次元画像データセットから二次元画像が生成される。最初に、視線方向が定義されなければならず、その視線方向から三次元画像データセットは見られることになる。これは、ユーザによって手動で行われてもよく、所定の視線方向に従って自動的に行われてもよい。
【００２１】
ボリュームレンダリングは、例えば、Marc Levay: "Volume Rendering - Display of Surfaces from Volume
Data" IEEE Computer Graphics and Applications, Vol. 8, No. 3, May 1988, pp
29-37 に記載されているような任意の方法により実行することができる。例えば、データポイントはそれぞれ、観察者の視点からの視線上で直線的に組み合わされる。レンダリングプロセスの前又はその間に、オリジナル色見本を使用することによってボクセル値から計算された第１の色値が各ボクセルに割り当てられる。例えばＲＧＢ値などの色値（color value）が、オリジナル色見本によって各ボクセル値に割り当てられることが好ましい。また、黒と白の陰影付けも可能であり、その場合、オリジナル色見本によってボクセル値にグレー値が割り当てられる。
【００２２】
色による奥行き付与を達成するために、第２の色値が各ボクセルに割り当てられる。第１の形態では、第２の色値は、奥行き用色見本（depth color chart）を使用してボクセル値から決定される。この奥行き用色見本は、少なくとも２個のカラーチャネルを並べ換えることによって、オリジナル色見本から生成される。ボリュームレンダリングに使用されるボクセル色値（color value of the voxel）は、所定の視線方向におけるボクセルの奥行きによって決まる所定の重み関数によって、第１の色値と第２の色値から計算される。換言すると、奥行き付与のために、重み関数に従ってオリジナル色見本と奥行き用色見本の間の補間が行われる。手前側の物についてはオリジナル色見本に、より重きが置かれ、背景側の物については奥行き用色見本に、より重きが置かれる。通常、これは、レンダリング段階中に実行される。
【００２３】
ボクセルの奥行きは、ボクセルから仮想観察者の視点までのボクセル距離（例えば、観察者の視点までの直接の距離、画像ボリュームの周辺にある基準面までの距離）に依存する値を意味する。
【００２４】
本発明は、色値を、奥行きが奥になるに連れて所定の色に次第に変化させるのではなく、カラーチャネルを並べ換えることによってオリジナル色見本から計算された色に次第に変化させることを特徴とする。即ち、奥行きに割り当てられる色は、オリジナル色見本の色と常に異なる。
【００２５】
従って、オリジナル色見本は、グレーの陰影のみから構成されるものではないことが好ましい。
【００２６】
例えば、オリジナル色見本が、２５６個の赤／緑／青値からなる場合は、次のように表すことができる。
オリジナル色見本ＯＴ：（Ｒ０，Ｇ０，Ｂ０）・・・（Ｒ２５５，Ｇ２５５，Ｂ２５５）
【００２７】
奥行き用色見本は、例えば、赤チャネルと青チャネルを交換する際に実現されてもよい。
奥行き用色見本ＴＴ：（Ｂ０，Ｇ０，Ｒ０）・・・（Ｂ２５５，Ｇ２５５，Ｒ２５５）
【００２８】
その結果、オリジナル色見本に従って赤の陰影で表される画素は、画像の背景側では青が混ぜられ、一方、オリジナル色見本に従って青の陰影で表された画素は、画像の背景側で赤っぽくなる。
【００２９】
代替として、赤チャネルと黄チャネルを交換してもよく、青チャネルと黄チャネルを交換してもよい。
【００３０】
２個のカラーチャネルだけが交換されることが好ましい。しかしながら、また、３個全てのカラーチャネルを並び替えることもでき、これも本発明の範囲内である。
【００３１】
本発明は、ＲＧＢ色空間に適用できるだけでなく、任意の他の色表現又は任意の他の色空間にも適用できる。
【００３２】
各ボクセル色値は、以下の式によって計算されることが好ましい。
【００３３】
ｇ＝重み関数（ｔ）                                                              …（１）
【００３４】
ボクセル色値＝ＯＴ（ボクセル値）＊（１−ｇ）＋ＴＴ（ボクセル値）＊ｇ        …（２）
【００３５】
ここで、ｔは視線方向におけるボクセルの奥行きであり、ＯＴはオリジナル色見本を表し、ＴＴは奥行き用色見本を表す。重み関数ｇ（ｔ）によって、区間［０；１］内の補間係数が、ボクセルの奥行きｔに基づいて計算され、補間係数は、その後、ｇとして式（２）において使用される。式（１）及び（２）は、ＯＴ値とＴＴ値の間の一次補間を示すものであり、任意の他のタイプの補間も可能である。
【００３６】
各ボクセルへの第２の色値の割り当ては、代替可能な２つの方法で行うことができ、第１の方法では、前述のように、オリジナル色見本と奥行き用色見本とが使用される。
【００３７】
また、少なくとも２個のカラーチャネルを置き換えることによって、第１の色値から第２の色値を求めることができる。その結果は、奥行き用色見本を使用するときの結果と類似しているが、奥行き用色見本は明らかに計算されたものではなく、これに対して第２の色値はカラーチャネルを置き換えることによって第１の色値に加えて各ボクセルについて決定されるものである。
【００３８】
第１の実施形態によれば、第１の色値は、レンダリング前に各ボクセルに割り当てられ、第２の色値は、レンダリング中に各ボクセルに割り当てられる。
【００３９】
第２の実施形態によれば、最初、色値はボクセルに割り当てられず、ボリュームレンダリングが開始された後で第１と第２の色値が各ボクセルに割り当てられる。これは、ボリュームレンダリング中にボクセルを分類する際に行うことができる。
【００４０】
奥行き効果の品質は、重み関数の選択及び開始平面と終了平面の決定による影響も受ける。重み関数は、視線方向と垂直な開始平面と終了平面の間で０から１に直線的又は指数関数的に増加する関数であることが好ましい。計算のタイプにより、重み関数は１から０に減少することもある。例えば、重み関数は、指数関数、一次関数、又は二乗指数関数でよい。開始平面と終了平面は、表現される対象物を取り囲むことが好ましい。
【００４１】
開始平面と終了平面は、特に対象物で奥行き効果が分かるようにするために、表現すべき対象物のできるだけ近くであることが好ましい。従って、開始平面と終了平面は、視線方向において三次元画像データセットの外側の位置に設定されてもよい。
【００４２】
しかしながら、開始平面と終了平面が、三次元画像データセット全体を任意の視線方向について、取り囲む球体の接平面である形態が好ましい。これは、開始平面と終了平面の間の距離が任意の視線方向において一定であり、従って奥行き効果が視線方向によって変化しないという利点を有する。
【００４３】
三次元画像ボリュームのボクセル値はスカラー値であることが好ましい。しかしながら、本発明は、例えば超音波を使用することにより得られるカラードップラー法（「カラードップラー／フロー」）データを含む三次元画像ボリューム等のベクトルの三次元画像ボリュームにも適用できる。
【００４４】
本発明による奥行き効果の表現は、追加の奥行き情報を用いて、既に計算済みの二次元画像に適用することもできる。二次元画像は、三次元画像データセットを基に、ボリュームレンダリングや第１の画素色値（例えば奥行き効果なしに、オリジナル色見本から得られた第１の画素色値）だけでなく、二次元画像の各画素に割り当てられる当該画素におけるボクセルの平均奥行きを使用して生成されたものである。
【００４５】
その後、二次元画像の各画素ごとに、奥行き度合いに応じて重み付けされた画素色値が計算されるのであり、少なくとも２個のカラーチャネルを置き換えることによって第１の画素色値から第２の画素色値が得られ、画素の平均奥行きから決まる所定の重み関数によって奥行き度合いに応じて重み付けされた画素色値が計算される。
【００４６】
この方法は、特に、サーフェスレンダリング法によって生成された画像に有効である。この方法では、平均奥行きを各画素に比較的正確に割り当てることができるからである。
【００４７】
好ましい実施形態として、本発明による方法は、他の奥行き付与方法と組み合わされてもよい。例えば、色の他にも、色の輝度（intensity）及び／又は色の彩度（saturation）を奥行きの程度に関連付けて変化させることができる。例えば、これらの方法は、D.Weiskopf and T.Ertl "Real-Time Depth-Cueing beyond
Fogging" Journal of Graphics Tools, Vol. 7, No. 4, 2002の論文に従って実行することができる。
【００４８】
本発明は、また、三次元画像データセットを二次元画像で表現するための対応する装置を対象とする。装置は次のものを含む。
【００４９】
装置は、前述の方法を実行するのに適していることが好ましい。装置は、医療超音波装置に組み込まれることがより好ましい。
【００５０】
最後に、本発明は、ソフトウェアコードがコンピュータに導入された後でコンピュータに前述の方法を実行させるソフトウェアコードが記憶されたデジタル記憶媒体を対象とする。
【００５１】
次に、本発明は、添付の図面を参照して、例示的な実施形態によって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】重み関数ｇ（ｔ）による三次元画像ボリューム１０の概略図である。
【図２】重み関数ｇ（ｔ）の例を示す図である。
【図３】オリジナル色見本の例を示す図である。
【図４】第１の奥行き用色見本の例を示す図である。
【図５】奥行き用色見本の第２の例を示す図である。
【図６】従来技術による開始平面と終了平面を有する三次元画像ボリューム１０の斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態による開始平面と終了平面を有する三次元画像ボリュームの透視図である。
【図８】奥行き付与を使用せずにボリュームレンダリングによって生成された超音波画像の例を示す図である（従来技術）。
【図９】図８と同様の画像であるが、従来技術による奥行き付与を使用した画像である。
【図１０】図８と同様の画像であるが、本発明の一実施形態による奥行き付与を使用した画像である。
【図１１】奥行き付与を使用せずにサーフェスレンダリングを使用して生成された人間の胎児の超音波画像である（従来技術）。
【図１２】図１１と同様の画像であるが、本発明の例示的な実施形態による奥行き付与を使用した画像である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
図１は、奥行き付与の原理を示すものであり、三次元画像ボリュームは視線方向ｔにレンダリングされる。奥行き効果の表現のために、この例では指数関数的に減少する重み関数ｇ（ｔ）が使用されている。更に、開始平面Ｓ１と終了平面Ｓ２が定義され、これらの平面は、三次元画像ボリューム１０を取り囲み、これにより、奥行き感が生成されるべき領域を画定する。別の実施形態によれば、重み関数ｇ（ｔ）は、図２に示されるように、開始平面Ｓ１と終了平面Ｓ２の間で直線的に増大するものでもよい。重み関数のタイプは、奥行きの程度が奥の場合だけ奥行き効果がはっきり見えるようにするか、手前側においても既に奥行き効果が認識できるようにするかを決定する。
【００５４】
図３〜図５は、オリジナル色見本の並べ換えの２例を表すものである。図３は、３個の各カラーチャネルＲ、Ｇ及びＢの色値（color value）を、例えば１〜１２８又は１〜２５６の値を有するボクセル値に割り当てる例示的なオリジナル色見本を示すものである。示した例では、オリジナル色見本は、ＲチャネルとＧチャネルによって支配され、即ちボクセルは黄色に着色される（例えばモニタに使用される加法ＲＧＢカラーモデルの赤と緑の組み合わせは黄になる）。
【００５５】
次に、図４は、ＲチャネルとＢチャネルを置き換えることによりオリジナル色見本から生成された奥行き用色見本を示すものである。従って、奥行き用色見本は、緑と青の陰影によって支配される。即ち、オリジナル色見本に従って黄の陰影で色付けされた画像は、背景側ではシアン／青の陰影に徐々に変化する。従って、奥行き効果がはっきりと認識できる。
【００５６】
図５は、奥行き用色見本の別の例を示すものであり、この例では３個のカラーチャネルＲ、Ｇ及びＢが全て並べ換えられている。３個全てのカラーチャネルの並べ換えは、考え得る如何なるオリジナル色見本からも明らかに異なる奥行き用色見本が生じるという利点を提供する。ＲＧＢ→ＢＲＧ及びＲＧＢ→ＧＢＲの両方の並べ換えを選択することができる。
【００５７】
図６と図７は、開始平面と終了平面の好ましい位置決めを示すものである。図６によれば、平面Ｓ１及びＳ２は、視線方向において三次元画像ボリューム１０の最も外側の点に位置している。この結果、奥行き効果は最大になるが、視線方向が変わると、開始平面Ｓ１と終了平面Ｓ２との間の距離が変化するという欠点がある。例えば、対象物が回転されると平面Ｓ１とＳ２も変化し、その結果、色の感じの変化が深刻になる。
【００５８】
この理由のため、平面Ｓ１とＳ２を、いわゆる「境界球（bounding sphere）」２０（即ち、三次元画像ボリューム１０全体を取り囲む球）を用いる方法によって定義することが好ましい。球への接平面は重心まわりで回転されても変化しないため、開始平面Ｓ１と終了平面Ｓ２の位置関係も維持される。これらの２つの平面内で、前述の重み関数ｇ（ｔ）を定義することができる。
【００５９】
図１、図７及び図８に示されるように、開始平面と終了平面が平坦面の場合、視線方向におけるボクセルの奥行きｔは、ボクセルと開始平面との間の垂直距離によって決定されることが好ましい。即ち、ボクセルの奥行きｔを測るために使用される全ての「視線（viewing ray）」は、開始平面と終了平面の間で平行である（図１の矢印ｔ参照）。従って、奥行きｔは、開始平面までの距離によって計算され、仮想の観察者の視点までの実際の距離によっては計算されない。
【００６０】
代替として、ボクセルの奥行きｔは、仮想の観察者の視点までの実際の距離によって決定されてもよい。この場合の「視線」は、観察者の視点から発散する光線である。この場合、平らな開始平面Ｓ１と終了平面Ｓ２の代わりに、発散「視線」と垂直に交差する球状湾曲面を使用することができる。
【００６１】
図８〜図１０は、それぞれ、ボリュームレンダリングによって三次元超音波データから生成された二次元画像を示すものである。図８では、奥行き付与は使用されていないが、図９では、生成時に既知の奥行き付与方法が使用されており、色は、奥行きが奥になるほど黒が多く混ぜられる。図９では、この方法で奥行き感は生成されているが、画像は背景側がぼやけている。即ち、画像情報が失われている。他方、図１０では、オリジナル色見本を並べ換えることによって生成された本発明の例示的な実施形態による奥行き用色見本が使用されている。オリジナル色見本の黄色っぽい色は、背景側で青と混ぜられ、はっきりと見え且つ適切な奥行き感が与えられている。
【００６２】
図１１と図１２は、それぞれ、サーフェスレンダリングによって生成された人間の胎児の三次元超音波画像データセットの二次元画像を示すものである。図１１では、また奥行き付与は使用されていないが、図１２では、本発明の例示的な実施形態による奥行き付与方法が使用されている。
【符号の説明】
【００６３】
１０  三次元ボリューム
２０  球
Ｓ１  開始平面
Ｓ２  終了平面
【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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【国際調査報告】
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