(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像診断装置によって得られた複数枚の断層像が積み上げられてなる三次元の原画像に対して視点を設定し、該視点から各断層像を中心投影法により投影面に投影するとともに陰影付けしてなる三次元画像を構成する画像処理装置であって、
前記設定された視点を中心にして任意の方向に回転可能な平面を前記三次元の原画像の切断面として設定する切断面設定手段と、
前記設定された切断面によって前記三次元の原画像を切断してなる切断面画像を構成する切断面画像構成手段と、
前記構成された切断面画像を表示する表示手段と、
前記切断面画像上における前記視点及び前記三次元画像の視野範囲を求める視野範囲算出手段を備え、
前記表示手段は、前記切断面画像構成手段によって構成された切断面画像と前記視点及び視野範囲を表示する画像処理装置において、
前記切断面画像は、前記視野範囲を表す境界線の該視野範囲側である内側と外側とでコントラストをつけて表示されることを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記視野範囲の内側と外側の境界は、前記投影面上の両端の２点と前記視点を通る線分によって求められることを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像処理方法及び装置に係り、特に複数枚の断層像が積み上げられてなる三次元の原画像に対して視点を設定し、該視点から各断層像を投影面に投影するとともに陰影付けしてなる三次元画像に対する視点及び視野範囲を把握可能にするための切断面画像を構成する画像処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、画像診断装置としてＸ線ＣＴ装置やコーンビームＣＴ装置、ＭＲＩ装置などが使用されており、該画像診断装置により複数の断層像が得られる。この断層像が複数枚積み上げられてなる三次元の原画像に対して、視点を設定し該視点から各断層像を投影面に投影するとともに陰影付けしてなる三次元画像を構成する中心投影法を利用した画像処理方法がある（特願平６−３４９２号）。この中心投影法を利用した画像処理方法は、内視鏡や腹腔鏡で管腔臓器内部を観察するような三次元画像を構成する場合に有効な手法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記中心投影法を利用した画像処理方法によって構成された三次元画像は、視点が観察対象の内部に入っている場合、観察対象全体の中のどの位置に視点が置かれ、観察対象のどの範囲を観察しているかを常に把握することが困難であるという問題がある。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、中心投影法を利用して構成された三次元画像の視点の位置が観察対象のどの位置にあるか、また観察対象のどの範囲を観察しているかを容易に把握することができる画像処理方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本願請求項１に係る発明は、複数枚の断層像が積み上げられてなる三次元の原画像に対して視点を設定し、該視点から各断層像を投影面に投影するとともに陰影付けしてなる三次元画像を構成する画像処理方法において、前記視点を含み、該視点を中心にして任意の方向に回転可能な平面を前記原画像の切断面として設定するステップと、前記設定された切断面によって前記原画像を切断してなる切断面画像を構成するステップと、前記切断面画像を表示するとともに該切断面画像上に前記視点及び視野範囲を表示するステップと、を含むことを特徴としている。
【０００６】
本願請求項２に係る発明は、複数枚の断層像が積み上げられてなる三次元の原画像に対して視点を設定し、該視点から各断層像を投影面に投影するとともに陰影付けしてなる三次元画像を構成する画像処理装置において、前記視点を含み、該視点を中心にして任意の方向に回転可能な平面を前記三次元画像の切断面として設定する切断面設定手段と、前記設定された切断面によって前記原画像を切断してなる切断面画像を構成する切断面画像構成手段と、前記切断面画像上における前記視点及び前記三次元画像の視野範囲を求める手段と、前記切断面画像を表示するとともに該切断面画像上に前記視点及び視野範囲を表示する手段と、を備えたことを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、視点を含む任意の切断面画像とともに切断面画像中に視点と視野範囲とを表示するようにしたため、三次元画像の観察時に、三次元画像の視点の位置が観察対象のどの位置にあるか、また観察対象のどの範囲を観察しているかを容易に把握することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係る画像処理方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【０００９】
まず、図１及び図２により中心投影法により三次元画像を構成する画像処理法について説明する。
【００１０】
図１は中心投影法を三次元座標で説明するための図であり、図２は三次元の原画像に対する視点と投影面の位置関係を示す斜視図である。これらの図面に示すように、複数枚の断層像２２（図１、図２では１枚のみを示している）がｙ軸方向に積み上げられてなる三次元の原画像２６に対して視点ｅ及び投影面２０が設定される。
【００１１】
尚、図１上で、ａ、ｂ、ｃはそれぞれ投影面２０とｘ軸、ｙ軸、ｚ軸との交点を示し、αは原点から投影面２０に下ろした垂線と、この垂線をｚ−ｘ面に投影した線とのなす角であり、前記ｚ−ｘ面に投影した線とｘ軸とのなす角である。
【００１２】
中心投影法では視点ｅから伸びている投影線２４に沿って、断層像２２上の画素ｓ（ｘ0，ｙ0，ｚ0）の投影結果が投影面２０上の点ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）に座標変換される。
【００１３】
そして、投影面２０上に投影された断層像に対し、周知の陰影付けアルゴリズムにしたがって陰影付けを行うことにより、内視鏡や腹腔鏡で管腔臓器内部を観察するような三次元画像が構成される。
【００１４】
次に、図３及び図４により本発明に係る切断面画像の作成方法を説明する。
図３は視点と投影面と切断面画像と位置関係を示す斜視図であり、図４は切断面画像の計算方法を説明するために用いた切断面画像を含む平面図である。
図３に示すように切断面画像２８は、視点ｅを含み、この視点ｅを中心にして任意の方向に回転可能な平面によって原画像２６を切断した切断面を示す画像である。
【００１５】
この切断面画像２８は、視点ｅと投影面２０上の任意の２点Ｐ、Ｑとを通る平面として定義される。即ち、視点ｅを通る平面の回転角が決まると、投影面２０上の２点Ｐ、Ｑも決定される。
【００１６】
ここで、切断面画像２８を作成する場合、視点ｅ、点Ｐ、点Ｑの座標をそれぞれ（ｅx ，ｅy ，ｅz ）、（ｐx ，ｐy ，ｐz ）、（ｑx ，ｑy ，ｑz ）とすると、線分ＰＱの中点Ｒ（ｒx ，ｒy ，ｒz）は、
ｒx＝（ｐx＋ｑx）/ ２
ｒy＝（ｐy＋ｑy）/ ２
ｒz＝（ｐz＋ｑz）/ ２
として与えられる。また、これより線分ｅＲの方向ベクトル（ｉ，ｊ，ｋ）は、ｉ＝ｒx−ｅx
ｊ＝ｒy−ｅy
ｋ＝ｒz−ｅz
と定義される。切断面画像２８は、例えば線分ＰＱ上の点α（αx ，αy ，αz ）を通る、線分ｅＲの方向ベクトルと平行な直線の集合として、次式で表わされる。
（ｘ−αx）／ｉ＝（ｙ−αy）／ｊ＝（ｚ−αz）／ｋ
（ただし、ｙ1 ≦ｙ≦ｙ2 ）
【００１７】
また、視野範囲を示す境界線３２は、線分ｅＰ、ｅＱの切断面画像２８上の位置を計算することで求められる。例えば線分ｅＰの方向ベクトル（１，ｍ，ｎ）は、次式、
ｌ＝ｐx−ｅx
ｍ＝ｐy−ｅy
ｎ＝ｐz−ｅz
として定義され、線分ｅＰによる境界線３２は、次式、
（ｘ−αx ）／ｌ＝（ｙ−αy）／ｍ＝（ｚ−αz）／ｎ
（ただし、ｅy ≦ｙ≦ｙ2）
として与えられる。線分ｅＱによる境界線３２も同様に求めることができる。
【００１８】
このようにして、視点ｅを通り、該視点ｅを中心にして任意に回転する平面で原画像を切断した切断面画像２８を作成することができ、また、視点ｅからの視野範囲を示す境界線３２も作成することができる。したがって、切断面画像２８を表示するとともに、切断面画像２８上に視点ｅ及び境界線３２を表示することにより、三次元画像の視点の位置が観察対象のどの位置にあるか、また観察対象のどの範囲を観察しているかを容易に把握することができる。
【００１９】
図５は本発明に係る画像処理装置のハードウエア構成を示すブロック図である。
図５に示すように画像処理装置２は、Ｘ線ＣＴ装置、コーンビームＣＴ装置、ＭＲＩ装置等の画像診断装置によって取得された三次元の原画像が格納された磁気ディスク４と、演算処理に必要なソフトウェアが収納された主メモリ６と、演算処理を行なう中央処理装置（以下ＣＰＵと称す）８と、処理結果の表示データを記録する表示メモリ１０と、その表示データを表示するＣＲＴディスプレイ等の表示装置１２と、画面上のソフトスイッチを操作するマウス１４やキーボード等の外部入力コントローラ１６と、共通バス１８とから構成されている。
【００２０】
オペレータはマウス１４やキーボードを利用して入出力を行い、その入出力された情報を基にＣＰＵ８は磁気ディスク４に格納された原画像を呼び出し、主メモリ６のソフトウェアに従って上述した中心投影法を利用した三次元画像や切断面画像を構成するための所定の演算処理を行う。この画像処理された表示データは表示メモリ１０を介して表示装置１２に表示される。表示データは磁気ディスク４に格納され、再表示に利用される。
【００２１】
図６は本発明に係る画像処理方法の手順を示すフローチャートである。
まず、三次元画像を再構成するための視点の位置や投影面等を示すパラメータを設定する（ステップ６１）。続いて、図１及び図２で説明したように中心投影法を利用して三次元画像の再構成計算を行い（ステップ６２）、図７に示すように表示装置に三次元画像２７を表示する。
【００２２】
次に、上記三次元画像２７のガイド像としての切断面画像を表示する場合には、任意の切断面画像を計算するための視点ｅを中心とする回転角等のパラメータを設定する（ステップ６４）。続いて、図３及び図４で説明したように任意に設定した切断面画像を構成するための計算を行うとともに、視点位置及び視野範囲（図４の境界線３２）の計算を行う（ステップ６５、６６）。そして、図８（ａ）に示すように、視点ｅ、境界線３２が表示された任意の切断面画像２８を表示装置に表示する（ステップ６７）。
【００２３】
尚、ステップ６４でのパラメータを変更し、ステップ６５〜６７の処理を繰り返し実行することにより、任意の切断面画像を表示させることができる。
また、図８（ａ）に示すように境界線３２を画像上に表示することで視野範囲３０を表示する場合に限らず、図８（ｂ）に示すように境界線３２の外側と内側でコントラストを付けることで視野範囲３０を示してもよい。
更に、前記三次元画像２７と切断面画像２８とは、表示装置の画面を切り替えて表示するようにしてもよいし、図９に示すように並べて表示するようにしてもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、中心投影法を利用して構成された三次元画像の観察時に、視点を含む任意の切断面画像とともに切断面画像中に視点と視野範囲とを表示するようにしたため、視点の位置が観察対象のどの位置にあるか、また観察対象のどの範囲を観察しているかを容易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】中心投影法を三次元座標で説明するための図。
【図２】三次元の原画像に対する視点と投影面の位置関係を示す斜視図。
【図３】視点と投影面と切断面画像と位置関係を示す斜視図。
【図４】切断面画像の計算方法を説明するために用いた切断面画像を含む平面図。
【図５】本発明に係る画像処理装置のハードウエア構成を示すブロック図。
【図６】本発明に係る画像処理方法の手順を示すフローチャート。
【図７】中心投影法を利用して構成された三次元画像を示す図。
【図８】本発明に係る切断面画像の一例を示す図。
【図９】三次元画像と切断面画像とが並べて表示された図。
【符号の説明】
２…画像処理装置、４…磁気ディスク、６…主メモリ、８…ＣＰＵ、１０…表示メモリ、１２…表示装置、１４…マウス、１６…外部入力コントローラ、１８…共通バス、２０…投影面、２２…断層像、２４…投影線、２６…三次元の原画像、２７…三次元画像、２８…切断面画像、３０…視野範囲、３２…境界線、ｅ…視点
【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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