(57)【要約】描画システムは、描画ユニット（２）と、多次元の対象物データセットを処理するデータ処理ユニット（１）とを含む。データ処理ユニットは、対象物データセットの表面モデルを抽出するように構成される。各々の視野からの表面モデルの連続的な表現は、描画ユニットで表示される。指示される最終の視野方向、即ち最終方向に対しては、多次元の対象物データセットの表現が、最終方向から見た状態で表示される。
2004510237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多次元の対象物データセットの処理のための描画ユニット及びデータ処理ユニットを備えた描画システムであって、
対象物データセットは、多次元空間の位置にデータ値を関連付け、
上記データ処理ユニットが、
上記多次元空間内の所定の表面上に位置を含む表面モデルを上記多次元の対象物データセットから抽出し、
開始方向と最終方向の間の各々の視点から見た上記表面モデルの連続的な表現を導出し、
上記各々の視点から見た上記表面モデルの連続的な表現を描画ユニットで連続的に描画し、
上記最終方向から見た多次元の対象物データセットの表現を導出し、次いで、
上記最終方向から見た多次元の対象物データセットの表現を描画ユニットで描画する、描画システム。
【請求項２】
上記データ処理ユニットが、上記所定の表面に頂点があるポリゴンのセットとして上記表面モデルを形成する、請求項１記載の描画システム。
【請求項３】
上記データ処理ユニットが、より大きな多次元の基礎データセットから上記多次元の対象物データセットを導出する、請求項１記載の描画システム。
【請求項４】
上記データ処理ユニットが、分割化により、多次元の基礎データセットから上記多次元の対象物データセットを導出する、請求項３記載の描画システム。
【請求項５】
上記データ処理ユニットが、多次元の基礎データセット内のデータ値の分布に基づいて上記分割化を行う、請求項４記載の描画システム。
【請求項６】
上記データ処理ユニットが、所定の標準のフォーマット、特にＶＲＭＬフォーマットの上記表面モデルを記憶する、請求項１記載の描画システム。
【請求項７】
上記開始方向の上記多次元の対象物データセットにおける第１の位置を指示すると共に、上記最終方向の上記多次元の対象物データセットにおける第２の位置を指示する制御要素を含み、
上記開始方向および上記最終方向から見た対象物データセットの表現を各々に導出し、これらの対象物データセットの表現を描画ユニットで描画する、請求項１記載の描画システム。
【請求項８】
多次元空間の位置にデータ値を関連付ける多次元の対象物データセットを処理する方法であって、
上記多次元空間内の所定の表面上の位置を含む上記多次元の対象物データセット中の表面モデルを抽出するステップと、
開始方向と最終方向の間の範囲内の各々の視点から見た上記表面モデルの連続的な表現を導出するステップと、
上記各々の視点から見た上記表面モデルの連続的な表現を描画ユニットで連続的に描画するステップと、
上記最終方向から見た多次元の対象物データセットの表現を描画ユニットで描画するステップとを含む、方法。
【請求項９】
上記多次元空間内の所定の表面上の位置を含む表面モデルを対象物データセットから抽出するための指令からなるコンピュータープログラムであって、
開始方向と最終方向の間の範囲内の各々の視点から見た上記表面モデルの連続的な表現を導出するステップと、
上記各々の視点から見た上記表面モデルの連続的な表現を描画ユニットで連続的に描画するステップと、
上記最終方向から見た多次元の対象物データセットの表現を描画ユニットで描画するステップとを行う、コンピュータープログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、対象物データセットの多様な可視的な描画の形成に関する。かかる対象物データセットは、診断される目標物の実際のデータに関する。例えば、目標物は、医学的に診断される患者である。対象物データセットは、例えば、密度値、温度分布、局所的な磁化、若しくはフローデータを含む。フローデータのような、例えば流体力学的データ若しくは気象学的データ、又は地震若しくは医療診断の密度値を伴うような他のアプリケーションも実現可能である。
【０００２】
本発明は、多次元的な対象物データセットの処理のためのデータ処理ユニット及び描画ユニットを備えた描画システムに関し、対象物データセットは、多次元的な空間内の位置にデータ値を関連させ、データ処理ユニットは、多次元的な対象物データセット内の表面モデル（サーフェスモデル）をサンプル（抽出）するように構成され、当該表面モデルは、多次元的な空間内の所定の表面上に位置を有する。
【０００３】
この種の描画システムは、米国特許第５７８２７６２号より知られている。
【０００４】
公知の描画システムは、主に、計算されるトモグラフィデータに基づいて、診断すべき患者の腸管のような中空のルーメン（管腔）の内面を可視化するために設計される。公知のシステムは、診断される患者の断面にそれぞれ関連する、一連の計算されたトモグラフィ画像をスタックすることにより、データ値のボリュームファイルを形成する。ボリュームファイルは、３次元の幾何的空間内の位置にトモグラフィデータ値を関連付けるデータセットである。公知の描画システムは、所定の閾値とデータ値との比較に基づいて、ボリュームファイルから対象領域を分割化する。対象領域において、中空のルーメンの同一表面が決定され、同一表面は、描画され、中空のルーメンの内側から見た中空のルーメン壁を形成する。かかる同一表面は、同じデータ値を毎回有する位置の３次元空間における２次元的な表面である。公知の描画システムは、同一表面の所謂“ワイヤフレームモデル”を利用し、ボリュームファイルから中空のルーメンの内壁の描画を導出する。公知の描画システムは、代替的にワイヤフレームモデルのポリゴンをシェーディング若しくは色付けすることによって内壁の粗い描画を形成することができる。この粗い描画は、例えば中空ルーメン内で視点を迅速に変化させる場合に用いられ、観測者が内壁を見回しつつ中空ルーメンを移動している印象を与える。
【０００５】
また、上述の米国特許は、描画が行われる速度を増大させることを扱う。このため、上述の文献との整合において、ボリュームファイルを低減させる必要がある。かかる低減のための代替として、上記文献は、１６ビット／ピクセルから８ビット／ピクセルまで計算されるトモグラフィ画像におけるビット／ピクセル数の低減、ボリュームファイルからのより小さいサブボリュームの選択、及び、５００個の計算されたトモグラフィ画像からなるボリュームファイルの空間分解能の５１２×５１２×５００ボクセルから２５６×２５６×５００ボクセルへの低減について言及する。計算されたトモグラフィ画像のサンプリングを低減することも提案されている。
【０００６】
公知の描画システムは、中空ルーメンの内側が連続的な視点から描画される速度を増加させるとき、画像の診断用の品質が劣化してしまう。診断用の品質は、特に、シェーディングされたポリゴンを備えたワイヤフレームモジュールを使用するという理由、およびボリュームファイルの相当な低減が必要とされるという理由により劣化してしまう。更に、公知の描画システムに動作は、与えられた方向からの中空ルーメンの内壁の各新たな視点に対して新たな同一表面が導出されるので、骨の折れるものである。
【０００７】
本発明の目的は、異なる方向からの高い診断用の品質を備えた対象物データセットの描画を可能とする、描画システムを提供することにある。
【０００８】
上記目的は、多次元の対象物データセットの処理のための描画ユニット及びデータ処理ユニットを備えた描画システムであって、
対象物データセットは、多次元空間の位置にデータ値を関連付け、
上記データ処理ユニットが、
上記多次元空間内の所定の表面上の位置を含む上記多次元の対象物データセット中の表面モデルを抽出し、
開始方向と最終方向の間の各々の視点から見た上記表面モデルの連続的な表現を導出し、
上記各々の視点から見た上記表面モデルの連続的な表現を描画ユニットで連続的に描画し、
上記最終方向から見た多次元の対象物データセットの表現を導出し、次いで、
上記最終方向から見た多次元の対象物データセットの表現を描画ユニットで描画する、本発明により構成された描画システムによって達成される。
【０００９】
本発明によれば、描画システムは、複数の描画のために使用できる対象物データセットの表面モデルを抽出する。表面モデルは、多次元空間内の表面（サーフェス）上の対象物データセットの部分を表わす。実際の表面モデルは、診断される対象の表面を表わす。例えば、表面モデルは、対象物データセットの同一表面（イソサーフェス）である。描画システムは、異なる方向から見た表面モデルの描画を連続的に示す。これらの表面モデルの描画は、例えばマウスのような制御要素を利用するユーザによってチェックされる。従って、ユーザは、表面モデルを描画ユニット上にあるかのように回転及び／又はシフトすることができる。表面モデルは、多次元の対象物データセットに比して、大幅に少ない量のデータ値を含む。これは、表面モデルが対象物データセットに比して少ない次元の空間に関するものであるからである。結果的に、次の描画は、描画ユニットでの表示のために非常に迅速且つ容易に行うことができる。これは、ユーザが毎回新たな視点から描画するためにコマンドを出すのと略同一速度で行うことができる。実際には、ユーザは、例えばマウスを移動させることによって、非常に迅速にコマンドを出すことができ、マウスの各位置は、表面モデルが描画されるべき新たな視点に対応する。従って、描画がユーザによりコマンドの送出に不快に遅れることが防止される。ユーザにより入力された最終の視点、即ち最終方向に対して、描画システムは、表面モデルのみならず、（完全な）対象物データセットの表現を提供する。例えば、最終方向は、例えばマウスのような制御要素をユーザが静止させる位置によって決定される。例えば、ユーザは、最終方向からの対象物データセットの表現において、対象物データセットを通る断面や、対象物データセットの所与の位置を指示することができる。本発明は、ユーザが対象物データセットの描画を回転若しくはシフトさせることを単に異なる方向で表面モデルを表示することによって非常に容易化する。ユーザが最終方向を指示すると同時に、完全な対象物データセットが最終方向からの視点で自動的に描画される。
【００１０】
本発明のこれら及び他の局面は、上記請求項で定義される以下の実施例を参照して詳細に説明されるだろう。
【００１１】
表面モデルの適切な表現は、多次元空間の関連する表面上の位置により形成される頂点を有したポリゴンの集合からなる。この種のポリゴンモデルは、表面の適切な表現のために非常に少ないデータしか必要としない。更に、かかるポリゴンモデルは、データ処理ユニットにより容易に処理することができる。
【００１２】
描画システムの有利な実施例は、より大きな多次元の基礎データセットから対象物データセットを選択する。この実施例は、例えばコントラスト血管撮影用に適している。これは、本発明による描画システムを医療診断ワークステーションとして使用するのに特に適したものにする。コントラスト血管撮影において、トモグラフィ若しくは回転型の放射線医学は、血管をコントラスト剤で充填しつつ、診断対象の患者の部分の縦断面（プロフィール）若しくは投影画像を、異なる投影方向から形成するのに使用される。多次元の基礎データセットは、上記プロフィール若しくは投影画像から構築される。また、多次元の基礎データセットは、磁気共鳴信号から構築することもできる。多次元の基礎データセットは、診断される患者の周囲組織における血管系の部分の表現を含む。分割化は、基礎データセットから対象物データセットの正確な分離を可能とし、対象物データセットは、診断される患者の血管系に関連する。
【００１３】
描画システムは、好ましくは、基礎データセットにおけるデータ値の分布を表現するヒストグラムに基づいて上記分割化を実行するように構成される。このヒストグラムは、どの範囲のデータ値が基礎データセットからの対象物データセットのデータ値の分割化に適しているかを非常に明確に示す。特に、ヒストグラムから分割化のための適切な閾値を選択することが容易である。特に、描画ユニット上にヒストグラムを示し、例えばマウスのような制御手段によってヒストグラムの描画において閾値を指示することは、操作し易いものである。
【００１４】
描画システムの更なる有利な実施例は、例えばポリゴンモデルのような表面モデルを、ＶＲＭＬ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇｅ）フォーマットで記憶する。従って、表面モデルは、ユーザ間で容易に交換可能となる。例えば、表面モデルは、ウェブブラウザで見ることができると共に、ｅメールにより添付することができる。このようにして、異なるユーザが毎回再び表面モデルを抽出することが不要となる。
【００１５】
また、本発明は、多次元の対象物データセットの処理方法に関する。本発明による方法は、請求項８に記載される。本発明による方法は、異なる方向から高画質で対象物データセットを描画することを可能とし、連続的な方向からの描画が高速で実行される。
【００１６】
更に、本発明は、請求項９に記載したコンピュータープログラムに関する。本発明のコンピュータープログラムが一般的なコンピューターに読み込まれたとき、コンピューターは、請求項８に記載される本発明の方法を実行することが可能となる。本発明のコンピュータープログラムは、ＣＤ−ＲＯＭのようなデータ媒体上に供されてよく、若しくは、“ワールド・ワイド・ウェブ”のようなネットワークを介してダウンロードされてよい。
【００１７】
本発明のこれら及びその他の局面は、添付図面を参照し以下の実施例を基礎としてこれより例示的に教示されるだろう。
【００１８】
図１は、本発明による描画システムが接続されるＸ線診断装置を概略的に示す図である。Ｘ線診断装置１０は、Ｘ線源１１と、例えばカメラを備えたＸ線イメージ倍増管であるＸ線検出器を含む。これらの構成要素は、Ｃアーム型の支持部材１３の各々の端部に搭載される。Ｃアーム型の支持部材１３は、鉛直の支持部材１４から吊られている。Ｃアーム型のキャリア１３は、Ｃアーム型の支持部材によって、Ｘ線源及びＸ線検出器が診断される患者まわりに回動可能となるように、懸架されている。診断される患者は、異なる方向からＸ線によって照射されることができる。診断される患者の部分の一連の投影画像は、かくして、異なる投影方向から形成される。Ｘ線検出器は、とりわけ、上記投影画像を表わす電子画像信号を送出する。例えば、Ｘ線検出器は、カメラを備えたＸ線イメージ倍増管１６を含む。Ｘ線イメージ倍増管は、入口のウインドウ上に形成されたＸ線画像から出口のウインドウ上の光画像を導出する。カメラ１７は上記光画像を検出し、電子画像信号が当該光画像から導出される。
【００１９】
本発明による描画システム１は、Ｘ線診断装置１０に接続されている。電子画像信号（ＩＳ）は、再構築ユニット２０に出力される。再構築ユニット２０は、電子画像信号（ＩＳ）により表現された投影画像から診断対象の患者の撮像された部位内部の３次元的な容積の再構築を導出する。再構築ユニット２０は、とりわけＸ Ｗａｎｇ及びＲ． Ｎｉｎｇによる文献“Ａ ｃｏｎｅ−ｂｅａｍ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｃｉｒｃｌｅ−ｐｌｕｓ−ａｒｃ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｇｅｏｍｅｔｒｙ” ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｄ．Ｉｍａｇ．１８（１９９９），ｐｐ．８１５乃至８２４から知られている。容積の再構築は、基礎のメモリ２１に記憶された基礎データセットを生む。対象物データセットは、上記基礎データセットから、例えば分割化（セグメント化）によって導出される。本発明が血管撮像で使用されるとき、対象物データセットは、例えば診断対象の患者の血管系の部分に関する。血管撮像による診断中、コントラスト剤が、診断対象の患者の動脈に注入され、Ｘ線画像は、コントラスト剤が充填された動脈を含む診断対象の患者の部位の異なる方向から取得される。基礎データは、かかるＸ線画像から再構築される。本アプリケーションでは、データ値は、局所的なＸ線吸収により表わされる局所的な密度値によって形成される。コントラスト剤が充填された血管中の密度値は、血管の外側のかかる値から相当に逸脱している。結果として、本アプリケーションにおいて診断対象の患者の血管系を表わす対象物データセットは、分割化により基礎データセットから容易に導出可能である。本発明による描画システムは、対象物データセットを形成する分割化ユニット２２を含む。表面モデルは、選択ユニット２３によって対象物データセットから導出される。例えば、表面モデルは、ポリゴン、本例では診断対象の患者の血管系である分割化された部分の表面の位置を表わす頂点を持つ例えば三角形要素のセットからなる。
【００２０】
ディスプレイシステムのユーザは、選択ユニット２３の表面モデル及び基礎メモリの対象物データを操作することができる。ユーザは、特に、異なる方向から表面モデル及び対象物データを見ることができる。ユーザは、本例ではシステムプロセッサ２６に接続されたマウスである制御要素２５によって操作を制御できる。また、ユーザは、操作を制御するためにキーボード２７を介してコマンドを入力できる。システムプロセッサ２６は、マウスの動きに基づいて一若しくはそれ以上のビデオプロセッサを制御し、ユーザによって指示された描画が描画ユニット２によって形成されるようにする。ビデオプロセッサ２３は、特に、表面モデルの異なる方向からの連続的な描画を形成する。その他のビデオプロセッサ２４は、異なる方向により対象物データセットの描画を形成する。本発明による描画システムは、マウスの動きの間、瞬間的な方向の表面モデルのみを表示する。マウスが静止しているとき、描画システムは、マウスの関連する位置に対応する方向の対象物データセットを表示する。
【００２１】
図２は、開始方向である第１の方向の目標物データの描画を示し、図３は、最終方向である第２の方向の目標物データの描画を示す。血管系の部分が、例によって示される。この部分は、特に、二次的な血管５３が主要な血管５４から分岐した血管系の部分である。表面モデル４０は、ポリゴンのセットである。図２及び図３は、対象物データセット、即ちマウス２５が静止しているときの各々の方向の表面モデル４０を備えた対象物データセット３０の内部を示す。マウス２５が移動したとき、描画システムは、マウスの瞬間的な位置に関連した方向の表面モデルのみを示す。多種の描画は、例えば表面モデル上の異なる位置を指示するために、非常に操作し易い。例えば、位置５１は、図２の方向で容易に指示できる。図３においては、位置５１は、血管系の部分５３の描画により隠れている。しかしながら、図２の視点から見えない位置５２を指示することは、非常に簡単である。描画における位置及び描画の方向に基づいて、システムプロセッサ２６は、表面モデル上の指示位置の対象物データセットにおける位置を計算する。対象物データセットにおける計算された位置は、例えば２つの位置を通るラインを計算するために使用できる。例えば、第３の位置５３を指示し、対象物データセット内の３つの位置を通る面を計算することは可能である。この平面は、例えば切断面から見た対象物データセットの内部を描画するための切断面として使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による描画システムが接続されるＸ線診断装置を概略的に示す図である。
【図２】
開始方向である第１の方向の対象物データセット描画を示す図である。
【図３】
終了方向である第２の方向の対象物データセット描画を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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2004510237.tif 000011
2004510237.tif 000012
2004510237.tif 000013
2004510237.tif 000014
2004510237.tif 000015
【国際調査報告】
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