(57)【要約】【課題】非直線的または非平面的な対象物を観察可能な断面画像を表示する。【解決手段】曲線特定装置１は、仮想３次元空間内の曲面Ｓを指定する曲面指定操作を受け付ける曲面特定部１３と、３次元画像２１において曲面Ｓ上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた曲面Ｓをディスプレイ３０に表示する断面画像表示部１２と、を備えている。【選択図】図１
2012010893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値からなる３次元画像を表示する画像表示装置において、
上記３次元空間内の曲面を指定する曲面指定操作を受け付ける曲面特定部と、
上記曲面指定操作により指定された上記３次元空間内の曲面であって、上記３次元画像において当該曲面上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた曲面をディスプレイに表示する断面画像表示部と、を備えていることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
上記曲面指定操作によって指定可能な曲面は、上記３次元空間に配置されたスクリーンへの投影像が曲線になる曲面であり、上記曲面指定操作は、指定すべき曲面の上記スクリーンへの投影像を指定するユーザ操作である、ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
上記曲面特定部が上記曲面指定操作を受け付ける際に、上記３次元画像をボリュームレンダリングにより表示する３次元画像表示部を更に備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
上記３次元画像は、生体を撮像することにより得られた３次元画像であり、
上記断面画像表示部が表示する上記曲面は、上記３次元画像において繊維状組織に対応する領域を含む、ことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の画像表示装置。
【請求項５】
３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値からなる３次元画像に基づいて、該３次元空間内の曲線を特定する曲線特定装置において、
上記３次元空間内の第１曲面を指定する第１曲面指定操作を受け付ける第１曲面特定部と、
上記第１曲面指定操作により指定された上記３次元空間内の第１曲面であって、上記３次元画像において当該第１曲面上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた第１曲面をディスプレイに表示する断面画像表示部と、
上記断面画像表示部が断面画像が埋め込まれた上記第１曲面をディスプレイに表示しているとき、上記３次元空間内の第２曲面を指定する第２曲面指定操作を受け付ける第２曲面特定部と、
上記第１曲面指定操作により指定された上記第１曲面と上記第２曲面指定操作により指定された上記第２曲面との交線を特定する曲線特定部と、を備えていることを特徴とする曲線特定装置。
【請求項６】
上記断面画像表示部は、ユーザ操作に応じてアングルを更新して、断面画像が埋め込まれた上記第１曲面をディスプレイに表示する、ことを特徴とする請求項５に記載の曲線特定装置。
【請求項７】
上記３次元画像は、生体を撮像することにより得られた３次元画像であり、
上記３次元画像において繊維状組織に対応する曲線を特定する、ことを特徴とする請求項５または６に記載の曲線特定装置。
【請求項８】
３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値からなる３次元画像を画像表示装置が表示する画像表示方法において、
上記３次元空間内の曲面を指定する曲面指定操作を受け付ける曲面特定ステップと、
上記曲面指定操作により指定された上記３次元空間内の曲面であって、上記３次元画像において当該曲面上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた曲面をディスプレイに表示する断面画像表示ステップと、を含んでいることを特徴とする画像表示方法。
【請求項９】
曲線特定装置が、３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値からなる３次元画像に基づいて、該３次元空間内の曲線を特定する曲線特定方法において、
上記３次元空間内の第１曲面を指定する第１曲面指定操作を受け付ける第１曲面特定ステップと、
上記第１曲面指定操作により指定された上記３次元空間内の第１曲面であって、上記３次元画像において当該第１曲面上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた第１曲面をディスプレイに表示する断面画像表示ステップと、
上記断面画像表示ステップにて断面画像が埋め込まれた上記第１曲面をディスプレイに表示しているとき、上記３次元空間内の第２曲面を指定する第２曲面指定操作を受け付ける第２曲面特定ステップと、
上記第１曲面指定操作により指定された上記第１曲面と上記第２曲面指定操作により指定された上記第２曲面との交線を特定する曲線特定ステップと、を含んでいることを特徴とする曲線特定方法。
【請求項１０】
コンピュータを請求項１から４のいずれか１項に記載の画像表示装置として動作させるためのプログラムであって、上記コンピュータを上記画像表示装置が備える各部として機能させるプログラム。
【請求項１１】
コンピュータを請求項５から７のいずれか１項に記載の曲線特定装置として動作させるためのプログラムであって、上記コンピュータを上記曲線特定装置が備える各部として機能させるプログラム。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載のプログラムが記録されているコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元画像を表示する画像表示装置および画像表示方法に関する。また、そのような画像表示方法を使用した曲線特定装置および曲線特定方法に関する。更に、そのような装置としてコンピュータを動作させるためのプログラム、および、そのようなプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＴ（Computed Tomography）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、共焦点レーザ顕微鏡などで撮影された３次元画像が診断等のために広く用いられている。このような３次元画像を観察するためには、３次元画像が内包する情報を、何らかの方法を用いて２次元ディスプレイに表示可能な形式に変換する必要がある。
【０００３】
ボリュームレンダリングは、このような変換の一例であり、近年、広く用いられている。ボリュームレンダリングとは、３次元画像を構成する各ボクセルを画素値に応じた透明度をもつように半透明化し、これらのボクセルをスクリーンに投影する３次元画像の表現形態である。また、３次元画像のｘｙ平面、ｙｚ平面、ｚｘ平面（その他、任意の法線をもつ平面であってもよい）などを断面とする断層像を表示する表現形態も有効である。
【０００４】
特許文献１には、断面の位置をその法線方向に移動しながら、断層像を順次表示する表示方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２９６６（公開日：１９９４年２月１日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法をはじめ、３次元画像の断層像を表示する従来の表示方法は、平面を断面とする断層像を表示するものである。このため、非平面的な対象物を観察するためには、複数の断層像を確認しなくてはならないという問題があった。例えば、蛇行する血管（非直線的な観察対象）や湾曲した臓器（非平面的な観察対象）を観察するためには、何枚もの断層画像を確認せねばならないことは明らかであろう。また、観察者は、これら複数の断層像から自身で立体イメージを形成せねばならず、特に経験の少ない観察者にとってはこれが大きな負担となっていた。
【０００７】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、非直線的または非平面的な対象物を観察可能な断面画像を表示する画像表示装置および画像表示方法を提供することにある。また、そのような画像表示方法を利用して、３次元画像内の曲線を効率的に特定する曲線特定装置および曲線特定方法を併せて提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る画像表示装置は、３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値からなる３次元画像を表示する画像表示装置において、上記３次元空間内の曲面を指定する曲面指定操作を受け付ける曲面特定部と、上記曲面指定操作により指定された上記３次元空間内の曲面であって、上記３次元画像において当該曲面上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた曲面をディスプレイに表示する断面画像表示部と、を備えていることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、ユーザが指定した曲面を断面とする断面画像を表示することができる。特に、３次元画像内の観察対象物に沿った曲面を指定することにより、観察対象物が非直線的または非平面的であっても、観察対象物を観察可能な断面画像を表示することができる。しかも、その断面画像は、ユーザが指定した曲面に埋め込んで表示される。このため、ユーザは、観察対象物をその配置まで含めて正しく観察することができる。なお、本明細書では、上記「３次元空間」を、画像データによって構成された３次元空間であることから、「仮想３次元空間」と表現することがある。
【００１０】
本発明に係る画像表示装置において、上記曲面指定操作によって指定可能な曲面は、上記３次元空間に配置されたスクリーンへの投影像が曲線になる曲面であり、上記曲面指定操作は、指定すべき曲面の上記スクリーンへの投影像を指定するユーザ操作である、ことが望ましい。
【００１１】
上記の構成によれば、ユーザは、スクリーン上で曲線を指定するという２次元的な操作によって、３次元空間内の曲面という３次元的な対象を容易に指定することができる。すなわち、上記曲面とは、スクリーン上への投影像が、（ユーザが描いた）スクリーン上の曲線γと一致する３次元空間内の曲面Ｓ（γ）である。
【００１２】
本発明に係る画像表示装置は、上記曲面特定部が上記曲面指定操作を受け付ける際に、上記３次元画像をボリュームレンダリングにより表示する３次元画像表示部を更に備える、ことが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、ユーザは、３次元画像内の観察対象物を観察しながら、上記曲面を指定する曲面指定操作を行なうことができる。
【００１４】
本発明に係る画像表示装置は、上記３次元画像は、生体を撮像することにより得られた３次元画像であり、上記断面画像表示部が表示する上記曲面は、上記３次元画像において繊維状組織に対応する領域を含む、ことが好ましい。
【００１５】
上記の構成によれば、蛇行する血管等の繊維状組織を正しく観察することができる。
【００１６】
上記課題を解決するために、本発明に係る曲線特定装置は、３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値からなる３次元画像に基づいて、該３次元空間内の曲線を特定する曲線特定装置において、上記３次元空間内の第１曲面を指定する第１曲面指定操作を受け付ける第１曲面特定部と、上記第１曲面指定操作により指定された上記３次元空間内の第１曲面であって、上記３次元画像において当該第１曲面上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた第１曲面をディスプレイに表示する断面画像表示部と、上記断面画像表示部が断面画像が埋め込まれた上記第１曲面をディスプレイに表示しているとき、上記３次元空間内の第２曲面を指定する第２曲面指定操作を受け付ける第２曲面特定部と、上記第１曲面指定操作により指定された上記第１曲面と上記第２曲面指定操作により指定された上記第２曲面との交線を特定する曲線特定部と、を備えていることを特徴とする。
【００１７】
上記の構成によれば、上記画像表示装置と同様に断面画像を表示するので、ユーザは、観察対象物をその配置まで含めて正しく観察することができる。そのうえ、ユーザは、断面画像内の観察対象物を観察しながら、上記第２曲面を指定する第２曲面指定操作を行なうことができる。すなわち、曲線描画という２次元的な操作のみで、３次元画像内の３次元的な観察対象物に沿った曲線を容易に特定することができる。
【００１８】
ここで、上記第１曲面とは、スクリーン上への投影像が、（ユーザが描いた）スクリーン上の曲線γ１と一致する３次元空間内の曲面Ｓ（γ１）であってもよい。同様に、上記第２曲面とは、スクリーン上への投影像が、（ユーザが描いた）スクリーン上の曲線γ２と一致する３次元空間内の曲面Ｓ（γ２）であってもよい。このとき、上記曲線は、２つの曲面Ｓ（γ１）、Ｓ（γ２）の交線Γ＝Ｓ（γ１）∩Ｓ（γ２）として特定される。
【００１９】
本発明に係る曲線特定装置は、上記断面画像表示部は、ユーザ操作に応じてアングルを更新して、断面画像が埋め込まれた上記第１曲面をディスプレイに表示する、ことが好ましい。
【００２０】
上記の構成によれば、３次元曲線状の観察対象物がどの方向に延伸している場合であっても、その観察対象物に沿った曲線を容易に特定することができる。
【００２１】
本発明に係る曲線特定装置は、上記３次元画像は、生体を撮像することにより得られた３次元画像であり、上記３次元画像において繊維状組織に対応する曲線を特定する、ことが好ましい。
【００２２】
上記の構成によれば、蛇行する血管等の繊維状組織の曲線形状を容易に特定することができる。
【００２３】
上記課題を解決するために、本発明に係る画像表示方法は、３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値からなる３次元画像を画像表示装置が表示する画像表示方法において、上記３次元空間内の曲面を指定する曲面指定操作を受け付ける曲面特定ステップと、上記曲面指定操作により指定された上記３次元空間内の曲面であって、上記３次元画像において当該曲面上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた曲面をディスプレイに表示する断面画像表示ステップと、を含んでいることを特徴とする。
【００２４】
上記の構成によれば、上記画像表示装置と同様の効果を奏する。
【００２５】
上記課題を解決するために、本発明に係る曲線特定方法は、曲線特定装置が、３次元空間を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値からなる３次元画像に基づいて、該３次元空間内の曲線を特定する曲線特定方法において、上記３次元空間内の第１曲面を指定する第１曲面指定操作を受け付ける第１曲面特定ステップと、上記第１曲面指定操作により指定された上記３次元空間内の第１曲面であって、上記３次元画像において当該第１曲面上のボクセルに割り当てられた画素値からなる断面画像が埋め込まれた第１曲面をディスプレイに表示する断面画像表示ステップと、上記断面画像表示ステップにて断面画像が埋め込まれた上記第１曲面をディスプレイに表示しているとき、上記３次元空間内の第２曲面を指定する第２曲面指定操作を受け付ける第２曲面特定ステップと、上記第１曲面指定操作により指定された上記第１曲面と上記第２曲面指定操作により指定された上記第２曲面との交線を特定する曲線特定ステップと、を含んでいることを特徴とする。
【００２６】
上記の構成によれば、上記曲線特定装置と同様の効果を奏する。
【００２７】
なお、コンピュータを上記画像表示装置または上記曲線特定装置として動作させるためのプログラムや、そのようなプログラムが記録されているコンピュータ読み取り可能な記録媒体も本発明の範疇に含まれる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、３次元画像内の観察対象物が非直線的または非平面的であっても、観察対象物を観察可能な断面画像を表示することができる。しかも、観察対象物をその配置まで含めて正しく観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態を示すものであり、曲線特定装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す曲線特定装置として機能するコンピュータのブロック図である。
【図３】本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す曲線特定装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す曲線特定装置による曲線特定処理の各ステップにおける仮想３次元空間内の構成を示す図である。（ａ）は、スクリーンＳo上に曲線γ１を描く第１の曲面指定操作が入力された状態、（ｂ）は、曲面Ｓ１に断面画像Ｉ（Ｓ１）が埋め込まれた状態、（ｃ）は、スクリーンＳo'上に曲線γ２を描く第２の曲面指定操作が入力された状態、（ｄ）は、交線Γ＝Ｓ（γ１）∩Ｓ（γ２）が特定された状態、をそれぞれ示す。
【図５】本発明の実施形態を示すものであり、図１に示す曲線特定装置の断面画像表示部によってディスプレイに表示される画面の例を示す図である。（ａ）は、視点を３次元画像内に設定した場合に表示される画面であり、（ｂ）は、血管に沿った断面を設定した場合に表示される画面である。
【図６】本発明の実施例を示すものであり、（ａ）は、第１の曲線指定操作としてＣＴ画像のボリュームレンダリング像上に曲線γ１を指定した状態を示し、（ｂ）は、第２の曲線指定操作としてＣＴ画像の断面画像上に第２の曲線γ２を指定した状態を示し、（ｃ）は、ＣＴ画像のボリュームレンダリング像上に特定された曲線Γが描かれた状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の一実施形態について、図面を用いて説明すれば以下のとおりである。なお、本実施形態に係る画像表示装置は、曲線特定機能を有する曲線特定装置として機能するので、以下ではこれを曲線特定装置と呼ぶ。ただし、以下に説明する曲線特定装置は、曲線特定機能を取り去ったとしても、その画像表示方法に特有の工夫を含むものであり、有効に実施することができる。
【００３１】
〔曲線特定装置〕
本実施形態に係る曲線特定装置１の構成について、図１を参照して説明する。
【００３２】
図１は、曲線特定装置１の要部構成を示すブロック図である。曲線特定装置１は、図１に示すように、３次元画像表示部１１、断面画像表示部１２、曲面特定部１３、曲線特定部１４、データ入出力部１５、および、記憶部２０を備えている。
【００３３】
記憶部２０には、３次元画像２１、スクリーン／視点情報２２、曲面データ２３、および、曲線データ２４が記憶されている。これらのデータのうち、３次元画像２１は、データ入出力部１５が外部から取得した、曲線特定装置１にとっての入力データである。曲線特定装置１は、３次元画像２１、および、ポインティングデバイス４０を用いて入力される曲面指定操作に基づいて曲線データ２４を生成し、データ入出力部１５を介して外部に出力する。
【００３４】
３次元画像２１は、仮想３次元空間（３次元空間）を構成する各ボクセルに割り当てられた画素値の集合である。仮想３次元空間がＩ×Ｊ×Ｋ個のボクセルにより構成されている場合、すなわち、３次元画像２１の解像度がＩ×Ｊ×Ｋボクセルである場合、３次元画像２１は、３次元配列｛ｖ（ｉ，ｊ，ｋ）｜０≦ｉ＜Ｉ，０≦ｊ＜Ｊ，０≦ｋ＜Ｋ｝により表すことができる。ｖ（ｉ，ｊ，ｋ）は、ボクセル（ｉ，ｊ，ｋ）に割り当てられた画素値である。本実施形態においては、３次元画像２１として、人体を撮影して得られたＣＴ画像を想定する。
【００３５】
スクリーン／視点情報２２は、３次元画像表示部１１および断面画像表示部１２が仮想３次元空間内に配置されたオブジェクト（領域、曲面、曲線等）を３次元表示する際に参照する情報である。ここで、オブジェクトを３次元表示するとは、オブジェクトを仮想３次元空間内に配置されたスクリーンＳoへの投影し、その投影像をディスプレイ３０に表示することを指す。
【００３６】
本実施形態においては、投影法として、透視投影（中心投影）を用いる。この場合、オブジェクト上の点Ａは、点Ａおよび視点Ｏを通る直線ＡＰとスクリーンＳoとの交点Ａ’に投影される。スクリーン／視点情報２２は、このスクリーンＳoおよび視点Ｏの配置を定義する情報である。ユーザは、所望のアングルを得るために、スクリーン／視点情報２２を自由に設定することができる。なお、使用可能な投影法は、透視投影に限定されない。すなわち、透視投影の代わりに平行投影を用いてもよい。
【００３７】
曲面データ２３は、仮想３次元空間内の曲面Ｓを表すデータである。曲面Ｓは、ユーザにより指定された曲面である。本実施形態においては、指定可能な曲面のクラスとして、スクリーンＳo上の曲線γの逆投影像、すなわち、スクリーンＳoへの投影像が曲線γになる曲線Ｓ＝Ｓ（γ）からなるクラスを考える。曲線γが、スプライン曲線やベジェ曲線などのように、多項式で表現される曲線である場合、曲面Ｓ（γ）も、多項式で表現される曲線となる。この場合、曲面Ｓ（γ）を表現する多項式の係数を、曲面データ２３として用いればよい。
【００３８】
曲線データ２４は、仮想３次元空間内の曲線Γを表すデータである。曲線Γは、ユーザにより指定された曲線である。本実施形態においては、指定可能な曲面のクラスとして、第１の曲線γ１の逆投影像である第１の曲面Ｓ（γ１）と、第２の曲面γ２の逆投影像である第２の曲面Ｓ（γ２）との交線Ｓ（γ１）∩Ｓ（γ２）として与えられる曲線Γ＝Γ（γ１，γ２）からなるクラスを考える。なお、曲面Ｓ（γ１）を曲線γ１に投影するスクリーンおよび視点と、曲面Ｓ（γ２）を曲線γ２に投影するスクリーンおよび視点とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。曲面Ｓ（γ１）と曲面Ｓ（γ２）とが多項式により表現される曲面である場合、曲線Γ＝Γ（γ１，γ２）も多項式により表現される曲線となる。この場合、曲線Γ（γ１，γ２）を表現する多項式の係数を、曲線データ２４として用いればよい。
【００３９】
３次元画像表示部１１は、３次元画像２１を３次元表示するための手段である。本実施形態において、３次元画像２１の３次元表示は、３次元画像２１をボリュームレンダリングすることにより実現される。ボリュームレンダリングとは、３次元画像２１を構成する各ボクセルを画素値に応じた透明度をもつように半透明化し、これらのボクセルをスクリーンＳo上に投影することを指す。この際、３次元画像表示部１１は、記憶部２０に格納されたスクリーン／視点情報２２を参照し、アングル（視点ＯおよびスクリーンＳoの配置）を決定する。ボリュームレンダリングされた３次元画像２１は、ユーザが第１の曲面の配置を決定するためのガイドとなる。
【００４０】
なお、別途、３次元画像２１から領域抽出が行なわれている場合には、３次元画像表示部１１が、３次元画像２１をボリュームレンダリングする構成に代えて、３次元画像表示部１１が、抽出領域に属するボクセルを不透明化し、これらのボクセルをスクリーンＳo上に投影する構成を採用してもよい。
【００４１】
曲面特定部１３は、曲面Ｓを指定する曲面指定操作の入力を受け付け、曲面指定操作により指定された曲面Ｓを表す曲面データ２３を生成するための手段である。本実施形態において、曲面特定部１３が受け付ける曲面指定操作は、マウスやトラックパッドなどのポインティングデバイス４０を用いて、スクリーンＳo上に曲線γを描くストローク操作である。曲面特定部１３は、スクリーンＳo上に曲線γを描くストローク操作の入力を受け付けると、記憶部２０に格納されたスクリーン／視点情報２２を参照し、曲線γを表す曲線データ（例えば、曲線γを表現する多項式の係数）から、スクリーンＳo上への投影像が曲線γに一致する曲面Ｓ（γ）を表す曲面データ２３（例えば、曲面Ｓ（γ）を表現する多項式の係数）を算出する。なお、γが直線であれば、曲面特定部１３により算出される曲面データ２３は、平面になる。
【００４２】
曲面特定部１３は、上述した３次元画像表示部１１が３次元画像２１を表示している際になされた曲面指定操作を、第１の曲面Ｓ１＝Ｓ（γ１）を指定する第１の曲面指定操作として受け付け、第１の曲面Ｓ１を表す曲面データ２３（例えば、曲面Ｓ（γ１）を表現する多項式の係数）を断面画像表示部１２に供給すると共に記憶部２０に格納する。また、曲面特定部１３は、後述する断面画像表示部１２が断面画像Ｉ（Ｓ１）を表示している際になされた曲面指定操作を、第２の曲面Ｓ２＝Ｓ（γ２）を指定する第２の曲面指定操作として受け付け、第２の曲面Ｓ２を表す曲面データ（例えば、曲面Ｓ（γ２）を表現する多項式の係数）を曲線特定部１４に供給すると共に、この曲面データを記憶部２０に格納する。
【００４３】
断面画像表示部１２は、第１の曲面指定操作により指定された曲面Ｓ１を断面とする３次元画像２１の断面画像Ｉ（Ｓ１）を生成すると共に、生成した断面画像Ｉ（Ｓ１）が埋め込まれた（張り込まれた）曲面Ｓ１をディスプレイ３０に３次元表示するための手段である。生成した断面画像Ｉ（Ｓ１）をテクスチャとする曲面Ｓ１をディスプレイ３０に３次元表示するための手段であると言い換えてもよい。断面画像Ｉ（Ｓ１）の生成は、仮想３次元空間において曲面Ｓ１と交わるボクセルを特定し、特定したボクセルに割り当てられた画素値をサンプリング（抽出）することによって実現される。なお、曲面Ｓ１と交わるボクセルは、曲面特定部１３から供給された曲面データ２３から容易に算出することができる。
【００４４】
断面画像Ｉ（Ｓ１）を表示する際、断面画像表示部１２は、記憶部２０に格納されたスクリーン／視点情報２２を参照してアングル（視点ＯおよびスクリーンＳoの配置）を決定する。スクリーン／視点情報２２がユーザによって更新されると、アングルが断面画像表示部１２によってリアルタイムに更新される。これにより、ユーザは、所望のアングルから断面画像Ｉ（Ｓ１）を観察することができる。例えば、ＣＴ画像における血管領域のように仮想３次元空間内を複雑に蛇行する観察対象であっても、曲面Ｓ１が観察対象に沿うように設定されていれば、１枚の断面画像Ｉ（Ｓ１）で観察対象全体を一望することができる。
【００４５】
曲線特定部１４は、記憶部２０から読み出した曲面データ２３（第１の曲面Ｓ１表す）と曲面特定部１３から取得した曲面データ（第２の曲面Ｓ２を表す）とから、第１の曲面指定操作によって指定された曲面Ｓ１と、第２の曲面指定操作により指定された曲面Ｓ２との交線Γ＝Ｓ（γ１）∩Ｓ（γ２）を表す曲線データ２４を生成する。第１の曲面Ｓ１と第２の曲面Ｓ２とが多項式により表現されている場合、代数演算によって曲線Γの係数を算出することができる。
【００４６】
また、第１の曲面Ｓ１および第２の曲面Ｓ２を離散的な三角形ポリゴンメッシュデータなど利用して表現する場合でも、第１の曲面Ｓ１および第２の曲面Ｓ２の各三角形同士の交線を計算することで、容易に曲線Γ＝Ｓ（γ１）∩Ｓ（γ２）を計算することが可能である。
【００４７】
なお、多項式によって表現された交線Γをその係数によって特定する代わりに、交線Γを交線Γと交わりをもつボクセルの集合によって特定してもよい。この場合、第１の曲面Ｓ１と交わるボクセルのみで値１（他は０）をもつ第１の２値化画像と、第２の曲面Ｓ２と交わるボクセルのみで値１（他は０）をもつ第２の２値化画像とを生成し、生成した２つの２値化画像の論理積をとって、これを曲線データ２４として利用してもよい。
【００４８】
また、曲線特定部１４は、曲線Γを中心軸とするシリンダ状（ファイバ状）の領域を抽出する領域抽出（Volume Segmentation）機能を有していてもよい。領域抽出機能の実現方法としては、曲線Γを中心軸とする半径一定のシリンダを抽出する実装や、曲線Γを軸としてRegion Growingを実施する実装などが考えられる。前者の場合、ユーザがその半径を自由に設定できるようにすることが望ましい。このような領域抽出機能は、例えば、ＣＴ画像における血管の抽出に好適に利用することができる。
【００４９】
〔曲線特定装置の構成例〕
曲線特定装置１は、コンピュータ（電子計算機）を用いて構成することができる。図２は、曲線特定装置１として利用可能なコンピュータ１００の構成を例示したブロック図である。
【００５０】
コンピュータ１００は、図２に示したように、バス１１０を介して互いに接続された演算装置１２０と、主記憶装置１３０と、補助記憶装置１４０と、入出力インタフェース１５０とを備えている。演算装置１２０として利用可能なデバイスとしては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を挙げることができる。また、主記憶装置１３０として利用可能なデバイスとしては、例えば、半導体ＲＡＭ（random access memory）を挙げることができる。また、補助記憶装置１４０として利用可能なデバイスとしては、例えば、ハードディスクドライブを挙げることができる。
【００５１】
入出力インタフェース１５０には、図２に示したように、入力装置２００及び出力装置３００が接続される。曲面指定操作（具体的にはストローク操作）を行なうためのポインティングデバイス４０（図１参照）は、この入出力インタフェース１５０に接続される入力装置２００の一例である。また、ボリュームレンダリング像や断面画像を表示するディスプレイ３０（図１参照）は、この入出力インタフェース１５０に接続される入出力装置３００の一例である。
【００５２】
補助記憶装置１４０には、コンピュータ１００を曲線特定装置１として動作させるための各種プログラムが格納されている。具体的には、３次元画像表示部プログラム、断面画像表示部プログラム、曲面特定部プログラム、曲線特定部プログラム、データ入出力部プログラムが格納されている。
【００５３】
演算装置１２０は、補助記憶装置１４０に格納された上記各プログラムを主記憶装置１３０上に展開し、主記憶装置１３０上に展開された上記各プログラムに含まれる命令を実行することによって、コンピュータ１００を、図１に示す３次元画像表示部１１、断面画像表示部１２、曲面特定部１３、曲線特定部１４、および、データ入出力部１５として機能させる。
【００５４】
主記憶装置１３０は、演算装置１２０が参照する３次元画像２１、スクリーン／視点情報２２、曲面データ２３、および、曲線データ２４を格納する記憶部２０（図１参照）として機能する。３次元画像２１については、データ入出力部１５が外部から取得したものを主記憶装置１３０に格納して利用する。
【００５５】
なお、ここでは、内部記録媒体である補助記憶装置１４０に記録されているプログラムを用いてコンピュータ１００を曲線特定装置１として機能させる構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、外部記録媒体に記録されているプログラムを用いてコンピュータ１００を曲線特定装置１として機能させる構成を採用してもよい。外部記録媒体は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であれば何でもよく、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクなどを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などにより実現することができる。
【００５６】
また、コンピュータ１００を通信ネットワークと接続可能に構成し、上述した各プログラムコードを通信ネットワークを介してコンピュータ１００に供給するようにしてもよい。この通信ネットワークとしては、とくに限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、とくに限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＵＳＢ、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡやリモコンのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。
【００５７】
〔曲線特定方法〕
次に、曲面特定装置１による曲線特定処理の流れについて、図３を参照して説明する。図３は、曲面特定装置１による曲線特定処理の流れを示したフローチャートである。曲面特定装置１による曲線特定処理に含まれる各ステップについて、順に説明すれば以下のとおりである。
【００５８】
ステップＳ１：データ入出力部１５が、３次元画像２１を外部から取得し、取得した３次元画像２１を記憶部２０に格納する。
【００５９】
ステップＳ２：３次元画像表示部１１が、記憶部２０に格納されている３次元画像２１のボリュームレンダリング像をディスプレイ３０に表示し、曲面特定部１３が、第１の曲面Ｓ１を指定する第１の曲面指定操作を待ち受ける。３次元画像２１のボリュームレンダリング像がディスプレイ３０に表示されているので、ユーザは、対象物の表面を目視しながら第１の曲面指定操作を行なうことができる。
【００６０】
ステップＳ３：第１の曲面指定操作として、スクリーンＳo上に曲線γ１を描く第１の曲面指定操作が入力されると、曲面特定部１３が、第１の曲面Ｓ１＝Ｓ（γ１）を表す曲面データ２３を生成し、生成した曲面データ２３を記憶部２０に格納する。スクリーンＳo上に曲線γ１を描く第１の曲面指定操作が入力された状態の仮想３次元空間内の構成を図４（ａ）示す。
【００６１】
ステップＳ４：断面画像表示部１２が、断面画像Ｉ（Ｓ１）が埋め込まれた曲面Ｓ１をディスプレイ３０に表示し、曲面特定部１３が第２の曲面Ｓ２を指定する第２の曲面指定操作を待ち受ける。曲面Ｓ１に断面画像Ｉ（Ｓ１）が埋め込まれているので、ユーザは、対象物の断面（Ｓ１断面）を目視しながら第２の曲面指定操作を行なうことができる。曲面Ｓ１に断面画像Ｉ（Ｓ１）が埋め込まれた状態の仮想３次元空間内の構成を図４（ｂ）に示す。また、曲面Ｓ１に断面画像Ｉ（Ｓ１）が埋め込まれた状態の画面例を図５（ａ）および図５（ｂ）に示す。図５（ａ）は、視点を仮想３次元空間（ボリューム直方体）内に設定した場合に表示される画面であり、図５（ｂ）は、蛇行した血管に沿った曲面Ｓ１を設定した場合に表示される画面である。
【００６２】
ステップＳ５：第２の曲面指定操作として、スクリーンＳo’上に曲線γ２を描く第２の曲面指定操作が入力されると、曲面特定部１３が、第２の曲面Ｓ２＝Ｓ（γ２）を表す曲面データを生成し、生成した曲面データを曲線特定部１４に供給する。図４（ｃ）に、スクリーンＳo’上に曲線γ２を描く第２の曲面指定操作が入力された状態の仮想３次元空間内の構成を示す。
【００６３】
ステップＳ６：曲線特定部１４が、記憶部２０から読み出した曲面データ２３（ステップＳ３にて生成された、第１の曲面Ｓ１を表す曲面データ）と、曲面特定部１３から取得した曲面データ（ステップＳ５にて生成された、第２の曲面Ｓ２を表す曲面データ）とから、第１の曲面指定操作によって指定された曲面Ｓ１と、第２の曲面指定操作により指定された曲面Ｓ２との交線Γ＝Ｓ（γ１）∩Ｓ（γ２）を表す曲線データ２４を生成する。曲線特定部１４によって生成された曲線データ２４は、記憶部２０に格納されると共に、データ入出力部１５に供給される。図４（ｄ）に、交線Γ＝Ｓ（γ１）∩Ｓ（γ２）が特定された状態の仮想３次元空間内の構成を示す。
【００６４】
ステップＳ７：データ入出力部１５が、ステップＳ４にて生成された曲線データ２４を外部に出力する。
【００６５】
〔実施例〕
最後に、曲線特定装置１を用いて行なった曲線特定の具体例について、図６に基づいて説明する。図６は、曲線特定装置１を用いてＣＴ画像から血管に相当する領域を抽出した過程を示すものである。
【００６６】
図６（ａ）は、図３のフローチャートのＳＴＥＰ２にて表示されるボリュームレンダリング像である。このボリュームレンダリング像から複数の蛇行する血管が見て取れる。同図における白抜きの矢印は、ユーザがそのうちの一本に沿って引いた第１の曲線γ１である。図６（ｂ）は、その第１の曲線γ１に対応する曲面Ｓ１＝Ｓ（γ１）における断面画像Ｉ（Ｓ１）である。画面中央の扇型の領域に、断面画像Ｉ（Ｓ１）が表示されている。画面中央に白く写る血管は、図６（ａ）に示すように、３次元的に蛇行するものであるが、その全体が同一の断面画像Ｉ（Ｓ１）内に映し出されている点に留意されたい。画面中央に白く写る血管上に引かれた黒い曲線は、ユーザがひいた第２の曲線γ２である。これら２つの曲線から導出された曲線Γを図６（ｃ）に示す。このように、曲線特定装置１を用いれば蛇行した血管であっても単一の断面画像を用いて空間的に正しくトレースすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
３次元画像の観察、特に、ＣＴ（ＣＴ：Computed Tomography）画像などの医療用画像の観察に好適に利用することができる。３次元画像における領域特定（領域抽出）、特に、ＣＴ（ＣＴ：Computed Tomography）画像などの医療用画像における領域特定（領域抽出）に利用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１      曲線特定装置（画像表示装置）
１１    ３次元画像表示部
１２    断面画像表示部
１３    曲面特定部
１４    曲線特定部
１５    データ入出力部
２０    記憶部
２１    ３次元画像
２２    スクリーン／視点情報
２３    曲面データ
２４    曲線データ
３０    ディスプレイ
４０    ポインティングデバイス
【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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