(57)【要約】【課題】ボリュームデータから複数のスラブを生成し、スラブが移動するように各スラブの画像を動画として表示する際に、ピクセルの明るさの違いで動画のチラツキが生じ易く、そのチラツキを軽減すること。【解決手段】医用画像処理装置は、ボリュームデータセット記憶デバイス３０と、ボリュームデータセットに基づいて複数のスラブにそれぞれ対応する複数の２次元画像を生成するプロセッサユニット２４と、複数の２次元画像を順次表示する表示部とを具備し、スラブは単一の視線軸に沿って配列され、スラブ各々内の複数のサンプル点を視線軸に関して投影することにより２次元画像各々が生成され、スラブ各々は一定のスラブ厚を有し、スラブ各々と隣のスラブとの間隔はスラブ厚より短く、スラブ各々は隣のスラブとの間でオーバーラップ領域を有し、オーバーラップ領域のサンプル点を隣り合うスラブで共用する。【選択図】図６
2013192940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に関するボリュームデータセットを記憶する記憶手段と、
前記ボリュームデータセットに基づいて、視線軸方向に沿った、複数のスラブにそれぞれ対応する複数の２次元画像を生成する画像処理手段と、
前記複数の２次元画像を順次表示する表示部とを具備し、
前記画像処理手段は、
前記スラブ内の複数のサンプル点を前記視線軸に関して投影することにより前記２次元画像を生成し、
前記スラブ各々は隣のスラブとの間でオーバーラップ領域を有し、
前記オーバーラップ領域のサンプル点の値を前記隣り合うスラブで共用することを特徴とする医用画像処理装置。
【請求項２】
前記画像処理手段は、前記視線軸の方向を変更した際、前記サンプル点を、前記視線軸に平行な位置に決定することを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
【請求項３】
ボリュームデータセットを格納するための記憶手段と、
前記ボリュームデータセットから断面変換処理（ＭＰＲ）により一連のスラブに対応する一連の二次元画像フレームを生成する画像処理手段とを具備し、
前記  画像処理手段は、
ｉ．前記記憶手段からボリュームデータセットをロードするための機械可読命令と、
ｉｉ．前記ボリュームに関する視線軸設定を取得するための機械可読命令と、
ｉｉｉ．増分ステップで前記視線軸に沿って有限の厚さのスラブを前記ボリュームに通して移動させ、これにより、前記スラブが１ステップ前進するときに、前記スラブの一部がその前の位置で前記スラブに共通のオーバーラップ領域を形成し、前記スラブの一部がその前の位置で前記スラブの一部でなかった新しい領域を形成するための機械可読命令と、
ｉｖ．それぞれのスラブ位置でＭＰＲビューを決定するための機械可読命令であって、前記ＭＰＲビューは
ａ）前記スラブを通して投射される複数の光線のそれぞれに沿った複数のサンプル点を選択することと、
ｂ）投影機能を使用して像面上への前記サンプル点の投影を実行することによって決定される、
前記画像処理手段は、は、前記現在のスラブ位置に対する前記ＭＰＲビューを決定するときに前のスラブ位置からの前記オーバーラップ領域に使用される前記サンプル点のうちの少なくとも一部の値を保持する医用画像処理装置。
【請求項４】
その現在の位置の前記スラブ内にまだ存在している前記前のスラブ位置からのすべてのサンプル点が保持される請求項３に記載の医用画像処理装置。
【請求項５】
前記前のスラブ位置の前記サンプル点に共通でない前記サンプル点のみが、前記新しい領域内にある請求項３に記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
それぞれのスラブ位置におけるＭＰＲビューをディスプレイユニットまたは記憶装置デバイスに出力することを備える請求項２に記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記投影機能は、前記サンプル点の属性に基づき前記選択されたサンプル点から単一のサンプル点を選択する種類のものである請求項３に記載の医用画像処理装置。
【請求項８】
前記投影機能は、ボクセル値の大きさを前記サンプル点の属性として使用する最大強度投影機能であり、前記選択されたサンプル点は、前記最大の大きさを持つ点である請求項７に記載の医用画像処理装置。
【請求項９】
前記投影機能は、前記ボクセル値の大きさを前記サンプル点の属性として使用する最小強度投影機能であり、前記選択されたサンプル点は、前記最小の大きさを持つ点である請求項６に記載の医用画像処理装置。
【請求項１０】
ディスプレイユニットに表示するか、または記憶装置デバイス内に格納する前にそれぞれのＭＰＲビューを変換することをさらに備える請求項３に記載の医用画像処理装置。
【請求項１１】
請求項３に記載の医用画像処理装置を備える画像収集デバイス。
【請求項１２】
ボリュームデータセットによって画定されるボリュームを通してスラブを前進させることによってスラブシネ多断面再構成（ＭＰＲ）プロセスに対する一連の二次元画像フレームを生成する方法であって、
ボリュームを画定するボリュームデータセットを入力として受け取ることと、
視線軸を前記ボリュームに関して指定することと、
増分ステップで前記視線軸に沿って有限の厚さのスラブを前記ボリュームに通して前進させ、前記ステップは前記スラブの厚さより小さいステップサイズを有し、これにより、前記スラブが１ステップ前進するときに、前記スラブの一部がその前の位置で前記スラブに共通のオーバーラップ領域を形成し、前記スラブの一部がその前の位置に前記スラブの一部でなかった新しい領域を形成することと、
それぞれのスラブ位置でＭＰＲビューを、
前記スラブを通して投射される複数の光線のそれぞれに沿った複数のサンプル点を選択することと、
投影機能を使用して投影面上への前記サンプル点の投影を実行することとによって決定することであって、
前記オーバーラップ領域に使用される前記サンプル点の少なくともいくつかが前記前のスラブ位置から保持されることを備える方法。
【請求項１３】
その現在の位置の前記スラブ内にまだ存在している前記前のスラブ位置からのすべてのサンプル点が保持される請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記前のスラブ位置の前記サンプル点に共通でない前記サンプル点のみが、前記新しい領域内にある請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
それぞれのスラブ位置におけるＭＰＲビューを出力することを備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記投影機能は、前記サンプル点の属性に基づき前記選択されたサンプル点から単一のサンプル点を選択する種類のものである請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記投影機能は、前記ボクセル値の大きさを前記サンプル点の属性として使用する最大強度投影機能であり、前記選択されたサンプル点は、前記最大の大きさを持つ点である請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記投影機能は、前記ボクセル値の大きさを前記サンプル点の属性として使用する最小強度投影機能であり、前記選択されたサンプル点は、前記最小の大きさを持つ点である請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
表示もしくは格納の前にそれぞれのＭＰＲビューを変換することをさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項２０】
請求項１１に記載の方法を実行するための機械可読命令を収めた一時的でないコンピュータプログラム製品。
【請求項２１】
ボリュームデータセットによって画定されるボリュームを通してスラブを前進させることによってスラブ多断面再構成（ＭＰＲ）プロセスに対する一連の二次元画像フレームを生成する方法であって、
ボリュームを画定するボリュームデータセットを入力として受け取ることと、
視線軸を前記ボリュームに関して指定することと、
前記スラブを第１のスラブ領域から第２のスラブ領域に移動するスラブ運動を指定し、前記第１および第２のスラブ領域は共通の部分領域を有することと、
複数のサンプル点位置を、前記第１のスラブ領域および前記第２のスラブ領域とそれぞれオーバーラップする前記共通の部分領域内の第１のサンプル点および第２のサンプル点の前記位置が前記スラブ運動の前後で同じ位置をとるように前記視線軸に基づき決定することと、
サンプル点の前記位置と前記ボリュームデータセットとを使用して投影を実行することとを備える方法。        
【請求項２２】
前記サンプル点位置は、前記視線軸が変更されたときに変更される請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医用画像処理装置及び医用画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元（３Ｄ）の物体を対象とした二次元（２Ｄ）画像を生成するプロセスは、ボリュームレンダリングと称される。ボリュームレンダリングには、多くの分野において応用事例がある。このような分野の１つは、例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）および他のＸ線スキャナ、核磁気共鳴スキャナ、ならびに超音波スキャナを使用して人体または動物体をスキャンした結果得られる医用ボリュームデータのレンダリングである。
【０００３】
現代的なスキャン機器によって生成されるボリュームデータは、非常に詳細で複雑なものである。医師は、スキャンされた物体を解析し、例えば異常を検出することができるように、異なる視線方向を使用し、スキャンされた物体に関して異なる位置からデータをレンダリングしたい場合がある。
【０００４】
スラブ多断面再構成（ＭＰＲ）（ときには厚みのあるＭＰＲまたは厚いＭＰＲとも称される）に適用されるような、ボリュームレンダリング技術では、結果として得られる２Ｄ画像中に望ましくないアーチファクトが出現することが多々ある。これらのアーチファクトは視覚の邪魔になるものであり、画像の解釈を妨げる可能性がある。いくつかの状況では、これらのアーチファクトは、ボリュームデータの実際の特徴と勘違いされる可能性があるか、または他の場合には、データの実際の特徴を不明瞭にしてしまう可能性がある。アーチファクトは、その後の画像処理に悪影響ももたらしうる。例えば、エッジ検出アルゴリズムの精度は、多くの場合、そのような画像アーチファクトの存在に対し非常に敏感である。
【０００５】
ボリュームデータは、３Ｄ格子状に配列された複数のボクセルを備える。それぞれのボクセルは、それに関連付けられているボクセル値を有する。ボクセル値は、物理的パラメータの測定結果を表す。例えば、ＣＴスキャンの場合、ボクセル値は、Ｘ線に対するこれらのボクセルの不透明度、つまり、そのＸ線阻止能を表す。Ｘ線阻止能は、密度（単位体積当たりの質量）と密接に相関するハンスフィールドユニット（ＨＵ）で測定される。 
医療用撮像デバイスによって取得されたボリュームデータのボクセルは、ほとんどの場合、カーテシアン格子上で取得される、つまり、データ点は、３本の直交軸Ｉ、Ｊ、およびＫに合わせて配置される。いくつかの特別な場合において、Ｋ軸は、ガントリチルトまたはスルーを考慮してＩおよびＪ軸に対して直交していない場合がある。さらに、これらの軸は、従来から、共通の原点をボリュームの一方の隅に定めている。しかし、原点のこの選択は、任意であることは理解されるであろう。これらの軸は、ボリューム空間を画定する。ボリューム空間内のそれぞれのボクセルの位置を識別するためにボリューム空間座標系が使用される。ボリューム空間座標系は、直交軸Ｉ、Ｊ、およびＫのうちの各軸に合わせた単位（または基底）ベクトルｉ、ｊ、およびｋを有する。単位ベクトルｉ、ｊ、およびｋは、ボクセルがボリューム空間内の軸のそれぞれに沿って単位長であるように定義される。つまり、それぞれの軸に沿ったボクセル間の分離距離（つまり、その中心と中心との間の距離）は１である。
【０００６】
２Ｄ画像データは、２Ｄ格子に配列された複数の画像ピクセルを備える。画像それ自体は２Ｄであるけれども、画像を含む３Ｄビュー空間を定義することは有益である。ビュー空間は、画像の１つの隅のところに共通の原点を有する３本の直交軸Ｘ、Ｙ、Ｚによって定義される。ここでもまた、原点の選択は任意である。Ｘ軸およびＹ軸は、画像の平面（投影面）内にあり、画像ピクセルの２Ｄ格子に揃えられる。Ｚ軸は、ビュー軸と平行になるように合わされる（つまり、投影面に対して垂直）。ビュー空間座標系は、ビュー空間内のそれぞれのボクセルおよびそれぞれの画像ピクセルの位置を識別するために定義される。ビュー空間座標系は、投影面内に単位ベクトル、つまり基底ベクトルｘおよびｙ、視線方向に沿って単位ベクトル、つまり基底ベクトルｚを有する。単位ベクトルｘおよびｙは、画像ピクセルがビュー空間内の軸のそれぞれに沿って単位長であるように定義される。
【０００７】
画像は、従来のスラブ多断面再構成（ＭＰＲ）技術を使用してボリュームデータから生成されうる。この技術では、ＭＰＲデータは、ビュー空間内に座標をとり、その座標をボリューム空間に変換し、何らかの形式の補間を使用してボリュームデータを再サンプリングして離散ビュー空間座標に対する新しいＭＰＲデータ値を生成することによって生成される。ＭＰＲスライスは、固定されｚ値で複数の｛ｘ，ｙ｝座標に対してこれを実行することによって形成される。これをｚの複数の値について繰り返した場合、複数のＭＰＲスライスが決定され、これらのスライスを投影してＭＰＲスラブを形成することができる。そのため、ＭＰＲスラブは、投影面に平行に揃えられ、Ｚ軸に沿った異なる位置に配設されている一連のＭＰＲスライスを備える。 
視線方向に沿ってＭＰＲスラブを投影面上に投影する（折り畳む）ことによって表示する２Ｄ画像が形成される。これは、投影アルゴリズムに従って実行される。特定の用途で使用される投影アルゴリズムは、最終的な画像の望ましい外観に依存する。３つの異なる投影アルゴリズムが、一般的に使用されている。第１の一般的な投影アルゴリズムは、その画像ピクセルに対応するＸＹ座標に対するＺ軸に沿ってＭＰＲスラブで見える最大のボクセル値を画像ピクセル毎に決定することに基づく。これは、最大強度投影（ＭＩＰ）として知られている。最大強度投影は、一種の光線投射である。実際、画像内のピクセル毎に、仮想的光線が視線方向に平行に投射されボリュームデータに通される。次いで、それぞれのピクセルに対する画像データをＭＰＲスラブを横断するときに光線が出会う最大ボクセル値とみなす。最小強度投影（ＭｉｎＩＰ）と称される別の共通投影アルゴリズムでは、最大値の代わりに画像データについてＭＰＲスラブを横断する光線が出会う最小ボクセル値を使用する。スラブＭＰＲで使用される第３の種類の投影モードは、スラブを横断する光線の一部からサンプリングしたボクセルデータ値の平均をとり、その集合値を生成する平均強度投影（ＡｖｅＩＰ）である。
【０００８】
いくつかの場合において、選択された範囲内、または「窓」内にボクセル値を有するボクセルのみに関心がある。例えば、ＣＴスキャンで軟組織を明らかにするために、−２００から５００ＨＵまでの範囲内のボクセル値のみに注目しているものとしてよい。このような視野を得るために、典型的には、最大または最小強度投影ＭＰＲ画像を上で説明されているように計算し、その後、画像を後処理して、所望の範囲内のボクセル値のコントラストを強調し、その範囲を外れるコントラストを抑制する。
【０００９】
一般に、視線軸は、ボリューム空間軸の１つと一致しない、つまり、投影面は、ボリューム空間軸のうちのどの２つに関しても任意のチルト角を有する。したがって、視線軸に平行に投射される光線に沿ったサンプル点は、ボクセル座標と一致しないが、むしろ、光線に沿ったそれぞれのサンプル点が、複数の隣接するボクセル座標から任意の距離のところに位置することになる。さらに、視線方向がボリューム空間軸に沿っていたとしても、一般的な場合において、それぞれの光線は、ボリュームデータのそれぞれのスライス内のボクセル座標を通過する直線を形成しない。 
このため、視線軸および視線軸に直交するスラブが画定される場合、視線方向に平行にスラブを通過し、規則正しい正方格子内のスラブの平面内で相隔てて並ぶ光線が生成される。次いで、レンダリングアプリケーションが、スラブの内側に位置するそれぞれの光線の部分に沿って点をサンプリングし、サンプル点毎に、隣接する位置にあるボリュームデータのボクセル値に基づきボクセル値を計算する。例えば、隣接するボクセル座標をまたは中心の間をほとんど等距離で通過する光線の場合、立方体の隅に対応する８つの最近ボクセル値の平均が、サンプル点に対するボクセル値に到達するために使用されうる。一般に、ＭＰＲスライスを通過する特定の光線に使用されるボクセル値は、光線とボクセル中心との間の距離に基づく重み付けを使用して周囲ボクセル値から補間して得られる。例えば、ＭＰＲスライス内の８つの周囲ボクセル間の三重線形補間が使用されることが多い。共通の補間方法は、最近近傍（１個のボクセル）と、三重線形補間（８個のボクセル）と、三次補間（６４個のボクセル）とを含む。
【００１０】
共通の、および重要な種類のスラブＭＰＲは、スラブが小さな増分単位で視線軸に沿って徐々に「移動」するいわゆるシネＭＰＲであり、これにより、ユーザーには、ボリュームデータから投影された一連の画像もしくはフレームが見え、それぞれのフレームは前のスラブと次第に異なってゆく位置を占有するスラブを通じての投影に関係する。使用時に、放射線科医が、対話操作で前後しつつスラブの「シネ撮像」を行う（cine）。いくつかの場合において、この一連のフレームを格納し、動画として「再生する」ことができる。例えば、人間の頭部のＣＴスキャンでは、放射線科医は、数百枚のフレームを伴う横断により、頭部を上から下へ、または後ろから前へ横断するのに数秒を要する場合がある。
【００１１】
ＭＩＰ、ＭｉｎＩＰ、または別の非線形投影機能を使用するシネＭＰＲでは、ボリュームデータセット内にノイズが存在する結果、視線軸に沿ってフレームからフレームへ変化する出力画像内にノイズが生じる。開業医が、ボリュームデータセットを通してスラブのシネ撮像を行うときに、ノイズがシマー効果（shimmering effect）を引き起こす。このシマー効果は、注意を逸らす要因であり、製品品質が劣っている印象も与える。ＡｖｅＩＰは、ノイズが平均化されるため、この問題の影響を比較的受けにくい。しかしながら、ＡｖｅＩＰは、シマー効果問題がまったくないわけではなく、したがって、プロセスは、ＡｖｅＩＰとともに適用されうる。
【００１２】
上述のように、そのような画像フレームを生成するための典型的な技術は、画像内のそれぞれのピクセルについて光線を投射してボリュームデータセットに通し、各光線に沿った多数の離散点においてボリュームデータセットをサンプリングすることである。ＭＩＰを使用する場合、スラブ内の光線に沿った最大ボクセル値または補間値を選択する。スラブ内の選択された最大サンプルまたは補間値を各光線に関連付けられているピクセル値とみなす。
【００１３】
図１は、ボリュームデータのシネ撮像するためにフレームを生成する典型的な技術の概略を示している。ボリュームデータセット１００は、格子１０２を有するボリューム空間を表す。ボリューム空間は、二次元で示されており、Ｉ軸とＪ軸とを備えるが、この紙の平面に対して垂直であり、したがって見えない、軸Ｋに沿った第３の次元も備える。ボリュームデータセットに対するボクセル値は、より小さな正方形のそれぞれの中心にあるとみなされ、ボリューム空間の左下正方形内の斜めの破線１０４で示されているようにボリュームデータの１つの隅に共通原点を有する。３６個のボクセル値しか例示されていないが、典型的にはさらに多くの値を使用することは理解されるであろうが、例示的なプロセスについては、使用する値の個数を減らしてある。
【００１４】
図１には、ボリュームデータセットに対してある角度をなす、つまり傾斜している投影面１０６が例示されている。言い換えると、投影面は、ボリュームデータセットに平行でないということである。上述のように、多数の光線１０８が、視線軸Ｚに平行な選択された視線方向に投影面１０６からボリュームデータセット１００内に投射される。光線のそれぞれは、画像を形成するために投影面における１つのピクセルに対応する。例示されている投影面は、例えば軸Ｘに沿って、一次元であるが、実際には、同じプロセスが紙の平面から外へ第２の方向Ｙに繰り返される。図１および類似のフォーマットの後の図において、Ｋ軸およびＹ軸は平行であることに留意されたい。実際、Ｋ軸およびＹ軸は、任意の関係を有し、位置は揃えられない。しかし、これらの原理を二次元表現で明確に示すために、Ｋ軸およびＹ軸は揃えられている。
【００１５】
スラブ１１４は、投影面１０６に平行であり、視線軸Ｚに沿って延在するボリューム空間１００内に配置されている。スラブは、紙の平面の中へ延入する３Ｄボリュームである。スラブ１１４は、破線の矩形によって表される。光線１０８のそれぞれの上に位置し、スラブ１１４内に入っている多数の離散サンプル点１１６が選択されるが、これらの点は光線１０８の間隔に対応する規則正しい間隔を持つ円として示されている。サンプル点が投影面上に折り畳まれるか、または投影されて２Ｄ画像を形成する前に、サンプル点のそれぞれにおける値を決定する。例えば、実験的に得られたデータのボクセルの位置の近く（つまり、格子線１０２の正方形の中心の近く）にたまたま置かれているサンプル点１１６が例示されている。したがって、サンプル点１１６は、実験的に得られたボクセルのボクセル値、またはそれに近い何かの値を、そのボクセル値とみなすことができる。より一般的に、サンプル点は実験的に得られたボクセル位置のところに、またはその近くに置かれず、その場合、近くの実験的に得られたボクセルのボクセル値からサンプル点に対する好適なボクセル値を決定するために補間方法を適用する必要がある。サンプル点１１８は、より一般的な事例を２つの次元で表しており、４つのボクセル位置からほぼ等距離のところに置かれる。三重線形補間などの補間方法を使用して、サンプル点１１８のところの値を取得することが可能である。サンプル点のそれぞれについて値を取得した後、例えばピクセルのそれぞれに対する値を得るためにＭＩＰを使用してサンプル点を投影面上に投影することができる。
【００１６】
図２は、シネ撮像中に生じるような第１の位置１１４から第２の位置１２０へのスラブの漸進的移動の概略を例示している。スラブの厚さに相対的なスラブの移動の漸進的性質は、「新しい」スラブの大半が「古い」スラブのボリューム内に入る、つまり、２つのスラブ１１４および１２０が大部分においてオーバーラップするような性質である。新しい一組のＭＰＲ平面を計算し、新しい位置にあるスラブ１２０に対して投影する。古いスラブのサンプル点は、破線の円として図示され、新しいスラブのサンプル点は、実線の円として図示されている。例えば、古いスラブ内のサンプル点１１６は、新しいスラブ内のシフトされたサンプル点１２２に対応する。実験的に得たボリュームデータセット内のボクセル値は、もちろん、ノイズ寄与因子を含む。ノイズがあるため、サンプル点１１６および１２２などの、近い位置にまとまっているサンプル点における補間されたボクセル値は、著しく異なることがある。ＭＩＰが使用され、サンプル点１１６および１２２がスラブ内の光線に対して最大ボクセル値のところにある場合、これは、著しく異なる輝度が一方のフレームから次のフレームへの光線に割り当てられるというように解釈される。これは、シマー効果を引き起こす要因である。言い換えると、ＭＩＰの結果は、単一のサンプル点によって決定されるため、サンプル点の位置へのサブピクセルの変更であっても、最後の中間像内に有意な強度変動をもたらしうる。同じことが、ＭｉｎＩＰにも当てはまる。
【００１７】
図３は、ボリュームを通して投射される単一光線に沿って、図２に示されているスラブのサンプル点の値のグラフを示している。グラフは、これもまた任意の単位による、光線に沿った位置に対する任意の単位によるサンプル値を示す。正方形は、第１の位置におけるスラブ１１４に対する光線に沿ったサンプル点を表し、三角形は、第２の位置１２０におけるスラブ内の光線に沿ったサンプル点を表す。正方形の点と三角形の点のそれぞれは、各正方形および三角形のサンプル点から１ピクセルの０．２５だけ相隔てて並ぶ。
【００１８】
図３では、実線の縦線１３４および１３６は、第１の位置における厚さτのスラブの境界を示し、破線の縦線１３８および１４０は、第２の位置におけるわずかに右に移動したスラブを示し、スラブの移動の大きさは、スラブの厚さに関して非常に小さい。しかし、スラブの移動の大きさが非常に小さいとしても、第１のスラブ位置における最大サンプル値１４２の大きさは、第２のスラブ位置における最大サンプル値１４４の大きさとは大きく異なる。その結果、ユーザーがボリュームを通してスラブのシネ撮像を行う場合、選択されたサンプル点が理論的最大値に近づくか、または離れるときにＭＩＰ画像内の明るいピクセルがチラチラするように見える。ＭｉｎＩＰの場合にも同様の問題が生じるが、図示されている例では、リング１３０内に含まれる２つのサンプル点である、各最小強度サンプル値の大きさは、非常によく似た大きさである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
目的は、ボリュームデータから複数のスラブを生成し、スラブが移動するように各スラブの画像を動画として表示する際に、ピクセルの明るさの違いで動画のチラツキが生じ易く、そのチラツキを軽減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の実施形態による医用画像処理装置は、被検体に関するボリュームデータセットを記憶する記憶デバイスと、ボリュームデータセットに基づいて、複数のスラブにそれぞれ対応する複数の２次元画像を生成するプロセッサユニットと、複数の２次元画像を順次表示する表示部とを具備し、スラブは単一の視線軸に沿って配列され、スラブ各々内の複数のサンプル点を視線軸に関して投影することにより２次元画像各々が生成され、スラブ各々は一定のスラブ厚を有し、スラブ各々と隣のスラブとの間隔はスラブ厚より短く、スラブ各々は隣のスラブとの間でオーバーラップ領域を有し、オーバーラップ領域のサンプル点を隣り合うスラブで共用する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】スラブＭＰＲ画像を生成するための典型的な技術の概略を示す図。
【図２】シネ撮像時のＭＰＲスラブのわずかな移動の概略を示す図。
【図３】第１の位置および第２の位置においてＭＰＲスラブを通して投射される光線に対するサンプル点の値のグラフを示す図。
【図４】コンピュータ制御の診断デバイス、スタンドアロンのコンピュータワークステーション、および関連する機器の例示的なネットワーク１を表す概略図。
【図５】ボリュームデータを生成するための一般コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナを示す図。
【図６】画像データを処理するためのコンピュータの概略を示す図。
【図７】図６のコンピュータの特徴の一部をさらに詳しく示す概略図。
【図８】選択可能な視点と視線軸からボリュームデータの連続する２Ｄ出力画像を生成するために本発明の一実施形態を動作させる際の処理段階の概要を示す図。
【図９】中間投影面の配向、中間像空間のピクセル間隔、およびボリューム空間の原点によって画定された点からなる格子に応じてボリュームの仮想再サンプリングを示す概略図。
【図１０】スラブが視線軸に沿ってボリュームデータ内に位置決めされたボリュームデータセットを示す概略図。
【図１１】第１の位置におけるＭＰＲスラブおよび第２の位置におけるＭＰＲスラブに対するサンプル点の値のグラフ。
【図１２】スラブ位置が視線軸に沿ってわずかにシフトする図１０に示されているボリュームデータセットを示す概略図。
【図１３】スラブ位置が視線軸に沿って大きくシフトする図１０に示されているボリュームデータセットを示す概略図。
【図１４】図１３に例示されているスラブの大きなシフトの後の第１の位置および第２の位置におけるＭＰＲスラブに対するサンプル点の値のグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態は、画像処理、特に三次元データ（ボリュームデータ）のレンダリングに関する医用画像処理装置に関する。特に、ボリュームデータに対してスラブＭＰＲ処理（スラブ断面変換、スラブ多断面再構成レンダリングともいう、slab multi-planar reformatting rendering）を実行する医用画像処理装置に関する。
【００２３】
本発明の実施形態による医用画像処理装置は、被検体に関するボリュームデータセットを記憶する記憶デバイスと、ボリュームデータセットに基づいて、複数のスラブにそれぞれ対応する複数の２次元画像を生成するプロセッサユニットと、複数の２次元画像を順次表示する表示部とを具備し、スラブは単一の視線軸に沿って配列され、スラブ各々内の複数のサンプル点を視線軸に関して投影することにより２次元画像各々が生成され、スラブ各々は一定のスラブ厚を有し、スラブ各々と隣のスラブとの間隔はスラブ厚より短く、スラブ各々は隣のスラブとの間でオーバーラップ領域を有し、オーバーラップ領域のサンプル点を隣り合うスラブで共用する。
【００２４】
隣り合うスラブとの間でのオーバーラップ領域ではサンプル点が隣り合うスラブで共用される。つまり、現在の位置のスラブ内にまだ存在している前のスラブ位置からのサンプル点を保持することができる。前のスラブ位置のサンプル点に共通でないサンプル点のみが、新しい領域内にあるものとしてよい。この方法は、例えば、表示もしくは格納のために、それぞれのスラブ位置においてＭＰＲビュー（ＭＰＲ画像）を出力することを備えることができる。
【００２５】
この方法は、スラブの運動とは独立して所定のスラブＭＰＲシネ操作に対するサンプル点を画定すると考えることができる。シネ操作中に、可能なサンプル点の集合の再画定が回避され、その代わりに、すでに画定されているサンプル点の位置は、現在のスラブの場所内にあるかどうかに基づき含まれるか、または除外されるかのいずれかである。
【００２６】
この方法は、ボリューム空間内に複数のサンプル点を画定する格子を固定することによって実施することができ、そのため、格子は、所定のシネ操作中に変化しない。この目的を達成する１つの方法は、サンプル点の原点をボリュームデータセットの原点に設定することである。別の方法は、スラブの位置からのサンプル点の原点をシネ操作の第１のスラブ位置などの、基準スラブ位置に設定することである。
【００２７】
この方法は、隣接するボクセルの値を使用してサンプル点の値を計算することができる。
【００２８】
サンプル点の間隔は、ＭＰＲビュー、またはオプションの中間画像のピクセル間隔と同じであってよい。
【００２９】
中間画像のピクセル間隔は、ボリュームデータセットの投影されたボクセル幅の倍数とすることができる。
【００３０】
視線軸に沿ったサンプル点の間隔は、ＭＰＲビューピクセル間隔、中間画像ピクセル間隔、またはボリュームデータセットの投影されたボクセル幅のいずれかのうちの最も小さいものであるものとすることができる。
【００３１】
いくつかの実施形態では、投影機能は、サンプル点の属性に基づき選択されたサンプル点から単一のサンプル点を選択する種類のものである。例えば、投影機能は、選択されたサンプル点が最大の大きさを持つサンプル点である、サンプル点属性としてサンプルの大きさを使用する最大強度投影機能、または選択されたサンプル点が最小の大きさを持つサンプル点である、サンプル点属性としてサンプルの大きさを使用する最小強度投影機能とすることができる。他の実施形態では、投影機能は、この種のものである必要はない。例えば、平均強度を使用するか、または色および不透明度がサンプルの大きさの関数となっている点に対してオーバーオペレータ（over operator）を適用することによってボリュームのレンダリングを行うことができる。この種のボリュームレンダリングでは、少数のサンプル点が支配的になる傾向があり、したがって、そのようなデータでは本発明の方法を適用することが有益である。
【００３２】
この方法は、表示もしくは格納の前に、それぞれのＭＰＲビューを変換することをさらに備えることができる。これは、ＭＰＲビューが中間投影面である投影面上に形成されるときに必要である。好適な変換は、ワープ変換であってよい。例えば、ユーザーが見ようとして選択したＭＰＲビューと（ピクセル間隔、配向、またはピクセル形状に関して）異なる中間画像が画定される場合、最終画像を形成するために２Ｄワープ変換が必要になる。
【００３３】
この方法によって生成されるＭＰＲビューは、個別の画像として、またはビデオファイル内のビデオの一連のフレームとして格納することができる。一時的でないコンピュータプログラム製品を使用して、そのようなファイルを格納することができる。次いで、ファイルを取り出し、静止画像または動画として望み通りに表示することができる。ＭＰＲビューは、ＤＩＣＯＭ（医用におけるデジタル画像と通信）フォーマットで格納することができる。
【００３４】
ボリューム内を前進するので、スラブの厚さは固定されているか、または可変であってよい。
【００３５】
本発明の実施形態は、本発明の態様により方法を実行するための機械可読命令を収めた一時的でないコンピュータプログラム製品を実現する。
【００３６】
本発明の実施形態は、本発明の態様により方法を実行するための機械可読命令をロードされ、その命令を実行するように動作可能である画像収集デバイスを実現する。
【００３７】
図４は、コンピュータ制御の診断デバイス、スタンドアロンのコンピュータワークステーション、および関連する機器の例示的なネットワーク１を表す概略図である。ネットワーク１は、３つのコンポーネントを備える。主病院コンポーネント２、リモート診断デバイスコンポーネント４、およびリモートシングルユーザーコンポーネント６がある。主病院コンポーネント２は、患者画像を取得するための複数の診断デバイス、この例では、ＣＴスキャナ８と、ＭＲ撮像装置１０と、ＤＲデバイス１２およびＣＲデバイス１４と、複数のコンピュータワークステーション１６と、共通フォーマットファイルサーバー１８と、ファイルアーカイブ２０と、インターネットゲートウェイ１５とを備える。これらの機能のすべてが、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）２５によって相互接続されている。
【００３８】
リモート診断デバイスコンポーネント４は、ＣＴスキャナ１１と、共通フォーマットファイルサーバー１３と、インターネットゲートウェイ１７とを備える。ＣＴスキャナ１１およびファイルサーバー１３は、通常、インターネットゲートウェイ１７に接続され、次いで、主病院コンポーネント２内のインターネットゲートウェイ１５にインターネットを介して接続される。
【００３９】
リモートシングルユーザーコンポーネント６は、内部モデム（図示せず）を持つコンピュータワークステーション２１を備える。コンピュータワークステーション２１は、インターネットを介して、主病院コンポーネント２内のインターネットゲートウェイ１５にも接続される。
【００４０】
ネットワーク１は、データを標準化された共通フォーマットで送信するように構成される。例えば、ＣＴスキャナ８は、最初に、オペレータが適切な２Ｄ画像を誘導することができるソースデータセット、つまり、３Ｄ画像データセットを生成する。２Ｄ画像は標準画像データフォーマットにエンコードされて、ＬＡＮ  ２５経由でファイルサーバー１８に転送され、ファイルアーカイブ２０に格納される。コンピュータワークステーション１６のうちの１つで作業しているユーザーは、その後、画像の取り出しを要求することができる。それに応答して、ファイルサーバー１８は、アーカイブ２０から画像を取り出して、ＬＡＮ  ２５を介してユーザーに受け渡す。同様に、主病院コンポーネント２をリモート操作しているユーザーも、アーカイブ２０上に、またはネットワーク１上の別のところに格納されているデータにアクセスし、送信することができる。アクセスは、リモート診断デバイスコンポーネント４内、またはリモートシングルユーザーコンポーネント６内のいずれかでなされるものとしてよい。
【００４１】
コンピュータワークステーション１６、２１上で、またはコンピュータワークステーション１６、２１から動作するソフトウェアは、共通画像データフォーマットに適合するように構成される。画像データフォーマットが標準化されているため、コンピュータ１６、２１上の異なるソフトウェアアプリケーション、ファイルサーバー１３、１８およびファイルアーカイブ２０、ならびに異なるコンピュータ制御診断デバイス８、１０、１１、１２、１４からの出力は、画像データを共有することができることが保証される。放射線科医、医師、または研究者などのユーザーは、コンピュータワークステーション１６、２１を使用してファイルアーカイブ２０のボリュームデータセットにアクセスし、３Ｄデータセットの静止画像または４Ｄデータセットからの動画などの、動画もしくは他の画像を生成し、表示することができる。
【００４２】
この実施形態の方法は、スタンドアロンソフトウェアアプリケーションに組み込むか、または医用画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）と一体化して使用することができる。ＰＡＣＳは、単一の中央アーカイブに編成されたデジタルフォーマットの異なる種類の診断画像を表すボリュームデータを格納することができる病院用コンピュータ化ネットワークである。医療用アプリケーションに現在使用されている最も一般的な画像データフォーマットは、「医用におけるデジタル画像と通信」フォーマットであり、ＤＩＣＯＭと通常称される。ＤＩＣＯＭ標準は、米国の全国電機製造業者協会によって公開されている。それぞれの画像は、関連付けられた患者情報を有する。
【００４３】
図５は、患者５の領域の３Ｄ  Ｘ線スキャンを得るための一般的なスキャナ、特に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ８の概略斜視図である。注目している１つまたは複数の器官または他の解剖学的特徴を含む患者の腹部をスキャナ８の円形開口部７内に置く。患者の腹部を通る一連の画像スライスを撮影する。生画像データがスキャナから導出され、これは、例えば、１０００個の２Ｄ  ５１２×５１２データサブセットの集合を備えるものとすることが可能である。これらのデータサブセットは、それぞれ調査対象の患者の領域のスライスを表し、組み合わせることでボリュームデータを生成する。３Ｄ画像データセットを構成するボリュームデータは、ボクセルのそれぞれがこれらのスライスのうちの１つの中の１つのピクセルに対応するボクセルの集合を備える。そのため、ボリュームデータは、撮像された特徴の３Ｄ表現であり、３Ｄ表現のさまざまなユーザー選択２Ｄ投影（出力画像）を表示することができる（典型的にはコンピュータのモニタ上に）。
【００４４】
図６は、ボリュームデータの処理を実行して２Ｄ画像生成するように構成された医用画像処理装置２２の概略を例示している。医用画像処理装置２２は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２４と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２６と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２８と、ハードディスクドライブ３０と、ディスプレイドライバ３２とディスプレイ３４と、キーボード３８とマウス４０を備えるユーザー入出力（Ｉ／Ｏ）回路３６とを具備する。これらのデバイスは、共通バス４２を介して接続される。医用画像処理装置２２は、共通バス４２に接続されているグラフィックスカード（ＧＦＸ）４４も備える。グラフィックスカードは、ＧＰＵ（ＧＰＵメモリ）（図６に示されていない）に密結合されたグラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）とランダムアクセスメモリを備える。 
ＣＰＵ２４は、ＲＯＭ２６、ＲＡＭ２８またはハードディスクドライブ３０内に格納されているプログラム命令を実行して、ＲＡＭ２８またはハードディスクドライブ３０内に格納されうるボリュームデータのボクセルに関連付けられている信号値の処理を実行することができる。ＲＡＭ２８およびハードディスクドライブ３０は、システムメモリと総称される。ＧＰＵは、ＣＰＵから受け渡されたボリュームデータの処理を実行するプログラム命令を実行することもできる。
【００４５】
図７は、図６に示されている医用画像処理装置の特徴の一部をさらに詳しく示す概略図である。ＲＡＭ２８およびハードディスクドライブ３０は、システムメモリ４６としてまとめて示されている。図３に示されているスキャナ８から得られたボリュームデータは、図に概略的に示されているようにシステムメモリ内に格納される。好適な任意の形態の大容量記憶装置デバイスを使用することができる。医用画像処理装置２２の機能間の異なるデータ転送経路を示すのを補助するために、図６に示されている共通バス４２は、図７に一連の独立したバス接続４２ａ〜ｄとして概略的に示されている。第１のバス接続４２ａは、システムメモリ４６とＣＰＵ２４との間を接続する。第２のバス接続４２ｂは、ＣＰＵ２４とグラフィックスカード４４との間を接続する。第３のバス接続４２ｃは、グラフィックスカード４４とディスプレイ３４との間を接続する。第４のバス接続４２ｄは、ユーザーＩ／Ｏ３６とＣＰＵ２４との間を接続する。ＣＰＵは、ＣＰＵキャッシュ５０を備える。グラフィックスカード４４は、ＧＰＵ５４とＧＰＵメモリ５６とを備える。ＧＰＵ５４は、アクセラレーテッドグラフィックスプロセッシングインターフェース６０と、ＧＰＵキャッシュＩ／Ｏコントローラ６２と、処理エンジン６４と、ディスプレイＩ／Ｏコントローラ６６を構成するための回路とを備える。処理エンジン６４は、３Ｄ画像データセットを処理することとそのようなデータセットの３Ｄレンダリングを実行することとに典型的には関連付けられている種類のプログラム命令の実行を最適化するように設計されている。このように、処理ユニット（画像処理手段）は、ＣＰＵ要素とＧＰＵ要素とを備える。
【００４６】
ユーザーは、キーボード３８およびマウス４０をディスプレイ３４上に表示されるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）と組み合わせて使用して、例えば、ポイントしてクリックするマウス、トラックパッドなど、タッチスクリーン、または他の知られている技術と組み合わせて移動可能な画面上のアイコンを使用して、所望の視覚化パラメータを選択することができる。
【００４７】
図８は、スラブがボリュームデータセットによって画定されるボリュームを通して前進し、ＭＰＲビューがスラブのそれぞれの位置で生成される、スラブシネ多断面再構成（ＭＰＲ）プロセスに対して一連の２Ｄ画像フレームを生成するために第１の実施形態を操作する際の処理段階の概要である。この方法は、例えば、適切にプログラムされた汎用コンピュータワークステーション上で実行することができる。
【００４８】
ステップＳ１において、好適なキャプチャー装置で生ボリュームデータを取り込み、前処理して格納する。例えば、生ボリュームデータは、ＣＴスキャナ８によって取り込むことが可能である。データは、ボクセル値の２Ｄ配列の形態でボリュームデータを生成するために前処理される。これは、例えば、画像が画像スタック内に等間隔で並ぶことがプログラムに必要な場合に、キャプチャー装置単位から従来の単位への正規化、および通常のボクセル格子上で取り込まれないデータを通常の格子にマッピングすることを含むことができる。データは、即時的なさらなる処理のためにキャプチャー装置のランダムアクセスメモリに格納することができる。しかし、一般に、データは、後から取り出して処理できるように記憶装置デバイス（例えば、ファイルアーカイブ２０）内に格納される。これにより、他の装置、例えば、記憶装置デバイスに接続されているリモートコンピュータワークステーション２１が後から処理を実行することができる。
【００４９】
ボリュームデータは、一般的に直交するが、特別な場合にはそうでなくてもよい、３本の軸Ｉ、Ｊ、Ｋと平行する列をなして配置される。例えば、Ｋ軸は、ガントリチルトまたはスルーが存在する場合にＩおよびＪ軸に対して直交していない。隣接するボクセルは、一般的に、単位ベクトルによってこれらの軸に対応する方向のそれぞれに沿って分離される。つまり、軸のそれぞれに沿ったボクセル中心間の距離は１である。しかし、他の例もありうる。特に、ボクセル中心をＫ軸に沿って異なる間隔で並べる、ときには不等間隔で並べるのが比較的一般的である。
【００５０】
ステップＳ２において、ボリュームデータを取り出し、例えば、図６および７に示されているモニタ２４上にデフォルトの一組の視覚化パラメータに基づく初期構成で表示する。これにより、医師は、ボリュームデータを表示し、視点と視線方向とを選択することができる。ボリュームデータは、データが取り込まれ、格納された後、好きなときに取り出すことができる。
【００５１】
ステップＳ３において、従来の技術を使用して所望の視点および視線方向を画定する。これは、典型的には、表示されているボリュームデータセットに基づく医師によるユーザー選択に基づく。視線方向は、視線軸と称することもできる。表示する画像内の隣接するピクセルが単位ベクトルｘ、ｙによってＸ軸およびＹ軸に沿って分離され、Ｚ軸が視線方向に揃えられているビュー空間座標系Ｘ、Ｙ、Ｚを画定する。
【００５２】
ユーザーは、キーボード３８およびマウス４０をディスプレイ３４上に表示されるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）などの入力手段と使用して、ボリュームデータを表示し、所望の視点と視線方向とを選択、変更することができる。グラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）は、例えば、ポイントしてクリックするマウス、トラックパッドなど、タッチスクリーン、または他の知られている技術と組み合わせて移動可能な画面上のアイコンを使用する。
【００５３】
図９は、３本の直交する軸Ｉ、Ｊ、Ｋと平行する列をなして配置されているボリュームデータセット２００の概略を示しており、Ｋは、ページの平面に垂直な軸である。所望の視線方向は、出力画像内の隣接するピクセルが単位ベクトルｘ、ｙによってＸ軸およびＹ軸に沿って分離され、Ｚ軸が選択された視線方向に揃えられているビュー空間座標系Ｘ、Ｙ、Ｚを有する投影面２０２によって例示されている。Ｘ軸は、矢印によって例示されている。Ｙ軸は、ページから外へ向かう。投影面２０２内のピクセル２０８の位置が例示されている。すでに述べているように、Ｙ軸とＫ軸を揃えているのは、単にわかりやすくするためである。
【００５４】
投影面２０２は、中間投影面を表すものとしてよい。したがって、ＭＰＲビューまたは画像が投影面上に投影された後、中間画像と称してよい、その結果の画像を処理して、表示する画像を形成することができる。例えば、中間画像上でワープ変換を実行して、表示する画像を構成することができる。中間画像が歪んだり、回転したり、またはスケーリングが正しくなかったりするため、ワープ変換を使用するとよく、ワープ変換でこれを補正する。あるいは、投影面２０２上に投影されるＭＰＲビューまたは画像を、直接表示することもできる。好ましい実施形態では、投影面２０２上に投影される画像は中間画像であり、表示する前に知られている技術を使用してこの画像を変換する。
【００５５】
投影面２０２で画像またはＭＰＲビューを生成するために、視線方向または視線軸（つまり、Ｚ軸）に沿ってボリュームデータを投影する。投影は、所望の投影アルゴリズムにより行うことができる。この例では、最大強度投影（ＭＩＰ）アルゴリズムを使用する。上記のように、これは、画像内のそれぞれのピクセルから光線を投射してボリュームデータに通すことと、最大サンプル点値を決定することとを伴う。画像は、例えば、メモリに格納されている、処理済みのピクセル値を備えるという点で「実」画像と見なせることは理解されるであろう。
【００５６】
ステップＳ４において、複数の光線が、Ｚ軸に平行な視線方向に投影面２０２からボリュームデータセット２００内に投射される。この例では、光線は、投影面２０２に画像のピクセル毎に投射される。
【００５７】
ステップＳ５において、ボリュームデータセット内の光線のそれぞれに沿って複数のサンプル点２１４を決定するが、これらの点は円として例示され、それぞれの光線について同じＺ位置で光線２１０に沿って規則正しい間隔をあけて並び、その結果、図９に示されている同じ点の規則正しいパターンをもたらす。同じＺ位置におけるそれぞれの光線に沿ったサンプル点は、単一ＭＰＲ平面２１２内にあると称される。
【００５８】
図９は、投影面２０２の単一平面のみを例示しているが、Ｙ方向（つまり、ページの外へ出る方向）のすべての平面について同じプロセスが繰り返される。
【００５９】
図９に示されているサンプル点２１４は、中間画像が形成されない場合にビュー空間内にあるか、または中間像空間内にある座標系内に配置される。座標系は、この例ではボリュームデータセット２００の原点と同じ原点２１６を有する。原点は、ボリューム空間内に固定される。この例におけるサンプル点の間隔は、投影面２０２における画像のピクセル間隔と同じとみなせる。あるいは、視線方向のサンプル点の間隔は、画像の最小ピクセル間隔またはボリュームデータセットの投影されたボクセル深さのいずれかのうちの最も小さいものであるものとすることができる。
【００６０】
ステップＳ６において、ボリュームセット内でスラブの位置決めをし、スラブ内に置かれているサンプル点を、さらに処理するために選択する。
【００６１】
図１０は、スラブ２１８を追加した図９に示されているボリュームデータセットの概略を例示している。スラブ２１８は、スラブＭＰＲを実行するサンプル点を選択するために使用されるボリュームである。例えば、サンプル点２２０は、スラブ２１８のボリューム内にあり、投影面における画像内の１つのピクセルの値を計算するために使用される。スラブ２１８は、複数のＭＰＲ平面２２２が選択されるような厚さτを有するボリュームである。スラブ２１８の厚さτは、視線方向または視線軸に沿った値である。スラブ２１８の長さおよび幅は、典型的には、投影面２０２の長さおよび幅に等しい。
【００６２】
図１０に示されている例では、ページの平面に平行に延在する複数の平面があり、そのため、投影面２０２における画像のそれぞれのピクセルは、視線軸に沿ってボリュームデータセット内に投射される光線を有することは、理解されるであろう。次に、この例の目的に関して、単一のピクセルおよび光線について説明する。しかし、投影面２０２における画像のそれぞれのピクセルについて、同じプロセスが繰り返されることは理解されるであろう。投影面のピクセル間隔は、ボリュームデータセットの投影されたボクセル幅の倍数として例示されている。しかし、別のピクセル間隔を使用できることは理解されるであろう。
【００６３】
図１０では、４３個のサンプル点と３６個のボクセルとが示されている。しかし、さらに多くのサンプル点およびボクセルも使用されるが、その個数は、方法の説明を簡素にすることを目的として減らしてあることは理解されるであろう。
【００６４】
図１０を参照すると、光線（レイ）２２４が投影面２０２内のピクセル２２６に対応する処理のために選択される。光線２２４に沿って複数のサンプル点がある。しかし、スラブ２１８のボリューム内のサンプル点２２８、２３０、２３２のみが選択される。他のサンプル点、例えばサンプル点２３４は、スラブ２１８の外側にあり、このスラブ位置に対しては選択されない。
【００６５】
ステップＳ７において、光線２２４上にあり、またスラブ２１８内にある選択されたサンプル点２２８、２３０、２３２のそれぞれの点の値を求める。サンプル点２２８、２３０、２３２のそれぞれの点の値は、光線とボクセル中心との間の距離に基づく重み付けを使用して周囲ボクセル値の補間によって計算される。この例では、ＭＰＲスライス内の８つの周囲ボクセルの値からサンプル点の値が線形補間により計算される。しかし、近傍（１ボクセル）または三次補間（６４ボクセル）などの他の補間方法も使用することが可能である。
【００６６】
ステップＳ８において、光線２２４上にあり、またスラブ２１８内にある、サンプル点２２８、２３０、２３２の補間値に対して投影アルゴリズムを実行する。この例では、ＭＩＰを実行する。しかし、他の投影アルゴリズム、例えば、最小強度投影（ＭｉｎＩＰ）または平均強度投影（ＡｖｅＩＰ）を使用することができる。
【００６７】
投影面内の各ピクセルに対応する、それぞれの光線に対する補間値を決定する同じプロセスが決定される。それぞれのピクセル値の投影は、好ましくは並列実行されるが、逐次実行することもできる。
【００６８】
図１１は、合成されたデータから抽出されたサンプル点の補間値のグラフであり、実施形態の方法の特定の例を示している。ｙ軸は、補間値を任意の単位で表し、ｘ軸は、ボリュームデータセットを通して投影面における画像内の１つのピクセルから投射された光線上に置かれている複数のサンプル点のそれぞれを表す。それぞれのサンプル点は、三角形で表されている。図１１のグラフに示されている特定の例では、図１０に示されているサンプル点よりも多いサンプル点があることは理解されるであろう。グラフは、より典型的な個数の、使用されるサンプル点を例示しているが、使用できるサンプル点の数は図１１に示されている点よりも少ないことは理解されるであろう。
【００６９】
図１１において、スラブの視線方向または視線軸の広がりは、波線の縦線によって例示され、スラブは厚さτを有する。２つの縦の破線の間にあるサンプル点のそれぞれは、投影面上への投影を実行してＭＰＲビューまたは画像を取得するためにスラブによって選択されたサンプル点に対応する。
【００７０】
図１１を参照すると、スラブによって選択されたサンプル点にＭＩＰを適用すると、サンプル点２４２は、最大補間値を有することがわかる。ＭｉｎｉＰを同じスラブに適用すると、サンプル点２４３は、最小補間値を有する。したがって、ＭＩＰが使用される場合、サンプル点２４２の値は、ボリュームデータセットに通して投射される光線に対応するピクセルの値として使用される。あるいは、ＭｉｎｉＰが使用される場合、サンプル点２４３の値は、ボリュームデータセットに通して投射される光線に対応するピクセルの値として使用される。したがって、ボクセル値の大きさをサンプル点の属性として使用するＭＩＰ機能を使用することができ、これにより、選択されたサンプル点は最大の大きさを持つ点となる。あるいは、ボクセル値の大きさをサンプル点の属性として使用するＭｉｎｉＰ機能を使用することができ、これにより、選択されたサンプル点は最小の大きさを持つ点となる。
【００７１】
図８を参照すると、ステップＳ９において、ｘ、ｙ座標の形式の画像データおよび各ピクセル値が表示のため出力されることがわかる。上述のように、出力画像データは、直接表示することができるか、または例えば、ワープ変換を使用して変換された中間画像とすることができる。
【００７２】
ステップＳ１０において、スラブ２１８を、ボリュームを通して視線軸または視線方向に移動または前進させるが、スラブは増分ステップ（δＩ）で前進する。新しい位置でスラブ内に置かれているサンプル点を選択する。ユーザーは、キーボード３８またはマウス４０をディスプレイ３４上に表示されるグラフィカルユーザーインターフェース（ＧＵＩ）と組み合わせて使用して、例えば、ポイントしてクリックするマウス、トラックパッドなど、タッチスクリーン、または他の知られている技術と組み合わせて移動可能な画面上のスラブアイコンを使用して、視線軸に沿ってスラブ２１８の所望の移動または前進を選択するか、または実行することができる。
【００７３】
図８、９、１０、および１１に関連して説明されている方法は、単一のスラブ位置に対してボリュームデータセットから単一画像を取得するための方法である。光線の一般的方向に沿ってボリュームを通るスラブの繰り返される増分ステップ移動の結果、連続するＭＰＲビューまたは画像が得られる。この形式の撮像プロセスは、当技術分野ではシネ撮像と称される。視線方向のスラブの増分ステップ前進の大きさδＩは、スラブ厚さτより小さい。
【００７４】
図１２は、図１０に示されているのと同じボリュームデータセット２００を例示している。図１２において、スラブ２１８（破線で図示されている）は、視線軸Ｚに沿って新しい位置２４４（点線で図示されている）に移動しており、スラブボリューム内に置かれているサンプル点が処理のため選択される。図１０で使用されているものに対応する参照番号が、図１２で使用されている。スラブの増分ステップ前進は、δＩで表され、スラブ厚さはτである。視線軸に沿ったスラブの増分ステップ前進の大きさδＩは、スラブ厚さτより小さいことは理解できるであろう。
【００７５】
図１２から、スラブ２４４の新しい位置は、スラブ２１８の前の位置と同じサンプル点を含むことはわかるであろう。前の位置のスラブ２１８および新しいもしくは現在の位置のスラブ２４４に含まれているボリュームは、オーバーラップ領域と称される。したがって、図１２に示されている例では、スラブ２１４の前のスラブ位置からのサンプル点はすべて、スラブ２４４の新しい、または現在のスラブ位置に再利用されるか、または保持される。
【００７６】
ステップＳ１０が実行された後、つまり、視線軸に沿ってスラブを前進させボリュームデータセット２００に通すステップの後、プロセスはステップＳ７に進み、選択されたサンプル点を処理し、画像もしくはＭＰＲビューを取得して、シネ操作で次のフレームを形成する。
【００７７】
図１３は、前の位置においてスラブ内にない新しいサンプル点を包含し、前の位置においてスラブボリューム内にあったサンプル点を除外する新しい位置にスラブが移動する別の例を示している。
【００７８】
図１３において、スラブは、前のスラブ位置２１８（破線で図示されている）から新しいもしくは現在のスラブ位置２４６（点線で図示されている）に前進させる。スラブの前進は、図８に示されているステップＳ１０に対応する。スラブがその新しい、または現在の位置に前進すると、スラブボリューム２４６内のサンプル点が選択される。スラブは、サイズδＩの増分ステップで視線軸または視線方向に沿ってボリュームデータセット内を前進し、これにより、スラブのそれぞれの前進のステップサイズは、スラブ厚さτより小さくなる。したがって、スラブが１ステップだけ前進すると、スラブの一部（つまり、（τ−δＩ／τ）は、その前の位置でスラブに共通のオーバーラップ領域を形成し、スラブの一部（つまり、δＩ／τ）は、その前の位置でスラブの一部でなかった新しい領域を形成する。
【００７９】
上述のように、ピクセル値のそれぞれは、ボリュームデータセットに通して投射される各光線を使用して計算される。しかし、簡単のため、単一の光線２２４およびその各ピクセル２２６について説明する。投影面２０２におけるＭＰＲビューまたは画像を取得するためにすべてのピクセルおよび各光線について同じプロセスが繰り返されることは理解されるであろう。
【００８０】
光線２２４上にあり、またスラブ２４６のスラブボリューム内に置かれているサンプル点、例えば、例示されているサンプル点２３０、２３２、２４８を選択する。光線２２４の１つのサンプル点２２８はスラブボリューム２４６内にもはやなく、したがってピクセル２２６のピクセル値を決定するために使用されないことがわかる。さらに、前の位置でスラブの一部ではなかったスラブの領域内の光線２２４上で新しいサンプル点２４８を選択する。２つのサンプル点２３０、２３２は、前の位置のスラブ２１８のボリュームと新しい位置のスラブ２４６のボリュームとのオーバーラップ領域内にある。したがって、選択されたサンプル点を光線２２４に沿って投影面２０２における画像上に投影するときにサンプル点２３０および２３２が再利用されるか、または保持される。プロセスは、ステップＳ７に進み、選択されたサンプル点２３０、２３２、２４８のそれぞれの点の補間値を決定する。
【００８１】
ステップＳ８において、選択されたサンプル点２３０、２３２、２４８を光線２２４に沿って投影し、ピクセル２２６のピクセル値を生成する。
【００８２】
投影面内の各ピクセルに対応する、それぞれの光線に対する補間値を決定する同じプロセスが繰り返される。それぞれのピクセル値の投影は、好ましくは並列実行されるが、逐次実行することもできる。そのプロセッサ内で複数のＣＰＵコアが利用可能である場合、ＣＰＵコア毎に１つずつ、ピクセル値を並行して投影する。 
ステップＳ９において、ｘ、ｙ座標の形式の画像データおよび投影面２０２における画像内のそれぞれのピクセルに対する各ピクセル値が、表示用に出力される。適宜、中間画像空間からビュー空間へのワープが必要な場合、これは、表示する前、または他の出力の前に、この方法のこの段階で実行すべきである。次いで、プロセスは、ステップＳ１０に進み、別のスラブの前進を行う。スラブの移動がこれ以上ないことが検出された場合、プロセスは終了である。
【００８３】
図１４は、図１１に示されているのと同じ補間値を示し、スラブが図１３に示されているように増分ステップで前進するとき特定の例を示している。図１１と同様に、図１４では、ｙ軸は、補間値を任意の単位で表し、ｘ軸は、ボリュームデータセットを通して投影面における画像内の１つのピクセルから投射された光線上に置かれている複数のサンプル点のそれぞれを表す。図１４において、前の位置にあるスラブは、縦の破線で表され、新しいか、または現在の位置に前進したときのスラブは、縦の点線で表される。スラブの厚さ（τ）およびスラブの増分ステップ前進（δＩ）も例示されている。光線に沿ってサンプル点を投影し、ピクセル値を取得する。ＭＩＰによれば、サンプル点２５４は、最大値を有するものとして選択される。ＭｉｎｉＰによれば、サンプル点２５５は、最小値を有するものとして選択される。ＭＩＰが投影機能として使用される場合、サンプル点２５４の値は、画像またはＭＰＲビュー内のピクセル値であるとみなされる。
【００８４】
第２の実施形態では、ボリュームデータセット内でスラブの位置決めが行われた後、サンプル点を画定する。第２の実施形態では、視点および視線方向を選択し、スラブを、ボリュームデータを通して視線軸に沿って視線方向に増分ステップだけ前進させる。第２の実施形態では、スラブが第１のスラブ位置に置かれたときに視点めがけて投影面における画像のピクセルのそれぞれから光線を投射する。第１のスラブ位置のスラブ内にある、複数の光線のそれぞれに沿った好適なサンプル点が生成される。第１の実施形態で使用されたのと同じプロセスを使用して、サンプル点のそれぞれの点の値を決定し、選択された点を第２の実施形態における投影面上に投影する。
【００８５】
第２の実施形態では、スラブが新しい位置に前進するときに、視点めがけて投影面における画像のピクセルのそれぞれから光線を投射し、新しい、または第２のスラブ位置のスラブ内にあり、複数の光線のそれぞれの上に置かれているサンプル点が生成される。スラブは、スラブの厚さより小さい増分量だけ前進し、第１の、または前の位置にあるスラブは第２の、または新しい位置にあるスタブの一部とオーバーラップする。このオーバーラップ部分は、オーバーラップ領域と称される。第２の実施形態では、オーバーラップ領域内のサンプル点は、再利用されるか、または保持される。言い換えると、オーバーラップ領域内のサンプル点のそれぞれの位置は、変化しない。非オーバーラップ領域、または前の位置でスラブとオーバーラップする新しい位置のスラブの領域を選択する。新しい位置のスラブの領域内にない前のスラブの領域内のサンプル点は、使用しないか、または選択解除する。新しく選択されたサンプル点の相対位置は、第１の位置におけるスラブ内のサンプル点のうちの１つを参照するものとしてよい。あるいは、第１の位置におけるスラブの原点は、すべての選択されたサンプル点に対する原点とみなすことができる。
【００８６】
第１の実施形態と第２の実施形態を比較すると、これらは、サンプル点の格子の原点の選び方に関して異なる。第１の実施形態では、原点は、ボリューム空間の原点またはボリュームの中心などの、ボリュームの定義済み特性から導かれる。第２の実施形態では、原点は、スラブを配置するなどの、初期もしくは中間位置決め活動の何らかの態様によって画定される任意の点である。
【００８７】
第１の実施形態および第２の実施形態の上の説明では、前の位置および現在の位置のスラブのオーバーラップ領域内にあるすべてのサンプル点が再利用される。他の実施形態では、オーバーラップ領域内のサンプル点のすべてが再利用されるわけではない。その代わりに、オーバーラップ領域内のサンプル点の大半が再利用される。例えば、オーバーラップ領域内のサンプル点の９５パーセント超、９０パーセント、８０パーセント、７０パーセント、または６０パーセントが、再利用されるか、または保持される。これは、上述のシマー効果のアーチファクトの完全な抑制を一般的にはもたらさないが、いくつかのメリットはある。
【００８８】
第１の実施形態および第２の実施形態では、新しい位置のスラブ内で新しいサンプル点が選択されず、また新しい位置のスラブからすでに使用されているサンプル点が除外されないように視線方向に増分ステップでスラブが前進する場合、プロセスは、ステップＳ７、Ｓ８を省くか、またはスキップして、ステップＳ９に直行し、前のスラブ位置からの同じ画像を現在の、または新しいスラブ位置に対する画像として出力する。あるいは、同じサンプル点が使用されるため前の位置のスラブおよび現在もしくは新しい位置のスラブから生成された画像が同じである場合、プロセスは、ステップＳ１０に直行し、スラブが移動するのを待つことができる。この場合、画像はいっさい生成もしくは出力されない。
【００８９】
第１の実施形態および第２の実施形態では、生成されるそれぞれの画像がディスプレイ３４に出力される。出力される画像のそれぞれは、ビデオまたはシネでフレームを形成する。あるいは、それぞれの画像に対する画像データを格納し、後から任意の時点において取り出すことができる。画像データは、局所的に、例えば、図６の大容量記憶装置デバイスＨＤＤ  ３０、図６のＲＯＭ  ２６、図６のＲＡＭ  ２８、および図６のシステムメモリ４６、および図４のサーバー１３、１８、またはファイルアーカイブ２０に格納することができる。それぞれの画像は、画像を後から任意の時点においてメモリから取り出せるように、格納と表示を同時に行うこともできる。さらに、これらの画像のそれぞれは、個別にまたは次々に表示され動画のフレームを形成するビデオファイルなどの一連の連続する画像として格納することができる。
【００９０】
本発明のいくつかの実施形態では、ボリュームデータセットによって画定されるボリュームを通してスラブを前進させることによってスラブ多断面再構成（ＭＰＲ）プロセスに対する一連の二次元画像フレームを生成する方法を提供し、この方法は、ボリュームを画定するボリュームデータセットを入力として受け取ることと、視線軸をボリュームに関して指定することと、スラブを第１のスラブ領域から第２のスラブ領域に移動するスラブ運動を指定し、第１および第２のスラブ領域は共通の部分領域を有することと、複数のサンプル点位置を、第１のスラブ領域および第２のスラブ領域とそれぞれオーバーラップする共通の部分領域内の第１のサンプル点および第２のサンプル点の位置がスラブ運動の前後で同じ位置をとるように視線軸に基づき決定することと、サンプル点の位置とボリュームデータセットとを使用して投影を実行することとを備える。サンプル点位置は、視線軸が例えばシネ撮像の操作と操作との間に変更されたときに変化しうる。
【００９１】
本発明の実施形態は、本明細書においてボリュームレンダリングアプリケーション内のコンポーネントとして記述されている方法とそれに関連するコンピュータプログラムとを組み込むことを含むことができる。 
本発明の実施形態は、開示されているような方法を実行するための機械可読命令を収めたコンピュータプログラム製品を含むことができる。
【００９２】
本発明の実施形態は、開示されているような方法を実行するための機械可読命令をロードされ、機械可読命令を実行するように動作可能なコンピュータを含むことができる。
【００９３】
本発明の実施形態は、開示されているような方法を実行するための機械可読命令をロードされ、機械可読命令を実行するように動作可能な画像収集デバイスを含むことができる。
【００９４】
コンピュータプログラム製品が開示される。上述の方法を実行するための機械可読命令を収めたコンピュータプログラム製品の例は、図６の大容量記憶装置デバイスＨＤＤ  ３０、図６のＲＯＭ  ２６、図６のＲＡＭ  ２８、および図７のシステムメモリ４６、および図４のサーバー１３、１８である。他の形態のコンピュータプログラム製品として、ＣＤまたはＤＶＤなどの回転盤に基づく記憶装置デバイス、またはＵＳＢフラッシュメモリデバイスが挙げられる。
【００９５】
上述の方法を実行するための機械可読命令をロードされ、機械可読命令を実行するように動作可能なコンピュータの例は、図６のコンピュータ、図７のコンピュータ、および個別の要素、例えば、図４に示されているコンピュータネットワークシステムの端末または複数の要素の集合体、例えば、医療用撮像デバイスに付属する端末またはコンピュータのうちの１つまたは複数と組み合わせたサーバー１３、１８のうちの１つである。
【００９６】
上述の方法を実行するための機械可読命令を収めたコンピュータプログラム製品の例は、図６の大容量記憶装置デバイスＨＤＤ  ３０、図６のＲＯＭ  ２６、図６のＲＡＭ  ２８、および図６のシステムメモリ４６、および図４のサーバー１３、１８である。他の形態のコンピュータプログラム製品として、ＣＤまたはＤＶＤなどの回転盤に基づく記憶装置デバイス、またはＵＳＢフラッシュメモリデバイスが挙げられる。
【００９７】
この方法は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナによって収集された３Ｄ画像データセットを参照しつつ説明されているが、他の３Ｄデータセット、さらにはいわゆる４Ｄデータセット、つまり、ボリューム画像データセットの時間系列の撮像に、より一般的に適用可能である。例えば、この方法は、モダリティと称される、医療分野で使用される他の種類の撮像に適用することができる。特に、本明細書で説明されている方法は、磁気共鳴（ＭＲ）画像に適用することができる。
【００９８】
いくつかの実施形態が説明されているが、これらの実施形態は、ほんの一例であり、本発明の範囲を制限することは意図されていない。実際、本明細書で説明されている新規性のある方法、コンピュータ、コンピュータプログラム製品、および画像収集デバイスは、さまざまな他の形態で具現化することができ、さらに、本明細書で説明されている方法およびシステムの形態のさまざまな省略、置換、および変更は、本発明の精神から逸脱することなく行うことができる。付属の請求項およびその同等の項目は、本発明の範囲および精神に含まれるような形態または修正を対象とすることが意図されている。
【符号の説明】
【００９９】
２２…医用画像処理装置、２４…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、２６…読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、２８…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、３０…ハードディスクドライブ、３２…ディスプレイドライバ、３４…ディスプレイ、３６…入出力（Ｉ／Ｏ）回路、３８…キーボード、４０…マウス、４２…共通バス、４４…グラフィックスカード（ＧＦＸ）。
【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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【図１３】
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【図１４】
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