(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像データのボリュームから関係のあるデータを迅速に抽出して視覚化する方法であって、
画像ボリュームから導出される、調整可能な視覚的パラメータを有する低減忠実度画像を迅速に生成するステップと、
前記迅速な生成の間に、前記低減忠実度画像の前記視覚的パラメータを調整して望みの調整を選択するステップと、
前記画像ボリュームから導出されるフル忠実度画像を生成するステップと、
前記フル忠実度画像に対して選択された前記調整を適用するステップと、
前記フル忠実度画像において更新されているスライスにリンクされている複数のノードでの画像を置き換えることにより、フル忠実度画像を更新するステップとを含む方法であって、
前記画像ボリュームから導出される低減忠実度画像を迅速に生成するステップは、
フル・サイズ・画像ボリュームにデシメートを行って、デシメートされた画像ボリュームを生成して、デシメートされた前記画像ボリュームを再構成するステップを含み、
不透明度は調整可能な視覚的パラメータであり、かつ
前記デシメートされた画像ボリュームを再構成するステップは、事前設定レベルから不透明度とボクセルの間の関係を調整するステップを含み、
不透明度とボクセルの間の前記関係は、ボクセル値の選択された範囲内でカット・オフの傾きを提供し、かつ不透明度とボクセル値の間の関係は、ボクセル値の範囲を変更することによって調整され、このボクセル値の範囲でユーザ操作のコントロールに応答して、前記カット・オフの傾きが与えられることを特徴とする、前記方法。
【請求項２】
デシメートされた前記画像ボリューム（６４）を再構成するステップが、多角形を使用して、デシメートされた前記画像ボリュームから形成された３次元テクスチャのマッピングを行って、中間レンダリングを生成するステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記中間レンダリングに双線補間を使用してズーミングを行って、３次元ビューポート（１０２）で表示するステップを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記中間レンダリングにピクセル複写を使用してズーミングを行うステップを更に含む請求項２に記載の方法。
【請求項５】
関心対象のユーザ定義されたボリュームが調整可能な前記視覚的パラメータであって、デシメートされた前記画像ボリューム（６４）を再構成するステップが、一組のボリューム・クリッピング平面（１２４）を設けて、関心対象の前記ボリュームを決める請求項１に記載の方法。
【請求項６】
関心対象の前記ボリュームを決めるために一組のボリューム・クリッピング平面（１２４）を選択的に設けるステップが、右／左クリッピング平面（１１８）、前／後クリッピング平面（１２０）、及び上／下クリッピング平面（１２２）に対するスライディング・コントロールを与え、かつ前記スライディング・コントロールの調整に従って前記ボリューム・クリッピング平面を調整するステップを含む請求項５に記載の方法。
【請求項７】
低減忠実度画像を迅速に生成するステップが、第１スペーシングでスペーシングされた多角形を使用して、デシメートされたボリューム（６４）をサンプリングするステップを含み、かつフル忠実度画像を生成するステップが、第２スペーシングでスペーシングされた多角形を使用してフル・サイズ・画像ボリュームをサンプリングするステップを含み、前記第１スペーシングが前記第２スペーシングよりも広くスペーシングされている請求項１に記載の方法。
【請求項８】
不透明度とボクセル値の間の前記関係が、選択された範囲のボクセル値に対してより高い値の不透明度を指定し、かつ不透明度とボクセル値の間の関係の調整は、ボクセル値の範囲を変更し、ユーザ操作のコントロールに応答して、より高い値の不透明度がこのボクセル値の範囲に指定されることを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
事前設定値から不透明度とボクセル値の間の前記関係を調整するステップが、単一コントロール（１１６）によって実行される請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
低減忠実度画像を迅速に生成するステップが、
第１レンダリング・マトリックス（１１２）内でマッピング結果を合成し、かつ
フル忠実度画像を生成するステップが、
第２レンダリング・マトリックス内でマッピング結果を合成し、前記第１レンダリング・マトリックスが前記第２レンダリング・マトリックスよりも小さい請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
画像データのボリュームから関係のあるデータを迅速に抽出して視覚化するインタラクティブな画像プロセッサであって、
画像ボリユームから導出され、調整可能な視覚的パラメータを有する逓減忠実度画像を迅速に生成し、
前記迅速な生成の間に、前記低減忠実度画像の前記視覚的パラメータを調整して、望みの調整を選択し、
前記画像ボリュームから導出されるフル忠実度画像を生成し、かつ
前記フル忠実度画像に対して選択された前記調整を適用し、
前記フル忠実度画像において更新されているスライスにリンクされている複数のノードでの画像を置き換えることにより、フル忠実度画像を更新し、
前記プロセッサが前記画像ボリュームから導出される低減忠実度画像を迅速に生成するように構成されていることが、前記プロセッサがフル・サイズ・画像ボリュームをデシメーしてデシメートされた画像ボリュームを生成して、デシメートされた画像ボリュームを再構成するように構成され、
不透明度は調整可能な視覚的パラメータであり、かつ前記プロセッサが前記デシメートされた画像ボリュームを再構成するように構成されていることが、前記プロセッサが事前設定レベルから不透明度とボクセルの間の関係を調整するように構成されていることを含み、
不透明度とボクセル値の間の前記関係は、選択された範囲のボクセル値に対してより高い不透明度を指定し、かつ
不透明度とボクセル値の間の関係が、ボクセル値の範囲を変更するプロセッサによって調整され、このボクセル値の範囲でユーザ操作のコントロールに応答して、カット・オフの前記傾きが与えられることを特徴とする、前記プロセッサ。
【請求項１２】
前記プロセッサがデシメートされた前記画像ボリューム（６４）を再構成するように構成されていることが、前記プロセッサがデシメートされた前記画像ボリュームから形成された３次元テクスチャを、多角形を使用して中間レンダリングを生成するように構成されていることを含む請求項１１に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項１３】
前記中間レンダリングに双線補間を使用してズームを行い、３次元ビューポート（１０２）で表示するように更に構成された請求項１２に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項１４】
前記中間レンダリングにピクセル複写を使用してズームを行うように更に構成された請求項１２に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項１５】
関心対象のユーザ定義のボリュームが調節可能な前記視覚的パラメータであって、かつ前記プロセッサがデシメートされた前記画像ボリューム（６４）を再構成するように構成されていることが、前記プロセッサが一組のボリューム・クリッピング平面（１２４）を選択的に設けて、関心対象の前記ボリュームを決めるように構成されていることを含む請求項１４に記載のプロセッサ（５２）
【請求項１６】
前記プロセッサが一組のボリューム・クリッピング平面（１２４）を選択的に設けて、関心対象の前記ボリュームを決めるように構成されていることが、前記プロセッサが右／左クリッピング平面（１１８）、前／後クリッピング平面（１２０）、及び上／下クリッピング平面（１２２）に対するスライディング・コントロールを与え、かつ前記スライディング・コントロールの調整に従って前記ボリューム・クリッピング平面を調整するように構成されていることを含む請求項１５に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項１７】
前記プロセッサが低減忠実度画像を迅速に生成するように構成されていることが、
第１スペーシングでスペーシングされた多角形を使用して、デシメートされたボリューム（６４）をサンプリングするように前記プロセッサが構成されていることを含み、かつ
前記プロセッサがフル忠実度画像を生成するように構成されていることが、
第２スペーシングでスペーシングされた多角形を使用してフル・サイズ画像ボリュームをサンプリングするように前記プロセッサが構成されていることを含み、前記第１スペーシングが前記第２スペーシングよりも広くスペーシングされている請求項１１に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項１８】
不透明度とボクセル値の間の前記関係が、選択された範囲のボクセル値に対してより高い値の不透明度を指定し、かつ不透明度とボクセル値の間の関係の調整は、前記プロセッサが、ボクセル値の範囲を変更し、ユーザ操作のコントロールに応答して、より高い値の不透明度がこのボクセル値の範囲に指定されることを含む請求項１１に記載のプロセッサ。
【請求項１９】
前記プロセッサが、事前設定値から不透明度とボクセル値の間の前記関係を調整するために、単一コントロール（１１６）を行うように構成されている請求項１１に記載のプロセッサ（５２）。
【請求項２０】
前記プロセッサが低減忠実度画像を迅速に生成するように構成されていることが、
前記プロセッサが第１レンダリング・マトリックス（１１２）内でマッピング結果を合成するように構成されていることを含み、かつ
前記プロセッサがフル忠実度画像を生成するように構成されていることが、
前記プロセッサが第２レンダリング・マトリックス内でマッピング結果を合成するように構成されていることを含み、前記第１レンダリング・マトリックスが前記第２レンダリング・マトリックスよりも小さい請求項１１に記載のプロセッサ（５２）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に、医療撮像に関するものであり、より詳細には、３次元ボリューム・データ・セットから関係のある画像データを迅速に抽出するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボリューム視覚化の分野で取り組むべき問題は、例えば、医療画像データなどの画像データのボリューム内に含まれる関連する情報を、エンド・ユーザにとって単純で直観的な方法を使用するタイムリーな方式で抽出できるようにすることである。
【０００３】
ボリューム・レンダリング（ＶＲ）は、医療画像データのボリュームを視覚化する好ましい選択である。ＶＲ処理は、１セットの曲線、すなわち不透明度および色／輝度曲線によって管理されている。これらの曲線は、任意のボクセル（ボリューム内のデータ・ポイント）が、結果としての３Ｄ投影またはレンダリングでどれだけの寄与および色輝度をもつかを決定する。取り組むべきことは、観察に無関係な情報（例えば、血管の観察でのスキャナ・テーブルおよび骨構造）を抑制しながらも、（例えばコントラストを強調した血管を示すことなどにより）重要な情報を強調するのに適切な曲線を決定することである。ボリューム・クリッピングまたは切断平面は、関心対象でない部分を除去するのに、及び関連のある組織または臓器を隠すまたは塞ぐことになるボリュームの部分を除去するのに使用することができる。例えば、ボリューム・クリッピングは、肋骨の画像を切り払って大動脈の明瞭なサジタル・ビューを得るのに使用することができる。
【０００４】
画像データのボリュームをレンダリングすることに関して既知のシステムが抱える問題は、遅すぎて医療環境または外科手術の環境で即時にフィードバックを与えることができないか、または強力で高価な画像処理ハードウェアを必要とするかのいずれかであるということである。さらに、ソフトウェア・ベースの、いくつかの既知のボリューム・レンダリング装置は、より速いインタラクティブなレンダリングを、画像データのボリュームの大きな部分をスキップすることによって達成しようとしている。ある意味では、このレンダリング処理は、ボリューム・レンダリング不透明度曲線が与えられた場合に、特定のボクセルに合うように調整されている。透明であるようなボリュームの部分（すなわち、不透明度ゼロが指定されているボクセル値の範囲）は、サンプリングされない。このスキームでは、調整の結果がインタラクティブな方式でユーザに示される一方、ユーザが不透明度曲線を調整するということができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、比較的、安価なハードウェア上で動作することが可能なインタラクティブ方式のボリューム・レンダリングを行うことが望ましいであろう。少なくともいくつかの医療上または手術上の使用に関しては、画像の分析に必要な時間を短縮するために、迅速な応答を有するインタラクティブ方式で制御することもまた、望ましいであろう。さらに、撮像機器のオペレータが、彼または彼女の選択を誘導する実質的に即時の視覚的フィードバックを保ちながら、インタラクティブな方式でボリューム内の重要な情報を強調できるように応答が迅速であることが望ましいであろう。好ましくは、関連のあるデータを抽出する初期のプロトコル化された設定に対するこうしたインタラクティブ方式の「ツイーキング（tweaking）」または調整は、診察ごとにおよそ１分以上かかるべきではない。最終のフル忠実度レンダリングが、現行のシステムを使用して行われるのよりもずっと早く開始できるように、３次元パラメータ調整および「ツイーキング」にずっと少ない時間を費やすことが望ましいであろう。臨床上の生産性をさらに向上させるため、ユーザ・インターフェースでの相当の複雑性を除去し、システムがボリュームから関係のあるデータを迅速に抽出するための直観的手法を提供することもまた、望ましいであろう。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の一実施態様は、画像データのボリュームから関係のあるデータを迅速に抽出し、視覚化するための方法であって、この方法は、画像データのボリュームから導出された、調整可能な視覚的パラメータを有する低減忠実度画像を迅速に生成するステップと、この迅速な生成の間に低減忠実度画像の視覚的パラメータを調節して、望みの調整を選択するステップと、画像ボリュームから導出されたフル忠実度画像を生成するステップと、このフル忠実度画像に選択した調整を適用するステップとを含む。
【０００７】
この実施態様は、画像の分析に必要とされる時間を短縮する迅速な応答とともに、安価なハードウェアでのインタラクティブ方式のボリューム・レンダリング機能を与える。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１および２を参照すると、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム１０が、「第三世代」ＣＴスキャナであることを表すガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線ビーム１６を投射するＸ線源１４を備えている。Ｘ線源はガントリ１２の反対側にある検出器のアレイ１８に向かって投射する。検出器のアレイ１８は、医療患者２２を透過する投射されたＸ線を揃って感知する検出素子２０によって形成されている。各検出素子２０は、入射するＸ線の強度を表わし、したがって患者２２を透過したビームの減衰を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを得るスキャンの間、ガントリ１２およびそこに取付けられているコンポーネントは、回転の中心２４のまわりを回転する。
【０００９】
ガントリ１２の回転およびＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御メカニズム２６によって管理されている。制御メカニズム２６は、Ｘ線源１４に電力およびタイミング信号を送るＸ線コントローラ２８、ならびにガントリ１２の回転速度および位置を制御するガントリ・モータ・コントローラ３０を含んでいる。制御メカニズム２６のデータ獲得システム（ＤＡＳ）３２は、検出素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、そのデータを後続の処理のためにデジタル信号に変換する。画像再構成装置３４は、ＤＡＳ３２からサンプリングされたＸ線データおよびそのデジタル化されたものを受け取り、高速度画像再構成を実行する。この再構成された画像は、その画像を大容量記憶デバイス３８に記憶するコンピュータ３６に、入力として適用される。
【００１０】
コンピュータ３６はまた、キーボードを備えたコンソール４０を介して、オペレータからコマンドおよびスキャンのパラメータを受け取る。関連の陰極線管ディスプレイ４２は、オペレータがコンピュータ３６で再構成された画像および他のデータを観察することができる。オペレータが与えるコマンドおよびパラメータは、コンピュータ３６によって、ＤＡＳ３２、Ｘ線コントローラ２８、およびガントリ・モータ・コントローラ３０に制御信号および情報を提供するために使用される。さらに、コンピュータ３６は、ガントリ１２で患者２２の位置を動かす電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ・コントローラ４４を操作している。詳細には、テーブル４６は、ガントリ・オープニング４８を通して患者２２の部分を動かす。
【００１１】
図３は、オペレータ・コンソール４０のブロック図である。一実施形態によれば、コンピュータ３６（図１）は、コンソール４０に組込まれており、コンソール４０は、撮像システムがデータを獲得する方式を指定する診察指示サブシステム５０、獲得された画像および処理されたデータの提示レイアウトおよび表示の役割を担う視覚化サブシステム５２、撮像データの永久格納および将来の検索のためのアーカイブ・サブシステム５４、データをフィルム上に転送する撮影サブシステム５６、およびネットワークを介して他の撮像システムに、またはそこからデータを転送するネットワーキング・サブシステム５８を含む。オプションの遠隔ビューイング・ステーションを、画像の遠隔ビューイングを可能にするために、コンソール４０に結合することができる。
【００１２】
診察指示サブシステム５０は、患者診察データがどのように獲得されるかを決定する役割を担う。継続的なスライス位置、スライス厚、視野、スキャン技法、および再構成アルゴリズムを含めて、獲得を指示するのに多数のパラメータが必要となる。ボリューム撮像および撮影の提示パラメータもまた、診察スキャン指示に含めることができる。これらのパラメータは、技術者が明示的に入力することができ、また、より一般的には、当技術分野で周知のとおり、これらのパラメータは、特定のスキャン・プロトコルを選択することによって定義される。サブシステム５０がスキャン指示を生成し、この指示がＤＡＳ３２（図２）に伝送される。
【００１３】
ＤＡＳ３２は、指示に従って獲得データを収集して、ボリューム・モデルを生成するために使用することができる一連の画像を、獲得されたデータから生成するために、獲得されたデータを画像再構成装置３４に提供する。通常、ボリューム・モデルは、しばしば、サンプルごとに単一スカラー値を有する３次元（またはより高次元の）直線アレイの値を含む。図４は、２次元画像のスタックから構成される３Ｄ直線モデルを図示している。獲得の間、個々のスライスが獲得されて、モデルの１次元に沿ってスタックされる。すべてのスライスが獲得されて、再構成された後、ＮｘかけるＮｙかけるＮｚのデータサンプルを含むボリューム・モデルが生成される。
【００１４】
図３を再び参照すると、視覚化サブシステム５２が、オペレータに対するすべての関連のある撮像データの提示を制御している。このデータは、例えば、２Ｄ画像、３Ｄ投影、患者データ、注釈、および測定を含む。サブシステム５２は、各ウインドウ６０が視覚化パラメータのそれ自身のセットを含み得る、１つまたは複数のウインドウまたはビューポート６０を使用して、ルーチン表示、相互参照、オートビュー表示、ボリューム・オートビュー表示、および他の形式の表示などの、いくつかの視覚化フィーチャを実装している。以下でさらに詳細に記載するとおり、視覚化サブシステム５２は、フィルタリング、分類、レンダリング、注釈、および測定を行うために、いくつかのコンポーネントを含んでいる。
【００１５】
アーカイブ・サブシステム５４は、将来の検索のために獲得され、計算されたすべての撮像データを（様々なメディア形式を使用して）永久に格納する。このデータは、プロトコル、２Ｄ画像、測定、およびスクリーンが取込む３Ｄレンダリングを含む。３Ｄプロトコル、ムービー・クリップ、およびシネ・ループもまた、サブシステム５４によって格納することができる。
【００１６】
撮影サブシステム５６は、データをフィルムに加工することによって、撮像データのハードコピーを生成する。これは、２Ｄ画像、テキストおよびグラフィックの注釈、ならびに獲得された画像データの３Ｄレンダリングを含み得る。３Ｄ撮像に関する形式およびパラメータ（例えば、位置、向き、および透明度割指定）は、診察スキャン指示に含めることができる。
【００１７】
ネットワーキング・サブシステム５８は、ネットワーキング・サブシステム５８がネットワークされた接続を介して撮像データを別の撮像システムに、またはそこから転送することを除けば、その機能に関して、アーカイブ・サブシステム５４と同様である。また、ネットワーキング・サブシステム５８は、ＨＩＳ／ＲＩＳ情報を受け入れることができ、他のサブシステムに対して状態情報を提供することができる。撮像データの例は、３Ｄパラメータ、３Ｄ投影、シネ・ループを含み、ムービー・クリップをネットワーキング・サブシステム５８を介してネットワークされたワークステーションに転送することができる。
【００１８】
また、ネットワーキング・サブシステム５８は、ビュー、画像、および３Ｄの処理を実行することができる補助処理機構に対して、ネットワーク接続を確立することができる。この補助処理機構は、例えば、検索されたデータを迅速に処理して、画像データおよび情報を返す専用マシンを含み得る。例えば、再構成コードを、ビュー・データに適用することができ、再構成されたデータ・セットが返される。
【００１９】
オプションの遠隔ビューイング・ステーション・サブシステムもまた、コンソール４０に結合することができる。こうしたサブシステムは、獲得の間に画像が生成されるにつれて、３Ｄ画像のリアルタイム表示更新を遠隔方式で見ることのできる機能を追加することになる。
【００２０】
図５は、視覚化サブシステム５２のブロック図である。サブシステム５２のフィルタリング・コンポーネント８０が、ＤＡＳによって提供されるデータに画像処理フィルタを適用する。こうしたフィルタリングは、２次元処理ステップと３次元処理ステップの両方を含むことが可能であり、当技術分野で周知のとおり、画像強調、画像修復または画像アーチファクトの抑制、画像圧縮および画像圧縮解除、ならびに高度視覚化に必要とされる事前処理の役に立つ。重要なことに、こうしたフィルタリングは、画像獲得の間に増分方式で行うことができる。また、こうしたフィルタリングは、完全に獲得されたデータ・セットの獲得の後に実行することもできる。必要でないときは、フィルタリング・コンポーネント８０を、例えば処理速度を増加させるために、バイパスさせることが可能である。
【００２１】
セグメンテーション・コンポーネント８２は、フィルタに掛けられたデータを別々のカテゴリに分類する。コンポーネント８２は、データが獲得されるにつれて増分方式で動作することができ、またはすべてのデータが獲得された後に動作することもできる。セグメンテーションは、獲得された撮像データからどのように関係のある情報を抽出するかに関する情報を提供するように、２次元処理ステップと３次元処理ステップの両方を含むことが可能である。この情報は、画像プロパティに関する参照テーブルおよびバイナリ占有または物質パーセンテージ情報を含む別の別個のボリュームを含む、いくつかの形式を有することが可能である。
【００２２】
測定コンポーネント８４は、リアルタイム・モードまたは獲得後モードのいずれかで、２Ｄ画像または３Ｄボリュームに対して動作する。測定コンポーネント８４は、獲得された画像データ、フィルタを掛けられたデータ、および／またはセグメント化されたデータに対して、計算を実行することができる。測定は、距離、表面積、容積、関心対象の部位（ピクセルまたはボクセルの平均値および標準偏差）、および石灰化スコアリングを含む。他の視覚化コンポーネントと同様に、これらの計算は、獲得の間に増分方式で、または事後処理として行うことができる。
【００２３】
レンダリング・コンポーネント８６は、画像再構成装置３４（図２）、フィルタリング・コンポーネント８０、またはセグメンテーション・サブシステム８２から直接に出力を得て、表示されるべき新しい画像を計算する。レンダリング・コンポーネント８６は、リアルタイム・モードまたは獲得後モードのいずれかで、獲得されたデータの複数のレンダリングされた画像を生成することができる。両方のモードとも、獲得されるモデルの２Ｄ断面投影またはより高次元の投影として、データを見ることをサポートする。
【００２４】
注釈コンポーネント８８は、レンダリングされた画像上にオーバーレーして患者情報およびスキャン情報を書きとめる。グラフィック的な注釈もまた、相互参照などのフィーチャのため、テキストに加えることが可能である。注釈は、３Ｄレンダリングにも適用することができる。
【００２５】
サブシステム５２を指示するパラメータは、獲得に先立ってユーザが入力する、またはスキャン・プロトコルに含めることが可能である。これらのパラメータは、獲得の間にローカルで調整可能である。
【００２６】
視覚化サブシステム５２は、断面データのリアルタイム表示をサポートする。一般に、この視覚化フィーチャは、本明細書で使用するとおり、「オートビュー」、「ボリューム・オートビュー」、または「ＶＡＶ」と呼ばれ、データが獲得されるにつれて増分方式で更新される、データの３Ｄビューを指している。ボリューム・オートビューは、画像再構成装置からの撮像「ストリーム」に付随して、コンソール４０で実行される。
【００２７】
データ獲得の間、ボリューム・オートビューは、時間の経過とともにデータが獲得されるにつれて、リアルタイムの、増分方式で更新される、データの３Ｄビューを提供する。このレンダリングの方法を本明細書では、動的データレンダリング（ＤＤＲ）と呼ぶ。データが完全に獲得された後、次に、静的データに対するレンダリングの方法が使用される。この表示の方法を本明細書では、静的レンダリング（ＳＤＲ）と呼ぶ。さらに、統合されたビューの中で静的データと動的データの両方のレンダリングを行う機能が設けられている。このタイプのレンダリングは、混合データ・レンダリング（ＭＤＲ）と呼ばれる。ＤＤＲ、ＳＤＲ、およびＭＤＲは、下記でさらに詳細に説明している。
【００２８】
データ獲得に先立って、診察が技術者によって指示される。ボリューム・オートビューが診察指示サブシステムに組込まれて、獲得の間にどのように１つまたは複数の動的ボリュームが視覚化されるべきかを指定する新しいパラメータを与える。より詳細には、３Ｄモデルおよびビューの位置および向き、色および透明度の割当てフィルタ設定およびセグメンテーション設定、視覚化技法およびアルゴリズムなどのパラメータがプロトコル内で指定されている。視覚化パラメータも特定のＶＩＳスキャンプロトコルに含まれている。撮影、ならびにムービー・クリップの生成および保存もまた、獲得に先立って指示することができる。
【００２９】
新しい画像が獲得されるにつれて、視覚化サブシステム５２が、３Ｄモデルに追加されてくる画像に（必要な場合）フィルタを掛ける。非常に速い、介入（「Ｘ線透視」）スキャン・モードを使用しても、すべての処理およびレンダリングは獲得システムの画像生成速度と「ペースを合わせ」なければならないという制約のもとで、画像から特定の情報を抽出するのに、２次元および３次元のセグメンテーションを使用することも可能である。ボリューム・オートビューもまた、動的ボリュームに対するリアルタイムの測定（例えば、関心対象のボリュームおよび石灰化スコアリング）を得るのに使用することができる。
【００３０】
ボリューム・オートビューは、「ロック(rock)・モード」で実行することができる。より詳細には、通常はビューイング・ベクトルに垂直な垂直軸を中心として、小さな回転角度が３Ｄモデルに加えられる。この回転角度は、フレームごとに３Ｄモデルのレンダリングが行われるのに応じて周期的に変化する。こうした自動回転は、３Ｄ視覚化処理でもう１つの奥行キューを与えるということに役に立つだけでなく、獲得の間に技術者／放射線専門医／介入放射線医の手が空いておらず、３Ｄモデルとインタラクトできない介入手順の場合に特に価値がある。ロック・モードパラメータは、指示に含めることができ、また、ユーザがそれを調節することもできる。
【００３１】
ボリューム・オートビューはまた、ボリューム・データを有する内部混合形状を含む。例えば、針の形状モデルをボリュームに埋め込むことが可能であり、バイオプシー手順で使用される実際の針の位置を追跡するのに、ボリューム・オートビューを使用することができる。埋め込まれた形状はまた、ボリューム内の３次元注釈としても使用することが可能である。
【００３２】
複数の撮像ウインドウまたはビューポート６０（図３）もまた、独立した視覚化パラメータのために使用することができる。例えば、獲得の間、サジタル・ビューからの骨構造を１つのウインドウで表示して、コロナル・ビューからの脈管構造を第２ウインドウで表示することができる。それぞれ視覚化パラメータの独立したセットを有する、複数のビューポートが用意されている。
【００３３】
ボリューム・オートビューの重要な臨床上の利点は、外傷症例の治療に存在する可能性がある。こうした緊急の状況では、観察の総時間を最小限に抑えることが重要である。時間の制約のため、放射線専門医は、旧来の３Ｄ獲得後分析をなしで済ませて、断面データから伝えられる情報のみに頼る可能性がある。ボリューム・オートビューがあれば、時間上の不利益なしに、放射線専門医には、適切な診断を行う上で不可欠である可能性がある追加の３Ｄ情報が提示される。
【００３４】
獲得に続いて、例えば、ボリュームから追加の情報を抽出するなど、データのボリュームとインタラクトして、さらに視覚化するために、再検討表示モードを使用することができる。再生フィーチャを使用して、視覚化されたボリュームのレンダリングをＶＣＲに出力することができる。図６に示すとおり、ボリュームが獲得されるのに応じてそれを再生する、反復ループを使用することも可能である。また、後の再生のために、マルチメディア・ムービー・クリップを生成して、保存することも可能である。
【００３５】
図７を参照すると、データのスラブまたはサブ・ボリュームを一度に視覚化するために（例えば、スラブ・シネ／ページング）、ボリュームを循環させることができる。さらに、どの３Ｄレンダリングも、画像データベース内にインストールする、保存する、撮影する、またはネットワーク化することができる。
【００３６】
レンダリング・サブシステム８６は、少なくとも１つのボリューム・モデルに対して動作する。ＰｘかけるＰｙピクセルに分解される画像平面上に、ボリューム・モデルを投影するパラメータを指定するために、仮想カメラ・モデルが定義される。このカメラ・モデルは、カメラ・ビュー座標からモデル・データ・サンプル座標へのマッピングを定義する投影マトリックスＭを使用する。このマトリックスは、ボリューム内のサンプルの縦横比、ならびにボリュームの被写体およびカメラに対するすべての変換（例えば、拡大縮小、並進、および回転）を考慮に入れる。マトリックスＭは、並列ビューイング変換および透視ビューイング変換を含む、一般の投影技法をサポートする。
【００３７】
画像平面上へのボリューム・モデルの投影は、例えば、レイ・キャスティングまたはテクスチャ・マッピングを使用して達成される。もちろん、他の画像アレイ技法を使用することも可能である。レイ・キャスティング（ＲＣ）として知られている画像アレイ技法は、画像平面の各ピクセルからの光線をボリューム内にキャストする。次に、光線に沿ってボリュームのサンプルが取られ、データの値が組み合わされて、画像に対する最終のピクセルが形成される。サンプルは、一般のボリューム・レンダリング手法をサポートするために、オプションとして、色または不透明度などの様々な量に対してマッピングすることができる。光線に沿ってサンプルに適用される一般的なオペレーションは、最大輝度（ＭＩＰ）、平均、合成、シェーディングをともなう合成である。
【００３８】
別法では、ハードウェア・テクスチャ・マッピング技法（ＴＭ）を使用することができる。ハードウェアＴＭは、テクスチャ・マップされた形状レンダリング・ハードウェアを使用して、データ・サンプルをトラバースして、適切なアレイで混合する被写体アレイ技法である。サンプル（または、そのＲＧＢＡマップされた値）が、多角形上にマップされて、この多角形が画像平面上に投影される。ＴＭハードウェアにより、投影される平面は、カメラ・ビュー平面に対して軸が揃えられているか（２Ｄ  ＴＭハードウェア）、または斜め向きで平行であることが可能である（３Ｄ  ＴＭハードウェア）。ＲＣと同様に、データ・サンプルを、色や不透明度などの他のプロパティに変換して、一般のボリューム視覚化レンダリング技法をサポートすることができる。サンプルに対してＲＣで利用可能なすべてのオペレーションは、ＴＭ技法を使用しても可能である。周知であるＲＣ技法およびＴＭ技法は両方とも、下記に記載の３つのレンダリング・モードをサポートするのに使用することができる。
【００３９】
レンダリングされるべきボリューム・モデルが時間の経過とともに変化するとき、レンダリング処理は、次のレンダリングされる画像でそれらの変化を考慮に入れる必要がある。図８は、その中でスライスが新しいデータで置き換えられているボリューム・モデルを図示している。このタイプの変化があった場合、レンダリングは２つの方式で実行することができる。レンダリングを行うための単純で力ずくの戦略は、それまでに獲得されたすべてのデータに対して完全にレンダリングを行って、最新の画像を生成することである。ただし、カメラおよびボリューム・モデルが静止したままであれば、かなりの計算上の節約を得ることが可能である。この場合、ボリューム・データの変化を考慮に入れるために、前のレンダリングを増分方式で更新することが可能である。
【００４０】
例えば、ＴＭを使用して、前に計算された画像に対する新しい各スライスの寄与を追加することによって、新しいレンダリングを達成することができる。図９は、新しいスライスがボリュームの一方の端に追加されるのにつれて、見る人に向かってそのサイズが増大しているボリュームを図示している。新しいスライスが利用可能で、ＤＤＲ方法を使用しているとき、最後のスライスと新しいスライスの間の、テクスチャ・マップされたすべての多角形が使用される。新しいスライスの色および不透明度を含むテクスチャ・マップされた多角形は、逆投影マトリックスＭ１を介して変換され、スキャン変換されて、フレーム・バッファ内で現行の画像と混合される。新しく追加されるスライスは、見る人との関係で、ボリュームの前面または背後のいずれかに追加することが可能である。既にレンダリングされたスライスの前面にスライスを追加することが望ましい。というのは、これは、ユーザが獲得された最新の情報を見ることを可能にして、合成を行っているとき、部分的な不透明度結果を格納するために、フレーム・バッファ内で追加のメモリを必要とすることがないためである。前にレンダリングされたスライスの背後にスライスを追加することは、前後合成の使用を必要とし、したがって、ピクセルごとに追加のメモリを必要とする。
【００４１】
シェーディングが実行されている場合、前にレンダリングされたスライスの計算されたノーマル(normal)は変更されなければならない。ただし、前のスライスの寄与は、現行の画像に既に混合されている。レンダリングは、レンダリングされる画像にスライスの寄与が行われたときに、そのスライスに関するすべての情報が入手できるように、１つまたは複数のスライスによって、遅らせることが可能である。
【００４２】
ボリューム・モデルを、力ずくの増分手法を使用してレンダリングする計算複雑度は、Ｏ（Ｎ）であり、ここでＮは、ボリューム内の平面の数である。レンダリングを行うための増分手法は、ボリューム・モデルに追加される各スライスごとに、レンダリングする必要があるのは、１つの追加スライスだけなので、レンダリングの計算複雑度を０（１）に抑える。
【００４３】
増分レンダリングを使用する場合、レンダリングとレンダリングの間でサポートされる唯一の変化は、ボリューム・モデル境界でのデータの追加だけである。また、カメラ画像平面に対するボリューム・モデルの向きも、スライス・ノーマルと画像平面ノーマルの間の角度の値が、９０度以内にあるようでなければならない。つまり、カメラは、ボリュームを主に軸方向スライスを通して見ていなければならない。
【００４４】
増分レンダリングを行うためのＲＣ手法は、ＴＭ手法とほとんど同じ機能をするが、より少ない制限を有している。ボリュームのどのようなレンダリングも行われる前に、また、レンダリングされる画像内のすべてのピクセルについて、ボリューム内のすべてのピクセルに関する光線定義が記憶される。新しいスライスがボリューム・モデルに追加されるとき、直接に影響を受ける光線が判別され、そのそれぞれに対して、新しいスライスの寄与が計算される。この手法を使用すれば、ボリューム・モデルを見る角度に対する制限は存在しない。ＴＭと同様に、ボリュームに新しいスライスを追加することに対する計算複雑度は、一定である。
【００４５】
しばしば、スキャンの間に獲得された最後のＮ枚のスライスを表示することが望ましい。この表示タイプは、スライディング・ウィンドウ（sliding window）技法と呼ばれる。図１０が、スキャンが進行するにつれて、スライスがモデルに追加され、また、そこから除去されているのを示している。
【００４６】
スライディング・ウィンドウ・モデルをレンダリングする一方法は、新しい各スライスのスキャンが行われたとき、全く新しいボリュームを再構成して、レンダリングすることになる。増分レンダリングと同様に、ボリューム・モデルに対するカメラ・ビューが固定されている場合、スライディング・ウィンドウ・レンダリング技法は、前のレンダリング結果を利用することができる。
【００４７】
スライスに変更が加えられた後にボリューム・モデルを効率的にレンダリングするため、階層データ構造を使用することができる。階層データ構造は、リーフ・ノードが元のスライスであり、内部ノードが一対のスライスをレンダリングしているときに生成される画像である、２進木の形態をとっている。図１１は、８つの元のスライスから生成されたツリーを図示している。ノードＦは、スライス５および６だけがカメラ・ビュー平面に投影されたときに生成される画像（通常、各ピクセルごとの色（Ｒ、Ｇ、Ｂ）および不透明度（Ａ））を含んでいる。ノードＣは、ノードＦおよびＧが投影されたときに生成される画像を含んでおり、したがって、スライス８に対するスライス５の投影も表わしている。ノードＡ−Ｇは、ボリューム・モデル全体のレンダリングを行った部分的結果の画像を記憶する。これらの投影された画像は、Ｐｘ×Ｐｙピクセルであるカメラ・ビュー平面サイズと同一サイズである。
【００４８】
スライスに変更が加えられたとき、こうしたレンダリングは、その変更によって影響を受ける可能性があるすべてのノードを再結合する。図１１に示す例では、スライス６が変化すると、ノードＦ、Ｃ、Ａにある画像を再計算する必要がある。この技法は、単一スライスの変化をボリュームに対してレンダリングする計算複雑性を、実質的にＯ（Ｎ）から０（ｌｏｇ（Ｎ））に減少させるのであり、ここでＮは、ボリューム・モデル内のスライスの数である。
【００４９】
別法として、ツリーの各リーフは、必ずしも元のスライス上に位置しているわけではないサンプルの平面を表すことができる。サンプル値を計算するのに、三線補間（trilinear interpolation）など、ある形式の補間を使用することが可能である。ボリューム・モデルの単一の元のスライスが変更された場合、これは、そのまわりの１スライス領域内で発生するどのサンプルにも影響を及ぼすことになる。この場合、ツリーの複数のリーフが変化することになり、新しい画像を計算するのに、さらに多くのノードを処理しなければならなくなる可能性がある。
【００５０】
図１１は、前にレンダリングされたモデルの内部でスライスが変更されている場合を図示している。スライスがモデルに追加されている、またはそこから除去されている場合、この追加を考慮に入れるために、階層データ構造は変化しなければならない。スライス９がボリューム・モデルに追加された場合、新しいノードＨが、Ｇと同じレベルでツリーに挿入されることになる。また、サポートを行うノードも作成されて、結果として生まれるツリーは一時的に不均衡となる。
【００５１】
また、スライディング・ウィンドウ・レンダリング方法は、ＲＣを使用しても実施することが可能である。キャストされた各光線が、その光線に沿った一対のサンプルに関する部分的結果を記憶する階層データ構造を構築する。光線に沿って変化が起きた場合、この部分的結果は、新しいレンダリングを構築するために、効率的に再結合することができる。
【００５２】
前述の階層レンダリングは、広い範囲のスキャン方法に適用可能である。この方法は、ボリューム・モデル内のどのような変化でも、効率的にレンダリングすることをサポートする。例えば、超音波プローブを使用してフリーハンドでスキャンを行っているとき、モデルを切断するどのような平面でも獲得し、更新することができる。この階層レンダリング方法は、任意のこれらの更新を効率的にレンダリングすることをサポートする。
【００５３】
データが獲得されるにつれて、処理後の視覚化に必要なすべての情報が増分方式で計算される。スキャン・システムがフル・ボリュームを獲得したときに、ＴＭまたはＲＣなどの標準ボリューム視覚化技法を使用して、モデルを視覚化することができる。オペレータは、スキャンされたデータを３次元表示で即時に検討することができる。
【００５４】
しばしば、ボリューム・モデルは単なるスライスの集合以上のものを含んでいる。セグメンテーション・ボリュームに加えて、通常、各ロケーションでの階調度情報が計算される。この情報をレンダリングの間に計算することには、極めて時間がかかり、計算上のコストが高いので、これを事前計算することが有利である。これらの追加データ構造の構築は、十分なコンピュータ・リソースの利用が可能である場合、スキャンの間に増分方式で実行することができる。
【００５５】
混合データ・レンダリング（mixed data rendering：ＭＤＲ）は、静的な、前に獲得されたボリューム・モデルと動的なデータの両方を結合する。図１２は、その中で１つを除くすべてのスライスが静的である、ボリューム・モデルを図示している。動的スライスは、スキャナがその平面で新しい情報を獲得するのにつれて、継続的に変化している。このタイプの混合データをレンダリングすることは、力ずくの手法、すなわち、毎回、ボリューム全体をレンダリングする手法を使用して、または変化をレンダリングする固定ビューを使用して達成することができる。図１２で図示する状況の場合、動的スライスの前に投影されるすべてのスライスの画像Ｐ、ならびに動的スライスの後に投影されるすべてのスライスの画像Ｑを記憶することができる。新しい動的スライスＲが獲得されたとき、レンダリングは単純化されて、画像Ｐ、次に動的スライスの投影、そして最後に画像Ｑを結合するだけになる。
【００５６】
ＭＤＲは、例えば、前に獲得されたスキャンが、獲得エリアの前面および背後で重要な臓器の存在を示すなど、ＣＴ透視検査のセッティングで役に立つ可能性がある。この機能は、例えば、針バイオプシーが実行されるときに、介入放射線医に近くの肋骨の３Ｄ位置および構造に関する視覚的情報を提供する。
【００５７】
前述のボリューム撮像システムは、断面データ（軸方向の断面データを含むが、それには限定されない）が獲得されている間、進行的に３次元モデルの構成、分析、更新を行う。このシステムは、３次元レンダリングの構成、表示を行い、撮像システムのデータ収集の間にリアルタイムで量的計算を実行して、旧来のデータ収集後処理でインタラクティブ方式の３次元レンダリングを表示し、また、データ収集の間および獲得後に、レンダリング手続き、パラメータ、レンダリング、測定、および処理されたデータの指示、保存、撮影、伝送を行う。
【００５８】
前述のレンダリング技法は、単一スライス・スキャンおよびボリューム・スキャン・モードを含む、どのタイプのスキャン・モードにも適用可能である。ボリューム・スキャンの場合、獲得される撮像データ・ストリームは単に、３Ｄ画像の集合を含む。
【００５９】
医療環境または外科手術の環境でより迅速なフィードバックを行うため、視覚化サブシステム５２の一実施形態は、比較的、安価なハードウェアを使用して、迅速な応答を有するインタラクティブ・ボリューム・レンダリングを行う。この実施形態は、オペレータが、彼または彼女の選択を誘導する実質的に即時の視覚的フィードバックを保ちながらも、ボリューム内で重要な情報を強調する調整が行えるようにするのに十分なほど応答時間が速い。
【００６０】
本発明の一実施形態では、手頃なグラフィックス・ワークステーション（例えば、医療撮像スキャナ・コンソールまたは分析／検査ワークステーション）で、高度のインタラクティブなレンダリング・パフォーマンスを達成する３Ｄレンダリングが設けられる。この実施形態は、非複合ＶＲ曲線と結合され、観察プロトコルによって指定される一組のＶＲ事前設定、ならびにリアルタイム・フィードバックを行うボリューム・クリッピング・コントロールを使用する、直観的ボリューム視覚化アプリケーションを使用する。
【００６１】
インタラクティブなレンダリングの速度は、いくつかの異なる技法のうちの１つまたは複数を使用して達成される。第１番目の技法は、対話の間に、画像データ・ボリュームのより小さなバージョンをレンダリングすることによってより高い効率を達成する、ボリューム・デシメーションである。例えば、フル・ボリュームの代わりに、フル・ボリュームの１／４×１／４×１／２のレンダリングが行われる。第２番目の技法は、使用するレンダリング・マトリックスのサイズを縮小することである。例えば、インタラクティブなレンダリングの間、２５６×２５６データ・ポイントのレンダリング・マトリックスが、可視ビューポート内で５１２×５１２レンダリングに（例えば、双線補間を使用して）ズームされる。最後に、３次元テクスチャのサンプリングを行っているとき、サンプリングおよび／または多角形ステップ・サイズの粗さが増加される。例えば、サンプリング平面間の距離を２倍にする１／２サンプリングが使用される。
【００６２】
この実施形態では、ビジュアル・サブステーション５２が、グラフィックス・ワークステーションを含んでいる。本発明のために望まれる高度にインタラクティブなレンダリング・パフォーマンスを快適に達成するのに十分なパワーを有するグラフィックス・ワークステーションの一例は、２７５ＭＨｚ  ＭＩＰＳ（登録商標）Ｒ１２０００（登録商標）ＣＰＵ（カリフォルニア州マウンテンビューのＭＩＰＳ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社）、１０２４ＭＢ  ＲＡＭ、３２Ｋ命令キャッシュ、３２Ｋデータ・キャッシュ、２ＭＢ  ２次キャッシュ、およびＳＧＩ（登録商標）「テクスチャ・オプションを有するＳＩ」グラフィックス・ハードウェアを有するＳＧＩ（登録商標）Ｏｃｔａｎｅ（登録商標）ワークステーション（カリフォルニア州マウンテンビューのＳｉｌｉｃｏｎ  Ｇｒａｐｈｉｃｓから市販）である。２００スライスの５１２×５１２画像データを含む通常の医療画像データ・セットの場合、この実施形態は、０．１５秒ないし０．２０秒の通常のインタラクティブ・レンダリング時間であった。他の実施形態は、より高いまたはより低いパフォーマンスを備えたワークステーションを使用する。ただし、相当にパワーの劣るワークステーションは、望みの程度の高度にインタラクティブなレンダリング・パフォーマンスを達成するのが難しい可能性がある。
【００６３】
図１３を参照すると、ボクセル９０のフル・サイズ・ボリュームとノーマル９２（ＶＲシェーディングに対する）のフル・サイズ・ボリュームの両方を含む、画像データ６２のボリュームが、フル忠実度レンダリング・パス９４内で使用されて、ボリューム６２から導出されたフル忠実度画像を生成している。レンダリング・コンポーネント８６（図１３で図示せず）は、ボリューム９０を指定の多角形上にマップする３次元テクスチャ・マッピングを使用して、ボクセル・ボリューム９０およびノーマル・ボリューム９２から十分にサンプルを取る。これらのマッピング結果は、中間３Ｄ結果のマトリックスを含むフル・サイズの５１２×５１２バッファ９６に合成される。ソフトウェア９８は、一般のＴＭ技法に基づいているが、その技法は、異なるサイズのボリューム（フルおよびデシメートされた）、異なるサイズの３Ｄレンダリング・マトリックス（例えば、５１２×５１２および２５６×２５６）、および可変多角形ステップ・サイズ（例えば、１００％、または一実施形態で使用されるとおり、５０％）を扱うことによって、インタラクティブ・レンダリングおよびフル忠実度レンダリングの両方をサポートするように変更されている。
【００６４】
バッファ９６は、バッキング・ストア１００に記憶されているピクセルへの中間レンダリングまたは最終レンダリングを行うために、レンダリング・コンポーネント８６によって使用される。中間レンダリングは、ディスプレイに結合された５１２×５１２バッファである３Ｄビューポート１０２上で、完成した３次元レンダリングごとの複数のＤｒａｗ／ＣｏｐｙＰｉｘｅｌコールまたは２次元ＴＭコールとともに示される。注釈コンポーネント８８は、レンダリング上で注釈を与えることが望まれるときに使用される。中間レンダリングおよび／または最終レンダリングは、スクリーン・セーブまたはフィルムを使用して、注釈（用意されている場合）１０４とともにセーブされる。
【００６５】
また、画像ボリュームの、低減忠実度の迅速なレンダリングのために、２番目の対話パス１０６も設けられる。パス１０６は、レンダリング・パス９４が行うよりも迅速に、より低い忠実度で画像を生成する。ボクセル１０８のデシメートされたボリュームおよびノーマル１１０（ＶＲシェーディングに対する）のデシメートされたボリュームを含む、画像データ６４のデシメートされたボリュームが、画像ボリューム６２のボクセル・ボリューム９０およびノーマル・ボリューム９２をデシメートすることによって、視覚化サブシステム５２によって画像ボリューム６２から導出される。ボリューム１０８および１１０から形成される３次元テクスチャは、１００％ボクセル・サイズで多角形を使用して、バッファ９６に含まれる１／４サイズ（２５６×２５６）レンダリング・マトリックス１１２に入るようにスペーシングを行ってマップされる。（他の実施形態では、異なるサイズのレンダリング・マトリックス１１２が使用されるが、これは、フル忠実度レンダリング・パス９４のものよりも小さいものであり、したがって、バッファ９６の全体より小さい一部分１１２のみが使用される。）レンダリング・マトリックス１１２に記憶された中間レンダリングは、デシメートされた画像ボリューム６４の３Ｄボリューム・レンダリングを代表している。レンダリング・マトリックス１１２は、同一サイズの一時的バッファ１１４に再び読込まれ、例えば、ピクセル複写または双線補間を２次元ＴＭレンダリング（双線補間が使用された場合）とともに使用して、３Ｄビュー・ポートで表示するように、５１２×５１２にズーム・アップされる。これらのレンダリング上で注釈を与えることが望まれるとき、注釈コンポーネント８８が使用される。一実施形態では、デシメートされた画像ボリュームが、第１スペーシングでスペーシングされた多角形とともにサンプリングされて、低減忠実度画像が迅速に生成され、フル・サイズ（すなわち、デシメートされていない）画像ボリュームが、第２スペーシングでスペーシングされた多角形とともにサンプリングされる。第１スペーシングは、第２スペーシングよりも広くスペーシングされている。
【００６６】
図１４を参照すると、簡単なＶＲ曲線コントローラ１１６およびクリッピング・コントローラ１１８、１２０、１２２が、リアルタイム・フィードバックとともに用意されて、簡単な直観的ユーザ・インターフェースを生み出している。コントローラ１１６、１１８、１２０、１２２は、一実施形態では、視覚化サブシステム５２の表示スクリーン（図示せず）上で提供される仮想コントロールであり、マウスまたはキーボードを使用して操作される。ヒストグラム、しきい値、およびカット・ラインは回避され、これによって相互参照画像の複雑性を除去する。この結果、初期視覚化パラメータ事前設定に対する必要な調整が、ずっと迅速に行われて、ボリュームから関係のある情報が抽出される。インタラクティブ方式の低減忠実度レンダリング・パス１０６を通じて決定される少なくとも１つの視覚的パラメータの調整が、フル忠実度レンダリングに適用される望みの調整を選択する。一実施形態では、フル忠実度レンダリング・パスが、画像ボリューム９０のフル忠実度画像のレンダリングを行い、選択された調整がこのフル忠実度画像に適用されて、３Ｄビューポート１０２で表示される。このようにして、向上した生産性およびワークフローが、臨床環境で提供される。
【００６７】
本発明の一実施形態では、ＶＲ曲線調整のために「ワン・ノブ」単一コントロール１１６が使用される。コントローラの調整は、例えば、図１５および１６で示すとおり、曲線ポイントの水平または垂直並進、または図１７および１８に示すとおり、調整ポイント間の傾きの変化を生み出す。コントローラ１１６によって実行される特定のオペレーションおよび調整は、各実施形態でのＶＲ事前設定によって定義されるが、これらの詳細はどれもユーザに公開する必要はない。ＶＲ事前設定がラジオ同調器の事前設定キーに対応し、ワン・ノブＶＲ曲線コントローラが、ラジオ微調整同調器に類似するものとして、旧式ラジオ同調器に対する類比をすることが可能である。
【００６８】
図１５および１６で図示する例としての一実施形態では、ＶＲ曲線コントローラ１１６に対する調整が、いくらかの固定増分で、内部曲線ポイントの水平並進にマップされる。この実施形態では、ある範囲内の（または任意の指定された機能に従って）ボクセルに、これらのボクセルを強調し、他のボクセルの強調を抑える、またはそれらを隠すような方式で、不透明度が指定される。この範囲のロケーションは、ＶＲ曲線コントローラ１６に対して行われる調整によって異なる。こうした調整は、例えば、骨および他の組織の強調を抑えながら、血管を強調するのに使用することが可能である。
【００６９】
図１７および１８に示す、例としての別の実施形態では、ＶＲ曲線コントローラ１１６に対する調整が、上り傾斜の傾きでの変化にマップされて、実質上、３Ｄウインドウ平準化機能を与える。さらに別の実施形態では、ＶＲ曲線コントローラ１１６が、インタラクティブな方式で選択可能な複数の機能を有する。さらに、ＶＲ曲線コントローラを、ＧＵＩスライダとともに実装する必要はない。一実施形態では、これは３Ｄビューポート内のマウス・ドラッグによってコントロールされる。
【００７０】
したがって、一実施形態では、図１５および１６を参照すると、デシメートされた画像ボリュームが、インタラクティブな方式で再構成され、不透明度とボクセル値の間の関係は、事前設定レベルから調整されている。ＣＴ撮像システムでは、ボクセル値はハンスフィールド・ユニットに等しい。より詳細には、この実施形態では、不透明度とボクセル値の間の関係が、選択された範囲のボクセル値に対してより高い不透明度の値を指定する。したがって、不透明度とボクセル値の間の関係の調整は、ユーザ操作のコントロール１１６に応答して、より高い値の不透明度が指定されているボクセル値の範囲を変更することに関わる。したがって、この実施形態では、不透明度は、調整可能な視覚的パラメータである。同様に行わなければならない変更である、より低い不透明度の値が提供されるボクセル値の範囲を変更することも同等であると考えられる。図１５および１６を見よ。別の実施形態では、図１７および１８を参照すると、不透明度とボクセル値の間の関係が、ボクセル値の選択された範囲内でカット・オフの傾きを与え、不透明度とボクセル値の間の関係が、ユーザ操作のコントロール１１６に応答してカット・オフの傾きが与えられる不透明度の範囲を変更することによって形成される。
【００７１】
一実施形態では、再び図１４を参照すると、直観的スライダ・コントロール１１８、１２０、１２２がそれぞれ、右／左、前／後、上／下の各ボリューム・クリッピング平面ごとに設けられている。図１９を参照すると、これらのコントロールが、全体の画像ボリューム１２８を構成する画像１２６のスタック内にある関心対象のサブ・ボリュームまたはボリューム（ＶＯＩ）を決めるクリッピング平面１２４のロケーションを、インタラクティブな方式で調整している。したがって、関心対象のボリューム（ＶＯＩ）を決める一組のボリューム・クリッピング平面１２４が選択的に与えられる。このボリューム・クリッピング平面は、スライディング・コントロール１１８、１２０、１２２に従って選択されている。この実施形態では、ユーザ定義のＶＯＩは、調整可能な視覚的パラメータである。
【００７２】
一実施形態でＳＧＩワークステーションを使用するインタラクティブな「トゥイーキング（tweaking）」または関係データを抽出するための調整に必要とされるのは、診察当たり１分以下である。
【００７３】
ソフトウェア・オンリーのレイ・キャスティング手法を使用する実施形態では、インタラクティブ・ボリューム・レンダリングの速度を達成するのに同様の技法が使用される。この実施形態では、ボリュームは、かなり少なめにサンプリングされて、より小さなレンダリング・マトリックスにレンダリングされ、次にズーム・アップされる。ソフトウェア・オンリーのレイ・キャスティング手法を使用する他の実施形態では、「最近接近傍」サンプリング・スキームをインタラクティブ・レンダリングの間に使用して、フル忠実度レンダリングに固有の、三線補間の計算上コストを回避する。より小さな、デシメートされたバージョンの画像ボリュームもまた、いくつかの実施形態ではインタラクティブ・レンダリング・画像を達成するのに使用することができる。一実施形態では、マルチ処理コンピュータシステムの追加処理能力を生かすために、インタラクティブ・レンダリング処理とフル忠実度レンダリング処理のいずれか、またはその両方を多重スレッド化する。
【００７４】
したがって、本発明の実施形態が、画像データのボリュームをレンダリングするための既知のシステムが有する問題に対して、解決法を提供することが明らかとなる。本明細書に記載する本発明の実施形態は、例えば、比較的、安価なハードウェアを使用するインタラクティブ・ボリューム・レンダリングを提供する。本明細書に記載する実施形態のいくつかは、迅速な応答を有するインタラクティブ・コントロールを提供して、画像の分析に必要とされる時間を短縮する。いくつかの実施形態では、十分に迅速に応答されるので、実質的に即時の視覚的フィードバックを保ちながら、重要な情報のインタラクティブな強調を達成することができる。さらに、ユーザ・インターフェースで、かなりの複雑性を減少させることができ、ボリュームから関係のあるデータを迅速に抽出するための直観的な手法が提供される。画像ボリューム内のボクセル値、または画像ボリュームのレンダリング不透明度の現行の設定に関わらず、一定レベルのインタラクティブ・レンダリング・パフォーマンスを得ることができる。したがって、不透明度コントロールおよびクリッピング平面コントロールなどの、簡単なユーザ・インターフェース・コントロールを、スムーズで安定したフィードバックの速度とともに与えることができる。
【００７５】
本発明を様々な特定の実施形態との関係で説明してきたが、当技術分野の専門家には請求項の趣旨および範囲内で、変更を加えた本発明を実施できることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴ撮像システムの図である。
【図２】図１に示したシステムの概略ブロック図である。
【図３】本発明の一態様によるオペレータ・コンソールのブロック図である。
【図４】ボリューム・モデルの回転を表す図である。
【図５】本発明の一態様による視覚化サブシステムのブロック図である。
【図６】データの獲得されたボリュームの増分更新の再生を表す図である。
【図７】ビューイング・オプションの再生を表す図である。
【図８】動的データのレンダリングを表す図である。
【図９】データの増分更新を表す図である。
【図１０】動的データ・レンダリングのスライディング・ウィンドウを表す図である。
【図１１】階層データ構造を表す図である。
【図１２】混合データ・レンダリングを表す図である。
【図１３】データをレンダリングするための、低減忠実度インタラクティブ・パスを含む２つのデータ処理パスを表す図である。
【図１４】迅速なレンダリングの間に調整可能な画像・パラメータを制御して、望みの調整を選択し、かつその結果を３Ｄビューポート内で表示するために、本発明の一実施形態で使用する一群のスライディング・コントロールを表す図である。
【図１５】ＶＲ曲線の水平並進を表す図である。
【図１６】ＶＲ曲線の水平並進を表す図である。
【図１７】ＶＲ曲線の上り傾斜の傾きでの変化を表す図である。
【図１８】ＶＲ曲線の上り傾斜の傾きでの変化を表す図である。
【図１９】画像ボリューム全体の中でのクリッピング平面の位置によって定義される関心対象のボリュームを表す図である。
【符号の説明】
１０  コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像システム
１２  ガントリ
１４  Ｘ線源
１６  Ｘ線ビーム
１８  検出器のアレイ
２０  検出素子
２２  医療患者
２４  回転の中心
２６  制御メカニズム
２８  Ｘ線コントローラ
３０  ガントリ・モータ・コントローラ
３２  データ獲得システム（ＤＡＳ）
３４  画像再構成装置
３６  コンピュータ
３８  大容量記憶デバイス
４０  オペレータ・コンソール
４２  陰極線管ディスプレイ
４４  テーブル・モータ・コントローラ
４６  テーブル
９４  フル忠実度レンダリング
１０２  ３Ｄビューポート
１０６  インタラクティブ・レンダリング
１１６  ＶＲ曲線コントローラ
１１８  右／左ボリューム・クリッピング・コントローラ
１２０  前／後ボリューム・クリッピング・コントローラ
１２２  上／下ボリューム・クリッピング・コントローラ
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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