(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の内部容積域を非侵襲的に検査し、それを示す電子データビューを生成する患者検査装置と、
前記ビューを画像メモリ（２４）に記憶される容積画像表示に再構成する再構成プロセッサ（２２）と、
前記画像メモリ（２４）内の前記容積画像表示の選択容積域の表面を三角メッシュと置き換える三角表面プロセッサ（３８）と、
前記三角メッシュの各可視三角形の目視方向、照射方向および表面法線を比較して対応する画像値を生成する画像プロセッサ（８４）と、
前記画像値を人が読み取り可能な対応画像に変換する画像表示器（３４）とを有する医療診断撮像装置において、
予め選択された最小寸法よりも小さい寸法の前記三角メッシュの三角形を隣接の三角形に併合する頂点併合手段（４０）と、
予め選択された共平面許容範囲内の複数の三角形により共有される頂点を除去し、前記三角形の残りの周辺頂点により限定される多角形をより少ない数の三角形に再三角形化して、それにより前記三角メッシュの三角形の数を減少させる頂点除去プロセッサ（５０）とを有し、
前記頂点除去プロセッサ（５０）は、
角錐を限定する三角形群に共通の頂点を識別する手段と、
前記角錐の頂点の平均平面を決定する手段（５４）と、
前記角錐の各三角形の表面法線間の偏差を予め選択された最大偏差と比較する手段（５６）と、
前記平均平面と前記共通頂点間の距離を決定して前記角錐の高さを決定する手段（６６）と、
前記角錐の高さを予め選択された角錐の最大の高さと比較する手段（７０）とを更に有することを特徴とする医療診断撮像装置。
【請求項２】
さらに、表面法線の逸脱が予め選択された逸脱よりも小さく、高さが予め選択された角錐の最大の高さよりも低い角錐をそれぞれ限定する前記三角形群の前記共通頂点を除去する手段（７２）と、
前記周辺頂点を前記平均平面上に投影して平面多角形を限定する手段（７６）と、
前記平均平面上において前記多角形の三角形化を行う手段（７８）と、
前記平均平面上の再三角形化に基づいて、前記画像メモリ（２４）内の対応する前記周辺頂点を連結する手段（８０）とを含む請求項１記載の医療診断撮像装置。
【請求項３】
メモリ（２４）内に記憶された容積画像表示の表面が三角メッシュと置き換えられ、
前記メッシュの各可視三角形の目視方向、照射方向および表面法線の比較により対応する画像値が生成され、
前記画像値は人が読み取り可能な画像に変換される撮像方法において、
予め選択された最小寸法よりも小さい寸法をもつ前記三角メッシュの三角形は隣接の三角形に併合され、
共平面の予め選択された許容範囲内の複数の三角形により共有される頂点は除去され、
前記三角形の残りの周辺頂点により限定される多角形はより少ない数の三角形に再三角形化され、
前記頂点除去工程の前に、
角錐を限定する三角形群に共通の頂点が識別され、前記三角形群の平均平面が決定され、
前記角錐の各三角形の表面法線間の偏差が比較され、
前記平均平面と前記共通頂点間の距離が決定されることにより前記角錐の高さが決定され、
前記角錐の高さが予め選択された角錐の最大の高さと比較されることを特徴とする医療診断撮像方法。
【請求項４】
前記容積画像表示は、患者の内部容積域を非侵襲的に検査して生成される電気データビューを再構成することにより得られる請求項３記載の医療診断撮像方法。
【請求項５】
前記再三角形化工程は、
前記周辺頂点を前記平均平面上に投影して前記平均平面上に平面多角形を限定し、
前記平均平面上において前記多角形の三角形化を行い、
前記平均平面上の再三角形化に基づいて、前記平均平面上に投影された前記周辺頂点を連結する手段することを含む請求項３記載の医療診断撮像方法。
【請求項６】
前記併合工程は、
前記メッシュの前記三角形の各隣接頂点対間の距離を予め選択された最小距離と比較し、
前記最小距離よりも短い距離で分割された前記隣接頂点間の中央位置を計算し、
前記中央位置に新しい頂点を配置し、
前記頂点対を除去することを含む請求項３から５のいずれかに記載の医療診断撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療診断撮像装置および方法に関する。医療診断撮像に適し、３次元表面再現を提供する撮像装置および方法の特殊応用であり、詳細な例を用いて説明する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでの３次元表面再現は、一般に関心表面上に固定された三角メッシュを用いて提供されてきた。すなわち、コンピュータ生成による３次元画像表示の関心表面が選択されるのである。例えば、核装置、ＣＴスキャナ、または他の診断撮像装置を使用して、患者の肝臓を取り巻く胴の一部の３次元画像表示を生成する。画像内の各画素値のグレースケールまたはＣＴ番号と、肝臓の特徴的なグレースケールまたはＣＴ番号とを比較する等の従来技術を用いると、肝臓および肝臓の表面を識別することができる。肝臓の表面組織は全て実質的に同じグレースケールまたはＣＴ番号を有するため、肝臓の透視図が再形成されてビデオモニタ上に表示された場合、結果表示はシルエットとして表れる。表面のテクスチャ情報は実質的に伝達されない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
外形情報を伝達するため、目視方向より見える肝臓の表面または他の構造の上には三角メッシュが固定される。すなわち、肝臓の表面または他の関心対象には、表面テクスチャの許容範囲内で同形サイズの三角メッシュが接近する。一般的な５１２×５１２の医療診断画像では、関心表面上に２０，０００から５０，０００個の三角形を見つけることが予想される。表面法線は、メッシュの各三角形上の重心または他の特徴的な位置から投影される。ベクトル表面法線は、照射方向ベクトルおよび目視方向ベクトルとそれぞれ比較される。ベクトル比較に基づき、グレースケール（または色または色相）が各三角形に対して選択される。一般にグレースケールは、目視方向から目視されたとき、および照射方向から照射されたときに、選択された構成の対象が表面上の対応点にもつ照明状態および陰影状態に近づくために選択される。
【０００４】
ディスプレイには、表面以外のものも表示される。特に、通常では医療診断画像上にカット平面を限定し、対象の部分を除去してカット平面の一方に移すことができる。肝臓または他の関心対象の内部に対応する画像部分は、スライスにより遮断される肝臓または他の構造の各内部画素のＣＴ番号または画素値に対応する適切なグレースケールまたは色で表示される。残りの表面部は、３次元表面再現により表示が継続される。
【０００５】
一般に、操作者は表示対象を回転させることができる。対象が増分距離ほど回転する度に、表面法線は再度計算し直されて照明方向ベクトルおよび目視方向ベクトルと比較され、その比較結果に基づいて各三角形にグレースケール値が再指定される。グレースケールを再指定するのに必要な多くの計算は、通常対象の回転率に対して遅い。すなわち、操作者は新しいグレースケールが計算されるよりも速く対象を回転させ、それにより対象は滑らかではなくジャンプしながら回転することになる。例えば、グレースケール値を再計算するのに要する時間内に対象が約５°回転すると、対象は５°の段階で回転することになる。
【０００６】
Schroeder他による「三角メッシュの除去」、^Decimation of Triangle Mesh es,"のコンピュータグラフィック、Computer Graphics, Vol. 26, No.22, pp.65-70,1992.7. には、物理的な対象または抽象的な対象を形成するのに必要な三角形の数を減少させるアルゴリズムについて説明している。Schroederの技術によ ると、存在する三角メッシュ上に局地幾何学および位相幾何学を用いて多数のパスを形成することにより、距離規準または角度規準をパスする頂点が除去される。頂点の除去により空いた穴は、局地三角処理を用いて塞がれる。Schroeder技 術の１つの欠点は、相対的に遅いことである。この技術を動作するには、分単位の時間が要求される。通常、放射線学者はＣＴ、核カメラおよび磁気共鳴画像は実質的にリアルタイムであるものとし、分単位での待機を受容しない。
【０００７】
本発明は、上記問題を克服する医療診断撮像装置および方法を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様によれば、容積画像表示を記憶するメモリと、前記画像メモリ内の前記容積画像表示の選択容積域の表面を三角メッシュと置き換える三角表面プロセッサと、前記三角メッシュの各可視三角形の目視方向、照射方向および表面法線を比較して対応する画像値を生成する画像プロセッサと、前記画像値を人が読み取り可能な対応画像に変換する画像表示器とを有する撮像装置において、予め選択された最小寸法よりも小さい寸法の前記三角メッシュの三角形を隣接の三角形に併合する頂点併合手段と、予め選択された共平面許容範囲内の複数の三角形により共有される頂点を除去し、前記三角形の残りの頂点により限定される多角形をより少ない数の三角形に再三角形化する頂点除去手段とを特徴とする医療診断撮像装置が提供される。
【０００９】
本発明の第２の態様によれば、患者の内部容積域を非侵襲的に検査し、それを示す電子データビューを生成する患者検査装置と、前記ビューを画像メモリに記憶される容積画像表示に再構成する再構成プロセッサと、前記画像メモリ内の前記容積画像表示の選択容積域の表面を三角メッシュと置き換える三角表面プロセッサと、前記三角メッシュの各可視三角形の目視方向、照射方向および表面法線を比較して対応する画像値を生成する画像プロセッサと、前記画像値を人が読み取り可能な対応画像に変換する画像表示器とを有する医療診断撮像装置において、予め選択された最小寸法よりも小さい寸法の前記三角メッシュの三角形を隣接の三角形に併合する頂点併合手段と、予め選択された共平面許容範囲内の複数の三角形により共有される頂点を除去し、前記三角形の残りの頂点により限定される多角形をより少ない数の三角形に再三角形化して、それにより前記三角メッシュの三角形の数を減少させる頂点除去手段とを特徴とする医療診断撮像装置が提供される。
【００１０】
本発明の第３の態様によれば、メモリ内に記憶された容積画像表示の表面が三角メッシュと置き換えられ、前記メッシュの各可視三角形の目視方向、照射方向および表面法線の比較により対応する画像値が生成され、前記画像値は人が読み取り可能な画像に変換される撮像方法において、予め選択された最小寸法よりも小さい寸法をもつ前記三角メッシュの三角形は隣接の三角形に併合され、共平面の予め選択された許容範囲内の複数の三角形により共有される頂点は除去され、前記三角形の残りの周辺頂点により限定される多角形はより少ない数の三角形に再三角形化されることを特徴とする医療診断撮像方法が提供される。
【００１１】
【実施例】
次に、医療診断撮像装置としての撮像装置およびその操作方法について、添付図面を参照しながら実施例に基づいて説明する。
【００１２】
図１において、装置は、検査領域１２内に位置づけられた被験者の非侵襲的検査を行うために配置された核カメラ、ＣＴスキャナ、磁気共鳴撮像器等の医療診断撮像器１０を含む。核カメラの実施例では、１つ以上の検出器ヘッド１４が、放射線源１６からの伝送放射線と共に放射性同位核から放出されて被験者の体内に注入された放射線を検知する。各検出器ヘッド１４は、軸方向および円周方向の両方に延びたシンチレーション結晶（図示せず）を有する。光電子増倍管（図示せず）は、シンチレーション結晶上の放射事象をモニタし、各放射事象が線に沿って受信される放射線を表す電気信号、および各放射事象のエネルギーを生成する。このエネルギーは、放出放射線と伝送放射線や、２つの異なる放射性同位核等を区別するために使用することができる。各検出器ヘッド１４は、ヘッドが回転するに従いそこからの出力データが３次元容積を表すような２次元放射線受信域を有し、これは例えば、検出器ヘッドが回転する軸を横切る複数の平行スライス等である。核カメラの代わりに、容積域を示すデータを生成する磁気共鳴撮像器、ＣＴスキャナ、スパイラル軌道ＣＴスキャナ等の他の診断撮像器を使用することも可能である。
【００１３】
診断撮像器１０からのデータ線またはデータビューは、データバッファ２０に記憶される。再構成プロセッサ２２は、データを容積画像表示に再構成する。図示したＳＰＥＣＴ核カメラの場合は、プロセッサ２２内でフィルタバックプロジェクタがデータバッファ２０からの各データ線を逆投影してフィルタをかけ、容積画像メモリ２４を形成する。従来技術として知られるように、他の撮像様相から診断データを再構成する技術を利用することもできる。
【００１４】
好ましい実施例における容積画像データは医療診断画像データだが、本発明は他のソースからの容積データにも適用可能であることを認識されたい。他のソースには、ＣＡＤ−ＣＡＭ装置からのモデル、サテライト監視またはアンテナ監視からの地形データ、および３次元対象またはその表面を電子画像表示に変換する技術が含まれる。
【００１５】
操作者が操作者端末３２で制御する副領域選択プロセッサ３０は、表示用に３次元診断画像の副領域を選択する。例えば、医療診断撮像において、通常組織の各タイプは共通な値（ＣＴ番号、グレースケール、係数密度等）をもつ。組織の容積域全体を特徴的な値で検査することにより、関心対象の副領域が識別される。より正確な表示を行うためには、関心対象の副領域を「増大させる」ことが一般的である。すなわち、特徴的な値の画素または画素群が操作者のレビュー用にビデオモニタ３４に表示される。操作者は、容積内の関心対象の器官位置を指摘する。その後、副領域選択プロセッサは、操作者の選択した座標に隣接する特徴値の画素を検討し、選択座標から隣接画素の領域を外に向かって増大させる。同値の不連続画素は、雑音を取り除くために廃棄される。
【００１６】
説明の便宜上、選択された副領域は選択副領域メモリ３６に転送されたかたちで図示する。選択副領域メモリ３６では、関心容積対象の画素は共通値が与えられ、残りの画素には空中を示す値または計算するにあたり容易に確認できて明白な別の値が与えられる。選択副領域メモリは別のメモリとして示されてはいるが、多くの応用において容積画像メモリ２４内に内蔵されることを認識されたい。
【００１７】
三角表面プロセッサ３８は、選択された副領域の表面を固定三角メッシュとして再限定する。すなわち、三角形で表面に接近するのである。三角メッシュが外形をつけた表面に適合されると、三角形のいくつかが圧縮されて薄く延ばされた三角形を形成する。いくつかの三角形は縮退する。すなわち、薄すぎるために零領域をもつのである。頂点併合プロセッサまたは多目的プロセッサ４０内のプログラムは、三角メッシュ表面の三角形に対して頂点併合工程を実行する。頂点併合工程では、そのような縮退および実質的に縮退した三角形が排除される。より明確に言えば、頂点併合プロセッサ４０はそれぞれ隣接する頂点間の距離を計算するルーチン４２を実行する。比較器または比較工程４４は、頂点間の距離を予め選択された標準と比較する。隣接頂点対の距離が標準よりも小さいときはいつも、ルーチンまたは工程４６により、隣接頂点対が中間位置、好ましくは中央位置において単頂点と置き換えられる。この方法では、標準と比べて特に薄い三角形は除去され、その領域は２つの隣接する三角形間で分割される。
【００１８】
頂点除去プロセッサ５０は、一般に共平面の複数の三角形に共通な頂点を識別し、その共通頂点を除去し、残りの多角形をより少ない数の三角形に再形成する。より明確に言えば、ルーチンまたは工程５２は角錐を限定する三角形、すなわち、Ｖcに密着した各角がちょうど２つの三角形間の境界を形成するような共通 頂点Ｖcをもつ三角形のサイクルを識別する。そのような三角形のサイクルの上 面図を図２に示す。ルーチンまたは工程５４は、三角形サイクルの平均平面を計算する。図３に示すように、周辺頂点Ｖpは通常互いに共平面ではない。全ての 三角形の平均平面または近接平面である平面Ｐavgが計算される。ルーチンまた は工程５６は、角錐の平坦さを計算する。より明確に言えば、ルーチン５６は、サイクルの各三角形表面法線Ｎを計算するルーチン５８を含む。加重平均表面決定ルーチンまたは工程６０は、対応する三角形の領域で各法線を加重し、加重平均法線Ｎavgを決定する。点乗積ルーチンまたは工程６２は、各法線と加重平均 法線間の相違を決定する。比較ルーチンまたは工程６４は、加重平均法線からの法線の偏差を標準と比較して、法線が全て予め選択された平行範囲内にあるかどうか決定する。
【００１９】
法線が十分に共平面となっていなかったり平行に近くない場合、その角錐は受容され、さらに調整されることはない。法線が十分平行に近い場合は、ルーチンまたは工程６６がその角錐の高さを計算する。すなわち、平均平面Ｐavgから中 央頂点Ｖcまでの距離が決定される。
【００２０】
比較ルーチンまたは工程７０は、角錐の高さを予め選択された高さと比較する。角錐が予め選択された高さよりも高い場合はそのまま受容され、除去される頂点はない。角錐が予め選択された高さよりも低い場合は、ルーチンまたは工程７２が中央頂点Ｖcを除去する。図４を参照。再三角形化ルーチンまたは工程７４ は、周辺頂点Ｖpにより限定された多角形の再三角形化を行う。図５を参照。図 ３と図５を比較すると、５つの周辺頂点をもつ多角形で、三角形の数が５個から３個に減少していることが分かる。この処理では、三角形の数はいつも２つ減少する。
【００２１】
好ましい実施例をより明確にすると、再三角形化ルーチン７４は、周辺頂点Ｖpを平均平面Ｐavgに投影するルーチンまたは工程７６を含む。ルーチンまたは  工程７８は、従来的なドローネ三角アルゴリズムを使用して共平面頂点の再三角形化を行う。ドローネ三角アルゴリズムが好ましいのは、最大角を最小化して鈍角と細長い三角形を避けることにより、長い銀色三角形が避けられることである。共平面に投影された周辺頂点でドローネ三角アルゴリズムにより一度連結が決定されると、工程またはルーチン８０により原始グリッド上、すなわち実位置における周辺頂点間で連結が決定７８される。
【００２２】
頂点除去処理は、少なくとも１回は繰り返されることが好ましい。頂点除去処理は、十分な数の頂点除去に失敗するまで反復的に繰り返してもよい。この方法では、メモリ３６内の表面はより少ない数の三角形をもつように再三角形化される。
【００２３】
再三角形化された表面は、別のメモリ８２に移してメモリを解放３６し、別の表面の三角形化を行うことができる。画像プロセッサ８４は、ワークステーション３２を通して操作者により制御され、目視方向が選択される。その後、画像プロセッサ８４は目視方向より見える三角形を識別する。さらに画像プロセッサ８４は、照射方向および各可視三角形に対するベクトル法線を限定する。それから画像プロセッサ８４は、技術において従来的であるように、表面法線、目視方向および照射方向の各方向に基づいて各三角領域に対してグレースケール値を計算、好ましくは参照用テーブルから引き出す。操作者が目視方向を回転させる度ごとに、可視三角形それぞれの表面法線、目視方向および照射方向間の相違が再計算される。三角形の数が本技術によりしばしば半分または２／３も減少した場合、計算時間も同様に半分または２／３減少する。その結果、ビデオモニタ３４上の画像表示は、視聴者に対してスムーズに回転する。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ビデオモニタに表示される画像が視聴者に対してスムーズに回転される医療診断撮像装置および方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本装置の概略図である。
【図２】共通の頂点をもつ複数の三角形の上面図で、本装置の特徴を示している。
【図３】図２の三角形の側面図である。
【図４】図２の共通頂点の除去により形成された多角形を示す図である。
【図５】図４の多角形の再三角形化の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０  医療診断撮像器
１２  検査領域
１４  検出器ヘッド
１６  放射線源
２０  データバッファ
２２  再構成プロセッサ
２４  容積画像メモリ
３０  副領域選択プロセッサ
３２  操作者端末
３６  選択副領域メモリ
３８  三角表面プロセッサ
４０  多目的プロセッサ
４２  頂点併合プロセッサ
４４  比較器
４６  頂点置き換え工程
５０  頂点除去プロセッサ
５２  角錐識別工程
５４  平均平面計算工程
５６  角錐計算工程
５８  表面法線計算工程
６０  加重平均法線決定工程
６２  点乗積工程
６４  比較工程
７０  比較工程
７２  中央頂点除去工程
７４  再三角形化工程
７６  頂点投影工程
７８  再三角形化工程
８０  原始グリッド連結工程
８２  簡易容積メモリ
８４  画像プロセッサ
【図１】
0003806457.tif 000002
【図２】
0003806457.tif 000003
【図３】
0003806457.tif 000004
【図４】
0003806457.tif 000005
【図５】
0003806457.tif 000006