JP3948280B2 - 三次元画像表示装置および断層撮影装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数枚の断層画像からなる三次元立体画像のうちの観察対象内の任意の視点から外側に向かって見た三次元的な画像である擬似三次元画像、つまり、観察対象の内部を内視鏡で見たような画像（以下、適宜に「内視鏡的画像」と呼ぶ）を生成して表示する三次元画像表示装置および断層撮影装置に係り、特に、観察対象を高精度に抽出するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
医用分野においては、例えば、被検体のＸ線ＣＴ画像を取得するＸ線ＣＴ装置や、被検体のＭＲＩ（磁気共鳴画像）を取得するＭＲＩ装置や、被検体の超音波断層画像を取得する超音波断層画像装置など、種々の断層撮影装置が用いられている。これらの断層撮影装置には、例えば、後述するような擬似三次元画像（三次元的に見せた画像）を生成して表示するための三次元画像表示装置が備えられている。三次元画像表示装置は、断層撮影で得られた被検体の関心部位についての複数枚の断層画像からなる三次元立体画像のうちの所望の観察対象を抽出するように、この三次元立体画像の全体に対して単一の値のしきい値を設定し、このしきい値を用いて２値化処理することで観察対象を抽出した三次元立体画像を生成する。そして、この三次元画像表示装置は、観察対象を抽出した２値化処理後の三次元立体画像を任意の視点から見た擬似三次元画像（三次元的に見せた画像）を、次に説明する投影法を用いて生成して、モニタなどに表示している。
【０００３】
上述の２値化処理後の三次元立体画像から擬似三次元画像を得る方法としては、視点と投影面とを与え、視点と投影面との間に存在する三次元原画像（複数枚の断層画像からなる）を、その投影面に視点から見たように投影する２種類の投影法（平行投影法と中心投影法）がある。平行投影法は、三次元立体画像のうちの観察対象（例えば臓器など）を、その外側から見た擬似三次元画像（以下、適宜に「外観的画像」と呼ぶ）として構成することに優れたものである。中心投影法は、特開平７−２１０７０４号公報に記載されているように、三次元立体画像のうちの観察対象（例えば血管や器官など）内の任意の視点から外側に向かって見た三次元的な画像である擬似三次元画像、つまり、観察対象の内部を内視鏡で見たような画像（内視鏡的画像）として構成することに優れたものである。近年では、この外観的画像の取得以外に、観察対象の内側から見た内視鏡的画像を得たいという必要性が高まってきており、平行投影法は外観的画像を生成するためのものであることから、上述の内視鏡的画像の生成の際には中心投影法が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構成を有する従来例装置の場合には、次のような問題がある。すなわち、観察対象（例えば血管や器官など）の内部を内視鏡で見たような画像である内視鏡的画像を得るためには、複数枚の断層画像からなる三次元立体画像のうちの観察対象を抽出するために、この三次元立体画像全体に対して単一の値のしきい値を設定して２値化処理し、２値化処理後の断層画像を投影面に投影することになるが、例えば血管を観察する場合には、造影剤の流入の程度により血管の壁面付近での画素値が必ずしも一定値ではない、つまり、血管壁面の画素値が周方向にばらついていたり、血管壁面の画素値が血管経路に沿ってばらついていたりなどすることから、正確な血管の壁面抽出が困難であり、観察対象を高精度に抽出することができないという問題がある。上述したように、三次元立体画像内の観察対象（例えば臓器など）を、その外側から見た擬似三次元画像（外観的画像）を生成する場合には、観察対象を外観視するという観点から観察対象の壁面抽出の正確さはさほど問題にはならないが、三次元立体画像内の観察対象（例えば血管や器官など）を、その内側から見た擬似三次元画像（内視鏡的画像）を生成する場合には、観察対象の壁面が正確に抽出されていないことが致命的な問題となる。
【０００５】
また、ＭＲＩ（磁気共鳴画像）のように検査法や個人（被検体）により画素値が大きく変わるような場合には、適切なしきい値を設定することがさらに困難であり、観察対象を高精度に抽出することができないという問題がある。
【０００６】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、観察対象を高精度に抽出することができる三次元画像表示装置および断層撮影装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の三次元画像表示装置は、（ａ）被検体を断層撮影して得られた複数枚の断層画像からなる三次元立体画像のうちの所望の観察対象の内部でこの観察対象の経路に沿って複数個の検出点を設定する検出点設定手段と、（ｂ）前記検出点設定手段で設定された検出点毎に設定される、検出点を含む検出面毎に画素値の平滑化処理を施し、この平滑化処理後の検出面内で検出点から外側に向かう直線検出経路上での画素値の微分係数を算出していきこの微分係数の極点を示す候補点での画素値を、観察対象の壁面抽出のためのしきい値としてそれぞれ算出し、平滑化処理前の元の検出面毎に、それに対応するしきい値でもって二値化して観察対象の壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成する抽出手段と、（ｃ）観察経路上の任意の点である視点から投影面までの間に位置する、前記抽出手段で生成した壁面抽出後の断層画像を、視点から投影面に投影して、その視点から見た三次元的な画像である擬似三次元画像を作成する画像作成手段と、（ｄ）前記画像作成手段で作成された擬似三次元画像を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
（作用・効果）請求項１に記載の三次元画像表示装置によれば、観察対象の内部でこの観察対象の経路に沿って設定される複数個の検出点毎に検出面を設定し、検出面毎に画素値の平滑化処理を施し、この平滑化処理後の検出面における直線検出経路上での画素値の変化を検出して、検出面毎に観察対象の壁面を抽出するためのしきい値を算出しているので、画素値の変化を検出する際の細かいノイズ成分を除去でき、観察対象の壁面上の点を候補点として正確に選ぶことができ、観察対象の壁面抽出のためのしきい値をより正確に算出することができ、観察対象の壁面を正確に抽出することができ、観察対象を高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。さらに、平滑化処理前の元の検出面毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象の壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成するので、平滑化処理後の検出面から観察対象の壁面を抽出した断層画像を生成する訳ではないので、擬似三次元画像の画質を低下させることもない。
【０００９】
また、請求項２に記載の三次元画像表示装置は、請求項１に記載の三次元画像表示装置において、前記抽出手段は、前記検出面を、検出点を含みかつ観察経路に垂直な検出面とすることを特徴とする。
【００１０】
（作用・効果）請求項２に記載の三次元画像表示装置によれば、検出点を含みかつ観察経路に垂直な検出面内でこの検出点から外側に向かう直線検出経路上での画素値の変化を検出しているので、観察対象の壁面抽出のためのしきい値をより正確に算出することができ、観察対象をさらに高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。
【００１１】
また、請求項３に記載の三次元画像表示装置は、請求項１または請求項２に記載の三次元画像表示装置において、前記抽出手段は、前記平滑化処理後の検出面毎に、この検出面内で検出点から放射状に延びる複数本の直線検出経路上での画素値の微分係数を算出していきこの各直線検出経路上での微分係数の極点を示す各候補点での画素値の平均値を、観察対象の壁面抽出のためのしきい値としてそれぞれ算出することを特徴とする。
【００１２】
（作用・効果）請求項３に記載の三次元画像表示装置によれば、平滑化処理後の検出面毎に、この検出面内で検出点から放射状に延びる複数本の直線検出経路上での画素値の微分係数を算出していきこの各直線検出経路上での微分係数の極点を示す各候補点での画素値の平均値を、観察対象の壁面抽出のためのしきい値としてそれぞれ算出するので、観察対象の壁面抽出のためのしきい値をより正確に算出することができ、観察対象をさらに高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。
【００１３】
また、請求項４に記載の三次元画像表示装置は、請求項１または請求項２に記載の三次元画像表示装置において、前記抽出手段は、前記平滑化処理後の検出面毎に、この検出面内で検出点から放射状に延びる複数本の直線検出経路上での画素値の微分係数を算出していきこの各直線検出経路上での微分係数の極点を示す各候補点での画素値の中央値を、観察対象の壁面抽出のためのしきい値としてそれぞれ算出することを特徴とする。
【００１４】
（作用・効果）請求項４に記載の三次元画像表示装置によれば、平滑化処理後の検出面毎に、この検出面内で検出点から放射状に延びる複数本の直線検出経路上での画素値の微分係数を算出していきこの各直線検出経路上での微分係数の極点を示す各候補点での画素値の中央値を、観察対象の壁面抽出のためのしきい値としてそれぞれ算出するので、観察対象の壁面抽出のためのしきい値をより正確に算出することができ、観察対象をさらに高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の断層撮影装置は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の三次元画像表示装置を備えたことを特徴とする。
【００１６】
（作用・効果）請求項５に記載の断層撮影装置によれば、観察対象の壁面を正確に抽出することができ、観察対象を高精度に抽出した擬似三次元画像を取得できる断層撮影装置を得ることができる。
【００１７】
なお、本明細書は、次のような三次元画像処理方法に係る発明も開示している。
【００１８】
（１）（Ａ）複数枚の断層画像からなる三次元立体画像のうちの観察対象の内部でこの観察対象の経路に沿って複数個の検出点を設定する検出点設定過程と、（Ｂ）検出点毎に設定される検出面毎に、検出面内で検出点から外側に向かう直線検出経路上での画素値の変化を検出して観察対象の壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出し、検出面毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象の壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成する抽出過程と、（Ｃ）観察経路上の任意の点である視点から投影面までの間に位置する、前記抽出過程で生成した壁面抽出後の断層画像を投影面に投影して、その視点から見た三次元的な画像である擬似三次元画像を作成する画像作成過程とを備えたことを特徴とする三次元画像処理方法。
【００１９】
（作用・効果）上記発明によれば、観察対象の内部でこの観察対象の経路に沿って設定される複数個の検出点毎に検出面を設定し、検出面毎に、観察対象の壁面を抽出するためのしきい値を算出して設定していくことができる、つまり、観察対象の経路に沿ってしきい値を算出して設定していくことができるので、観察対象の壁面を正確に抽出することができ、観察対象を高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。
【００２０】
（２）前記（１）に記載の三次元画像処理方法において、（Ｄ）前記画像作成過程で作成された擬似三次元画像を表示する表示過程を備えていることを特徴とする三次元画像処理方法。
【００２１】
（作用・効果）上記発明によれば、観察対象を高精度に抽出した擬似三次元画像を表示することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
続いて、この発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の断層撮影装置の一実施例であるマルチスライスタイプのＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は実施例のＸ線ＣＴ装置の撮像系の概略構成を示す模式図であり、図３はＸ線検出器におけるＸ線検出素子の配列状態を示す平面図である。
【００２３】
この実施例のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線ファンビームＦＢ（以下、適宜にＸ線ビームＦＢと略称する。）を被検体Ｍに照射するＸ線源としてのＸ線管１と、多数のＸ線検出素子２ａがＸ線ビームＦＢの広がり方向（横への広がり）にライン状に配列されているとともにＸ線ビームＦＢの照射に伴ってＸ線検出データを各Ｘ線検出素子２ａ毎に出力する多チャンネル型のＸ線検出器２とが被検体Ｍを挟んで対向配置されているＸ線撮像機構３と、Ｘ線管１及びＸ線検出器２を対向配置状態を維持したまま被検体Ｍの体軸Ｚ周りに回転させるためにガントリＧに配設された撮像機構回転駆動部４と、被検体Ｍを載置したまま被検体Ｍの体軸Ｚの方向（紙面と垂直な方向）に往復移動してガントリＧ内を出入りする天板５となどを備えている。
【００２４】
このＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線ＣＴ撮影が実行される場合、被検体Ｍを載置した天板５を被検体Ｍの体軸Ｚの方向（紙面と垂直な方向）に移動させて、Ｘ線管１及びＸ線検出器２を被検体Ｍの体軸Ｚ周りに回転させながら、Ｘ線管１からＸ線ビームＦＢが被検体Ｍに照射されるのに伴ってＸ線検出器２から出力されるＸ線検出データ（Ｘ線検出信号）に基づいて、適切な画像再構成処理が行われて、被検体Ｍの体軸Ｚに直交する体軸断層画像（Ｘ線ＣＴ画像）が最終的に作成されるよう構成されている。以下、実施例のＸ線ＣＴ装置の各部構成を具体的に説明する。
【００２５】
Ｘ線撮像機構３は、図１に示すように、ガントリＧの内部でＸ線管１の前方の位置にＸ線管１から出射されるＸ線ビームを整形するためのコリメータ１ａを備えている。このコリメータ１ａによってＸ線管１から出射されるＸ線ビームがファン（扇状）の形に整えられる構成となっている。
【００２６】
さらに、このＸ線ＣＴ装置は、マルチスライスタイプであるので、Ｘ線検出器２は、Ｘ線ビームＦＢの広がり方向に沿ってライン状に配列されているＸ線検出素子２ａからなるＸ線検出素子配列ライン２Ａ（素子列）は１列ではなく、図２及び図３に示すように、複数列（この実施例では、例えば４列）のＸ線検出素子配列ライン２Ａが被検体Ｍの体軸Ｚの方向に隣接して続くようにして配設されていて、一度（１スキャン）に４スライス面のＸ線検出データが得られる、つまり、４スライス面画像（４枚の体軸断層画像）が得られることから、実施例のＸ線ＣＴ装置は、広い撮影範囲の撮影に適する装置となっている。なお、各Ｘ線検出素子配列ライン２Ａにおけるチャンネル数（Ｘ線検出素子２ａの数）は、通常、約１０００前後であり、この実施例の場合は例えば１０００チャンネルとする。
【００２７】
撮像機構回転駆動部４は、図１に示すように、モータ６の回転力がプーリ７及びベルト８を介して回転リング９に伝達されるのに伴ってこの回転リング９を回転させるように構成されている。Ｘ線撮像機構３のＸ線管１及びＸ線検出器２は回転リング９に固定されており、モータ６の正転又は逆転により回転リング９が連動して回転するのに従い、Ｘ線管１とＸ線検出器２が被検体Ｍの体軸Ｚ周りに回転する。なお、この撮像機構回転駆動部４は、撮像機構制御部１０からのコントロールにより必要な回転駆動動作を実行する構成となっている。
【００２８】
また、照射制御部１１は、主制御部１６からの設定照射条件に従って、高電圧発生部１１ａのＸ線管１への管電圧・管電流等を制御する。Ｘ線管１からのＸ線ビームＦＢの照射に伴ってＸ線検出器２から出力されるＸ線検出データは、データ収集部（ＤＡＳ）１３により収集されてディジタル変換された上で後段へ出力される。
【００２９】
さらに、天板５は、天板駆動部１２のコントロールにより被検体Ｍの体軸Ｚの方向に往復移動させられるように構成されている。したがって、天板５と天板駆動部１２とにより、被検体Ｍに対しＸ線管１およびＸ線検出器２を被検体Ｍの体軸Ｚの方向に沿って相対的に移動させる位置移動手段が構成されていることになる。なお、撮像機構制御部１０や照射制御部１１あるいは天板駆動部１２のコントロールは、操作卓やマウスなどの入力用機器１４等からの入力操作や撮影進行状況に応じて主制御部１６から適時に送出される指令信号などに従って実行される構成になっている。
【００３０】
一方、実施例のＸ線ＣＴ装置は、データ収集部１３の後段において、Ｘ線検出器２から出力されるディジタル信号のＸ線検出データに対してＸ線検出素子２ａ間の感度バラツキ等による誤差を補正するデータ前処理部１５ａと、このデータ前処理部１５ａによる前処理済のＸ線検出データに基づき画像再構成処理を行う再構成処理部１５と、最終的に得られる体軸断層画像（Ｘ線ＣＴ画像）を記憶するＣＴ画像メモリ１７を備えている。またこの他に、Ｘ線ＣＴ装置は、入力用機器１４等からの入力操作や主制御部１６の指令等に従ってＸ線ＣＴ画像などを表示する表示用モニタ１８も備えていている。また、このＸ線ＣＴ装置に、Ｘ線ＣＴ画像をフィルムなどに印刷して出力する画像焼付け器等を備えるようにしてもよい。
【００３１】
再構成処理部１５は、データ前処理部１５ａから出力される前処理済のＸ線検出データを処理に必要な期間格納しておく検出データメモリ２０と、この検出データメモリ２０から出力される前処理済のＸ線検出データ、つまり、走査各位置で得られたＸ線検出器２のＸ線検出データを、画像再構成処理して、被検体Ｍの体軸Ｚに直交する体軸断層画像（「アキシャル面像」とも呼ばれる。）を生成する画像再構成部２１とを備えている。つまり、再構成処理部１５では、１スキャン分のＸ線検出器２のＸ線検出データを画像再構成処理して、４枚の体軸断層画像が得られる。なお、主制御部１６は、オペレータによる入力用機器１４からの各指示などに従って、複数枚の体軸断層画像を積み上げて構成される三次元立体画像や、複数枚の体軸断層画像のうちで指示された所定の１枚の体軸断層画像など、各種の画像を表示用モニタ１８に出力させる。
【００３２】
さらに、この実施例装置は、図１に示すように、ＣＴ画像メモリ１７の後段において、再構成処理部１５で生成された被検体Ｍの複数枚の体軸断層画像からなる三次元立体画像のうちの所望の観察対象（例えば、血管や器官など）内の任意の視点から外側に向かって見た三次元的な画像である擬似三次元画像、つまり、観察対象の内部を内視鏡で見たような画像（内視鏡的画像）を生成して表示するための三次元画像表示装置２２を備えている。
【００３３】
三次元画像表示装置２２は、後述するように、検出点設定部２３と抽出部２４と画像作成部２５と表示用モニタ１８とを備えている。
【００３４】
検出点設定部２３は、図４（ａ）に示すように、被検体Ｍを断層撮影して得られた複数枚の体軸断層画像Ａからなる三次元立体画像Ｒに対して、図４（ａ），（ｂ）に示すように、三次元立体画像Ｒのうちの所望の観察対象Ｋの内部でこの観察対象Ｋの経路に沿って複数個の検出点Ｆを設定するためのものである。具体的には、検出点設定部２３は、オペレータによる入力用機器１４の操作に従って、表示用モニタ１８の画面上に表示された三次元立体画像Ｒの観察対象Ｋの内部でこの観察対象Ｋの経路に沿って複数個の検出点Ｆを設定するものである。なお、図４（ａ）に示すように、三次元立体画像Ｒには、観察対象Ｋ以外に、例えば破線で示す別の対象物などが含まれている。また、検出点Ｆ間の相互距離は、オペレータによる手動操作で個別に自在に設定することもできるし、画像の分解能に比例する適切な間隔となるように自動で設定することもできる。
【００３５】
抽出部２４は、図４（ｂ），図５に示すように、検出点設定部２３で設定された検出点Ｆ毎に設定される、検出点Ｆを含む検出面ＡＫ毎に、検出面ＡＫ内で検出点Ｆから外側に向かう直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出して観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出する。さらに、この抽出部２４は、検出面ＡＫ毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象Ｋの壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成するものである。なお、このように観察対象Ｋの壁面を抽出したそれぞれの断層画像を積み上げると、図６に示すような、観察対象Ｋの壁面が高精度に抽出された三次元立体画像ＲＡが生成される。
【００３６】
具体的には、抽出部２４は、図４（ｂ）に示すように、検出点設定部２３で設定された検出点Ｆ毎に設定される検出面ＡＫを、検出点Ｆを含みかつ観察経路ＫＬに垂直な検出面ＡＫとしている。さらに、この抽出部２４は、図５に示すように、検出面ＡＫ毎に、この検出面ＡＫ内で検出点Ｆから放射状に延びる複数本の直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出して観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出している。また、抽出部２４は、検出面ＡＫ毎に画素値の平滑化処理を施し、この平滑化処理後の検出面ＡＫにおける直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出して観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出し、平滑化処理前の元の検出面ＡＫ毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象Ｋの壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成している。
【００３７】
画像作成部２５は、観察経路ＫＬ上の任意の点である視点から投影面までの間に位置する、抽出部２４で生成した壁面抽出後の断層画像を、視点から投影面に投影して、つまり、中心投影法による座標変換を行って、その視点から見た三次元的な画像である擬似三次元画像を作成するものである。
【００３８】
ここで、中心投影法による座標変換について、以下に詳述する。中心投影法による投影面への各断層画像の投影に当っての、各断層画像の画素座標の投影面上の変換への変換は次のように行われる。
【００３９】
図７に示す例では、説明を簡単にするために、投影面および断層画像面、さらにはｘ−ｙ面が各々平行であるように座標系をとっている。この図７において、ｘ，ｙ，ｚは三次元座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の各軸、ｅ点（ｘ１，ｙ１，ｄ１）は視点ｅの位置、Ｐ点（Ｘ，Ｙ）は投影面（表示画面に相当する）３１上の点、Ｓ点（ｘ０，ｙ０，ｄ０）はｅ点（ｘ１，ｙ１，ｄ１）およびＰ点（Ｘ，Ｙ）を通る直線３２と断層画像３３Ａとの交わる点である。
【００４０】
また、Ｄは投影面３１のｚ軸上の位置で、任意に設定可能である。ｄ０は断層画像３３Ａのｚ軸上の位置で、計測時に決まる。ｄ１は視点ｅ点のｚ座標である。これによれば、次の式が成り立つ。
【００４１】
Ｘ＝｛（Ｄ−ｄ１）／（ｄ０−ｄ１）｝×（ｘ０−ｘ１）＋ｘ１ … （１）
Ｙ＝｛（Ｄ−ｄ１）／（ｄ０−ｄ１）｝×（ｙ０−ｙ１）＋ｙ１ … （２）
ｘ０＝｛（ｄ０−Ｄ）／（ｄ１−Ｄ）｝×（ｘ１−ｘ）＋Ｘ … （３）
ｙ０＝｛（ｄ０−Ｄ）／（ｄ１−Ｄ）｝×（ｙ１−ｙ）＋Ｙ … （４）
【００４２】
投影された画像を投影面３１に相当する表示画面（図示省略）上に、例えば縦５１２画素×横５１２画素で表示するとき、Ｘ，Ｙは「−２５６」から「＋２５６」までの値をとる。それぞれのＸ，Ｙに対してｄ０の断層画像３３Ａ上では、上述の（３），（４）式によりｘ０，ｙ０が決まり、どの点が投影すべきかがきまる。断層画像３３は複数枚あって、ｄ０も複数個あるので、１組のＸ，Ｙに対して複数の投影すべき点ｘ０，ｙ０が決まる。
【００４３】
同様の座標系において、断層画像３３Ａの他にも断層画像３３Ｂ〜３３Ｅを用意し、ｙ軸方向から見た図を図８に示す。この図８において、断層画像３３Ａ〜３３Ｅは同一の対象物について同一方向に等間隔で得られた断層画像（図示例では等間隔であるが、必ずしも等間隔である必要はない）であり、断層画像３３Ｂには、臓器領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が強調して書いてある。臓器領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３を投影面３１に投影すると、Ｂ１’，Ｂ２’，Ｂ３’となる。同様に、断層画像３３Ｃの臓器領域Ｃ１，Ｃ２を投影面３１に投影すると、Ｃ１’，Ｃ２’となる。
【００４４】
ここで、投影データ（ここでは、Ｂ１’，Ｂ２’，Ｂ３’；Ｃ１’，Ｃ２’）を表示メモリ（図示省略）に書く時は、三次元的効果を出すために、視点ｅから見てより遠くに存在する投影データを先に書き込み、それより近くの投影データは後から上書きする。したがってここでは、投影データＣ１’，Ｃ２’より投影データＢ１’，Ｂ２’，Ｂ３’の方が視点ｅより遠くに存在するので、投影データＢ１’，Ｂ２’，Ｂ３’を先に書いて、投影データＣ１’，Ｃ２’は後から上書きすることになる。なお、図８では、投影データＢ１’，Ｂ２’，Ｂ３’；Ｃ１’，Ｃ２’は各々投影面３１から離して示しているが、これは表示メモリに書き込む投影データＢ１’，Ｂ２’，Ｂ３’；Ｃ１’，Ｃ２’の順番をわかり易くしたために過ぎず、最初に書かれる投影データＢ１’，Ｂ２’，Ｂ３’も、それに上書きされる投影データＣ１’，Ｃ２’も実際には投影面３１上に書かれる。
【００４５】
以上のような中心投影法による座標変換を、表示画面に相当する投影面３１上の全ての点について行う。また、視点ｅから投影面３１までの間に存在する全ての断層画像３３について行う。
【００４６】
なお、この実施例では、図７に示すように、説明を簡単にするために、投影面および断層画像面、さらにはｘ−ｙ面が各々平行であるように座標系をとって説明してきたが、投影面と断層画像面が平行でない場合や、視点、投影面および断層画像面がより複雑な位置関係をもった場合であっても、中心投影法による座標変換が好適に行われる。
【００４７】
表示用モニタ１８は、画像作成部２５で作成された擬似三次元画像を表示する。
【００４８】
なお、上述した検出点設定部２３が本発明の検出点設定手段に相当し、上述した抽出部２４が本発明の抽出手段に相当し、上述した画像生成部が本発明の画像生成手段に相当し、上述した表示用モニタ１８が本発明の表示手段に相当する。
【００４９】
続いて、以上に述べた構成を有する実施例のＸ線ＣＴ装置による内視鏡的画像の生成の進行プロセスを、図９を参照しながら説明する。図９は実施例装置による内視鏡的画像の生成の進行状況を示すフローチャートである。
【００５０】
〔ステップＳ１〕被検体Ｍの関心部位をＸ線ＣＴ撮影してデータ収集を行う。具体的には、オペレータが入力用機器１４からＸ線ＣＴ撮影開始の指令を入力すると、被検体Ｍの体軸Ｚ周りにＸ線管１とＸ線検出器２とが回転し、Ｘ線管１からのＸ線ビームＦＢの照射とＸ線検出器２から出力されるＸ線検出データの収集が始まる。Ｘ線検出器２のＸ線検出データは、データ前処理部１５ａで前処理されて検出データメモリ２０に格納される。なお、必要があればＸ線管１とＸ線検出器２との体軸Ｚ周りの回転中に、天板５を被検体Ｍの体軸Ｚ方向に移動させることもある。
【００５１】
〔ステップＳ２〕前述のステップＳ１でのデータ収集に基づいて画像再構成を行う。具体的には、画像再構成部２１は、検出データメモリ２０に格納された前処理済みのＸ線検出データを画像再構成処理して、１スキャンで被検体Ｍの４枚の体軸断層画像Ａ（４スライス面画像）を逐次に生成してＣＴ画像メモリ１７に記憶させていき、一連の断層撮影で得られた複数枚の体軸断層画像Ａを積み重ねた三次元立体画像Ｒを表示用モニタ１８に出力する。表示用モニタ１８は、例えば図４に示すような、複数枚の体軸断層画像Ａからなる三次元立体画像Ｒを表示する。
【００５２】
〔ステップＳ３〕検出点設定部２３は、オペレータによる入力用機器１４の操作に従って、表示用モニタ１８の画面上に表示された三次元立体画像Ｒの観察対象Ｋの内部でこの観察対象Ｋの経路に沿って複数個の検出点Ｆを設定する（図４参照）。なお、この実施例では、検出点Ｆ間の相互距離を、画像の分解能に比例する適切な間隔となるように設定している。つまり、検出点Ｆ間の間隔が広すぎたり狭すぎたりしないように設定しているのである。なお、上述したステップＳ３が検出点設定過程に相当する。
【００５３】
〔ステップＳ４〕抽出部２４は、図４（ｂ）に示すように、検出点設定部２３で設定された検出点Ｆ毎に設定された、検出点Ｆを含みかつ観察経路ＫＬに垂直な検出面ＡＫ毎に、図５に示すように、この検出面ＡＫ内で検出点Ｆから放射状に延びる複数本（この実施例では８本）の直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出して観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出する。
【００５４】
具体的には、また、抽出部２４は、検出面ＡＫ毎の断層画像に対して画素値の平滑化処理を施し、この平滑化処理後の検出面ＡＫにおける直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出して観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出する。例えば、図５に示すように、検出点Ｆを中心とする円周を等分割（必ずしも等分割である必要はない。）し、平滑化処理後の検出面ＡＫ内で検出点Ｆから放射状に延びる各直線検出経路Ｌ上での画素値の変化をそれぞれ検出する。直線検出経路Ｌ上の画素値の微分係数を算出すると、図５に破線で示すように、観察対象Ｋの壁面（例えば血管や器官など）に位置する箇所では微分係数の極大点が存在しこれを候補点Ｃとして取り出す。
【００５５】
なお、図５では直線検出経路Ｌ上には単一の候補点Ｃしか図示していないが、直線検出経路Ｌ上に複数の候補点Ｃが存在する場合も考えられる。このような場合には、直線検出経路Ｌ上の候補点Ｃのうちで検出点Ｆに最も近いものを、例えば観察対象Ｋの壁面であるとし、その候補点Ｃの画素値を取り出す。必要であれば、観察対象の大きさから逆算して最有力の候補点Ｃを選び出すようにしてもよい。
【００５６】
この作業を円周全体に行い、つまり、図５では円周上の複数個のポイント（観察対象Ｋの円周上の８個の候補点Ｃ）について行い、取り出した複数個（図５では８個）の候補点Ｃの画素値の平均値を当該検出面ＡＫのしきい値とする。
【００５７】
なお、この実施例では、８個の候補点Ｃの画素値を平均した平均値を当該検出面ＡＫのしきい値としているが、例えば、８個の候補点Ｃの画素値のうちの最大値と最小値とから中央値を算出し、この中央値を当該検出面ＡＫのしきい値としてもよい。
【００５８】
〔ステップＳ５〕さらに、この抽出部２４は、検出面ＡＫ毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象Ｋの壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成する画像処理を行う。具体的には、平滑化処理前の元の検出面ＡＫ毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象Ｋの壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成する。なお、上述したステップＳ４〜Ｓ５が抽出過程に相当する。
【００５９】
〔ステップＳ６〕画像作成部２５は、観察経路ＫＬ上の任意の点である視点から投影面までの間に位置する、抽出部２４で生成した壁面抽出後の断層画像を、視点から投影面に投影して、つまり、中心投影法による座標変換を行って、その視点から見た三次元的な画像である擬似三次元画像（内視鏡的画像）を作成する。
【００６０】
なお、上述の擬似三次元画像に遠近間を与えるために、陰影づけ処理を行ってもよい。陰影づけ処理としては、デプス法やＺバッファ法やボリュームレンダリング法など各種の陰影づけ処理がある。このように、デプス法やＺバッファ法やボリュームレンダリング法など各種の陰影づけ処理を適宜に実行して、遠近間を持たせた擬似三次元画像を生成するようにしてもよい。なお、上述したステップＳ６が画像作成過程に相当する。
【００６１】
〔ステップＳ７〕表示用モニタ１８は、上述のステップＳ６で生成された擬似三次元画像（内視鏡的画像）を、その画面上に表示する。なお、上述したステップＳ７が表示過程に相当する。
【００６２】
以上に詳述したように、実施例の三次元画像表示装置２２によれば、観察対象Ｋの内部でこの観察対象Ｋの経路に沿って設定される複数個の検出点Ｆ毎に検出面ＡＫを設定し、検出点Ｆを含む検出面ＡＫ毎に観察対象Ｋの壁面を抽出するためのしきい値を算出して設定していくことができる、つまり、観察対象Ｋの経路に沿ってしきい値を算出して設定していくことができるので、観察対象Ｋの壁面を正確に抽出することができ、観察対象Ｋを高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。
【００６３】
具体的には、従来例装置では、三次元立体画像全体に対する単一のしきい値をトライ・アンド・エラー方式によって何回かにわたって設定してみて、そのうちで最も良好なしきい値を求めており、しきい値算出に手間がかかるし、こうして算出された単一のしきい値でもって三次元立体画像を２値化処理しても、観察対象が正確に抽出できなかった。しかしながら、この発明の実施例装置によれば、観察対象Ｋの経路に沿って例えば２値化するためのしきい値を検出面ＡＫ毎に自動算出することができるので、しきい値算出に手間がかからないし、三次元立体画像の観察対象Ｋに沿って設定された検出面ＡＫごとにしきい値を算出しているので、例えば造影剤の流入の程度に左右されることなく正確に血管の壁面を抽出することができるし、ＭＲＩのようなしきい値設定の困難な画像でも容易に内視鏡的画像を得ることができる。
【００６４】
また、検出点Ｆを含みかつ観察経路ＫＬに垂直な検出面ＡＫ内でこの検出点Ｆから外側に向かう直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出しているので、観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をより正確に算出することができ、観察対象Ｋをさらに高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。
【００６５】
また、検出面ＡＫ内で検出点Ｆから放射状に延びる複数本の直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出するようにしているので、観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をより正確に算出することができ、観察対象Ｋをさらに高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。
【００６６】
また、検出面ＡＫ毎に画素値の平滑化処理を施し、この平滑化処理後の検出面ＡＫにおける直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出してしきい値を算出しているので、画素値の変化を検出する際の細かいノイズ成分を除去でき、観察対象Ｋの壁面上の点を候補点Ｃとして正確に選ぶことができ、観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をより正確に算出することができる。さらに、平滑化処理前の元の検出面ＡＫ毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象Ｋの壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成するので、平滑化処理後の検出面ＡＫから観察対象Ｋの壁面を抽出した断層画像を生成する訳ではないので、擬似三次元画像の画質を低下させることもない。
【００６７】
また、この実施例のＸ線ＣＴ装置は、三次元画像表示装置２２を備えているので、観察対象Ｋの壁面を正確に抽出することができ、観察対象Ｋを高精度に抽出した擬似三次元画像を取得できるＸ線ＣＴ装置を得ることができる。
【００６８】
この発明は、上記実施の形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。
【００６９】
（１）上述した実施例では、Ｘ線管１及びＸ線検出器２を備えたガントリＧ内を出入りするように、被検体Ｍを載置した天板５を天板駆動部１２によって移動させているが、天板５を固定としガントリＧを移動させるようにしても良いし、天板５とガントリＧの両方を移動させるようにしても良い。
【００７０】
（２）上述した実施例のＸ線ＣＴ装置は、被検体Ｍを挟んだ状態でＸ線管１とＸ線検出器２とを被検体Ｍの体軸Ｚ周りに１回転させることで、被検体Ｍの特定の測定位置における全周方向のＸ線検出データを取得し、被検体Ｍを載置した天板５を所定の送りピッチで被検体Ｍの体軸Ｚの方向にステップ送りして、被検体Ｍの次の測定位置における全周方向のＸ線検出データを取得するというように、１回転させた後に１ステップ送りするスキャン方式のものとしているが、このスキャン方式のものに限定されるものではなく、ヘリカルスキャンを行うものなど、回転と送りとを同時に行うスキャン方式のものとした場合にも、適用可能である。
【００７１】
（３）実施例のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線検出素子配列ライン２Ａが４列設けられているマルチスライスタイプの装置であったが、この発明のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線検出素子配列ライン２Ａが４列以外の複数列あるマルチスライスタイプの装置でもよいし、Ｘ線検出素子配列ライン２Ａが１列だけのシングルスライスタイプ（非マルチスライスタイプ）の装置であってもよい。また、Ｘ線管１をコーンビームＸ線を出射するタイプのものとし、Ｘ線検出器２に替えてフラットパネル型Ｘ線検出器（ＦＰＤ）を採用することで、Ｘ線撮像機構３をコーンビームスキャンタイプのものとしてもよい。
【００７２】
（４）上述した実施例では、抽出部２４は、検出点設定部２３で設定された検出点Ｆ毎に設定される検出面ＡＫを、検出点Ｆを含みかつ観察経路ＫＬに垂直な検出面ＡＫとしているが、検出点Ｆを含みかつ観察経路ＫＬに対して傾斜した検出面ＡＫとしてもよい。
【００７３】
（５）上述した実施例では、抽出部２４は、検出面ＡＫ毎に、この検出面ＡＫ内で検出点Ｆから放射状に延びる複数本の直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出して観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出しているが、検出面ＡＫ毎に、この検出面ＡＫ内で検出点Ｆから外側に向かう単一の直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出して観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出するようにしてもよい。
【００７４】
（６）上述した実施例では、抽出部２４は、検出面ＡＫ毎に画素値の平滑化処理を施し、この平滑化処理後の検出面ＡＫにおける直線検出経路Ｌ上での画素値の変化を検出して観察対象Ｋの壁面抽出のためのしきい値をそれぞれ算出し、平滑化処理前の元の検出面ＡＫ毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象Ｋの壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成しているが、平滑化処理を行わずにしきい値を算出するようにしてもよい。
【００７５】
（７）上述した実施例では、断層撮影装置の一例としてＸ線ＣＴ装置を例に挙げて説明しているが、ＭＲＩ装置や超音波断層画像装置など種々の断層撮影装置にも適用することができる。
【００７６】
（８）上述した実施例では、三次元画像表示装置２２を備えたＸ線ＣＴ装置を一例として説明しているが、三次元画像表示装置２２を、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置や超音波断層画像装置など種々の断層撮影装置から分離独立した別体とした場合であっても適用できる。この場合には、被検体Ｍを撮影して得られた複数枚の断層画像からなる三次元立体画像を、三次元画像表示装置２２に供給することで、擬似三次元画像を生成して表示することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明の三次元画像表示装置によれば、観察対象の内部でこの観察対象の経路に沿って設定される複数個の検出点毎に検出面を設定し、検出面毎に画素値の平滑化処理を施し、この平滑化処理後の検出面における直線検出経路上での画素値の変化を検出して、検出面毎に観察対象の壁面を抽出するためのしきい値を算出しているので、画素値の変化を検出する際の細かいノイズ成分を除去でき、観察対象の壁面上の点を候補点として正確に選ぶことができ、観察対象の壁面抽出のためのしきい値をより正確に算出することができ、観察対象の壁面を正確に抽出することができ、観察対象を高精度に抽出した擬似三次元画像を得ることができる。さらに、平滑化処理前の元の検出面毎に、それに対応するしきい値でもって観察対象の壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成するので、平滑化処理後の検出面から観察対象の壁面を抽出した断層画像を生成する訳ではないので、擬似三次元画像の画質を低下させることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のＸ線ＣＴ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施例のＸ線ＣＴ装置における撮像系の概略構成を示す模式図である。
【図３】実施例装置のＸ線検出器におけるＸ線検出素子の配列状態を示す平面図である。
【図４】（ａ）は複数枚の断層画像からなる三次元立体画像を説明するための概略斜視図であり、（ｂ）は観察対象に複数個の検出点を設定することを説明するための概略斜視図である。
【図５】ある検出面での複数個の候補点からしきい値を求めることを説明するための図である。
【図６】しきい値処理後の断層画像からなる三次元立体画像を説明するための概略斜視図である。
【図７】断層画像の画素座標の投影面上の座標への変換を説明するための図である。
【図８】断層画像の画素座標の投影面上の座標への変換を説明するための図である。
【図９】実施例装置による内視鏡的画像の生成の進行プロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１８ … 表示用モニタ（表示手段）
２２ … 三次元画像表示装置
２３ … 検出点設定部（検出点設定手段）
２４ … 抽出部（抽出手段）
２５ … 画像生成部（画像生成手段）
３１ … 投影面
Ａ … 体軸断層画像（断層画像）
ＡＫ … 検出面
ｅ … 視点
Ｋ … 観察対象
ＫＬ … 観察経路
Ｌ … 直線検出経路
Ｍ … 被検体

Claims (5)

1. （ａ）被検体を断層撮影して得られた複数枚の断層画像からなる三次元立体画像のうちの所望の観察対象の内部でこの観察対象の経路に沿って複数個の検出点を設定する検出点設定手段と、（ｂ）前記検出点設定手段で設定された検出点毎に設定される、検出点を含む検出面毎に画素値の平滑化処理を施し、この平滑化処理後の検出面内で検出点から外側に向かう直線検出経路上での画素値の微分係数を算出していきこの微分係数の極点を示す候補点での画素値を、観察対象の壁面抽出のためのしきい値としてそれぞれ算出し、平滑化処理前の元の検出面毎に、それに対応するしきい値でもって二値化して観察対象の壁面を抽出した断層画像をそれぞれ生成する抽出手段と、（ｃ）観察経路上の任意の点である視点から投影面までの間に位置する、前記抽出手段で生成した壁面抽出後の断層画像を、視点から投影面に投影して、その視点から見た三次元的な画像である擬似三次元画像を作成する画像作成手段と、（ｄ）前記画像作成手段で作成された擬似三次元画像を表示する表示手段とを備えていることを特徴とする三次元画像表示装置。
2. 請求項１に記載の三次元画像表示装置において、前記抽出手段は、前記検出面を、検出点を含みかつ観察経路に垂直な検出面とすることを特徴とする三次元画像表示装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の三次元画像表示装置において、前記抽出手段は、前記平滑化処理後の検出面毎に、この検出面内で検出点から放射状に延びる複数本の直線検出経路上での画素値の微分係数を算出していきこの各直線検出経路上での微分係数の極点を示す各候補点での画素値の平均値を、観察対象の壁面抽出のためのしきい値としてそれぞれ算出することを特徴とする三次元画像表示装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の三次元画像表示装置において、前記抽出手段は、前記平滑化処理後の検出面毎に、この検出面内で検出点から放射状に延びる複数本の直線検出経路上での画素値の微分係数を算出していきこの各直線検出経路上での微分係数の極点を示す各候補点での画素値の中央値を、観察対象の壁面抽出のためのしきい値としてそれぞれ算出することを特徴とする三次元画像表示装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の三次元画像表示装置を備えたことを特徴とする断層撮影装置。

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