JP5288795B2 - ボリュームデータの画像処理 - Google Patents

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Description

この発明は、３次元（３Ｄ）ボリュームデータ(volume data)の画像化に関する。特に、本発明は、所望の視点(view point)および視方向(view direction)に関する３Ｄボリュームデータの画像化に関する。
３Ｄオブジェクトの２次元（２Ｄ）画像を計算する処理は、しばしば、ボリュームレンダリング(volume rendering)と称される。ボリュームレンダリングは、多く部の分野で応用されている。このような一つの分野としては、例えば、幾つかの例を挙げると、ＣＴ(computed tomography)および他のＸ線スキャナーや、各磁気共鳴スキャナーおよび超音波スキャナーを用いた人間または動物の胴体のスキャニングに由来する医療ボリュームデータのレンダリングがある。
最新のスキャニング機器によって発生されたボリュームデータは、極めてきめ細かく、解釈するのに複雑である。物理学者は、スキャンされた対象物を分析し、例えば異常を検出することができように、スキャンされた対象物に関して異なる視点を用いて異なる位置からデータをレンダリングすることを望む。
３Ｄボリュームデータをレンダリングして２Ｄ画像を提供するための種々の技術が知られている。それらのうちの幾つかはLcroute[1]によって述べられている。これらの技術は、ボリュームデータを、所望の視方向に対して垂直な画像平面上に投影(project)することで共通している。これは、しばしば、（視方向における変化を生じさせるために）座標変換を、ボリュームデータに適用し、そして、（２Ｄ画像を形成するために）ビュー平面上への視線に沿った変換データの投影に適用することにより達成される。座標変換は、一般に、いわゆるビュー変換マトリックスを適用することによりなされる。変換されたボリュームデータの投影は、最終的な画像の所望の外見に応じて様々な形態でなされる。
幾つかのレンダリングアルゴリズムでは、ビュー変換マトリックスは、２つの要素に因数分解される。このような一つの技術は、シャーワープ因数分解(shear-warp factorization)として知られている。この技術の例は、US5787889においてLacrouteによって述べられている。このアプローチでは、ビュー変換マトリックスは、リファレンスボリュームのスライスに平行な３Ｄシャー変換と、せん断(shear)されたボリュームの投影を生成するための２Ｄワープ変換とに分解される。この技術は、より高速で効率的なボリュームレンダリングアルゴリズムを可能にする。
スラブＭＰＲ(slab multi-planar reformatting)に適用されるようなボリュームレンダリング技術（しばしば、厚さに関するＭＰＲ、または厚さＭＰＲと称される）は、しばしば、結果として生じる２Ｄ画像に現れる望ましくないアーチファクト(artefact)をもたらす。これらのアーチファクトは、視覚的に煩わしく、画像の解釈の妨げになる。幾つかの状況では、アーチファクトは、ボリュームデータの実際の特徴と誤解され、または、他のケースでは、データの本当の特徴を不明瞭にする。また、アーチファクトは、一連の画像処理に有害な影響を与える。例えば、エッジ検出アルゴリズムの精度が、しばしば、画像アーチファクトの存在に極めて影響されやすくなる。
図１Ａは、従来のＭＰＲレンダリング技術を用いて或る状況で発生したアーチファクトを有する医療画像を図式的に示している。図１Ａの画像は、人間の患者の胴体を通したＭＰＲスラブ(MPR slab)から得られたものである。患者の脊椎および胸郭を通したセクションが見えている。胸郭は、患者の多くの臓器を取り囲んでいる。患者の肝臓が、画像の上側左領域の方向に見える。この例では、アーチファクトは、肝臓の領域を横切るハッチパターン(hatch pattern)として現れている。このハッチパターンは、視覚的に煩わしく、ハッチングのスケールとサイズが共通なボリュームデータにおける構造を不明瞭にするので望ましくない。幾つかのタイプの腫瘍は、例えば、ハッチングによって不明瞭にされる粒状構造を有する。
画像は、３Ｄボリュームデータから生成された２Ｄ画像データ（即ち、ボリュームデータセット）の表示に対応する。この例では、ボリュームデータは、患者のＸ線ＣＴスキャンから得られたＣＴボリュームデータである。しかしながら、同様のアーチファクトが、他の撮画手段(imaging modality)からのボリュームデータから得られる画像に見られる。ボリュームデータは、３Ｄグリッドに配置された複数のボクセル(voxel)から構成される。各ボクセルは、それに関連したボクセル値を有する。このボクセル値は、患者の物理的パラメータの測定値を表す。この例では、ボクセル値は、Ｘ線に対する患者の細胞組織の不透過度(opacity)を表し、ＨＵ単位(Hounsfield unit)で測定される。これは、密度（単位体積あたりの質量）に極めて密接に関連している。従って、ボリュームデータは、患者の胴体の画像化された部分を通した密度の変化に対応する。
ボリュームデータは、ボリュームデータの一つのコーナーに共通の原点を有する３つの直交軸Ｉ，Ｊ，Ｋを用いて配置される。しかし当然ながら、この原点の選択は任意である。これらの軸はボリューム空間を規定する。ボリューム空間座標系は、単位（または基本）ベクトルｉ，ｊ，ｋを有し、それらは、直交軸Ｉ，Ｊ，Ｋのそれぞれの対応する一つに揃えられる。単位ベクトルｉ，ｊ，ｋは、ボクセルが、ボリューム空間における軸のそれぞれに沿った単位長であるように定義される。即ち、各軸に沿ったボクセル間の隔たり（即ち、それらの中心間の距離）は１(unity)である。
２Ｄ画像データは、２Ｄグリッドに配置された複数の画像ピクセルを備える。画像それ自体は２Ｄではあるが、画像を含む３Ｄビュー空間(3D view space)を定義するのに役立つ。ビュー空間(view space)は、画像の一つのコーナーに共通の原点を有する３つの直交軸Ｘ，Ｙ，Ｚによって規定される。この場合も、原点の選択は任意である。Ｘ軸及びＹ軸は画像の平面（画像平面）にあり、画像ピクセルの２Ｄグリッドが配置される。Ｚ軸は、視方向（即ち、画像平面に対して垂直方向）と平行に配置される。ビュー空間座標系は、ビュー空間における各画像ピクセルと各ボ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、画像平面における単位または基本ベクトルｘ、ｙと、視方向に沿った単位または基本ベクトルｚを有する。単位ベクトルｘ及びｙは、画像ピクセルが、ビュー空間における軸のそれぞれに沿った単位長であるように定義される。
図１Ａに示される画像は、従来のスラブＭＰＲ技術を用いてボリュームデータから生成されたものである。この技術は、ボリューム空間からビュー空間へのボリュームデータの座標変換をもたらすための視変換マトリックスを適用する処理を含む。ビュー空間に変換されたボリュームデータは、しばしば、ＭＰＲデータ、またはＭＰＲスラブと称される。ＭＰＲスラブは、Ｚ軸に沿って異なる位置に配置されて画像平面に平行に配置された一連のＭＰＲスライスから構成される。当然ながら、しばしば、ボリュームデータのサブセット、例えばボリュームデータにおける選択された領域に及ぶボリュームデータのサブセットのみが処理される。例えば、ユーザは、後でレンダリングされるその領域からのボリュームデータのみを用いて関心のある臓器を含む領域を識別してもよい。
２Ｄ画像は、画像平面(image plane)上に視方向に沿ってＭＰＲスラブを投影する（つぶす(collapse)）ことにより形成される。これは、投影アルゴリズムに従って行われる。特定の場合に使用される投影アルゴリズムは、最終画像の所望の出現に依存するであろう。一般に使用される投影アルゴリズムであって図１Ａに示される画像に使用されるアルゴリズムは、画像ピクセルに対応するＸＹ座標に対しＺ軸に沿ってＭＰＲスラブに見られる最大ボクセル値を各画像ピクセルについて決定するためのものである。これは、最大強度投影(maximum intensity projection)として知られている。最大強度投影は光線投射(ray casting)の一種である。実際には、画像における各ピクセルについて、仮想的光線(imaginary ray)が視方向に対して平行にボリュームデータを通して投射される。そして、各ピクセルの画像データは、光線がＭＰＲスラブを横断するときに光線によって遭遇(encounter)されると最大ボクセル値となる。最小強度投影(minimum intensity projection)として知られる他の投影アルゴリズムは、最大に代えて画像データのためにＭＰＲスラブを横断する光線によって遭遇される最小ボクセル値を使用することを除いて同様ではある。
当然のことながら、或る場合においては、選択された範囲(range)、或いは“ウィンドウ(window)”の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スキャン上に軟組織を提示するためには、−２００から５００ＨＵの範囲のボクセル値のみに関心がある。このようなビュー(view)を達成するためには、代表的には、最大または最小強度投影ＭＰＲ画像が、上述のようにして計算され、そして、画像が後処理されて、所望の範囲でボクセル値のコントラストを強調し、そしてその範囲外のコントラストを抑制する。
図１Ａに示される画像に見られるハッチアーチファクトは、他のものよりも或る状況において視覚的にはっきりと見えることが知られている。また、アーチファクトの性質、即ちハッチングの強度と規模（周期性）は、視点と視方向の影響を受けやすいことが分かっている。
図１Ｂ，１Ｃ，１Ｄは、図１Ａの画像に用いられたものと同一のボリュームデータから得られた画像を図式的に示している。しかしながら、これらの画像は、異なる方向からレンダリングされている。
図１Ｂは、図１Ａの画像と比較して約１１０％の拡大に相当する。図１Ｂの肝臓に見られるハッチアーチファクト特有の周期性は数回だけ減少しているように見える。
図１Ｃは、図１Ａに示される画像に比較して約５°だけ視方向のまわりにビュー空間(view-space)を回転させたものに相当する。また、ハッチアーチファクトは、図１Ｃに示される肝臓を明らかに横切っている。
図１Ｄは、約７°だけ視方向のまわりにビュー空間を回転させたもの、すなわち、図１Ｃに示される画像に比較して２°だけ相対的に回転させたものに相当する。これらのビュー条件(viewing condition)について、図１Ｄに見られる肝臓を横切るハッチアーチファクト特有の周期性は、図１Ｃに見られるものよりも著しく小さい。
ビュー条件における変化に対するこのアーチファクトの出現の感度は、それを紛らわす効果に悪影響を及ぼす。これは、とりわけ、例えば、ユーザが異なる視方向に対応する一連の画像に動きを与える(animate)こと、または画像を連続的に回転(rotate)させ、ズーム(zoom)させ、またはパン(pan)させることを希望する場合に起こる。
次の１または２以上の条件が当てはまる場合にアーチファクトが最も視覚的にはっきりすることが分かっている。
・ボリュームデータが、ボクセルサイズと同等かそれよりも小さい空間規模で起こる著しい変動（本物の変動またはノイズによる変動）を含む。
・例えば、周辺組織から軟組織を分離するために、狭いウィンドウのボクセル値のみが投影に含まれる。
・ＭＰＲスラブが視方向に沿って著しく拡がっている。
・最大（または最小）強度投影が使用される。
・画像平面（ＭＰＲスラブにおけるＭＰＲスライスの平面に平行な）が、ボリューム空間座標系(volume-space coordinate system)の一対の軸を含む平面と平行又は略平行である。
・画像が非整数要素によって縮尺(scale)され、及び／又は、ボリュームデータにおけるボクセルの行(row)が出力画像におけるピクセルの行上に投影しないように、視方向の周りのビュー空間の回転がなされる（即ち、回転は、厳密には、０°、９０°、１８０°、または２７０°ではない）。
レンダリングされた画像に現れるハッチアーチファクトの問題を解決するために、第１の技術的な問題は、その原因を究明することである。本発明は、これから説明するように、レンダリング処理の期間中に画像における各ピクセルについて離散化されたボリュームデータ(discretised volume data)のサンプリングから生じるようなアートファクトを識別する。
図２は、従来の技術を用いて図１Ａ−Ｄに示される類の画像を生成するために、ボリュームデータをレンダリングする処理の期間中に形成されるＭＰＲスラブの一つのスライスの区分(section)を図式的に示す。図２に示されるＭＰＲスラブの区分は、出力画像の９×９ピクセル区分に関連している。上述したように、ＭＰＲスライスは、ビュー空間におけるＸＹ平面に対して平行である。これは、また、図２の平面である。画像平面に関連するＸ軸およびＹ軸は同図に表されている。視方向に関連するＺ軸は同図の平面に対して垂直である。この例では、視方向は、ボリューム空間におけるＫ軸にも平行である（即ち、ボリューム空間におけるＩＪ平面は画像平面に平行である）。画像は、１１０％に拡大され、且つ、Ｋ軸に関してわずかに回転している。１１０％の拡大は、ボリューム空間における単位ベクトルに対応し（即ち、ボクセルの線形的拡張）、ビュー空間において長さが１／１．１のベクトルにマッピングする。
図２における点線は、ボクセルの中心間を結んでいる。従って、点線の交点は、ボクセルの中心の位置を表す。図２の白丸は、画像ピクセルの中心からの仮想的な光線投射がレンダリング処理の最大強度投影ステップの期間中にＭＰＲスライスを通過する位置を表す。
或る光線、例えば光線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆは、ボクセル中心の近くを通過するが、他の光線、例えば光線Ｐ，Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｔ，Ｕは、ボクセル中心から離れたところを通過する。光線がボクセル中心を通過するところでは、そのボクセルに関連するボクセル値は、画像平面上へのＭＰＲスラブの投影を確定するときに使用される。しかしながら、光線がボクセルの中心を通過しないところでは、補間されたボクセル値が使用される。例えば、４つのボクセル中心から殆ど等距離を通過する光線Ｒについては、これら４つのボクセル値の平均が使用される。通常、ＭＰＲスライスを通過する特定の光線のため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間隔に基づく重み付けを用いて周辺のボクセル値から補間される。例えば、ＭＰＲスライスにおける４つの周辺のボクセル間の双線形(bi-liner)補間がしばしば使用される。
上述のように、視方向は、ボリュームデータグリッドの軸と平行である。これは、図２に示されるＭＰＲスライスにおけるボクセル中心を通過する光線が、ＭＰＲスラブにおける他のスライスでのボクセル中心を通過すること、またはその近傍を通過することを意味する。同様に、図２に示されるＭＰＲスライスにおけるボクセル中心から離れたところを通過する光線は、他のスライスにおけるボクセル中心から離れたところを通過する。従って、光線Ａについて計算される最大強度投影は、実際のボクセル値のサンプルの最大値に基づくが、光線Ｒについて計算される最大強度投影は、補間されたボクセル値のサンプル最大値に基づく。通常、実際のボクセル値のサンプルの最大値は、補間されたボクセル値のサンプルの最大値よりも大きい。これは、補間の処理がサンプルにおける極端な値を平均する傾向があるためである。このため、光線Ａについて計算された最大強度投影画像データは、概して光線Ｒについて計算されたものよりも大きくなる。このことは、光線Ａに関連する画像ピクセルが光線Ｒに関連するものよりも明るい(bright)ことを意味する。光線Ａと光線Ｒが、同じような強度(intensity)と分散(variance)を有するボリュームデータの領域を通過する場合であってもそうである。
これは、画像にハッチアーチファクトを引き起こす作用である。ハッチパターンの繰り返しは、光線が画像を通って移動する際に周期的にボクセル中心の近くを通過したり離れて通過したりすることに起因している。これは、ハッチングの規模に関連する空間的ビート周波数(spatial beat frequency)をもたらす。図２に示される９×９ピクセルサンプルは、ビート周波数の１つの期間のみに及ぶ。従って、図２に示されるアーチファクトは、最大強度投影画像において周辺が明るい画像に対して暗い中心(dark centre)として現れる。
類似の影響は他の投影技術でも起こる。例えば、最大強度投影が図２に示される構成で使用されると仮定すれば、光線Ａに関連する画像ピクセルは、光線Ｒに関連するものよりも暗くなる。
上述のハッチアーチファクト問題を解決するために、本発明の第１の態様は、スラブＭＰＲ(multi-planar reformatting）レンダリング処理において選択可能な視点および視方向からのボリュームデータセットの２次元出力画像を生成する方法を提供し、本方法は、第１、第２、第３の方向に沿って行に配置されたボクセルを含むスラブＭＰＲボリュームデータセットを供給するステップと、前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを平面上に投影して、前記第１、第２、第３の方向のうちの２つに沿った隣接ボクセル中心の投影が各整数個のピクセル間の隔たりによって分離された第１、第２の中間画像軸に沿って配置されたピクセルを有する中間画像を形成するステップと、ワープマッピング変換を適用して、前記中間画像を前記出力画像に変換するステップとを含む。
前記ボリュームデータセットにおける前記方向のうちの２つに沿ったボクセル中心間の間隔は、前記中間画像における前記軸のそれぞれに沿った整数個のピクセルに対応するので、前記ボリュームデータセットを通した中間画像からの光線投射は、ボクセル中心から一貫した距離を通過する。このことは、従来のレンダリング技術で発生する投影の期間中のボクセルデータの不規則なサンプリングに起因するものとして本願発明者によって認識されたハッチアーチファクトが、中間画像に現れないことを意味する。このため、出力画像にはアーチファクトのようなハッチも発生しない。
前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを投影するステップは、前記ボクセルが前記第１の中間画像軸に対して平行に行に配置された中間ボリュームデータセットに前記ボリュームデータセットを変換するための中間マッピング変換を決定するステップと、前記中間マッピング変換を前記ボリュームデータセットに適用するステップと、前記視方向に沿って前記結果として得られた中間ボリュームデータセットを投影するステップとを含んでもよい。
このように中間マッピング変換を用いて、例えば中間変換マトリックスは、ボリュームデータを投影するための便利で効果的なアルゴリズムを提供する。
適切な中間及びワープマッピング変換は、選択された視点及び視方向に対応する視マッピング変換(view mapping transform)の因数分解(afctorisation)によって決定されることができる。このことは、中間及びワープマッピング変換の複合効果が視マッピング変換に対応する出力画像を提供することを確かにする。
一例を挙げれば、前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを投影するステップは、更に、ボクセル中心が、前記第１の中間画像軸に平行な方向における前記中間画像におけるピクセルの中心から第１の所定のオフセットで投影すると共に前記第２の中間画像軸に平行な方向における前記中間画像におけるピクセルの中心から第２の所定のオフセットで投影するところのシフトされた中間ボリュームデータセットに前記中間ボリュームデータを移動(translate)するための付属の移動マッピング変換を決定するステップと、前記付属の移動マッピング変換を前記中間ボリュームデータセットに適用するステップと、前記結果として得られたシフトされた中間ボリュームデータセットを前記視方向に沿って投影するステップと、前記付属の移動マッピング変換の逆変換を適用して、前記中間画像を提供するステップとを含む。
このことは、投影中のボリュームデータセットを通した光線投射が、全ての視点及び視方向についてボクセル中心から一貫した距離で通過することを確かなものにする。例えば、前記第１及び第２のオフセットは、ボクセルの中心が全ての視点及び視方向について中間画像ピクセルの中心に投影するようなゼロであってもよい。このことは、異なる視点及び視方向からレンダリングされた出力画像に一貫した明るさを提供することを支援する。このことは、例えば、動きが与えられた一連の同じボリュームデータセットの異なる出力画像が作成される場合や、ユーザが実時間でボリュームデータを操作し見る場合に有用である。
前記第１の中間画像軸に沿ってボクセル中心を分離する整数個のピクセルは、前記出力画像に対する第１、第２、第３の方向のうちの前記２つのうちの一方に沿った隣接ボクセル間の隔たりの投影の大きさ(magnitude)のおおよその値（丸められた値）であってもよく、前記第２の中間画像軸に沿ってボクセル中心を分離する前記整数個のピクセルは、前記出力画像に対する第１、第２、第３の方向のうちの前記２つのうちの他方に沿った隣接ボクセル間の隔たりの投影の大きさ(magnitude)のおおよその値（丸められた値）であってもよい。
更に、前記第１、第２、第３の方向のうちの前記２つは、前記視方向に対して平行の度合いが最も少ないもの(least parallel)であってもよい。
このアプローチは、前記出力画像にもっとも一致する中間画像を提供することができる。このことは、全体の投影条件が、例えば、ボリュームデータセットから出力画像へ直接的な単一の変換を用いて従来どおりにレンダリングされるとしたときに使用されるものと厳密に合致することを確かなものにする。このことは、本発明を採用する方法によって導入される２次的アーチファクトを最小化するのに役立つ。
本発明の第２の態様によれば、本発明の前記第１の態様の方法を実施するためのマシン読み取り可能な命令を含むコンピュータプログラムプロダクトが提供される。
本コンピュータプログラムプロダクトは、キャリア媒体に格納されたコンピュータプログラムの形式であり得る。前期キャリア媒体は、固体(solid state)、光学的、磁気光学的、または他の記憶媒体のような、記憶媒体であり得る。キャリア媒体は、ブロードキャスト、電話、コンピュータネットワーク、有線、無線、電気的、電磁気的、光学的または全く任意の他の伝送媒体であってもよい。
本発明の第３の態様によれば、本発明の前記第１の態様の方法を実行するように構成されたコンピュータが提供される。
本発明の第４の態様によれば、選択可能な視方向から、第１、第２、第３の方向に沿って配置されたボクセルからなるスラブＭＰＲボリュームデータセットの２次元出力画像を生成するための装置が提供され、本装置は、ボリュームデータが読み取られて前記スラブＭＰＲボリュームデータセットを供給するソースと、前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを平面上に投影して、前記第１、第２、第３の方向のうちの２つに沿った隣接ボクセル中心が各整数個のピクセル間の隔たりによって分離された第１及び第２中間画像軸に沿って配置されたピクセルを有する中間画像を形成するように機能する投影プロセッサと、ワープマッピング変換を適用して前記中間画像を前記出力画像に変換するように機能するワーププロセッサとを備える。
本発明のこの態様は、本発明の前記第１の態様の方法を実行可能な装置を提供する。例えば、本装置は、適切には、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であってもよい。前記ソースは、例えば、ネットワーク接続、またはＣＴスキャナーのような接続された画像診断技術であってもよい。
本発明の第５の態様によれば、スラブボリュームデータセットを再サンプリングする方法が提供され、本方法は、第１、第２、第３の方向に沿って行に配置されたボクセルからなるボリュームデータセットを供給するステップと、前記ボリュームデータセットを、第１、第２、第３の軸に沿って行に配置された再サンプリングされたボクセルを有する再サンプリングボリュームデータセットに変換するステップとを含み、且つ、前記ボリュームデータセットにおける前記第１、第２、第３の方向に沿った隣接ボクセルが、再サンプリングされたデータセットにおける第１、第２、第３の軸に沿った再サンプリングされた整数個のボクセルによって分離されている。
本発明の第６の態様によれば、コンピュータシステムが提供され、本コンピュータシステムは、ボリュームデータセットを格納するためのメモリを有する画像保管通信システム(Picture Archiving and Communication System)と、本発明の前記第１の態様に従って選択可能な視点及び視方向からの前記ボリュームデータセットの２次元出力画像を生成するように機能する画像処理ソフトウェアと、前記メモリをアクセスして前記ボリュームデータセットを読み取り、前記画像処理ソフトウェアを実施するように機能する１又は２以上のワークステーションとを備える。
上述のハッチアーチファクトは、また、スラブＭＰＲレンダリング以外のレンダリング処理においても起こり得るものであり、本発明の第７の態様によれば、３次元テクスチャー平面レンダリング処理(three-dimensional textured plane rendering process)または光線が視方向と平行に投射される光線投射レンダリング処理または正投影レンダリング処理(orthographic projection rendering process)において選択可能な視点および視方向からのボリュームデータセットの２次元出力画像を生成する方法が提供され、本方法は、第１、第２、第３の方向に沿って行に配置されたボクセルからなるボリュームデータセットを供給するステップと、前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを平面上に投影して、前記第１、第２、第３の方向のうちの２つに沿った隣接ボクセル中心の投影が各整数個のピクセルによって分離されたところの第１及び第２の中間画像軸に沿って配置されたピクセルを有する中間画像を形成するステップと、ワープマッピング変換を適用して前記中間画像を前記出力画像に変換するステップとを含む。
また、当然のことながら、本発明の前記第１の態様に関連する上述した付随的な特徴は、本発明の前記第７の態様にも適用可能である。
本発明の第８の態様によれば、本発明の前記第７の態様の方法を実施するためのマシン読み取り可能な命令からなるコンピュータプログラムプロダクトが提供される。
本発明の第９の態様によれば、本発明の前記第７の態様の方法を実施するように構成されたコンピュータが提供される。
本発明の第１０の態様によれば、選択可能な視方向から第１、第２、第３の方向に沿って配置されたボクセルからなるボリュームデータセットの２次元出力画像を生成するための３次元テクスチャー平面レンダリング処理または光線が前記視方向と平行に投射されるところの光線投射レンダリング処理または正投影レンダリング処理を実行するための装置が提供され、本装置は、ボリュームデータセットが読み取られるソースと、前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを平面上に投影して、前記第１、第２、第３の方向のうちの２つに沿った隣接ボクセル中心が各整数個のピクセル間の隔たりによって分離されたところの第１および第２の中間画像軸に沿って配置されたピクセルを有する中間画像を形成するように機能する投影プロセッサと、ワープマッピング変換を適用して、前記中間画像を前記出力画像に変換するように機能するワーププロセッサとを備える。
本発明の前記第７の態様の方法、及び／又は、本発明の前記第１０の態様の装置は、画像保管通信システムに組み込まれてもよい。
本発明をより良く理解し、本発明がどのように実施されるかを示すために、一例として、添付の図面が参照される。
ここで、図１Ａは、従来のボリュームレンダリング技術で発生するアーチファクトを有する医療画像を図式的に示す。
図１Ｂ−１Ｄは、異なる方向からレンダリングされた図１Ａと同様の画像を図式的に示す。
図２は、図１Ａ−１Ｄに示された類の画像を生成するために、ボリュームデータをレンダリングする従来の処理の期間中に形成されるＭＰＲスラブのうちの一つのスライスの区分を示す。
図３は、本発明の実施形態による選択可能な視点及び視方向からのボリュームデータの２次元出力画像を生成する処理ステージを図式的に示すフローチャートである。
図４Ａ−Ｄは、本発明の実施形態に従ってレンダリングされた図１Ａ−Ｄと同様の医療画像を図式的に示す。
図５は、本発明の一実施形態を提供するために使用されるコンピュータワークステーションの図式的表現を示す。
図６は、本発明の実施形態と併せて使用することができる病院用コンピュータネットワークの例を図式的に示す。
図３は、選択可能な視点及び視方向からのスラブＭＰＲボリュームデータの２Ｄ出力画像をするために本発明の一実施形態を機能させる処理ステージの全体である。スラブＭＰＲボリュームデータは、複数のＭＰＲ平面(multiple MPR plane)からなるボリュームデータである。本方法は、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。
ステップＳ１では、原ボリュームデータ(raw volume data)は、例えば、コンピュータ断層撮影スキャナー、核共鳴スキャナー又は超音波スキャナー等によってキャプチャ(capture)される。そのデータは、ボクセル値の３次元配置の形式でボリュームデータを生成するために前処理(preprocess)される。これは、例えば、キャプチャ装置ユニットから従来ユニットへの正規化と、正規のボクセルグリッド上にキャプチャされていないデータを正規のグリッドにマッピングするステップを含んでもよい。このデータは、迅速な更なる処理のためにキャプチャ装置のＲＡＭ(random access memory)に格納されてもよい。しかしながら、通常、データは、後の読み取りと処理のために、ハードディスクのような記憶装置に格納される。これは、他の装置が、例えば上記記憶装置に接続された遠隔のコンピュータワークステーションが、後で処理を実行することを可能にする
ボリュームデータは、上述したように、３つの直交軸Ｉ，Ｊ，Ｋに平行に延びる行(rows)に配置される。隣接ボクセルは、単位ベクトルだけ３軸に対応する方向のそれぞれに沿って分離されている。即ち、上記軸のそれぞれに沿ったボクセル中心間の距離は１(unity)である。この場合も、上述のように、ビュー空間座標系Ｘ，Ｙ，Ｚが定義され、その座標系では、出力画像が単位ベクトルｘ，ｙだけＸ軸およびＹ軸に沿って分離され、Ｚ軸が視方向にそろえられる。
ステップＳ２では、ボリュームデータが読み取られ、そして任意的(optionally)に前処理される。この任意的な前処理は、例えば、選択された値（付け足し値）を有するボクセルを無視するために、又は更なる処理を行うために、上記ボリュームデータからサブ領域(sub-region)を選択するステップを含む。
ステップＳ３では、所望の視点及び視方向に対応するビュー変換マトリックス(view transform matrix)Ｖは、従来技術を用いて定義される。この例では、ビュー変換マトリックスＶは、次の形式の一般的な同次変換マトリックス(homogenous transform matrix)である。
Figure 0005288795
これは、出力画像を生成するために、視方向に沿ってボリュームデータを投影する前に従来と同じようにボリュームデータに適用されるマトリックス変換である。
ステップＳ４では、ビュー変換マトリックスＶは、次のように、中間変換マトリックスＰとワープ(warp)変換マトリックスＷに因数分解される。
Ｖ＝ＰＷ
ＶからＰ及びＷへの因数分解は、次の条件を満足させるためになされる。第１に、ボリューム空間における単位ベクトルｉ，ｊ，ｋは、ビュー変換マトリックスによって変換されて、ベクトルｉ’，ｊ’，ｋ’をそれぞれ提供する。即ち次のようである（再び同次表示法を用いるが、簡単化のために移動(translation)要素（即ち、Ｖ４１，Ｖ４２，等＝０）が存在しないと仮定する）。
Figure 0005288795
Figure 0005288795
Figure 0005288795
画像平面（即ち、ビュー空間におけるＸＹ平面）に最も接近して揃えられるこれらのベクトルのうちの２つが決定される。これは、例えば、視方向に揃えられたベクトルとの内積が最小となるｉ’，ｊ’，ｋ’のうちの２つを選択することにより、従来のベクトル代数学を用いてなされてもよい。上記２つの選択されたベクトルは、ボリューム空間における対応ベクトルがｒ及びｃであるとして、ｒ’及びｃ’として表される。例えば、もし、ｒ’及びｃ’が、ビュー空間における画像平面と最も接近して揃えられる２つのベクトルであれば、ｒ＝ｉ，ｒ’＝ｉ’，ｃ＝ｋ，ｃ’＝ｋ’である。
次に、画像平面（即ち、ビュー空間におけるｘｙ平面）上に投影されるｒ’及びｃ’の大きさが決定される。この場合も同様に、従来のベクトル代数学を用いて行われる。これらの大きさは、ビュー空間単位で、それぞれＥ及びＦである。そして、Ｅ及びＦの丸められた値が決定される。これらの丸められた値はそれぞれＡ及びＢである。この例では、Ａ及びＢは、Ｅ及びＦに最も近い整数であってゼロではない値である。しかしながら、Ｅ及びＦの下限（下方に丸める）と上限（上方に丸める）を決定するような、他の技術もまた使用されてもよい。一旦、Ａ及びＢが決定されると、中間変換マトリックスＰ及びワープ変換マトリックスＷが次のように定義される。
ｒＰ＝（Ａ ０ Ｒ’ｚ Ｒ’Ｔ）；
ｃＰ＝（０ Ｂ Ｃ’ｚ Ｃ’Ｔ）；
ここで、Ｒ’ｚ及びＣ’ｚはそれぞれｒ’及びｃ’の第３要素であり、Ｒ’Ｔ及びＣ’Ｔはこれらのベクトルの第４要素であり、次のようである。
Ｖ＝ＰＷ
図３に説明を戻すと、ＶからＰ及びＷへの因数分解に続いて、ステップＳ５では、Ｐがボリュームデータに適用される。これは、ボリュームデータを中間空間における中間ボリュームデータに変換する。この中間空間は３つの軸Ｌ，Ｍ，Ｎを有する。Ｌ軸及びＭ軸はビュー空間におけるＸＹ平面に平行である。Ｌ軸及びＭ軸は、通常、ビュー空間における他の一つと直交しない。Ｎ軸は、視方向と平行に揃えられる。中間空間座標系は、中間空間における各ボクセルの位置を特定するために使用される。この中間空間座標系は、単位ベクトルｌ，ｍ，ｎを有し、それら単位ベクトルは、上記軸Ｌ，Ｍ，Ｎのうちの一つとそれぞれ揃えられる。単位ベクトルｌは、ＬＭ平面上へのｒＰの投影が大きさＡを有するように決定される。単位ベクトルｍは、ＬＭ平面上へのｃＰの投影が大きさＢを有するように決定される。
ステップＳ６では、付属の移動(auxiliary translation)が必要かどうかの判断がなされる。付属の移動については更に後述される。当然ながら、付属移動変換マトリックスが常に適用される（または全く適用されない）実施においては、判定ステップＳ６を必要としない。差し当たり、付属の移動は必要とされず、処理は、ステップＳ６からステップＳ１１へのブランチ“ＮＯ”に従うものとする。
ステップＳ１１では、中間ボリュームデータは、中間画像を形成するためにビュー方向（即ち、中間空間におけるＮ軸）に沿って投影される。中間画像は、Ｌ軸及びＭ軸に対して平行な線に配置されたピクセルを有する。上述したように、これらの線は、通常、ビュー空間における他の一つと直交しない。中間画像におけるピクセル中心は、これらの軸のそれぞれに沿って単位ベクトルｌ及びｍによってそれぞれ分離される。投影は、任意の投影アルゴリズムに従ってなされてもよい。この例では、最大強度投影アルゴリズムが使用される。上述のように、これは、中間ボリュームデータをとおして中間画像における各ピクセルから光線を投射するステップと、それが交差する最大ボクセル値を決定するステップを含む。当然ながら、上記中間画像は、例えばメモリに格納され、処理されたピクセル値を含む‘実際の’画像でもよいが、その中間ボリューム空間は仮想空間である。
上述のように、中間変換マトリックスＰは、Ｌ軸及びＭ軸に沿って整数個のピクセルをそれぞれ投影するようにｒ及びｃに対応するボリューム空間軸に沿って単位ベクトルを変換するように設計される（即ち、隣接ボクセル間の分離）。これは、中間画像におけるピクセルのそれぞれから変換ボリュームデータを通した光線投射が、中間画像の平面に平行な中間ボリュームデータの平面の至る所でボクセル中心から一貫した距離で通過することを意味する。これらの平面は、本明細書では、中間ＭＰＲ平面と称される。これは、中間画像におけるピクセルについて投影を実施するときにボクセル間でなされる補間に一貫性が存在することを意味する。
ＡとＢの両方が１(unity)であれば、中間画像における隣接ピクセルからの光線投射は、それらが通過する中間ＭＰＲスライスのそれぞれの至る所で最も近いボクセル中心から同じ距離のところを通過する。このため、図１Ａから１Ｄに示されるハッチアーチファクトを起こすボクセル中心とサンプル位置（即ち、ボリュームデータを通した光線投射の位置）との間の周期的なビートが中間画像において発生しない。このことは、中間画像にアーチファクトが発生しないことを意味している。
他方、もし、Ａ及びＢが１(unity)よりも大きければ、例えば２の場合、隣接ピクセルからの光線投射は、それらの最も近いボクセル中心から異なる量だけオフセットしているであろう。しかしながら、他の何れのボクセルからの光線も、同じ距離だけオフセットしているであろう。途中のピクセルからの光線は、それらの間の中間を通過する。同様に、もし、ＡまたはＢが３であれば、それは、同じ距離だけオフセットした３回に１回の光線(every third ray)であろう。これら状況では、各中間ＭＰＲスライスにおける各ボクセルは２つ以上サンプリングされる。これは、例えば、出力画像がボクセル解像度で制限されるように大きく拡大される場合に発生しそうである。これらの場合では、過剰なサンプリングによる僅かなアーチファクトが存在するが、これは個々のボクセルの規模で発生するので、この規模に平均化される。
ステップＳ１２では、ワープ変換マトリックスＷは中間画像に適用される。Ｖ＝ＰＷであるから、これは、中間画像を所望の出力画像に変換する。中間画像は変形され、そしてワープ変換マトリックスＷはこれを修正する。
ステップＳ１３では、出力画像が、例えば、本方法が実施されるコンピュータワークステーションのディスプレイ上に表示される。
図４Ａ−Ｄは、図１Ａ−Ｄに示される画像のそれぞれと同様または対応する医療画像を図式的に示す。図４Ａ−Ｄの画像は、図１Ａ−Ｄの画像と同じ視点及び視方向から見た同一のボリュームデータに相当している。しかしながら、図４Ａ−Ｄでは、ボリュームレンダリング(rendering)は、図３に示される方法によって実施される。このようにレンダリングされた画像の全体の外観は従来のレンダリング画像に似ているが、ハッチアーチファクトが存在しないことが分かる。従って、本発明の実施形態に従ってレンダリングされた画像は、視覚的に煩わしいアーチファクトを含まない。このことは、画像の分析を一層容易にし、そしてアーチファクトの存在によって混乱が生じる機会を低減させる。
その同次形式(homogenous form)では、ビュー変換マトリックスＶは、視方向の向きと視方向におけるオフセットの両方（即ち、視点の移動）を定義する。移動要素(translation component)は、Ｖの４番目の行によって与えられる。この行は、中間移動マトリックスＰの定義のために維持される。従って、図３のステップＳ５は、Ｖの所望の移動要素を組み込む。移動要素は、中間画像にマッピングされたボクセル中心の隔たりに影響を与えない。これは、ボクセルと中間画像におけるピクセル分離との間の整数関係が、如何なる移動の大きさにも無関係に維持されることを意味する。しかしながら、移動要素は、中間画像にマッピングされたボクセル中心と中間画像ピクセル中心との間のオフセットが一貫したオフセットであることを決定づける。ハッチアーチファクトはこのオフセットの大きさに依存しないが、全体の画像の明るさは依存し得る。例えば、もし、オフセットがゼロであれば、全ての光線はボクセル中心を通過する。もし、オフセットが隣接ボクセル間の隔たりの２分の１に相当すれば、全ての光線は、ボクセル中心間の中間を通過する。最大強度投影について、この後者の例は、わずかにぼやけた画像(dimmer image)を生じる。通常、この影響を回避することは望ましく、そしてこれは付属の移動変換マトリックスＴを適用することにより行うことができる。このことは、図３のステップＳ６からのブランチ“ＹＥＳ”によって示されており、これから説明するようなステップＳ７〜Ｓ１０を実行することをもたらす。
ステップＳ７では、付属の移動変換マトリックスＴが決定される。ピクセル中心から例えばゼロの所定のオフセットにボクセル中心がマッピングされるように中間ボリュームデータをその軸のそれぞれに沿って移動するようにＴが設計され、Ｔは次のようである。
Figure 0005288795
ここで、ラウンドｄｍ、ラウンドｄｎ、ラウンドｄｌは、それぞれ、Ｖ４１，Ｖ４２，Ｖ４３の端数部(fractional part)である。
ステップＳ８では、付属の移動変換マトリックスＴは、中間ボリュームデータに適用されて、シフトされた中間ボリュームデータを生成する。
ステップＳ９では、上記シフトされた中間ボリュームデータは、視方向に沿って投影されて、シフトされた中間画像を形成する。ステップＳ９は、上述したステップＳ１１と同様であり、ステップＳ１１から理解される。
ステップＳ１０では、付属の移動変換マトリックスＴの逆マトリックス（Ｔ−１）が、上記シフトされた中間画像に適用されて、ステップＳ１１で生成されたものに対応する中間画像を提供する。
付属の移動変換マトリックスＴは、如何なる移動（パン）要素の大きさとも関係なく、ステップＳ９での投影の期間中、ボクセル中心がピクセル中心から同じオフセットにマッピングすることを確かなものにする。このため、別の移動に対応する出力画像は、強度の変化に影響されない。このことは、例えば、異なる移動要素を有する多くの出力画像が時間系列に動きを与えられ又は直接的に比較される場合に役に立つ。例えば、実時間での異なる視点及び視方向のユーザ選択に応答する場合である。付属の移動変換マトリックスを用いなければ、このような時間系列は、連続するフレーム間で明るくなったり暗くなったりして現れる。
付属の移動変換マトリックスを採用するか否かによる処理の違いを示すため、上述の説明は、付属の移動変換マトリックスＴを分離処理ステップとして適用して行われた。しかしながら、当然ではあるが、概して図３に示される方法の幾つかのステップが組み合わされ得る。さらに、それらは、同図に示される順番で実施される必要は全くなく、また、幾つかの実施例ではそのステップの全てが実施される必要もない。例えば、付属の変換が必要とされるかどうかの決定（ステップＳ６）は、最初に行われてもよい。おそらく、レンダリングされた出力画像が動きを与えられた系列の一部を形成することが既に知られているためである。この場合、ＰおよびＴマトリックスは、互いに乗算されて、一つのステップにおいてボリュームデータに適用されることができる。同様に、Ｔ−１およびＷが互いに乗算されて一つのステップにおいて適用されることができる。
ビュー変換マトリックスＶを適切な中間変換マトリックスＰおよびワープ変換マトリックスＷに因数分解する一つの方法は、例を用いてこれから説明されるであろう。しかしながら、当然のことではあるが、ＰおよびＷは、概してＶの因数分解に対する唯一の解法を表すものではなく、他の技法も採用し得る。
最初に、Ｗは次のように定義される。
Figure 0005288795
ここで、Ｒ’ｘおよびＣ’ｘは、それぞれ、ｒ’およびｃ’の第１要素であり、Ｒ’ｙおよびＣ’ｙは、これらのベクトルの第２要素である。
そして、Ｗの逆（Ｗ−１）は、従来のマトリックス代数学を用いて決定される。そして、次のように簡単な乗算によりＰを決定することが可能である。
Ｐ＝ＶＷ−１
当然ではあるが、出力画像として上述されたものは、ユーザに表示される前に更なる画像処理を行うことを前提とした画像である。例えば、その画像は、表示の前に、そのコントラストが強調され、またはフィルタリングされるかもしれない。他の例では、その画像は圧縮され、伝送され、再構成されるものであるかもしれない。ＭＰＲ画像は、また、視点の範囲（画像平面についてのＺ位置の範囲のような）について上述したように生成され、出力ボリュームデータセットを形成するために統合される。そして、この出力ボリュームデータセットは、上述の技術または他の技術を用いて、格納され、伝送され、セグメント(segment)化され、またはレンダリングされる。
また、当然ながら、上述の実施例はマトリックス変換を採用したが、これは説明の便宜のために過ぎない。隣接ボクセル間の隔たりが中間画像における整数個のピクセルに投影するところの中間画像へのボリュームデータの投影を依然として提供するような、他の数学的概念に基づく他のマッピングアルゴリズムが使用されてもよい。
上述の説明はＭＰＲとの関連で述べられたが、本発明による方法は、また、他のレンダリング処理（アルゴリズム）にも適用可能である。具体的には、ボリュームデータが、概してボリューム空間座標系に揃えられていない直線的グリッド（サンプルグリッド）上でサンプリングされるところの処理であり、その処理では、ボリューム空間座標系の軸に沿ったボクセルとサンプルグリッドの軸に沿ったサンプル位置との相関関係が、画像ピクセルの値に影響を及ぼすバイアスエラー(bias error)を引き起こす。これが適用するところの既知のタイプの投影は、最大強度を用いた直交投影（ＭＩＰとして知られる）、またはカラーまたは不透明度に対するボクセルのマッピングを用いた直交投影および最小投影（ＭｉｎＩＰ）蓄積を含むが、これに限定されない。
上述したように、本方法は、厚みを持ったＭＰＲレンダリング（スラブＭＰＲレンダリングとして知られる）に適用されてもよい。また、それは、全ボリュームデータセット、またはボリュームデータのサブセットの投影のような、ＭＰＲ平面と結び付けられないレンダリングに適用されてもよい。
本方法が適用されるサンプリングアルゴリズムは、視方向に沿った平行光線投射で投射するステップと、所定の方向（同様に、視方向として一般に知られている）に対して垂直な、３Ｄテクスチャー平面としても知られる、断面平面に沿ってサンプリングするステップとを含むが、これに限定されない。これら二つのサンプリングアルゴリズムは同一構造(isomorphic)であることに注意されたい。すなわち、そのアルゴリズムは、ボリュームデータのサンプルの同一のセットを処理し（または、処理するように構成され）、それらのサンプルを処理する順序が異なるだけである。
また、本方法は、中間画像がさらにレンダリングされ再サンプリングされる状況、例えば、中間画像が、最終的な画像としてユーザに提示される前に、スケーリングされ、回転され、及び／又は、ピクセル値変換を受ける状況で適用されてもよい。
また、本方法は、出力が、画像ではなく、更なる処理と表示のために使用される、再サンプリングされた３Ｄ配列（第２ボリューム）または２Ｄ画像のスタックである。画像のスタックまたはボリュームの再サンプリングに対する本方法の一つの適用例は、それらの平面に垂直なオフセットだけ分離された一連の断面画像を準備することである。他の例は、マルチステージのボリュームレンダリングの中間結果として、再サンプリングされたボリュームを準備することである。
図５は、本発明の実施形態を提供するために使用されるコンピュータワークステーション１０を図式的に示す。図５に示されるように、コンピュータワークステーション１０は、システムユニット１２、ディスプレイ１４（本発明の例に従ってボリュームデータから得られる画像を表示するものとして示される）、キーボード１８、およびマウス２０を備える。本発明による方法は、例えば、パーソナルコンピュータ、或いは他の形式のコンピュータワークステーションなどの適切にプログラムされた汎用コンピュータ上で実行されるが、当然ながら、他の実施例も可能である。例えば、本発明の実施例において、スタンドアローンコンピュータ上よりも、むしろコンピュータのネットワークが使用されてもよい。或いは、さらに、本発明の少なくとも幾つかの機能性は、例えば、画像処理ユニット（ＧＰＵ）、特殊用途向け集積回路（例えば、ＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuits)）またはＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)）などの特殊用途のハードウェア、またはファームウェアによって実施されてもよい。
本発明を採用する方法は、しばしば、病院環境内で使用されるであろう。この場合、本発明は、スタンドアローンソフトウェアに効果的に集約され、または画像保管通信システム（ＰＡＣＳ）で用いられる。ＰＡＣＳは、病院ベースのコンピュータ化されたネットワークであり、単一の中央アーカイブ(archive)に整理されたデジタル形式で異なるタイプの診断画像（ＣＴおよび磁気共鳴画像（ＭＲＩ）スキャニングからのような３Ｄボリュームデータセットを含む）を格納することができる。例えば、画像は、ＤＩＣＯＭ(Digital Imaging and Communications in Medicine)形式で格納されることができる。各画像は、アーカイブに格納された患者の生年月日および名前のような関連した患者の情報を有する。アーカイブは、病院全体にわたる全ユーザが必要に応じて患者のデータをアクセスして処理することができるように、多数のワークステーションを備えたコンピュータネットワークに接続される。加えて、そのサイトから遠隔のユーザは、インターネットを介してアーカイブをアクセスすることが許容されてもよい。
従って、本発明との関連では、複数の画像ボリュームデータセットがＰＡＣＳアーカイブに格納されることができ、そして選択可能な視方向からのボリュームデータセットのうちの選択された一つの２Ｄ出力画像を生成するコンピュータ実施の方法は、コンピュータネットワークを介してアーカイブに接続されたワークステーション上で提供されることができる。外科医、コンサルタント、または研究者のようなユーザは、これにより、ワークステーションから任意のボリュームデータセットをアクセスすることができ、そして、本発明を実施する方法を用いて画像を生成して表示させることができる。
図６は、本発明の実施形態と関連して使用することができるコンピュータネットワークの例を示す。ネットワーク１５０は、病院１５２におけるローカルエリアネットワークを含む。病院１５２には、多くのワークステーションが備えられ、これらのワークステーション１５０は、それぞれ、関連する記憶装置１５８を有する病院コンピュータサーバ１５６にローカルエリアネットワークを介してアクセスする。ＰＡＣＳアーカイブは、そのアーカイブのデータが任意のワークステーション１５４からアクセス可能なように、記憶装置１５８上に格納されている。１又は２以上のワークステーション１５４は、前述したような画像を生成する方法のコンピュータ実施のためのソフトウェアに対するアクセスを有する。このソフトウェアは、各ワークステーション１５４にローカルに格納されてもよく、或いは、必要に応じてネットワーク１５０上のワークステーション１５４にリモートで格納されダウンロードされてもよい。他の例では、本発明を採用する方法は、端末として作動するワークステーション１５４を有するコンピュータサーバ上で実行されてもよい。例えば、ワークステーションは、所望のボリュームデータセットと視方向を規定するユーザ入力を受信し、そしてボリュームレンダリング自体がサーバまたは他のプロセッサによって実行される間にレンダリング画像を表示するように構成されてもよい。また、多数の医療画像装置１６０，１６２，１６４，１６６は、病院コンピュータサーバ１５６と結合される。装置１６０，１６２，１６４，１６６で収集されたボリュームデータは、記憶装置１５６上のＰＡＣＳアーカイブに直接的に格納されることができる。従って、医療上の緊急時に迅速な診断が可能なように、患者の画像は、それが記録された後には即座に生成されて見ることができる。ローカルエリアネットワークは、病院インターネットサーバ１７０によりインターネット１６８と接続され、そのサーバは、ＰＡＣＳアーカイブへのリモートアクセスを可能にする。これは、例えば、もし、患者が移動された場合や、外部に研究を請け負わせることを可能にする場合に、病院間でデータを転送するため、およびデータをリモードでアクセスするための使用形態である。
上述した実施形態では、データキャリアまたはメモリに格納するためのコンピュータプログラムを採用するコンピュータ実施は、コンピュータのプロセッサの動作を制御するために使用されることができる。このコンピュータプログラムは、適切なキャリア媒体、例えば、固体メモリ、磁気的、光学的または光磁気デスク、またはテープベースの媒体のような記憶媒体に適用されることができる。或いは、それは、伝送媒体、例えば、電話、無線または光チャンネルのようなキャリアを用いた媒体に適用されることができる。
当然ながら、本発明の特定の実施形態が述べられたが、多くの変形／付加及び／又は置換が、本発明の範囲内で可能である。従って、上述した特定の例は、例示的なものに過ぎず、本発明はそれに限定されるものではない。
従って、例えば、上述した実施形態は、従来のコンピュータワークステーションなどの従来のコンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを採用するが、他の実施形態では、特定用途のハードウェアが使用可能である。例えば、少なくとも機能性の幾つかは、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)またはＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)などの特定用途向けの回路を用いて、または画像処理ユニット（ＧＰＵ）の形式で成立する。また、マルチスレッド処理または並列計算ハードウェアが、少なくとも上記処理の幾つかのために使用できる。例えば、異なるスレッドまたは処理ステージが、中間画像のそれぞれの交互の行(respective alternate rows)を生成するために使用できる。
参考文献
[1] Philip Lacroute, Ph.D. dissertation, Technical Report CSL-TR-95-678, Stanford University, 1995
[2] US 5787889(University of Washington)
[3] US 6658080(Voxar Limited)
従来のボリュームレンダリング技術で発生するアーチファクトを有する医療画像を図式的に示す図である。 異なる方向からレンダリングされた図１Ａと同様の画像を図式的に示す図である。 異なる方向からレンダリングされた図１Ａと同様の画像を図式的に示す図である。 異なる方向からレンダリングされた図１Ａと同様の画像を図式的に示す図である。 図１Ａ−１Ｄに示された類の画像を生成するために、ボリュームデータをレンダリングする従来の処理の期間中に形成されるＭＰＲスラブのうちの一つのスライスの区分を示す図である。 本発明の実施形態による選択可能な視点及び視方向からのボリュームデータの２次元出力画像を生成する処理ステージを図式的に示すフローチャートである。 本発明の実施形態に従ってレンダリングされた図１Ａ−Ｄと同様の医療画像を図式的に示す。 本発明の実施形態に従ってレンダリングされた図１Ａ−Ｄと同様の医療画像を図式的に示す。 本発明の実施形態に従ってレンダリングされた図１Ａ−Ｄと同様の医療画像を図式的に示す。 本発明の実施形態に従ってレンダリングされた図１Ａ−Ｄと同様の医療画像を図式的に示す。 本発明の一実施形態を提供するために使用されるコンピュータワークステーションの図式的表現を示す。 本発明の実施形態と併せて使用することができる病院用コンピュータネットワークの例を図式的に示す。
符号の説明
１５０；ネットワーク
１５２；病院
１５４；ワークステーション
１５６；病院コンピュータサーバ
１６０，１６２，１６４，１６６；装置
１６８；インターネット
１７０；病院インターネットサーバ
Ｓ１〜Ｓ１３；ステップ

Claims (14)

  1. スラブＭＰＲレンダリング処理において選択可能な視点および視方向からのボリュームデータセットの２次元出力画像を生成する方法であって、
    第１、第２、第３の方向に沿って行に配置されたボクセルを含むスラブＭＰＲボリュームデータセットを供給するステップと、
    前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを平面上に投影して、前記第１、第２、第３の方向のうちの２つに沿った隣接ボクセル中心の投影が各整数個のピクセル間の隔たりによって分離された第１、第２の中間画像軸に沿って配置されたピクセルを有する中間画像を形成するステップと、
    ワープマッピング変換を適用して、前記中間画像を前記出力画像に変換するステップとを含む方法。
  2. 前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを投影するステップは、
    前記ボクセルが前記第１の中間画像軸に対して平行に行に配置された中間ボリュームデータセットに前記ボリュームデータセットを変換するための中間マッピング変換を決定するステップと、
    前記中間マッピング変換を前記ボリュームデータセットに適用するステップと、
    前記視方向に沿って前記結果として得られた中間ボリュームデータセットを投影するステップとを含む請求項１記載の方法。
  3. 前記中間マッピング変換及び前記ワープマッピング変換は、選択された視点及び視方向に対応する視マッピング変換を因数分解することによって決定される請求項２記載の方法。
  4. 前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを投影するステップは、更に、
    ボクセル中心が、前記第１の中間画像軸に平行な方向における前記中間画像におけるピクセルの中心から第１の所定のオフセットで投影すると共に前記第２の中間画像軸に平行な方向における前記中間画像におけるピクセルの中心から第２の所定のオフセットで投影するところのシフトされた中間ボリュームデータセットに前記中間ボリュームデータを移動(translate)するための付属の移動マッピング変換を決定するステップと、
    前記付属の移動マッピング変換を前記中間ボリュームデータセットに適用するステップと、
    前記結果として得られたシフトされた中間ボリュームデータセットを前記視方向に沿って投影するステップと、
    前記付属の移動マッピング変換の逆変換を適用して、前記中間画像を提供するステップとを含む請求項２または３記載の方法。
  5. 前記第１及び第２のオフセットはゼロである請求項４記載の方法。
  6. 前記各整数個のピクセルは、前記出力画像に対する前記第１、第２、第３の方向のうちの前記２つに沿った隣接ボクセル間の隔たりの投影の大きさの丸められたおおよその値である請求項１ないし５の何れか１項記載の方法。
  7. 前記丸められた値のそれぞれは、前記出力画像に対する前記第１、第２、第３の方向に沿った隣接ボクセル間の隔たりの投影の大きさに最も近い整数であってゼロでない整数である請求項６記載の方法。
  8. 前記第１、第２、第３の方向のうちの前記２つのうちの一方は、前記視方向に対して平行度が最も少なく、前記第１、第２、第３の方向のうちの前記２つのうちの他方は、前記視方向に対して前記一方の方向の次に平行度が少ない方向である請求項１ないし７の何れか１項記載の方法。
  9. 請求項１ないし８の何れかの方法をコンピュータに実施させるためのマシン読み取り可能な命令を含むコンピュータプログラム。
  10. 請求項９記載のコンピュータプログラムを格納した記録媒体。
  11. 請求項１ないし８の何れかの方法を実行するように構成されたコンピュータ。
  12. 選択可能な視方向から、第１、第２、第３の方向に沿って配置されたボクセルからなるスラブＭＰＲボリュームデータセットの２次元出力画像を生成するための装置であって、
    ボリュームデータが読み取られて前記スラブＭＰＲボリュームデータセットを供給するソースと、
    前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを平面上に投影して、前記第１、第２、第３の方向のうちの２つに沿った隣接ボクセル中心の投影が各整数個のピクセル間の隔たりによって分離されたところの第１及び第２の中間画像軸に沿って配置されたピクセルを有する中間画像を形成するように機能する投影プロセッサと、
    ワープマッピング変換を適用して前記中間画像を前記出力画像に変換するように機能するワーププロセッサとを備えた装置。
  13. ボリュームデータを格納するためのメモリを有する画像保管通信システムと、
    前記メモリをアクセスして前記ボリュームデータセットを読み取り、選択可能な視点及び視方向からの前記ボリュームデータの２次元出力画像を生成するために請求項１ないし８の何れか１項記載の方法を実施するように機能する１又は２以上のワークステーションとを備えたコンピュータシステム。
  14. ３次元テクスチャー平面レンダリング処理または光線が視方向と平行に投射される光線投射レンダリング処理または正投影レンダリング処理において選択可能な視点及び視方向からのボリュームデータセットの２次元出力画像を生成する方法であって、
    第１、第２、第３の方向に沿って行に配置されたボクセルからなるボリュームデータセットを供給するステップと、
    前記視方向に沿って前記ボリュームデータセットを平面上に投影して、前記第１、第２、第３の方向のうちの２つに沿った隣接ボクセル中心の投影が各整数個のピクセル間の隔たりによって分離されたところの第１及び第２の中間画像軸に沿って配置されたピクセルを有する中間画像を形成するステップと、
    ワープマッピング変換を適用して前記中間画像を前記出力画像に変換するステップとを含む方法。
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