以下、図面を参照して、本発明の一実施の 形態について説明する。

図7は、3次元医用画像処理システムの概要� ��示すハードウェア構成図である。図に示す� ��うに、このシステムでは、モダリティ1と、 画像保管サーバ2と、画像処理ワークステー� �ョン3とが、ネットワーク9を経由して通信可 能な状態で接続されている。

モダリティ1は、被検体を表す3次元医用画� ��V(3次元画像)を取得するものであり、具体的 には、CT装置やMRI装置、超音波診断装置等で� ��る。

画像保管サーバ2は、モダリティ1で取得さ� ��た3次元医用画像Vや画像処理ワークステー� �ョン3での画像処理によって生成された医用� ��像を画像データベースに保存・管理するコ� ��ピュータであり、大容量外部記憶装置やデ� ��タベース管理ソフトウェア(たとえば、ORDB(O bject Relational Database)管理ソフトウェア)を備� ��ている。

画像処理ワークステーション3は、読影者� �らの要求に応じて、モダリティ1や画像保管� ��ーバ2から取得した3次元医用画像Vに対して� ��像処理を行い、生成された画像を表示する� ��ンピュータであり、特に、読影者からの要� ��を入力するキーボードやマウス等の入力装� ��と、取得した3次元医用画像Vを格納可能な� �量の主記憶装置と、生成された画像を表示� �るディスプレイとを備えている。

画像データの格納形式やネットワーク9経� �での各装置間の通信は、DICOM(Digital Imaging an d Communications in Medicine)等のプロトコルに基� ��いている。

図8は、画像処理ワークステーション3のボ� ��ュームレンダリング機能に関連する部分を� ��すブロック図である。図に示すように、画� ��処理ワークステーション3は、読影者からの 要求に応じて、読影対象の患者の3次元医用� �像Vをモダリティ1や画像保管サーバ2から取� �する画像取得手段10、任意の視点と投影面上 の各画素とを結ぶ複数の視線に沿って、3次� �医用画像Vを所定の間隔でサンプリングした� ��数の探査点の輝度値と不透明度とを用いて� ��投影面上の画素の画素値を決定し、ボリュ� ��ムレンダリング画像(擬似3次元画像)を生成� ��るレイキャスティング手段60、および生成� �れたボリュームレンダリング画像をディス� �レイに表示する画像表示手段70から構成され ており、レイキャスティング手段60は、各探� ��点における輝度値と不透明度をそれぞれ決� ��する不透明度決定手段40と輝度値決定手段50 とを備える。

次に、この医用画像処理システム、特に画 像処理ワークステーション3によって、ボリ� �ームレンダリング画像を生成する処理の流� �について説明する。

まず、画像取得手段10が、読影者からの要� ��に応じて、読影対象の患者の3次元医用画像 Vをモダリティ1や画像保管サーバ2から取得す る。この3次元医用画像Vは、マルチスライス� ��像をボクセルに分割し、3次元座標空間内に 配列してなるものであり、各ボクセルの位置 は、被写体の左右方向をx軸、前後方向をy軸� ��上下方向をz軸とする3次元座標系で定義さ� �、各ボクセルの画素値は、そのボクセルの� �置の座標と関連づけられている。

次に、レイキャスティング手段60が、画像取� ��部10によって取得された3次元医用画像Vのボ リュームレンダリング画像を構成する画素の 画素値(出力画素値)を求める。まず、初期設� ��ファイルや読影者によるキーボードやマウ� ��等からの入力等により設定された視点、光� ��S、投影面F(大きさ、位置、画素数)により、 たとえば、図1に示すように、その視点と投� �面F上の投影画素の各々とを結ぶ複数の視線E _j (j=1、2、…、L;Lは、視線の数)に沿って3次元� �用画像Vを所定の間隔でサンプリングした複� ��の探査点P _ji (i=1、2、…、n;nは、視線E _j 上の探査点の数)を設定する。次に、各視線E _j に沿って、各探査点P _ji における輝度値b(P _ji )と不透明度f(P _ji )とを後述する不透明度決定手段40および輝度 値決定手段50により順次取得し、次の式(3)に� ��すように、それらの積を加算していき、不� ��明度αの累積が所定の閾値となるか、また� �レイが対象としている3次元医用画像Vから抜 け出たとき、その視線E _j に対する処理を終了し、加算結果をその視線 E _j が通る投影面上の投影画素の出力画素値C _j として決定する。

このような処理を各視線について行い、投 影面上のすべての投影画素の出力画素値を決 定し、ボリュームレンダリング画像を生成す る。生成されたボリュームレンダリング画像 は、画像表示手段70によって画像処理ワーク� ��テーション3のディスプレイに表示される。

次に、不透明度決定手段40によって、上記各� ��査点P _ji における不透明度f(P _ji )を決定する処理について説明する。

各探査点P _ji における不透明度f(P _ji )は、予め画素値に対応して割り当てられる� �透明度の設定条件F(g)が与えられている場合� ��は、その設定条件F(g)に基づき、その探査点 P _ji おける画素値g(P _ji )により決定する。なお、各探査点P _ji における画素値g(P _ji )は、探査点P _ji が含まれる格子を構成する8つのボクセルの� �素値を線形補間して算出される。以下同じ� �

一方、3次元画像を、画素値に対応して割り� �てられる不透明度の設定関数F _A (g)の条件下でレイキャスティングすることに より生成される擬似3次元画像I _A から、設定関数F _B (g)の条件下でレイキャスティングすることに より生成される擬似3次元画像I _B へ変化する途中の中間画像I _α を生成する場合には、それらの設定関数F _A (g)、F _B (g)を補間することにより得られた設定関数F _α (g)に基づき、その探査点P _ji おける画素値g(P _ji )により決定する。

具体的には、まず、各画素値gに対応して割� �当てる不透明度fを、中間画像における変化� ��段階α(0<α<1)が、その2つの異なる不透� �度の設定条件F _A (g)、F _B (g)のうち各画素値gに対応して割り当てられ� �不透明度が小さい方の設定条件下で生成さ� �た擬似3次元画像に近いほど、段階の変化α� �対する、割り当てる不透明度の変化が小さ� �なるように決定することにより不透明度の� �定関数F _α (g)を決定する。次に、その決定された不透明 度の設定関数F _α (g)に基づき、次の式(5)により、各探査点P _ji における不透明度f (P _ji )をその探査点P _ji おける画素値g(P _ji )により決定する。

なお、この不透明度の設定条件F _α (g)は、たとえば次の式(1)により算出されたも のを用いることができる。

ここで、t(α)は、補間計数関数であり、たと� ��ば次の式(2)により規定される関数を用いる� ��とができる。

ここで、xは、1<x≦(-m/logβ)の実数であり� ��mは、不透明度に有効な変化が生ずる単位不 透明度の有効数字の桁数であり、βは、不透� ��度に有効な変化が生ずる、前記段階の単位� ��化量である。

次に、輝度値決定手段50によって、各探査点P _ji における輝度値b(P _ji )を決定する処理について説明する。各探査� �P _ji における輝度値b(P _ji )は、次の式(6)により算出する。

ここで、hは、拡散反射によるシェーディン� �係数である。なお、本実施形態では、環境� �や鏡面反射光については考慮していない。� �た、N(P _ji )は、探査点P _ji における法線ベクトルであり、次の式(7)によ り算出される。

ここで、∇f(P _ji )は、探査点P _ji における不透明度の勾配であり、探査点P _ji にx軸方向、y軸方向、又はz軸方向で近接する 6つの近傍点における不透明度fを用いて、次� ��式(8)により算出される。なお、ここでは、� ��略化のため、P _ji =(x、y、z)としている。

さらに、Lは、探査点P _ji から光源Sへの単位方向ベクトル、「・」は� �クトルの内積、c(P _ji )は、予め被検体の組織毎(CT値等の画素値毎)� ��定義された色情報に基づき、割り当てられ� ��色情報である。

なお、上記不透明度の決定処理と輝度値の 決定処理とは、互いに独立した処理のため、 直列処理で行う場合にはどちらの処理を先に 行ってもよいし、並列処理により同時並行で 行ってもよい。

このように本発明による画像処理の実施形 態となる3次元医用画像処理システムでは、3� ��元画像を、任意の視点から、画素値に対応� ��て割り当てられる不透明度の2つの異なる設 定条件下でそれぞれレイキャスティングする ことにより生成される2つの擬似3次元画像の� ��一方から他方へ変化する途中の中間画像を� ��成する際に、不透明度決定手段40が、各画� �値に対応して割り当てる不透明度を、中間� �像における変化の段階が、その2つの異なる� ��透明度の設定条件のうち各画素値に対応し� ��割り当てられる不透明度が小さい方の設定� ��件下で生成された擬似3次元画像に近いほど 、段階の変化に対する、割り当てる不透明度 の小さくなるように決定することにより不透 明度の設定条件を決定し、レイキャスティン グ手段60が、決定された不透明度の設定条件� ��で、3次元画像を任意の視点からレイキャス ティングすることにより中間画像を生成する ようにしたので、変化の段階の線形的な変化 に対して、見た目が線形に近い形で変化する 中間画像を生成することができる。

上記の実施形態におけるシステム構成、処 理フロー、モジュール構成等に対して、本発 明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な改変を 行ったものも、本発明の技術的範囲に含まれ る。また、上記の実施形態はあくまでも例示 であり、上記のすべての説明が本発明の技術 的範囲を限定的に解釈するために利用される べきものではない。

例えば、上記の実施形態では、画像処理ワ ークステーション3で画像処理と画像表示の� �方を行うようにしたが、画像処理サーバを� �途設けてネットワーク9に接続し、画像処理� ��この画像処理サーバに行わせるようにして� ��よい。これにより、分散処理が図られ、た� ��えば、画像の表示を複数の端末で行う場合� ��は、高性能の画像処理ワークステーション� ��複数台設置する必要がなくなり、システム� ��体のコストの低減に資する。