中間画像生成方法および装置ならびにプログラム
【課題】２つの異なる不透明度の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た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生成する際に、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。
【解決手段】各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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変化が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、決定された不透明度の設定条件下で、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。
【解決手段】各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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変化が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、決定された不透明度の設定条件下で、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元画像を２つの異なる不透明度の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生成する中間画像生成方法および装置ならびにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被写体の３次元的な構造等の把握を容易にするため、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、超音波診断装置等により取得された多数の２次元画像の群からなる被写体の３次元画像データを、コンピュータグラフィックスの技術等を用いて２次元平面上に立体的に可視化した擬似３次元画像を生成・表示する処理が行われている。
【０００３】
このような擬似３次元画像を生成する方法としては、ボリュームレンダリング法が知られている。これは、３次元画像を構成する各画素（ボクセル）に対して設定された不透明度（Opacity）と輝度値とに基づき、視線に沿った各探索点におけるこれらの値をサンプリングし、それらの積を加算していくことによって投影画素の画素値を求め、半透明な投影画像を生成する処理である。
【０００４】
具体的には、図１に示すように、視点と投影面Ｔ上の投影画素の各々とを結ぶ複数の視線Ｅｊ（ｊ＝１、２、…、Ｌ；Ｌは、視線の数）に沿って３次元画像Ｖを所定の間隔でサンプリングした複数の探査点Ｐｊｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ；ｎは、視線Ｅｊ上の探査点の数）を設定する。次に、各視線Ｅｊに沿って、各探査点Ｐｊｉにおける輝度値ｂ(Ｐｊｉ)と不透明度ｆ(Ｐｊｉ)とを順次取得し、次の式（３）により、視線Ｅｊが通る投影面上の投影画素の出力画素値Ｃｊを決定する。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、投影画像を生成する。
【数１】
【０００５】
ここで、各探査点Ｐｊｉにおける不透明度ｆ(Ｐｊｉ)は、予め画素値毎に定義された不透明度に基づき、その探査点Ｐｊｉおける画素値により決定されるので、画素値に対応して割り当てられる不透明度の設定を調節することにより、被写体を可視化する程度を調節することができる。
【０００６】
たとえば、図２Ａから図４Ａに示すように、投影画像を表示する表示画面上にスライダボックス９１を設け、そのスライダ９２の位置を左の端（α＝０）から右の端（α＝１）へスライドさせることに応じて、２つの異なる不透明度の設定関数下でそれぞれ生成された２つの擬似３次元画像の、一方ＩＡから他方ＩＢへ変化する画像を表示画面に表示させることが行われている。
【０００７】
具体的には、スライダ９２が、左の端（α＝０）に位置するときには図２Ｂのグラフに示す不透明度の設定関数ＦＡ(ｇ)を適用させ、図２Ａに示すような肋骨部が完全に透明である画像ＩＡを生成し、右の端（α＝１）に位置するときには図４Ｂのグラフに示す不透明度の設定関数ＦＢ(ｇ)を適用させ、図４Ａに示すような肋骨部が完全に不透明である画像ＩＢを生成する。また、スライダ９２が両端の間（０＜α＜1）に位置するときには、下記の式（４）によりスライダ９２の位置αに応じて設定関数ＦＡ(ｇ)、ＦＢ(ｇ)を線形補間して得られた設定関数ＦＨ(ｇ)を適用させ、図３Ａに示すような画像ＩＡから画像ＩＢへ変化する途中の中間画像ＩＨを生成する（特許文献１参照）。
【数２】
【０００８】
なお、図３Ａに示す中間画像は、スライダ９２がα＝0.2の位置にあるときに、図３Ｂのグラフに示す不透明度の設定関数ＦＨ(ｇ)を適用させ、生成したものである。また、ここでは、投影画像ＩＡ、ＩＨ、ＩＢが、肋骨部の投影画像に、心臓部の３次元画像を一定の不透明度の設定関数ＦＫ(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た心臓部の投影画像が重ね合わせられたものである場合を例示している。
【特許文献１】特開２００５‐２０２７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の技術では、スライダ９２の位置αの線形的な変化に対して、各探査点に割り当てられる不透明度は、上記式（４）により、線形的に変化するが、上記式（４）の設定関数ＦＨ(ｇ)を上記式（３）に代入すると、式（３）は、αに関する最大（ｎ＋１）次の多項式関数となり、投影画素の出力画素値の変化はほとんどが非線形的なものとなってしまう。
【００１０】
例えば、設定関数ＦＡ(ｇ) ＝0.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＡから設定関数ＦＢ(ｇ) ＝1.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＢへ変化する投影画像を、視線Ｅｊに沿って設定される探査点の数ｎを４としたボリュームレンダリングにより生成する場合、その変化の段階αに対する出力画素値Ｃのグラフ７１ａは図５に示すようになる。グラフ７１ａでは、変化が開始する段階（α＝０）から出力画素値Ｃが急激に変化し、変化の段階αが0.2であるときに出力画素値Ｃは既に全変化の半分以上の変化が進行してしまった状態となり、変化が終了する段階（α＝１）に近づくほど出力画素値Ｃの変化は極端に小さくなっている。
【００１１】
また、設定関数ＦＡ(ｇ) ＝1.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＡから設定関数ＦＢ(ｇ) ＝0.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＢへ変化する投影画像を生成する場合、その変化の段階αに対する出力画素値Ｃのグラフ７１ｂは図６に示すようになる。
【００１２】
このように、上記従来の技術では、変化の段階αを線形的に変化させるだけでは、投影画像の一方から他方へ線形的に変化する中間画像は得られないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、３次元画像を、画素値に対応し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生成する際に、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中間画像生成方法および装置ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の中間画像生成方法は、３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する方法であって、各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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変化が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、決定された不透明度の設定条件下で、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ことを特徴とするものである。
【００１５】
ここで「３次元画像」というのは、多数の２次元画像の群からなる３次元画像データにより構成される仮想的３次元画像であり、「擬似３次元画像」というのは、ボリュームレンダリング法によって生成され、３次元的に可視表示される２次元画像を意味する。
【００１６】
本発明の中間画像生成装置は、３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する中間画像生成装置であって、各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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変化が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する設定条件決定手段と、設定条件決定手段により決定された不透明度の設定条件下で、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中間画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の中間画像生成プログラムは、上記中間画像生成方法をコンピュータに実行させるものである。
【００１８】
上記方法および装置ならびにプログラムは、不透明度の決定を、下記式（１）により行うものであってもよい。
【数３】
【００１９】
ただし、ｇは画素値であり、ＦＡ(ｇ)は、変化が開始する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、ＦＢ(ｇ)は、変化が終了する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、α（0＜α＜1）は、変化の段階であり、ｔ（α）は、ＦＡ(ｇ)≦ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＜ｕ（α）、ＦＡ(ｇ)＞ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＞ｕ（α）となる単調増加関数であり、ｕ（α）＝αであり、Ｆα(ｇ)は、中間画像の生成に適用する不透明度の設定条件を表す関数である。
【００２０】
また、ｔ（α）は、下記式（２）により規定される関数であってもよい。
【数４】
【００２１】
ただし、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、不透明度に有効な変化が生ずる、前記段階の単位変化量である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の中間画像生成方法および装置ならびにプログラムによれば、３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する際に、各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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変化が小さくなる非線形関数を用いて決定し、決定された不透明度の設定条件下で、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。
【００２３】
上記方法および装置ならびにプログラムにおいては、不透明度の決定を、下記式（１）により行うことができる。
【数５】
【００２４】
ただし、ｇは画素値であり、ＦＡ(ｇ)は、変化が開始する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、ＦＢ(ｇ)は、変化が終了する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、α（0＜α＜1）は、変化の段階であり、ｔ（α）は、ＦＡ(ｇ)≦ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＜ｕ（α）、ＦＡ(ｇ)＞ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＞ｕ（α）となる単調増加関数であり、ｕ（α）＝αであり、Ｆα(ｇ)は、中間画像の生成に適用する不透明度の設定条件を表す関数である。
【００２５】
例えば、設定関数ＦＡ(ｇ) ＝0.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＡから設定関数ＦＢ(ｇ) ＝1.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＢへ変化する投影画像を、視線に沿って設定される探査点の数を４としたボリュームレンダリングにより生成する場合、不透明度の決定を、下記式（２）により規定される関数ｔ（α）を用いて、上記式（１）により行うようにすれば、その変化の段階αに対する出力画素値Ｃのグラフ８１ａ(ｘ＝２)、８２ａ(ｘ＝３)は、図５に示すように、従来技術によるグラフ７１ａに比べ、変化の段階αの線形的な変化に対して、出力画素値Ｃの変化が線形に近い形で変化するものとなる。また、設定関数ＦＡ(ｇ) ＝1.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＡから設定関数ＦＢ(ｇ) ＝0.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＢへ変化する投影画像を生成する場合、不透明度の決定を、下記式（２）により規定される関数ｔ（α）を用いて、上記式（１）により行うようにすれば、その変化の段階αに対する出力画素値Ｃのグラフ８１ｂ(ｘ＝２)、８２ｂ(ｘ＝３)は、図６に示すように、従来技術によるグラフ７１ｂに比べ、変化の段階αの線形的な変化に対して、出力画素値Ｃの変化が線形に近い形で変化するものとなる。これにより、変化の段階の線形的な変化に対して、見た目がより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。
【数６】
【００２６】
ただし、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、不透明度に有効な変化が生ずる、前記段階の単位変化量である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
図７は、３次元医用画像処理システムの概要を示すハードウェア構成図である。図に示すように、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ション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。
【００２９】
モダリティ１は、被検体を表す３次元医用画像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ある。
【００３０】
画像保管サーバ２は、モダリティ１で取得された３次元医用画像Ｖや画像処理ワークステーション３での画像処理によって生成された医用画像を画像データベースに保存・管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置やデータベース管理ソフトウェア（たとえば、ＯＲＤＢ(Object Relational Database)管理ソフトウェア）を備えている。
【００３１】
画像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、モダリティ１や画像保管サーバ２から取得した３次元医用画像Ｖに対して画像処理を行い、生成された画像を表示するコンピュータであり、特に、読影者からの要求を入力するキーボードやマウス等の入力装置と、取得した３次元医用画像Ｖを格納可能な容量の主記憶装置と、生成された画像を表示するディスプレイとを備えている。
【００３２】
画像データの格納形式やネットワーク９経由での各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）等のプロトコルに基づいている。
【００３３】
図８は、画像処理ワークステーション３のボリュームレンダリング機能に関連する部分を示すブロック図である。図に示すように、画像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次元医用画像Ｖを所定の間隔でサンプリングした複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、ボリュームレンダリング画像（擬似３次元画像）を生成するレイキャスティング手段６０、および生成されたボリュームレンダリング画像をディスプ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、各探査点における輝度値と不透明度をそれぞれ決定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。
【００３４】
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、ボリュームレンダリング画像を生成する処理の流れについて説明する。
【００３５】
まず、画像取得手段１０が、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、マルチスライス画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れ、各ボクセルの画素値は、そのボクセルの位置の座標と関連づけられている。
【００３６】
次に、レイキャスティング手段６０が、画像取得部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、初期設定ファイルや読影者によるキーボードやマウス等からの入力等により設定された視点、光源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、その視点と投影面Ｆ上の投影画素の各々とを結ぶ複数の視線Ｅｊ（ｊ＝１、２、…、Ｌ；Ｌは、視線の数）に沿って３次元医用画像Ｖを所定の間隔でサンプリングした複数の探査点Ｐｊｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ；ｎは、視線Ｅｊ上の探査点の数）を設定する。次に、各視線Ｅｊに沿って、各探査点Ｐｊｉにおける輝度値ｂ(Ｐｊｉ)と不透明度ｆ(Ｐｊｉ)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）に示すように、それらの積を加算していき、不透明度αの累積が所定の閾値となるか、または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Ｅｊに対する処理を終了し、加算結果をその視線Ｅｊが通る投影面上の投影画素の出力画素値Ｃｊとして決定する。
【数７】
【００３７】
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ステーション３のディスプレイに表示される。
【００３８】
次に、不透明度決定手段４０によって、上記各探査点Ｐｊｉにおける不透明度ｆ(Ｐｊｉ)を決定する処理について説明する。
【００３９】
各探査点Ｐｊｉにおける不透明度ｆ (Ｐｊｉ)は、予め画素値に対応して割り当てられる不透明度の設定条件Ｆ(ｇ)が与えられている場合には、その設定条件Ｆ(ｇ)に基づき、その探査点Ｐｊｉおける画素値ｇ(Ｐｊｉ)により決定する。なお、各探査点Ｐｊｉにおける画素値ｇ(Ｐｊｉ)は、探査点Ｐｊｉが含まれる格子を構成する８つのボクセルの画素値を線形補間して算出される。以下同じ。
【００４０】
一方、３次元画像を、画素値に対応して割り当てられる不透明度の設定関数ＦＡ(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ＩＡから、設定関数ＦＢ(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ＩＢへ変化する途中の中間画像Ｉαを生成する場合には、それらの設定関数ＦＡ(ｇ)、ＦＢ(ｇ)を補間することにより得られた設定関数Ｆα(ｇ)に基づき、その探査点Ｐｊｉおける画素値ｇ(Ｐｊｉ)により決定する。
【００４１】
具体的には、まず、各画素値ｇに対応して割り当てる不透明度ｆを、中間画像における変化の段階α（0＜α＜1）が、その２つの異なる不透明度の設定条件ＦＡ(ｇ)、ＦＢ(ｇ)のうち各画素値ｇに対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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αに対する、割り当てる不透明度の変化が小さくなるように決定することにより不透明度の設定関数Ｆα(ｇ)を決定する。次に、その決定された不透明度の設定関数Ｆα(ｇ)に基づき、次の式（５）により、各探査点Ｐｊｉにおける不透明度ｆ (Ｐｊｉ)をその探査点Ｐｊｉおける画素値ｇ(Ｐｊｉ)により決定する。
【数８】
【００４２】
なお、この不透明度の設定条件Ｆα(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。
【数９】
【００４３】
ここで、ｔ（α）は、補間計数関数であり、たとえば次の式（２）により規定される関数を用いることができる。
【数１０】
【００４４】
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、不透明度に有効な変化が生ずる、前記段階の単位変化量である。
【００４５】
次に、輝度値決定手段５０によって、各探査点Ｐｊｉにおける輝度値ｂ(Ｐｊｉ)を決定する処理について説明する。各探査点Ｐｊｉにおける輝度値ｂ(Ｐｊｉ)は、次の式（６）により算出する。
【数１１】
【００４６】
ここで、ｈは、拡散反射によるシェーディング係数である。なお、本実施形態では、環境光や鏡面反射光については考慮していない。また、Ｎ(Ｐｊｉ)は、探査点Ｐｊｉ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。
【数１２】
【００４７】
ここで、∇ｆ(Ｐｊｉ)は、探査点Ｐｊｉにおける不透明度の勾配であり、探査点Ｐｊｉ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、次の式（８）により算出される。なお、ここでは、簡単のため、Ｐｊｉ＝（ｘ、ｙ、ｚ）としている。
【数１３】
【００４８】
さらに、Ｌは、探査点Ｐｊｉから光源Ｓへの単位方向ベクトル、「・」はベクトルの内積、ｃ(Ｐｊｉ)は、予め被検体の組織毎（ＣＴ値等の画素値毎）に定義された色情報に基づき、割り当てられた色情報である。
【００４９】
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。
【００５０】
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次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する際に、不透明度決定手段４０が、各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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下で、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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両方を行うようにしたが、画像処理サーバを別途設けてネットワーク９に接続し、画像処理はこの画像処理サーバに行わせるようにしてもよい。これにより、分散処理が図られ、たとえば、画像の表示を複数の端末で行う場合には、高性能の画像処理ワークステーションを複数台設置する必要がなくなり、システム全体のコストの低減に資する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ボリュームレンダリング法により投影画像を生成する処理を説明するための図
【図２Ａ】変化が開始する段階（α＝０）のとき生成される投影画像を表す図
【図２Ｂ】図２Ａの投影画像の生成に適用される不透明度の設定関数を表すグラフ
【図３Ａ】従来の技術により、変化の段階αが0.2であるとき生成される中間画像を示す図
【図３Ｂ】図３Ａの投影画像の生成に適用される不透明度の設定関数を表すグラフ
【図４Ａ】変化が終了する段階（α＝１）のとき生成される投影画像を表す図
【図４Ｂ】図４Ａの投影画像の生成に適用される不透明度の設定関数を表すグラフ
【図５】変化の段階に対する出力画素値の変化を表すグラフ
【図６】変化の段階に対する出力画素値の変化を表すグラフ
【図７】本発明の実施の形態となる３次元医用画像処理システムの概略構成図
【図８】図７の画像処理ワークステーションのボリュームレンダリング機能を示すブロック図
【符号の説明】
【００５４】
１ モダリティ
２ 画像保管サーバ
３ 画像処理ワークステーション
９ ネットワーク
４０ 不透明度決定手段
５０ 輝度値決定手段
６０ レイキャスティング手段
Ｓ 光源
Ｔ 投影面
ｆ 不透明度
Ｅｊ 視線
Ｐｊｉ 探査点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元画像を２つの異なる不透明度の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生成する中間画像生成方法および装置ならびにプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
被写体の３次元的な構造等の把握を容易にするため、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、超音波診断装置等により取得された多数の２次元画像の群からなる被写体の３次元画像データを、コンピュータグラフィックスの技術等を用いて２次元平面上に立体的に可視化した擬似３次元画像を生成・表示する処理が行われている。
【０００３】
このような擬似３次元画像を生成する方法としては、ボリュームレンダリング法が知られている。これは、３次元画像を構成する各画素（ボクセル）に対して設定された不透明度（Opacity）と輝度値とに基づき、視線に沿った各探索点におけるこれらの値をサンプリングし、それらの積を加算していくことによって投影画素の画素値を求め、半透明な投影画像を生成する処理である。
【０００４】
具体的には、図１に示すように、視点と投影面Ｔ上の投影画素の各々とを結ぶ複数の視線Ｅｊ（ｊ＝１、２、…、Ｌ；Ｌは、視線の数）に沿って３次元画像Ｖを所定の間隔でサンプリングした複数の探査点Ｐｊｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ；ｎは、視線Ｅｊ上の探査点の数）を設定する。次に、各視線Ｅｊに沿って、各探査点Ｐｊｉにおける輝度値ｂ(Ｐｊｉ)と不透明度ｆ(Ｐｊｉ)とを順次取得し、次の式（３）により、視線Ｅｊが通る投影面上の投影画素の出力画素値Ｃｊを決定する。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、投影画像を生成する。
【数１】
【０００５】
ここで、各探査点Ｐｊｉにおける不透明度ｆ(Ｐｊｉ)は、予め画素値毎に定義された不透明度に基づき、その探査点Ｐｊｉおける画素値により決定されるので、画素値に対応して割り当てられる不透明度の設定を調節することにより、被写体を可視化する程度を調節することができる。
【０００６】
たとえば、図２Ａから図４Ａに示すように、投影画像を表示する表示画面上にスライダボックス９１を設け、そのスライダ９２の位置を左の端（α＝０）から右の端（α＝１）へスライドさせることに応じて、２つの異なる不透明度の設定関数下でそれぞれ生成された２つの擬似３次元画像の、一方ＩＡから他方ＩＢへ変化する画像を表示画面に表示させることが行われている。
【０００７】
具体的には、スライダ９２が、左の端（α＝０）に位置するときには図２Ｂのグラフに示す不透明度の設定関数ＦＡ(ｇ)を適用させ、図２Ａに示すような肋骨部が完全に透明である画像ＩＡを生成し、右の端（α＝１）に位置するときには図４Ｂのグラフに示す不透明度の設定関数ＦＢ(ｇ)を適用させ、図４Ａに示すような肋骨部が完全に不透明である画像ＩＢを生成する。また、スライダ９２が両端の間（０＜α＜1）に位置するときには、下記の式（４）によりスライダ９２の位置αに応じて設定関数ＦＡ(ｇ)、ＦＢ(ｇ)を線形補間して得られた設定関数ＦＨ(ｇ)を適用させ、図３Ａに示すような画像ＩＡから画像ＩＢへ変化する途中の中間画像ＩＨを生成する（特許文献１参照）。
【数２】
【０００８】
なお、図３Ａに示す中間画像は、スライダ９２がα＝0.2の位置にあるときに、図３Ｂのグラフに示す不透明度の設定関数ＦＨ(ｇ)を適用させ、生成したものである。また、ここでは、投影画像ＩＡ、ＩＨ、ＩＢが、肋骨部の投影画像に、心臓部の３次元画像を一定の不透明度の設定関数ＦＫ(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た心臓部の投影画像が重ね合わせられたものである場合を例示している。
【特許文献１】特開２００５‐２０２７９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の技術では、スライダ９２の位置αの線形的な変化に対して、各探査点に割り当てられる不透明度は、上記式（４）により、線形的に変化するが、上記式（４）の設定関数ＦＨ(ｇ)を上記式（３）に代入すると、式（３）は、αに関する最大（ｎ＋１）次の多項式関数となり、投影画素の出力画素値の変化はほとんどが非線形的なものとなってしまう。
【００１０】
例えば、設定関数ＦＡ(ｇ) ＝0.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＡから設定関数ＦＢ(ｇ) ＝1.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＢへ変化する投影画像を、視線Ｅｊに沿って設定される探査点の数ｎを４としたボリュームレンダリングにより生成する場合、その変化の段階αに対する出力画素値Ｃのグラフ７１ａは図５に示すようになる。グラフ７１ａでは、変化が開始する段階（α＝０）から出力画素値Ｃが急激に変化し、変化の段階αが0.2であるときに出力画素値Ｃは既に全変化の半分以上の変化が進行してしまった状態となり、変化が終了する段階（α＝１）に近づくほど出力画素値Ｃの変化は極端に小さくなっている。
【００１１】
また、設定関数ＦＡ(ｇ) ＝1.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＡから設定関数ＦＢ(ｇ) ＝0.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＢへ変化する投影画像を生成する場合、その変化の段階αに対する出力画素値Ｃのグラフ７１ｂは図６に示すようになる。
【００１２】
このように、上記従来の技術では、変化の段階αを線形的に変化させるだけでは、投影画像の一方から他方へ線形的に変化する中間画像は得られないという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、３次元画像を、画素値に対応し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生成する際に、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中間画像生成方法および装置ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の中間画像生成方法は、３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する方法であって、各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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変化が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、決定された不透明度の設定条件下で、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ことを特徴とするものである。
【００１５】
ここで「３次元画像」というのは、多数の２次元画像の群からなる３次元画像データにより構成される仮想的３次元画像であり、「擬似３次元画像」というのは、ボリュームレンダリング法によって生成され、３次元的に可視表示される２次元画像を意味する。
【００１６】
本発明の中間画像生成装置は、３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する中間画像生成装置であって、各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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変化が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する設定条件決定手段と、設定条件決定手段により決定された不透明度の設定条件下で、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中間画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の中間画像生成プログラムは、上記中間画像生成方法をコンピュータに実行させるものである。
【００１８】
上記方法および装置ならびにプログラムは、不透明度の決定を、下記式（１）により行うものであってもよい。
【数３】
【００１９】
ただし、ｇは画素値であり、ＦＡ(ｇ)は、変化が開始する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、ＦＢ(ｇ)は、変化が終了する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、α（0＜α＜1）は、変化の段階であり、ｔ（α）は、ＦＡ(ｇ)≦ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＜ｕ（α）、ＦＡ(ｇ)＞ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＞ｕ（α）となる単調増加関数であり、ｕ（α）＝αであり、Ｆα(ｇ)は、中間画像の生成に適用する不透明度の設定条件を表す関数である。
【００２０】
また、ｔ（α）は、下記式（２）により規定される関数であってもよい。
【数４】
【００２１】
ただし、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、不透明度に有効な変化が生ずる、前記段階の単位変化量である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の中間画像生成方法および装置ならびにプログラムによれば、３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する際に、各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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変化が小さくなる非線形関数を用いて決定し、決定された不透明度の設定条件下で、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。
【００２３】
上記方法および装置ならびにプログラムにおいては、不透明度の決定を、下記式（１）により行うことができる。
【数５】
【００２４】
ただし、ｇは画素値であり、ＦＡ(ｇ)は、変化が開始する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、ＦＢ(ｇ)は、変化が終了する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、α（0＜α＜1）は、変化の段階であり、ｔ（α）は、ＦＡ(ｇ)≦ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＜ｕ（α）、ＦＡ(ｇ)＞ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＞ｕ（α）となる単調増加関数であり、ｕ（α）＝αであり、Ｆα(ｇ)は、中間画像の生成に適用する不透明度の設定条件を表す関数である。
【００２５】
例えば、設定関数ＦＡ(ｇ) ＝0.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＡから設定関数ＦＢ(ｇ) ＝1.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＢへ変化する投影画像を、視線に沿って設定される探査点の数を４としたボリュームレンダリングにより生成する場合、不透明度の決定を、下記式（２）により規定される関数ｔ（α）を用いて、上記式（１）により行うようにすれば、その変化の段階αに対する出力画素値Ｃのグラフ８１ａ(ｘ＝２)、８２ａ(ｘ＝３)は、図５に示すように、従来技術によるグラフ７１ａに比べ、変化の段階αの線形的な変化に対して、出力画素値Ｃの変化が線形に近い形で変化するものとなる。また、設定関数ＦＡ(ｇ) ＝1.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＡから設定関数ＦＢ(ｇ) ＝0.0の条件下で生成される擬似３次元画像ＩＢへ変化する投影画像を生成する場合、不透明度の決定を、下記式（２）により規定される関数ｔ（α）を用いて、上記式（１）により行うようにすれば、その変化の段階αに対する出力画素値Ｃのグラフ８１ｂ(ｘ＝２)、８２ｂ(ｘ＝３)は、図６に示すように、従来技術によるグラフ７１ｂに比べ、変化の段階αの線形的な変化に対して、出力画素値Ｃの変化が線形に近い形で変化するものとなる。これにより、変化の段階の線形的な変化に対して、見た目がより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。
【数６】
【００２６】
ただし、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、不透明度に有効な変化が生ずる、前記段階の単位変化量である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
図７は、３次元医用画像処理システムの概要を示すハードウェア構成図である。図に示すように、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ション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。
【００２９】
モダリティ１は、被検体を表す３次元医用画像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ある。
【００３０】
画像保管サーバ２は、モダリティ１で取得された３次元医用画像Ｖや画像処理ワークステーション３での画像処理によって生成された医用画像を画像データベースに保存・管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置やデータベース管理ソフトウェア（たとえば、ＯＲＤＢ(Object Relational Database)管理ソフトウェア）を備えている。
【００３１】
画像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、モダリティ１や画像保管サーバ２から取得した３次元医用画像Ｖに対して画像処理を行い、生成された画像を表示するコンピュータであり、特に、読影者からの要求を入力するキーボードやマウス等の入力装置と、取得した３次元医用画像Ｖを格納可能な容量の主記憶装置と、生成された画像を表示するディスプレイとを備えている。
【００３２】
画像データの格納形式やネットワーク９経由での各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）等のプロトコルに基づいている。
【００３３】
図８は、画像処理ワークステーション３のボリュームレンダリング機能に関連する部分を示すブロック図である。図に示すように、画像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次元医用画像Ｖを所定の間隔でサンプリングした複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、ボリュームレンダリング画像（擬似３次元画像）を生成するレイキャスティング手段６０、および生成されたボリュームレンダリング画像をディスプ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、各探査点における輝度値と不透明度をそれぞれ決定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。
【００３４】
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、ボリュームレンダリング画像を生成する処理の流れについて説明する。
【００３５】
まず、画像取得手段１０が、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、マルチスライス画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れ、各ボクセルの画素値は、そのボクセルの位置の座標と関連づけられている。
【００３６】
次に、レイキャスティング手段６０が、画像取得部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、初期設定ファイルや読影者によるキーボードやマウス等からの入力等により設定された視点、光源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、その視点と投影面Ｆ上の投影画素の各々とを結ぶ複数の視線Ｅｊ（ｊ＝１、２、…、Ｌ；Ｌは、視線の数）に沿って３次元医用画像Ｖを所定の間隔でサンプリングした複数の探査点Ｐｊｉ（ｉ＝１、２、…、ｎ；ｎは、視線Ｅｊ上の探査点の数）を設定する。次に、各視線Ｅｊに沿って、各探査点Ｐｊｉにおける輝度値ｂ(Ｐｊｉ)と不透明度ｆ(Ｐｊｉ)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）に示すように、それらの積を加算していき、不透明度αの累積が所定の閾値となるか、または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Ｅｊに対する処理を終了し、加算結果をその視線Ｅｊが通る投影面上の投影画素の出力画素値Ｃｊとして決定する。
【数７】
【００３７】
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ステーション３のディスプレイに表示される。
【００３８】
次に、不透明度決定手段４０によって、上記各探査点Ｐｊｉにおける不透明度ｆ(Ｐｊｉ)を決定する処理について説明する。
【００３９】
各探査点Ｐｊｉにおける不透明度ｆ (Ｐｊｉ)は、予め画素値に対応して割り当てられる不透明度の設定条件Ｆ(ｇ)が与えられている場合には、その設定条件Ｆ(ｇ)に基づき、その探査点Ｐｊｉおける画素値ｇ(Ｐｊｉ)により決定する。なお、各探査点Ｐｊｉにおける画素値ｇ(Ｐｊｉ)は、探査点Ｐｊｉが含まれる格子を構成する８つのボクセルの画素値を線形補間して算出される。以下同じ。
【００４０】
一方、３次元画像を、画素値に対応して割り当てられる不透明度の設定関数ＦＡ(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ＩＡから、設定関数ＦＢ(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ＩＢへ変化する途中の中間画像Ｉαを生成する場合には、それらの設定関数ＦＡ(ｇ)、ＦＢ(ｇ)を補間することにより得られた設定関数Ｆα(ｇ)に基づき、その探査点Ｐｊｉおける画素値ｇ(Ｐｊｉ)により決定する。
【００４１】
具体的には、まず、各画素値ｇに対応して割り当てる不透明度ｆを、中間画像における変化の段階α（0＜α＜1）が、その２つの異なる不透明度の設定条件ＦＡ(ｇ)、ＦＢ(ｇ)のうち各画素値ｇに対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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αに対する、割り当てる不透明度の変化が小さくなるように決定することにより不透明度の設定関数Ｆα(ｇ)を決定する。次に、その決定された不透明度の設定関数Ｆα(ｇ)に基づき、次の式（５）により、各探査点Ｐｊｉにおける不透明度ｆ (Ｐｊｉ)をその探査点Ｐｊｉおける画素値ｇ(Ｐｊｉ)により決定する。
【数８】
【００４２】
なお、この不透明度の設定条件Ｆα(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。
【数９】
【００４３】
ここで、ｔ（α）は、補間計数関数であり、たとえば次の式（２）により規定される関数を用いることができる。
【数１０】
【００４４】
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、不透明度に有効な変化が生ずる、前記段階の単位変化量である。
【００４５】
次に、輝度値決定手段５０によって、各探査点Ｐｊｉにおける輝度値ｂ(Ｐｊｉ)を決定する処理について説明する。各探査点Ｐｊｉにおける輝度値ｂ(Ｐｊｉ)は、次の式（６）により算出する。
【数１１】
【００４６】
ここで、ｈは、拡散反射によるシェーディング係数である。なお、本実施形態では、環境光や鏡面反射光については考慮していない。また、Ｎ(Ｐｊｉ)は、探査点Ｐｊｉ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。
【数１２】
【００４７】
ここで、∇ｆ(Ｐｊｉ)は、探査点Ｐｊｉにおける不透明度の勾配であり、探査点Ｐｊｉ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、次の式（８）により算出される。なお、ここでは、簡単のため、Ｐｊｉ＝（ｘ、ｙ、ｚ）としている。
【数１３】
【００４８】
さらに、Ｌは、探査点Ｐｊｉから光源Ｓへの単位方向ベクトル、「・」はベクトルの内積、ｃ(Ｐｊｉ)は、予め被検体の組織毎（ＣＴ値等の画素値毎）に定義された色情報に基づき、割り当てられた色情報である。
【００４９】
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。
【００５０】
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次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する際に、不透明度決定手段４０が、各画素値に対応して割り当てる不透明度を、中間画像における変化の段階が、その２つの異なる不透明度の設定条件のうち各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条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下で、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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両方を行うようにしたが、画像処理サーバを別途設けてネットワーク９に接続し、画像処理はこの画像処理サーバに行わせるようにしてもよい。これにより、分散処理が図られ、たとえば、画像の表示を複数の端末で行う場合には、高性能の画像処理ワークステーションを複数台設置する必要がなくなり、システム全体のコストの低減に資する。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】ボリュームレンダリング法により投影画像を生成する処理を説明するための図
【図２Ａ】変化が開始する段階（α＝０）のとき生成される投影画像を表す図
【図２Ｂ】図２Ａの投影画像の生成に適用される不透明度の設定関数を表すグラフ
【図３Ａ】従来の技術により、変化の段階αが0.2であるとき生成される中間画像を示す図
【図３Ｂ】図３Ａの投影画像の生成に適用される不透明度の設定関数を表すグラフ
【図４Ａ】変化が終了する段階（α＝１）のとき生成される投影画像を表す図
【図４Ｂ】図４Ａの投影画像の生成に適用される不透明度の設定関数を表すグラフ
【図５】変化の段階に対する出力画素値の変化を表すグラフ
【図６】変化の段階に対する出力画素値の変化を表すグラフ
【図７】本発明の実施の形態となる３次元医用画像処理システムの概略構成図
【図８】図７の画像処理ワークステーションのボリュームレンダリング機能を示すブロック図
【符号の説明】
【００５４】
１ モダリティ
２ 画像保管サーバ
３ 画像処理ワークステーション
９ ネットワーク
４０ 不透明度決定手段
５０ 輝度値決定手段
６０ レイキャスティング手段
Ｓ 光源
Ｔ 投影面
ｆ 不透明度
Ｅｊ 視線
Ｐｊｉ 探査点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する方法であって、
各画素値に対応して割り当てる不透明度を、前記中間画像における変化の段階が、前記２つの異なる不透明度の設定条件のうち前記各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条件下で生成された前記擬似３次元画像に近いほど、前記段階の変化に対する、前記割り当てる不透明度の変化が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、
該決定された不透明度の設定条件下で、前記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前記中間画像を生成することを特徴とする中間画像生成方法。
【請求項２】
前記不透明度の決定を、下記式（１）により行うことを特徴とする請求項１記載の中間画像生成方法。
【数１】
（ただし、ｇは画素値であり、ＦＡ(ｇ)は、前記変化が開始する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、ＦＢ(ｇ)は、前記変化が終了する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、α（0＜α＜1）は、前記変化の段階であり、ｔ（α）は、ＦＡ(ｇ)≦ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＜ｕ（α）、ＦＡ(ｇ)＞ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＞ｕ（α）となる単調増加関数であり、ｕ（α）＝αであり、Ｆα(ｇ)は、前記中間画像の生成に適用する不透明度の設定条件を表す関数である。）
【請求項３】
前記ｔ（α）が、下記式（２）により規定される関数であることを特徴とする請求項２記載の中間画像生成方法。
【数２】
（ただし、ｘは、１＜ｘ≦（−ｍ／logβ）の実数であり、ｍは、前記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、前記不透明度に有効な変化が生ずる前記段階の単位変化量である。）
【請求項４】
３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する中間画像生成装置であって、
各画素値に対応して割り当てる不透明度を、前記中間画像における変化の段階が、前記２つの異なる不透明度の設定条件のうち前記各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条件下で生成された前記擬似３次元画像に近いほど、前記段階の変化に対する、前記割り当てる不透明度の変化が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する設定条件決定手段と、
前記設定条件決定手段により決定された不透明度の設定条件下で、前記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前記中間画像を生成する中間画像生成手段と
を備えたことを特徴とする中間画像生成装置。
【請求項５】
前記不透明度決定手段が、前記不透明度の決定を、下記式（１）により行うことを特徴とする請求項４記載の中間画像生成装置。
【数３】
（ただし、ｇは画素値であり、ＦＡ(ｇ)は、前記変化が開始する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、ＦＢ(ｇ)は、前記変化が終了する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、α（0＜α＜1）は、前記変化の段階であり、ｔ（α）は、ＦＡ(ｇ)≦ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＜ｕ（α）、ＦＡ(ｇ)＞ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＞ｕ（α）となる単調増加関数であり、ｕ（α）＝αであり、Ｆα(ｇ)は、前記中間画像の生成に適用する不透明度の設定条件を表す関数である。）
【請求項６】
前記ｔ（α）が、下記式（２）により規定される関数であることを特徴とする請求項５記載の中間画像生成装置。
【数４】
（ただし、ｘは、１＜ｘ≦（−ｍ／logβ）の実数であり、ｍは、前記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、前記不透明度に有効な変化が生ずる前記段階の単位変化量である。）
【請求項７】
３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成するためのプログラムであって、
コンピュータに、
各画素値に対応して割り当てる不透明度を、前記中間画像における変化の段階が、前記２つの異なる不透明度の設定条件のうち前記各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条件下で生成された前記擬似３次元画像に近いほど、前記段階の変化に対する、前記割り当てる不透明度の変化が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、
該決定された不透明度の設定条件下で、前記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前記中間画像を生成することを実行させる中間画像生成プログラム。
【請求項１】
３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する方法であって、
各画素値に対応して割り当てる不透明度を、前記中間画像における変化の段階が、前記２つの異なる不透明度の設定条件のうち前記各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条件下で生成された前記擬似３次元画像に近いほど、前記段階の変化に対する、前記割り当てる不透明度の変化が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、
該決定された不透明度の設定条件下で、前記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前記中間画像を生成することを特徴とする中間画像生成方法。
【請求項２】
前記不透明度の決定を、下記式（１）により行うことを特徴とする請求項１記載の中間画像生成方法。
【数１】
（ただし、ｇは画素値であり、ＦＡ(ｇ)は、前記変化が開始する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、ＦＢ(ｇ)は、前記変化が終了する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、α（0＜α＜1）は、前記変化の段階であり、ｔ（α）は、ＦＡ(ｇ)≦ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＜ｕ（α）、ＦＡ(ｇ)＞ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＞ｕ（α）となる単調増加関数であり、ｕ（α）＝αであり、Ｆα(ｇ)は、前記中間画像の生成に適用する不透明度の設定条件を表す関数である。）
【請求項３】
前記ｔ（α）が、下記式（２）により規定される関数であることを特徴とする請求項２記載の中間画像生成方法。
【数２】
（ただし、ｘは、１＜ｘ≦（−ｍ／logβ）の実数であり、ｍは、前記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、前記不透明度に有効な変化が生ずる前記段階の単位変化量である。）
【請求項４】
３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成する中間画像生成装置であって、
各画素値に対応して割り当てる不透明度を、前記中間画像における変化の段階が、前記２つの異なる不透明度の設定条件のうち前記各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条件下で生成された前記擬似３次元画像に近いほど、前記段階の変化に対する、前記割り当てる不透明度の変化が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する設定条件決定手段と、
前記設定条件決定手段により決定された不透明度の設定条件下で、前記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前記中間画像を生成する中間画像生成手段と
を備えたことを特徴とする中間画像生成装置。
【請求項５】
前記不透明度決定手段が、前記不透明度の決定を、下記式（１）により行うことを特徴とする請求項４記載の中間画像生成装置。
【数３】
（ただし、ｇは画素値であり、ＦＡ(ｇ)は、前記変化が開始する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、ＦＢ(ｇ)は、前記変化が終了する擬似３次元画像の生成に適用される不透明度の設定条件を表す関数であり、α（0＜α＜1）は、前記変化の段階であり、ｔ（α）は、ＦＡ(ｇ)≦ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＜ｕ（α）、ＦＡ(ｇ)＞ＦＢ(ｇ)である場合にはｔ（α）＞ｕ（α）となる単調増加関数であり、ｕ（α）＝αであり、Ｆα(ｇ)は、前記中間画像の生成に適用する不透明度の設定条件を表す関数である。）
【請求項６】
前記ｔ（α）が、下記式（２）により規定される関数であることを特徴とする請求項５記載の中間画像生成装置。
【数４】
（ただし、ｘは、１＜ｘ≦（−ｍ／logβ）の実数であり、ｍは、前記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、前記不透明度に有効な変化が生ずる前記段階の単位変化量である。）
【請求項７】
３次元画像を、任意の視点から、画素値に対応し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生成するためのプログラムであって、
コンピュータに、
各画素値に対応して割り当てる不透明度を、前記中間画像における変化の段階が、前記２つの異なる不透明度の設定条件のうち前記各画素値に対応して割り当てられる不透明度が小さい方の設定条件下で生成された前記擬似３次元画像に近いほど、前記段階の変化に対する、前記割り当てる不透明度の変化が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、
該決定された不透明度の設定条件下で、前記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前記中間画像を生成することを実行させる中間画像生成プログラム。
【図１】
【図２Ｂ】
【図３Ｂ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図３Ａ】
【図４Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ｂ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２Ａ】
【図３Ａ】
【図４Ａ】
【公開番号】特開２００９−２４７５０２（Ｐ２００９−２４７５０２Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９７５２３（Ｐ２００８−９７５２３）
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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