JP4644449B2

JP4644449B2 - 画像表示装置および画像表示プログラム

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Publication number: JP4644449B2
Application number: JP2004205261A
Authority: JP
Inventors: 亮夫小澤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-07-12
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2024-07-12
Also published as: CN1722177A; US20060017748A1; CN100392677C; JP2006025885A

Description

この発明は、複数の断層画像から生成された断面画像を表示画面に表示する画像表示装置および画像表示プログラムに関し、特に、人体などの生体についての複数の断層画像から生成された断面画像を表示画面に表示する画像表示装置および画像表示プログラムに関する。

従来、ＣＴ（Computed（Computerized）Tomography）やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）などの断層画像撮影装置によって撮影された複数の断層画像を用いて診断する際に、注目部位の３次元的な構造を把握することが重要である。したがって、その注目部位を３次元的に表示するために、ボリュームレンダリング等の３次元表示技術が用いられている。

このような従来技術では、医師などのユーザは、断層画像から興味領域を指定して、その指定された興味領域の３次元構造を２次元投影画像として見ることができる。また、興味領域の３次元構造を他の視点から眺めるために、興味領域の回転処理を施すことによって、他の視点からの２次元投影画像を表示することができる。

また、このような従来技術として、たとえば、３次元データを平面上に投影した３次元画像を表示するとき、３次元画像中の注目点とその周囲の興味領域について、その他の領域との立体的な位置関係を、任意の方向から表示できるようにする３次元画像処理方法が提案されている（たとえば、下記特許文献１を参照。）。

特開平９−８１７８６号公報

しかしながら、上述した従来技術では、興味領域以外の他の表示領域には２次元の断層画像が表示されているため、興味領域の３次元的構造を示す３次元画像を診た後に、さらに他の表示領域の３次元構造を診たい場合には、あらためて他の表示領域から興味領域を指定した上で、その３次元構造の２次元投影画像を表示する必要がある。したがって、表示操作に手間がかかり、ユーザが見たい状態に表示するまで時間がかかるという問題があった。

特に、ユーザは、興味領域の３次元構造をあらゆる視点から眺めることによって、臓器の状態や、病巣の状態、有無などを診ることが多い。しかしながら、上述した従来技術では、興味領域の３次元構造を眺める視線方向を変更して２次元投影画像を回転させた場合であっても、興味領域以外の他の表示領域は、視線方向の変更前の断面画像を表示している。

したがって、興味領域内の２次元投影画像の境界と、興味領域外の他の表示領域の断層画像の境界が連続しておらず、人体内部をどの視線方向から眺めているかを把握することができないという問題があった。これにより、病巣を見落としたり、臓器や病巣の正確な状態や形態的特徴を把握することができず、診療精度の低下を招くという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ユーザが局所的に見たい２次元投影画像とその周辺の断面画像との位置関係を容易かつ直感的に認識させることができる画像表示装置および画像表示プログラムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる画像表示装置および画像表示プログラムは、複数の断層画像から生成された断面画像を表示画面に表示する画像表示装置、画像表示プログラムおよび記録媒体において、前記断面画像の表示領域内の任意の興味領域の指定を受け付け、指定された興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記興味領域に表示することを特徴とする。

また、上記発明において、表示された２次元投影画像の回転指示の入力を受け付け、入力された回転指示に基づいて、前記２次元投影画像を表示するとともに、当該２次元投影画像に対応する断面画像を前記興味領域外の表示領域に表示することとしてもよい。

また、上記発明において、前記興味領域とは異なる他の興味領域の指定を受け付け、指定された他の興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記他の興味領域に表示することとしてもよい。

また、上記発明において、前記他の興味領域内の２次元投影画像が表示された場合、前記興味領域において、当該興味領域内の断面画像を表示させることとしてもよい。

また、上記発明において、前記他の興味領域内の２次元投影画像が表示された場合、前記興味領域において、当該興味領域内の２次元投影画像を表示することとしてもよい。

また、上記発明において、前記興味領域をあらわす２次元座標に基づいて、前記興味領域の奥行きを表現した奥行き情報を算出し、算出された奥行き情報に基づいて、前記２次元投影画像を表示することとしてもよい。

上記これらの発明によれば、表示されている２次元投影画像が、興味領域内の断層画像を立体的に表現した画像であることを直感的に認識することができる。また、２次元投影画像の回転に同期または追従して、興味領域外の表示領域の断層画像を表示することができる。またこれにより、興味領域内の２次元投影画像と興味領域外の断層画像との位置関係を直感的に把握することができる。

また、興味領域を移動することができる。これにより、興味領域以外の表示領域を局所的に見たい場合、他の興味領域の２次元投影画像を表示させることができる。また、元の興味領域を２次元投影画像に替えてその断層画像を表示することにより、演算処理の効率化を図ることができる。さらに、元の興味領域において２次元投影画像をそのまま表示しておくことにより、一度表示した２次元投影画像が見たくなった場合、あらためて興味領域の指定操作をおこなうことなく見ることができる。

さらに、興味領域の２次元サイズから２次元投影画像によって表現される立体空間を、立方体に近似することができる。したがって、生体についての断層画像の場合、腫瘍やポリープなどの球形状の組織の表示に適した２次元投影画像を生成することができる。

本発明にかかる画像表示装置および画像表示プログラムによれば、ユーザが局所的に見たい２次元投影画像とその周辺の断面画像との位置関係を容易かつ直感的に認識させることができるという効果を奏する。また、局所部分を立体的に表示することができるため、生体内の臓器や組織をあらゆる角度から見ることができ、病巣の形態的特徴の把握が容易になるなど、診断精度の向上を図ることができるという効果を奏する。特に、見つかりにくい箇所に存在する悪性腫瘍やポリープの発見も容易になり、病変などを早期かつ的確に発見することができるという効果を奏する。

（実施の形態）
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる画像表示装置および画像表示プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。

（画像表示システムの概略構成）
まず、この発明の実施の形態にかかる画像表示システムの概略構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態にかかる画像表示システム１００を示す概略構成図である。図１において、画像表示システム１００は、断層画像撮影装置１０１と、画像表示装置１０２と、から構成されている。断層画像撮影装置１０１は、人体などの生体Ｈの一連の断層画像を撮影するＣＴスキャナやＭＲＩなどによって構成される。

ここで、断層画像撮影装置１０１によって撮影された生体Ｈの一連の断層画像の一例について説明する。図２は、断層画像撮影装置１０１によって撮影された生体Ｈの一連の断層画像の一例を示す説明図である。図２において、各断層画像２０１は、たとえば、縦５１２画素、横５１２画素の２次元画像であり、ここでは説明の簡略化のため、画素間隔と、連続する断層画像２０１間の間隔、すなわちスライス間隔は、ともに１．０［ｍｍ］とする。この一連の断層画像２００から、ボリュームレンダリングで扱うことができるボリュームデータを生成することができる。

（画像表示装置１０２のハードウェア構成）
つぎに、図１に示した画像表示装置１０２のハードウェア構成について説明する。図３は、この発明の実施の形態にかかる画像表示装置１０２のハードウェア構成を示すブロック図である。

図３において、画像表示装置１０２は、ＣＰＵ３０１と、ＲＯＭ３０２と、ＲＡＭ３０３と、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）３０４と、ＨＤ（ハードディスク）３０５と、ＦＤＤ（フレキシブルディスクドライブ）３０６と、着脱可能な記録媒体の一例としてのＦＤ（フレキシブルディスク）３０７と、ディスプレイ３０８と、Ｉ／Ｆ（インターフェース）３０９と、キーボード３１０と、マウス３１１と、スキャナ３１２と、プリンタ３１３と、を備えている。また、各構成部はバス３００によってそれぞれ接続されている。

ここで、ＣＰＵ３０１は、画像表示装置１０２の全体の制御を司る。ＲＯＭ３０２は、ブートプログラムなどのプログラムを記憶している。ＲＡＭ３０３は、ＣＰＵ３０１のワークエリアとして使用される。ＨＤＤ３０４は、ＣＰＵ３０１の制御にしたがってＨＤ３０５に対するデータのリード／ライトを制御する。ＨＤ３０５は、ＨＤＤ３０４の制御で書き込まれたデータを記憶する。

ＦＤＤ３０６は、ＣＰＵ３０１の制御にしたがってＦＤ３０７に対するデータのリード／ライトを制御する。ＦＤ３０７は、ＦＤＤ３０６の制御で書き込まれたデータを記憶したり、ＦＤ３０７に記憶されたデータを画像表示装置１０２に読み取らせたりする。

また、着脱可能な記録媒体として、ＦＤ３０７のほか、ＣＤ−ＲＯＭ（ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ）、ＭＯ、ＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）、メモリーカードなどであってもよい。ディスプレイ３０８は、カーソル、アイコンあるいはツールボックスをはじめ、文書、画像、機能情報などのデータを表示する。このディスプレイ３０８は、たとえば、ＣＲＴ、ＴＦＴ液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイなどを採用することができる。

Ｉ／Ｆ３０９は、通信回線を通じてインターネットなどのネットワーク３１４に接続され、このネットワーク３１４を介して他の装置に接続される。そして、Ｉ／Ｆ３０９は、ネットワーク３１４と内部のインターフェースを司り、外部装置からのデータの入出力を制御する。Ｉ／Ｆ３０９には、たとえばモデムやＬＡＮアダプタなどを採用することができる。

キーボード３１０は、文字、数字、各種指示などの入力のためのキーを備え、データの入力をおこなう。また、タッチパネル式の入力パッドやテンキーなどであってもよい。マウス３１１は、カーソルの移動や範囲選択、あるいはウィンドウの移動やサイズの変更などをおこなう。ポインティングデバイスとして同様に機能を備えるものであれば、トラックボールやジョイスティックなどであってもよい。

スキャナ３１２は、画像を光学的に読み取り、画像表示装置１０２内に画像データを取り込む。なお、スキャナ３１２は、ＯＣＲ機能を持たせてもよい。また、プリンタ３１３は、画像データや文書データを印刷する。プリンタ３１３には、たとえば、レーザプリンタやインクジェットプリンタを採用することができる。

つぎに、この発明の実施の形態にかかる画像表示装置１０２による画像表示処理手順について説明する。図４〜図７は、この発明の実施の形態にかかる画像表示装置１０２による画像表示処理手順を示すフローチャートである。

図４において、まず、図２に示した一連の断層画像２００を読み込み（ステップＳ４０１）、ボリュームデータを生成する（ステップＳ４０２）。図８は、簡略化されたボリュームデータを示す説明図である。ボリュームデータ８００は、生体Ｈの３次元構造をあらわす複数のボクセルの集合体であり、一連の断層画像２００によって生成される。

ボリュームデータ８００は、３次元座標系Ｃを有しており、Ｘ軸は断層画像の幅（横）方向をあらわし、Ｙ軸は断層画像の高さ（上下）方向をあらわしており、Ｚ軸は断層画像が連続する方向（奥行き方向）をあらわしている。

つぎに、図４において、ボリュームデータ８００の断面をあらわす２次元座標系ｃｋを設定する（ステップＳ４０３）。２次元座標系ｃｋは、ボリュームデータ８００によって特定する。たとえば、図８に示した、３次元座標系Ｃにおける断面の座標原点ｏ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）と、断面のｘ軸ベクトル（Ｘｘ，Ｘｙ，Ｘｚ）と、断面のｙ軸ベクトル（Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚ）と、によって、断面の２次元座標系ｃｋを構成する。

また、初期パラメータは、断面のｘ軸方向の長さとなる断面幅、断面のｙ軸方向の長さとなる断面高さ、断面上の画素間隔も設定することができる。この設定は、あらかじめ図３に示したＣＰＵ３０１によって実行することとしてもよく、ユーザの操作入力によって設定することとしてもよい。

つぎに、図４において、２次元座標系ｃｋから３次元座標系Ｃに変換する座標系の変換行列を算出する（ステップＳ４０４）。ここで、具体的に座標系の変換行列の算出処理手順について説明する。図９は、ステップＳ４０４の座標系の変換行列の算出処理手順を示すフローチャートである。

図９において、まず、２次元座標系ｃｋの原点（０，０）を、３次元座標系Ｃでの座標値ｏ（Ｏｘ，Ｏｙ，Ｏｚ）に平行移動する行列Ｍαを作成する（ステップＳ９０１）。この行列Ｍαを下記式（１）に示す。

つぎに、２次元座標系ｃｋのｘ軸ベクトル（１，０）を、３次元座標系Ｃのｘ軸ベクトルｘ（Ｘｘ，Ｘｙ，Ｘｚ）に回転させる行列Ｍβを作成する（ステップＳ９０２）。ここで、Ｘ軸ベクトルＸとｘ軸ベクトルｘとの外積ベクトルが回転軸となる。また、Ｘ軸ベクトルＸとｘ軸ベクトルｘとのなす角θが回転角となり、外積ベクトルの大きさからｓｉｎθが、Ｘ軸ベクトルＸとｘ軸ベクトルｘとの内積からｃｏｓθが算出される。そして、外積ベクトル、ｓｉｎθおよびｃｏｓθを用いて行列Ｍβを算出する。作成された行列Ｍβを下記式（２）に示す。

そして、２次元座標系ｃｋのｙ軸ベクトル（０，１）を行列Ｍβで回転変換したＹ´ベクトルを、３次元座標系Ｃにおける２次元座標系ｃｋのｙ軸ベクトルｙ（Ｙｘ，Ｙｙ，Ｙｚ）に回転させる行列Ｍγを算出する（ステップＳ９０３）。具体的には、まず、下記式（３）によって、Ｙ´ベクトルを算出する。
Ｙ´＝Ｍβ×Ｙ・・・（３）

そして、ステップＳ９０２の場合と同様、Ｙ´軸ベクトルとｙ軸ベクトルとの外積ベクトルが回転軸となる。また、Ｙ´軸ベクトルとｙ軸ベクトルとのなす角φが回転角となり、外積ベクトルの大きさからｓｉｎφが、Ｙ´軸ベクトルとｙ軸ベクトルとの内積からｃｏｓφが算出される。そして、外積ベクトル、ｓｉｎφおよびｃｏｓφを用いて行列Ｍγを算出する。

そして、上記ステップＳ９０１〜ステップＳ９０３から得られた行列Ｍα、行列Ｍβ、行列Ｍγを用いて、下記式（４）により変換行列Ｍ１を算出する（ステップＳ９０４）。
Ｍ１＝Ｍγ×Ｍβ×Ｍα・・・（４）

つぎに、図４において、ｉ＝１とし（ステップＳ４０５）、図８に示すように、２次元座標系ｃｋ上の座標ｐki（ｘki,ｙki）に位置する断面の画素Ｇiの、３次元座標系Ｃ上における３次元位置座標Ｐi（Ｘi，Ｙi，Ｚi）を算出する（ステップＳ４０６）。具体的には、断面の画素Ｇの２次元座標系ｃｋ上の座標ｐki（ｘki,ｙki）は、３次元位置座標Ｐi（Ｘi，Ｙi，Ｚi）に対応しているため、ステップＳ４０４で生成された変換行列Ｍ１を用いて、下記式（５）により算出する。
Ｐi＝Ｍ１×ｐki・・・（５）

これにより、断面の画素Ｇiに対応付けられた３次元位置座標Ｐi（Ｘi，Ｙi，Ｚi）の画素値Ｑi（Ｐi）を、２次元座標系ｃｋにおける断面の画素Ｇiの画素値ｑki（ｐki）にする（ステップＳ４０７）。より詳細には、３次元位置座標Ｐi（Ｘi，Ｙi，Ｚi）の８つの周辺画素値を用いた補完処理をおこなう。これにより、ボリュームデータ８００の画素値から、断面画像の画素値を得ることができる。

そして、ｉ＝ｎでない場合（ステップＳ４０８：Ｎｏ）、断面のすべての画素値が決定されていないため、ステップＳ４０６に移行する。一方、ｉ＝ｎの場合（ステップＳ４０８：Ｙｅｓ）、２次元座標系ｃｋにおける断面画像を表示する（ステップＳ４０９）。図１０は、表示画面に表示された断層画像を示す説明図である。図１０において、表示画面１０００の表示領域１００１には、断面画像１００２が表示されている。また、表示領域１００１内の興味領域ＲＯＩの断面画像１００３には、腫瘍の断面画像ｔが表示されている。

つぎに、図５において、表示画面１０００に表示された断面画像１００２から、任意の興味領域ＲＯＩを指定する（ステップＳ５０１）。この興味領域ＲＯＩの指定は、ユーザが、図３に示したマウス３１１やキーボード３１０、その他ペンタブレットなどの入力デバイスを用いておこなう。たとえば、図１０に示すように、興味領域ＲＯＩの対角となる点Ｒ１（ｘmin，ｙmin）と点Ｒ２（ｘmax，ｙmax）を指定する。また、興味領域ＲＯＩの中心となる中心点と興味領域ＲＯＩの境界となる端点とによって、興味領域ＲＯＩを指定することとしてもよい。

つぎに、ステップＳ５０１で指定された興味領域ＲＯＩの３次元パラメータを算出する（ステップＳ５０２）。この３次元パラメータとは、興味領域ＲＯＩの中心座標（ＲＯＩｘ，ＲＯＩｙ）、興味領域ＲＯＩの３次元サイズＲＯＩｗ、ＲＯＩｈ、ＲＯＩｄである。図１０に示した興味領域ＲＯＩでは、下記式（６）によって中心座標（ＲＯＩｘ，ＲＯＩｙ）を算出することができる。
（ＲＯＩｘ，ＲＯＩｙ）＝［（ｘmax＋ｘmin）／２，（ｙmax＋ｙmin）／２］・・（６）

また、３次元サイズＲＯＩｗは、興味領域ＲＯＩのｘ軸方向の長さをあらわしており、下記式（７）によって算出することができる。３次元サイズＲＯＩｈ、興味領域ＲＯＩのｙ軸方向の長さをあらわしており、下記式（８）によって算出することができる。

ＲＯＩｗ＝ｘmax−ｘmin・・・（７）
ＲＯＩｈ＝ｙmax−ｙmin・・・（８）

また、興味領域ＲＯＩは３次元的に表示されるため、ｘｙ平面の奥行き方向（ｚ軸方向）のパラメータとなる３次元サイズＲＯＩｄを算出する必要がある。３次元サイズＲＯＩｄは下記式（９）によって近似することができる。
ＲＯＩｄ＝ｍａｘ(ＲＯＩｗ,ＲＯＩｈ)・・・（９）

興味領域ＲＯＩは、ユーザが局所的に臓器内部の組織、たとえば、腫瘍やポリープなどを見る領域である。腫瘍やポリープはほぼ球形をしているため、上記式（９）を用いることにより、腫瘍やポリープの形状に近似することができる。なお、３次元サイズＲＯＩｄは、ｍａｘ(ＲＯＩｗ,ＲＯＩｈ)を用いているが、ｍｉｎ(ＲＯＩｗ,ＲＯＩｈ)を用いてもよく、また、ＲＯＩｗとＲＯＩｈの平均値を用いることとしてもよい。

つぎに、興味領域ＲＯＩ内を３次元的にあらわす２次元投影画像を生成する（ステップＳ５０３）。たとえば、興味領域ＲＯＩ内の断面画像１００３に対応するボリュームデータ８００をボリュームレンダリング表示する。具体的には、興味領域ＲＯＩの２次元位置座標（ｘ，ｙ）における２次元投影画像ＶＲ（ｘ，ｙ）は、下記式（１０）によって算出することができる。

なお、式（１０）中、Ｃ（ｘ,ｙ,ｚ）は、陰影をあらわす拡散値であり、Ｔ（ｘ,ｙ,ｚ）は、不透明度をあらわす濃度関数であり、Ｅ（ｘ,ｙ,ｚ）は、光の減衰をあらわす光量値である。つぎに、生成された興味領域ＲＯＩの２次元投影画像を表示画面１０００に表示する（ステップＳ５０４）。具体的には、特に、下記式（１１）を用いて、２次元投影画像ＶＲ（ｘ，ｙ）を断層画像上に重ねる上書き処理をおこなう。

これにより、興味領域ＲＯＩ内の２次元位置座標ｐ（ｘ,ｙ）を、２次元投影画像ＶＲ（ｘ，ｙ）を断面画像上に表示することができる。図１１は、興味領域ＲＯＩに２次元投影画像が表示された断面画像を示す説明図である。興味領域ＲＯＩ内においては、上記式（１０）により、図１０に示した興味領域ＲＯＩ内の断面画像１００３を立体的に表現した２次元投影画像１１０３が表示されている。

特に、興味領域ＲＯＩにおいて、図１０に示した腫瘍画像ｔを３次元的に表示した腫瘍の２次元投影画像Ｔが表示されている。これにより、ユーザが局所的に見たい領域（興味領域ＲＯＩ）についての奥行きまで表現された画像や、断面上に位置する立体画像を見ることができ、断面画像にくらべて病巣の特定を容易におこなうことができる。

つぎに、ユーザからの操作入力がなく（ステップＳ５０５：Ｎｏ）、さらに終了入力があった場合（ステップＳ５０６：Ｙｅｓ）、一連の処理を終了する。終了入力がない場合（ステップＳ５０６：Ｎｏ）、ステップＳ５０５に移行し、２次元投影画像の表示が継続される。

一方、ユーザから操作入力があった場合（ステップＳ５０５：Ｙｅｓ）、操作モードの判定をおこなう（ステップＳ５０７）。操作モードが「回転」の場合（ステップＳ５０７：回転）、図６のステップＳ６０１に移行する。一方、操作モードが「移動」の場合（ステップＳ５０７：移動）、図７のステップＳ７０１に移行する。

そして、操作モードが「回転」の場合（ステップＳ５０７：回転）、図６において、回転パラメータを生成する（ステップＳ６０１）。ここで、回転パラメータの生成処理について具体的に説明する。図１２は、回転パラメータの生成処理を示すフローチャートである。なお、ここでは、入力デバイスとしてマウス３１１を用いた例について説明する。

図１２において、まず、表示画面１０００上のカーソルの位置座標を移動原点とした場合の、マウス３１１の移動後のカーソルの現在位置座標を検出する（ステップＳ１２０１）。そして、検出された現在位置座標（ｘlen，ｙlen）から、下記式（１２）により、マウス３１１の移動距離Ｌを算出する（ステップＳ１２０２）。

つぎに、回転軸となる回転軸ベクトルＶ（ｙlen／Ｌ，ｘlen／Ｌ，０）を算出する（ステップＳ１２０３）。そして、回転角Θを算出する（ステップＳ１２０４）。回転角Θは下記式（１３）によって算出することができる。
Θ＝Ｋ×Ｌ・・・（１３）

ここで、Ｋは、回転角Θをマウスの移動距離に比例させる比例係数である。そして、回転軸ベクトルＶと回転角Θを用いて、回転パラメータとなる回転行列Ｍrotを算出する（ステップＳ１２０５）。ここで、Ｖｘ＝ｙlen／Ｌ、Ｖｙ＝ｘlen／Ｌとすると、回転行列Ｍrotは、下記式（１４）によってあらわすことができる。

つぎに、回転パラメータである平行移動行列Ｍtrおよびその逆行列Ｍtr^-1を算出する（ステップＳ１２０６）。この平行移動行列Ｍtrおよびその逆行列Ｍtr^-1により、回転中心を興味領域ＲＯＩの中心座標に移動することができる。平行移動行列Ｍtrおよび逆行列Ｍtr^-1を下記式（１５）および（１６）に示す。

ここで、式（１５）中、（ＲＯＩｘ，ＲＯＩｙ）は、断面画像の２次元座標系ｃｋにおける興味領域ＲＯＩの中心座標であり、下記式（１７）によって算出することができる。

なお、上記式（１７）中、（ＲＯＩ_X，ＲＯＩ_Y，ＲＯＩ_Z）は、３次元座標系Ｃにおける興味領域の中心座標である。これにより、回転パラメータである回転行列Ｍrot、平行移動行列Ｍtrおよびその逆行列Ｍtr^-1が生成される。

つぎに、変換行列Ｍ２を算出する（ステップＳ６０２）。変換行列Ｍ２は変換行列Ｍ１を更新した行列であり、ステップＳ１２０１で生成された回転パラメータである回転行列Ｍrot、平行移動行列Ｍtrおよびその逆行列Ｍtr^-1を用いて、下記式（１８）によって算出する。
Ｍ２＝Ｍ１×Ｍtr×Ｍrot×Ｍtr^-1・・・（１８）

ここで、ｉ＝１、ｋ＝ｋ＋１とし（ステップＳ６０３）、２次元座標系ｃｋ上の座標ｐki（ｘki,ｙki）に位置する断面の画素の、３次元座標系Ｃ上における３次元位置座標Ｐi（Ｘi，Ｙi，Ｚi）を算出する（ステップＳ６０４）。具体的には、断面の画素の２次元座標系ｃｋ上の座標ｐki（ｘki,ｙki）は、３次元位置座標Ｐi（Ｘi，Ｙi，Ｚi）に対応しているため、ステップＳ６０２で生成された変換行列Ｍ２を用いて、下記式（１９）により算出する。
Ｐi＝Ｍ２×ｐki・・・（１９）

そして、断面の画素に対応付けられた３次元位置座標Ｐi（Ｘi，Ｙi，Ｚi）の画素値Ｑi（Ｐi）を、２次元座標系ｃｋにおける断面の画素の画素値ｑki（ｐki）にする（ステップＳ６０５）。より詳細には、３次元位置座標Ｐi（Ｘi，Ｙi，Ｚi）の８つの周辺画素値を用いた補完処理をおこなう。これにより、ボリュームデータ８００の画素値から、断面画像の画素値を得ることができる。

そして、ｉ＝ｎでない場合（ステップＳ６０６：Ｎｏ）、断面のすべての画素値が決定されていないため、ステップＳ６０４に移行する。一方、ｉ＝ｎの場合（ステップＳ６０６：Ｙｅｓ）、２次元座標系ｃｋにおけるあらたな断面画像を表示する（ステップＳ６０７）。

このあと、変換行列Ｍ２を変換行列Ｍ１として保持する（ステップＳ６０８）。そして、興味領域ＲＯＩのあらたな２次元投影画像を生成し（ステップＳ６０９）、断面画像１００２上の興味領域ＲＯＩに、あらたな２次元投影画像を表示する（ステップＳ６１０）。そして、図５に示したステップＳ５０３に移行する。このステップＳ６０９およびステップＳ６１０の処理内容は、図５に示したステップＳ５０３およびステップＳ５０４の処理内容と同一であるので、説明を省略する。

また、ここで、上述したステップＳ６０９およびステップＳ６１０の処理によって表示された画像を示す。図１３は、回転処理後の画像を示す説明図である。図１３において、変換行列Ｍ２を用いた座標変換処理により、図１１に示した興味領域ＲＯＩの２次元投影画像１１０３が回転させられ、腫瘍の２次元投影画像Ｔも回転させられる。また、興味領域ＲＯＩ外の表示領域１００１も、興味領域ＲＯＩの回転に追従して回転させられる。

この回転処理により、断面画像１３０２は、興味領域ＲＯＩを目視している視線方向から見た画像となるため、図１１に示した視線方向からの断面画像１００２では発見できなかった他の組織（たとえば腫瘍）の断面画像ｓを発見することができる。このように、現在ユーザが目視している興味領域ＲＯＩ内の２次元投影画像１３０３の位置関係（視線方向）を、回転させられた断面画像１３０２から把握することができ、生体Ｈ内部の状態を正確に診断することができる。

つぎに、興味領域を移動する場合について説明する。操作モードが「移動」の場合（ステップＳ５０７：移動）、マウス３１１の操作により興味領域ＲＯＩの移動があった場合、図７において、移動後の興味領域であるあらたな興味領域ＲＯＩ´を指定する（ステップＳ７０１）。そして、あらたな興味領域ＲＯＩ´の３次元パラメータを算出する（ステップＳ７０２）。このステップＳ７０１およびステップＳ７０２の処理内容は、図５に示したステップＳ５０１およびステップＳ５０２の処理内容と同一であるため、その説明を省略する。

つぎに、移動行列Ｍmovを生成する（ステップＳ７０３）。具体的には、あらたな興味領域ＲＯＩ´の２次元座標系ｃｋにおけるｘ方向およびｙ方向の移動距離をそれぞれをＤｘ，Ｄｙとすると、移動行列Ｍmovは、下記式（２０）によってあらわすことができる。

つぎに、生成された移動行列Ｍmovと変換行列Ｍ１を用いて、あらたな変換行列Ｍ２を算出する（ステップＳ７０４）。具体的には、下記式（２１）によって、変換行列Ｍ２を算出することができる。
Ｍ２＝Ｍmov×Ｍ１・・・（２１）

このあと、図６に示したステップＳ６０３に移行する。そして、回転処理と同様に、ステップＳ６０３〜ステップＳ６１０までの処理をおこなう。この移動処理によって表示された画像を、図１４に示す。図１４は、図１３に示した興味領域ＲＯＩについての移動処理後の画像を示す説明図である。

図１４において、図１３に示した興味領域ＲＯＩからあらたに指定された興味領域ＲＯＩ´に移動されている。興味領域ＲＯＩ´では、２次元投影画像１４０３が表示されている。図１３に示した興味領域ＲＯＩ内の２次元投影画像１３０３（腫瘍の２次元投影画像Ｔも含む。）は、図１４においては、あらたな興味領域ＲＯＩ´外の表示領域１００１の画像となるため、２次元画像１４０２（腫瘍の断面画像ｔを含む。）に戻されている。一方、図１３に示した腫瘍の断面画像ｓは、図１４において、あらたな興味領域ＲＯＩ´内に位置するため、２次元投影画像Ｓとして表示されている。

また、図１３に示した興味領域ＲＯＩ内の２次元投影画像１３０３は、図１４においては、あらたな興味領域ＲＯＩ´外の表示領域１００１の画像となるが、２次元投影画像１３０３をそのまま表示しておくこととしてもよい。これにより、再度、もとの興味領域ＲＯＩを見直す場合や、あらたな興味領域ＲＯＩ´の２次元投影画像１４０３と見比べる場合にも有効である。

このように、上述した実施の形態では、興味領域ＲＯＩ内の２次元投影画像を回転させる場合、回転に用いる回転パラメータを保持し、この保持された回転パラメータを用いて興味領域ＲＯＩ外の断面をあらわした２次元画像も回転させるため、興味領域ＲＯＩの回転処理に追従して、回転角度に合致する興味領域ＲＯＩ外の断層画像を表示することができる。したがって、興味領域ＲＯＩ内と興味領域ＲＯＩ外との位置関係を的確に把握することができる。

また、その後に興味領域ＲＯＩの移動処理をおこなう場合も、回転処理で用いた回転パラメータが保持されているため、移動後のあらたな興味領域ＲＯＩ´においても、移動前の興味領域ＲＯＩと同一回転角度の２次元投影画像１４０３を表示することができる。

また、生体Ｈについての一連の断層画像２００に適用した場合、興味領域ＲＯＩによって局所的に生体Ｈ内を診断するため、興味領域ＲＯＩ内の２次元投影画像１１０３（または興味領域ＲＯＩ´内の２次元投影画像１４０３）の回転処理や移動処理を連続的にスムーズにおこなうことにより、効率的かつ正確な診断をおこなうことができる。また、生体Ｈ内部の状態を的確に把握することができ、見つかりにくい部位に存在する悪性腫瘍やポリープなどの病巣も発見することができる。

（画像表示装置１０２の機能的構成）
つぎに、この発明の実施の形態にかかる画像表示装置１０２の機能的構成について説明する。図１５は、この発明の実施の形態にかかる画像表示装置１０２の機能的構成を示すブロック図である。図１５において、画像表示装置１０２は、表示部１５０１と、断層画像入力部１５０２と、指定部１５０３と、回転指示入力部１５０４と、表示制御部１５０５と、を備えている。

表示部１５０１は、複数の断層画像から生成された断面画像を表示する表示画面１０００を有する。具体的には、表示画面１０００には、図１に示した断層画像撮影装置１０１によって撮影された生体Ｈについての一連の断層画像２００（図２を参照。）や、その一連の断層画像２００から生成された任意の断面の断面画像（図１０、図１１、図１３、図１４を参照。）を表示する。この表示部１５０１は、具体的には、たとえば、図３に示したディスプレイ３０８によってその機能を実現する。

断層画像入力部１５０２は、図１に示した断層画像撮影装置１０１によって撮影された生体Ｈについての一連の断層画像２００の入力を受け付ける。具体的には、図４に示したステップＳ４０１の処理を実行する。この断層画像入力部１５０２は、具体的には、たとえば、図３に示したＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ＨＤ３０５、ＦＤ３０７等に記録されたプログラムを、ＣＰＵ３０１が実行することによって、またはＩ／Ｆ３０９によってその機能を実現する。

指定部１５０３は、断面画像の表示領域内の任意の興味領域の指定を受け付ける。具体的には、図５に示したステップＳ５０１および図７に示したステップＳ７０１の処理を実行する。この指定部１５０３は、具体的には、たとえば、図３に示したＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ＨＤ３０５、ＦＤ３０７等に記録されたプログラムを、ＣＰＵ３０１が実行することによって、またはＩ／Ｆ３０９によってその機能を実現する。

回転指示入力部１５０４は、表示画面１０００に表示された２次元投影画像の回転指示の入力を受け付ける。具体的には、図５のステップＳ５０５、ステップＳ５０７、および図６のステップＳ６０１の処理を実行する。この回転指示入力部１５０４は、具体的には、たとえば、図３に示したＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ＨＤ３０５、ＦＤ３０７等に記録されたプログラムを、ＣＰＵ３０１が実行することによって、またはＩ／Ｆ３０９によってその機能を実現する。

また、表示制御部１５０５は、表示画面１０００を制御して断層画像を表示する。具体的には、図４のステップＳ４０２〜Ｓ４０９までの処理を実行して、表示画面１０００に断層画像を表示する。また、指定部１５０３によって指定された興味領域ＲＯＩ内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、その興味領域ＲＯＩに表示する。具体的には、図５に示したステップＳ５０２〜ステップＳ５０４までの処理を実行して、興味領域ＲＯＩに２次元投影画像を表示する。

また、回転指示入力部１５０４によって入力された回転指示に基づいて、２次元投影画像を表示するとともに、２次元投影画像に対応する断面画像を興味領域ＲＯＩ外の表示領域に表示する。具体的には、図６に示したステップＳ６０２〜ステップＳ６１０までの処理を実行して、ステップＳ６０１で生成された視線方向、回転軸、回転角などの回転パラメータ（回転指示）にしたがって、興味領域ＲＯＩ内において回転された２次元投影画像を表示する。また、この回転指示に同期あるいは追従して、興味領域ＲＯＩ外の表示領域に、興味領域ＲＯＩ内において回転された２次元投影画像に対応する断面画像を表示する。

さらに、指定部１５０３によって、興味領域ＲＯＩとは異なる他の興味領域ＲＯＩ´の指定が受け付けられた場合、他の興味領域ＲＯＩ´内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、他の興味領域ＲＯＩ´に表示する。この場合、２次元投影画像が表示されていた興味領域ＲＯＩにおいて、興味領域ＲＯＩ内の断面画像を表示することとしてもよく、また、興味領域ＲＯＩにおいて、興味領域ＲＯＩ内の２次元投影画像の表示をそのまま維持しておくこととしてもよい。この表示制御処理は、具体的には、図７に示したステップＳ７０１〜ステップＳ７０４までの処理および図６に示したステップＳ６０３〜ステップＳ６１０までの処理を実行する。

また、表示制御部１５０５は、各種演算処理をおこなう算出部１５０６を有する。たとえば、算出部１５０６は、興味領域ＲＯＩ（または他の興味領域ＲＯＩ´）をあらわす２次元座標に基づいて、興味領域ＲＯＩ（または他の興味領域ＲＯＩ´）の奥行きを表現した奥行き情報を算出する。そして、算出部１５０６によって算出された奥行き情報に基づいて、２次元投影画像を表示する。具体的には、図５に示したステップＳ５０２（興味領域ＲＯＩ´の場合は、図７に示したステップＳ７０２）の処理を実行する。

この表示制御部１５０５は、具体的には、たとえば、図３に示したＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、ＨＤ３０５、ＦＤ３０７等に記録されたプログラムを、ＣＰＵ３０１が実行することによってその機能を実現する。

このように、表示されている２次元投影画像が、興味領域ＲＯＩ内の断層画像を立体的に表現した画像であることを直感的に認識することができる。また、２次元投影画像の回転に同期または追従して、興味領域ＲＯＩ外の表示領域の断面画像を表示することができる。またこれにより、興味領域ＲＯＩ内の２次元投影画像と興味領域外の断面画像との位置関係を直感的に把握することができる。

また、他の興味領域ＲＯＩ´を指定することにより興味領域ＲＯＩを移動することができる。これにより、興味領域ＲＯＩ外の表示領域を局所的に見たい場合、他の興味領域ＲＯＩ´の２次元投影画像を表示させることができる。また、元の興味領域ＲＯＩを２次元投影画像に替えてその断面画像を表示することにより、演算処理の効率化を図ることができる。さらに、元の興味領域において２次元投影画像をそのまま表示しておくことにより、一度表示した２次元投影画像が見たくなった場合、あらためて興味領域ＲＯＩの指定操作をおこなうことなく見ることができる。

さらに、興味領域ＲＯＩの２次元サイズ（ＲＯＩｗ、ＲＯＩｈ）から２次元投影画像によって表現される立体空間を、立方体に近似することができる。したがって、生体Ｈについての断層画像の場合、腫瘍やポリープなどの球形状の組織の表示に適した２次元投影画像を生成することができる。

以上説明したように、この発明の実施の形態にかかる画像表示装置および画像表示プログラムによれば、ユーザが局所的に見たい２次元投影画像とその周辺の断面画像との位置関係を容易かつ直感的に認識させることができるという効果を奏する。また、局所部分を立体的に表示することができるため、生体Ｈ内の臓器や組織をあらゆる角度から見ることができ、病巣の形態的特徴を容易に把握することができる。これにより、診断精度の向上を図ることができる。特に、見つかりにくい箇所に存在する悪性腫瘍やポリープの発見も容易になり、病変などを早期かつ的確に発見することができるという効果を奏する。

なお、本実施の形態で説明した画像表示方法は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現することができる。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

（付記１）複数の断層画像から生成された断面画像を表示する表示画面を有する表示手段と、
前記断面画像の表示領域内の任意の興味領域の指定を受け付ける指定手段と、
前記表示画面を制御して、前記指定手段によって指定された興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記興味領域に表示する表示制御手段と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。

（付記２）前記表示制御手段によって表示された２次元投影画像の回転指示の入力を受け付ける回転指示入力手段を備え、
前記表示制御手段は、
前記回転指示入力手段によって入力された回転指示に基づいて、前記２次元投影画像を表示するとともに、当該２次元投影画像に対応する断面画像を前記興味領域外の表示領域に表示することを特徴とする付記１に記載の画像表示装置。

（付記３）前記指定手段は、
前記興味領域とは異なる他の興味領域の指定を受け付け、
前記表示制御手段は、
前記指定手段によって指定された他の興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記他の興味領域に表示することを特徴とする付記１または２に記載の画像表示装置。

（付記４）前記表示制御手段は、
前記興味領域において、当該興味領域内の断面画像を表示することを特徴とする付記３に記載の画像表示装置。

（付記５）前記表示制御手段は、
前記他の興味領域内の２次元投影画像が表示された場合、前記興味領域において、当該興味領域内の２次元投影画像を表示することを特徴とする付記３に記載の画像表示装置。

（付記６）前記表示制御手段は、
前記興味領域をあらわす２次元座標に基づいて、前記興味領域の奥行きを表現した奥行き情報を算出する算出手段を備え、
前記算出手段によって算出された奥行き情報に基づいて、前記２次元投影画像を表示することを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の画像表示装置。

（付記７）複数の断層画像から生成された断面画像を表示画面に表示させる画像表示プログラムにおいて、
前記断面画像の表示領域内の任意の興味領域の指定を受け付させる指定工程と、
前記指定工程によって指定された興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記興味領域に表示させる表示工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする画像表示プログラム。

（付記８）前記表示工程によって表示された２次元投影画像の回転指示の入力を受け付けさせる入力工程と、
前記入力工程によって入力された回転指示に基づいて、前記２次元投影画像を表示させるとともに、当該２次元投影画像に対応する断面画像を前記興味領域外の表示領域に表示させる第２の表示工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする付記７に記載の画像表示プログラム。

以上のように、本発明にかかる画像表示装置、画像表示プログラムおよび記録媒体は、ＣＴやＭＲＩなどの断層画像撮影装置によって撮影された人体などの生体についての複数の断層画像から生成された断面画像を表示画面に表示する画像表示装置、画像表示プログラムおよび記録媒体に有用であり、特に、医療用、診断用の画像表示装置、画像表示プログラムおよび記録媒体に適している。

この発明の実施の形態にかかる画像表示システムを示す概略構成図である。断層画像撮影装置によって撮影された生体の一連の断層画像の一例を示す説明図である。この発明の実施の形態にかかる画像表示装置のハードウェア構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態にかかる画像表示装置による画像表示処理手順を示すフローチャート（その１）である。この発明の実施の形態にかかる画像表示装置による画像表示処理手順を示すフローチャート（その２）である。この発明の実施の形態にかかる画像表示装置による画像表示処理手順を示すフローチャート（その３）である。この発明の実施の形態にかかる画像表示装置による画像表示処理手順を示すフローチャート（その４）である。簡略化されたボリュームデータを示す説明図である。座標系の変換行列の算出処理手順を示すフローチャートである。表示画面に表示された断層画像を示す説明図である。興味領域に２次元投影画像が表示された断面画像を示す説明図である。回転パラメータの生成処理を示すフローチャートである。回転処理後の画像を示す説明図である。図１３に示した興味領域についての移動処理後の画像を示す説明図である。この発明の実施の形態にかかる画像表示装置の機能的構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００画像表示システム
１０１断層画像撮影装置
１０２画像表示装置
２００一連の断層画像
８００ボリュームデータ
１０００表示画面
１００１表示領域
１００２、１００３、１３０２，１４０２断面画像
１１０３、１３０３，１４０３２次元投影画像
１５０１表示部
１５０２断層画像入力部
１５０３指定部
１５０４回転指示入力部
１５０５表示制御部
１５０６算出部
ＲＯＩ興味領域
ＲＯＩ´ あらたな興味領域

Claims

複数の断層画像から生成された断面画像を表示する表示画面を有する表示手段と、
前記断面画像の表示領域内の任意の興味領域の指定を受け付ける指定手段と、
前記表示画面を制御して、前記指定手段によって指定された興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記興味領域に表示する表示制御手段と、
前記表示制御手段によって表示された２次元投影画像の回転指示の入力を受け付ける回転指示入力手段と、を備え、
前記表示制御手段は、
前記２次元投影画像を前記回転指示入力手段によって入力された回転指示に応じて回転処理することにより、当該回転処理後の２次元投影画像を前記興味領域に表示するとともに、興味領域外の表示領域に表示されている前記興味領域外の断面画像を前記回転処理に追従させることにより、当該回転処理後の前記興味領域外の断面画像を前記興味領域外の表示領域に表示することを特徴とする画像表示装置。
前記指定手段は、
前記興味領域とは異なる他の興味領域の指定を受け付け、
前記表示制御手段は、
前記指定手段によって指定された他の興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記他の興味領域に表示することを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
複数の断層画像から生成された断面画像を表示画面に表示させる画像表示プログラムにおいて、
前記断面画像の表示領域内の任意の興味領域の指定を受け付させる指定工程と、
前記指定工程によって指定された興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記興味領域に表示させる第１の表示工程と、
前記第１の表示工程によって表示された２次元投影画像の回転指示の入力を受け付けさせる回転指示入力工程と、
前記２次元投影画像を前記回転指示入力工程によって入力された回転指示に応じて回転処理することにより、当該回転処理後の２次元投影画像を前記興味領域に表示させるとともに、興味領域外の表示領域に表示されている前記興味領域外の断面画像を前記回転処理に追従させることにより、当該回転処理後の前記興味領域外の断面画像を前記興味領域外の表示領域に表示させる第２の表示工程と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする画像表示プログラム。
前記指定工程は、
前記興味領域とは異なる他の興味領域の指定を受け付けさせ、
前記第１の表示工程は、
前記指定工程によって指定された他の興味領域内の断面画像を立体的に表現した２次元投影画像を、前記他の興味領域に表示させることを特徴とする請求項３に記載の画像表示プログラム。