JP2007511267A - 変形可能表面を使った三次元セグメント化 - Google Patents

Abstract

画像処理システムであって、モデルベースの３Ｄセグメント化表面を推定するための、３Ｄ画像中の関心のあるオブジェクトの表面に３Ｄ表面モデルを自動マッピングする３Ｄ画像データ処理手段（１０）を有し、可視化手段（６０）を有し、さらに、前記セグメント化表面の、関心のあるオブジェクトの実際の表面への対話的適応の手段（２０）であって、前記３Ｄセグメント化表面とある２Ｄモデル曲線（MC）に沿って交わる２Ｄデータ平面（DP）を対話的に選択し、該２Ｄデータ平面が、ユーザーにとって修正すべき前記モデル曲線の逸脱曲線（AC）と呼ばれる２Ｄ部分を可視化するのに適切な、前記表面に対するユーザー選択の向きを有するようにする手段（４０）と、前記２Ｄデータ平面内に案内曲線（GC）を対話的に定義する手段と、前記逸脱曲線を前記案内曲線（GC）に対話的に適応させる手段と、前記対話的に適応された逸脱曲線の近傍内の前記セグメント化表面をさらに自動的に適応させる手段、とを含む手段を有することを特徴とするシステム。表面モデルは好ましくはメッシュモデルである。

Description

本発明は、変形可能表面（deformable surfaces）を使って三次元画像中の関心のあるオブジェクトをセグメント化するための処理手段を有する画像処理システムに関する。この技術は、三次元の変形可能表面モデルを前記三次元オブジェクトにあてはめる処理を有する。本発明はさらに、そのような画像処理システムに結合された医療撮像装置に、およびこの装置またはシステムによって生成される医療三次元画像を処理するための体の器官である関心のあるオブジェクトのセグメント化のためのプログラムプロダクトに関する。本発明は、器官の病変を研究または検出するための医療撮像の分野において格別の用途を見出す。

３Ｄオブジェクトのメッシュモデルを使った表現技法はすでにH.DELINGETTEによって“Simplex Meshes: a General Representation for 3-D shape Reconstruction”と題する“Proceedings of the International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR'94), 20-24 June 1994, Seattle, USA”所収の刊行物において開示されている。

本稿では、三次元オブジェクトを復元するための物理的なベースのアプローチが提示される。このアプローチは、「単体メッシュ（Simplex Meshes）」の幾何学に基づいている。メッシュの弾性的な振る舞いが、各バーテックス（メッシュの節点）において抽出される単体角を通る平均曲率を制御する局所的な安定化関数によってモデル化される。これらの関数は視点によらず、固有で、スケール敏感である。通常のグリッド上で定義される変形可能表面とは異なり、単体メッシュは非常に適応的な構造である。曲率の大きな、あるいは不正確な部分におけるメッシュ解像度を上げるための洗練プロセスも開示される。複体モデルを復元するために単体メッシュを接続するための処理は、より単純な形を有する部分を使って実行されうる。

単体メッシュは一定のバーテックス接続性を有する。３Ｄ面を表現するためには、各バーテックスが３つの隣接バーテックスと接続されている2-単体メッシュと呼ばれる単体メッシュが使われる。単体メッシュの構造は、前記引用刊行物の図１によって図示される三角形分割の構造と双対である。それはあらゆる種類の向き付け可能な面を表現できる。単体メッシュ上の輪郭線は、当該単体メッシュ上の隣り合うバーテックスを結んだ、閉じた多角形の鎖として定義される。輪郭線は、できる限り自分自身と交わらないよう制限される。輪郭線は変形可能モデルであり、埋め込まれている単体メッシュとは独立して扱うことができる。

可能なメッシュ変換の全範囲を達成するために、４つの独立な変換が定義される。それらは、メッシュのある面内で辺を挿入または削除することからなる。単体メッシュの記述はまた、平面幾何学で使われる角を一般化した単体角の定義と、バーテックスがその３つの隣接バーテックスに対してどのような位置関係にあるかを記述する計量パラメータの定義をも有する。

各バーテックスのダイナミクスはニュートンの運動の法則によって与えられる。変形は、形がなめらかであるよう制約する力と、メッシュが３Ｄオブジェクトに近くなるよう制約する力とを含意する。内部的な力が、物理的なベースのモデルの外的制約条件に対する応答を決定する。内的な力は、それらが固有であり、視点不変であり、スケール敏感であるよう表される。同様の制約条件が輪郭線についてなりたつ。

よって、前記引用刊行物は所与の３Ｄオブジェクトを表すための単体モデルを提供する。それはモデルの形を変えて関心のある３Ｄオブジェクトに合うよう調整するために適用されるべき力を定義する。「単体メッシュ法」は堅牢なセグメント化方法である。

しかしながら、前記引用論文において提案されている「単体メッシュ」法はある種の状況では完璧なセグメント化を達成しないことがある。たとえば、器官の画像である三次元画像にノイズが多かったり、あるいは関心のあるオブジェクトが部分的にぼやけていたりするような状況である。この状況では、自動セグメント化アルゴリズムは、セグメント化されたオブジェクトの表面について誤った位置を生じることがあり、結果として得られる三次元面は、関心のある器官と一つまたは複数の不一致を示しうる。たとえば、自動セグメント化アルゴリズムは、セグメント化処理が完了していないのに停止することがあるし、誤っているが対照的な面に向けてミスリードされて誤った方向に進むこともあるし、あるいは複雑な表面形状のためやはり誤った面に向けてミスリードされて後退することさえありうる。

本発明は目的として、３Ｄ画像中で表現されている関心のあるオブジェクトをセグメント化するための手段を有し、さらに関心のある前記３Ｄオブジェクトのセグメント化された表面を対話的に修正するための対話的適応手段を有する、３Ｄ画像処理システムを提案することを有している。対話的適応手段は：平面内で修正されるべきセグメント化された表面の２Ｄ部分を定義するための、およびこの平面内で前記２Ｄ部分をユーザー定義された２Ｄの点集合に向けて動かすユーザー作動される処理手段と、ユーザーが前記ユーザー作動の処理手段の動作を制御するための可視化手段とを有する。

本発明によれば、前記対話的適応手段は、ユーザーが、関心のあるオブジェクトの３Ｄセグメント化された表面に対して直接作業するのではなく、２Ｄ部分に局所的に干渉することを許容する。実際には２Ｄ画像として表示されているセグメント化の３Ｄ表面モデルに対して作業する代わりに前記のような２Ｄビューに対して作業するほうがユーザーにとってはずっと容易なことである。

前記対話的適応手段はまた、セグメント化の３Ｄ表面モデルの適合性を改善するために、前記２Ｄ部分のまわりの３Ｄ部分をさらに定義するための、および前記ユーザー定義された２Ｄ集合点のまわりの領域に向かって前記３Ｄ部分を動かすためのユーザー作動処理手段をも有する。

反復的でもある対話的適応手段を具備する前記のような画像処理システムを提案することが本発明のさらなる目的である。とりわけ、関心のある当該３Ｄオブジェクトに関して所定のレベルの適合性に到達するまで３Ｄ変形可能表面モデルの関心のあるオブジェクトの表面へのマッピングの適応を実行するのに適切なこの対話的かつ反復的な処理手段を具備する、前記のような画像処理システムを提案することが本発明の目的である。当該システムは三次元灰色階調画像を処理するために応用されうる。好ましくは、セグメント化の表面モデルは３Ｄメッシュモデルである。

このシステムを動作させるための諸ステップをもつ画像処理方法を提案することも本発明の目的である。本発明はまた、３Ｄ画像処理のためのこのシステムに結合された医療診断撮像装置にも関する。その医療撮像装置はX線医療検査装置であってもよいし、MRIのような他のいかなる３Ｄ医療撮像装置であってもよい。本発明はさらに、前記画像処理方法を実行するためのプログラムプロダクトまたはプログラムパッケージに関する。

本発明について以下に図式的かつ概略的な図面を参照して詳細に記述する。

本発明は、変形可能表面モデル法、あるいは三次元変形可能メッシュモデル法を使って三次元画像中に表現されている関心のあるオブジェクトをセグメント化するための画像処理システムに関する。このシステムでは、セグメント化のための前記表面モデルまたはメッシュモデルは前記三次元オブジェクトの表面に適合させられる。関心のあるオブジェクトは、三次元医療画像中で表現されている器官などである。下記に記載される例では、表面モデルはメッシュモデルである。

2-単体メッシュのような離散的な変形可能モデルを使って画像をセグメント化することは、しばしば結果として得られるセグメント化された表面の補正を必要とする。これは特に医療画像についていえる。医療画像では画像ノイズまたは貧弱なデータ品質のために一部の顕著な画像特徴が欠落しうるのである。結果として、モデルの一部が間違った特徴に引きつけられることがあり、部分的に誤ったセグメント化形状に導くことになりうる。したがって、実施者は通例、セグメント化の結果を補整するために、画像の解釈において自分の経験を使うことを好む。さらに、実施者は、ユーザーが課した位置にモデルを強制的にくっつかせることによってさらなるセグメント化プロセスを誘導したがることもありうる。いずれの場合にも、これを達成するための好ましい方法は、セグメント化された関心のあるオブジェクトの表示画像上に輪郭線を描くことによって正しいモデル形状を示し、次いでモデルにこの輪郭線を追随させることをシステムに要求することである。このプロセスの前半部分（モデル形状を描く）は既存のコンピュータグラフィックスのノウハウを用いて実装することは至極単純なことであり、たとえば医療画像を背景としてモデルを表示し、オーバーレイとしてユーザー輪郭線を描くことによってできる。他方、後半部分（モデルにユーザー定義の輪郭線を追随させる）は達成するのが非常に難しい。本発明は、この問題を解決する手段を提案する。

本発明は、３Ｄセグメント化表面または３Ｄメッシュ表面をユーザーが描いた３Ｄ曲線に引きつけるためのユーザー作動の対話的処理手段を有する画像処理システムを提案する。この処理手段は、３Ｄ変形可能表面または３Ｄ変形可能メッシュとのユーザー対話のために、特にメッシュ形状補正のため、および／またはセグメント化表面またはメッシュ表面のある部分に所望の形状を課すために有用である。

以下の例では、セグメント化された関心のあるオブジェクトは、図５Ｂによって示されるように辺および節点によって定義されるメッシュ面によって表面が表現される３Ｄオブジェクトである。本発明のシステムは、三次元参照系における関心のあるオブジェクトの三次元セグメント化のための対話的画像処理手段を有する。本発明によれば、前記対話的画像処理手段は、ユーザーが、セグメント化動作を制御し、必要な時と場所においてセグメント化表面を関心のあるオブジェクトの実際の表面に最もよく合うように修正、補正または適応化するために干渉することを許容する。ユーザーによって制御されるこれらの対話的処理手段は、３Ｄメッシュモデルの、関心あるオブジェクトの三次元表面へのマッピングを、ユーザーによって選ばれた所定の適合性レベルに到達するまで適応させることを許容する。当該システムは三次元の灰色階調画像を処理するために適用されうる。

図１は図式的に、本発明のシステムの処理手段を表現している。このシステムは、メッシュモデル法のパラメータを設定するための初期化手段１と、自動メッシュモデル法を使って予備的な３Ｄ画像セグメンテーション９を実行する自動セグメント化手段１０とを有する。

当該システムは、ユーザーが前記予備的な自動セグメント化の結果を吟味するための図６によって示されるような表示手段６０を有する。前記結果は、関心のあるオブジェクトの表面に実質適合するメッシュモデルの画像である。ユーザーがこの予備的セグメント化の結果を受け入れるか、あるいはユーザーがこの結果を受け入れないかである。当該システムは、制御手段１５を有する。制御手段１５は１３においてユーザーによって動作させられることができる。

ユーザーがセグメント化の結果を受け入れる場合、ユーザーは制御YESを作動させうる。

この制御YESは、セグメント化動作の停止３につながりうる。停止３は、前記予備的なセグメント化結果を最終的なセグメント化画像データとして直接出力することを許容する。これらの画像データは、表示手段によって画像として、あるいはメモリ手段、保存手段もしくはその他の手段によってデータとしてユーザーに提供されうる。

あるいは、結果として得られる信号データは、４を通じて前記YES制御１１に結合されている前記自動セグメント化手段１０に再び入力されてもよい。これは、ユーザーが前記自動セグメント化手段によって９において出力される結果を受け入れるとき、およびユーザーが今、前記自動セグメント化手段１０を使ってセグメント化を継続したいときである。

ユーザーがこの予備的なセグメント化結果９を受け入れない場合、ユーザーは、制御手段NO１２を作動させて、本発明の対話的適応手段２０を作動させることができる。ユーザー作動の適応手段２０は、ユーザーが、前記予備的な自動セグメント化手段１０の結果を対話的に修正または補正または改善するためにデータまたは情報を入力できるよう装備されている。

対話的適応２０を実行したのち、ユーザーはさらに、前記対話的適応手段のセグメンテーション結果を、たとえば表示手段６０を使って吟味する。ここでもまた、ユーザーはこの適応されたセグメント化の結果を受け入れるか、あるいはユーザーはこの結果を受け入れないかである。当該システムはさらに、制御手段２５を有する。該制御手段はユーザーによって２３において、ユーザーが情報を３７において入力するよう動作させられることができる。制御手段２５は制御手段１５と同じであってもよいし、あるいは類似であってもよい。

ユーザーが前記対話的適応されたセグメント化の結果を受け入れる場合、ユーザーは制御手段YES２１を作動させうる。

ユーザーが前記対話的適応されたセグメント化の結果を受け入れる場合、制御手段２１は５を通じてセグメント化動作の停止３につながりうる。これによりこの第一の適応されたセグメント化結果が最終的なセグメント化画像データを与え、これが表示手段６０によって画像として、あるいはメモリ手段、保存手段もしくはその他の手段によってデータとしてユーザーに提供されうる。

あるいは、ユーザーが対話的適応されたセグメント化の結果を受け入れる場合で、セグメント化困難がちょうど対話的に解決されたとき、ユーザーは今度は自動セグメント化手段１０を使ってセグメント化を継続したいことがありうる。その場合、結果として得られる信号データは、２３を通じて、YES制御２１に結合された前記自動セグメント化手段１０に直接にポートされうる。

あるいは、ユーザーが対話的適応されたセグメント化の結果を受け入れる場合で、ユーザーが前記対話的適応手段２０の以前の結果をさらに修正または改善したいとき、その場合、ユーザーはさらに結合手段３３を通じてYES制御２１に直接結合された前記対話的適応手段２０を操作しうる。

ユーザーがこの第一の適応されたセグメント化結果３９を受け入れない場合は、ユーザーは制御２３を通じて制御手段NO２２を作動させうる。

ユーザーが、対話的前記適応手段２０を通じて実行された修正を受け入れない場合、ユーザーは、前記NO制御手段２２に３２において結合されている第一の取り消し手段３７を通じてこれらの結果を取り消してもよい。結果として得られるデータ信号は、３５において前記適応手段に最初に入力された信号と改めて同一になり、新たな対話的適応のために前記適応手段２０にさらに入力される。

あるいは、ユーザーがセグメント化手段１０を通じて実行されたセグメント化も対話的適応手段２０を通じて実行されたセグメント化も受け入れない場合、ユーザーは、前記自動セグメント化手段１０および前記適応手段２０の両方によって生成された結果を、前記NO制御手段２２に３１において結合されている第二の取り消し手段３８を通じて取り消してもよい。結果として得られるデータ信号は、前記自動セグメント化手段１０に最初に入力された信号と改めて同一になり、再び少なくとも前記セグメント化動作を１０を通じて、および前記制御を１５を通じて実行するために、３６において前記自動セグメント化手段１０にさらに入力される。

図２は、本発明の対話的適応２０を実行するための手段を図式的に表現している。この対話的適応は以下を有する：

データ平面選択手段４０：
図２を参照すると、この対話的適応手段２０は最初に、ユーザーが、有向データ平面（data plane）DPを決定するための手段４０を有する。該DPはセグメント化された関心のあるオブジェクトのあるセクションを示すが、今の例では、このセクションは、前記予備的な自動セグメント化１０に従って前記オブジェクト表面に適合するメッシュモデルのデータ平面DPによる切り口を表現するメッシュ曲線（mesh curve）MCである。有向データ平面選択手段４０は、ユーザーがそのようなデータ平面DPを選択することを許容する。そのデータ平面の向きは、図３に示されるような三次元参照系OX、OY、OZ内の参照体積（volume of reference）VOL内で与えられる。

通例、３Ｄ画像は、前記参照系の一つの平面に平行な、諸点からなるある数の二次元画像の集成から構築される。各画像平面は、前記参照系における参照体積VOLのあるセクションを表現する。その際、ユーザーがこれらの平面におけるメッシュ伝搬の欠陥を同定して補正することは非常に困難で面倒なことである。それというのも、メッシュモデルの欠陥は必ずしも、前記所定の平面の所与の向きで最もよく見て取れるとは限らないからである。

その代わりに本発明によれば、データ平面DPの向きは、該データ平面が、関心のあるオブジェクトのセグメント化された表面との、セグメント化の欠陥が最もよく見て取れるような交線を示すように選択される。この関心ある向きは、前記３Ｄ参照系に関していかなる向きであってもよい。表示手段６０は有利には、３Ｄメッシュモデルの画像と、一つまたは複数の２Ｄビューの両方を提供する。該２Ｄビューとは、当該３Ｄメッシュモデルとデータ平面とが交わる曲線を表現する計算されたメッシュ曲線MCを示すものである。交線の曲線は好ましくはハイライトされる。

本発明によれば、前記対話的適応手段２０は、ユーザーが関心のあるオブジェクトの３Ｄセグメント化された表面に対して直接作業するのではなく、データ平面DP内の交線の曲線MCの２Ｄ部分に局所的に干渉することを許容する。ユーザーにとって、所与のデータ平面内で表面モデルと関心のあるオブジェクトとの間の適合性を、前記交線の曲線を検査することによって検証し、２Ｄビューにおいてそのような曲線に対して作業することは、セグメント化の３Ｄ表面モデルに対して作業するよりもずっと容易なことである。

図４Ａを参照すると、前記対話的適応手段２０は、当該３Ｄメッシュモデルとデータ平面DPとの計算された交線の表現、すなわち２Ｄメッシュ曲線MCを処置することを許容する。この３Ｄメッシュモデルは、自動セグメント化手段１０によって関心のあるオブジェクトの表面上に最もよくマッピングされたメッシュモデルである。集成されるべきメッシュ曲線MCのこの部分は、逸脱曲線（Aberrant Curve）ACと呼ばれる。逸脱曲線ACは、メッシュ曲線MCのうちで、計算されたメッシュモデルがセグメント化されるべき当該オブジェクトの表面に正しく適合しないと、あるいは関心のあるオブジェクトがセグメント化されるべく選ばれている仕方に対応しないとユーザーが検知するところの部分である。

ユーザーは、平面選択手段４０を作動させて、修正または改善されるべき前記２Ｄメッシュ曲線MCを可視化するための、データ平面DPの最良の向きを選択する。データ平面の向きは、メッシュモデルの逸脱曲線ACの前記部分が特に見やすく、ユーザーがメッシュモデルの修正または補正が特に必要であると見なすような、交線メッシュ曲線MCのビューをユーザーが見出すまで変更される。

図２を参照すると、図４Ａで図解されているように、関心のあるオブジェクトの選択されたデータ平面DP内においてセグメント化された表現MCを調べながら、ユーザーはメッシュモデルが、予備的な自動セグメント化によって与えられた逸脱曲線ACの代わりにある別の曲線を通るべきであると判断してもよい。前記別の曲線はユーザー曲線（User Curve）UCと呼ばれる。

案内点対話的描画手段４１：
図２を参照すると、図４Ｂで図解されているように、対話的適応手段２０は、ユーザーがユーザー点（User Points）UPと呼ばれる一連の点を前記所望のユーザー曲線UCに沿って定義するための対話的描画手段４１を有する。ユーザー曲線の両端にある２点は端点（End Points）と呼ばれ、G₀、G_Tと表される。ユーザーは当業者には既知のユーザー作動の描画手段、たとえば図６に示したマウス７１のクリックなどを用いてG₀、G_Tを含むユーザー点GPを描くか、あるいはたとえばキーボード７２を使って表示手段６０を使って前記ユーザー点を表示するためのデータを入力する。

案内曲線自動描画手段４２：
図２を参照すると、図４Ｃで図解されているように、適応手段２０はさらに、データ平面DP内に、端点G₀、G_Tの間で諸ユーザー点UPを通る案内曲線（Guiding Curve）GCを自動的に生成するための計算手段４２を有する。

メッシュ辺点を与えるための計算手段４３：
図２、図４Ｃ、図５Ｂを参照すると、対話的適応手段２０は、メッシュモデルとデータ平面DPとの交線の諸点の位置を計算するための、さらなる処理手段４３を有する。これらの交線上の点は必ずしもメッシュモデルの節点ではない。よって、手段４３は、F1、F2といったメッシュ面（mesh face）の辺とデータ平面DPとの交点の位置を計算する。これがデータ平面内でのメッシュ辺点（Mesh Edge Points）MEPを決定する。たとえば、処理手段４３はまずデータ平面内で面F1、F2の間のOO′のような辺およびA2のような、辺とデータ平面DPとの交点を計算する。

メッシュ辺点のうちからACの端点を与える計算手段４４：
より具体的には、逸脱曲線AC上にあり、かつ案内曲線GCの両端G₀、G_Tに最も近いメッシュ辺点MEPが、逸脱曲線の端点A₀、A_Tを形成するために自動的に探索される。

メッシュ辺点のうちからACの諸点を与える計算手段４５：
次いで、計算手段４５が、データ平面DP上の、端点A₀、A_Tの間の逸脱曲線AC上に位置しているA2のような諸メッシュ辺点MEPの位置を選択する。この計算は逸脱曲線上にA₁、A₂、…で表されるいくつかのメッシュ辺点を与える。この様子は図４Ｃおよび図４Ｄに示されている。

案内曲線上の案内点を与える処理手段４６：
対話的適応手段２０は、逸脱曲線の前記諸メッシュ辺点に対応する案内曲線上の諸点の位置を計算するためのさらなる手段を有する。図５Ａで示されるように、逸脱曲線上のメッシュ辺点A₀からA_Tがこの逸脱曲線上のセグメントを定める。

両端A₀、A_Tでの逸脱曲線を両端G₀、G_Tでの案内曲線GCに一致させるよう一致関数のパラメータが決定される。この計算は好ましくは、逸脱曲線の諸部分への定義とそれに続く各部分の案内曲線への投影を含む。たとえば、二つの曲線の間の線形対応が決定されうる。

次いで、処理手段４６は、案内曲線上のG₁、G₂などのような案内点を線形関数を使って計算し、それによりG₀とG_Tとの間で案内曲線の諸セグメントを定義する。それらのセグメントは逸脱曲線上のA₀とA_Tとの間でそれぞれ定義された諸セグメントに比例する。

動きベクトルVを計算するための処理手段４７：
図４ならびに図５Ｂおよび５Ｃによって示されているように、対話的適応手段２０は、逸脱曲線と案内曲線との間に動きベクトルVと呼ばれるベクトルVを定義するためのさらなる手段４７を有している。ベクトルVはたとえば、二つの曲線の対応する点どうしの間のより短い数学的距離として計算されうる。図５Ｃは例として、メッシュ辺点A₂と対応する案内点G₂との間の最短距離として計算されたベクトルVを示している。ベクトルVの向きは、逸脱曲線から案内曲線に向かう向きとする。

任意的に変位ベクトルを緩和するための処理手段４８：
対話的適応手段２０は、減衰係数と呼ばれるパラメータαを与えるためのさらなる手段４８を有する。変位ベクトルVは任意的に、減衰係数αを使って緩和されてもよい。

関係するメッシュ節点を案内曲線に向けて動かすための処理手段４９：
対話的適応手段２０の処理手段４９はさらに、関係するメッシュ面のメッシュ節点を案内曲線に向けて動かす。相変わらず図５Ｂおよび図５Ｃを参照すると、ベクトルVは、逸脱曲線ACの部分A₀、A_Tにおける、F1およびF2のような面の間の辺のO_A、O_A′のような、節点と呼ばれる各端に適用される。結果として得られる節点は図５Ｃ上でO_G、O_G′によって表されている。

節点の動きの結果５０：
ベクトルVまたはαVを使って、逸脱曲線の案内曲線への線形マッピングが実行された。この段階で、メッシュ曲線の適応が一回行われたことになる。ユーザーは、対話的適応手段２０の結果を推定するための表示手段および制御手段を有する。対話的適応手段は補正されたメッシュ曲線５２を直接出力するか、あるいはユーザーが制御反復手段５０を使用してもよい。

ユーザー制御反復手段５０：
ユーザーは、メッシュ曲線の適応を改善するために、修正されたベクトルVまたはαVを与えるための新たな計算４３を開始しうる。処理手段４３ないし４９は、ユーザーが結果に満足するまで、あるいは所定のレベルの適合性に達するまでユーザー作動させられる。

反復プロセスにおいて、重み付け係数αを動きベクトルVに適用するのが好ましい。この重み付け係数は、逸脱曲線を案内曲線にマッピングするユーザー制御された技法に適応される。重み付け係数αはたとえば、図５Ｄに表されているような関数から決定される。図５Ｄは反復（iteration）回数N_Itの関数としてαのグラフを示している。このように、減衰係数αは0＜α≦1となる。ベクトルαVは対応するベクトルVよりも短く、αの値は各反復ステップごとに上昇する。図５Ｄを参照すると、当該プロセスは好ましくは1/2など小さいαの値を使って開始され、それから反復回数が増すとαの値が1に向かって上昇していくことが注目される。

好ましくは、αの値は、データ平面に交わる辺の節点を動かすために使われるベクトルに適用されうる。前記節点のまわりで近傍を定義することができ、該近傍中ではメッシュモデルの節点は、従来技術（Delingette）として引用された刊行物において定義されている力のような局所的な正則化力が加えられる。

動かされた逸脱曲線と案内曲線との間の距離を各反復ステップが終わるごとに推定することができる。そして、前記距離が所定の閾値距離より短くなったときに反復プロセスを停止することができる。

メッシュモデルが最初、あらかじめ定義された解像度をもって定義されていることを注意しておく。これはすなわち、メッシュ面の大きさがあらかじめ決められているということを意味する。好ましくは解像度は上げたり下げたりすることができる。

図１および図２を参照すると、これらの動作は、予備的なセグメント化されたゾーンから帰結する逸脱曲線を含む、当該体積内のいくつかの異なる２Ｄデータ平面において実行されてもよい。本発明によれば、これらの動作はさらに、メッシュモデルがユーザーによってあらかじめ決められた適合条件を満たすまで、ユーザーによって制御される適応的セグメント化手段２０を使って実行される。このシステムは、３Ｄ画像内のセグメント化されたオブジェクトを、ユーザーが満足のいく結果であると見なすような、メッシュモデルのオブジェクトへのマッピングの適合のレベルまで洗練させることを許容する。上記したように、本発明の処理手段は、ユーザーのニーズに合致する関心のあるオブジェクトのセグメント化を得るために必要なだけのデータ平面および逸脱曲線に適用されうる。

停止手段３０：
ユーザーが最終的にセグメント化手段によって与えられた結果を受け入れることに決めたとき、ユーザーは図１に示されるように、YES手段および停止手段３０を作動させる。すると、ユーザーはセグメント化された画像２、またはセグメント化された画像データを処置しうる。

医療診断装置および表示システム
上記した手段は、本発明の表示システムに含められ、あるいは結合される。図６は、本発明に基づく、医療診断装置に組み込まれた、画像表示システムのある実施形態の基本的な構成要素を示している。医療診断装置１００は、患者が横たわる台１１０または患者を当該撮像装置に対して位置固定するための他の要素を含みうる。医療撮像装置１００は、CTスキャナであってもよいし、あるいはX線もしくは超音波装置のようなその他の医療撮像装置であってもよい。装置１００によって生成された画像データは、本発明の対話的適応手段をなすのに適切な計算手段およびユーザー制御手段を有する、汎用コンピュータのようなデータ処理手段７０に供給される。データ処理手段７０には典型的にはモニタ６０のような可視化デバイスと、キーボードのような入力デバイス７２またはマウス７１、ポインティングデバイスなどが付随している。ユーザーはこれらを操作することによってシステムと対話することができる。データ処理デバイス７０は、本発明に基づいて医療画像データを処理するための処理手段を実現するようプログラムされている。具体的には、データ処理デバイス７０は図１および図４に関係して記載された動作を実行するために必要な計算手段および記憶手段を有する。これらの動作を実行するためのあらかじめプログラムされた命令を有するコンピュータプログラムプロダクトも実現されうる。

上述した図面およびその記述は、本発明を限定するというよりは解説するものである。付属の特許請求の範囲内にはいる数多くの代替があることは明白であろう。さらに、本発明は表示のために画像データを生成することに関して記載されてきたが、本発明は画像データの実質いかなる形の可視化をもカバーすることが意図されている。それには、これに限られるものではないが、ディスプレイデバイス上への表示および印刷が含まれる。請求項に参照符号があったとしてもそれは当該請求項を限定するものと解釈してはならない。

本発明のシステムの手段の図式的な表現を示す図である。 本発明のシステムの対話的適応手段の図式的な表現を示す図である。 データ平面選択を図解する図である。 選択されたデータ平面におけるメッシュ曲線を、逸脱曲線およびユーザー曲線とともに概略的に示す図である。 ユーザー曲線に沿って描かれたユーザー点を示す図である。 端点をもつ案内曲線と、メッシュ辺点および端点をもつ逸脱曲線とを示す図である。 案内曲線上の案内点を示す図である。 逸脱曲線を案内曲線にマッピングするための動きベクトルを示す図である。 端点をもつ案内曲線と、メッシュ辺点および端点をもつ逸脱曲線と、案内曲線上の案内点とを示す図である。 メッシュ辺点および案内点の決定のための、および動きベクトルを定義するための二つのメッシュ面を示す図である。 動きベクトルの適用を図解する図である。 反復回数の関数であるαの曲線の例を示す図である。 医療検査装置に結合された医療表示システムを図解する図である。

符号の説明

１ 初期化
２ セグメント化された画像データ
３ 停止
１０ 自動セグメント化
１１ YES
１２ NO
１３ ユーザー制御
２０ 対話的適応
２２ NO
２１ YES
２３ ユーザー制御
３７ 取り消し
３８ 取り消し
４０ データ平面DPの対話的選択
４１ UC上の案内点UP＋UC上の端点G₀、G_Tの対話的描画
４２ UPを通る案内曲線GCを計算
４３ DP内のメッシュ辺点MEPを計算
４４ MEPのうちでAC上の端点A₀、A_Tを計算
４５ MEPのうちでAPを計算
４６ APからGPを計算
４７ 動きベクトルVを定義
４８ αVを用いた任意的な緩和
４９ αVを用いて関係するメッシュ節点を移動
５０ 反復制御
６０ ディスプレイ

Claims (15)

1. 画像処理システムであって、モデルベースの３Ｄセグメント化表面を推定するための、３Ｄ画像中の関心のあるオブジェクトの表面に３Ｄ表面モデルを自動マッピングする３Ｄ画像データ処理手段を有し、可視化手段を有し、さらに：
   前記セグメント化表面の、関心のあるオブジェクトの実際の表面への対話的適応の手段であって：
   前記３Ｄセグメント化表面とある２Ｄモデル曲線（Model Curve）に沿って交わる２Ｄデータ平面を対話的に選択し、該２Ｄデータ平面が、ユーザーにとって修正すべき前記モデル曲線の逸脱曲線と呼ばれる２Ｄ部分を可視化するのに適切な、前記表面に対するユーザー選択の向きを有するようにする手段と、
   前記２Ｄデータ平面内に案内曲線を対話的に定義する手段と、
   前記逸脱曲線を前記案内曲線に対話的に適応させる手段と、
   前記対話的に適応された逸脱曲線の近傍内の前記セグメント化表面をさらに自動的に適応させる手段、
   とを含む手段を有することを特徴とするシステム。
2. 請求項１記載のシステムであって、ユーザー曲線および該ユーザー曲線上の端点を含むユーザー点を定義し、当該処理システムが前記端点の間の前記ユーザー点を通る案内曲線を描くようにし、前記対話的適応手段が前記逸脱曲線を前記案内曲線に適応させるようにするためのユーザー制御された描画手段を有することを特徴とするシステム。
3. 請求項２記載のシステムであって、前記対話的適応手段が、前記セグメント化表面の前記データ平面との交点（MEP）を計算する処理手段と、特定の交点を前記逸脱曲線の端点として選択し、該端点の間の逸脱曲線上に位置する逸脱点（Aberrant Points）と呼ばれる交点を選択するユーザー作動される選択手段とを有することを特徴とするシステム。
4. 請求項３記載のシステムであって、前記対話的適応手段が、前記逸脱曲線上の前記逸脱点に対応する前記案内曲線上の案内点を計算する処理手段を有することを特徴とするシステム。
5. 請求項４記載のシステムであって、前記対話的処理手段が、前記逸脱曲線上の逸脱点と前記案内曲線上の対応する案内点との間の動きベクトルを定義し、該動きベクトルを使って前記逸脱曲線を前記案内曲線に局所的にマッピングさせられるようにする処理手段を有することを特徴とするシステム。
6. 請求項５記載のシステムであって、前記対話的処理手段が、前記逸脱曲線のまわりの領域を前記案内曲線のまわりの領域に反復的に適応させ、重み因子が反復ステップの関数として発展するような処理手段を有することを特徴とするシステム。
7. 前記表面モデルがメッシュモデルであることを特徴とする、請求項１ないし６のうちいずれか一項記載のシステム。
8. 請求項７記載のシステムであって：
   セグメント化されるべき関心のある領域の三次元画像を取得するための取得手段と、
   共通の辺および節点をもつ多角形の面で形成されるメッシュモデルを生成し、該メッシュモデルを前記関心のあるオブジェクトにマッピングして前記セグメント化表面を生成するために前記メッシュモデルを自動的に変形するための自動セグメント化手段と、
   前記メッシュモデルの諸領域を局所的に修正するために前記メッシュモデルを対話的に適応させるための対話的適応手段、とを有しており、該対話的適応手段において、前記逸脱曲線上の前記モデル表面の交点がメッシュ辺点と呼ばれる、メッシュ面の辺と前記データ平面との交点であり、前記動きベクトルが前記メッシュ辺点と前記案内曲線の対応する案内点との間で定義され、前記動きベクトルが前記メッシュ辺点のまわりのメッシュ面節点を修正して前記案内曲線のまわりの適応された点を与えるために使用される、
   ことを特徴とするシステム。
9. 請求項７記載のシステムであって、前記対話的適応手段が、前記逸脱曲線のまわりの領域を前記案内曲線のまわりの領域に反復的に適応させ、内部的な力が反復ステップの関数として発展するような反復的処理手段を有することを特徴とするシステム。
10. 請求項７ないし９のうちいずれか一項記載のシステムであって、前記対話的適応手段が、前記逸脱曲線のまわりの領域を前記案内曲線のまわりの領域に反復的に適応させ、解像度が反復ステップの関数として発展するような反復的処理手段を有することを特徴とするシステム。
11. 請求項１ないし１０のうちいずれか一項記載のシステムであって：
    前記表面モデルの参照オブジェクトへの、所定の適合性レベルに基づく対話的適応または自動セグメント化のプロセスを停止する決定を行う、
    ための手段をさらに有することを特徴とする方法。
12. 請求項１ないし１１のうちいずれか一項記載のシステムであって、前記セグメント化表面の３Ｄビュー、前記データ平面の３Ｄおよび／もしくは２Ｄビュー、モデル曲線と呼ばれる前記データ平面と前記セグメント化表面との交わりの３Ｄおよび／もしくは２Ｄビューを、前記モデル曲線のハイライトありまたはなしで表示し、複数のビューが同時に一つずつまたは同時に複数表示されるような表示手段を有することを特徴とするシステム。
13. 医療画像データを処理するために請求項１ないし１２のうちいずれか一項記載の画像処理システムを形成するよう構成された回路手段を有する、好適にプログラムされたコンピュータまたは専用目的プロセッサを有することを特徴とする医療撮像システム。
14. 体の器官の三次元画像を取得するための手段と、
    請求項１ないし１３のうちいずれか一項記載のシステム、
    とを有することを特徴とする医療検査撮像装置。
15. 請求項１ないし１３のうちいずれか一項記載のシステムにおいて使用されるべき命令のセットを有することを特徴とするコンピュータプログラムプロダクト。

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