【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、骨、表皮、腫瘍など、物体の表面形状を表示する表面表示用の画像処理装置及び画像データ作成方法に係り、とくに、レイ・トレーシング法を実施する装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体の３次元ボクセルデータに基づき、その物体の表面画像を作成する方法の一つとしてレイ・トレーシング法が知られている。 このレイ・トレーシング法は、図６に示すように、仮想の投影面から（又はこの投影面に向かって）一定のピッチ（長さ）のレイＲＹを物体に相当するボクセルにヒット（ぶつかる）まで順々にトレースさせる（飛ばす）。 このトレースにより、レイＲＹが係るボクセルにぶつかると、それまでレイＲＹをトレースした回数及びレイＲＹのピッチとの積を演算して仮想面から物体までの距離を求める。
そして、その距離を画素値とした距離画像（深さ画像）
が求められ、この距離画像に陰影付けを行って表面画像が作成されていた。 このとき、レイＲＹのピッチは、通常、３次元ボクセルのピクセルサイズと同一値に設定される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来のレイ・トレーシング法にあっては、より精度の高い表面距離画像を得ようとしてレイのピッチを細かくすると、
それだけレイのトレース回数（繰り返し回数）が増えるため、画像データ作成のための処理時間が長くなってしまうし、反対に、処理時間を短縮しようとしてレイのピッチを大きくすると、レイがヒットしたときの、レイの終点（先端）位置と物体面との間の差、即ち誤差（図６
参照）が大きくなって、画質が低下するという相反する問題があった。

【０００４】この発明は、従来のレイ・トレーシング法の問題に鑑みてなされたもので、従来とほぼ同じ処理時間を維持させた場合でも、画質を著しく向上させることを、目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成させるため、この発明に係る画像処理装置は図１に示すように、
３次元ボクセルデータに対して第１のピッチのレイを投影方向に順々にトレースする第１のレイトレース手段と、上記第１のピッチのレイが物体を表す画素値のボクセルにヒットしたか否かを判断するヒット判断手段と、
このヒット判断手段により上記レイがヒットしたと判断されたとき、上記レイのピッチを前記第１のピッチよりも細かい第２のピッチに変更するピッチ変更手段と、このピッチ変更手段により変更された第２のピッチで前記物体に対応するボクセルの境界面までレイをトレースする第２のレイトレース手段と、上記第１、第２のレイトレース手段によりトレースされたレイの各トレース回数及び各ピッチに基づき投影面までの距離を演算する距離演算手段とを備えた。

【０００６】また、この発明の表面表示における画像データ作成方法は、３次元ボクセルデータに対して第１のピッチのレイを投影方向に順々にトレースしながら、物体を表す画素値のボクセルに上記レイがヒットしたか否かを判断し、上記レイがヒットしたと判断したとき、上記レイのピッチを前記第１のピッチよりも細かい第２のピッチに変更し、この後、変更された第２のピッチで前記物体に対応するボクセルの境界面までレイをトレースし、しかる後、上記第１、第２のピッチによりトレースされたレイの各トレース回数及び各ピッチに基づき投影面までの距離を演算することを特徴とした。

【０００７】

【作用】この発明の画像処理装置によれば、第１のレイトレース手段により、３次元ボクセルデータに対して第１のピッチのレイが投影方向に順々にトレースされ、このトレースと並行して、ヒット判断手段により、第１のピッチのレイが物体を表す画素値のボクセルにヒットしたか否かが判断される。 このヒット判断手段により上記レイがヒットしたと判断されたとき、ピッチ変更手段により、上記レイのピッチが第１のピッチよりも細かい第２のピッチに変更される。 今度は、第２のレイトレース手段により、その変更された第２のピッチで物体に対応するボクセルの表面までレイがトレースされる。 そして、距離演算手段において、第１、第２のレイトレース手段によりトレースされたレイの各トレース回数及び各ピッチに基づき投影面までの距離が演算される。

【０００８】また、この発明の表面表示における画像データ作成方法によれば、３次元ボクセルデータ群に対して第１のピッチのレイが投影方向に順々にトレースされる。 その間に、物体を表す画素値のボクセルにレイがヒットしたか否かが判断され、ヒットしたと判断されたとき、上記レイのピッチが第１のピッチよりも細かい第２
のピッチに変更される。 この後、変更された第２のピッチで物体に対応するボクセルの表面までレイがトレースされ、上記第１、第２のピッチによりトレースされたレイの各トレース回数及び各ピッチに基づき投影面までの距離が演算される。

【０００９】このように、レイが物体の表面にヒットするまでは大きなピッチでトレースされ、一度ヒットした後、物体表面まで再度細かなピッチでトレースされる。
これにより、処理時間としては、細かなピッチによるレイトレース分が増えるだけであるから、従来の一定ピッチによるレイトレースの場合と殆ど変わらず、同時に、
細かなピッチによる微調整のレイトレースに拠って距離データの演算精度が向上し、画質が向上する。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図２〜図４を参照して説明する。

【００１１】図２に示す画像処理装置は、装置全体を制御する中央処理装置（以下、ＣＰＵという）１を備えている。 このＣＰＵ１には、画像データを格納している画像ディスク２がバス構成を介して接続されると共に、入力デバイス３、表示デバイス４及び汎用メモリ５がバス構成を介して接続されている。

【００１２】画像ディスク２には、Ｘ線診断装置、超音波診断装置、磁気共鳴イメージング装置などのモダリティで得られた被検体内部の医用画像データが格納されている。 入力デバイス３は、マウス、キーボード、タッチパネルなどを有している。 表示デバイス４はＣＲＴディスプレイを有すると共に、供給されるデジタルの画像データをＣＲＴディスプレイに画像表示する回路を搭載している。

【００１３】さらに、ＣＰＵ１に繋がるバス構成には、
画像処理プロセッサ６及び画面用メモリ７が接続されている。 画像処理プロセッサ６は、ＣＰＵ１の指令を受けて後述するレイトレースに関する処理を実施する。 また汎用メモリ５には、システム制御のメインプログラムや後述する図３記載のサブプログラムが予め記憶されている。

【００１４】続いて、図３に示すサブプログラムの内容を、実施例の動作と共に説明する。 オペレータが入力デバイス３から表面表示を行いたい旨の情報及びその表面表示に必要な投影面の位置データなどを入力すると、Ｃ
ＰＵ１は表面表示の処理を画像処理プロセッサ６に指令する。

【００１５】画像処理プロセッサ６は、画像ディスク２
に格納されている、例えば連続スライスのＣＴ画像データを読み出し、スライス毎に対象の領域抽出を行い、必要ならばスライス間の補間を行いながらスライス方向に２値データを積み上げ、３次元のボクセルデータを作成する。 続いて、オペレータの入力情報に基づき、設定された視線（レイ）方向に垂直な投影面を仮定した後、図３に示した処理を開始させる。 なお、このサブプログラムは、タイムシェアリング処理等に拠り、投影面の各画素に対応して並行処理されるものである。

【００１６】この図３の処理を説明する。 画像処理プロセッサ６は、図３のステップ１０において、レイの通常ピッチＰ _１ （発明の第１のピッチに相当）の値を汎用メモリ５からプロセッサのワークエリアに読み出す。 この通常ピッチＰ _１は、ここでは、３次元ボクセルのピクセルサイズと同一値に設定されている。 次いで、プロセッサ６はステップ１１に処理を移行させ、読み出された通常ピッチＰ _１に拠るレイＲＹ _１をその与えられた初期位置から投影方向（視線方向）に一つだけ進めると共に（図４参照）、そのトレース回数Ｎ _１を記憶する。

【００１７】次いでステップ１２に移行し、プロセッサ６は、レイトレースの終点位置、つまり先端の位置が骨などの物体に相当する画素値（論理値で「１」）のボクセルにヒットしたか（到達したか）否かを判断する。 この判断において、レイ先端位置の画素値が論理値「０」
であって、未だ物体にヒットしていないとするときは、
ステップ１３の処理を行う。 ステップ１３では、レイトレースの終了か否かを、例えばレイ先端位置が既に所定領域外に在るかどうか等のチェックによって判断する。

【００１８】このステップ１３でレイトレースを継続すると判断したときは、再びステップ１１、１２の処理を繰り返す。 これにより、通常ピッチＰ _１のレイＲＹ _１は前回のレイの終点位置（先端位置）を始点位置として次々と投影方向に進められる。 反対に、ステップ１３でレイトレースを終了すると判断したときは、例えば、レイＲＹ _１を何回も進めたにも関わらず、対象の物体にヒットしないで所定領域外に出た場合である。 このときは、
レイトレースを終了する。

【００１９】一方、前記ステップ１２において物体にヒットした（ＹＥＳ）と判断されると、続いてステップ１
４〜１７の処理が順次実施される。 この内、ステップ１
４では、レイピッチが、今までの通常ピッチ（第１のピッチ）Ｐ _１よりも小さい第２のピッチＰ _２ （例えば、３
次元ボクセルのピクセルサイズの１／１０のピッチ幅：
＜Ｐ _１ ）に変更される。 また、ステップ１５では、第２
のピッチＰ _２に拠る第２のレイＲＹ _２のトレース方向を読み出す。 このトレース方向は予め決めてあるもので、
この実施例では図４に示すように、最終トレース時の第１のレイＲＹ _１の始点Ａを引継ぎ点とし、この引継ぎ点Ａから物体表面に向けてトレースする順方向（投影方向と同一）である。

【００２０】そこで、画像処理プロセッサ６は、ステップ１６において、前段階よりも細かなピッチの第２のレイＲＹ _２を、第１のレイＲＹ _１に係る引継ぎ点Ａから引き続いて投影方向にトレースすると共に、そのトレース回数Ｎ _２を記憶していく。 次いでステップ１７では、第２のレイＲＹ _２が物体の境界面にヒットしたか（到達したか）否かを画素値で判断し、ヒットしていない場合は、ステップ１６の処理を繰り返す。 これにより、第２
のレイＲＹ _２が次々と投影方向に進められる。 そして、
ステップ１６においてヒットしたと判断されたときは、
ステップ１８に処理を移行させる。

【００２１】ステップ１８では、それまでのレイトレースによって記憶されているデータ、即ち、第１のレイＲ
Ｙ _１のピッチＰ _１及びトレース回数Ｎ _１と第２のレイＲ
Ｙ _２のピッチＰ _２及びトレース回数Ｎ _２とに基づき、
「Ｐ _１・Ｎ _１ ＋Ｐ _２・Ｎ _２ 」を演算して投影面から物体面までの距離を求める。

【００２２】なお、図３のステップ１０，１１の処理が発明の第１のレイトレース手段を構成し、同図ステップ１２の処理が発明のヒット判断手段を構成し、同図ステップ１４の処理が発明のピッチ変更手段を構成している。 また、同図ステップ１５〜１７の処理が発明の第２
のレイトレース手段を成し、同図ステップ１７の処理が発明の距離演算手段を成している。

【００２３】以上のように本実施例によれば、物体にヒットするまでの間は従来と同様の粗いピッチＰ _１でレイトレースを行い（図４の範囲Ｄ１参照）、物体にヒットした後は細かいピッチＰ _２でレイトレースを行う（図４
の範囲Ｄ２参照）。 そして、投影面から引継ぎ点Ａまでの粗いピッチＰ _１により測定された距離Ｄ３と、引継ぎ点Ａから物体の境界面までの細かいピッチＰ _２により測定された距離Ｄ２との和によって投影面から物体面までの距離Ｄ４が求められ、この距離Ｄ４に基づいて距離画像が作成される。

【００２４】このため、細かいピッチＰ _２による微調整のレイトレースが最小限に抑制され、粗いピッチだけでレイトレースする場合に比べても、若干、レイトレースの処理時間が増えるだけで済み、処理時間が大幅に増えることはない。 しかも、その細かい微調整のレイトレースに拠って距離測定の精度が向上するから、距離画像の画質も格段に向上するという利点がある。

【００２５】また、ある精度の距離算出を行う必要がある場合、従来ではその精度に対応したピッチで最初からレイトレースを行う必要があったが、この実施例では、
物体にヒットするまでは、そのピッチよりも大きなピッチでレイトレースできるから、その与えられた精度を維持し、且つ、全体としてレイトレースの処理時間を短縮させることもできる。

【００２６】なお、上記実施例においては、細かいピッチＰ _２の第２のレイＲＹ _２による微調整のレイトレースを順方向に行うとしたが、これは反対でもよい。 つまり、図５に示すように、粗いピッチＰ _１に拠る最終回のレイトレース時の終点（先端点）の位置を引継ぎ点Ｂとし、この引継ぎ点Ｂから投影方向とは反対方向（逆方向）に、物体の外に出るまでレイトレースするようにしてもよい。 即ち、図５の例では、「距離Ｄ３＝Ｄ１−Ｄ
２」によって表される。 また、細かいピッチの方のレイトレースの方向を、使い分けることもできる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る画像処理装置及び表面表示における画像データ作成方法によれば、物体にヒットするまでの間は従来と同様の粗いピッチ（第１のピッチ）でレイトレースを行い、物体にヒットした後は細かいピッチ（第２のピッチ）でレイトレースを行い、両方のレイトレースの各ピッチ及び各トレース回数に基づいて投影面から物体面までの距離を算出するようにしたため、細かいピッチのレイトレースを最小限に押さえ、レイトレースの処理時間、つまりは表面表示の画像処理時間を従来の単一ピッチの場合に比べて殆ど増加させることなく、距離を精度良く算出でき、
距離画像（表面画像）の画質を従来よりも格段に向上させることができる。

【００２８】また、ある精度の距離算出を行う必要がある場合、換言すれば、ある精度の距離画像を得る必要がある場合、この発明を適用することにより、その精度を維持し、且つ、従来よりも処理時間を短縮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る画像処理装置のクレームの基本構成を示すクレーム対応図。

【図２】この発明に係る画像処理装置の実施例の構成例を示すブロック図。

【図３】レイトレースに係る処理手順を示すフローチャート。

【図４】実施例に係るレイトレースを示す説明図。

【図５】変形例に係るレイトレースを示す説明図。

【図６】従来のレイトレースを示す説明図。

【符号の説明】

１ ＣＰＵ ２ 画像ディスク ３ 入力デバイス ５ 汎用メモリ ６ 画像処理プロセッサ ７ 画面用メモリ