スケッチベースの3D 画像領域抽出インタフェース Sketch

生物基盤構築チーム
Bio-research infrastructure construction team
スケッチベースの3D 画像領域抽出インタフェース
Sketch-based interface for volume image segmentation
井尻敬
Takashi Ijiri
横田秀夫
Hideo Yokota
RIKEN
takashi.ijiri / hyokota @ riken.jp
1. 概要
CTやMRI等の医療用画像撮影デバイスにより，人体内部の3D画像を迅速に撮影することが可能に
なっている．この医療用3D画像には，臓器どうしの遮蔽が多い，明瞭でない臓器の境界が存在する
という特徴があり，関心部分を重点的に観察したり，臓器部分を領域抽出したりするのは，依然とし
て手間のかかる作業である．そこで我々は，直観的かつ効率的に医療用3D画像の領域抽出を行える
スケッチベースのインタフェースを提案する．具体的には，1)境界が明確で細かな形状を持たない領
域を抽出するためのGraph Cut[1,2]に基づくインタフェース，2)Graph Cutで生成した領域を後から修
正できるインタフェース，3)細かな血管を抽出するためにgeneralized cylinderを配置するインタフェー
ス，の3点を紹介する．
(a)
(b)
(c)
図1. 3D Graph Cutによる領域抽出
3D Graph Cut: 境界が明確な臓器領域を効率的に抽出するため，我々は2D画像のための手法である
Graph Cut[1,2]を3D医療画像に適用する．我々のシステムでは，ユーザが3D画像上にカットストロー
クを描くと，切断面が生成される(図1. (a))．さらにユーザは，その切断面上に前景点(赤)と背景点(青)
を配置すると，自動的に前景領域が抽出される(図1. (b,c))．領域抽出では，前景点の置かれた画素の
色に似た部分は前景に，背景点の色に近い部分は背景に，色の違いが大きい部分は境界になるように，
という考えに基づきエネルギー関数を設計し，最適化を行っている．
微調整: 前述の3D Graph Cutは最適化に基づいているため，明確でない境界部分では，ユーザの意図
にそぐわない抽出結果が出力される事が多くある．そこで我々は，領域抽出後に境界面の位置を微調
整できるツールを提案する．提案手法は，3Dメッシュモデリングの手法である，fiber mesh[4]に基づ
いている．領域抽出後，システムは準備として前景領域をポリゴンメッシュ化しておく．ユーザが
3D画像上にカットストロークを描き断面を生成すると，切断面とポリゴンメッシュの交線が変形用
のfiber[4]として出力される．ユーザは切断面上で，画像を参照しながらfiberの形状を変形することで，
ポリゴンメッシュが変形[3]できる．さらに，変形されたポリゴンメッシュ形状に応じて，領域抽出
結果が更新される．
血管の抽出: 医療用3D画像データには，細な血管が多く映っている．この細かな血管は，手術シミュ
レータ用のモデルを作成する場合などには非常に重要な抽出対象である．しかし，血管領域は，画素
の色が徐々に変化する，途切れて撮影される，領域自体が非常に小さい、と言った特徴があり，前述
のGraph Cutによる抽出法では，効率的に抽出するのが困難なことが多い．そこで本研究では，
generalized cylinderをスケッチにより配置し[4]，血管領域を抽出できる手法を提案する．提案システ
ムにおいて，まずユーザは3D画像上にカットストロークを描き断面(曲面)を生成する(図1(a))．さら
にその切断面をキャンバスとして利用し，画像中の血管形状をなぞるようにストロークを描くことで，
3次元的に湾曲した軸を持つgeneralized cylinderが生成される．最後にgeneralized cylinderの半径を指定
すると，配置したgeneralized cylinderの内部の画素が前景点として抽出される．また我々は，一度生成
したgeneralized cylinderの微調整をできるツールなども実装した．
[1] Yuri Boykov, et al. Fast Approximate Energy Minimization via Graph Cuts. In Proc of. IEEE ICCV 2009.
[2] Yin Li, et al. Lazy snapping, ACM Transactions on Graphics, 23, 3(2004), 303-308.
[3] A. Nealen, et al. Fibermesh: designing freeform surfaces with 3d curves. ACM Trans. on Graph. 26(3), 2007.
[4] J. M. Cohen, et al. An interface for sketching 3d curves. In Proc. of I3d ’99.
VCAD System Research 2009
129

Download Report