ボリュームビューアーアプリを使用した 3 次元ボリュームデータの調査

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この例では、ボリュームビューアーアプリを使用して、3 次元ボリュームデータを観察および調査する方法を説明します。ボリュームレンダリングは、表示が必要なデータの構造が不透明に、表示が不要な構造が透明になるような適切な alphamap の定義に大きく依存しています。説明のために、この例では、人体頭部の MRI 解析をボリュームビューアーアプリに読み込み、ボリュームビューアーの可視化機能を使用してデータを調べます。

ボリュームデータのボリュームビューアーへの読み込み

この例の部分では、ボリュームビューアーアプリにボリュームデータを読み込む方法を説明します。

人体頭部の MRI データを MAT ファイルからワークスペースに読み込みます。MRI データは、BraTS データセット [1] のサブセットに変更を加えたものです。この操作によって体積データを含む D という名前の変数がワークスペースに作成されます。squeeze コマンドを使用して、大きさが 1 の次元をデータから削除します。

load mri
D = squeeze(D);
whos

  Name        Size                 Bytes  Class     Attributes

  D         128x128x27            442368  uint8               
  map        89x3                   2136  double              
  siz         1x3                     24  double

ボリュームビューアーアプリを開きます。MATLAB® ツールストリップで [アプリ] タブを開き、[イメージ処理とコンピュータービジョン] の下にある [] をクリックします。volumeViewer コマンドを使用して、このアプリを開くこともできます。

volumeViewer(D)

ボリュームデータをボリュームビューアーアプリに読み込みます。[ボリュームのインポート] をクリックします。ファイル名を指定してイメージを読み込むか、ワークスペースから変数を読み込むことができます。複数ファイルで 1 つのボリュームを表す DICOM 形式の体積データがある場合は、DICOM フォルダー名を指定します。ワークスペースにデータがあるため、[ワークスペースからインポート] オプションを選択します。

[ボリュームのインポート] ダイアログボックスで、ワークスペース変数を選択して、[OK] をクリックします。

ボリュームビューアーアプリの新しいインスタンスを開始するには、[新規セッション] をクリックします。

新しいセッションを作成すると、現在ビューアー内にあるすべてのデータが削除されます。新しいセッションを作成するには、[はい] をクリックします。

ボリュームデータのボリュームビューアーでの表示

この例の部分では、データを表示する方法を決定します。ボリュームビューアーには、オプションがいくつか用意されています。

ボリュームをボリュームビューアーアプリで表示します。ボリュームビューアーは、データをボリュームおよびスライス平面として表示します。ボリュームとして表示された MRI データは人体頭部と認識できます。ボリュームを調べるために、マウスホイールや右クリックを使用して、イメージの拡大と縮小を行います。また、イメージウィンドウでカーソルの位置を決め、マウスを押したまま、カーソルを動かすと、ボリュームを回転することもできます。ズームや回転は常にボリュームの中心に対して行われます。[座標軸の方向] ウィンドウの軸の位置は、イメージの回転に従って、その空間的な方向を反映します。

表示ウィンドウで使用される背景色を変更するには、[3D 表示] タブを開いて [背景色] をクリックし、色を選択します。

MRI データを一連のスライス平面として表示します。[スライス平面] をクリックします。このデータビューの拡大や回転を行うこともできます。3 つのスライスウィンドウのスクロール機能を使用して、任意の平面にある個々のスライスを表示します。

データの最適なビューが得られるまで引き続きボリュームビューアーの機能を使用してください。

ボリュームデータのボリュームビューアーでの表示の調整

この例の部分では、ボリュームビューアーアプリでのボリュームデータの表示を調整します。

[3 次元ボリューム] をクリックしてデータのボリューム表示に戻り、ボリュームビューアーの諸機能を使用してデータが最適な可視化を得られるようにします。ボリュームビューアーには、頭部ボリュームがよりリアルに見えるようになるいくつかの空間参照オプションがあります。(既定のビューでは頭部は扁平に表示されます。)

次元の指定 — [3D 表示] タブで X、Y および Z 方向の次元を指定できます。

立方体にアップサンプリング — ボリュームビューアーでは、各次元のサンプル数がボリュームの最大次元と同じになるように倍率が計算されます。この設定によって、異方的にサンプリングされたデータを正確にスケーリングされたように表示できます。

ボリュームメタデータの使用 — データファイルのメタデータに解像度データが含まれる場合、ボリュームビューアーはメタデータを使用してスケールに忠実なボリュームを表示します。ボリュームビューアーの既定の設定では、メタデータが存在する場合、[ボリュームメタデータの使用] オプションが選択されます。

レンダリングエディターによる表示の調整

例のこの部分では、ボリュームビューアーのレンダリングエディターを使用してデータの表示を変更する方法を説明します。レンダリングエディターを使用して次のことを実行できます。

全体を表示する方法を選択する (ボリュームレンダリング、最大強度投影、または等値面)。
CT-Bone など、事前に設定された alphamap を指定するか、不透明度/イメージ強度曲線を使用して alphamap をカスタマイズすることによって、alphamap を変更する。
可視化で使用されるカラーマップを指定する。
可視化のライティングを指定する。

表示方法の選択

ボリュームビューアーには、ボリュームの表示方法がいくつか用意されています。[最大強度投影] (MIP) オプションは、透過した各 X 線の強度値がデータ全体で最も高いボクセルを検出するものです。MIP はボリューム内で強度が最も高い構造を示す場合に役立ちます。ボリュームは [等値面] として表示することもできます。

alphamap の指定

ボリュームレンダリングは、表示が必要な構造が不透明に、表示が不要な構造が透明になるような適切な alphamap の定義に大きく依存しています。レンダリングエディターを使用すると、ボリューム全体でボクセル値の不透明度と透明度を定義できます。一定の明確な効果が自動的に得られる一連の alphamap 事前設定から選択できます。たとえば、CT bone データを適切に処理するビューを定義するには、[CT Bone] レンダリング事前設定を選択します。既定の設定では、ボリュームビューアーは単純な線形関係を使用しますが、それぞれの事前設定によってプロットの曲線が変更され、特定のデータ値の不透明度が増減します。プロットを直接操作して alphamap をカスタマイズします。

カラーマップの指定

色は、ボクセルの強度と不透明度と共に使用される場合、ボリュームの可視化の重要な要素になります。レンダリングエディターでは、jet や parula など、事前定義された MATLAB カラーマップのリストから選択できます。ワークスペースで変数として定義したカスタムカラーマップを指定することもできます。対話型のカラーバースケールを使用して、任意のカラーマップのカラーマッピングを変更することもできます。たとえば、可視化での色の値を明るくするには、カラーバーをクリックして円形のスライダーを作成します。より多くの値が明るい色にマッピングされるようにカラーマッピングを変更するには、スライダーを左に動かします。カラーバーに複数のスライダーを作成して他のカラーマッピングを定義することができます。

ライティング効果の変更

既定では、ボリュームビューアーは、ボリューム表示に特定のライティング効果を使用します。[ライティング] チェックボックスをオフにして、これらのライティング効果をオフにすることができます。

ボリュームビューアーのレンダリングおよびカメラ構成設定の保存

ボリュームビューアーを使用してデータの最適なビューが得られたら、レンダリング設定とカメラ構成を保存できます。ボリュームビューアーによって、この情報が構造体 (既定で config という名前) に格納され、この構造体がワークスペースに書き込まれます。この構造体を関数viewer3dおよびvolshowと共に使用して、ボリュームビューアーで得られたビューを再作成できます。

レンダリングとカメラの構成設定を保存するには、[エクスポート] をクリックし、[レンダリングとカメラの構成] オプションをクリックします。

"ボリュームビューアー" が作成する構造体の名前を指定するか既定の名前 (sceneConfig) および (objectConfig) を受け入れてから、[OK] をクリックします。

参考文献

[1] Medical Segmentation Decathlon. "Brain Tumours." Tasks. Accessed May 10, 2018. http://medicaldecathlon.com/.

BraTS データセットは、CC-BY-SA 4.0 のライセンスに基づき Medical Segmentation Decathlon によって提供されます。一切の保証および表明を行いません。詳細については、ライセンスを参照してください。MathWorks® は、この例で使用されているデータのサブセットに変更を加えています。この例では、元のデータセットから 1 スキャンの MRI データを MAT ファイルに保存して使用しています。