JP4545169B2 - 画像表示方法、装置およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被検体の３次元画像から抽出された管状構造体の３次元的な形態を観察しやすく表示する画像表示方法、装置およびプログラムに関し、特に被検体の３次元医用画像から抽出された血管、腸、気管支等の管腔状構造体の３次元的な形態を観察に有用な態様で表示する画像表示方法、装置およびプログラムに関するものである。

従来、医療分野においては、被検体の血管、腸、気管支等の管腔状構造体の３次元的な形態の観察を容易にするために、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、超音波診断装置等の医用モダリティにより得られた被検体の３次元医用画像から、観察の対象となる管腔状構造体の構造情報を表す芯線等の３次元構造を抽出し、観察に有用な態様で表示する処理が行われている。

例えば、特許文献１には、抽出された芯線等の３次元構造の全体が重畳表示されたボリュームレンダリング画像等の画像と、その３次元構造上で指定された任意の位置でその３次元構造に直交するとともに、その交差位置にマーカー等の標識が付された多断面変換表示画像（ＭＰＲ：Multi Planar Reconstruction）画像とを同時に表示する方法が提案されている。

また、抽出された３次元構造に沿って、その３次元構造の各位置に交差する断面のＭＰＲ画像を順次表示する際、例えば図１１に示すように、抽出された３次元構造Ｓの全体を各断面画像に重畳表示するとともに、その交差位置をマーカー等の標識を付して表示することにより、その断面画像が３次元構造上のどの位置に相当するものであるかを容易に把握できる画像Ｉ_２を提供する方法も知られている。
特開２００６−２４６９４１号公報

しかし、たとえば、抽出した血管の３次元構造の各位置に交差する複数の断面画像に対して、その各断面画像と交差する位置における３次元構造の進行方向を順次観察することにより３次元構造の抽出状態を確認する場合等、３次元構造と各断面画像との交差状態を注目して観察する場合、上述した従来の技術では、抽出した３次元構造の全体を各断面画像に重畳表示するとともに、その交差位置をマーカー等の標識を付して表示するので、抽出された３次元構造の全長が長いほど、又は３次元構造の構造が複雑であるほど、重畳表示される３次元構造が多くなり、注目する部分の観察の障害になるため、観察性能が低下するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑み、対象物の３次元的な形態の観察性能をより向上させる画像表示方法、装置およびそのためのプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明の画像表示方法は、対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出し、その３次元構造と交差する対象物の断面画像に、３次元構造の全体のうち断面画像が表す断面から所定の厚みの範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成し、生成された投影画像を表示することを特徴とするものである（第１の画像表示方法）。

また、本発明の画像表示方法は、対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出し、その３次元構造と交差する対象物の断面画像に、３次元構造の全体のうち、その３次元構造が断面画像と交差する位置から所定の距離の範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成し、生成された投影画像を表示することを特徴とするものである（第２の画像表示方法）。

ここで、「断面画像が表す断面から所定の厚みの範囲」とは、断面に垂直な方向に所定の距離の範囲を意味し「３次元構造が断面画像と交差する位置から所定の距離の範囲」とは、その交差位置から全方向に所定の距離の範囲を意味するものである。

本発明の第１および第２の画像表示装置は、それぞれ上記第１および第２の画像表示方法を実施する構造抽出手段と、投影画像生成手段と、表示手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の第１および第２の画像表示プログラムは、それぞれ上記第１および第２の画像表示方法をコンピュータに実行させるものである。

なお、上記投影画像の生成は、３次元構造の所定の厚み又は距離の範囲内に存在する部分の全体のうち、３次元構造が前記断面画像と交差する部分に前記範囲内で連続する部分のみを投影することにより投影画像を生成するものであってもよい。

本発明の画像表示方法、装置およびプログラムによれば、対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出し、その３次元構造と交差する対象物の断面画像に、３次元構造の全体のうち断面画像が表す断面から所定の厚みの範囲内に存在する部分、あるいはその３次元構造が断面画像と交差する位置から所定の距離の範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成し、生成された投影画像を表示するようにしたので、３次元構造と断面画像との交差状態を注目して観察するとき、３次元構造のその注目して観察する限られた部分のみが重畳表示された、観察により適した画像が提供でき、対象物の３次元的な形態の観察性能をより向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施の形態について説明する。図１は、３次元医用画像処理システムの概要を示すハードウェア構成図である。図に示すように、このシステムでは、モダリティ１と、画像保管サーバ２と、画像処理ワークステーション３とが、ネットワーク９を経由して通信可能な状態で接続されている。

モダリティ１は、被検体を表す３次元医用画像Ｖを取得するものであり、具体的には、ＣＴ装置やＭＲＩ装置、超音波診断装置等である。

画像保管サーバ２は、モダリティ１で取得された３次元医用画像Ｖや画像処理ワークステーション３での画像処理によって生成された医用画像を画像データベースに保存・管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置やデータベース管理ソフトウェア（たとえば、ＯＲＤＢ(Object Relational Database)管理ソフトウェア）を備えている。

画像処理ワークステーション３は、読影者からの要求に応じて、モダリティ１や画像保管サーバ２から取得した３次元医用画像Ｖに対して画像処理を行い、生成された画像を表示するコンピュータであり、特に、読影者からの要求を入力するキーボードやマウス等の入力装置と、取得した３次元医用画像Ｖを格納可能な容量の主記憶装置と、生成された画像を表示するディスプレイとを備えている。

画像データの格納形式やネットワーク９経由での各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）等のプロトコルに基づいている。

図２は、画像処理ワークステーション３の概略構成を示すブロック図である。図に示すように、画像処理ワークステーション３は、読影者からの要求に応じて、血管、腸、気管支等の管腔状構造を有する対象物（管腔状構造体）を含む３次元医用画像Ｖをモダリティ１や画像保管サーバ２から取得する画像取得手段１０、取得した３次元医用画像Ｖから対象物の管状又は線状の３次元構造Ｓを抽出する構造抽出手段２０、３次元構造Ｓと交差する対象物の断面画像Ｐに、３次元構造Ｓの全体のうち、所定の範囲Ｒ内に存在する部分Ｓｐを投影することにより投影画像Ｉを生成する投影画像生成手段３０、および生成された投影画像Ｉをディスプレイに表示する画像表示手段４０から構成されている。

次に、この医用画像処理システム、特に画像処理ワークステーション３によって、対象物の３次元的な形態の観察性能を向上させるために提供される投影画像を生成・表示する処理の流れについて説明する。

まず、画像取得手段１０が、読影者からの要求に応じて、読影対象の患者の血管、腸、気管支等の管腔状構造を有する対象物（管腔状構造体）を含む３次元医用画像Ｖをモダリティ１や画像保管サーバ２から取得する。この３次元医用画像Ｖは、マルチスライス画像をボクセルに分割し、３次元座標空間内に配列してなるものである。

次に、構造抽出手段２０が、３次元医用画像Ｖに含まれる血管、腸、気管支等の管腔状構造を有する対象物（管腔状構造体）から、その対象物の芯線、境界面等の線状又は管状の３次元構造Ｓを抽出する。具体的には、まず、読影者によりキーボードやマウス等の入力装置を通じて与えられた３次元医用画像Ｖ中の対象物の内部の点を、その対象物の領域を取得するための探査開始点とし、その探査点の近傍領域内の各ボクセルがその対象物を表すものであるか否かを判断し、その対象物を表すと判断された各ボクセルを新たな探査点とし、次々と探索を行うことにより、滑らかに屈曲する対象物の領域を取得する。そして、取得した対象物の領域を細線化し、あるいは、上記特許文献１に記載されているような、芯線の抽出方法により芯線を抽出することにより、対象物の線状の３次元構造を抽出する。ここで、対象物の３次元構造としては、たとえば、対象物の境界面を抽出して得られる管状のものであってもよい。

ここで、構造抽出手段２０により抽出して得られた３次元構造を図３、図４および図５に例示する。図３Ｂは、図３Ａに示す冠状動脈の３次元構造を示す図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す気管支の３次元構造を示す図であり、図５Ｂは、図５Ａの大腸の３次元構造を示す図である。

次に、投影画像生成手段３０により、３次元構造Ｓと交差する対象物の断面画像Ｐに、３次元構造Ｓの全体のうち、所定の範囲Ｒ内に存在する部分Ｓｐを投影して投影画像Ｉを生成する処理の流れについて説明する。

まず、図６に示すように、３次元構造Ｓと交差する任意の断面画像Ｐを取得する。この断面画像Ｐとしては、たとえば、読影者によりキーボードやマウス等の入力装置を通じて与えられた、３次元構造Ｓ上の任意の位置Ｃにおいて、その３次元構造Ｓに直交する断面画像を多断面変換表示（ＭＰＲ：Multi Planar Reconstruction）方法により取得したものとすることができる。

次に、取得した断面画像Ｐに、３次元構造Ｓの全体のうち、所定の範囲Ｒ内に存在する部分Ｓｐを投影した投影画像Ｉを生成する。具体的には、図７に示すように、３次元構造Ｓの全体のうち、断面画像Ｐが表す断面から所定の厚みｔの範囲Ｒ_１内に存在する部分Ｓｐを、断面画像Ｐ上に投影して投影画像Ｉを生成する。あるいは、図８に示すように、３次元構造Ｓの全体のうち、その３次元構造Ｓが断面画像Ｐと交差する位置Ｃから所定の距離ｒの範囲Ｒ_２内に存在する部分Ｓｐを、断面画像Ｐ上に投影して投影画像Ｉを生成する。

ここで、厚みｔ又は距離ｒは、断面画像Ｐ上に投影して重畳表示する３次元構造Ｓの範囲を定めるためのものであり、３次元構造Ｓの所望の投影範囲の大きさに応じて、任意に設定することが可能である。たとえば、厚さ２．５ｍｍの断面画像Ｐ上に冠状動脈の３次元構造を投影して表示し、血管の抽出状況を確認する場合には、範囲Ｒ_１としては、その断面画像Ｐを含む厚みｔ＝１ｃｍ程度の範囲とすることが適切である。また、３次元構造Ｓと断面画像Ｐとが交差する位置Ｃにおける、３次元構造の径が大きいほど厚みｔ又は距離ｒの値が大きくなるように設定してもよい。

なお、３次元構造Ｓが複雑な木構造を有する場合には、たとえば、図９に示すように、３次元構造Ｓの所定の範囲Ｒ（所定の厚み範囲Ｒ_１又は所定の距離の範囲Ｒ_２）内に存在する部分の全体のうち、その範囲Ｒ内で３次元構造Ｓが断面画像Ｐと交差する部分に連続する部分Ｓqのみを断面画像Ｐに投影して投影画像Ｉを生成し、生成された投影画像Ｉを表示することにより、対象物の３次元的な形態の連続性がより見やすい画像を提供することもできる。

次に、投影画像生成手段３０において生成された投影画像Ｉは、画像表示手段４０によって画像処理ワークステーション３のディスプレイに表示される。

このように本発明による画像処理の実施形態となる３次元医用画像処理システムでは、対象物の３次元画像Ｖから管状又は線状の３次元構造Ｓを抽出し、その３次元構造Ｓと交差する対象物の断面画像Ｐに、３次元構造の全体のうち、断面画像が表す断面から所定の厚みの範囲Ｒ_１内、又はその３次元構造が断面画像と交差する位置から所定の距離の範囲Ｒ_２内に存在する部分を投影することにより投影画像Ｉを生成し、生成された投影画像Ｉを表示するようにしたので、３次元構造と断面画像との交差状態を注目して観察するとき、３次元構造のその注目して観察する限られた部分のみが重畳表示された、観察により適した画像が提供でき、対象物の３次元的な形態の観察性能をより向上させることができる。例えば、図１０は、本発明の画像表示方法により表示された投影画像Ｉ_２の一例を示すものであり、図１１に示す、抽出した３次元構造の全体を断面画像に重畳表示する従来の画像表示方法により表示された画像Ｉ_１に比べ、画像上にマーカーで表示している３次元構造と断面画像との交差位置の近傍の観察が、３次元構造の全体を重畳表示することによって阻害されることのない、より見やすい画像であることが分かる。

なお、３次元構造の全体が重畳表示された、ボリュームレンダリング画像又は最大値投影表示（ＭＩＰ：maximum intensity projection）方法により生成された画像等の画像を、本発明により得られた投影画像とともに表示し、３次元構造の全体の形状を参照しながら、対象物の３次元構造と断面画像との交差状態を観察できるようにしてもよい。

本発明の実施の形態となる３次元医用画像処理システムの概略構成図 図１の画像処理ワークステーションの概略構成を示すブロック図 ３次元医用画像中から抽出された冠状動脈の一例を示す図 構造抽出手段２０により抽出された図３Ａの冠状動脈の３次元構造の一例を示す図 ３次元医用画像中から抽出された気管支の一例を示す図 構造抽出手段２０により抽出された図４Ａの気管支の３次元構造の一例を示す図 ３次元医用画像中から抽出された大腸の一例を示す図 構造抽出手段２０により抽出された図５Ａの大腸の３次元構造の一例を示す図 投影画像生成手段３０による投影画像を生成する処理を説明するための図 投影画像生成手段３０による投影画像を生成する処理を説明するための図 投影画像生成手段３０による投影画像を生成する処理を説明するための図 投影画像生成手段３０による投影画像を生成する処理を説明するための図 本発明の画像表示方法により表示された画像の一例を示す図 従来の画像表示方法により表示された画像の一例を示す図

符号の説明

１ モダリティ
２ 画像保管サーバ
３ 画像処理ワークステーション
９ ネットワーク
１０ 画像取得手段
２０ 構造抽出手段
３０ 投影画像生成手段
４０ 画像表示手段
Ｓ ３次元構造
Ｐ 断面画像
Ｉ 投影画像

Claims (9)

1. 対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出し、
   前記３次元構造と交差する前記対象物の断面画像に、前記３次元構造の全体のうち前記断面画像が表す断面から所定の厚みの範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成し、
   生成された前記投影画像を表示することを特徴とする画像表示方法。
2. 対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出し、
   前記３次元構造と交差する前記対象物の断面画像に、前記３次元構造の全体のうち該３次元構造が前記断面画像と交差する位置から所定の距離の範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成し、
   生成された前記投影画像を表示することを特徴とする画像表示方法。
3. 前記投影画像の生成が、前記３次元構造の前記所定の厚み又は距離の範囲内に存在する部分の全体のうち、前記３次元構造が前記断面画像と交差する部分に前記範囲内で連続する部分のみを投影することにより投影画像を生成するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の画像表示方法。
4. 対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出する構造抽出手段と、
   前記３次元構造と交差する前記対象物の断面画像に、前記３次元構造の全体のうち前記断面画像が表す断面から所定の厚みの範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成する投影画像生成手段と、
   生成された前記投影画像を表示する表示手段と
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
5. 対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出する構造抽出手段と、
   前記３次元構造と交差する前記対象物の断面画像に、前記３次元構造の全体のうち該３次元構造が前記断面画像と交差する位置から所定の距離の範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成する投影画像生成手段と、
   生成された前記投影画像を表示する表示手段と
   を備えたことを特徴とする画像表示装置。
6. 前記投影画像生成手段が、前記３次元構造の前記所定の厚み又は距離の範囲内に存在する部分の全体のうち、前記３次元構造が前記断面画像と交差する部分に前記範囲内で連続する部分のみを投影することにより投影画像を生成するものであることを特徴とする請求項４または５記載の画像表示装置。
7. コンピュータに、
   対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出し、
   前記３次元構造と交差する前記対象物の断面画像に、前記３次元構造の全体のうち前記断面画像が表す断面から所定の厚みの範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成し、
   生成された前記投影画像を表示することを実行させるためのプログラム。
8. コンピュータに、
   対象物の３次元画像から管状又は線状の３次元構造を抽出し、
   前記３次元構造と交差する前記対象物の断面画像に、前記３次元構造の全体のうち該３次元構造が前記断面画像と交差する位置から所定の距離の範囲内に存在する部分を投影することにより投影画像を生成し、
   生成された前記投影画像を表示することを実行させるためのプログラム。
9. 前記投影画像の生成が、前記３次元構造の前記所定の厚み又は距離の範囲内に存在する部分の全体のうち、前記３次元構造が前記断面画像と交差する部分に前記範囲内で連続する部分のみを投影することにより投影画像を生成するものであることを特徴とする請求項７又は８記載のプログラム。