CN115361910A - 图像处理装置、图像处理系统、图像显示方法及图像处理程序 - Google Patents

图像处理装置、图像处理系统、图像显示方法及图像处理程序 Download PDF

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CN115361910A CN202180026702.5A CN202180026702A CN115361910A CN 115361910 A CN115361910 A CN 115361910A CN 202180026702 A CN202180026702 A CN 202180026702A CN 115361910 A CN115361910 A CN 115361910A
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T·亨
C·雅凯
S·郑
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Abstract

图像处理装置，其为将表示具有纵长状的内腔的生物组织的三维数据作为三维图像显示在显示器上的图像处理装置，其具备控制部，所述控制部使用所述三维数据算出所述生物组织的所述内腔的横宽方向的多个断面的重心位置，将在通过所算出的重心位置的1根线处相交的一对面设定为切断面，并将在所述三维图像中使所述生物组织的所述内腔从所述切断面所夹的区域露出的开口形成于所述三维数据。

Description

图像处理装置、图像处理系统、图像显示方法及图像处理程序
技术领域
本发明涉及图像处理装置、图像处理系统、图像显示方法及图像处理程序。
背景技术
专利文献1至专利文献3中，记载有使用US图像系统而生成心腔或血管的三维图像的技术。“US”是ultrasound(超声波)的缩写。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利申请公开第2010/0215238号说明书
专利文献2：美国专利第6385332号说明书
专利文献3：美国专利第6251072号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
针对心腔内、心脏血管和下肢动脉区域等使用IVUS的治疗被广为进行。“IVUS”是intravascular ultrasound(血管内超声)的缩写。IVUS是指提供相对于导管长轴垂直的平面的二维图像的器械或方法。
作为现状，施术者需要一边通过在头脑中层叠IVUS的二维图像而重构立体结构一边进行手术，特别地对于年轻的医生或者经验浅的医生而言存在障碍。为了消除这样的障碍，考虑由IVUS的二维图像自动生成表示心腔或血管等生物组织的结构的三维图像，并向施术者显示所生成的三维图像。
然而，若施术者在三维图像只能看到生物组织的外壁，则不能对生物组织的内部进行手术。
本发明的目的为，让用户能够在三维图像看到生物组织的内部。
用于解决课题的手段
作为本发明的一个方案的图像处理装置，其为将表示具有纵长状的内腔的生物组织的三维数据作为三维图像显示在显示器上的图像处理装置，所述图像处理装置具备控制部，所述控制部使用所述三维数据算出所述生物组织的所述内腔的横宽方向的多个断面的重心位置，将在穿过所算出的重心位置的1根线处相交的一对面设定为切断面，并将在所述三维图像中使所述生物组织的所述内腔从所述切断面所夹的区域露出的开口形成于所述三维数据。
作为一实施方式，在所述生物组织的所述内腔的至少一部分在纵长方向弯曲的情况下，所述控制部将在所述三维图像中使该弯曲的部分的内腔在整个纵长方向上露出的开口作为所述开口而形成于所述三维数据。
作为一实施方式，所述控制部在针对所述重心位置的算出结果执行了平滑化后设定所述切断面。
作为一实施方式，所述控制部根据所述生物组织的所述内腔的纵长方向上的所述多个断面的位置对所述重心位置的算出结果进行分割，对每个分割出的算出结果执行所述平滑化。
作为一实施方式，所述控制部根据所述生物组织的所述内腔的纵向方向上的所述多个断面的位置来调节针对所述重心位置的算出结果执行的所述平滑化的程度。
作为一实施方式，所述图像处理装置还具备接受使用者的操作的输入部，所述控制部经由所述输入部接受对所述切断面之间的角度进行设定的操作。
作为一实施方式，所述图像处理装置还具备接受使用者的操作的输入部，所述控制部经由所述输入部接受对显示所述三维图像的角度进行设定的操作，并根据所设定的角度来调节所述切断面的位置。
作为一实施方式，所述生物组织包括血管。
作为本发明的一个方案的图像处理系统，其具备：传感器，其边在所述生物组织的所述内腔移动边获取所述生物组织的断层数据；和上述图像处理装置，其基于由所述传感器获取的断层数据生成所述三维数据。
作为一实施方式，所述图像处理系统还具备所述显示器。
作为本发明的一个方案的图像显示方法，其为将表示具有纵长状的内腔的生物组织的三维数据作为三维图像显示在显示器上的图像显示方法，其中，计算机使用所述三维数据算出所述生物组织的所述内腔的横宽方向的多个断面的重心位置，所述计算机将在穿过所算出的重心位置的1根线处相交的一对面设定为切断面，所述计算机将在所述三维图像中使所述生物组织的所述内腔从所述切断面所夹的区域露出的开口形成于所述三维数据。
作为本发明的一个方案的图像处理程序，其使将表示具有纵长状的内腔的生物组织的三维数据作为三维图像显示在显示器上的计算机执行下述处理：使用所述三维数据算出所述生物组织的所述内腔的横宽方向的多个断面的重心位置的处理；将在穿过所算出的重心位置的1根线处相交的一对面设定为切断面的处理；和将在所述三维图像中使所述生物组织的所述内腔从所述切断面所夹的区域露出的开口形成于所述三维数据的处理。
发明效果
根据本发明，用户能够在三维图像看到生物组织的内部。
附图说明
[图1]为作为本发明的一方案的图像处理系统的立体图。
[图2]为作为本发明的一方案的图像处理系统的探针和驱动单元的立体图。
[图3]为示出作为本发明的一方案的图像处理系统的构成的框图。
[图4]为示出在本发明的一方案中设定的一对切断面的图。
[图5]为示出在比较例中设定的一个切断面的图。
[图6]为示出作为本发明的一方案的图像处理系统的动作的流程图。
[图7]为示出作为本发明的一方案的图像处理系统的动作的流程图。
[图8]为示出在本发明的一方案中将生物组织的断面图像二值化后的结果的图。
[图9]为示出在本发明的一方案中提取生物组织的内表面的点群的结果的图。
[图10]为示出在本发明的一方案中算出生物组织的断面的重心位置的结果的图。
[图11]为示出在本发明的一方案中算出生物组织的多个断面的重心位置的结果的图。
[图12]为示出对图11的结果执行了平滑化的结果的图。
具体实施方式
以下，针对作为本发明的一方案的具体例的一个实施方式参见附图进行说明。
各图中，对相同的或相当的部分标注相同附图标记。在本实施方式的说明中，针对相同的或相当的部分，适当地省略或简化说明。
参见图1、图3及图4，说明本实施方式的概要。
本实施方式涉及的图像处理装置11是将表示具有纵长状内腔的生物组织60的三维数据52作为三维图像53显示在显示器16上的计算机。图像处理装置11使用三维数据52来算出生物组织60的内腔的横宽方向的多个断面的重心位置。图像处理装置11将在通过所算出的重心位置的1根线处相交的一对面设定为切断面。图像处理装置11在三维数据52中形成在三维图像53中使生物组织60的内腔从该切断面所夹的区域露出的开口。需要说明的是，在此所说的具有纵长状的内腔的生物组织60不仅限于解剖学上的单一器官或其一部分，也包括跨越多个器官而具有纵长状的内腔的组织。这样的组织的一个实例具体包括从下腔静脉的上部穿过右心房到达上腔静脉的下部的脉管系统组织的一部分。
根据本实施方式，用户能够在三维图像53看到生物组织60的内部。例如，若用户为施术者，对生物组织60内部进行手术将变得更容易。
生物组织60例如包括血管或心脏等器官。在图4的例子中，生物组织60为血管。
在图4中，X方向和与X方向正交的Y方向分别相当于生物组织60的内腔的横宽方向。与X方向和Y方向正交的Z方向相当于生物组织60的内腔的纵长方向。
在图4的例子中，图像处理装置11使用三维数据52来算出生物组织60的断面C1、C2、C3、C4各自的重心B1、B2、B3、B4的位置。图像处理装置11将在通过重心B1、B2、B3、B4的位置的1根线L1处相交的一对面设定为切断面P1、P2。图像处理装置11在三维数据52中形成在三维图像53中使生物组织60的内腔从被切断面P1、P2夹着的区域露出的开口。
在如图4那样弯曲的血管的三维模型的情况下，如果用1个平面切断三维模型来显示内腔，则如图5那样，存在切断面P0不能正确地显示血管内的情况。在本实施方式中，如图4所示，通过持续捕捉血管的重心，能够切断三维模型以能够可靠地显示血管中。
在图4中，为了方便起见，作为生物组织60的内腔的横宽方向的多个断面，示出了4个断面C1、C2、C3、C4，但成为重心位置的算出对象的断面的数量不限于4个，优选与通过IVUS取得的断面图像的数量相同。
参见图1，说明本实施方式涉及的图像处理系统10的构成。
图像处理系统10具备图像处理装置11、电缆12、驱动单元13、键盘14、鼠标15和显示器16。
图像处理装置11为在本实施方式中在图像诊断中专门专用的计算机，但也可以是PC等通用的计算机。“PC”是personal computer(个人计算机)的缩写。
电缆12用于连接图像处理装置11和驱动单元13。
驱动单元13为用于与如图2所示的探针20连接、驱动探针20的装置。驱动单元13也被称为MDU。“MDU”是motor drive unit(电机驱动单元)的缩写。探针20适用于IVUS中。探针20也被称为IVUS导管或图像诊断用导管。
键盘14、鼠标15和显示器16经由任意的电缆或通过无线方式与图像处理装置11连接。显示器16例如为LCD、有机EL显示器或HMD。“LCD”是liquid crystal display(液晶显示器)的缩写。“EL”是electro luminescence(电发光)的缩写。“HMD”是head-mounteddisplay(头盔式显示器)的缩写。
作为一选项，图像处理系统10进一步具备连接端子17和车单元(cart unit)18。
连接端子17用于连接图像处理装置11与外部机器。连接端子17例如为USB端子。“USB”是Universal Serial Bus(通用串行总线)的缩写。外部机器例如为磁盘驱动器、磁光盘驱动器或光盘驱动器等记录介质。
车单元18为带有用于移动的脚轮的车(cart)。车单元18的车本体中设置了图像处理装置11、电缆12和驱动单元13。车单元18的最上部的桌(table)上设置了键盘14、鼠标15和显示器16。
参见图2，说明本实施方式涉及的探针20和驱动单元13的构成。
探针20具备驱动轴21、毂部22、鞘层23、外管24、超声波振子25和中继连接器26。
对于驱动轴21而言，其穿过被插入于生物体体腔内的鞘层23和连接于鞘层23的基端的外管24，延伸至在探针20的基端内设置的毂部22的内部。驱动轴21的前端具有接收发送信号的超声波振子25，并且驱动轴21被设置为能够在鞘层23和外管24内旋转。中继连接器26连接鞘层23和外管24。
毂部22、驱动轴21和超声波振子25以各自整体地在轴向上进退移动的方式而相互连接。因此，当进行例如毂部22被向前端侧向按压的操作时，驱动轴21和超声波振子25在鞘层23的内部向前端侧移动。例如当进行将毂部22向基端侧拉的操作时，如箭头所示，驱动轴21和超声波振子25在鞘层23的内部向基端侧移动。
驱动单元13具备扫描单元31、滑动单元32和底盖33。
扫描单元31经由电缆12与图像处理装置11连接。扫描单元31具备与探针20连接的探针连接部34、作为使驱动轴21旋转的驱动源的扫描电动机35。
对于探针连接部34而言，其经由在探针20的基端设置的毂部22的插入口36，与探针20可拆卸地连接。驱动轴21的基端被旋转自如地支承在毂部22的内部，扫描电动机35的旋转力传至驱动轴21。另外，驱动轴21与图像处理装置11之间经由电缆12接收发送信号。在图像处理装置11中，基于从驱动轴21传达的信号，进行生物体管腔的断层图像的生成以及图像处理。
滑动单元32以使扫描单元31进退自如的方式承载扫描单元31，并与扫描单元31机械连接且电连接。滑动单元32具备探针夹部37、滑动电动机38和开关组39。
探针夹部37以在比探针连接部34更靠前端侧的位置与探针连接部34同轴配置的方式设置，并对连接至探针连接部34的探针20进行支承。
滑动电动机38是产生轴向驱动力的驱动源。通过滑动电动机38的驱动从而扫描单元31进退动作，伴随着该进退动作，驱动轴21在轴向进退动作。滑动电动机38例如为伺服电动机。
开关组39中包括例如在扫描单元31的进退操作时按下的正向开关和返回开关(pullback switch)、和图像描写的开始以及终止时按下的扫描开关。此处的示例中没有特别限定，根据需要开关组39包含各种开关。
当按下正向开关时，滑动电动机38正旋转，扫描单元31前进。另一方面，当按下返回开关时，滑动电动机38逆旋转，扫描单元31后退。
当按下扫描开关时开始图像描写，扫描电动机35驱动，并且滑动电动机38驱动而使扫描单元31进行后退。施术者等用户事先将探针20连接至扫描单元31，开始图像描写，并且使驱动轴21一边旋转一边向轴向基端侧移动。对于扫描电动机35和滑动电动机38而言，再度按下扫描开关则停止并终止图像描写。
底盖33覆盖滑动单元32的底面和底面侧的侧面全周，且相对于滑动单元32的底面自由接近分离。
参见图3，说明图像处理装置11的构成。
图像处理装置11具备控制部41、存储部42、通信部43、输入部44和输出部45。
控制部41包含至少一个专用电路、至少一个专用电路或他们的组合。处理器，可以是CPU或GPU等通用处理器、或者在特定的处理中专门专用的处理器。“CPU”是centralprocessing unit(中央处理单元)的缩写。“GPU”是graphics processing unit(图形处理单元)的缩写。专用电路例如为FPGA或者ASIC。“FPGA”是field-programmable gate array(现场可编程门阵列)的缩写。“ASIC”是application specific integrated circuit(专用集成电路)的缩写。控制部41一边控制包括图像处理装置11的图像处理系统10的各部分，一边执行涉及图像处理装置11的动作的处理。
存储部42包含至少一个半导体存储器、至少一个磁存储器、至少一个光存储器，或者他们之中至少两种的组合。半导体存储器例如为RAM或ROM。“RAM”是random accessmemory(随机存取存储器)的缩写。“ROM”是read only memory(只读存储器)的缩写。RAM例如为SRAM或DRAM。“SRAM”是static random access memory(静态随机存取存储器)的缩写。“DRAM”是dynamic random access memory(动态随机存取存储器)的缩写。ROM例如为EEPROM。“EEPROM”是electrically erasable programmable read only memory(电可擦只读存储器)的缩写。存储部42例如用于主存储装置、辅助存储装置或高速缓冲存储器。在存储部42中，存储了断层数据51等用于图像处理装置11的动作的数据、和三维数据52及三维图像53等根据图像处理装置11的动作而得到的数据。
通信部43包含至少一个通信用接口。通信用接口例如为有线LAN接口、无线LAN接口或接收IVUS的信号以及进行A/D转换的图像诊断用接口。“LAN”是local area network(局域网)的缩写。“A/D”是analog to digital(模数转换)的缩写。通信部43接收用于图像处理装置11的动作的数据，另外，发送根据图像处理装置11的动作而得到的数据。在本实施方式中，驱动单元13连接至通信部43所包含的图像诊断用接口。
输入部44包含至少一个输入用接口。输入用接口例如为USB接口、HDMI(注册商标)接口或Bluetooth(注册商标)等对应近距离无线通信的接口。“HDMI”是High-DefinitionMultimedia Interface(高清多介质接口)的缩写。输入部44接受输入用于图像处理装置11的动作的数据的操作等、用户的操作。在本实施方式中，输入部44包含的USB接口或对应近距离无线通信的接口与键盘14和鼠标15连接。触摸屏和显示器16设置为整体地的情况下，输入部44包含的USB接口或HDMI(注册商标)接口也可以与显示器16连接。
输出部45包含至少一个输出用接口。输出用接口例如为USB接口、HDMI(注册商标)接口或Bluetooth(注册商标)等对应近距离无线通信的接口。输出部45输出根据图像处理装置11的动作而得到的数据。在本实施方式中，显示器16连接至输出部45所包含的USB接口或HDMI(注册商标)接口。
通过利用相当于控制部41的处理器执行本实施方式涉及的图像处理程序，从而可实现图像处理装置11的功能。即，图像处理装置11的功能可通过软件而实现。图像处理程序为如下程序：用于使计算机执行图像处理装置11的各处理，从而使计算机作为图像处理装置11发挥功能。即，计算机通过按照图像处理程序执行图像处理装置11的各处理从而作为图像处理装置11发挥功能。
程序能够存储于非临时的计算机可读取介质中。非临时的计算机可读取介质例如为闪存、磁记录装置、光盘、磁光记录介质或ROM。程序的分发可例如通过出售、转让或出借存储有程序的SD卡、DVD或CD-ROM等便携型介质而进行。“SD”是Secure Digital(安全数字卡)的缩写。“DVD”是digital versatile disc(数字光盘)的缩写。“CD-ROM”是compactdisc read only memory(只读存储光盘)的缩写。可以在服务器的存储器(storage)中存储程序，从服务器向其它的计算机中传送程序，从而来分发程序。可作为程序产品来提供程序。
计算机例如将存储于便携型介质中的程序或从服务器传送的程序暂时存储在主存储装置中。然后，计算机用处理器读取在主存储装置中存储的程序，利用处理器按照读取的程序执行处理。计算机可以直接从便携型介质读取程序，按照程序执行处理。计算机也可以在每次从服务器将程序传送至计算机时，依次按照已收到的程序执行处理。可以不进行从服务器向计算机的程序的传送，通过仅按照执行指示及结果取得而实现功能的、所谓的ASP型的服务而执行处理。“ASP”是application service provider(应用服务提供商)的缩写。在程序中包含了作为为电子计算机进行处理而提供的信息、且依照程序的内容。例如，具有不是对计算机直接的指令但规定计算机处理的性质的数据相当于“依照程序的内容”。
图像处理装置11的部分或全部的功能可以通过相当于控制部41的专用电路而实现。即，图像处理装置11的部分或全部的功能可以通过硬件而实现。
参见图6和图7，说明本实施方式涉及的图像处理系统10的动作。图像处理系统10的动作相当于本实施方式涉及的图像显示方法。
图6的流程开始前，由用户对探针20进行预冲(priming)。其后，探针20嵌入在驱动单元13的探针连接部34及探针夹部37中，并连接及固定至驱动单元13。然后，探针20被插入至血管或心腔等生物组织60内的目标部位。
步骤S101中，通过按下开关组39所包含的扫描开关，以及进一步按下开关组39所包含的返回开关，进行所谓的返回操作。探针20在生物组织60的内部利用通过返回操作在轴向上后退的超声波振子25发送超声波。超声波振子25在生物组织60的内部移动的同时放射线状地发送超声波。超声波振子25接收已发送的超声波的反射波。探针20将超声波振子25接收的反射波的信号输入至图像处理装置11。图像处理装置11的控制部41通过处理输入信号并依次生成生物组织60的断面图像，从而取得包含多个断面图像的断层数据51。
具体而言，探针20在生物组织60的内部使超声波振子25周向旋转，同时使之轴向移动，同时超声波振子25从旋转中心向外侧的多个方向发送超声波。探针20通过超声波振子25接收生物组织60内部的多个方向存在的反射物而来的反射波。探针20将接收的反射波信号通过驱动单元13及电缆12发送至图像处理装置11。图像处理装置11的通信部43接收探针20发送的信号。通信部43将接收的信号进行A/D转换。通信部43将A/D转换后的信号输入至控制部41。控制部41处理所输入的信号，并算出在超声波振子25的超声波发送方向存在的反射物反射来的反射波的强度值分布。控制部41依次生成将具有与算出的强度值分布相当的辉度值分布的二维图像作为生物组织60的断面图像，以此取得断面图像的数据集即断层数据51。控制部41将取得的断层数据51存储在存储部42。
在本实施方式中，超声波振子25接收的反射波的信号相当于断层数据51的原始数据，图像处理装置11处理反射波的信号而生成的断面图像相当于断层数据51的加工数据。
作为本实施方式的一变形例，图像处理装置11的控制部41也可以将自探针20输入的信号直接作为断层数据51存储在存储部42。或者，控制部41也可以将对自探针20输入的信号进行处理而算出的表示反射波的强度值分布的数据作为断层数据51存储在存储部42。即，断层数据51不仅限于生物组织60的断面图像的数据集，也可以是超声波振子25的各移动位置处的以任意形式表达生物组织60的断面的数据。
作为本实施方式的一变形例，也可以使用不旋转地向多个方向发送超声波的超声波振子，以代替周向旋转的同时向多个方向发送超声波的超声波振子25。
作为本实施方式的一变形例，断层数据51也可以使用OFDI或OCT取得，以代替使用IVUS取得。“OFDI”是optical frequency domain imaging(光学频域成像)的缩写。“OCT”是optical coherence tomography(光学相干层析成像)的缩写。使用OFDI或OCT的情况下，作为边在生物组织60的内腔移动边取得断层数据51的传感器，使用在生物组织60的内腔放射光来取得断层数据51的传感器，以代替在生物组织60的内腔发送超声波来取得断层数据51的超声波振子25。
作为本实施方式的一变形例，也可以使用其他装置生成同样的数据集，图像处理装置11从该其他装置取得此数据集，以代替图像处理装置11生成生物组织60的断面图像的数据集。即，也可以使用其他装置处理IVUS的信号并生成生物组织60的断面图像，将生成的断面图像输入图像处理装置11，以代替图像处理装置11的控制部41处理IVUS的信号并生成生物组织60的断面图像。
步骤S102中，图像处理装置11的控制部41基于在步骤S1中取得的断层数据51生成生物组织60的三维数据52。需要说明的是，此时，在存在已经生成的三维数据52的情况下，优选是并不将全部三维数据52从头开始重新生成，而是仅将更新的断层数据51所对应的部位的数据更新。由此，能够减少在生成三维数据52时的数据处理量，提高在之后的步骤S103中的三维图像53的实时性。
具体而言，图像处理装置11的控制部41将存储部42存储的断层数据51所含的生物组织60的断面图像层叠并三维化，以生成生物组织60的三维数据52。作为三维化的方法可使用面绘制或体绘制等绘制方法，及其附带的包含环境映射的纹理映射和凹凸纹理映射等各种处理中任意的方法。控制部41将生成的三维数据52存储在存储部42。
步骤S103中，图像处理装置11的控制部41将步骤S102中生成的三维数据52作为三维图像53在显示器16显示。此时，控制部41可以将在显示器16显示三维图像53的角度配置为任意角度。
具体而言，图像处理装置11的控制部41根据存储部42存储的三维数据52生成三维图像53。控制部41将生成的三维图像53经由输出部45显示在显示器16。
步骤S104中，如果作为用户的变更操作，有设定显示三维图像53的角度的操作，则进行步骤S105的处理。如果没有用户的变更操作，则进行步骤S106的处理。
步骤S105中，图像处理装置11的控制部41经由输入部44接受设定显示三维图像53的角度的操作。控制部41将显示三维图像53的角度调节为所设定的角度。然后，在步骤S103中，控制部41以在步骤S105设定的角度使三维图像53显示于显示器16。
具体而言，图像处理装置11的控制部41经由输入部44接受用户使用键盘14、鼠标15或与显示器16一体设置的触摸屏而使在显示器16显示的三维图像53旋转的操作。控制单元41根据用户的操作而交互地调节在显示器16上显示三维图像53的角度。或者，控制部41经由输入部44接受用户使用键盘14、鼠标15或与显示器16一体设置的触摸屏而输入显示三维图像53的角度的数值的操作。控制部41按照所输入的数值来调节在显示器16上显示三维图像53的角度。
步骤S106中，如果存在断层数据51的更新，则进行步骤S107和步骤S108的处理。如果断层数据51没有更新，则在步骤S104中再次确认有无用户的变更操作。
步骤S107中，图像处理装置11的控制部41与步骤S101的处理同样地对从探针20输入的信号进行处理而新生成生物组织60的断面图像，由此取得包含至少一个新的断面图像的断层数据51。
步骤S108中，图像处理装置11的控制部41根据在步骤S107中取得的断层数据51来更新生物组织60的三维数据52。并且，在步骤S103中，控制单元41将在步骤S108中更新的三维数据52作为三维图像53显示在显示器16上。需要说明的是，在步骤S108中，优选仅更新与更新后的断层数据51对应的部位的数据。由此，能够减少生成三维数据52时的数据处理量，在步骤S108中，能够提高三维图像53的实时性。
步骤S111中，如果作为用户的设定操作，有设定图4所示的切断面P1、P2之间的角度的操作，则进行步骤S112的处理。
步骤S112中，图像处理装置11的控制部41经由输入部44接受设定切断面P1、P2之间的角度的操作。
具体而言，图像处理装置11的控制部41经由输入部44接受用户使用键盘14、鼠标15或与显示器16一体设置的触摸屏而输入切断面P1、P2之间的角度的数值的操作。
步骤S113中，图像处理装置11的控制部41使用存储在存储部42中的最新的三维数据52来算出生物组织60的内腔的横宽方向的多个断面的重心位置。所谓最新的三维数据52，如果没有进行步骤S108的处理，则是在步骤S102中生成的三维数据52，如果进行了步骤S108的处理，则是在步骤S108中更新后的三维数据52。需要说明的是，此时，在存在已经生成的三维数据52的情况下，优选不是从头开始重新生成全部的三维数据52，而仅将更新后的断层数据51所对应的部位的数据更新。由此，能够减少生成三维数据52时的数据处理量，提高之后的步骤S117中的三维图像53的实时性。
具体而言，如图8所示，如果在步骤S107中生成了对应的新的断面图像，则图像处理装置11的控制部41将在步骤S101中生成的多个断面图像分别置换为该新的断面图像，然后进行二值化。如图9所示，控制部41从二值化后的断面图像中提取生物组织60的内表面的点群。例如，控制部41沿着将r轴设为横轴、将θ轴设为纵轴的断面图像的纵向，每次提取1个相当于主血管的内表面的点，由此提取血管的内表面的点群。控制部41也可以仅求出提取出的内表面的点群的重心，但在该情况下，由于点群没有遍及内表面被均匀地采样，所以重心位置产生偏移。因此，在本实施方式中，控制部41算出提取出的内表面的点群的凸包，使用如下求出多边形的重心的式子来算出重心位置Cn＝(Cx，Cy)。其中，在下式中，作为图9所示的内表面的点群，n个顶点(x0，y0)，(x1，y1)，...，(xn－1，yn－1)逆时针存在于凸包上，(xn，yn)视为(x0，y0)。
[数学式1]
Figure BDA0003874161190000151
Figure BDA0003874161190000152
Figure BDA0003874161190000153
图10中示出了所得到的重心位置。在图10中，点Cn是断面图像的中心。点Bp是内表面的点群的重心。点Bv是多边形的顶点的重心。点Bx是作为凸包的多边形的重心。
作为算出血管的重心位置的方法，也可以使用与算出作为凸包的多边形的重心位置的方法不同的方法。例如，也可以使用在未被二值化的原来的断面图像中，算出收敛于主血管的最大圆的中心位置作为重心位置的方法。或者，也可以使用在将r轴设为横轴、将θ轴设为纵轴的二值化后的断面图像中，算出主血管区域的像素的平均位置作为重心位置的方法。在生物组织60不是血管的情况下，也能够使用与这些方法相同的方法。
步骤S114中，图像处理装置11的控制部41对步骤S113的重心位置的算出结果执行平滑化(smoothing)。
如图11所示，在将重心位置的算出结果作为时间函数来观察的情况下，可知搏动的影响较大。因此，在本实施方式中，图像处理装置11的控制部41如图12中虚线所示，通过使用移动平均来对重心位置的算出结果执行平滑化。
作为平滑化的方法，也可以使用与移动平均不同的方法。例如，可以使用指数平滑方法、核方法(kernel method)、局部回归、Ramer－Douglas－Peucker算法、Savitizogra方法、平滑样条法或SGM。或者，也可以使用在执行高速傅立叶变换后除去高频分量的方法。或者，可使用诸如卡尔曼滤波器或巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、数字滤波器、椭圆滤波器或KZ滤波器的低通滤波器。“SGM”是stretched grid method(展宽网格方法)的缩写。“KZ”是Kolmogorov－Zurbenko的缩写。
如果仅执行平滑化，则有时重心位置进入到组织中。在该情况下，控制部41也可以根据生物组织60的内腔的纵长方向上的、生物组织60的内腔的横宽方向上的多个断面的位置来分割重心位置的算出结果，按照每个分割后的算出结果执行平滑化。即，控制部41也可以在图12中虚线所示的重心位置的曲线与组织区域重叠的情况下，将重心位置的曲线分割为多个区间，对每个区间单独执行平滑化。或者，控制部41也可以根据生物组织60的内腔的纵长方向上的、生物组织60的内腔的横宽方向上的多个断面的位置来调节针对重心位置的算出结果执行的平滑化的程度。即，控制部41也可以在图12中虚线所示的重心位置的曲线与组织区域重叠的情况下，减少对包含重叠点的一部分区间执行的平滑化的程度。
步骤S115中，图像处理装置11的控制部41将在通过在步骤S113中算出的重心位置的1条线L1处相交的一对面设定为切断面P1、P2。在本实施方式中，控制部41在步骤S114中对重心位置的算出结果执行平滑化之后设定切断面P1、P2，但也可以省略步骤S114的处理。
具体而言，图像处理装置11的控制部41将作为步骤S114的平滑化的结果而得到的重心位置的曲线设定为线L1。控制部41将在所设定的线L1处相交且形成在步骤S112中设定的角度的一对面设定为切断面P1、P2。控制部41在存储部42中存储的最新的三维数据52中，将生物组织60的与切断面P1、P2交叉的三维坐标确定为在三维图像53中使生物组织60的内腔露出的开口的边缘的三维坐标。控制部41使存储部42存储所确定的三维坐标。切断面P1、P2的位置可以设定在任意的位置，但在本实施方式中，设定为开口在显示器16的画面上位于正面。
步骤S116中，图像处理装置11的控制部41将在三维图像53中使生物组织60的内腔从被切断面P1、P2夹着的区域露出的开口形成于三维数据52。
具体而言，图像处理装置11的控制部41将存储在存储部42中的最新三维数据52中的由存储部42所存储的三维坐标确定的部分设定为在显示器16显示三维图像53时不显示或透明。
步骤S117中，图像处理装置11的控制部41将在步骤S116中形成了开口的三维数据52作为三维图像53显示在显示器16上。
具体而言，图像处理装置11的控制部41生成由存储部42所存储的三维坐标确定的部分为非显示或透明的三维图像53。控制部41经由输出部45使显示器16显示所生成的三维图像53。因此，用户能够从开口观察生物组织60的内部，从而假想的观察生物组织60的内壁面61。
步骤S118中，如果作为用户的变更操作，有设定切断面P1、P2之间的角度的操作，或设定显示三维图像53的角度的操作，则进行步骤S119的处理。如果没有用户的变更操作，则进行步骤S120的处理。
步骤S119中，图像处理装置11的控制部41与步骤S112的处理同样地，经由输入部44接受设定切断面P1、P2之间的角度的操作。在该情况下，进行步骤S115以后的处理。或者，控制部41与步骤S105的处理同样地，经由输入部44接受对显示三维图像53的角度进行设定的操作。控制部41将显示三维图像53的角度调节为所设定的角度。在该情况下，也进行步骤S115以后的处理。在步骤S115中，控制部41根据所设定的显示三维图像53的角度，调节切断面P1、P2的位置。即，再次调节切断面P1、P2的位置，使得开口在显示器16的画面上位于正面。
步骤S120中，如果存在断层数据51的更新，则进行步骤S121和步骤S122的处理。如果没有断层数据51的更新，则在步骤S118中再次确认是否存在用户的变更操作。
步骤S121中，图像处理装置11的控制部41与步骤S101或步骤S107的处理同样地对从探针20输入的信号进行处理而新生成生物组织60的断面图像，由此取得包含至少一个新的断面图像的断层数据51。
步骤S122中，图像处理装置11的控制部41根据在步骤S121中取得的断层数据51，更新生物组织60的三维数据52。之后，进行步骤S113以后的处理。需要说明的是，在步骤S122中，优选仅更新与更新后的断层数据51对应的部位的数据。由此，能够减少生成三维数据52时的数据处理量，提高步骤S113以后的数据处理的实时性。
如上所述，在本实施方式中，图像处理装置11的控制部41将表示具有纵长状内腔的生物组织60的三维数据52作为三维图像53显示在显示器16上。控制部41使用三维数据52算出生物组织60的内腔的横宽方向的多个断面的重心位置。控制部41将在通过算出出的重心位置的1条线处相交的一对面设定为切断面。控制部41将在三维图像53中使生物组织60的内腔从切断面所夹的区域露出的开口形成于三维数据52。
根据本实施方式，用户能够在三维图像53看到生物组织60的内部。例如，若用户为施术者，对生物组织60内部进行手术将变得更容易。
在本实施方式中，图像处理装置11的控制部41在生物组织60的内腔的至少一部分在纵长方向上弯曲的情况下，将在三维图像53中使该弯曲的部分的内腔在整个纵长方向上露出的开口作为上述开口而形成于三维数据52。
根据本实施方式，用户能够在三维图像53中观察生物组织60的内部，而不会被生物组织60的外壁遮挡。
在本实施方式中，图像处理装置11的控制部41在对重心位置的算出结果执行了平滑化后设定切断面。
根据本实施方式，能够抑制搏动对重心位置的算出结果的影响。
本发明不限于所述的实施方式。例如，可以将框图中记载的多个框集成，或可以将一个框分割。可以取代按照描述以时间序列执行基于流程图中记载的多个步骤，而根据执行各步骤的装置的处理能力或根据需要，并行地或以不同的顺序进行执行。另外，在不脱离本发明的宗旨的情况下可以进行变更。
附图标记说明
10 图像处理系统
11 图像处理装置
12 电缆
13 驱动单元
14 键盘
15 鼠标
16 显示器
17 连接端子
18 车单元
20 探针
21 驱动轴
22 毂部
23 鞘层
24 外管
25 超声波振子
26 中继连接器
31 扫描单元
32 滑动单元
33 底盖
34 探针连接部
35 扫描电动机
36 插入口
37 探针夹部
38 滑动电动机
39 开关组
41 控制部
42 存储部
43 通信部
44 输入部
45 输出部
51 断层数据
52 三维数据
53 三维图像
60 生物组织。

Claims (12)

1.图像处理装置，其为将表示具有纵长状的内腔的生物组织的三维数据作为三维图像显示在显示器上的图像处理装置，
所述图像处理装置具备控制部，所述控制部使用所述三维数据算出所述生物组织的所述内腔的横宽方向的多个断面的重心位置，将在穿过所算出的重心位置的1根线处相交的一对面设定为切断面，并将在所述三维图像中使所述生物组织的所述内腔从所述切断面所夹的区域露出的开口形成于所述三维数据。
2.如权利要求1所述的图像处理装置，其中，在所述生物组织的所述内腔的至少一部分在纵长方向弯曲的情况下，所述控制部将在所述三维图像中使该弯曲的部分的内腔在整个纵长方向上露出的开口作为所述开口而形成于所述三维数据。
3.如权利要求1或2所述的图像处理装置，其中，所述控制部在针对所述重心位置的算出结果执行了平滑化后设定所述切断面。
4.如权利要求3所述的图像处理装置，其中，所述控制部根据所述生物组织的所述内腔的纵长方向上的所述多个断面的位置对所述重心位置的算出结果进行分割，对每个分割出的算出结果执行所述平滑化。
5.如权利要求3所述的图像处理装置，其中，所述控制部根据所述生物组织的所述内腔的纵向方向上的所述多个断面的位置来调节针对所述重心位置的算出结果执行的所述平滑化的程度。
6.如权利要求1～5中任一项所述的图像处理装置，其还具备接受使用者的操作的输入部，
所述控制部经由所述输入部接受对所述切断面之间的角度进行设定的操作。
7.如权利要求1～5中任一项所述的图像处理装置，其还具备接受使用者的操作的输入部，
所述控制部经由所述输入部接受对显示所述三维图像的角度进行设定的操作，并根据所设定的角度来调节所述切断面的位置。
8.如权利要求1～7中任一项所述的图像处理装置，其中，所述生物组织包括血管。
9.图像处理系统，其具备：
传感器，其边在所述生物组织的所述内腔移动边获取所述生物组织的断层数据；和
权利要求1～8中任一项所述的图像处理装置，其基于由所述传感器获取的断层数据生成所述三维数据。
10.如权利要求9所述的图像处理系统，其还具备所述显示器。
11.图像显示方法，其为将表示具有纵长状的内腔的生物组织的三维数据作为三维图像显示在显示器上的图像显示方法，其中，
计算机使用所述三维数据算出所述生物组织的所述内腔的横宽方向的多个断面的重心位置，
所述计算机将在穿过所算出的重心位置的1根线处相交的一对面设定为切断面，
所述计算机将在所述三维图像中使所述生物组织的所述内腔从所述切断面所夹的区域露出的开口形成于所述三维数据。
12.图像处理程序，其使将表示具有纵长状的内腔的生物组织的三维数据作为三维图像显示在显示器上的计算机执行下述处理：
使用所述三维数据算出所述生物组织的所述内腔的横宽方向的多个断面的重心位置的处理；
将在穿过所算出的重心位置的1根线处相交的一对面设定为切断面的处理；和
将在所述三维图像中使所述生物组织的所述内腔从所述切断面所夹的区域露出的开口形成于所述三维数据的处理。
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