JP2001283191A - 臓器の特定領域抽出表示方法及び装置 - Google Patents

臓器の特定領域抽出表示方法及び装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の断層像が積み上げられた三次元原画像
を用いて臓器の治療シミュレーシヨンに適した臓器の特
定領域を抽出し表示する方法及び装置を提供する。 【解決手段】 読み込まれた積み上げ三次元画像データ
には関心領域抽出処理81が行われ、関心領域(門脈3
2、肝臓実質31)が抽出される。抽出された門脈32
に対して距離値変換処理82が行われ、更に細線化処理
83又は表面画検出処理84が行われる。距離値変換処
理82と細線化処理83又は表面画検出処理84との処
理結果を利用して、肝臓実質31のうち門脈32が支配
する支配領域特定処理85を行う。門脈32のうちの切
除領域を特定する門脈枝を特定する指定抽出処理86を
行い、前記指定抽出処理86により定義される切除領域
を特定する切除処理87を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、生体内の臓器の特
定領域抽出表示方法及び装置に関するもので、特に、医
師が臨床において肝臓のような臓器の診断や治療を行う
際に医師を支援するためのシミュレーション方法及び装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、X線撮影装置やX線CT装置やM
RI装置などの医用画像診断装置で得られる画像を診断
のみならず治療に用いることが盛んに行われるようにな
っている。治療には被検体にカテーテルを挿入して患部
を切除するカテーテル術と、従来どおり切開手術により
患部を切除する外科手術とがある。このうち、外科手術
では、手術前に前記医用画像診断装置により患部の画像
を得て、その切除する部分を決めておくことが通常行わ
れる。
【0003】上記切除する部分を決めるための表示画像
は三次元画像を用いている。これは人体の形態により近
いので直感的に切除部分が決められるからである。一
方、従来の画像上での臓器の抽出に関しては、目的とす
る臓器を他の臓器と分離する方法が専ら研究されてお
り、単一の臓器内の特定領域を抽出する方法としては、
例えば臓器の三次元画像中に領域特定用の幾何学的平面
又は曲面を医師等が解剖学的知識に基づいて設定して特
定領域を設定するという方法が行われていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のような単一臓器
内の特定領域を抽出する方法はあるが、実際の臨床の場
において、シミュレーションのように臓器を幾何学的な
平面や曲面で切除することは行われておらず、そのよう
なシミュレーションでは実際の臨床の場ではあまり役立
つものとは言えないものであった。
【0005】また、三次元的に特定された領域を観察す
る際、解剖学的知識から領域設定した結果と極めて類似
したものとなるが、解剖学的検証は従来からの実績があ
る二次元画像を用いて行われることが多く、三次元的に
特定された領域を二次元画像にて確認したいという要求
があった。
【0006】本発明は、肝臓のように血管が複雑に入り
込んだ臓器のその特性を利用して、切除手術時のシミュ
レーションに適した臓器の特定領域を抽出することがで
き、かつ、その抽出した領域を非抽出領域と識別可能に
表示することができる方法と装置を提供することを目的
としてなされたものである。
【0007】また、三次元的に特定された領域が適正で
あるかを二次元画像上で確認できる方法と装置を提供す
ることをその他の目的としてなされたものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的は、医用画像診
断装置にて得た被検体の画像を用いて臓器の特定領域を
抽出し表示装置に表示する方法において、前記画像中の
目的臓器を構成する組織の情報から特定の条件を設定す
るステップと、前記特定の条件を満たす組織情報に連な
る領域を抽出するステップと、前記臓器として抽出され
た領域と前記臓器として抽出されなかった領域とを識別
可能に前記表示装置へ表示するステップとを含むことを
特徴とする臓器の特定領域抽出表示方法によって達成さ
れる。
【0009】また、医用画像診断装置にて得た被検体の
画像を用いて臓器の特定領域を抽出し表示装置に表示す
る装置において、前記画像中の目的臓器を構成する組織
の情報から特定の条件を設定する手段と、前記特定の条
件を満たす組織情報に連なる領域を抽出する手段と、前
記臓器として抽出された領域と前記臓器として抽出され
なかった領域とを識別可能に前記表示装置へ表示する手
段とを備えたことを特徴とする臓器の特定領域抽出表示
装置によって達成される。
【0010】また、前記抽出領域と非抽出領域との表示
は、非抽出領域を表示しない表示モードか、抽出領域を
非抽出領域と識別して表示するモードを設定し、その設
定により表示モードを切り替えて表示することによっ
て、非抽出領域と表示したとき際には全体との位置関係
が、抽出領域のみを表示したときには抽出領域のみを際
立たせて表示することができるので、診断能を向上させ
ることができる。
【0011】また、その他の目的は、前記臓器の特定領
域から三次元画像を形成し、この三次元画像を抽出領域
と非抽出領域とに識別可能に表示させると共に、前記医
用画像診断装置で得た画像の前記抽出領域を識別可能に
同時に前記表示装置へ表示させるステップとを含むこと
を特徴とするに記載の臓器の特定領域抽出表示方法によ
って達成される。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明に
係る臓器の特定領域抽出表示方法及び装置の好ましい実
施の形態について説明する。
【0013】実施の形態として、肝臓の造影撮影を行っ
たX線CT画像を処理対象画像として用い門脈の走行情
報を利用して肝臓の領域特定を行う手順及びそれを用い
て肝臓の切除部分を表示する方法を以下に説明する。
【0014】図1(a)に示すように、X線CT装置や
MRI装置等の三次元計測の可能な画像診断装置で取得
した複数の断層像11を積み上げて図1(b)に示すよ
うな積み上げ三次元画像12とし、処理対象を三次元化
する。積み上げ三次元画像12は肝臓の組織と門脈を含
み、ここには図示しない二次元の投影面に陰影付けして
投影処理された擬似三次元画像として例えばモニタへ表
示される。
【0015】図2は本発明の臓器の特定領域抽出表示方
法を示すフローチャートである。本発明の領域特定処理
80は、関心領域抽出処理81、距離値変換処理82、
細線化処理83又は表面画素検出処理84、支配領域特
定処理85、指定抽出処理86及び切除処理87から成
る。
【0016】読み込まれた積み上げ三次元画像データに
対し関心領域抽出処理81が行われ、図3に示すように
関心領域(対象臓器:肝臓実質31、門脈32)が抽出
される。図4に示すように、抽出された門脈32に対し
て距離値変換処理82が行われ、更に細線化処理83又
は表面画素検出処理84が行われる。距離値変換処理8
2と細線化処理83又は表面画素検出処理84との処理
は、矢印が示すように細線化処理を先に行いそれに続い
て距離値変換処理を、また表面画素検出処理を先に行い
それに続いて距離値変換処理を行っても良い。処理結果
を利用して、肝臓実質31のうち門脈32が支配する支
配領域特定処理85を行う。次に、門脈32のうちの切
除領域を特定する門脈枝を特定し抽出する関心領域部特
定処理86を行い、前記指定抽出処理86により定義さ
れる切除領域を特定する切除処理87を行う。
【0017】図5は本発明の臓器の特定領域抽出表示方
法の実施に即した詳細な手順の一例を示すフローチャー
トである。まず積み上げ三次元画像データを読み込み
(ステップ21)、図3に示すように読み込まれた三次
元画像データから関心領域(門脈32、肝臓実質31)
の抽出処理を行う(ステップ22)。この抽出処理に
は、積み上げ三次元画像データに対して、画像処理の分
野においては公知の閾値による二値化を利用したセグメ
ンテーションや領域拡張法を利用する。
【0018】抽出された門脈32に対して距離値変換処
理を行う(ステップ23)。距離値変換については門脈
を構成する各抽出画素に対する背景画素からの最短距離
を求める方法を用いる。この公知技術として、「画像理
解のためのディジタル画像処理(II):鳥脇純一郎著
(昭晃堂):3.5距離変換とスケルトン」を挙げる。
この公知技術を三次元方向に拡張して利用することで、
三次元的な距離値変換を行う。ステップ23の距離値変
換処理とステップ24の芯線抽出結果とを組み合わせ、
芯線を構成する画素の位置における距離値を利用するこ
とで、抽出データ(門脈)の血管径を定義することがで
きる。
【0019】更に抽出された門脈に対して細線化処理を
行う(ステップ24)。芯線抽出については抽出データ
に対して細線化処理を行い、細線化結果を芯線として利
用する。細線化の手法は一般的に利用されている二次元
の細線化手法、例えばHilditchのアルゴリズム
を三次元に拡張して利用したり、三次元的な薄面化処理
を拡張した細線化手法を用いても良い。ここでも公知技
術として「画像理解のためのディジタル画像処理(I
I):鳥脇純一郎著(昭晃堂):アルゴリズム3.5」
を挙げることができる。
【0020】また、ステップ23の距離値変換結果を利
用し、背景画素との距離が、8近傍の場合は1、18近
傍の場合は1と√2、26近傍の場合は1と√2と√
3、すなわち背景画素と隣り合っている(接している)
画素を選択することで、ステップ24において表面抽出
処理を行うこともできる。
【0021】抽出した門脈に対してこのような処理を行
った後に、ステップ23、24の処理結果を利用して肝
臓実質31のうち門脈32が支配する支配領域特定処理
を行う(ステップ25)。支配領域の特定方法として
は、門脈32の表面画素を利用する方法、門脈32の芯
線の位置を利用する方法、門脈32の芯線の位置と距離
情報(血管径)を合わせて利用する方法等が考えられ
る。血管径を利用する方法では単純に血管径を利用する
方法、血管径を利用して芯線を構成する画素の地点にお
ける血管断面積を利用する方法、さらに門脈32を構成
する画素数(血管体積)を利用する方法などが考えられ
る。ここでは門脈32の芯線の位置と血管径を合わせて
利用する方法を説明する。
【0022】抽出された肝臓実質データ集合をL=[Li
jk]、抽出された門脈32の芯線データ集合をP=[Pij
k]、Pijkにおける距離値変換値(径)をRijkと定義す
ると、肝臓実質構成画素Lijkを支配する芯線画素Pijk
は式1を満たすものとして定義できる。 Pijk=min(p,q,r)[(Lijk-Ppqr)2/(α×Rpqr)]…(1) ここでαは係数である。
【0023】すなわち、肝臓実質構成画素Lijkと芯線
画素Ppqrとの三次元的距離を元にした値を門脈径Rpqr
に比例した値で割った相対値が最も小さくなる芯線画素
Ppqrが、肝臓実質構成画素Lijkを支配する芯線画素P
ijkとして定義されるとになる。この場合、門脈枝5
1、52、53の芯線毎に設定される肝臓実質の支配領
域の境界54、55、56は、図6に示すように血管径
が大きい門脈枝52程境界55、56が離れた位置に設
定されることになる。なお、上式において、距離値変換
値(上記式における分母)を径から近似として計算でき
る血管断面の縁の長さ(円周)、もしくは断面積を与
え、条件式とすることも可能である。
【0024】一方、門脈枝の表面情報、もしくは芯線の
位置情報のみを利用して同様な支配領域を設定する場
合、門脈の表面データ集合をS=[Sijk]とすると、肝
臓実質構成画素Lijkを支配する門脈表面画素Sijk以下
の式2を満たすものとして定義される。 Sijk=min(p,q,r)[(Lijk-Ppqr)2]…(2)
【0025】すなわちこの場合、門脈枝61、62、6
3毎に設定される肝臓実質の支配領域の境界64、6
5、66は図7に示すように門脈枝の径によらず、境界
64、65、66は各門脈枝との中間位置に設定される
ことになる。このようにして求められた肝臓実質を支配
する画素情報Pijk(またはSijk)を各肝臓実質画素L
ijk毎に持たせておく。
【0026】次に、切除領域を特定する抽出門脈枝、例
えばグリソン鞘と呼ばれる部分についての特定処理を行
う(ステップ26)。切除領域を決定するために利用さ
れる門脈枝を設定する。門脈枝の指定には前述の領域拡
張法を利用して、指定した位置から抹消部までの門脈枝
を設定する方法や、3次元的にクリッピング等の処理を
利用はして門脈枝を切り出す方法等を利用する。
【0027】さらに、この処理を全ての門脈枝に対して
行い、抽出門脈枝全体をグループ化し、それぞれの門脈
枝グループを構成する総画素数を求める。この画素数を
式1における分母に利用することで、門脈枝毎の体積に
よる支配領域設定処理を行うこともできる。この場合、
ステップ26の処理をステップ24の前に行う必要があ
る。
【0028】切除領域データを特定する(ステップ2
7)。最後に切り出した門脈枝における芯線画素を検索
し、この芯線画素に支配さているものとして定義される
肝臓実質画素を検索し、削除することで、所望の切除領
域を設定することができる。すなわち、切り出した芯線
画素データ集合をC=[Cijk]とすると、集合Lにおい
て集合Cの情報を含むデータを検索し、削除する(計算
結果として表示しない)または区別できる画素に置き換
えて表示する処理を行う。以上の処理により図8に示さ
れるような切除領域71を設定することができる。
【0029】このようにして得られたデータを表示用デ
ータとして合成し、表示データ処理を行う(ステップ2
8)。ステップ28の画像合成については一般的な画像
再構成方法である平行投影法を利用したサーフェイスレ
ンダリング法やボリュームレンダリング法等を利用す
る。
【0030】処理結果を表示する(ステップ29)。こ
の時、抽出された特定領域、即ち切除領域とその他の非
抽出領域とを画像の濃度値や色相を異ならせて、画像観
察者が特定領域をその他の非抽出領域と識別可能に表示
すると良い。これで一連の処理は完了する。
【0031】また、本発明の別の実施形態として、処理
対象画像を門脈の造影像とし、撮影を行ったX線CT画
像を二次元像として用い、門脈の走行情報を利用した肝
臓の領域設定を行うと共に二次元像との参照表示のアル
ゴリズムを説明する。
【0032】図10にCT像と積み上げた三次元CT
像、抽出データの位置関係を示す。造影データより抽出
した主要データ、例えば、肝臓実質、門脈、静脈、腫瘍
などと、特定領域抽出に利用した門脈枝、および領域特
定結果のデータを、濃度値、もしくは色相を変えて保存
した三次元データ102(図10(C)参照)が上記実
施形態により作成される。これらのデータはCT像10
0(図10(a)参照)を積み上げた三次元CT画像1
01(図10(b)参照)の三次元的位置関係と一致し
ている。
【0033】図11において積み上げ三次元CT像11
0に対して任意の切断面110aを設定し、断面像11
0bを作成する。抽出データ111に対しても前記切断
面と実質的に同じ位置、角度に切断面111aを設定
し、その特定領域の断面像111bを作成する。これら
の断面像110bと111bを重ね合せることで重合画
像112を作成し、表示する。
【0034】図12に示すように、重合画像は、特定領
域の断面像の輪郭部120aをCT像に重ね合わせた画
像120、特定領域の断面像121aを合成してCT像
と重ね合せた画像121、特定領域の断面像に血管情報
を付与して合成したものをCT像と重ね合せた画像12
2のように場合分けして表示できる。これらの場合分け
は、画像120のように特定領域の範囲だけが分ればよ
い場合、画像121のように特定領域のデータとCT像
を重ね合せた画像を診断したい場合、画像122のよう
に血管の走行の情報も診断したい場合というように、診
断に応じて所望の画像をオペレータの入力に基いて指定
できるようになっている。また、CT像又は特定領域の
少なくとも一方をオペレータの入力に基いて選択して表
示できるようになっている。
【0035】また、図13のように積み上げ三次元CT
画像132を特定の方向に、最大輝度値または最小輝度
値で投影した画像130に対して、同じ方向に特定領域
を投影したデータ133を重ね合せることで重合画像1
31を作成することができる。また、三次元画像再構成
方法において、一般的な陰影付け方法であるサーフェー
スレンダリング法やボリュームレンダリング法について
は、上記重合画像に適用できることはいうまでもない。
また、重合画像の画素値、または色相に基いて上記陰影
付け方法を行ってもよい。
【0036】図9には、本発明のシステムが実現可能で
あるハードウェア例の構成図を示す。このシステムは、
CPU92、主メモリ90、磁気ディスク91、表示メ
モリ93、CRT94、コントローラ95、マウス9
6、及び共通バス97から成る。磁気ディスク91に
は、各断層像が格納されており、主メモリ90の投影表
示ソフトウェア(図5)に従ってCPU92が所定の処
理を行う。この処理では、マウス96やコントローラ9
5に付加されているキーボードを利用して入出力処理や
処理操作が行われる。積み上げ三次元画像は表示メモリ
93を介してCRT94に表示され、オペレータの操作
を利用して図5の処理がなされ、閾値条件にあった画像
が得られる。また、表示内容は磁気ディスク91に格納
され、再表示に利用される。
【0037】以上本発明の実施の形態を説明したが、本
発明の手法はX線CT装置だけでなく、磁気共鳴イメー
ジング装置や超音波診断装置などの他の画像診断装置に
より取得した三次元画像に対しても用いることができ
る。また、対象臓器としては上記実施の形態中で説明し
た肝臓の他に人体の多くの部位について適用可能であ
る。
【0038】
【発明の効果】本発明の臓器の特定領域抽出表示方法及
び装置によれば、切除領域と非切除領域とを識別可能に
表示することによって、例えば肝臓切除シミュレーショ
ン等を行う際に、より臨床に近い形での手術計画、切除
シミュレーション、切除率の計算や3次元的な可視化が
可能となる。また、三次元的に特定された領域が適正で
あるかを、二次元画像上で確認できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】断層像とデータの関係を示す図。
【図2】本発明の処理方法の概要を説明するフローチャ
ート図。
【図3】断層像データからの関心領域抽出を示す図。
【図4】抽出データに対する各種処理を示す図。
【図5】本アルゴリズムの基本処理フローの一例を説明
する図。
【図6】本発明における抽出血管の距離値変換処理と細
線化結果を組み合わせて利用して領域設定を行った際の
領域境界の位置関係を示す図。
【図7】本発明における抽出血管の細線化結果、もしく
は表面情報のみを利用して領域設定を行った際の領域境
界の位置関係を示す図。
【図8】本発明による切除領域設定結果を示す図。
【図9】本発明を実施可能なハードウェア構成例を示す
図。
【図10】本発明の別の実施形態を説明する図で、CT
像と積み上げた三次元CT像、抽出データの位置関係を
示す図。
【図11】本発明の別の実施形態の原理を説明する図。
【図12】図11の重ね合わせ、合成処理方法の例を示
す図。
【図13】図11の画像の輝度値投影データに対する処
理を示す図。
【符号の説明】
11 断層像 12 積み上げ三次元像 31,32 抽出データ 51,52,53 抽出血管 54,55,56 支配領域境界 61,62,63 抽出血管 64,65,66 支配領域境界 71 切除領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4C093 AA22 AA25 AA26 CA23 CA50 FF15 FF17 FF35 FF42 4C096 AB50 AD14 DC18 DC20 DC27 DC33 DC36 5B057 AA08 AA09 BA03 BA07 CA08 CA13 CB08 CB13 CC04 DA08 DA16 DA17 DB03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 医用画像診断装置にて得た被検体の画像
    を用いて臓器の特定領域を抽出し表示装置に表示する方
    法において、前記画像中の目的臓器を構成する組織の情
    報から特定の条件を設定するステップと、前記特定の条
    件を満たす組織情報に連なる領域を抽出するステップ
    と、前記臓器として抽出された領域と前記臓器として抽
    出されなかった領域とを識別可能に前記表示装置へ表示
    するステップとを含むことを特徴とする臓器の特定領域
    抽出表示方法。
  2. 【請求項2】 前記抽出領域と非抽出領域との表示は、
    非抽出領域を表示しない表示モードか、抽出領域を非抽
    出領域と識別して表示するモードを設定し、その設定に
    より表示モードを切り替えて表示することを特徴とする
    請求項1に記載の臓器の特定領域抽出表示方法。
  3. 【請求項3】 前記臓器の特定領域から三次元画像を形
    成し、この三次元画像を抽出領域と非抽出領域とに識別
    可能に表示させると共に、前記医用画像診断装置で得た
    画像の前記抽出領域を識別可能に同時に前記表示装置へ
    表示させるステップとを含むことを特徴とする請求項1
    〜2に記載の臓器の特定領域抽出表示方法。
  4. 【請求項4】 医用画像診断装置にて得た被検体の画像
    を用いて臓器の特定領域を抽出し表示装置に表示する装
    置において、前記画像中の目的臓器を構成する組織の情
    報から特定の条件を設定する手段と、前記特定の条件を
    満たす組織情報に連なる領域を抽出する手段と、前記臓
    器として抽出された領域と前記臓器として抽出されなか
    った領域とを識別可能に前記表示装置へ表示する手段と
    を備えたことを特徴とする臓器の特定領域抽出表示装
    置。
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Cited By (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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