JP2003010172A - 臓器の特定領域抽出表示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の断層像が積み上げられた三次元画像を
用いて、臓器の生検シミュレーションに適した臓器の特
定領域を抽出し表示する方法および装置を提供する。 【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。そして、複数枚の断層
像に対応する切除領域のみの積み上げ三次元画像３２を
表示する。

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】また、その他に診断用画像として利用され
る任意断面画像、最大輝度値投影画像、最小輝度値投影
画像、サーフェイスレンダリング画像、ボリュームレン
ダリング画像に対しても三次元的に行った領域特定結果
を反映させ、それに附随した診断方針の決定を支援する
ための特定領域内に含まれる抽出臓器の情報も反映し、
表示提供することが望まれていた。

【０００７】但し、抽出臓器の情報が診断に支障を来す
位置に表示される場合には、その表示について実行／不
実行を選択できる機能も望まれていた。

【０００８】つまり、医療現場では、術後に切除部をス
ライスするなどして生検する作業を行ってきたが、その
作業をコンピュータ上でシミュレーションすることと、
切除部以外の情報も含まれた断面が表示されるため、純
粋に切除部のみの断面を観察することが困難であったの
でこの技術課題が解決されることが望まれていた。

【０００９】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のみの三次元画像を
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。

【００１０】

【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複数枚の二次元画像を用いて臓
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を前記複数枚の二次元画像分得
て、該得られた臓器抽出領域の積み上げ三次元画像を構
成するステップと、該構成された積み上げ三次元画像を
前記表示装置に表示させ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。

【００１１】また、医用画像診断装置にて得た被検体の
複数枚の二次元画像を用いて臓器の特定領域を抽出し表
示装置に表示する臓器の特定領域抽出表示装置におい
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
抽出された領域を前記複数枚の二次元画像分得て、該得
られた臓器抽出領域の積み上げ三次元画像を構成する手
段と、該構成された積み上げ三次元画像を前記表示装置
に表示させ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。

【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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】また、図１４に示すように切り出し画像１
４０と同様の処理を行った画像を、積み上げた積み上げ
三次元画像１４１の内部には、上記作成された領域と重
なる領域のみの三次元データ１４２が作成される。な
お、積み上げ三次元画像の構成の方法は特公平07-08938
0号公報に開示されたものである。

【００３９】すなわち、１４２に対して任意切断面画像
や、最大値投影画像、最小値投影画像、サーフェイスレ
ンダリング画像やボリュームレンダリング画像を再構成
することができる。これらの画像は、臨床における生検
と同等の状況をシミュレーションするために最適な画像
となる。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】また、臓器の特定抽出領域結果の三次元的
領域と重なる領域の医用画像診断装置より得られる画像
領域を抽出して表示してもよい。

【００４３】また、医用画像診断装置より得られる画像
を３次元的に積み上げ、積み上げ３次元画像を作成し、
任意の方向に割面を入れ、その断面をいわゆるＭＰＲ表
示してもよい。

【００４４】また、医用画像診断装置より得られる画像
を３次元的に積み上げ、任意の方向からその３次元的に
積み上げた画像データの奥行き方向に検索を行い、最大
画素値、もしくは最小画素値を表示する画像表示方法の
結果である画像データを表示してもよい。

【００４５】また、医用画像診断装置より得られる画像
を３次元的に積み上げ、積み上げ３次元画像を作成し、
しきい値や各画素値に任意の不透明度を与えて三次元的
に可視化を行う画像再構成方法により作成される画像を
表示してもよい。

【００４６】

【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。

【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。

【図１４】図２で得られた切除領域

【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 １４０ 領域抽出データ １４１ 積み上げ三次元領域抽出画像 １４２ 抽出領域三次元画像

Claims (3)

【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複数
   枚の二次元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を前
   記複数枚の二次元画像分得て、該得られた臓器抽出領域
   の積み上げ三次元画像を構成するステップと、該構成さ
   れた積み上げ三次元画像を前記表示装置に表示させるス
   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】 前記抽出ステップに抽出された特定の条
   件を満たす組織情報に連なる領域に含まれる他の臓器の
   情報の表示/非表示を設定するステップと、該設定され
   た表示/非表示に基づき前記積み上げ三次元画像と前記
   他臓器情報とを前記表示装置に表示させるステップとを
   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】 医用画像診断装置にて得た被検体の複数
   枚の二次元画像を用いて臓器の特定領域を抽出し表示装
   置に表示する臓器の特定領域抽出表示装置において、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
   れた領域を前記複数枚の二次元画像分得て、該得られた
   臓器抽出領域の積み上げ三次元画像を構成する手段と、
   該構成された積み上げ三次元画像を前記表示装置に表示
   させ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。