JP2005304936A

JP2005304936A - 多断面再構築画像生成装置

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Publication number: JP2005304936A
Application number: JP2004128489A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Akimoto; 俊也秋本; Junichi Onishi; 順一大西
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2004-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-11-04
Anticipated expiration: 2024-04-23
Also published as: JP4190454B2

Abstract

【課題】目的臓器を容易に視認可能なＭＰＲ画像を生成する。
【解決手段】ＭＰＲ画透視度増減ボタン３０ａ及び管腔臓器抽出結果画像透視度増減ボタン３０ｂを操作することでＭＰＲ画像２５及び気管支断層画像２７の透視度を任意に増減することが可能であり、ＣＴ画像データに基づいた気管支のセグメンテーションである気管支断層画像２７を所望の強調度でＭＰＲ画像２５上に重畳表示することで、術者が通常のＭＰＲ画像２５を観察中に、ＭＰＲ画像２５上での気管支の位置を確認することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、被検体の３次元領域の画像データに基づき多断面再構築画像を生成する多断面再構築画像生成装置に関する。

近年、画像による診断が広く行われるようになっており、例えばＸ線ＣＴ（ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等により被検体の断層像を撮像することにより被検体内に３次元画像データを得て、該３次元画像データを用いて目的の診断が行われるようになってきた。

ＣＴ装置では、Ｘ線照射・検出を連続的に回転させつつ被検体を体軸方向に連続送りすることにより、被検体の３次元領域について螺旋状の連続スキャン（ヘリカルスキャン：ｈｅｌｉｃａｌｓｃａｎ）を行い、３次元領域の連続するスライスの断層像から、３次元画像を作成することが行われる。

そのような３次元画像の１つに、肺の気管支の３次元像がある。気管支の３次元像は、例えば肺癌等が疑われる異常部の位置を３次元的に把握するのに利用される。そして、異常部を生検によって確認するために、気管支内視鏡を挿入して先端部から生検針や生検鉗子等を出して組織のサンプル（ｓａｍｐｌｅ）を採取することが行われる。

気管支のように、多段階の分岐を有する体内の管路では、異常部の所在が分岐の末梢に近いとき、内視鏡の先端を短時間で正しく目的部位に到達させることが難しいために、例えば特開２０００−１３５２１５号公報等では、被検体の３次元領域の画像データに基づいて前記被検体内の管路の３次元像を作成し、前記３次元像上で前記管路に沿って目的点までの経路を求め、前記経路に沿った前記管路の仮想的な内視像を前記画像データに基づいて作成し、前記仮想的な内視像を表示することで、気管支内視鏡を目的部位にナビゲーションする装置が提案されている。
特開２０００−１３５２１５号公報

しかしながら、特開２０００−１３５２１５号公報では目的点までの経路を求めるとしているが、ＣＴ装置からの３次元画像データを用いて目的点までの経路を求める場合、例えばＭＰＲ画像（多断面再構築画像）上で関心領域（患部）を視認しながら、目的臓器内で経路の始点、終点等を指定する必要があるが、ＭＰＲ画像は白黒のモノトーン画像であるので、このような白黒のモノトーン画像のＭＰＲ画像上で目的臓器を視認することが難しいといった問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、目的臓器を容易に視認可能なＭＰＲ画像を生成することのできる多断面再構築画像生成装置を提供することを目的としている。

本発明の多断面再構築画像生成装置は、被検体の３次元領域の画像データに基づき、前記被検体内の多断面再構築画像を生成する多断面再構築画像生成手段と、前記被検体の前記３次元領域の画像データに基づき、所定の管腔臓器の前記３次元領域の形状に関する情報を抽出する管腔臓器情報抽出手段と、前記多断面再構築画像上に前記管腔臓器抽出結果を反映させた管腔臓器抽出結果画像を重畳する管腔臓器抽出結果画像重畳手段とを備えて構成される。

本発明によれば、目的臓器を容易に視認可能なＭＰＲ画像を生成することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図２０は本発明の実施例１に係わり、図１は気管支挿入支援システムの構成を示す構成図、図２は図１の挿入支援装置による挿入支援データの生成処理の流れを示すフローチャート、図３は図２の処理で展開される患者情報選択画面を示す図、図４は図２の処理で展開されるルート設定画面を示す図、図５は図４の気管支断層画像及びＭＰＲ画像の表示方法の特徴を説明する第１の図、図６は図４の気管支断層画像及びＭＰＲ画像の表示方法の特徴を説明する第２の図、図７は図４の気管支断層画像及びＭＰＲ画像の表示方法の特徴を説明する第３の図、図８は図４の気管支断層画像及びＭＰＲ画像の表示方法の特徴を説明する第４の図、図９は図２のルート設定処理の流れを示す第１のフローチャート、図１０は図２のルート設定処理の流れを示す第２のフローチャート、図１１は図９及び図１０の処理を説明する第１の図、図１２は図９及び図１０の処理を説明する第２の図、図１３は図９及び図１０の処理を説明する第３の図、図１４は図９及び図１０の処理を説明する第４の図、図１５は図９及び図１０の処理を説明する第５の図、図１６は図９及び図１０の処理を説明する第６の図、図１７は図９及び図１０の処理を説明する第７の図、図１８は図９及び図１０の処理を説明する第８の図、図１９は図９及び図１０の処理を説明する第９の図、図２０は図１の挿入支援装置により生成される挿入支援画面を示す図である。

図１に示すように、本実施の形態の気管支挿入支援システム１は、気管支内視鏡装置３と、挿入支援装置５とから構成される。

挿入支援装置５はＣＴ画像データに基づき気管支内部の仮想の内視像（以下、ＶＢＳ画像と記す）を生成すると共に気管支内視鏡装置３により得られる内視鏡画像（以下、ライブ画像と記す）とＶＢＳ画像を合成してモニタ６に表示し気管支内視鏡装置３の気管支へ挿入支援を行う。

また、気管支内視鏡装置３は、図示はしないが、撮像手段を有する気管支鏡と、気管支鏡に照明光を供給する光源と、気管支鏡からの撮像信号を信号処理するカメラコントロールユニット等から構成され、気管支鏡を患者体内の気管支に挿入し気管支内を撮像し気管支末端の目的組織を生検すると共に、ライブ画像とＶＢＳ画像を合成してモニタ７に表示する。

モニタ７はタッチパネルからなる入力部８が設けられ、挿入手技を行いながら容易にタッチパネルからなる入力部８を操作することが可能となっている。

挿入支援装置５は、患者のＸ線断層像を撮像する図示しない公知のＣＴ装置で生成された３次元画像データを、例えばＭＯ（ＭａｇｎｅｔｉｃＯｐｔｉｃａｌｄｉｓｋ）装置やＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｋ）装置等、可搬型の記憶媒体を介して取り込むＣＴ画像データ取り込み部１１と、ＣＴ画像データ取り込み部１１によって取り込まれたＣＴ画像データを格納するＣＴ画像データ格納部１２と、ＣＴ画像データ格納部１２に格納されているＣＴ画像データの所定臓器である気管支の３次元情報であるセグメンテーションを抽出する臓器抽出部２０と、ＣＴ画像データ格納部１２に格納されているＣＴ画像データに基づきＭＰＲ画像（多断面再構築画像）を生成すると共に臓器抽出部２０が抽出した気管支の気管支断層画像をＭＰＲ画像に重畳表示するＭＰＲ画像生成部１３と、ＭＰＲ画像生成部１３が生成したＭＰＲ画像を有する後述するルート設定画面を生成し気管支内視鏡装置３の気管支への支援ルート（以下、単にルートと記す）を設定するルート設定部１４と、ＣＴ画像データ格納部１２に格納されているＣＴ画像データに基づきルート設定部１４によって設定されたルートの連続したＶＢＳ画像をフレーム単位で生成するＶＢＳ画像生成部１５と、ＶＢＳ画像生成部１５が生成したＶＢＳ画像を格納するＶＢＳ画像格納部１６と、気管支内視鏡装置３からの撮像信号及び入力部８からの入力信号を入力し、ライブ画像、ＶＢＳ画像及び複数のサムネイルＶＢＳ画像からなる後述する挿入支援画面を生成する画像処理部１７と、ルート設定部１４が生成したルート設定画面及び画像処理部１７が生成した挿入支援画面をモニタ６に表示させる画像表示制御部１８と、ルート設定部１４に対して設定情報を入力するキーボード及びポインティングデバイスからなる入力装置１９とから構成される。

気管支内視鏡装置３は、挿入支援装置５の画像処理部１７からＶＢＳ画像及びサムネイルＶＢＳ画像を受け取りライブ画像と合成してモニタ７に表示すると共に、モニタ７のタッチセンサからなる入力部８からの入力情報を挿入支援装置５の画像処理部１７に出力するようになっている。

なお、ＣＴ画像データ格納部１２及びＶＢＳ画像格納部１６は、１つのハードディスクによって構成してもよく、また、ＭＰＲ画像生成部１３、ルート設定部１４、ＶＢＳ画像生成部１５及び画像処理部１７は１つの演算処理回路で構成することができる。また、ＣＴ画像データ取り込み部１１はＭＯあるいはＤＶＤ等の可搬型の記憶媒体を介してＣＴ画像データを取り込みとしたが、ＣＴ装置あるいはＣＴ画像データを保存している院内サーバが院内ＬＡＮに接続されている場合には、ＣＴ画像データ取り込み部１１を該院内ＬＡＮに接続可能なインターフェイス回路により構成し、院内ＬＡＮを介してＣＴ画像データを取り込むようにしてもよい。

このように構成された本実施例の作用について説明する。

図２に示すように、気管支内視鏡装置３による観察・処置に先立ち、挿入支援装置５は、ステップＳ１にてＣＴ画像データ取り込み部１１によりＣＴ装置で生成された患者のＣＴ画像データを取り込み、ステップＳ２にて取り込んだＣＴ画像データをＣＴ画像データ格納部１２に格納する。

ステップＳ３にてルート設定部１４によりモニタ６に図３に示すような患者情報選択画面２２を表示し、患者情報選択画面２２にて患者情報を選択する。そして患者情報選択画面２２のルート設定ボタン２３を入力装置１９の操作によるポインタ２４で選択することで、ステップＳ４にて選択された患者の例えば３つの異なる多断面像からなるＭＰＲ画像がＭＰＲ画像生成部１３において生成され、図４に示すようなアキシャル画像２５ａ、コロナル画像２５ｂ、サジタル画像２５ｃからなるＭＰＲ画像２５とルート情報を表示するルート情報画面２８とを有するルート設定画面２６がモニタ６に表示される。

なお、ルート設定部１４での患者情報選択画面２２による患者情報の選択は、入力装置１９により患者を識別する患者ＩＤを入力することで行われる。

次に、ステップＳ５にて、臓器抽出部２０によりＣＴ画像データ格納部１２に格納されているＣＴ画像データの所定臓器である気管支が抽出され、抽出した気管支の気管支断層画像２７が生成されて、ＭＰＲ画像生成部１３に出力され、図４のようにＭＰＲ画像２５上に抽出した気管支の気管支断層画像２７を重畳表示する。

なお、ＭＰＲ画像２５のアキシャル画像２３ａ、コロナル画像２５ｂ、サジタル画像２５ｃの各画像は例えば白黒画像からなり、重畳する気管支断層画像２７は青色画像（図４では斜線ハッチングした画像）により表示され、ＭＰＲ画像２５のアキシャル画像２５ａ、コロナル画像２５ｂ、サジタル画像２５ｃの各画像と気管支断層画像２７とを視覚的に識別可能に表示する。

次に、ステップＳ６でルート設定画面２１上で後述するルート設定処理を行い、気管支での気管支鏡の挿入支援のルートを設定する。

挿入支援のルートが設定されると、ステップＳ７でＶＢＳ画像生成部１５により設定した全ルートの連続したＶＢＳ画像をフレーム単位で生成し、ステップＳ８で生成したＶＢＳ画像をＶＢＳ画像格納部１６に格納する。

上記のステップＳ１〜Ｓ８の処理により、気管支鏡による観察・処置時の挿入支援装置５による挿入支援の準備が完了する。

ここで、図４に示した重畳した気管支断層画像２７及びＭＰＲ画像２５の表示方法の特徴を図４ないし図８を用いて説明する。

図４のルート設定画面２６において、ルート情報エリア２８上の透視度設定ボックス３０を入力装置１９を用いてポインタ２４で操作し、ＭＰＲ画像２５と重畳する管腔臓器抽出結果画像である気管支断層画像２７のモニタ６上でのそれぞれの透視度を設定することが可能であって、図４はＭＰＲ画像２５及び気管支断層画像２７の透視度を共に０％としたときの表示例を示す。

詳細には、透視度設定ボックス３０には、ＭＰＲ画透視度増減ボタン３０ａ及び管腔臓器抽出結果画像透視度増減ボタン３０ｂが設けられており、ＭＰＲ画透視度増減ボタン３０ａ及び管腔臓器抽出結果画像透視度増減ボタン３０ｂを入力装置１９を用いてポインタ２４で操作することでＭＰＲ画像２５及び気管支断層画像２７の透視度を増減することができるようになっている。

図５はＭＰＲ画像２５の透視度を０％、気管支断層画像２７の透視度を５０％としたときの表示例であり、図６はＭＰＲ画像２５の透視度を０％、気管支断層画像２７の透視度を１００％としたときの表示例である。図４ないし図６のように、気管支断層画像２７の透視度を可変することで、ＭＰＲ画像２５上で気管支断層画像２７の強調表示（図４、図５）や、気管支断層画像２７をＭＰＲ画像２５に同化した同化表示（図６）を行うことができる。

図７はＭＰＲ画像２５の透視度を５０％、気管支断層画像２７の透視度を０％としたときの表示例であり、図８はＭＰＲ画像２５の透視度を１００％、気管支断層画像２７の透視度を０％としたときの表示例である。図４、図７及び図８のように、ＭＰＲ画像２５の透視度を可変することで、ＭＰＲ画像２５上での気管支断層画像２７の強調表示（図４、図７）や気管支断層画像２７のみの気管支単独表示（図８）を行うことができる。

このようにＭＰＲ画透視度増減ボタン３０ａ及び管腔臓器抽出結果画像透視度増減ボタン３０ｂを操作することでＭＰＲ画像２５及び気管支断層画像２７の透視度を任意に増減することが可能であり、ＣＴ画像データに基づいた気管支の管腔臓器抽出結果である気管支断層画像２７を所望の強調度でＭＰＲ画像２５上に重畳表示することで、術者が通常のＭＰＲ画像２５を観察中に、ＭＰＲ画像２５上での気管支の位置を確認することができる。

なお、気管支に限らず、例えば腸管、胆道等の他の管腔臓器の位置をＭＰＲ画像２５で確認する場合にも適用できることはいうまでもない。

次に、ルート設定部１４における上記ステップＳ６のルート設定処理を図９ないし図１９を参照して説明する。

図９に示すように、ステップ２１にてＭＰＲ画像上において気管支挿入支援の終点の位置のマーカーを取得する。具体的には、図１１に示すように、例えばＭＰＲ画像２５のアキシャル画面２５ａ上をポインタ２４によりクリックすると、クリックした位置にマーカ１００が表示される。このとき、コロナル画像２５ｂ、サジタル画像２５ｃの各画像上にも対応する位置にマーカ１００が表示される。

ルート情報エリア２８上の追加ボタン１１１をポインタ２４で選択すると、ルート設定部１４は、アキシャル画面２５ａ、コロナル画像２５ｂ、サジタル画像２５ｃで指定されたマーカ１００の３次元座標を取得する。

マーカ１００は、図１２に示すように、ポインタ２４がクリックした点を示すマーク点１００ａと、ＭＰＲ画像２５上でマーク点１００ａが視認可能なようにマーク点１００ａを含む所定領域を示す領域ライン１００ｂとから構成される。従って、術者はＭＰＲ画像２５上で領域ライン１００ｂを視認することで容易にマーカ１００の位置を確認できる。

そして、ステップ２２にてマーカ１００が気管支内にあるかどうかを判断し、気管支内にある場合には、ステップ２３にて通過点リストにマーク点が登録される。気管支内にない場合には、ステップ２８にて図１９に示すような確認ウインドウ１４０が表示される。術者は、マーク点を気管支の外に指定したときには、「はい」を選択すると、通過点リストにマーク点が登録される。通過点リストに登録されたマーカ１００の３次元座標は、ルート情報エリア２８上の登録情報エリア１１２（図１１及び図１４参照）に番号が付されて表示される。

また、図１３に示すような通過点確認ウインドウ１０５を表示してもよい。この通過点確認ウインドウ１０５は、３次元表示した気管支像１０６上のマーカ１００を確認するためのウインドウであって、通過点確認ウインドウ１０５により術者はマーカ１００が所定の気管支内の位置にマークされたかどうか判断する。

そして、所望の位置まで通過点のマーカ１００を通過点リストに登録する処理を繰り返す。

図１４は５点の通過点が登録された後、新たに６点目の通過点をマーカ１００により指定した状態を示しており、図１４のＭＰＲ画像２５上に示すように登録済みの５点の通過点１００ａは例えば緑色の点として表示される。また、通過点確認ウインドウ１０５では、登録済みの５点の通過点１００ａは例えば緑色の点として、６点目の通過点１２１は例えば赤色の点として表示される。

なお、例えば、図１４のＭＰＲ画像２５上で６点目の通過点をマーカ１００を指定した際に、図１６に示す通過点確認ウインドウ１０５により、術者が気管支像１０６で前回指定した通過点位置に対して挿入支援に適さない気管支内位置に現通過点１２１がマークされたと判断すると、図１４のルート情報エリア２８上の削除ボタン１１４をポインタ２４により選択することで、マーカ１００の指定を解除することができる。なお、全削除ボタン１１５を選択すると現通過点１２１を含む全ての通過点が削除される。

このようにして、図１７に示す通過点確認ウインドウ１０５のように、終点１０７から挿入支援を開始する所望の始点１２５に至る間に所望の通過点を通過点リストに登録した後、術者は通過点の補間が必要かどうかを判断する。

経路補間ボタン１１６が選択されると、図１０のステップＳ２６にて所定の補間処理（例えば通過点間を直線補間）する。

なお、この補間処理では、気管支内にある通過点間を所定間隔で複数の仮想点を補うことで補間を行うが、仮想点の補間間隔はルート情報エリア２８上の補間間隔ボックス１１７で任意に設定することが可能となっている。

そして、ステップＳ２７にて仮想点を含む通過点からなるルート１３０が通過点リストに登録される。

しかし、ステップＳ２７にて登録された通過点は必ずしも気管支内にあるとは限らない。そこで補間処理を実施した場合は、ステップＳ２７の処理後に、ステップＳ２９にて気管支内にない通過点を通過点リストから削除し処理を終了し、図１８に示す通過点確認ウインドウ１０５にルート１３０が表示される。

上記のようにルート設定部１４によりルート１３０が設定されると、図２のステップＳ７の処理に移行する。上述したように、ステップＳ７でＶＢＳ画像生成部１５により設定したルート１３０の連続したＶＢＳ画像をフレーム単位で生成し、ステップＳ８で生成したＶＢＳ画像をＶＢＳ画像格納部１６に格納する。

このようにしてルート設定がなされた挿入支援装置５及び気管支内視鏡装置３による観察・処置時の挿入支援に用いれれる挿入支援画面について、説明を簡略化するためルートの分岐点が１０カ所の場合を例に説明する。

挿入支援装置５による挿入支援下での気管支内視鏡検査を開始すると、モニタ６に図２０に示すような挿入支援画面１５１を表示する。

この挿入支援画面１５１は、気管支内視鏡装置３からのライブ画像１５２ａを表示する内視鏡ライブ画像表示エリア１５２と、ＶＢＳ画像像１５３ａを表示するＶＢＳ画像表示エリア１５３と、ルートの全ての分岐点でのＶＢＳ画像像１５３ａを縮小して分岐サムネイルＶＢＳ画像１５４（ａ）〜１５４（ｊ）として表示する分岐サムネイルＶＢＳ画像エリア１５４とからなり、ＶＢＳ画像表示エリア１５３にはルートの最初の分岐点のＶＢＳ画像１５３ａが表示され、分岐サムネイルＶＢＳ画像エリア１５４には全ての分岐点での分岐サムネイルＶＢＳ画像１５４（ａ）〜１５４（ｊ）が表示される。

なお、ＶＢＳ画像１５３ａにはルートに進む経路穴にナビマーカ１５５を重畳して表示している。また、ＶＢＳ画像表示エリア１５３に表示されるＶＢＳ画像１５３ａと同じ分岐サムネイルＶＢＳ画像の枠が太枠あるいはカラー表示され、他の分岐サムネイルＶＢＳ画像と識別可能となっており、術者はＶＢＳ画像表示エリア１５３に表示されるＶＢＳ画像がどの分岐の画像かを容易に認識できるようになっている。最初の段階では分岐サムネイルＶＢＳ画像１５４（ａ）の枠が太枠あるいはカラー表示される。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る気管支挿入支援システムの構成を示す構成図図１の挿入支援装置による挿入支援データの生成処理の流れを示すフローチャート図２の処理で展開される患者情報選択画面を示す図図２の処理で展開されるルート設定画面を示す図図４の気管支断層画像及びＭＰＲ画像の表示方法の特徴を説明する第１の図図４の気管支断層画像及びＭＰＲ画像の表示方法の特徴を説明する第２の図図４の気管支断層画像及びＭＰＲ画像の表示方法の特徴を説明する第３の図図４の気管支断層画像及びＭＰＲ画像の表示方法の特徴を説明する第４の図図２のルート設定処理の流れを示す第１のフローチャート図２のルート設定処理の流れを示す第２のフローチャート図９及び図１０の処理を説明する第１の図図９及び図１０の処理を説明する第２の図図９及び図１０の処理を説明する第３の図図９及び図１０の処理を説明する第４の図図９及び図１０の処理を説明する第５の図図９及び図１０の処理を説明する第６の図図９及び図１０の処理を説明する第７の図図９及び図１０の処理を説明する第８の図図９及び図１０の処理を説明する第９の図図１の挿入支援装置により生成される挿入支援画面を示す図

符号の説明

１…気管支挿入支援システム
３…気管支内視鏡装置
５…挿入支援装置
６，７…モニタ
８…入力部
１１…ＣＴ画像データ取り込み部
１２…ＣＴ画像データ格納部
１３…ＭＰＲ画像生成部
１４…ルート設定部
１５…ＶＢＳ画像生成部
１６…ＶＢＳ画像格納部
１７…画像処理部
１８…画像表示制御部
１９…入力装置
２０…臓器抽出部
２５…ＭＰＲ画像
２７…気管支断層画像
３０…透視度設定ボックス
３０ａ…ＭＰＲ画透視度増減ボタン
３０ｂ…管腔臓器抽出結果画像透視度増減ボタン
代理人弁理士伊藤進

Claims

被検体の３次元領域の画像データに基づき、前記被検体内の多断面再構築画像を生成する多断面再構築画像生成手段と、
前記被検体の前記３次元領域の画像データに基づき、所定の管腔臓器の前記３次元領域の形状に関する情報を抽出する管腔臓器情報抽出手段と、
前記多断面再構築画像上に前記管腔臓器抽出結果を反映させた管腔臓器抽出結果画像を重畳する管腔臓器抽出結果画像重畳手段と
を備えたことを特徴とする多断面再構築画像生成装置。
前記多断面再構築画像上に重畳した前記管腔臓器抽出結果画像の透視度を可変する管腔臓器抽出結果透視度可変手段
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の多断面再構築画像生成装置。
前記管腔臓器抽出結果画像を重畳した前記多断面再構築画像の透視度を可変する多断面再構築画像透視度可変手段
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の多断面再構築画像生成装置。