JP2010178906A - 医用画像処理装置、画像診断装置および医用画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】血管の外壁を高精度で描出することが可能な医用画像処理装置、画像診断装置および医用画像処理プログラムを提供することである。
【解決手段】医用画像処理装置は，被検体の血管画像ボリュームデータから画素値に基づいて血管の内壁面位置を特定し、特定した前記内壁面位置、前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の変化点位置および前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の連続性を利用して前記血管の外壁面位置を特定する血管壁特定手段と、特定した前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置を表示装置に表示させる血管壁表示手段とを備える。
【選択図】 図４

Description

本発明は、血管の外壁を高精度で描出することが可能な医用画像処理装置、画像診断装置および医用画像処理プログラムに関する。

従来、X線CT(computed tomography)装置やMRI（Magnetic Resonance Imaging）等の画像診断装置を利用して血管を描出して分析する技術が診断に用いられている。例えば、血管を含む画像データにおける血管壁の厚み方向の輝度分布に基づいて血管の外膜と内膜を描出する医用画像診断装置が考案されている（例えば特許文献１参照）。また、医用画像において、血管等の曲線構造を選択できるようにした画像処理方法も考案されている（例えば特許文献２参照）。

特開２００８−１６１２２０号公報 特開２００２−２６９５３８号公報

しかしながら、近年、臨床的には血管内壁と外壁の間における状態を示す情報が重要な意味を占めていると言われている。これに対して、臨床医等のユーザの要求を充分に満たせるように、十分な精度と信頼性で血管内壁と外壁との間における情報を提示したり解析することが可能な技術が存在しない。このため、特に血管の外壁について高精度で描出する技術の開発が望まれる。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、血管の外壁を高精度で描出することが可能な医用画像処理装置、画像診断装置および医用画像処理プログラムを提供することを目的とする。

また、本発明の別の目的は、血管内壁と外壁との間における病変部位をより良好な精度で推定し、推定した病変部位を表示することが可能な医用画像処理装置、画像診断装置および医用画像処理プログラムを提供することである。

本発明に係る医用画像処理装置は、上述の目的を達成するために、被検体の血管画像ボリュームデータから画素値に基づいて血管の内壁面位置を特定し、特定した前記内壁面位置、前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の変化点位置および前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の連続性を利用して前記血管の外壁面位置を特定する血管壁特定手段と、特定した前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置を表示装置に表示させる血管壁表示手段とを備えるものである。

また、本発明に係る画像診断装置は、上述の目的を達成するために、被検体の血管画像ボリュームデータを収集する画像データ収集手段と、前記血管画像ボリュームデータから画素値に基づいて血管の内壁面位置を特定し、特定した前記内壁面位置、前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の変化点位置および前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の連続性を利用して前記血管の外壁面位置を特定する血管壁特定手段と、特定した前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置を表示させる血管壁表示手段とを備えるものである。

また、本発明に係る医用画像処理プログラムは、上述の目的を達成するために、コンピュータを、被検体の血管画像ボリュームデータから画素値に基づいて血管の内壁面位置を特定し、特定した前記内壁面位置、前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の変化点位置および前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の連続性を利用して前記血管の外壁面位置を特定する血管壁特定手段および特定した前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置を表示装置に表示させる血管壁表示手段として機能させるものである。

本発明によれば、血管の外壁を高精度で描出することができる。

また、血管内壁と外壁との間における病変部位をより良好な精度で推定し、推定した病変部位を表示することができる。

本発明に係る画像診断装置の実施の形態を示す機能ブロック図。 図１に示す画像診断装置により、被検体の血管画像データを収集し、血管の内壁と外壁との間における病変部位を推定して危険度に応じて段階的に識別表示させる際の流れを示すフローチャート。 図１に示す画像診断装置の医用画像処理装置における画像処理によって生成される画像データを示す図。 図１に示す医用画像処理装置の血管外壁面抽出部における血管外壁面位置の算出方法の一例を説明する図。 図４に示す法線ベクトル上において移動したある注目点に隣接するピクセルを示す図。 図４に示す方法で算出された血管外壁面位置に対する補正方法の一例を説明する図。 異常部位を危険度に応じて異なる色を用いて表示させた血管画像の一例を示す図。 図１に示す画像表示ユニットにおける血管壁の展開画像データの生成方法の一例を示す図。 図１に示す画像表示ユニットにおいて生成された血管壁の展開画像および血管のクロスカット画像を表示させた例を示す図。

本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

（構成および機能）
図１は本発明に係る画像診断装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。

画像診断装置１は、被検体の血管を含む３次元画像データを収集し、収集した３次元画像データに対して血管に関する情報を取得するための画像処理を行う機能を備えている。そのため、画像診断装置１は、センサ２、ボリュームデータ生成システム３およびボリュームデータ管理部４を備えている。画像診断装置１の例としては、X線CT装置、MRI装置、超音波診断装置、PET (positron emission computed tomography)装置やSPECT (single photon emission computed tomography)装置等の核医学診断装置が挙げられる。画像診断装置１がX線CT装置である場合には、被検体にX線を照射するX線管および被検体を透過したX線を検出するX線検出器が備えられる。

また、画像診断装置１には、医用画像処理装置５が内蔵される。ただし、ネットワークを介して医用画像処理装置５を画像診断装置１と接続してもよい。医用画像処理装置５には、医用画像処理装置５に指示情報や操作情報を入力するための入力装置６および医用画像処理装置５において生成された画像データを表示するためのモニタ７が接続される。

センサ２は、被検体から血管を含む３次元画像データの生成に必要なデータを収集する機能を有する。画像診断装置１がX線CT装置である場合には、センサ２はX線を検出するX線検出器となり、画像診断装置１がMRI装置である場合には、センサ２は磁気共鳴信号を収集するためのRF (radio frequency)コイルとなる。

ボリュームデータ生成システム３は、被検体からの検出データをセンサ２から取得し、取得した検出データに対するデータ処理によって被検体の血管を含む３次元画像データを血管画像ボリュームデータとして生成する機能と、生成した血管画像ボリュームデータをボリュームデータ管理部４に書き込む機能を有する。

ボリュームデータ管理部４は、ボリュームデータ生成システム３によって生成された血管画像ボリュームデータを管理し、保存する機能を有する。

また、必要に応じて造影剤注入装置８が画像診断装置１に備えられる。造影剤注入装置８は、被検体に造影剤を注入する機能を備えている。このため、画像診断装置１がX線CT装置である場合には、造影剤を被検体に注入することによってボリュームデータ生成システム３において血管造影(DSA: digital subtraction angiography) CT画像ボリュームデータを生成することができる。また、造影剤を注入してMRI装置を用いてイメージングスキャンすることにより造影磁気共鳴血管撮影(MRA: magnetic resonance angiography）画像ボリュームデータを生成することもできる。逆に、MRI装置を用いて非造影MRA画像ボリュームデータを生成することもできる。

医用画像処理装置５は、被検体の血管領域を含む血管画像ボリュームデータに対して画像処理を施すことにより、血管の内壁面（内膜）の位置および外壁面（外膜）の位置を検出する機能、血管の内壁と外壁間における体積等の血管情報を計算する機能、血管情報と予め設定された条件に基づいて血管の病変領域を推定して表示させる機能を有する。

そのために、医用画像処理装置５は、血管画像ボリュームデータロード部９、血管内腔領域抽出部１０、血管芯線抽出部１１、血管内壁面抽出部１２、狭窄判定部１３、正常内壁面作成部１４、正常内壁面合成部１５、血管外壁面抽出部１６、血管壁内領域抽出部１７、壁面領域内分析ユニット１８、画像表示ユニット１９および画像表示制御ユニット２０を有する。壁面領域内分析ユニット１８は、濃度分布分析部１８Ａおよび体積比較分析部１８Ｂを有する。画像表示ユニット１９は、色情報作成部１９Ａ、形状情報処理部１９Ｂおよび表示画像作成部１９Ｃを有する。色情報作成部１９Ａには、COLOR TABLE１９Ｄが備えられる。表示画像作成部１９Ｃは、３次元(3D: three-dimensional)処理部１９Ｅ、断面変換(MPR: multi-planar reconstruction)部１９Ｆおよび展開画像作成部１９Ｇを有する。画像表示制御ユニット２０は、表示条件設定部２０Ａ、表示レイアウト設定部２０Ｂ、画像情報表示部２０Ｃおよび展開条件設定部２０Ｄを有する。

このような構成および機能を有する医用画像処理装置５は、コンピュータにアプリケーションソフトウェア（プログラム）を読み込ませることにより構築することができる。ただし、回路を用いて医用画像処理装置５を構成してもよい。

血管画像ボリュームデータロード部９は、ボリュームデータ管理部４から医用画像処理装置５に所望の血管画像ボリュームデータをロードする機能を有する。

血管内腔領域抽出部１０は、血管画像ボリュームデータロード部９により取り込まれた血管画像ボリュームデータの画素値に基づいて血管画像ボリュームデータに含まれる所望の血管の内腔部分の領域を抽出する機能を有する。

血管芯線抽出部１１は、血管内腔領域抽出部１０により抽出された血管内腔領域の幾何学的な位置情報に基づいて血管芯線の位置を算出する機能を有する。

血管内壁面抽出部１２は、血管内腔領域抽出部１０により抽出された血管内腔領域の幾何学的な位置情報に基づいて血管内腔の壁面の位置を算出する機能を有する。

狭窄判定部１３は、血管芯線抽出部１１により算出された血管芯線の位置および血管内壁面抽出部１２により算出された血管内腔壁面の位置に基づいて血管芯線に沿った血管内腔領域の断面の大きさ、つまり血管の太さの変化を求め、求めた血管の太さの変化に基づいて血管の狭窄部分を特定する機能と、特定した狭窄部分の位置情報を正常内壁面作成部１４に、狭窄部分が検出されなかった正常な部分の位置情報を正常内壁面合成部１５に、それぞれ通知する機能を有する。

正常内壁面作成部１４は、狭窄判定部１３により特定された血管の狭窄部位について、正常な血管内壁面の位置を推定する機能を有する。

正常内壁面合成部１５は、正常内壁面作成部１４において推定された狭窄部位における正常時の血管内壁面の位置と、血管内壁面抽出部１２において画素値に対する閾値処理によって抽出された非狭窄部位における血管内壁面の位置とを合成することによって血管全体に亘る正常な場合の内壁面の形状を示す位置情報を作成する機能を有する。

血管外壁面抽出部１６は、正常内壁面合成部１５において作成された血管の正常な場合の内壁面の３次元位置情報と血管内壁面の外側における血管画像ボリュームデータの画素値とに基づいて血管の外壁面の位置を特定する機能を有する。この血管の外壁面位置の特定には、血管の内壁と外壁との間において互いに隣接する部位における画素値が連続性を有するという性質を利用することができる。

血管壁内領域抽出部１７は、血管内壁面抽出部１２において抽出された血管内壁面の位置情報と血管外壁面抽出部１６において抽出された血管外壁面の位置情報とに基づいて血管内壁面と血管外壁面との間における血管壁内領域および/または血管外壁面内における血管外腔領域を抽出する機能を有する。

壁面領域内分析ユニット１８は、血管壁内領域抽出部１７において抽出された血管壁内領域、血管外腔領域および/または血管内腔領域抽出部１０において抽出された血管内腔領域において分析対象となる血管分析領域の造影剤の濃度分布、画素値分布、所望の値の分布の標準偏差、最大値、最小値、中間値等の統計計算値、体積、血管内腔と血管外腔との間における体積比等の異常部位を推定するためのパラメータ情報を算出する機能および算出した情報を分析することにより異常部位を危険度に応じて段階的に特定する機能を有する。そして、壁面領域内分析ユニット１８は、特定した異常部位の領域情報を危険度と関連付けて画像表示ユニット１９に与えるように構成される。

そのため壁面領域内分析ユニット１８の濃度分布分析部１８Ａは、血管分析領域における造影剤の濃度分布を算出し、算出した造影剤の濃度分布を分析することにより異常部位を特定する機能を有し、体積比較分析部１８Ｂは、血管分析領域における体積や血管内腔と血管外腔との間における体積比を算出し、算出した体積情報を分析することにより異常部位を特定する機能を有する。

画像表示ユニット１９は、画像表示制御ユニット２０からの制御情報に従って、壁面領域内分析ユニット１８において特定された異常部位を危険度に応じてモニタ７に識別表示させるための画像処理を行う機能と、画像処理後における表示用の血管の画像データを画像表示制御ユニット２０に与える機能とを有する。

異常部位を危険度に応じてモニタ７に識別表示させるためには、危険度に応じて異なる色を用いて異常部位を表示する方法や、危険度の指標値を異常部位に並列表記させる方法のように、危険度に応じて異なる表示方法で異常部位を表示させる方法により異常部位を表示させればよい。以下、危険度に応じて異なる色を用いて異常部位を表示する場合について説明する。

そのために色情報作成部１９Ａは、色を用いて異常部位の危険度を表示するための色情報を作成する機能を有する。このため、色情報作成部１９ＡのCOLOR TABLE１９Ｄには、予め危険度ごとに異なる色が関連付けられた色情報が保存される。また、形状情報処理部１９Ｂは、血管の内壁、外壁および異常部位の領域の形状を表示するための形状情報を作成する機能を有する。

さらに、表示画像作成部１９Ｃは、画像表示制御ユニット２０からの表示条件および表示レイアウトに従ってモニタ７に表示させるための２次元(2D: two-dimensional)の表示画像データを作成する機能を有する。そのため、3D処理部１９Ｅは、血管の3D画像データに対して最大値投影(MIP： maximum intensity projection）処理や最小値投影(MinIP: minimum intensity projection)処理等の投影処理やSVR (shaded volume rendering)画像、PVR (parallel volume rendering)画像、SR (surface rendering)画像等のレンダリング画像を生成するためのレンダリング処理を施すことによって2D表示画像データを作成する機能を有する。また、MPR部１９Ｆは、血管の3D画像データに対してMPR処理を施すことによってMPR画像データを作成する機能を有する。尚、PVR処理は、データ全体を半透明な2D画像に投影する並列VR (volume rendering)処理である。

さらに、展開画像作成部１９Ｇは、画像表示制御ユニット２０からの表示条件に従って所望の位置および範囲における血管の内壁と外壁との間における血管壁部分を展開して表示させるための画像データを作成する機能を有する。尚、血管壁部分を展開した画像データは、3D画像データであるため、展開した3D血管画像データに対してMIP処理等の投影処理を表示用に行う機能も展開画像作成部１９Ｇに備えられる。

画像表示制御ユニット２０は、画像表示ユニット１９から取得した血管の表示画像データをモニタ７に表示させる機能と、モニタ７に表示された血管の表示画像を参照した入力装置６の操作情報に従って画像表示ユニット１９を制御する機能を有する。このような機能を画像表示制御ユニット２０に設けるためにはGUI（Graphical User Interface）技術を利用することができる。

そのために表示条件設定部２０Ａは、入力装置６からの情報に従って表示画像の表示条件を設定し、設定した表示条件に従って表示画像データを生成するための画像処理が実行されるように画像表示ユニット１９を制御する機能を有する。また、表示レイアウト設定部２０Ｂは、入力装置６からの情報に従って表示レイアウトを設定し、設定した表示レイアウトで表示画像を表示させるための画像処理が実行されるように画像表示ユニット１９を制御する機能を有する。画像情報表示部２０Ｃは、画像表示ユニット１９から取得した血管の表示画像データをモニタ７に表示させる機能を有する。

さらに、展開条件設定部２０Ｄは、入力装置６からの情報に従って血管壁を展開した画像データの展開範囲や展開位置等の条件や表示方法等の展開条件を設定し、設定した展開条件に従って表示画像データを生成するための画像処理が実行されるように画像表示ユニット１９を制御する機能を有する。

（動作および作用）
次に画像診断装置１の動作および作用について説明する。

図２は、図１に示す画像診断装置１により、被検体の血管画像データを収集し、血管の内壁と外壁との間における病変部位を推定して危険度に応じて段階的に識別表示させる際の流れを示すフローチャートであり、図中Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。また、図３は、図１に示す画像診断装置１の医用画像処理装置５における画像処理によって生成される画像データを示す図である。

まずステップＳ１において、被検体のスキャンによって血管画像ボリュームデータが収集され、収集された血管画像ボリュームデータがボリュームデータ管理部４に保存される。尚、造影CT画像ボリュームデータや造影MRA画像ボリュームデータを収集する場合には、必要に応じて造影剤注入装置８により事前に被検体に造影剤が注入される。

より具体的には、画像診断装置１の制御系からの制御信号に従ってセンサ２が駆動し、センサ２により被検体から血管を含む３次元画像データの生成に必要なデータが収集される。次に、ボリュームデータ生成システム３は、被検体からの検出データをセンサ２から取得し、取得した検出データに対するデータ処理によって血管画像ボリュームデータを生成する。生成された血管画像ボリュームデータは、ボリュームデータ管理部４に書き込まれて保存される。

次に、ステップＳ２において、医用画像処理装置５において血管画像ボリュームデータの血管の内腔部分の領域が求められる。

すなわち、血管画像ボリュームデータロード部９は、ボリュームデータ管理部４から医用画像処理装置５に血管造影X線CT画像データやMRA画像データ等の所望の血管画像ボリュームデータをロードする。この血管画像ボリュームデータには、図３(A)に示すような血管部分のデータが含まれている。図３(A)は、プラークや狭窄部分等の病変部が存在する血管画像の例を示している。

次に、血管内腔領域抽出部１０は血管画像ボリュームデータの画素値に基づいて血管画像ボリュームデータを二値化し、血管画像ボリュームデータに含まれる所望の血管の内腔部分の領域を抽出する。例えば、画素値に対して任意の閾値を設定し、閾値で定められる範囲内の画素値を呈する領域を図３(B)に示すような血管内腔領域として抽出することができる。画素値に対する閾値は、入力装置６の操作により可変設定することができる。血管画像ボリュームデータがCT画像の場合には、閾値はHU (Hounsfield Unit)にて設定することができる。

次に、ステップＳ３において、血管芯線抽出部１１は、血管内腔領域抽出部１０により抽出された血管内腔領域の幾何学的な位置情報に基づいて血管内腔領域の中心線を血管芯線として任意の手法で求める。例えば、血管内腔領域の複数の断面の中心位置から特異値を除外し、隣接する中心位置間を線分で結ぶか或いは近似により曲線をフィッティングすることにより図３(C)に示すような血管芯線の位置を算出することができる。

次に、ステップＳ４において、血管内腔領域に狭窄部位が存在する場合には、正常な血管の内壁面の位置が推定される。

すなわち、血管内壁面抽出部１２は、血管内腔領域抽出部１０により抽出された血管内腔領域の境界の位置情報に基づいて血管内腔の壁面の位置を算出する。そして、狭窄判定部１３は、血管芯線抽出部１１により算出された血管芯線の位置および血管内壁面抽出部１２により算出された血管内腔壁面の位置に基づいて血管芯線に沿った血管内腔領域の断面の大きさの変化を求め、求めた血管内腔領域の断面の大きさの変化に基づいて血管の狭窄部分として特定する。例えば、血管内腔壁面の位置と血管芯線の位置との間における距離が閾値をで定められる範囲外となるような血管芯線に沿う方向の範囲を血管の狭窄部分として特定することができる。

次に、正常内壁面作成部１４は、狭窄判定部１３により特定された血管の狭窄部位について、正常な血管内壁面の位置を推定する。例えば、狭窄部分でない血管内腔壁面の位置と血管芯線の位置との間における距離から推定される血管内腔の径、つまり血管の太さと狭窄部位における血管芯線の位置とから狭窄発生前における正常な場合の血管内壁面の位置を算出することができる。さらに、正常内壁面合成部１５は、正常内壁面作成部１４において推定された狭窄部位における正常時の血管内壁面の位置と、血管内壁面抽出部１２において画素値に対する閾値処理によって抽出された非狭窄部位における血管内壁面の位置とを合成することによって図３(D)に示すような血管全体に亘る正常な場合の内壁面の３次元形状を示す位置情報を作成する。

次に、ステップＳ５において、血管外壁面抽出部１６により、正常内壁面合成部１５において作成された血管の正常な場合の内壁面の３次元位置情報と血管内壁面の外側における血管画像ボリュームデータの画素値とに基づいて血管の外壁の位置が抽出される。また、必要に応じて血管外壁面抽出部１６により抽出された血管の外壁の位置が補正される。

例えば、血管の外壁位置の算出は、血管内壁面内における領域の領域拡張処理（モルフォロジオペレーション）および血管の走行方向に沿った血管内壁から外側における濃度変換点の抽出処理によって行うことができる。さらに、必要に応じて算出された血管の外壁位置に対してスムージング処理等の補正処理を施すこともできる。

図４は、図１に示す医用画像処理装置５の血管外壁面抽出部１６における血管外壁面位置の算出方法の一例を説明する図である。

まず、図４(A)に示すように、血管内壁面上における任意の１点を拡張処理開始点として、血管の走行方向を処理方向として、それぞれ決定する。次に、図４(B)の横断面図および図４(C)の斜視図に示すように、拡張処理開始点を注目点とし、正常な場合の血管内壁面の３次元形状情報に基づいて注目点から血管内壁面の外側に向かう法線ベクトルを算出する。法線ベクトルの算出には、診断に有用な精度での血管の外壁位置の抽出を可能とするために、血管芯線に沿う２次元スライス断面画像データではなく、血管内壁面の３次元形状情報を用いることが望ましい。

次に、図４(D)の横断面図および図４(E)の斜視図に示すように、注目点を法線ベクトルに沿って任意の距離、Nピクセル分だけ移動させる。例えばNは0.2、0.5、１程度に設定され、Nの値が小さい程、領域拡張処理の精度を向上させることができる。

次に、図４(F)に示すように移動先の注目点における画素値（CT画像の場合には、CT値または濃淡値）を算出対象に設定する。移動先の注目点における画素値は、図４(G)の拡大図に示すように移動先の注目点から任意の距離、Mピクセル分だけ離れた位置の画素値から補間によって算出することができる。例えばMは0.2、0.5、１程度に設定され、Mの値が小さい程、領域拡張処理の精度を向上させることができる。

そして、このように算出された移動先の注目点における画素値が記録される。さらに、注目点が血管内壁面の周方向および処理方向に沿って順次設定され、同様な計算によって血管内壁面を３次元的な形状を保ったまま法線ベクトル方向にNピクセル分に相当する所望の距離だけ拡張させることができる。

次に、図４(H)に示すように法線ベクトル上において移動した注目点における画素値と移動した注目点に近接する位置の画素値との相異量が法線ベクトルと平行な方向に沿ってチェックされる。ここで、法線ベクトル上において移動した注目点は、血管の内壁と外壁との間の部位を構成する点である。このため、血管の内壁と外壁との間において互いに隣接する部位に対応する位置間では画素値において連続性を有する。従って、血管の内壁と外壁との間において互に隣接する部位に対応する位置間では画素値の差はより小さい値となると考えられる。

そこで、法線ベクトル上において移動した注目点に隣接する位置のうち、移動した注目点の画素値と最も近い画素値を有する位置が、移動後の注目点と連続した形状位置として記録される。尚、移動した注目点に隣接する各位置の全部または一部の画素値が同一とみなせる場合には、法線ベクトルに直交する面上における位置を移動後の注目点と連続した形状位置として記録すればよい。

図５は、図４に示す法線ベクトル上において移動したある注目点に隣接するピクセルを示す図である。

図５に示すように法線ベクトル上において移動したある注目点に近接する位置の数Yは、３次元的にみると３軸方向の26個となる。各位置の幅はMピクセル分の幅となり、法線ベクトル方向における位置間の距離はNピクセル分の幅となる。

そして図５に示すような近接位置のうち注目点における画素値との差分値が最小となる画素値を有する位置を注目点と連続した形状位置として記録することによって、図４(I)に示すような注目点を中心とする連続的な面形状の位置情報を作成することができる。

次に、移動後の注目点がさらに法線ベクトル上において所定の距離だけ移動される。そして、同様な領域拡張処理および形状位置の記録処理が実行される。つまり、注目点の法線ベクトル上における移動、移動後の注目点における画素値の補間による計算、移動後の注目点における画素値に最も近い画素値を有する位置の形状位置としての記録が繰り返し行われる。

そうすると、法線ベクトル方向における画素値（CT画像データの場合はCT値または造影剤濃度の変化点に対応）のプロファイルを求めることにより、画素値の変化点を求めることが可能となる。換言すれば、法線ベクトル上において画素値の変換点が検出されるまで、上述したような処理が繰り返し実行される。

変化点を検出する方法としては、法線ベクトル上において隣接する注目点の画素値の変化量に対する閾値処理を行う方法や隣接する注目点の画素値の変化量の最大値を検出する方法があるが、精度向上のために注目点に近接する位置における画素値も変化点の検出に利用することができる。例えば、図５に示すような注目点および注目点に近接する位置における画素値の全部または一部を分析し、画素値の変化点の個数が最も多くなるような注目点の位置を画素値の変化点とすることもできる。

そして、このように抽出された画素値の変化点を含む２次元微小領域を血管の外壁面として３次元的に記録することができる。ただし、血管が湾曲している場合には、注目点の法線ベクトル方向と注目点に近接する位置における法線ベクトルのなす角度が無視できない程、大きくなる場合がある。このため、抽出された血管の外壁面の連続性が低下する恐れがある。そこで、抽出した血管の外壁面を補正することが精度向上に繋がる。

図６は、図４に示す方法で算出された血管外壁面位置に対する補正方法の一例を説明する図である。

図６(A)に示すように、血管外壁面上における任意の１点を拡張処理開始点として、血管の走行方向を処理方向として、それぞれ決定する。図６(B)の横断面図および図６(C)の斜視図に示すように、拡張処理開始点を注目点とすると、注目点は血管内壁面上の対応点から法線ベクトル方向にシフトした位置となる。ここで、図６(D)の横断面図および図６(E)の斜視図に示すように、注目点の血管内壁面上の対応点に近接する点から近接する点における法線ベクトル方向にシフトした位置、つまり血管外壁面上において近接する注目点の位置を参照する。そうすると、図６(F)の斜視図および図６(G)の拡大図に示すように、血管外壁面上の注目点および近接する注目点それぞれについて近接する位置を含む外壁面が記録されていることとなる。

従って、図６(H)に示すように、血管外壁面上における注目点に近接する位置は、血管外壁面上における注目点の画素値に最も近い値を有する位置として記録されており、血管外壁面上において近接する注目点の位置は、近接する注目点における法線ベクトル方向における画素値の変化点に基づいて検出されていることとなる。つまり、法線ベクトルに沿って近傍位置として抽出された位置情報と、法線ベクトル上の位置として抽出された位置情報が重なって得られている。このため重複して得られた血管外壁面の各位置の差が無視できる程度であれば、いずれの位置も血管外壁面の位置として用いることができる。

しかしながら、血管が湾曲している場合や狭窄部やプラーク等の病変部が存在する場合には、重複して得られた血管外壁面の各位置の差が無視できないほど大きくなる恐れがある。このような場合には、血管外壁面の位置を任意の適切な方法で補正することが望ましい。そこで、重複して得られた血管外壁面の各位置の差に対して予め入力装置６の操作により可変設定された閾値を用いた判定処理を行うことによって、血管外壁面の位置を補正すべきと判定された場合には血管外壁面の位置を補正することができる。

血管外壁面の位置の補正方法としては、例えば、血管外壁面上における注目点の画素値に最も近い値を有する位置として記録された位置と、法線ベクトル上の画素値の変化点として抽出された位置との間の中間位置を血管外壁面上の補正位置とする処理が挙げられる。

そして、上述したような血管外壁面の補正処理を血管の周方向に沿って順次行い、更に血管の走行方向に補正処理を順次実行することによって血管全体の３次元的な外壁面位置の補正を行うことができる。すなわち、
つまり、血管の外壁と内壁との間における近傍位置の画素値の３次元的な連続性を利用して求めた外壁面上の位置と、法線ベクトル上における画素値の勾配の変化点として抽出する位置とがオーバーラップするように血管内壁面上における注目点の位置を設定することにより、画素値の連続性を反映した状態で血管外壁面位置のスムージング処理を実行することが可能となる。このため、狭窄部やプラーク等の病変部が存在したとしてもより高精度で血管の外壁面の位置を３次元的に抽出することが可能となる。

そして、血管の外壁面の位置が特定されると、血管の内壁面位置と外壁面位置がそれぞれ識別可能となる。そこで、血管内壁面抽出部１２において抽出された血管内壁面の位置情報と血管外壁面抽出部１６において抽出された血管外壁面の位置情報とに基づいて血管内壁面と血管外壁面との間における血管壁内領域および/または血管外壁面内における血管外腔領域が血管壁内領域抽出部１７により抽出される。これにより、血管壁内領域、血管外腔領域、血管内腔領域のいずれについても血管分析領域として設定して分析を行うことが可能となる。

そこで、ステップＳ６において、内壁面位置と外壁面位置がそれぞれ識別可能となった血管の画像データが壁面領域内分析ユニット１８により図３(F)に示すように血管の芯線に沿って任意の幅で任意の数に分割される。

次に、ステップＳ７において、壁面領域内分析ユニット１８は、分割された領域毎に、内壁と外壁の間における造影剤の濃度分布、画素値分布、統計計算値、体積、血管内腔と血管外腔との間における体積比等の異常部位を特定するための判定情報を算出する。そして、壁面領域内分析ユニット１８は、算出した判定情報に対してそれぞれ設定された閾値との比較処理や判定情報からの特異値検出処理等の分析処理を行うことにより異常部位を危険度に応じて段階的に特定する。さらに、特定された異常部位の３次元的な形状や異常部位の位置が危険度と関連付けられて壁面領域内分析ユニット１８から画像表示ユニット１９に与えられる。

次に、ステップＳ８において、表示条件に従って異常部位を危険度に応じて識別表示させるための画像処理が画像表示ユニット１９において実行される。血管画像の表示条件は、入力装置６から画像表示制御ユニット２０に情報を入力することにより設定することができる。

例えば、入力装置６から異常部位を危険度に応じた色で着色して血管壁内のVR画像上に識別表示させるという表示条件を画像表示制御ユニット２０に入力することができる。この場合、画像表示制御ユニット２０の表示条件設定部２０Ａは、入力装置６からの情報に従って画像表示ユニット１９を制御する。すなわち、表示条件設定部２０Ａから画像表示ユニット１９に異常部位の危険度に応じた着色表示指示およびVR画像の表示指示が制御情報として与えられる。

そうすると、画像表示ユニット１９の色情報作成部１９Ａは、壁面領域内分析ユニット１８から取得した異常部位の危険度に対応する色をCOLOR TABLE１９Ｄから色情報として取得する。また、形状情報処理部１９Ｂは、壁面領域内分析ユニット１８から取得した血管の内壁面位置、外壁面位置および異常部位の位置情報に基づいて血管の内壁面位置、外壁面位置および異常部位の形状を表示するための形状情報を作成する。

そして、血管の形状情報と異常部位の色情報を関連付けることによって図３(G)に示すように異常部位の位置や形状並びに異常部位の危険度を色にて把握することが可能な血管の画像データを画像表示ユニット１９において作成することができる。

また、表示画像作成部１９Ｃの3D処理部１９Ｅは、血管画像ボリュームデータロード部９から取得した血管画像ボリュームデータを用いてレンダリング処理を行うことによってVR画像データを生成する。

次に、ステップＳ９において、画像表示ユニット１９における画像処理後の表示画像データが画像表示制御ユニット２０の画像情報表示部２０Ｃを通じてモニタ７に表示される。これにより、異常部位の位置や形状並びに異常部位の危険度を色にて把握することが可能な血管の画像がモニタ７に表示される。

図７は、異常部位を危険度に応じて異なる色を用いて表示させた血管画像の一例を示す図である。

図７に示すように、異常部位を危険度に応じて異なる色を用いて着色して視認可能にVR画像上に表示させることができる。このため、ユーザは容易に異常部位の位置や形状並びに異常部位の危険度を把握することができる。

この他、入力装置６からの情報に従って表示レイアウト設定部２０Ｂにおいて設定された表示レイアウトおよび表示条件設定部２０Ａにおいて設定された表示条件でVR画像、MIP画像、MPR画像等の様々な血管の画像をモニタ７に表示させることができる。また、表示範囲を表示条件として設定することが可能である。この場合、異常部位が存在する部位を表示範囲としたり、血管の内壁と外壁との間における所望の範囲の血管壁内領域のみを表示範囲とすることもできる。

さらに、GUI技術によりモニタ７に表示された血管の画像を利用して様々な血管画像の表示を行うことが可能である。例えば、血管芯線に沿って血管壁を展開した血管部分のパノラマ画像やカーソルによって指定した位置における血管のクロスカット画像を表示することが可能である。

その場合、ステップＳ１０において、入力装置６から血管壁の展開画像や血管のクロスカット画像の表示指示情報とともに血管壁の展開画像の生成位置指定情報や血管のクロスカット画像の断面位置指定情報が画像表示制御ユニット２０に入力される。血管壁の展開画像の生成位置や血管のクロスカット画像の断面位置はマウス等の入力装置６を操作してVR画像等の血管画像上に表示されたカーソルを移動させたり、血管部分をクリックすることによって可変設定することができる。

血管のクロスカット画像を生成する場合には、画像表示制御ユニット２０の表示条件設定部２０Ａが、血管のクロスカット画像の断面位置情報とともにMPR処理の指示情報を画像表示ユニット１９に制御情報として与える。そうすると、MPR処理部は、指定された断面位置における血管のMPR画像を、血管画像ボリュームデータを用いて作成する一方、形状情報処理部１９Ｂは、指定された断面位置における異常部位の形状情報を作成する。このとき、色情報作成部１９Ａは、指定された断面位置における異常部位の危険度に対応する色を割当てることによって色情報を作成する。断面位置における異常部位の危険度は、壁面領域内分析ユニット１８によって関連付けられた異常部位の位置ごとの危険度を参照することにより得ることができる。

そして、指定された断面位置における血管のクロスカット画像データの異常部位に危険度に対応する色が割当てられた表示画像データが画像表示ユニット１９における画像処理によって生成される。

血管壁の展開画像を生成する場合には、画像表示制御ユニット２０の展開条件設定部２０Ｄが、血管壁の展開画像の生成位置指定情報や生成方法指定情報等の展開条件情報とともに血管壁の展開画像の生成指示情報を画像表示ユニット１９に制御情報として与える。そうすると、画像表示ユニット１９の展開画像作成部１９Ｇは、展開条件設定部２０Ｄからの展開条件情報に従って血管の内壁と外壁との間における血管壁部分を展開して表示させるための2D表示画像データを作成する。

図８は、図１に示す画像表示ユニット１９における血管壁の展開画像データの生成方法の一例を示す図である。

図８(A)に示すように血管のVR画像等の表示画像上においてカーソルを移動させるか所望の位置をクリックすることによって血管壁の展開画像の生成位置を指定することができる。そうすると、展開画像作成部１９Ｇは、例えば、指定された血管壁の展開画像の生成位置から血管の走行方向に沿う予め決定された範囲における血管の画像データを抽出し、図８(B)に示すように抽出した血管の画像データを血管芯線に沿って直線状に延ばす。

次に、血管壁部分のみの画像データを抽出し、図８(C)の血管壁の横断面図に示すように血管芯線に沿った血管壁の任意の位置を切断位置に設定する。そして図８(D)に示すように設定した切断位置において筒状の血管壁の画像データを切断し、図８(E)に示すように血管壁の画像データを任意の曲率で展開する。つまり、血管壁の画像データの位置を血管径および曲率に応じた展開距離だけ移動させる。これにより図８(F)に示すような血管壁の展開画像のボリュームデータを得ることができる。

そして、このように作成された血管壁の展開画像のボリュームデータを表示させるために、2D表示画像データの生成処理が実行される。2D表示画像データの生成処理としては、投影処理やMPR処理が挙げられる。

例えば、図８(G)の斜視図および図８(H)の横断面図に示すように展開後の血管壁面の厚さ方向となる法線ベクトル方向に展開後の血管壁のボリュームデータの投影処理を実行することができる。投影処理の方法としては、MIP処理等の投影処理の他、危険度が最も高いピクセル位置の画素値、危険度または危険度を示す色を投影する方法、危険度が最も低いピクセル位置の画素値、危険度または危険度を示す色を投影する方法、画素値または危険度を投影方向に加算平均して得られる画素値または危険度を投影する方法が挙げられる。

また、MPR処理の方法としては、内壁から外壁または外壁から内壁に向かって、つまり展開後の血管壁の厚さ方向に任意に指定されたピクセル量だけシフトした位置におけるMPR画像を作成する方法が挙げられる。この場合、展開後の血管壁の厚さ方向における任意のサンプリングピッチ毎に、MPR画像を作成することもできる。このため、血管壁の内面を展開して表示させることも可能である。

次に、ステップＳ１１において、画像表示ユニット１９における画像処理によって生成された血管壁の展開画像データや血管のクロスカット画像データ等の表示画像データが画像表示制御ユニット２０の画像情報表示部２０Ｃを通じてモニタ７に出力される。血管壁の展開画像データや血管のクロスカット画像データは、危険度を示す色とともに他のMPR画像等の任意の画像上に重畳表示させることができる。

図９は、図１に示す画像表示ユニット１９において生成された血管壁の展開画像および血管のクロスカット画像を表示させた例を示す図である。

図９の左上に示すような血管のVR画像とともに図９の右上に示すような血管壁の展開画像および図９の右下に示すような血管のクロスカット画像を並列表示させることができる。尚、図９の例では、血管壁の展開画像がMIP画像として対応するMPR画像の血管上に重畳表示されている。また、血管壁の展開画像および血管のクロスカット画像上における異常部位が危険度に応じた色で識別表示されている。

このため、ユーザは、血管壁の異常部位を血管の断面画像や血管壁の展開画像等のより詳細な血管情報を表示させる画像として参照することができる。また、異常部位の危険度についても色を確認することにより、容易に把握することができる。

つまり以上のような画像診断装置１は、スキャンにより収集した血管画像ボリュームデータにおける画素値の３次元的な分布に基づいて、隣接する血管壁の部位の画素値が連続性を有することおよび画素値の空間分布から検出した画素値の変化点を利用して血管の外壁面の位置を算出して描出できるようにしたものである。

さらに、画像診断装置１は、血管内膜と外膜との間の領域における画素値の空間的な分布や体積等の情報を分析することによって血管壁内において発生した病変部位の位置、形状および危険度を推定し、推定した病変部位の位置、形状および危険度を病変部位のマッピング表示によって識別表示するようにしたものである。

（効果）
このため、画像診断装置１によれば、血管外壁の位置を診断に有効な精度で特定し、描出することが可能である。さらに、画像診断装置１によれば、従来は困難であった、血管内壁と外壁の間における画素値分布、造影剤の濃度分布、体積等の情報の分析を容易に行うことができるため、血管壁内における病変部位の検出が可能となる。これにより画像診断装置１の臨床的な価値を向上させ、用途を広げることができる。

例えば、血管の狭窄が50%を超えると血管の破綻の危険性が低くなる傾向にあることが知られている。つまり、破綻する危険性のあるアテロームプラークのある場所では、血管の内腔の径があまり変化しないということになる。従って、破綻する危険性のある点状の石灰化を伴うようなCT値が30HU未満のプラークを発見し、早期に治療することが望まれる。そして、画像診断装置１により、このような臨床的要求を満たすことが可能となる。

尚、画像診断装置１における血管外壁位置や病変部位の特定処理は、心臓内の血管を含むあらゆる血管に対して行うことができる。

１ 画像診断装置
２ センサ
３ ボリュームデータ生成システム
４ ボリュームデータ管理部
５ 医用画像処理装置
６ 入力装置
７ モニタ
８ 造影剤注入装置
９ 血管画像ボリュームデータロード部
１０ 血管内腔領域抽出部
１１ 血管芯線抽出部
１２ 血管内壁面抽出部
１３ 狭窄判定部
１４ 正常内壁面作成部
１５ 正常内壁面合成部
１６ 血管外壁面抽出部
１７ 血管壁内領域抽出部
１８ 壁面領域内分析ユニット
１８Ａ 濃度分布分析部
１８Ｂ 体積比較分析部
１９ 画像表示ユニット
１９Ａ 色情報作成部
１９Ｂ 形状情報処理部
１９Ｃ 表示画像作成部
１９Ｄ COLOR TABLE
１９Ｅ 3D処理部
１９Ｆ MPR部
１９Ｇ 展開画像作成部
２０ 画像表示制御ユニット
２０Ａ 表示条件設定部
２０Ｂ 表示レイアウト設定部
２０Ｃ 画像情報表示部
２０Ｄ 展開条件設定部

Claims (12)

1. 被検体の血管画像ボリュームデータから画素値に基づいて血管の内壁面位置を特定し、特定した前記内壁面位置、前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の変化点位置および前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の連続性を利用して前記血管の外壁面位置を特定する血管壁特定手段と、
   特定した前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置を表示装置に表示させる血管壁表示手段と、
   を備える医用画像処理装置。
2. 前記血管壁特定手段は、前記画素値の変化点位置に基づく第１の血管の外壁面位置および前記画素値の連続性を利用して得られる第２の血管の外壁面位置を互にオーバーラップさせてそれぞれ特定し、前記第１の血管の外壁面位置および前記第２の血管の外壁面位置を用いて前記血管の外壁面位置を特定するように構成される請求項１記載の医用画像処理装置。
3. 前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置との間において前記血管の異常部位を推定するためのパラメータを算出するパラメータ算出手段をさらに備える請求項１記載の医用画像処理装置。
4. 前記パラメータに基づいて前記血管の異常部位の位置を推定する病変部推定手段をさらに備える請求項３記載の医用画像処理装置。
5. 前記病変部推定手段は、前記パラメータに基づいて、前記異常部位の位置における危険度を推定するように構成される請求項４記載の医用画像処理装置。
6. 前記血管壁表示手段は、前記異常部位を識別表示させるように構成される請求項４記載の医用画像処理装置。
7. 前記血管壁表示手段は、前記異常部位および前記危険度を識別表示させるように構成される請求項５記載の医用画像処理装置。
8. 前記血管壁表示手段は、前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置との間における血管壁を展開して得られる画像を表示させるように構成される請求項１記載の医用画像処理装置。
9. 被検体の血管画像ボリュームデータを収集する画像データ収集手段と、
   前記血管画像ボリュームデータから画素値に基づいて血管の内壁面位置を特定し、特定した前記内壁面位置、前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の変化点位置および前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の連続性を利用して前記血管の外壁面位置を特定する血管壁特定手段と、
   特定した前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置を表示させる血管壁表示手段と、
   を備える画像診断装置。
10. 前記画像データ収集手段は、前記被検体にX線を照射するX線管および前記被検体を透過したX線を検出するX線検出器を備え、前記X線検出器により前記被検体から前記血管画像ボリュームデータを生成するためのX線検出データを収集するように構成される請求項９記載の画像診断装置。
11. 前記画像データ収集手段は、コイルを備え、前記コイルにより前記被検体から前記血管画像ボリュームデータを生成するための磁気共鳴信号を収集するように構成される請求項９記載の画像診断装置。
12. コンピュータを、
    被検体の血管画像ボリュームデータから画素値に基づいて血管の内壁面位置を特定し、特定した前記内壁面位置、前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の変化点位置および前記内壁面位置よりも血管壁側における画素値の連続性を利用して前記血管の外壁面位置を特定する血管壁特定手段、および
    特定した前記血管の内壁面位置および前記血管の外壁面位置を表示装置に表示させる血管壁表示手段、
    として機能させる医用画像処理プログラム。