JP2012147939A - 画像処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】超音波ガイド下での生検を支援することができる画像処理装置を提供する。
【解決手段】実施形態の画像処理装置は、乳腺専用コイルを用いて被検体の腹臥位における乳房領域を撮影した腹臥位画像を取得する腹臥位画像取得部と、前記腹臥位画像取得部で取得した前記腹臥位画像を用いて異常箇所を検出する異常検出部と、前記被検体の仰臥位における乳房領域を撮影した仰臥位画像を取得する仰臥位画像取得部と、乳房の形状変化を推定する乳房モデルを用いて求めた位置に、前記腹臥位画像の画素をマッピングすることにより、前記仰臥位画像の乳房形状に近似したマッピング画像を求める画像マッピング部と、前記画像マッピング部で求めた前記マッピング画像中における前記異常箇所の位置情報または深さ情報の少なくとも1つを取得する異常情報取得部と、前記画像マッピング部で求めた前記マッピング画像上に、前記異常情報取得部で取得した前記異常箇所の位置または深さ情報の少なくとも1つを表示する表示部とを有することを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

本発明の実施形態は、画像処理装置に関する。
乳癌検診においては、X線CT(Computed Tomography)装置や超音波診断装置による検診に加え、乳腺専用コイルを用いたMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置による検診が推奨されている。乳腺専用コイルを用いて撮像された乳腺MR画像は、乳腺や腫瘍等、軟組織の微小な変化を鮮明に描出し、MRIでしか検出できない異常箇所(MRI detected lesion)を発見することができる。
乳腺専用コイルを用いる乳腺MR画像は腹臥位で撮像されるため、乳房は下垂状態になり、乳腺も乳頭付近に集中する。一方、超音波は仰臥位で撮影されるため、乳房は胸骨上面で潰れた状態になり、乳腺や腫瘍の位置が腹臥位と異なってしまう。そのため、腹臥位画像を仰臥位にシミュレーションする技術が知られている。
乳腺MR画像で検出したMRI detected lesionに基づき生検を行う場合、超音波ガイド下では、操作者の熟練度によってMRI detected lesionを検出できない場合がある。また、MRIガイド下では、生検成功率は高いが、限られた施設でしか実施できず、時間もかかるため患者への負担が大きい。
そこで従来、超音波ガイド下での生検を支援する技術として、超音波診断装置で撮影した超音波画像とCT/MRI画像とを並列表示するRVS(Real-time Virtual Sonography)(登録商標)という技術がある。RVSは、あらかじめ取得したCT/MRI画像から、超音波画像と同一断面のMPR(Multi Planar Reconstruction:多断面再構成画像)を、超音波画像とともに並列表示する。
特開2010−158386号公報
しかし、CT画像と超音波画像とを並列表示する場合は、撮像する体位が一致していることが前提であり、超音波画像と同じ位置の断面を、事前に撮像したCT画像上で検出する必要がある。
また、乳腺MR画像と超音波画像とを並列表示する場合、腹臥位画像である乳腺MR画像と、仰臥位の超音波画像とでは撮影する体位が異なるため、位置合わせを行う必要がある。この場合、仰臥位と腹臥位とで位置が変わらない胸骨等の固定領域、または画像内の特徴領域を基準とした局所的な位置合わせとなり、全体の位置合わせが困難であるため、MRI detected lesionの位置が正確ではない。また位置合わせを行っても、超音波プローブの操作によって超音波画像と乳腺MR画像との位置ずれが大きくなると、その都度位置合わせが必要となる。
本発明の実施形態はこのような点を考慮してなされたもので、超音波ガイド下での生検を支援することができる画像処理装置を提供することを目的とする。
実施形態の画像処理装置は、乳腺専用コイルを用いて被検体の腹臥位における乳房領域を撮影した腹臥位画像を取得する腹臥位画像取得部と、前記腹臥位画像取得部で取得した前記腹臥位画像を用いて異常箇所を検出する異常検出部と、前記被検体の仰臥位における乳房領域を撮影した仰臥位画像を取得する仰臥位画像取得部と、乳房の形状変化を推定する乳房モデルを用いて求めた位置に、前記腹臥位画像の画素をマッピングすることにより、前記仰臥位画像の乳房形状に近似したマッピング画像を求める画像マッピング部と、前記画像マッピング部で求めた前記マッピング画像中における前記異常箇所の位置情報または深さ情報の少なくとも1つを取得する異常情報取得部と、前記画像マッピング部で求めた前記マッピング画像上に、前記異常情報取得部で取得した前記異常箇所の位置または深さ情報の少なくとも1つを表示する表示部とを有することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る画像処理装置であって、MRI装置、超音波診断装置、CT装置とのネットワークシステムを示す概略構成を示すブロック図。 超音波診断装置の概略構成を示すブロック図。 画像処理装置の動作を示すフローチャート。 (A)腹臥位の乳腺MR画像、(B)腹臥位の乳房モデル、(C)仰臥位画像と仰臥位の乳房モデル、(D)腹臥位画像の画素と仰臥位画像の画素を合成した画像、を示す図。 仰臥位のVolume画像上に、MRI detected lesionの位置、および超音波プローブ位置を重畳表示する例を示す図。 仰臥位のVolume画像と、超音波プローブが接触している位置の、仰臥位における3断面図と各断面におけるMRI detected lesionの位置とを、画面上に同時表示する例を示す図。 超音波プローブの推奨位置をVolume画像および断面図に表示する例を示す図。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る画像処理装置1の概略構成を示すブロック図であって、MRI装置2、超音波診断装置3、CT装置4とネットワーク接続された医用画像処理システムを示す図である。画像処理装置1は、PACS(Picture Archiving and Communication System)の一部として設けられ、病院内のLANを介して、MRI装置2、超音波診断装置3、CT装置4といった外部の装置と相互に通信可能に接続され、外部の装置から送信された医用画像を受信する。
画像処理装置1は、制御部10、表示部12、操作部13、通信部15、記憶部16、情報記憶媒体17を含み、バスによって相互に通信可能に接続されて構成されている。
操作部13はキーボードやマウス等であり、データの入力を行う入力装置である。表示部12はモニタ等であり、制御部10の制御に基づいて文書データや画像データ等を表示する。通信部15は、病院内LANに接続し、他の機器との通信を行う。
記憶部16は、制御部10や通信部15などのワーク領域となるもので、RAM(Random Access Memory)などにより実現できる。
情報記憶媒体17(コンピュータにより読み取り可能な媒体)は、プログラムやデータなどを格納するものであり、ハードディスク、或いはメモリ(Flash Memory、ROM:Read Only Memory)などにより実現できる。情報記憶媒体17には、本実施形態の各部としてコンピュータを機能させるためのプログラム(各部の処理をコンピュータに実行させるためのプログラム)、複数のアプリケーション等が記憶される。
制御部10は、画像処理装置1の総括的な制御を行うとともに、その他の様々な演算処理や制御処理などを行う演算装置である。制御部10の機能は各種プロセッサ(CPU、DSP等)、ASIC(ゲートアレイ等)などのハードウェアや、プログラムにより実現できる。制御部10は、情報記憶媒体17に格納されるプログラム(データ)に基づいて本実施形態の種々の処理を行う。
制御部10は、画像取得部101、画像処理部102、乳房モデル作成部103、シミュレーション部104、画像合成部105、異常情報取得部106、Volume画像作成部107、プローブ位置情報取得部108、プローブ推奨位置算出部109を含み、バスによって相互に接続されて構成されている。
画像取得部101は、通信部15を介して外部のMRI装置2、超音波診断装置3、CT装置4等で撮影した各種画像を取得する。画像取得部101は、腹臥位画像取得部1011、仰臥位画像取得部1012、超音波画像取得部1013を含む。腹臥位画像取得部1011は、MRI装置2の乳腺専用コイルを用いて乳房を腹臥位で撮影した、腹臥位の乳腺MR画像を取得する。仰臥位画像取得部1012は、MRI装置2で乳房を仰臥位で撮影した、仰臥位画像を取得する。なお仰臥位は乳腺専用コイルを用いず撮影しているため、画質が悪いことが想定される。超音波画像取得部1013は、超音波診断装置3で撮影した超音波画像を取得する。
画像処理部102は、画像取得部101で取得した画像を処理し、MRI detected lesion等の異常箇所を検出する。
乳房モデル作成部103は、画像取得部101で取得した腹臥位の乳腺MR画像より、乳房の形状変化を追従する乳房モデルを作成する。詳細は後述する。
シミュレーション部104は、画像取得部101で取得した仰臥位画像と、乳房モデル作成部103で作成した腹臥位の乳房モデルとを位置合わせし、仰臥位の乳房モデルとして作成する。またシミュレーション部104は、超音波プローブ300の押下により変形する乳房領域の変形量を算出し、仰臥位画像に反映する。またシミュレーション部104は、仰臥位画像の画素と腹臥位画像の画素との対応関係を取得する。
画像合成部105は、シミュレーション部104で取得した仰臥位画像の画素と腹臥位画像の画素との対応関係に基づき、仰臥位の画素と、腹臥位画像の画素とを合成する。
異常情報取得部106は、例えばMRI detected lesionといった異常箇所の位置情報または深さ情報を取得する。
Volume画像作成部107は画像合成部105で合成した仰臥位の画素に基づき、仰臥位のVolume画像を作成する。
プローブ位置情報取得部108は、後述する超音波診断装置3の位置センサ391が検知した、被検体における位置情報を通信部15を介して取得する。
プローブ推奨位置算出部109は、超音波プローブ300の位置センサ391が検知した現在の位置から異常箇所に最も近い推奨位置を算出する。
図2は超音波診断装置3の概略構成を示すブロック図である。超音波診断装置3は、制御部30、表示部32、操作部33、通信部35、記憶部36、情報記憶媒体37、画像処理部38、プローブ制御部39を含む。
制御部30、操作部33、通信部35、記憶部36、情報記憶媒体37は、画像処理装置1と同等の動作を行うので説明を省略する。表示部32は、被検体での超音波プローブ300の位置における超音波画像を表示する。
プローブ制御部39は超音波プローブ300と接続してその動作を制御する。またプローブ制御部39は位置センサ391を備える。超音波プローブ300は、被検体へ接触して当該位置における断層画像データを撮影し、画像処理部38へ送る。位置センサ391は被検体へ接触する超音波プローブ300の接触位置を検知し、検知した位置情報を画像処理部38へ送る。
画像処理部38は、超音波プローブ300から受信した信号に基づき超音波画像を生成する。
次に、上記構成の画像処理装置1の動作について説明する。まず、仰臥位画像上でMRI detected lesionの位置および超音波プローブの位置を同時に表示する動作について、図3、図4を参照して説明する。
MRI装置2は、乳腺専用コイルを用いて、被検体の腹臥位の乳腺MR画像を撮影する。画像処理装置1の腹臥位画像取得部1011は、MRI装置2より被検体の腹臥位の乳腺MR画像を取得する(ステップS101)。腹臥位の乳腺MR画像の例を図4(A)に示す。次に画像処理部102は、ステップS101で取得した腹臥位画像を画像処理し、例えばMRI detected lesionといった異常箇所を検出する(ステップS103)。次に乳房モデル作成部103は、ステップS101で取得した乳腺MR画像より、乳房の形状変化を追従する乳房モデルを作成する。この乳房モデルには、ステップS103で検出したMRI detected lesionを含む(ステップS105)。腹臥位の乳房モデルの例を図4(B)に示す。
乳房モデルは公知の物理モデルであり、例えば乳房領域における質点と各質点間をバネ/ダンパーで連結したバネ−質点モデル、または乳房領域を三角形のパッチで分割する有限要素モデル等がある。また乳房モデルに必要な係数として、脂肪組織、腫瘍組織として一般的に算出されている弾性率を設定する。例えば乳房モデルがバネ−質点モデルの場合、この弾性率をバネ−ダンパー値に変換し設定する。腹臥位と仰臥位のMR画像が取得出来る場合は、体位の違いによる各部位の変形量から弾性率を算出して設定しても良い。
次に、MRI装置2は被検体の仰臥位を撮影する。仰臥位の場合、MRI装置2は乳腺専用コイルを用いず撮影を行う。仰臥位画像取得部1012は、MRI装置2より被検体の仰臥位画像を取得する(ステップS107)。
次にシミュレーション部104は、ステップS105で作成した腹臥位の乳房モデルを、胸骨等の固定領域、およびステップS107で取得した仰臥位画像の形状に合うよう位置合わせを行い、仰臥位における乳房モデルを作成する(ステップS109)。仰臥位画像と仰臥位における乳房モデルの例を図4(C)に示す。このとき、腹臥位の乳房モデルに含まれているMRI detected lesionも仰臥位の乳房モデルに含まれる。
次に超音波診断装置3において、超音波プローブ300は被検体に接触している位置での超音波画像を撮影する(ステップS151)。次に、プローブ制御部39内の位置センサ391は、超音波プローブ300が被検体に接触している位置の位置情報を検出する(ステップS153)。次にプローブ制御部39は、ステップS153で位置センサ391が検出した、超音波プローブ300の被検体における位置情報を、通信部35を介して画像処理装置1に送信する(ステップS155)。
なお、検出した位置情報について、超音波プローブ300が被検体に接触する3次元空間上の座標系と、MRI装置2で撮影した仰臥位画像における座標系とは、例えば胸骨等の固定領域を用いて事前に位置合わせを行っている。
次に画像処理装置1のプローブ位置情報取得部108は、ステップS155で超音波診断装置3から送信された超音波プローブ300の位置情報を取得する(ステップS111)。次にシミュレーション部104は、ステップS111で取得した位置での超音波プローブ300の押下により、変形する乳房領域の変形量を算出し、ステップS107で仰臥位画像取得部1012が取得した仰臥位のMR画像に変形量を反映しシミュレートする(ステップS113)。そしてシミュレーション部104は、ステップS109で作成した仰臥位の乳房モデルに、ステップS113でシミュレートした変形量を反映させる(ステップS114)。
次に画像合成部105は、ステップS101で腹臥位画像取得部1011が取得した腹臥位画像の画素を、ステップS113で変形量をシミュレートした仰臥位画像の画素へ合成する(ステップS115)。図4(D)に、腹臥位画像の画素を仰臥位画像へ合成した例を示す。詳細には、腹臥位画像における乳房領域の画素を、仰臥位の乳房モデルの対応する位置にマッピングする。腹臥位画像の画質は仰臥位画像の画質よりも良いと想定しているので、ステップS115で合成後の仰臥位画像は、画質が向上しており、MRI detected lesionが鮮明に分かる画像が出来る。
なお、ステップS151で撮影した超音波画像内に描出された、異常箇所である腫瘍等の特徴領域を用いて、位置合わせの補正を繰り返し行っても良い。例えば、超音波画像では描出される特徴領域が仰臥位のMR画像に描出されない場合、既存のレジストレーション技術であるMI法(Maximization of Mutual Information)を用いて、現在の超音波プローブ300の位置周辺の断面のうち、特徴領域により近い断面を選択し、超音波プローブ300の位置をその断面に対応する位置に補正して、再度仰臥位のMR画像に変形量のシミュレーションを行っても良い。
次に異常情報取得部106は、MRI detected lesionを含む仰臥位の乳房モデルより、仰臥位画像におけるMRI detected lesionの位置情報および深さ情報を算出し取得する(ステップS117)。
次にVolume画像作成部107は、ステップS115で腹臥位画像の画素を合成した仰臥位画像の画素に基づき、仰臥位のVolume画像を作成する(ステップS119)。
次に表示部12は、ステップS119で作成した仰臥位のVolume画像、ステップS117で取得したMRI detected lesionの位置情報、ステップS111で取得した超音波プローブ300の位置情報に基づいて、仰臥位のVolume画像上に、MRI detected lesionの位置、および超音波プローブ300の位置を重畳表示する(ステップS121)。このときの表示の例を図5に示す。
図5では、画面の左側に仰臥位のVolume画像を表示している。このVolume画像上には、MRI detected lesionの位置と超音波プローブ300の位置とが重畳表示される。超音波プローブ300は、画像上では例えば棒状のプローブとして示し、Volume画像上に接触位置と接触角度を表示する。MRI detected lesionの位置において、体表からの深さは、カラーバーに対応した色の濃淡で表示する。図5では、濃い色ほど体表から深いことを示す。また、超音波プローブで撮影している断面よりも手前のMRI detected lesionは実線の丸で示し、断面よりも奥のMRI detected lesionは点線の丸で示す。
また、現在超音波プローブが接触している位置の断面画像(超音波画像)を、図5の画面の右上部に表示してもよい。また、超音波プローブでの変形量を考慮した仰臥位の乳房モデルを、図5の画面の右下部に表示してもよい。
なお、図5で示した、MRI detected lesionの位置と超音波プローブの位置とを重畳させた仰臥位のVolume画像を表示する他に、仰臥位における超音波プローブが接触している位置の3断面図と各段面におけるMRI detected lesionの位置をそれぞれ同じ画面上に表示しても良い。この表示例を図6に示す。図6(a)は図5の左側の画像と同様であり、(b)は操作者が操作部13を用い、表示部12に表示された画像上で指示した任意のMRI detected lesionの位置からのxy面断面図、(c)はzx面断面図、(d)はyz面断面図である。Volume画像(a)と各断面図は、各画像におけるMRI detected lesionの位置関係が分かるように表示される。また、表示部12に超音波プローブの接触位置からの各断面を表示した上で、操作者が超音波プローブを動作させると、図6で表示される超音波プローブを連動して動作してもよい。
また、現在の超音波プローブの位置がMRI detected lesionに当たっておらず、MRI detected lesionを検出出来ない場合、プローブ推奨位置算出部109が、現在の超音波プローブの位置から最もMRI detected lesionに近い推奨位置を算出し、画面上に提示してもよい。この時の表示の例を図7に示す。プローブ推奨位置算出部109は、現在の超音波プローブ300の位置、およびMRI detected lesionの位置情報および深さ情報から、超音波プローブ300の推奨位置を求める。具体的には、MRI detected lesionの重心Oと体表面との距離が最小になる点Pを抽出し、現在の超音波プローブの位置Qと点Pとの移動量を算出する。次に、線分OPを基準軸として、現在の超音波プローブの向きからの回転移動量を算出する。超音波画像の断面の角度が同じでかつMRI detected lesionの重心Oを含む断面までの移動量を算出する。そして、この回転移動量と移動量から、超音波プローブの推奨位置と方向を算出する。
図7(a)−(d)は、図6(a)−(d)と同様のVolume画像または断面図であり、図7(a)、(c)に、現在の超音波プローブの位置と推奨位置とが表示されている。図7(b)は、超音波プローブがちょうど見えなくなる位置にあるので表示していない。図7(d)は現在の超音波プローブの位置のみ表示している。
なお、超音波プローブの推奨位置を表示する場合は、図7(b)、(c)、(d)に示した断面図だけではなく、操作者が被検体を診断する方向と同じ方向の画像を表示し、超音波プローブの推奨位置を示しても良い。例えば、操作者が被検体の側面に対峙して診断する場合は、乳房を縦に表示してもよい。
以上説明した実施例によれば、乳房専用コイルを用いて腹臥位で撮影した乳腺MR画像より、異常箇所を検出し、異常箇所を含む腹臥位の乳房モデルを作成する。作成した腹臥位の乳房モデルを、仰臥位画像に適用することで、異常箇所を含む仰臥位の乳房モデルを作成する。仰臥位の乳房モデルを用いて、腹臥位画像の画素を仰臥位画像に合成し、仰臥位における異常箇所の位置情報および深さ情報を取得する。そして、この異常箇所の位置と、超音波診断装置より取得した超音波プローブの位置情報とを、仰臥位のVolume画像に重畳表示する。よって、腹臥位画像でしか分からなかったMRI detected lesion等の異常箇所を仰臥位でも確認することができ、例えば超音波診断装置で生検を行う際に、リアルタイムで超音波プローブとMRI detected lesionとの位置関係を把握することが出来る。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
1…画像処理装置、2…MRI装置、3…超音波診断装置、4…CT装置、10…制御部、12…表示部、13…操作部、15…通信部、16…記憶部、17…情報記憶媒体、101…画像取得部、102…画像処理部、103…乳房モデル作成部、104…シミュレーション部、105…画像合成部、106…異常情報取得部、107…Volume画像作成部、108…プローブ位置情報取得部、109…プローブ推奨位置算出部。

Claims (6)

  1. 乳腺専用コイルを用いて被検体の腹臥位における乳房領域を撮影した腹臥位画像を取得する腹臥位画像取得部と、
    前記腹臥位画像取得部で取得した前記腹臥位画像を用いて異常箇所を検出する異常検出部と、
    前記被検体の仰臥位における乳房領域を撮影した仰臥位画像を取得する仰臥位画像取得部と、
    乳房の形状変化を推定する乳房モデルを用いて求めた位置に、前記腹臥位画像の画素をマッピングすることにより、前記仰臥位画像の乳房形状に近似したマッピング画像を求める画像マッピング部と、
    前記画像マッピング部で求めた前記マッピング画像中における前記異常箇所の位置情報または深さ情報の少なくとも1つを取得する異常情報取得部と、
    前記画像マッピング部で求めた前記マッピング画像上に、前記異常情報取得部で取得した前記異常箇所の位置または深さ情報の少なくとも1つを表示する表示部と、
    を有することを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記画像マッピング部で求めた仰臥位のマッピング画像に基づき仰臥位の投影画像を作成する投影画像作成部を更に有し、
    前記表示部は、前記投影画像作成部で作成した仰臥位の投影画像、前記画像マッピング部で求めた仰臥位のマッピング画像、および超音波診断装置で撮影した超音波画像とを同時に表示する、
    ことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
  3. 前記投影画像作成部で作成した前記投影画像は、少なくともVolume画像、2次元画像、およびMPR画像を含む、
    ことを特徴とする請求項2記載の画像処理装置。
  4. 超音波診断装置における超音波プローブの位置情報を取得するプローブ位置取得部を更に有し、
    前記画像マッピング部は、前記プローブ位置取得部で取得した超音波プローブの位置情報より、前記超音波プローブの接触による乳房領域の変形量をさらに反映した、仰臥位のマッピング画像を求め、
    前記表示部は、前記投影画像上に前記超音波プローブの位置をさらに表示するよう構成される、
    ことを特徴とする請求項1記載の画像処理装置。
  5. 前記プローブ位置取得部が前記超音波プローブの位置の移動を検出すると、前記表示部に表示される投影画像上の超音波プローブの位置が連動して移動する、
    ことを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。
  6. 前記プローブ位置取得部で取得した前記超音波プローブの位置から最も近い異常箇所を検出し、プローブの推奨位置を算出するプローブ推奨位置算出部をさらに有する、
    ことを特徴とする請求項4記載の画像処理装置。
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