JP2017113087A - 画像処理装置、画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施形態では、X線CT(Computed Tomography)装置(医用画像診断装置)で取得されたX線CT画像(医用画像)から生成されたボリュームデータに基づく管状構造物の内壁のモデルに対する視点を設定し、該視点を投影中心とした投影によってモデル上に形成される「管状構造物外の血管の投影領域」を特定し、該視点から見たモデルの2次元画像を、投影領域の内外で表示様態が異なるように生成する画像処理装置の一例について説明する。なお、X線CT画像に限定されず、臓器の態様を表示可能であればMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置などの他のモダリティによって撮影されたものであっても良い。
ユーザは入力コントローラ205を操作して、気管支の内壁モデルを観察するための視点を設定する。例えば、CPU201は気管支の内壁モデルの画像や体軸断面画像をディスプレイ210に表示し、ユーザはこの表示された画像を観察しながら入力コントローラ205を操作してディスプレイ210の画面上で所望の位置を指定し、その指定位置を視点の位置として指定しても良い。もちろん、視点の設定方法として他の設定方法を採用しても良く、視点の3次元位置を指定しても良い。何れにせよ、視点の位置は、上記のボリュームデータの座標系(若しくは該座標系に変換可能な他座標系)におけるものである必要がある。
CPU201は、ボリュームデータ(医用画像データ)を外部メモリ211若しくはRAM202に取得する。ボリュームデータの取得元については特定の取得元に限らない。例えば、外部のサーバ装置やストレージ装置からボリュームデータを取得する。
CPU201は、現在の視点の位置から見た気管支の内壁モデルの2次元画像(仮想内視鏡画像)を生成するために必要なパラメータ(設定)を外部メモリ211からRAM202に読み出す。このパラメータは、光源に係る情報、ボクセル値に対応する色等を含む。
CPU201は、ボリュームデータに対して予め設定された患部などの部分(ターゲット)の位置と、現在の視点の位置と、の間の距離Dを求める。この患部は、例えば、気管支内の所望の位置から針を伸ばして刺す対象となるものであり、予めユーザがボリュームデータに対して設定しておくものである。なお、ボリュームデータにおける患部の位置(ボリュームデータの座標系における位置)は、外部メモリ211に保存されており、本ステップ以前にRAM202に読み出される。
CPU201は、ステップS405で求めた距離Dが閾値(所定の距離)以下であるか否かを判断する。この判断の結果、ステップS405で求めた距離Dが閾値以下であれば、処理はステップS407に進み、閾値よりも大きい場合には、処理はステップS408に進む。なお、ステップS406の構成は必須の構成ではなく、距離Dが閾値(所定の距離)以下であるか否かを判断せずともステップS407に示す処理を必ず行うようにしてもよい。
CPU201は、現在の視点の位置から針を刺してはいけない内壁モデル上の領域、すなわち血管がある領域(危険領域)を特定するための処理を行う。ステップS407における処理の詳細について、図3のフローチャートに従って説明する。
CPU201は先ず、現在の視点の位置から該視点の視線方向(ユーザによる入力コントローラ205の操作により変更可能)に伸びるベクトルとの内積値が0以上且つ1以下となる長さDの対象ベクトル群(始点は上記の視点の位置)のうち未選択の対象ベクトルを選択対象ベクトルとして選択する。そしてCPU201は、選択対象ベクトルの始点から終点までの各ボクセルに対応するCT値を順に並べたものをプロファイルカーブとして作成する。なお、対象ベクトル群は、現在の視点の位置から視野範囲内の各方向に伸びるベクトルの集合であっても良い。
CPU201は、ステップS502において作成したプロファイルカーブについて、以下のような血管有無判断を行う。この血管有無判断について、図4を用いて説明する。対象ベクトル460は、視点450を始点とし且つ点461を終点とするベクトルである。このような対象ベクトル460については、視点450から点461までの各ボクセルに対応するCT値を順に並べたグラフ465をプロファイルカーブとして作成する。そして、このプロファイルカーブにおいてCT値が閾値θ(例えば−800HU)を超えている区間を特定する。血管と気管支壁のCT値はいずれも、−800HUよりも高い値となるため、ここでCT値が閾値θ(例えば−800HU)を超えている区間を特定することにより、ベクトルの始点と終点との間に気管支の内壁若しくは血管が存在していると判断することができる。グラフ465において閾値θを超えている区間は存在しないので、対象ベクトル460の始点から終点までの間の区間には血管及び気管支の壁は存在しないと判断する。
CPU201は、内壁モデルにおいて選択対象ベクトルとの交点(気管支の壁に近接した血管は存在しないと判断した対象ベクトル群と内壁モデルとの交点群により形成される領域に属する点)の座標位置をRAM202若しくは外部メモリ211に格納する。なお、本ステップは必須ではない。
CPU201は、内壁モデルにおいて選択対象ベクトルとの交点(気管支の壁に近接した血管は存在すると判断した対象ベクトル群と内壁モデルとの交点群により形成される領域、即ち上記の危険領域に属する点)の座標位置をRAM202若しくは外部メモリ211に格納する。
CPU201は、上記の対象ベクトル群の全てをステップS502において選択したか否かを判断する。この判断の結果、全てを選択したのであれば、処理はステップS408に進み、未選択の対象ベクトルが残っているのであれば、処理はステップS502に戻る。
CPU201は、ステップS404で読み出したパラメータを用いて、現在の視点の位置から見た内壁モデルの2次元画像を、例えばレイキャスティングを行うことで生成する。ある視点から見た仮想物体の画像を生成するための技術は周知であるので、これに係る説明は省略する。なお、内壁モデルの色については、例えば、気管支の内壁に対応するボクセルのCT値に対して上記のパラメータでもって規定されている色が割り当てられる。しかし、内壁モデルにおける危険領域、即ち、上記のステップS505においてRAM202若しくは外部メモリ211に格納したそれぞれの座標位置には、内壁モデルの色とは異なる色を(該座標位置に対応するCT値とは無関係に)割り当てる。なお、本ステップでは、視点を投影中心とした投影によって内壁モデル上に形成される血管の投影領域をその他の領域と視認可能に表示できればよいため、投影領域とそれ以外の領域とで色以外に透明度など、他のパラメータを変えても良い。
CPU201はビデオコントローラ206を制御して、ステップS408で生成した2次元画像をディスプレイ210に表示させる。ディスプレイ210における該2次元画像の表示例を図5に示す。領域501,領域502は危険領域であり、内壁モデルの色とは異なる色を割り当てた領域である。マーカ503は、上記のターゲットの位置を2次元画像上に投影させた投影位置に表示されるもので、医師はこのマーカ503が示す位置に向けて針を刺すことになる。図5の場合、マーカ503が示す位置は領域502に含まれているため、マーカ503の位置に向けて針を刺すと領域502に対応する血管をも刺すことになってしまう。本実施形態によれば、領域502を明示的に表示しているため、医師は針を刺す方向に血管が存在することが分かるため、内壁を押し上げて血管を移動させてから針を刺すなど、しかるべき対処を行うことができる。
CPU201は、ユーザが入力コントローラ205を操作して視点の位置を移動させる指示を入力したか否かを判断する。この判断の結果、視点の位置を移動させる指示が入力された場合には、処理はステップS411に進み、入力されていない場合には、処理はステップS410で待機する。
CPU201は、ユーザ操作に応じて視点の位置を変更する。視点の位置は、例えば、内壁モデルにおいて気管支の芯線に対応する曲線上を、ユーザ操作に応じて一方の方向、他方の方向に移動させる。なお、視点を移動させるための操作方法や移動方法については様々な形態が考えられ、特定の形態に限るものではない。
上記の実施形態では、ディスプレイ210には図5に示す如く、設定された視点位置から見える内壁モデル(危険領域には非危険領域とは異なる色が割り当てられている内壁モデル)の2次元画像を表示していた。しかし、画像処理装置100が、気管支内(管状構造物内)に挿入された内視鏡からの撮像画像を直接的若しくは間接的に取得できるのであれば、例えば図6に示す如く、設定された視点位置から見える内壁モデルの2次元画像601と、内視鏡からの撮像画像600と、を並べて表示しても良い。これにより医師は、気管支の内壁の撮像画像を観察しながら、針を刺そうとする位置や方向を確認することができると共に、その位置や方向に血管が存在するのか否かを、内壁モデルの2次元画像を観察することで確認することができる。なお、内壁モデルの2次元画像と内視鏡からの撮像画像とを選択的に表示するようにしても良い。表示する画像の選択は、例えば、ユーザが入力コントローラ205を操作することで行っても良い。
上記の実施形態では、ステップS407の処理は、現在の視点の位置がターゲットの位置から閾値以内の距離に近づいたときに行っていた。しかし、ステップS407の処理を行うための条件はこれに限るものではない。例えば、「位置Pから針を刺す」というように、針を刺す作業を行う内視鏡の位置Pが予め決まっているような場合には、現在の視点の位置が位置Pから閾値以内の距離に近づいたときにステップS407の処理を行う、としても良い。
第1の実施形態では、視点から放射状に延長するそれぞれのベクトルについて、該ベクトル上の各位置に対応するCT値のグラフを作成し、該グラフにおいて閾値を超えるCT値の区間に基づいて該ベクトルの始点と終点との間に気管支壁に近接して血管が存在するか否かを判断し、モデルにおいて始点と終点との間に気管支壁に近接して血管が存在すると判断されたベクトル群との交点群により形成される領域を危険領域として特定していた。
CPU201は先ず、現在の視点の位置から該視点の視線方向(ユーザによる入力コントローラ205の操作により変更可能)に伸びるベクトルとの内積が0以上且つ1以下となる長さDの対象ベクトル群(始点は上記の視点の位置)のうち未選択の対象ベクトルを選択対象ベクトルとして選択する。そしてCPU201は、選択対象ベクトルの始点から終点までの各ボクセルに対応するCT値を順に並べたものをプロファイルカーブとして作成する。なお、対象ベクトル群は、現在の視点の位置から視野範囲内の各方向に伸びるベクトルの集合であっても良い。
CPU201は、ステップS602で作成したプロファイルカーブが気管支壁を通過するベクトルのプロファイルカーブか否かを判定する。気管支壁を通過するベクトルのプロファイルカーブであると判定された場合には処理はステップS604に進み、そうでない場合には処理はステップS608に進む。
CPU201は、ステップS602で作成したプロファイルカーブの尖度を求める。プロファイルカーブの尖度計算では、該プロファイルカーブに含まれているそれぞれのCT値を用いる。データの尖度を求めるための処理については周知であるので、これに係る説明は省略する。
CPU201は、ステップS604において求めた尖度が閾値以上であるか否かを判断する。この判断の結果、尖度が閾値以上であれば、選択対象ベクトルの始点と終点との間には気管支壁に近接した血管は存在しないと判断し、処理はステップS606に進む。一方、尖度が閾値未満であれば、選択対象ベクトルの始点と終点との間に気管支壁に近接した血管は存在すると判断し、処理はステップS607に進む。
CPU201は、内壁モデルにおいて選択対象ベクトルとの交点(気管支壁に近接した血管は存在しないと判断した対象ベクトル群と内壁モデルとの交点群により形成される領域に属する点)の座標位置をRAM202若しくは外部メモリ211に格納する。なお、本ステップは必須ではない。
CPU201は、内壁モデルにおいて選択対象ベクトルとの交点(気管支壁に近接した血管は存在すると判断した対象ベクトル群と内壁モデルとの交点群により形成される領域、即ち上記の危険領域に属する点)の座標位置をRAM202若しくは外部メモリ211に格納する。
CPU201は、上記の対象ベクトル群の全てをステップS602において選択したか否かを判断する。この判断の結果、全てを選択したのであれば、処理はステップS408に進み、未選択の対象ベクトルが残っているのであれば、処理はステップS602に戻る。
Claims (15)
- 医用画像診断装置により取得された医用画像から生成されるボリュームデータに基づく管状構造物の内壁のモデルに対する視点を設定する設定手段と、
前記視点を投影中心とした投影によって前記モデル上に形成される、前記管状構造物外の血管の投影領域を特定する特定手段と、
前記視点から見た前記モデルの2次元画像を、前記投影領域の内外で表示様態が異なるように生成する生成手段と
を備えることを特徴とする画像処理装置。 - 前記特定手段は、前記視点から放射状に延長するそれぞれのベクトルについて、該ベクトル上の各位置に対応する信号値のグラフを作成し、該グラフにおいて閾値を超える信号値の区間に基づいて該ベクトルの始点と終点との間に血管が存在するか否かを判断し、前記モデルにおいて始点と終点との間に血管が存在すると判断されたベクトル群との交点群により形成される領域を前記投影領域として特定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記特定手段は、前記視点から放射状に延長するそれぞれのベクトルについて、該ベクトル上の各位置に対応する信号値のグラフを作成し、該グラフの尖度に基づいて該ベクトルの始点と終点との間に血管が存在するか否かを判断し、前記モデルにおいて始点と終点との間に血管が存在すると判断されたベクトル群との交点群により形成される領域を前記投影領域として特定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
- 前記視点から放射状に延長するそれぞれのベクトルは、前記視点の位置から該視点の視線方向に伸びるベクトルとの内積値が0以上且つ1以下となるベクトルであることを特徴とする請求項2又は3に記載の画像処理装置。
- 前記視点から放射状に延長するそれぞれのベクトルは、前記視点の位置から視野範囲内の各方向に伸びるベクトルであることを特徴とする請求項2又は3に記載の画像処理装置。
- 前記特定手段は、前記視点が規定の位置である場合に、前記特定を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の画像処理装置。
- 前記特定手段は、前記ボリュームデータにおいて設定された部分と前記視点との間の距離が閾値以下となった場合に、前記特定を行うことを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の画像処理装置。
- 前記生成手段は、
前記投影領域の内外で色が異なる前記2次元画像を生成することを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 更に表示手段を備え、
前記表示手段は、前記生成手段が生成した前記2次元画像を表示することを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記表示手段は更に、前記ボリュームデータにおいて設定された部分に対応する前記2次元画像上の位置にマーカを表示することを特徴とする請求項9に記載の画像処理装置。
- 前記表示手段は更に、管状構造物内に挿入された内視鏡による撮像画像を表示することを特徴とする請求項9又は10に記載の画像処理装置。
- 更に、
前記視点の位置を移動させる手段を備えることを特徴とする請求項1乃至11の何れか1項に記載の画像処理装置。 - 前記管状構造物は、気管支、胃を含むことを特徴とする請求項1乃至12の何れか1項に記載の画像処理装置。
- 画像処理装置が行う画像処理方法であって、
前記画像処理装置の設定手段が、医用画像診断装置により取得された医用画像から生成されるボリュームデータに基づく管状構造物の内壁のモデルに対する視点を設定する設定工程と、
前記画像処理装置の特定手段が、前記視点を投影中心とした投影によって前記モデル上に形成される、前記管状構造物外の血管の投影領域を特定する特定工程と、
前記画像処理装置の生成手段が、前記視点から見た前記モデルの2次元画像を、前記投影領域の内外で表示様態が異なるように生成する生成工程と
を備えることを特徴とする画像処理方法。 - コンピュータを、請求項1乃至13の何れか1項に記載の画像処理装置の各手段として機能させるためのコンピュータプログラム。
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