JP2017205334A - 医用画像処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】撮影方向を決定する際に被検体への被曝を低減すること。【解決手段】実施形態の医用画像処理装置は、抽出部と、特定部とを備える。抽出部は、３次元画像データから親血管と瘤とを抽出する。特定部は、前記親血管と前記瘤との境界であるネック面の法線ベクトルと、前記３次元画像データにおいて設定した投影方向ベクトルとの内積、及び、前記親血管の芯線ベクトルと、前記投影方向ベクトルとの内積に基づいて、Ｘ線診断装置による撮影方向を特定する。【選択図】図３
Description
本発明の実施形態は、医用画像処理装置に関する。
従来、Ｘ線診断装置は、脳動脈瘤に対するコイル塞栓術に利用される場合がある。例えば、コイル塞栓術では、医師等の術者は、Ｘ線透視下でマイクロカテーテルを脳動脈瘤内に挿入し、プラチナ製のコイルを脳動脈瘤中に詰めて血流を閉塞させる。ここで、術者は、手技を行う前に、治療対象となる脳動脈瘤に対して連続的に透視撮影を行なうことで、脳動脈瘤と親血管との境界であるネック面を明瞭に観察可能な撮影方向を探索する。
本発明が解決しようとする課題は、撮影方向を決定する際に被検体への被曝を低減することができる医用画像処理装置を提供することである。
実施形態の医用画像処理装置は、抽出部と、特定部とを備える。抽出部は、３次元画像データから親血管と瘤とを抽出する。特定部は、前記親血管と前記瘤との境界であるネック面の法線ベクトルと、前記３次元画像データにおいて設定した投影方向ベクトルとの内積、及び、前記親血管の芯線ベクトルと、前記投影方向ベクトルとの内積に基づいて、Ｘ線診断装置による撮影方向を特定する。
以下、図面を参照して、実施形態に係る医用画像処理装置を説明する。以下の実施形態では、医用画像処理装置を有する医用情報処理システムを例に説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る医用情報処理システム１の構成例を示す図である。本実施形態に係る医用情報処理システム１は、例えば、脳動脈瘤のインターベンション治療が行われる施設に設置され、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置によるＣＴ検査とＸ線診断装置を用いた治療とが併用される。例えば、図１に示すように、第１の実施形態に係る医用情報処理システム１は、医用画像保管装置２と、医用情報管理装置３と、Ｘ線ＣＴ装置４と、Ｘ線診断装置５と、医用画像処理装置１００とを有する。各装置は、ネットワーク６を介して相互に接続され、Ｘ線ＣＴ装置４やＸ線診断装置５によって撮像された医用画像データなどを相互に送受信する。ここで、例えば、医用情報処理システム１にＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）が導入されている場合、各装置は、医用画像データに付帯情報を付与したＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）形式の医用画像データ等を相互に送受信する。ここで、付帯情報には、例えば、患者を識別する患者ＩＤ（Identifier）、検査を識別する検査ＩＤ、各装置を識別する装置ＩＤ、各装置による１回の撮影を識別するシリーズＩＤなどが含まれる。
図１は、第１の実施形態に係る医用情報処理システム１の構成例を示す図である。本実施形態に係る医用情報処理システム１は、例えば、脳動脈瘤のインターベンション治療が行われる施設に設置され、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置によるＣＴ検査とＸ線診断装置を用いた治療とが併用される。例えば、図１に示すように、第１の実施形態に係る医用情報処理システム１は、医用画像保管装置２と、医用情報管理装置３と、Ｘ線ＣＴ装置４と、Ｘ線診断装置５と、医用画像処理装置１００とを有する。各装置は、ネットワーク６を介して相互に接続され、Ｘ線ＣＴ装置４やＸ線診断装置５によって撮像された医用画像データなどを相互に送受信する。ここで、例えば、医用情報処理システム１にＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）が導入されている場合、各装置は、医用画像データに付帯情報を付与したＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）形式の医用画像データ等を相互に送受信する。ここで、付帯情報には、例えば、患者を識別する患者ＩＤ（Identifier）、検査を識別する検査ＩＤ、各装置を識別する装置ＩＤ、各装置による１回の撮影を識別するシリーズＩＤなどが含まれる。
医用画像保管装置２は、医用情報処理システム１において撮像された医用画像データを記憶する。例えば、医用画像保管装置２は、Ｘ線ＣＴ装置４やＸ線診断装置５によって撮像された医用画像データを記憶する。
医用情報管理装置３は、医療情報システム１を管理する。医療情報システム１は、院内で利用される情報システムであり、例えば、ＨＩＳ（Hospital Information System）、ＲＩＳ（Radiology Information System）、電子カルテシステム、レセプト電算処理システム、オーダリングシステム、受付（個人、資格認証）システム、診療支援システムなどがあげられる。一例をあげると、医用情報管理装置３は、Ｘ線ＣＴ装置４による検査やＸ線診断装置５を用いた手術の予約を受け付ける。そして、医用情報管理装置３は、各検査や手術で使用される各装置に予約を登録する。これにより、Ｘ線ＣＴ装置４やＸ線診断装置５を用いて、予約された検査や手術が実行される。
Ｘ線ＣＴ装置４は、被検体を撮像し、医用画像データを生成する装置である。例えば、Ｘ線ＣＴ装置４は、Ｘ線を照射するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを対向する位置に支持して回転可能な回転フレームを有する。Ｘ線ＣＴ装置４は、Ｘ線管からＸ線を照射させながら回転フレームを回転させることで、透過、吸収、減衰を受けたＸ線のデータを収集する。そして、Ｘ線ＣＴ装置４は、収集したデータをＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換し、更に、対数変換、オフセット補正、感度補正、ビームハードニング補正、散乱線補正等の補正処理を行ってｒａｗデータ（生データ）を生成する。そして、Ｘ線ＣＴ装置４は、生成したｒａｗデータを再構成して、３次元のボリュームデータを生成する。なお、ボリュームデータは、医用画像データの一例である。Ｘ線ＣＴ装置４によって生成された医用画像データは、医用画像保管装置２にて保管される。
Ｘ線診断装置５は、被検体を撮像し、医用画像データを生成する装置である。例えば、Ｘ線診断装置５は、Ｘ線を照射するＸ線管と、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器とを対向する位置に支持して回転可能なＣアームを有する。Ｘ線診断装置５は、Ｘ線検出器から入力されたアナログ信号をディジタル信号に変換し、変換したディジタル信号をＸ線収集画像とする。なお、Ｘ線収集画像は、医用画像データの一例である。Ｘ線診断装置５によって生成された医用画像データは、医用画像保管装置２にて保管される。
医用画像処理装置１００は、Ｘ線ＣＴ装置４やＸ線診断装置５によって生成された医用画像データ等を処理する。なお、医用画像処理装置１００の構成については後述する。
このように構成される医用情報処理システム１における一般的な処理について、図２Ａから図２Ｅを用いて説明する。図２Ａから図２Ｅは、従来技術を説明するための図である。医用情報処理システム１では、例えば、Ｘ線ＣＴ装置４を用いた被検体の頭部の検査が行われる。
図２Ａでは、Ｘ線ＣＴ装置により生成された被検体の頭部のボリュームデータの一例を示す。例えば、図２Ａに示すボリュームデータは、血管の描出された３次元画像データである。例えば、Ｘ線ＣＴ装置４は、造影剤存在下と造影剤非存在下とで頭部の同一部位を撮像して得た生データをサブトラクションして差分画像を生成し、この差分画像を再構成することで血管の描出された３次元画像データを生成する。図２Ａの例では、ボリュームデータの中央部付近に脳動脈瘤が存在する場合を示す。なお、以下では、血管の描出された３次元画像データのことを３次元血管画像と言う。また、以下では、脳動脈瘤のことを動脈瘤或いは単に瘤とも言う。
図２Ｂでは、脳動脈瘤について説明する。脳動脈瘤は、脳内の血管壁の一部が風船のように膨隆し、その中が血液で満たされる。ここで、脳動脈瘤のもとになっている血管のことを親血管と言う。また、脳動脈瘤と親血管との境界面のことをネック面と言う。小さい脳動脈瘤は破裂の危険性は小さいが、大きい脳動脈瘤は破裂の危険性が高くなる。なお、脳動脈瘤付近から穿通枝と呼ばれる血管が伸びている場合は手術の適用を検討する上で注意が必要となる。ここで穿通枝とは、比較的太い動脈から直接脳実質に入り、脳実質を栄養する血管を指す。穿通枝が栄養する先の脳実質に対して他に血行路が存在しない場合、この穿通枝が閉塞すると、それらの脳実質は壊死に陥る。
図２Ａや図２Ｂに示すように、Ｘ線ＣＴ装置４による検査で脳動脈瘤が検出された場合、医師は、Ｘ線ＣＴ装置４により生成されたボリュームデータを用いて、動脈瘤に対する治療法などの処置を検討する。例えば、動脈瘤の破裂を防ぐための治療法として、クリッピング法とコイル塞栓術とが知られている。クリッピング法では、全身麻酔下で開頭し、図２Ｃに示すように動脈瘤をクリップで留める。一方、コイル塞栓術では、足の付け根の動脈からカテーテルを挿入して、脳の血管まで到達させた後、図２Ｄに示すように、脳動脈瘤の中にプラチナ製のコイルを隙間なく埋める。このようなクリッピング法やコイル塞栓術は、Ｘ線診断装置５を用いた透視下で実施される。
また、Ｘ線診断装置５を用いた治療時には、治療に適した投影角度を同定することになる。例えば、コイル塞栓術等の治療時には、親血管と瘤との境界であるネック面が明瞭に見える投影角度が望ましい。しかしながら、例えば、図２Ｅに示すように、親血管に脳動脈瘤が重なって見える投影角度では、親血管と瘤との境界であるネック面が明瞭に見えない。このため、医師等の術者は、様々な投影角度から連続的に撮影して、最適な投影角度を探すことになる。かかる場合、被検体の被曝が増加する。
このようなことから、第１の実施形態に係る医用情報処理システム１では、医用画像処理装置１００は、治療に適した投影角度を同定する。図３は、第１の実施形態に係る医用画像処理装置１００の構成例を示すブロック図である。
図３に示すように、医用画像処理装置１００は、入力装置１０１と、ディスプレイ１０２と、記憶回路１１０と、処理回路１２０とを備える。入力装置１０１、ディスプレイ１０２、記憶回路１１０、処理回路１２０は、相互に通信可能に接続される。
入力装置１０１は、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、タッチコマンドスクリーン、フットスイッチ、トラックボール、ジョイスティック等を有し、医用画像処理装置１００の操作者からの各種設定要求を受け付ける。入力装置１０１は、受け付けた各種設定要求を処理回路１２０へ出力する。
ディスプレイ１０２は、Ｘ線ＣＴ装置４やＸ線診断装置５によって生成された医用画像データを表示したり、利用者が入力回路１０１を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したりする。
記憶回路１１０は、ＧＵＩを表示するための各種のプログラムや、当該プログラムによって用いられる情報を記憶する。また、記憶回路１１０は、Ｘ線ＣＴ装置４やＸ線診断装置５によって生成された医用画像データを記憶する。
処理回路１２０は、医用画像処理装置１００の処理全体を制御する。例えば、図３に示すように、処理回路１２０は、抽出機能１２１と、特定機能１２２とを実行する。ここで、例えば、図３に示す処理回路１２０の構成要素である抽出機能１２１と、特定機能１２２とが実行する各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路１１０に記録されている。処理回路１２０は、各プログラムを記憶回路１１０から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路１２０は、図３の処理回路１２０内に示された各機能を有することとなる。以下では、処理回路１２０が実行する各処理機能について説明する。
図４は、第１の実施形態に係る処理回路１２０による処理手順を示すフローチャートである。図４では、処理回路１２０による動作を説明するフローチャートを示し、各構成要素がフローチャートのどのステップに対応するかを説明する。なお、図４に示す例では、医師等の術者が、脳動脈瘤の治療に先駆けて、治療に適した投影角度を同定する場合について説明する。
ステップＳ１０１からステップＳ１０４は、抽出機能１２１に対応するステップである。処理回路１２０が記憶回路１１０から抽出機能１２１に対応する所定のプログラムを呼び出し実行することにより、抽出機能１２１が実現されるステップである。ステップＳ１０１では、抽出機能１２１は、３次元画像データを取得する。例えば、取得機能１２１は、Ｘ線ＣＴ装置４によって生成された医用画像データを記憶回路１１０から取得する。より具体的には、取得機能１２１は、図２Ａで説明したように、血管の描出された３次元血管画像を記憶回路１１０から取得する。
ステップＳ１０２では、抽出機能１２１は、３次元画像データから瘤と親血管とを抽出する。図５Ａは、第１の実施形態に係る抽出機能１２１を説明するための図である。図５Ａでは、被検体の頭部内部の３次元画像データを模式的に示している。例えば、抽出機能１２１は、図５Ａに示すように、親血管と、脳動脈瘤とを抽出する。
より具体的には、抽出機能１２１は、３次元血管画像から閾値以上のボクセル値を有する３次元領域を血管情報として抽出する。そして、例えば、抽出機能１２１は、抽出した３次元領域の細線化処理を行って、血管の芯線を抽出する。なお、抽出機能１２１は、３次元血管画像を用いて血管情報を抽出するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、抽出機能１２１は、３次元ボリュームデータのＣＴ値に基づいて、血管情報を抽出してもよい。あるいは、抽出機能１２１は、血管が存在する値の範囲の指定を受付けてもよい。また、抽出機能１２１は、さらに、血管の連続性などを考慮してトラッキングすることで血管情報を抽出してもよい。
続いて、抽出機能１２１は、血管情報から動脈瘤と動脈瘤が派生している親血管とを分離する。例えば、抽出機能１２１は、抽出された血管芯線に基づき、血管芯線と垂直な仮想断面による連続スライス画像を生成する。ここで、連続するスライス画像のうち動脈瘤にかかる部分においては、血管断面の膨張や血管断面以外の断面が現れる。また、動脈瘤には様々なタイプがあり、その形状も不定形である。抽出機能１２１は、血管断面の膨張や血管断面以外の断面を特徴として認識し、断面の特徴値として把握することにより、血管と動脈瘤とを分離する。なお、抽出機能１２１は、術者から指定された動脈瘤について動脈瘤と親血管とを分離するようにしてもよい。
図４に戻る。ステップＳ１０３では、抽出機能１２１は、３次元画像データから穿通枝を抽出する。例えば、抽出機能１２１は、図５Ａに示すように、穿通枝を抽出する。上述したように、穿通枝は、比較的太い動脈から直接脳実質に入り、脳実質を栄養する血管である。ここで、穿通枝以外に脳実質領域に影響する血管がない場合、この穿通枝による血流を止めてはいけない。図５Ｂは、第１の実施形態に係る抽出機能１２１を説明するための図である。
図５Ｂでは、穿通枝の起始部別に３つの場合について説明する。図５Ｂでは、脳動脈瘤Ａｎ１と、親血管Ｖ１と、穿通枝５ａ、穿通枝５ｂ及び穿通枝５ｃとを模式的に図示する。なお図５Ｂに示す例では、穿通枝５ａ、穿通枝５ｂ及び穿通枝５ｃがそれぞれ栄養する脳実質には、他の血管から栄養されていないものとして説明する。かかる場合、穿通枝５ａ、穿通枝５ｂ及び穿通枝５ｃを留めると、各穿通枝が栄養する脳実質に悪影響を及ぼす可能性がある。図５Ｂに示す例では、穿通枝５ａ及び穿通枝５ｂは治療によって、それぞれが栄養する脳実質への影響を回避することができない。一方、穿通枝５ｃは、コイルによる塞栓範囲が穿通枝５ｃの起始部にかからないようにし、血流を止めないように留意することで治療の合併症を避けることができる。このようなことから、抽出機能１２１は、瘤外でネック面の近傍に接続する穿通枝５ｃを３次元画像データから抽出する。なお、このステップＳ１０３は状況に応じて省略可能である。
図４に戻る。ステップＳ１０４では、抽出機能１２１は、３次元画像データからＸ線高吸収領域を抽出する。図５Ａに示すように、抽出機能１２１は、歯科インプラント等のＸ線高吸収領域を抽出する。
ステップＳ１０５からステップＳ１１０は、特定機能１２２に対応するステップである。処理回路１２０が記憶回路１１０から特定機能１２２に対応する所定のプログラムを呼び出し実行することにより、特定機能１２２が実現されるステップである。ステップＳ１０５では、特定機能１２２は、Ｘ線診断装置５により撮影可能な空間の範囲に対応する３次元画像データの範囲を特定する。図６Ａは、第１の実施形態に係る特定機能１２２を説明するための図である。
ここで、Ｘ線診断装置５による撮影方向は、図６Ａに示すように、「ＣＲＡ（頭部方向：ＣＲＡｎｉａｌ）／ＣＡＵ（尾部方向：ＣＡＵｄａｌ）、ＲＡＯ（第１斜位、右前斜位：Ｒｉｇｈｔ Ａｎｔｅｒｉｏｒ Ｏｂｌｉｑｕｅ）／ＬＡＯ（第２斜位、左前斜位：Ｌｅｆｔ Ａｎｔｅｒｉｏｒ Ｏｂｌｉｑｕｅ）」で表現される。言い換えると、Ｘ線診断装置５による撮影方向は、Ｃアームの角度（ＬＡＯ／ＲＡＯ、ＣＡＵ／ＣＲＡ）の組み合わせで表現される。特定機能１２２は、例えば、Ｘ線診断装置５のＣアームの可動範囲に関する情報を取得する。図６Ａに示す例では、Ｘ線診断装置５のＣアームの可動範囲６ａを破線で図示している。そして、特定機能１２２は、Ｃアームの可動範囲６ａに対応する３次元画像データの範囲を特定する。
ステップＳ１０６では、特定機能１２２は、ステップＳ１０５で特定した３次元画像データの範囲から、撮影対象外の範囲を除外する。例えば、特定機能１２２は、ステップＳ１０２で抽出した瘤と、ステップＳ１０４で抽出したＸ線高吸収領域とが重なる方向を、ステップＳ１０５で特定した撮影方向から除外する。図６Ｂ及び図６Ｃは、第１の実施形態に係る特定機能１２２を説明するための図である。
図６Ｂでは、被検体の頭部内部の３次元画像データを模式的に示している。図６Ｂに示す例では、脳動脈瘤と、親血管と、穿通枝と、歯科インプラント等のＸ線高吸収領域とをそれぞれ図示している。特定機能１２２は、ステップＳ１０５で特定した３次元画像データの範囲内のＣアーム角度の組み合わせの中から、図６Ｂに示す、動脈瘤とＸ線高吸収領域とが重なる撮影方向を特定する。ここで、Ｘ線高吸収領域と、脳動脈瘤とが重なる撮影方向では、Ｘ線高吸収領域においてＸ線が吸収されるので、脳動脈瘤が透視されない。このため、特定機能１２２は、ステップＳ１０５で特定した３次元画像データの範囲から、動脈瘤とＸ線高吸収領域とが重なる撮影方向を除外する。言い換えると、特定機能１２２は、治療対象である瘤及び瘤の周辺領域である親血管及び穿通枝と、Ｘ線高吸収領域とが重なる撮影方向を除外する。例えば、特定機能１２２は、図６Ｃに示すように、Ｘ線診断装置５のＣアームの可動範囲６ａから、動脈瘤とＸ線高吸収領域とが重なる撮影方向６ｂを除外する。そして、特定機能１２２は、Ｘ線診断装置５のＣアームの可動範囲６ａから、動脈瘤とＸ線高吸収領域とが重なる撮影方向６ｂを除外した範囲を、後述する撮影方向特定処理の対象範囲として特定する。
ステップＳ１０７では、特定機能１２２は、撮影方向特定処理を実行する。ステップＳ１０７における撮影方向特定処理では、撮影方向特定処理の対象範囲の中から、例えば、コイル塞栓術等の治療時に適したＸ線診断装置５の撮影方向を特定する。図７を用いて、特定機能１２２による撮影方向特定処理について説明する。図７は、第１の実施形態に係る特定機能１２２による撮影方向特定処理の処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１からステップＳ２０７は、特定機能１２２に対応するステップである。処理回路１２０が記憶回路１１０から特定機能１２２に対応する所定のプログラムを呼び出し実行することにより、特定機能１２２が実現されるステップである。
ステップＳ２０１では、特定機能１２２は、例えば図８に示すように、瘤のネック面の法線ベクトルＮを決定する。また、ステップＳ２０２では、特定機能１２２は、例えば図８に示すように、親血管の芯線ベクトルＰ１及びＰ２を決定する。また、ステップＳ２０３では、特定機能１２２は、例えば図８に示すように、穿通枝の芯線ベクトルＢ１を決定する。なお、図８は、第１の実施形態に係る特定機能１２２を説明するための図である。
ステップＳ２０４では、特定機能１２２は、投影方向ベクトルを設定する。例えば、特定機能１２２は、図６Ｃに示すように、ステップＳ１０６で特定した撮影方向特定処理の対象範囲から投影方向ベクトルを設定する。ここで、特定機能１２２は、Ｃアームの角度（ＬＡＯ／ＲＡＯ、ＣＡＵ／ＣＲＡ）の組み合わせで、設定する投影方向ベクトルを表現する。図９は、第１の実施形態に係る特定機能１２２を説明するための図である。
図９では、Ｘ線診断装置５のＣアームの可動範囲９ａから、動脈瘤とＸ線高吸収領域とが重なる撮影方向９ｂを除外した範囲が撮影方向特定処理の対象範囲である。特定機能１２２は、撮影方向特定処理の対象範囲の中から所定の間隔で投影方向ベクトルを設定する。より具体的には、特定機能１２２は、図９において黒丸で示す間隔で投影方向ベクトルを設定する。この投影方向ベクトルは、Ｃアームの角度（ＬＡＯ／ＲＡＯ、ＣＡＵ／ＣＲＡ）の組み合わせで表現される。そして、特定機能１２２は、設定した投影方向ベクトルから未選択であるいずれか一つの投影方向ベクトルを選択して、ステップＳ２０５に移行する。
図７に戻る。ステップＳ２０５では、特定機能１２２は、評価値を算出する。ここで、コイル塞栓術等の治療時に適したＸ線診断装置５の撮影方向は、例えば、親血管と瘤との境界であるネック面が明瞭に見える撮影方向である。このようなネック面が明瞭に見える撮影方向では、瘤のネック面の法線ベクトルと撮影方向とが直交し、親血管ベクトルと撮影方向とが直交する。また、穿通枝を考慮する場合、ネック面が明瞭に見える撮影方向では、更に、穿通枝のベクトルと撮影方向が直交する。すなわち、最適な撮影方向では、撮影方向と瘤のネック面の法線ベクトルとの内積が０に近似し、撮影方向と親血管ベクトルとの内積が０に近似し、撮影方向と穿通枝のベクトルとの内積が０に近似する。そこで、特定機能１２２は、親血管と瘤との境界であるネック面の法線ベクトルと、３次元画像データにおいて設定した投影方向ベクトルとの内積、親血管の芯線ベクトルと、投影方向ベクトルとの内積、及び、穿通枝の芯線ベクトルと投影方向ベクトルとの内積に基づいて評価値を算出する。
より具体的には、特定機能１２２は、以下の式「Ｉ＝ｋＮ・Ｒ＋ｌ（Ｐ１・Ｒ＋Ｐ２・Ｒ）＋ｍ（Ｂ１・Ｒ）」を用いて評価値Ｉを算出する。式中、Ｒは、ステップＳ２０４で選択した投影方向ベクトルであり、ｋ、ｌ及びｍは、係数を示す。すなわち、特定機能１２２は、図８に示すように、瘤のネック面の法線ベクトルＮ、親血管ベクトルＰ１及びＰ２、穿通枝ベクトルＢ１を抽出し、抽出した各ベクトルと、Ｘ線照射方向として仮定する投影方向ベクトルＲとの内積の総和を評価値として算出する。なお、評価値Ｉを算出する式における係数ｋ、ｌ及びｍは、任意に設定可能である。例えば、各係数は、動脈瘤のサイズやネック面の直径に応じて、重みを適宜設定可能である。より具体的には、動脈瘤のサイズやネック面の大きさが小さい場合は抽出する法線ベクトルＮの誤差が大きくなる可能性がある。このため、例えば、動脈瘤のサイズやネック面の大きさが小さい場合、法線ベクトルＮの係数ｋを大きくするようにしてもよい。また、各係数は、例えば、ネック面を明瞭に観察可能な撮影方向を特定するための第１の係数と、穿通枝を明瞭に観察可能な撮影方向を特定するための第２の係数とをそれぞれ設定し、ユーザ操作により第１の係数と第２の係数とを切り替えて使い分けてもよい。より具体的には、操作者は、Ｃアーム角度を切り替えながら治療する際に、第１の係数を用いてネック面を明瞭に観察可能な撮影方向を特定して、ネック面を注視してコイルを入れる。続いて、操作者は、コイルを入れた後、第２の係数を用いて穿通枝を明瞭に観察可能な撮影方向を特定して、穿通枝を詳細に確認する。
ステップＳ２０６では、特定機能１２２は、全ての投影方向ベクトルについて評価値を算出したか否かを判定する。例えば、特定機能１２２は、図９において黒丸で示した全ての投影方向について評価値を算出したか否かを判定する。例えば、特定機能１２２は、ステップＳ２０４において設定した投影方向ベクトルのうち未選択の投影方向ベクトルが存在するか否かを判定する。ここで、特定機能１２２は、全ての投影方向ベクトルについて評価値を算出したと判定しなかった場合（ステップＳ２０６、Ｎｏ）、すなわち未選択の投影方向ベクトルが存在すると判定した場合、ステップＳ２０４に移行して未選択の投影方向ベクトルうちいずれか一つを選択し、評価値を算出する。
一方、特定機能１２２は、全ての投影方向ベクトルについて評価値を算出したと判定した場合（ステップＳ２０６、Ｙｅｓ）、ステップＳ２０７では、算出した評価値を用いて、撮影方向を特定する。例えば、治療時に適した撮影方向では、上記式において各項の内積は０に近似する。このため、治療時に適した撮影方向では、評価値全体も０に近似する。そこで、特定機能１２２は、例えば、算出した評価値が最小値となる場合の投影方向を撮影方向として特定する。また、特定機能１２２は、算出した評価値が最小値となる場合の投影方向に加えて、評価値が２番目に最小となる場合の投影方向や評価値が３番目に最小となる場合の投影方向を特定してもよい。このように、特定機能１２２は、撮影方向特定処理の対象範囲から設定した各投影方向において、治療対象である瘤と瘤の周辺領域である親血管及び穿通枝との境界の見やすさを示す評価値を算出し、算出した評価値を用いて、治療時に適したＸ線診断装置５による撮影方向を特定する。なお、ステップＳ２０７において、特定機能１２２が特定する撮影方向の数は任意に設定可能である。
図４に戻る。ステップＳ１０８では、特定機能１２２は、特定した撮影方向から３次元画像データを仮想的に投影した仮想画像と特定した撮影方向を示す模式図とを生成して表示する。図１０は、第１の実施形態に係る特定機能１２２を説明するための図である。
図１０では、ディスプレイ１０２に表示された、仮想画像１０ａと撮影方向を示す模式図１０ｂとを図示する。また、図１０の例では、ステップＳ２０７において３つの撮影方向が特定された場合を示す。かかる場合、特定機能１２２は、特定した撮影方向を示す投影方向ベクトルを黒丸で示した模式図１０ｂを生成して表示する。そして、特定機能１２２は、例えば、カーソル１０ｃを移動させて、模式図１０ｂ中のいずれかの投影方向ベクトルの指定を受付けた場合、指定された投影方向ベクトルに対応する撮影方向から３次元画像データを仮想的に投影した仮想画像１０ａを表示する。なお、カーソル１０ｃを移動させて異なる投影方向ベクトルが指定された場合、特定機能１２２は、新たに指定された投影方向ベクトルに対応する撮影方向で生成された仮想画像をディスプレイ１０２に表示させる。
続いて、ステップＳ１０９では、特定機能１２２は、治療時の撮影方向として利用する撮影方向の選択を受付ける。例えば、医用画像処理装置１００の操作者は、図１０に示す模式図１０ｂ中の黒丸で示す投影方向ベクトルを指定して、仮想画像を表示させ、治療時の撮影方向として利用するか否かを判断する。ここで、操作者は、治療時の撮影方向として利用しないと判断した場合、この撮影方向に対応する投影方向ベクトルを、入力装置１０１を介して、模式図１０ｂから削除する操作を行う。かかる場合、特定機能１２２は、模式図１０ｂから指定された投影方向ベクトルを削除した模式図を新たに生成する。なお、ステップＳ１０９において、全ての投影方向ベクトルが治療時の撮影方向として利用されてもよい。かかる場合、特定機能１２２は、ステップＳ１０８で生成した模式図を維持する。
ステップＳ１１０では、特定機能１２２は、撮影方向を示す情報を医用情報管理装置３に送信する。例えば、特定機能１２２は、仮想画像と特定した撮影方向を示す模式図とを撮影方向を示す情報として医用情報管理装置３に送信する。或いは、特定機能１２２は、撮影方向を示す情報として、特定した撮影方向を示すＣアーム角度の組み合わせを医用情報管理装置３に送信する。これにより、Ｘ線診断装置５は、医用情報管理装置３から特定した撮影方向を示す情報を取得することにより、撮影開始時に治療に適した撮影方向で撮影を行なうことができる。なお、特定機能１２２は、撮影方向を示す情報をＸ線診断装置５に送信してもよい。このように、特定機能１２２は、特定した撮影方向を示す情報を他装置に送信する。
上述したように、第１の実施形態では、親血管と瘤との境界であるネック面の法線ベクトルと、３次元画像データにおいて設定した投影方向ベクトルとの内積、及び、親血管の芯線ベクトルと、投影方向ベクトルとの内積に基づいて、Ｘ線診断装置５による撮影方向を特定する。例えば、第１の実施形態では、撮影方向と瘤のネック面の法線ベクトルとの内積が０に近似し、撮影方向と親血管ベクトルとの内積が０に近似し、撮影方向と穿通枝のベクトルとの内積が０に近似するような撮影方向を特定する。このような撮影方向では、親血管と瘤とが重ならず、撮影方向と親血管の走行方向とが重ならないので、親血管と瘤との境界であるネック面が明瞭に見える。Ｘ線診断装置５は、この撮影方向を治療の開始に先駆けて設定することにより、撮影開始時には治療に適した撮影方向で撮影を行なうことができる。この結果、第１の実施形態によれば、撮影方向を決定する際に被検体への余分な被曝を低減することができる。
更に、このような撮影方向では、撮影方向と親血管の走行方向とが重ならないので、穿通枝を明瞭に確認することができるので、医師等の術者は、穿通枝の血流を止めないように留意することができる。
なお、上述した実施形態では、抽出機能１２１は、ステップＳ１０６において、歯科インプラント等のＸ線高吸収領域を抽出し、特定機能１２２が、瘤とＸ線高吸収領域とが重なる方向を撮影方向から除外する場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、抽出機能１２１は、３次元画像データからＸ線高感受性領域を更に抽出するようにしてもよい。例えば、抽出機能１２１は、３次元画像データから事前に眼球を抽出する。かかる場合、特定機能１２２は、動脈瘤部分と眼球とが重ならないような撮影方向を特定する。これにより、Ｘ線診断装置５は、眼球等のＸ線高感受性領域への被曝を低減することが可能になる。また、特定機能１２２は、撮影方向から除外する範囲の設定を操作者から受け付けるようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、特定機能１２２は、ステップＳ２０７において、算出した評価値が最小値となる場合の投影方向を撮影方向として特定するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、特定機能１２２は、評価値が最小値となる投影方向の近傍において、詳細なＣアーム角度の組み合わせを設定して更に評価値を算出するようにしてもよい。また、特定機能１２２は、評価値が最小値となる投影方向の近傍から、最急降下法等のアルゴリズムを用いて撮影方向を特定しても良い。すなわち、特定機能１２２は、評価値が最小値となる投影方向の近傍から、評価値分布の勾配を計算し、より評価値が下がる方向のＣアーム角度の組み合わせを探索する。
また、上述した実施形態では、特定機能１２２は、ステップＳ１０８において、模式図１０ｂ中のいずれかの投影方向ベクトルの指定を受付けた場合、指定された投影方向ベクトルに対応する撮影方向から３次元画像データを仮想的に投影した仮想画像１０ａを表示するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、特定機能１２２は、特定された全ての撮影方向から３次元画像データを仮想的に投影した仮想画像を並列にディスプレイ１０２に表示させてもよい。或いは、特定機能１２２は、特定された全ての撮影方向から３次元画像データを仮想的に投影した仮想画像を所定の順でディスプレイ１０２に表示させてもよい。
また、上述した実施形態では、特定機能１２２は、評価値Ｉを算出する式を１つ用いて、撮影方向を特定する場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、特定機能１２２は、ネック面を明瞭に観察可能な撮影方向を特定するための係数を設定した式を用いて算出した評価値と、穿通枝を明瞭に観察可能な撮影方向を特定するための係数を設定した式を用いて算出した評価値とをそれぞれ用いて、撮影方向を特定してもよい。
また、上述した実施形態では、抽出機能１２１は、図４に示すステップＳ１０３において、穿通枝を抽出するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、穿通枝の影響を無視できる場合や穿通枝を考慮せずに撮影方向を特定する場合には、抽出機能１２１は、図４に示すステップＳ１０３を省略しても良い。かかる場合、特定機能１２２は、親血管と瘤との境界であるネック面の法線ベクトルと、３次元画像データにおいて設定した投影方向ベクトルとの内積、及び、親血管の芯線ベクトルと、投影方向ベクトルとの内積に基づいて、Ｘ線診断装置による撮影方向を特定する。
また、上述した実施形態では、医用画像処理装置１００は、Ｘ線ＣＴ装置４により生成された３次元画像データを用いて親血管と、瘤と、穿通枝とを抽出するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、医用情報処理システム１がＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置を有する場合には、医用画像処理装置１００は、ＭＲＩ装置により生成されたボリュームデータを用いて親血管と、瘤と、穿通枝とを抽出してもよい。
（その他の実施形態）
実施形態は、上述した実施形態に限られるものではない。
実施形態は、上述した実施形態に限られるものではない。
また、上述した実施形態は、医用画像処理装置１００において実施するものとして説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線診断装置５において、抽出機能１２１及び特定機能１２２と同様の処理を実行するようにしてもよい。より具体的には、Ｘ線診断装置５は、術中にＣアームを１回転させて３次元画像データを取得する。続いて、Ｘ線診断装置５は、取得した３次元画像データから親血管と瘤とを抽出する。そして、Ｘ線診断装置５は、親血管と瘤との境界であるネック面の法線ベクトルと、３次元画像データにおいて設定した投影方向ベクトルとの内積、及び、親血管の芯線ベクトルと、投影方向ベクトルとの内積に基づいて、Ｘ線診断装置５による撮影方向を特定する。なお、Ｘ線診断装置５は、更に、３次元画像データから穿通枝を抽出し、穿通枝の芯線ベクトルと投影方向ベクトルとの内積を更に用いて撮影方向を特定するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、動脈瘤を治療対象とする場合について説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、硬膜動静脈瘻(dural ArterioVenous Fistula：ｄ−ＡＶＦ)や脳動静脈奇形（ArterioVenous Malformation：ＡＶＭ）、或いは動脈瘤にコイルを入れられないような場合には、血管自体をコイルで塞栓する治療が実施されることがある。上述した実施形態は、このような血管自体をコイルで栓塞する治療にも適用可能である。かかる場合、抽出機能１２１は、親血管と、治療対象となる患部(コイルを詰めるポイント)とを抽出する。続いて、特定機能１２２は、親血管とコイルを詰めるポイントとの境界の法線ベクトルと投影方向ベクトルとの内積、及び、親血管の芯線ベクトルと投影方向ベクトルとの内積の総和を評価値として算出する。そして、特定機能１２２は、評価値を用いて、治療時に適したＸ線診断装置５の撮影方向を特定する。
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。
また、上記の実施形態の説明において、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。
また、上記の実施形態で説明した制御方法は、予め用意された制御プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この制御プログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この制御プログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、撮影方向を決定する際に被検体への被曝を低減することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１ 医用情報処理システム
１００ 医用画像処理装置
１２０ 処理回路
１２１ 抽出機能
１２２ 特定機能
１００ 医用画像処理装置
１２０ 処理回路
１２１ 抽出機能
１２２ 特定機能
Claims (9)
- ３次元画像データから親血管と瘤とを抽出する抽出部と、
前記親血管と前記瘤との境界であるネック面の法線ベクトルと、前記３次元画像データにおいて設定した投影方向ベクトルとの内積、及び、前記親血管の芯線ベクトルと、前記投影方向ベクトルとの内積に基づいて、Ｘ線診断装置による撮影方向を特定する特定部と
を備える、医用画像処理装置。 - 前記抽出部は、更に、前記３次元画像データから穿通枝を抽出し、
前記特定部は、前記穿通枝の芯線ベクトルと前記投影方向ベクトルとの内積を更に用いて前記撮影方向を特定する、請求項１に記載の医用画像処理装置。 - 前記抽出部は、瘤外で前記ネック面の近傍に接続する穿通枝を抽出する、請求項２に記載の医用画像処理装置。
- 前記特定部は、前記Ｘ線診断装置により撮影可能な空間の範囲に対応する前記３次元画像データの範囲から前記撮影方向を特定する、請求項１〜３のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
- 前記抽出部は、前記３次元画像データからＸ線高吸収領域を更に抽出し、
前記特定部は、前記瘤と、前記Ｘ線高吸収領域とが重なる方向を前記撮影方向から除外する、請求項１〜４のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。 - 前記抽出部は、前記３次元画像データからＸ線高感受性領域を更に抽出し、
前記特定部は、前記瘤と、前記Ｘ線高感受性領域とが重なる方向を前記撮影方向から除外する、請求項１〜４のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。 - 前記特定部は、更に、特定した前記撮影方向から前記３次元画像データを仮想的に投影した仮想画像を生成し、生成した前記仮想画像を所定の表示部に表示させる、請求項１〜６のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
- 前記特定部は、更に、特定した前記撮影方向を示す模式図を所定の表示部に表示させる、請求項１〜７のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
- 前記特定部は、更に、特定した前記撮影方向を示す情報を他装置に送信する、請求項１〜８のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
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