JP2019150358A - 画像処理装置と画像処理プログラムと画像処理方法 - Google Patents
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Abstract
Description
先ず、本発明にかかる画像処理装置について説明する。
図2は、本装置1の機能ブロック図である。
本装置1は、記憶部11と、形状線取得部12と、レジストレーション部13と、平面位置特定部14と、投影直線特定部15と、立体位置推定部16と、判定部17と、通信部18と、を有してなる。
図中、黒塗りの丸「●」は中心線C1に含まれる節点を示し、二点鎖線は血管BVの立体画像の輪郭線を示す。同図は、中心線C1が複数の微小な線分(曲線)に分割されていて、同線分同士が複数の節点で接続されていることを示す。
レジストレーション部13は、X線透視画像の位置情報と、立体画像の位置情報と、に基づいて、X線透視画像と立体画像との位置合わせ(レジストレーション)をする。レジストレーション部13は、例えば、X線透視画像内の血管BVの輪郭線の位置情報と、立体画像内の血管BVの輪郭線の位置情報と、を抽出し、抽出した輪郭線の位置情報に基づいて、X線透視画像と立体画像との位置合わせをする。このとき、レジストレーション部13は、例えば、公知の2D/3Dレジストレーションアルゴリズムを用いて、X線透視画像と立体画像との位置合わせをする。
同図は、立体画像内の血管BVの位置(向き)がX線透視画像内の血管BVの位置に合わされた状態を示す。
平面位置特定部14は、血管BVの内部を移動するガイドワイヤ7のX線透視画像内の位置を取得する。平面位置特定部14は、例えば、テンプレートマッチングなどの公知の画像処理アルゴリズムを用いて、ガイドワイヤ7のX線透視画像内の位置を取得する。
図中、黒塗りの四角「■」は、投影直線C2に含まれる節点を示す。同図は、投影直線C2が複数の微小な線分(直線)に分割されていて、同線分同士が複数の節点で接続されていることを示す。
立体位置推定部16は、血管内治療器具(先端部71)の立体画像内の位置を推定する。先端部71の立体画像内の位置の推定方法については、後述する。
次に、局所座標系と弧長パラメータとについて説明する。
次に、本装置1が実行する本方法の実施の形態について説明する。
先ず、本装置1は、位置決定処理(S1)を実行して、ガイドワイヤ7の先端部71の立体画像内の位置を決定する。
同図は、中心線C1に含まれる複数の節点のうち最短中心点iを白抜きの丸で示し、投影直線C2に含まれる複数の節点のうち最短点kを白抜きの四角で示す。
次いで、本装置1は、判定部17を用いて、最短中心点iにおける血管BVの断面を特定する(S111)。本装置1は、前述のとおり、形状線取得部12を用いて中心線C1を取得した際に、各節点の情報と、中心線C1の基となる立体画像の位置情報と、を関連付けて記憶部11に記憶する。すなわち、判定部17は、最短中心点iにおける血管BVの断面が属する座標平面を特定することにより、最短中心点iにおける血管BVの断面を特定することができる。血管BVの断面は、前述のとおり、節点を原点とする局所座標系の第2軸e2と第3軸e3とからなる座標平面上に位置する。そのため、判定部17は、最短中心点iを原点とする局所座標系を特定することにより、最短中心点iにおける血管BVの断面を特定することができる。特定された血管BVの断面の情報は、最短中心点iや局所座標系の情報に関連付けられて、記憶部11に記憶される。
図中、二点鎖線は、血管BVの断面の輪郭線を示す。同図は、血管BVの断面が局所座標系の第2軸e2と第3軸e3とからなる座標平面上に位置し、最短点kが第2軸e2と第3軸e3とからなる座標平面上に位置する、ことを示す。
最短点kが最短中心点iにおける血管BVの断面に含まれるとき(S112の「Yes」)、判定部17は、最短点kが立体画像内(血管BVの内部)における先端部71の位置であると判定し、最短点kを先端部71の立体画像内の位置として決定する(S113)。すなわち、最短点kが血管BVの断面に含まれるとき、最短点kは、最短中心点iにおける血管BVの内部における先端部71の位置である。
次いで、本装置1は、信頼性判定処理(S2)を実行して、位置決定処理(S1)により決定された先端部71の立体画像内の位置の信頼性を判定する。
図12は、信頼性判定処理(S2)における血管BVと投影直線C2との関係を示す模式図である。
次に、以上説明した本装置1の実施の形態に基づく具体的な実施例について、ガイドワイヤモデルを血管モデルに挿入したときの数値解析を例に説明する。
ガイドワイヤの直径は0.3mmであり、ガイドワイヤのヤング率は20GPaである。血管モデルはYZ平面上に展開されるため、血管モデルの中心線は、YZ平面上に存在する。X線源はX軸上に存在し、その位置座標はX=400mm、Y,Z=0mmである。すなわち、X線は、血管モデルが展開されるYZ平面に対して、垂直方向から照射される。このときのX線照射角度は、理想的なX線照射角度である。スクリーンはX軸上に存在し、その位置座標は、X=−400mm、Y,Z=0mmである。すなわち、スクリーンは、X軸上においてX線源から800mm離れた位置に配置される。
以上説明した実施の形態によれば、本装置1は、血管BVを3次元空間中の曲線(中心線C1)として捉え、血管BV内の先端部71の位置を中心線C1と投影直線C2との幾何学的な関係に置き換ることにより、先端部71の立体画像内の位置を推定する。換言すれば、本装置1は、3次元空間中に存在する曲線(中心線C1)と直線(投影直線C2)との間で最小距離となる2点(最短点k、最短中心点i)を決定することにより、先端部71の立体画像内の位置を推定する。その結果、本装置1は、血管を3次元形状を有するモデルとして捉える従来の技術と比較して、血管BV内の血管内治療器具(ガイドワイヤ7の先端部71)の位置の推定の計算に掛かる処理負担を軽減することができる。
同図は、血管の曲率が所定の閾値より大きく、本装置からディスプレイに制御情報が送信されていないことを示す。
同図は、血管の曲率が所定の閾値以下であり、本装置からディスプレイに制御情報が送信され、術者に対して血管内治療器具の操作に対する注意を喚起する情報として「!」が表示されていることを示す。
以上説明した本実施の形態にかかる画像処理装置の特徴について、以下にまとめて記載しておく。
線源(X線源21)から照射された放射線(X線)が管体(血管BV)を透過して形成される前記管体の平面画像(X線透視画像)の位置情報と、
前記管体の立体画像の位置情報と、
が記憶される記憶部(記憶部11)と、
前記立体画像に基づいて、前記管体の形状を示す形状線(中心線C1)を取得する形状線取得部(形状線取得部12)と、
前記平面画像の位置情報と、前記立体画像の位置情報と、に基づいて、前記平面画像と前記立体画像との位置合わせをするレジストレーション部(レジストレーション部13)と、
前記管体の内部を移動する移動体(ガイドワイヤ7の先端部71)の前記平面画像内の位置を特定する平面位置特定部(平面位置特定部14)と、
前記線源と、前記平面画像内の位置が特定された前記移動体と、を結ぶ投影直線(投影直線C2)を特定する投影直線特定部(投影直線特定部15)と、
前記投影直線に含まれる複数の点(節点)のうち、前記形状線との距離が最短である最短点(最短点k)の位置を、前記移動体の前記立体画像内の位置として推定する立体位置推定部(立体位置推定部16)と、
を有してなる、
ことを特徴とする画像処理装置(本装置1)。
前記最短点が前記移動体の前記立体画像内の位置であることを判定する判定部(判定部17)、
を備え、
前記判定部は、
前記形状線に含まれる複数の点のうち、前記最短点との距離が最短である最短中心点(最短中心点i)を特定し、
前記最短中心点における前記管体の断面を特定し、
前記最短点が前記断面に含まれるか否かを判定し、
前記最短点が前記断面に含まれるとき、前記最短点を前記移動体の前記立体画像内の位置として決定する、
特徴1記載の画像処理装置。
前記判定部は、
前記投影直線に含まれる複数の点のうち、前記断面の輪郭線に位置する複数の輪郭点を特定し、
前記複数の輪郭点のうち、前記線源から近位の輪郭点を近位点(近位点p)として特定し、
前記複数の輪郭点のうち、前記線源から遠位の輪郭点を遠位点(遠位点q)として特定し、
前記近位点と前記遠位点との間の前記投影直線上の輪郭距離(輪郭距離L1)を算出し、
前記輪郭距離に基づいて、前記最短点が前記移動体の前記立体画像内の位置であることの信頼性を判定する、
特徴2記載の画像処理装置。
前記判定部は、
前記形状線の基準点から前記最短中心点までの前記形状線上の位置と、
前記最短中心点を原点とする局所座標系における前記断面内の前記最短点の位置と、
を特定し、
前記形状線上の位置と、前記局所座標系における前記断面内の前記最短点の位置と、を前記移動体の位置として決定する、
特徴2記載の画像処理装置。
前記局所座標系は、
前記形状線の前記最短中心点における接線方向を示す第1軸(第1軸e1)と、
前記形状線の前記最短中心点における曲率中心点に向かう方向を示す第2軸(第2軸e2)と、
前記第1軸と前記第2軸とに直交する第3軸(第3軸e3)と、
を含む、
特徴4記載の画像処理装置。
前記局所座標系における前記断面内の前記最短点の位置は、
前記第2軸の方向における前記最短中心点から前記最短点までの距離と、
前記第3軸の方向における前記最短中心点から前記最短点までの距離と、
を含む、
特徴5記載の画像処理装置。
外部装置(ディスプレイ6、移動装置)と接続し、
前記判定部は、少なくとも、前記第2軸の方向における前記最短中心点から前記曲率中心点までの距離、または、前記最短中心点における捩率、のいずれか一方に基づいて、前記外部装置の動作を制御する制御情報を生成する、
特徴6記載の画像処理装置。
前記制御情報は、少なくとも、前記第2軸の方向における前記最短中心点から前記曲率中心点までの距離、または、前記最短中心点における捩率、のいずれか一方の経時変化に基づいて生成される、
特徴7記載の画像処理装置。
前記外部装置は、前記立体画像と位置合わせをされた前記平面画像が表示されるディスプレイであり、
前記制御情報は、前記ディスプレイに報知情報を表示させる情報である、
特徴7記載の画像処理装置。
前記外部装置は、前記移動体を前記管体の内部で移動させる移動装置であり、
前記制御情報は、前記移動装置に前記移動体の移動動作を変更させる情報である、
特徴7記載の画像処理装置。
前記平面位置特定部は、前記平面画像の経時変化に基づいて、前記移動体の前記平面画像内の位置を特定する、
特徴1記載の画像処理装置。
前記投影直線特定部は、前記線源の位置情報と、前記平面画像内の位置が特定された前記移動体の位置情報と、に基づいて、前記投影直線を特定する、
特徴1記載の画像処理装置。
前記レジストレーション部は、
前記平面画像の位置情報に基づいて、前記管体の輪郭線の位置情報を抽出し、
前記輪郭線の位置情報に基づいて、前記平面画像と前記立体画像との位置合わせをする、
特徴1記載の画像処理装置。
前記放射線は、X線であり、
前記管体は、血管であり、
前記形状線は、前記管体の中心線である、
特徴1記載の画像処理装置。
前記平面位置特定部は、前記移動体の一部の位置を前記移動体の前記平面画像内の位置として特定する、
特徴1記載の画像処理装置。
11 記憶部
12 形状線取得部
13 レジストレーション部
14 平面位置特定部
15 投影直線特定部
16 立体位置推定部
17 判定部
18 通信部
2 X線照射装置
21 X線源(線源)
22 スクリーン
3 立体画像取得装置
4 通信ネットワーク
5 画像記憶装置
6 ディスプレイ(外部装置)
7 ガイドワイヤ
71 先端部
BV 血管
C1 中心線
C2 投影直線
i 最短中心点
k 最短点
p 近位点
q 遠位点
Claims (17)
- 線源から照射された放射線が管体を透過して形成される前記管体の平面画像の位置情報と、
前記管体の立体画像の位置情報と、
が記憶される記憶部と、
前記立体画像に基づいて、前記管体の形状を示す形状線を取得する形状線取得部と、
前記平面画像の位置情報と、前記立体画像の位置情報と、に基づいて、前記平面画像と前記立体画像との位置合わせをするレジストレーション部と、
前記管体の内部を移動する移動体の前記平面画像内の位置を特定する平面位置特定部と、
前記線源と、前記平面画像内の位置が特定された前記移動体と、を結ぶ投影直線を特定する投影直線特定部と、
前記投影直線に含まれる複数の点のうち、前記形状線との距離が最短である最短点の位置を、前記移動体の前記立体画像内の位置として推定する立体位置推定部と、
を有してなる、
ことを特徴とする画像処理装置。 - 前記最短点が前記移動体の前記立体画像内の位置であることを判定する判定部、
を備え、
前記判定部は、
前記形状線に含まれる複数の点のうち、前記最短点との距離が最短である最短中心点を特定し、
前記最短中心点における前記管体の断面を特定し、
前記最短点が前記断面に含まれるか否かを判定し、
前記最短点が前記断面に含まれるとき、前記最短点を前記移動体の前記立体画像内の位置として決定する、
請求項1記載の画像処理装置。 - 前記判定部は、
前記投影直線に含まれる複数の点のうち、前記断面の輪郭線に位置する複数の輪郭点を特定し、
前記複数の輪郭点のうち、前記線源から近位の輪郭点を近位点として特定し、
前記複数の輪郭点のうち、前記線源から遠位の輪郭点を遠位点として特定し、
前記近位点と前記遠位点との間の前記投影直線上の輪郭距離を算出し、
前記輪郭距離に基づいて、前記最短点が前記移動体の前記立体画像内の位置であることの信頼性を判定する、
請求項2記載の画像処理装置。 - 前記判定部は、
前記形状線の基準点から前記最短中心点までの前記形状線上の位置と、
前記最短中心点を原点とする局所座標系における前記断面内の前記最短点の位置と、
を特定し、
前記形状線上の位置と、前記局所座標系における前記断面内の前記最短点の位置と、を前記移動体の位置として決定する、
請求項2記載の画像処理装置。 - 前記局所座標系は、
前記形状線の前記最短中心点における接線方向を示す第1軸と、
前記形状線の前記最短中心点における曲率中心点に向かう方向を示す第2軸と、
前記第1軸と前記第2軸とに直交する第3軸と、
を含む、
請求項4記載の画像処理装置。 - 前記局所座標系における前記断面内の前記最短点の位置は、
前記第2軸の方向における前記最短中心点から前記最短点までの距離と、
前記第3軸の方向における前記最短中心点から前記最短点までの距離と、
を含む、
請求項5記載の画像処理装置。 - 外部装置と接続し、
前記判定部は、少なくとも、前記第2軸の方向における前記最短中心点から前記曲率中心点までの距離、または、前記最短中心点における捩率、のいずれか一方に基づいて、前記外部装置の動作を制御する制御情報を生成する、
請求項6記載の画像処理装置。 - 前記制御情報は、少なくとも、前記第2軸の方向における前記最短中心点から前記曲率中心点までの距離、または、前記最短中心点における捩率、のいずれか一方の経時変化に基づいて生成される、
請求項7記載の画像処理装置。 - 前記外部装置は、前記立体画像と位置合わせをされた前記平面画像が表示されるディスプレイであり、
前記制御情報は、前記ディスプレイに報知情報を表示させる情報である、
請求項7記載の画像処理装置。 - 前記外部装置は、前記移動体を前記管体の内部で移動させる移動装置であり、
前記制御情報は、前記移動装置に前記移動体の移動動作を変更させる情報である、
請求項7記載の画像処理装置。 - 前記平面位置特定部は、前記平面画像の経時変化に基づいて、前記移動体の前記平面画像内の位置を特定する、
請求項1記載の画像処理装置。 - 前記投影直線特定部は、前記線源の位置情報と、前記平面画像内の位置が特定された前記移動体の位置情報と、に基づいて、前記投影直線を特定する、
請求項1記載の画像処理装置。 - 前記レジストレーション部は、
前記平面画像の位置情報に基づいて、前記管体の輪郭線の位置情報を抽出し、
前記輪郭線の位置情報に基づいて、前記平面画像と前記立体画像との位置合わせをする、
請求項1記載の画像処理装置。 - 前記放射線は、X線であり、
前記管体は、血管であり、
前記形状線は、前記管体の中心線である、
請求項1記載の画像処理装置。 - 前記平面位置特定部は、前記移動体の一部の位置を前記移動体の前記平面画像内の位置として特定する、
請求項1記載の画像処理装置。 - コンピュータを、請求項1乃至15のいずれかに記載の画像処理装置として機能させる、
ことを特徴とする画像処理プログラム。 - 線源から照射された放射線が管体を透過して形成される前記管体の平面画像の位置情報と、
前記管体の立体画像の位置情報と、
が記憶される記憶部、
を備える画像処理装置により実行される画像処理方法であって、
前記画像処理装置が、
前記平面画像の位置情報と、前記立体画像の位置情報と、に基づいて、前記平面画像と前記立体画像との位置合わせをするステップと、
前記平面画像と位置合わせをされた前記立体画像に基づいて、前記管体の形状を示す形状線を特定するステップと、
前記管体の内部を移動する移動体の前記平面画像内の位置を特定するステップと、
前記線源と、前記平面画像内の位置が特定された前記移動体と、を結ぶ投影直線を特定するステップと、
前記投影直線に含まれる複数の点のうち、前記形状線との距離が最短である最短点の位置を、前記移動体の前記立体画像内の位置として推定するステップと、
を有してなる、
ことを特徴とする画像処理方法。
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