JP4686279B2 - 医用診断装置及び診断支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体を撮影して得た医用画像を用いて診断を行う医用診断装置及び診断支援装置に係り、特に、管腔内等に存在する病変部を容易に発見することができる医用診断装置及び診断支援装置に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ装置（Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置）やＭＲＩ装置（磁気共鳴イメージング装置）等の医用診断装置（又はモダリティ）を用いて被検体の断層画像を撮影して、疾病等の診断を行う画像診断が多用されている。

また、被検体内部の臓器等を３次元的に表示するため、ボリューム法を用いて画像を３次元的に構成するＶＲ（ボリュームレンダリング）や、ＭＰＲ（任意多断面再構成：Multi Planer Reconstruction）、ＭＩＰ（最大投影表示：Maximum Intensity Projection）等の手法が用いられている。３次元計測で得たデータから再構成した画像はボリューム画像と言われ、ＶＲの画像処理により、医用画像をユーザ（医師）に対してより分かりやすく提示できるため、医用診断に大きく寄与している。

ＶＲでは、Ｘ線ＣＴ装置等により取得した再構成ボリュームデータに対し、空気と軟組織の間の領域を半透明表示することにより、大腸表面のＶＲ画像を表示することができる。さらにＶＥ（仮想内視鏡）の手法を用いて、内視鏡と同じ視線で大腸内表面等の３次元画像内を擬似的に観察するフライスルーと呼ばれる技術も知られており、従来の光学内視鏡に拠らず腸壁内腔・表面の形態的異常を検査できることから、初期スクリーニングの手段として利用されている。

非特許文献１には、上記したＶＲ、ＭＰＲ、ＭＩＰ、ＶＥ等の医用３次元画像の処理法について記載されている。

しかしながら、従来の医用診断装置では、大腸ポリープ等の管腔内の病変部を発見するために、大腸表面のＶＲ画像を表示して診断する場合は、ＶＲ画像を回転させながら、長く複雑な形状の大腸表面に突起物がないか観察する必要があり、非常に手間がかかっていた。また、大腸管腔内を探索するフライスルー技術を用いた場合も、大腸の入口から出口までを探索しながら、長く複雑な形状の大腸内表面に突起物がないか観察する必要があり、非常に手間がかかり、診断に煩雑な作業と時間を要するため、迅速な診断ができないという不具合があった。
「なるほど!! 医用３次元画像 考え方と処理法の虎の巻」 ２００３年１１月５日 秀潤社発行

従来の医用診断装置では、大腸ポリープ等の管腔内の病変部を発見するために、長く複雑な形状の臓器内表面に突起物がないか観察する必要があり、非常に手間がかかり、診断に煩雑な作業と時間を要するため、迅速な診断ができないという不具合があった。

本発明は管腔内の病変部を識別可能に表示することにより、素早く病変部を発見できる医用診断装置及び診断支援装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の医用診断装置は、被検体を撮影して得た投影データを基にボリュームデータを作成する手段と；前記作成されたボリュームデータを記憶するデータ記憶部と；前記ボリュームデータから観察対象領域の複数のボクセルを含むボリュームデータを取得し、前記複数のボクセルの内、基準のボクセルとそれに隣接するボクセルの表面法線ベクトルを算出し、前記基準のボクセルの表面法線ベクトルと前記隣接するボクセルの表面法線ベクトルとの角度の分散に応じて表面の凹凸度を算出して管腔内部方向に突出する病変部候補を検出し、病変部候補を表すデータを作成する病変部データ作成手段と；前記観察対象領域のボリュームデータと前記病変部候補を表すデータを基にして、前記病変部候補を識別可能にした画像を生成する画像生成部と；前記画像生成部で生成された画像を表示する表示部と、を具備したことを特徴とする。

また、本発明の請求項４記載の医用診断装置は、被検体を撮影して得た投影データを基に作成されたボリュームデータを利用して診断支援を行なうための診断支援装置であって；前記ボリュームデータから観察対象領域の複数のボクセルを含むボリュームデータを取得し、前記複数のボクセルの内、基準のボクセルとそれに隣接するボクセルの表面法線ベクトルを算出し、前記基準のボクセルの表面法線ベクトルと前記隣接するボクセルの表面法線ベクトルとの角度の分散に応じて表面の凹凸度を算出して管腔内部方向に突出する病変部候補を検出し、病変部候補を表すデータを作成する病変部データ作成手段と；前記観察対象領域のボリュームデータと前記病変部候補を表すデータを基にして前記病変部候補を識別可能にした画像を生成する画像生成部と；を具備し、前記画像生成部で生成された画像を表示部に表示することを特徴とする。

本発明によれば、管腔内の病変部を発見するために、医用画像上に病変部の候補となるような凹凸部位が存在するか否かを容易に識別することができ、管腔内全域をくまなく観察する必要がなくなるため、病変部の発見が容易に行える医用診断装置及び診断支援装置を提供することができる。

以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の医用診断装置の一実施形態の全体構成を示す構成図である。図１において、１０は断層撮影装置であり、Ｘ線ＣＴ装置を例に示している。Ｘ線ＣＴ装置１０は、ガントリ１１を有し、このガントリ１１内には回転リング１２が設けられ、図示しない回転機構によって回転する。回転リング１２内には、Ｘ線管１３と、Ｘ線検出器１４が対向して配置されており、回転リング１２の中心部分は開口して、そこに寝台の天板１５に載置された被検体Ｐが挿入される。

被検体Ｐを透過したＸ線はＸ線検出器１４で電気信号に変換され、データ収集部１６で増幅され、デジタルデータに変換され、データ伝送装置１７を介して投影データが伝送される。また、ガントリ１１には、ガントリ駆動部１８及びＸ線制御部１９が設けられている。

２０はコンピュータシステムであり、データ伝送装置１７からのデータが前処理部２１に送られる。前処理部２１では、信号強度の補正や信号欠落の補正等の処理を行い、投影データをバスライン２０１上に出力する。バスライン２０１にはシステムコントローラ２２、キーボード等の入力部２３、データ記憶部２４、再構成処理部２５、データ処理部２６、画像表示部２７等が接続されている。

システムコントローラ２２はコンピュータシステム２０の各部の動作や、ガントリ駆動部１８及びＸ線制御部１９を制御するものであり、データ記憶部２４は断層画像等のデータを記憶するものであり、再構成処理部２５は投影データに基づいて断層画像データを再構成する。データ処理部２６は再構成したあとのデータ処理を行い、画像表示部２７は医用画像等を表示するものであり、入力部２３は医師による患者の状態や検査方法等の情報を入力するものである。

図２はデータ処理部２６の具体構成を示すものであり、大腸領域データ作成部２６１（観察対象領域データ作成部）と、表面法線ベクトル算出部２６２と、表面凹凸度算出部２６３と、カラーデータ作成部２６４と、ＶＲ画像生成部２６５とから成る。

次に本発明の動作について、データ処理部２６の動作を主体に図３、図４及び図５を参照しながら説明する。データ処理部２６は、システムコントローラ２２の制御のもとにデータ記憶部２４、再構成処理部２５、表示部２７と協同して動作する。尚、本実施形態では、例えば大腸内部を発泡剤等により空気で満たした状態で撮影されたボリュームデータを使用し、大腸の診断を行う場合について説明する。

断層撮影装置１０で撮影され、データ伝送装置１７を介して伝送された投影データが前処理部２１で補正され、再構成処理部２５で断層像データが再構成されて、３次元ボリュームデータがデータ記憶部２４に記憶される。このボリュームデータを使って様々な３次元画像データが生成される。

３次元画像の生成としては、ＣＴ値等の情報をもとにカラー表示を行うＶＲ（ボリュームレンダリング）や、管腔内を移動しながら観察できるフライスルー、血管表示等に適したＭＩＰ（最大投影表示）、さらにはボリュームデータから任意断面を切り出して断層像を再構成するＭＰＲ（任意多断面再構成）等がある。

大腸領域データ作成部２６１は、データ記憶部２４に記憶されたボリュームデータから観察対象となる大腸領域データを取得して大腸領域データを作成するものであり、３次元ボリュームデータ内のＣＴ値範囲（−８００〜−３００程度）の値を有するボクセルを「１」とし、それ以外を「０」とした２値化ボリュームデータを作成し、大腸領域データを作成する。ＣＴ値範囲（−８００〜−３００程度）は、空気と軟組織の間の腸管に相当するＣＴ値である。

ボリュームレンダリングで３次元画像を構成する際、しきい値（Ｘ線ＣＴ装置の場合はＣＴ値、ＭＲＩの場合は信号強度）と、オパシティ（不透明度）を設定することにより、観察したい臓器部分のデータを抜き出して立体的に表示することができる。上記ＣＴ値範囲（−８００〜−３００程度）の設定は、コンピュータ装置２０内部で予め設定しても良いし、操作者が入力部２３を操作して手動で設定するようにしても良い。また、大腸以外の不必要な領域を除外する処理を更に設けても良い。

図３（ａ）はＣＴ値範囲（−８００〜−３００程度）で表される腸管部分を拡大して示す図であり、斜線を付した部分が腸管を表し、ＣＴ値：−１０００の領域は腸管内の空気の部分を示している。図３（ｂ）は、値「１」の大腸管腔内の表面のボクセル群の一例を示すもので、図３（ａ）の枠Ａ内を拡大して示したものである。

次に表面法線ベクトル算出部２６２では、上記ボクセル群の表面法線ベクトルデータを作成する。即ち、大腸領域データの「１」の領域の表面（この場合、大腸管腔内の表面を意味する）のボクセルについて、管腔内部方向への法線ベクトルを表面全体に対して求め、表面位置とベクトル量の組が格納された表面法線ベクトルデータを作成する。

さらに表面凹凸度算出部２６３では、表面の凹凸度データを作成する。即ち、図３（ｂ）の表面ボクセルの位置iのボクセルを基準にし、その周辺のボクセルの法線ベクトルと位置iのボクセルの法線ベクトルとのなす角度の分散を求める。周辺ボクセルとしては、iを中心としてポリープ平均径の２倍程度の範囲に隣接して存在する表面ボクセル群を選び、位置ｉの法線ベクトルとのなす角度の分散を、先に作成した表面法線ベクトルデータを用いて、数式1により求める。

ここで、Ｎはｉに隣接して存在する表面ボクセルの数、θkはk番目の表面ボクセルの法線ベクトルとｉの法線ベクトルとのなす角度である。

これを全表面ボクセルに対して行い、求められた分散を表面の凹凸度として算出し、表面位置と凹凸度の組が格納された表面凹凸度データを作成して出力する。つまり、自ベクトルに対して周辺のベクトルが異なっているほど、凹凸があることになる。凹凸度の高い部分は、病変部候補（ポリープ候補）として検出され、表面凹凸度データは、病変部を表すデータとして出力される。

カラーデータ作成部２６４では、作成された表面凹凸度データを基にカラーデータを作成する。これは、凹凸度に応じた色表示を行うための色データを作成するもので、凹凸度と色との対応関係を表すカラースケールをもとに、色情報に変換し、表面位置と色情報の組が格納されたデータを作成するものである。また、単に凹凸度がある閾値以上である表面位置を凹凸のある領域として表し、値「１」とする２値化データを作成しても良い。

そして、ＶＲ画像生成部２６５では、凹凸度によって色付けされたＶＲ画像を作成し、表示部２７に表示する。このＶＲ画像生成部２６５は、大腸領域データ作成部２６１からの大腸領域データを用いて作成されたＶＲ画像の大腸管腔内の表明上に、カラーデータ作成部２６４で作成されたカラーデータに基き、凹凸度を表す色がテクスチャマッピングされた画像を作成するものである。このＶＲ画像生成部２６５で作成されたＶＲ画像は、表示部２７に表示される。

カラーデータ作成部２６４の処理で、凹凸のある領域を２値化データ「１」として出力した場合は、図４で示すように、凹凸のある領域が単色（例えば赤色）でテクスチャマッピングされた表示となる。この場合、ＶＲ画像のオパシティ値（不透明度）を下げることにより、画面奥行き方向に重なった領域の凹凸度が一度に可視化され、凹凸度の高い部分が複数あれば、病変部候補が複数個、色で識別表示される。

この後、表示された画像を見ながら操作者が入力部２３を操作することにより、各種の医用画像を表示することができる。これはコンピュータシステム２０に各種の表示切換機能を付加することで実現可能である。

例えば、図４において、凹凸度の高い領域（黒点で示す病変部候補Ｂ）が複数表示された場合に、いずれかの部分を画面上でクリックすると、図５で示すように、その領域の拡大パースペクティブＶＲ画像が表示可能となる。図５はフライスルーと呼ばれる仮想内視鏡表示の例であり、凹凸度の高い部分ｂ１が着色表示された例である。このように拡大表示機能を設けることにより、診断を迅速化することができる。

また、画面上をクリックせずとも、自動的に凹凸度の高い病変部候補を一覧表示する等の機能を付加しても良い。これは、図６で示すように病変部候補が複数あった場合に、それらの部分（例えばｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４）を同時に同一画面上に多画面表示するものである。図６は、フライスルーにより４画面が表示された例を示している。

さらに、観察対象となる部分を種類の異なる複数形態の画像として表示し、図７で示すように操作者が選択した箇所をそれぞれ異なる視点から見た画像として表示することもできる。図７において、７ａは操作者が選択した部分（例えば図４の黒点ｂ１の部分）を拡大して表示したＶＲ画像であり、７ｂは仮想内視鏡画像であり、７ｃは、コロナルＭＰＲによる表示画像であり、７ｄはサジタルＭＰＲによる表示画像である。いずれの画面７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄにおいても選択した部分（ｂ１）は着色表示され、識別可能になっている。

このように本発明では、管腔内の病変部を発見するために、医用画像上にポリープ候補となるような凹凸部位が存在するか否かを容易に識別することができ、管腔内全域をくまなく観察する必要がなくなるため、病変部の発見が容易に行える。

尚、以上の説明では、大腸部の診断を行う例について説明したが、胃部等の臓器における診断に適用できることは言うまでもない。また、モダリティとしてＸ線ＣＴ装置を例に説明したがＭＲＩ等を利用することも可能であり、特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

本発明の医用診断装置の一実施形態の構成を示すブロック図。 同実施形態におけるデータ処理部の構成を示すブロック図。 同実施形態において撮影した大腸部の拡大画像とボクセル群を説明する説明図。 同実施形態において撮影した大腸部の表示画像例を示す図。 同実施形態において撮影した大腸部の表示画像の他の例を示す図。 同実施形態において撮影した画像の表示例を示す説明図。 同実施形態において撮影した画像の他の表示例を示す説明図。

符号の説明

１０…断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置）
２０…コンピュータシステム
２１…前処理部
２２…システムコントローラ
２３…入力部
２４…データ記憶部
２５…再構成処理部
２６…データ処理部
２７…表示部
２６１…大腸領域データ作成部
２６２…表面法線ベクトル算出部
２６３…表面凹凸度算出部
２６４…カラーデータ作成部
２６５…ＶＲ画像生成部

Claims (6)

1. 被検体を撮影して得た投影データを基にボリュームデータを作成する手段と、
   前記作成されたボリュームデータを記憶するデータ記憶部と、
   前記ボリュームデータから観察対象領域の複数のボクセルを含むボリュームデータを取得し、前記複数のボクセルの内、基準のボクセルとそれに隣接するボクセルの表面法線ベクトルを算出し、前記基準のボクセルの表面法線ベクトルと前記隣接するボクセルの表面法線ベクトルとの角度の分散に応じて表面の凹凸度を算出して管腔内部方向に突出する病変部候補を検出し、病変部候補を表すデータを作成する病変部データ作成手段と、
   前記観察対象領域のボリュームデータと前記病変部候補を表すデータを基にして、前記病変部候補を識別可能にした画像を生成する画像生成部と、
   前記画像生成部で生成された画像を表示する表示部と、を具備したことを特徴とする医用診断装置。
2. 前記画像生成部は、前記病変部候補を特定の色で識別表示するためのカラーデータ作成部を含むことを特徴とする請求項１記載の医用診断装置。
3. 前記画像生成部は、操作者が選択した前記病変部候補の画像を拡大する機能を有し、前記病変部候補が複数ある場合に、選択された前記病変部候補の画像を前記表示部に拡大して表示可能にしたことを特徴とする請求項１記載の医用診断装置。
4. 被検体を撮影して得た投影データを基に作成されたボリュームデータを利用して診断支援を行なうための診断支援装置であって、
   前記ボリュームデータから観察対象領域の複数のボクセルを含むボリュームデータを取得し、前記複数のボクセルの内、基準のボクセルとそれに隣接するボクセルの表面法線ベクトルを算出し、前記基準のボクセルの表面法線ベクトルと前記隣接するボクセルの表面法線ベクトルとの角度の分散に応じて表面の凹凸度を算出して管腔内部方向に突出する病変部候補を検出し、病変部候補を表すデータを作成する病変部データ作成手段と、
   前記観察対象領域のボリュームデータと前記病変部候補を表すデータを基にして前記病変部候補を識別可能にした画像を生成する画像生成部と、を具備し、
   前記画像生成部で生成された画像を表示部に表示することを特徴とする診断支援装置。
5. 前記画像生成部は、前記病変部候補を特定の色で識別表示するためのカラーデータ作成部を含むことを特徴とする請求項４記載の診断支援装置。
6. 前記画像生成部は、操作者が選択した前記病変部候補の画像を拡大する機能を有し、前記病変部候補が複数ある場合に、選択された前記病変部候補の画像を前記表示部に拡大して表示可能にしたことを特徴とする請求項４記載の医用診断装置。