JP4709603B2

JP4709603B2 - 医用画像処理装置

Info

Publication number: JP4709603B2
Application number: JP2005214747A
Authority: JP
Inventors: 智博郡司
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2005-07-25
Filing date: 2005-07-25
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-07-25
Also published as: JP2007034518A

Description

本発明は、モダリティによって収集された医用画像データを用いて診断を行う際に、病変部を容易に確認することができる医用画像処理装置に関する。

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）等のモダリティを用いて被検体の断層画像を撮影し、疾病等の診断を行う画像診断が多用されている。

また、被検体内部の病変部等をボリュームデータを用いて画像を３次元的に表示(Rendering)するため、ＭＰＲ法（Multi Planer Reconstruction：任意多断面再構成）、ＭＩＰ法（Maximum Intensity Projection：最大値投影表示、又はMinimum Intensity Projection：最小値投影表示）、ＶＲ法（Volume Rendering）等の手法が用いられている。撮影されたデータを基に再構成した画像はボリューム画像と言われ、各種の画像処理により、医用画像をユーザ（医師）に対してより分かりやすく提示することができる。

ＣＴ画像データは、ボクセルと呼ばれる画素群からなり、ＶＲ（ボリュームレンダリング）では、コンピュータ装置内で仮想の光源を設定して視線方向から１本の光線（レイ）を当て、ボクセル毎に光の吸収・反射の離散的な計算を行うことで２次元投影面に画像を生成することができ、オパシティ（不透明度）等を設定することで各種の画像を表示することができる。また、ＳＶＲ（Shaded Volume Rendering）は、対象に陰影をつけて立体的に表示する手法である。

また、ＭＩＰ法（最大値投影表示や最小値投影表示）は、関心のある対象（例えば血管等）にある方向から光線を当てて投影を行い、ボクセル中の最大又は最小の輝度（ＣＴ値）を投影面に反映させ、２次元画像を作成するものであり、細い血管や血管内の石灰化などの診断に有効である。尚、レイキャスティングによる医用画像の表示技術については、例えば特許文献１に記載のものがある。

ところで、ＭＩＰ法(例えば最大値投影表示)による画像は、画素値（ＣＴ値等）をそのまま保持して表示するため、図９に示すように血管内の石灰化などの診断や、血管細部の観察も可能な表示手法である。その反面、骨や他の血管などとの３次元的な位置関係(前後関係)が把握しづらい表示方法であった。また、ＳＶＲ法(Shaded Volume Rendering)は、図１０に示すように３次元的な位置関係を把握するのに有効な表現手法であるが、画素値を加工してしまうため診断にはＭＰＲ画像などを併用して用いる必要があった。

そして、ユーザ（医師）は２つの画像、例えばＭＩＰによる画像とＳＶＲによる画像を切り替えながら観察し、診断を行うようにしていた。
特開２００３−９１７３５号公報

従来はＭＩＰによる画像とＳＶＲによる画像を切り替えながら、血管と骨との位置関係を把握しながら診断を行っていたが、診断には画像の切換え作業を伴うため、さらなる改善が要求されている。

本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、血管など注目したい部位は例えばＭＩＰ等の手法によって画像を作成し、骨などとの位置を確認するためには例えばＳＶＲ等の手法によって画像を作成し、両画像を合成処理することにより、診断を迅速に行えるようにした医用画像処理装置、医用画像処理方法を提供することを目的とする。

本発明の医用画像処理装置は、複数のボクセルからなるボリュームデータを用いて、複数のオブジェクトの画像を生成し合成表示する医用画像処理装置であって、前記ボリュームデータを用いて、前記ボクセルの画素値を基に第１のレンダリング処理を行い、第１のオブジェクトの画像を生成する手段と、前記ボリュームデータを用いて、前記ボクセルの不透明度のパラメータを基に第２のレンダリング処理を行い、第２のオブジェクトの画像を生成する手段と、前記第１のオブジェクト画像生成手段と、前記第２のオブジェクト画像生成手段によって生成された第１，第２オブジェクト画像を合成処理する合成手段とを具備し、前記合成手段によって合成処理された画像を表示手段に表示することを特徴とする。

本発明によれば、オブジェクトごとにレンダリング手法を指定して、それぞれ第１，第２の画像を得てそれらの画像を合成して表示することができ、病変部を容易に確認することができる医用画像処理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は本発明の医用画像処理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はモダリティ（医用画像診断装置）であり、例えばＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等が挙げられる。Ｘ線ＣＴ装置を例に説明すると、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にはシステム制御部２２、キーボード等の操作部２３、データ保存部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。

システム制御部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、データ保存部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はデータ保存部２４に保存されたデータを用いてデータ処理を行い、画像表示部２７は医用画像等を表示し、操作部２３は医師等によって操作され、画像処理する上で各種の指示を入力したり、患者の状態や検査方法等の情報を入力するものである。

モダリティ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は、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、この再構成された画像に基く３次元ボリュームデータがデータ保存部２４に保存される。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。

図２はデータ処理部２６の具体構成を示すものであり、データ保存部２４に保存されているデータから血管部、骨部等の対象物（オブジェクト）の画像データを分離するオブジェクト分離処理部３１と、分離したオブジェクト情報を保存するオブジェクト情報保存部３２を有している。

また、オブジェクト情報保存部３２に保存されたオブジェクト情報と、データ保存部２４に保存されているデータは、レンダリング処理部３３に供給され、画像の処理方法がここで決定される。画像処理の方法としてはいくつかの方法があるが、本実施形態ではＭＩＰ法(最大値投影表示)と、ＳＶＲ法(Shaded Volume Rendering)は）を例に説明する。

レンダリング処理部３３で例えばＭＩＰ法による画像処理が行われた場合、投影画像保存部３４に、ＭＩＰによって処理された投影画像データ（以下ＭＩＰデータと称す）が保存される。ＭＩＰデータは次のカラー画像変換部３５でカラーデータに変換される。

一方、レンダリング処理部３３でＳＶＲ法による画像処理が行われた場合、投影画像保存部３６に、ＳＶＲによって処理された投影画像データ（以下ＳＶＲデータと称す）が保存される。

カラー画像変換部３５からのＭＩＰによるカラーデータ、及び投影画像保存部３６からのＳＶＲデータは、合成されて合成画像保存部３７に保存され、保存データは任意に読み出されて表示部２７に表示される。

次に、図２のデータ処理部２６の動作を概略的に説明する。モダリティ１０で撮影された画像はハードディスクなどのデータ保存部２４に保存される。オブジェクト分離部３１は、データ保存部２４から骨、血管など注目したいオブジェクト(部位)の画像データを分離する。分離する際に操作者は、表示部２７に表示された３Ｄ画像を見ながら、操作部２３のキーボード又はマウスを操作して任意のオブジェクトの画像データを分離する。

分離されたオブジェクトの情報はオブジェクト情報保持部３２に保存される。また、レンダリング処理部３３はオブジェクト情報とそれに付随したレンダリング種の情報を基にいずれの手法で画像処理を行うかを決定し、データ保存部２４に保存された原画像群の情報を利用して３Ｄ画像の生成を行う。

レンダリング種がＭＩＰの場合には投影画像保持部３４にＭＩＰ画像が一時的に保持され、カラー変換部３５でカラー画像に変換される。また、レンダリング種がＳＶＲの場合には投影画像保持部３６にＳＶＲデータが一時的に保持される。ＳＶＲデータはカラー画像データであるため、カラー画像への変換処理は不要である。

そして、合成画像保持部３７でＭＩＰ画像とＳＶＲ画像を合成して保持し、この保存データを読み出すことにより、表示部２７で合成画像を表示することができる。

図６は、投影画像保持部３４に保存されたＭＩＰデータに基く画像であり、図７は、投影画像保持部３６に保存されたＳＶＲデータに基く画像をそれぞれ示す。また、図８は、合成画像保持部３７に保存された合成画像データに基く画像を示したものである。

図８の合成画像によれば、血管部分（ｘ）にある石灰化部分（ｘ１）が明確に確認でき、かつ骨（ｙ）と血管（ｘ）の位置関係（前後関係）が明確な画像を得ることができる。

次にデータ処理部２６の動作について、図３及び図４，図５のフローチャートを用いて説明する。なお、図３ではレイキャスティング法を例に説明する。

図３において、先ずステップＳ１でユーザはＣＴ装置／ＭＲＩ装置等で撮影されたデータ群から、骨の部分（オブジェクト１）や血管部分（オブジェクト２）など表示したい部位(オブジェクト)のデータを分離する。ステップＳ２では、各オブジェクト１，２に対して表示したいレンダリング種（本実施形態ではＭＩＰかＳＶＲか）を選択する。

ステップＳ３では、投影面の各ピクセルからレイをオブジェクトに対して飛ばしていく。ステップＳ４において、レイがオブジェクトに到達した場合、そのオブジェクトのレンダリング種を判別する（ＭＩＰ処理かＳＶＲ処理か)。

ＭＩＰ処理の場合、ステップＳ５でＭＩＰ処理を施し、ステップＳ６で投影画像保存部３４に結果を登録し、ＭＩＰデータを保存する。保存したＭＩＰデータによる画像は、図６のように表示される。

ＳＶＲ処理の場合、ステップＳ７でＳＶＲ処理を施し、ステップＳ８で投影画像保存部３６に結果を登録し、ＳＶＲデータを保存する。保存したＳＶＲデータによる画像は、図７のように表示される。

ステップＳ９では、１投影面の画像分の処理が終了したか否かを判別し、投影面全てのピクセルの処理が終了するまで、ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６の処理を繰り返し、順次隣のピクセルに移動して同様の処理を繰り返す。また、レイが十分遠くに到達するまでは、ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ６の処理を繰り返し、奥の方にあるボクセルに対してレイを飛ばして処理を繰り返す。

ステップＳ１０も同様に、１投影面の画像分の処理が終了したか否かを判別し、投影面全てのピクセルの処理が終了するまで、ステップＳ３、ステップＳ４、ステップＳ７、ステップＳ８の処理を繰り返し、順次隣のピクセルに移動して同様の処理を繰り返す。また、レイが十分遠くに到達するまでは、ステップＳ４、ステップＳ７、ステップＳ８の処理を繰り返し、奥の方にあるボクセルに対してレイを飛ばして処理を繰り返す。

ステップＳ６によって得たＭＩＰデータは、１６ビットのグレー画像であり、ステップＳ８で得たＳＶＲデータは、カラー画像（Ｒ，Ｇ，Ｂの３色を８ビットで表現している)であるため、ステップＳ１１では、ＭＩＰ処理の画像データをカラー画像に変換する。これは、ＷＬ／ＷＷ値を元に８ビット変換し、その結果をＲ，Ｇ，Ｂのそれぞれに割り振ることでカラー画像に変換する。

尚、ＷＬはWindow Levelであり、ＷＷはWindow Widthであり、特定の部位を視覚上見やすくするため、ＷＬ，ＷＷを設定して任意のＣＴ値の範囲をクローズアップしてグレースケール表示するようにしている。ステップＳ１１では、このＷＬ，ＷＷをもとにカラー画像に変換するものである。

ステップＳ１１でカラー画像に変換されたＭＩＰ画像と、ステップＳ８で得たＳＶＲ画像は、ステップＳ１２で合成処理され、ステップＳ１３で表示部２７に表示される。

合成された画像は、図８で示すように表示される。図８から分かるように、血管部等についてはＭＩＰ処理され、骨部等についてはＳＶＲ処理され、それらの処理による画像が合成されるため、血管（ｘ）内の石灰化（ｘ１）を確認でき、骨等の他の部位（ｙ）との前後関係が明確な画像を表示することができる。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ５は図４のような詳細ステップを含み、ステップＳ７は図５のような詳細ステップを含んでいる。

即ち、ステップＳ５はステップＳ５１〜Ｓ５７からなり、ステップＳ５１では、キャスティングされたレイに対して既にＳＶＲ処理が実施されているか否かが判別され、ＳＶＲ処理されていない場合（ＮＯ）はステップＳ５２でＭＩＰ処理を行う。また、ＳＶＲ処理が実施されていた場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ５３において不透明度の判別が行われ、もし不透明度があらかじめ設定した閾値の範囲外であった場合には、ステップＳ５４でＳＶＲ処理をキャンセルし、ステップＳ５２でＭＩＰ処理を実施する。

これは、ステップＳ５３の判断を入れることで、ＳＶＲ処理でうっすらとしか表現されない部分に対して、ＭＩＰ処理を優先することができるようになる。不透明度が閾値の範囲外になった場合、注目する血管が画面上に表示されなくなってしまうため、当該オブジェクトに対してはＭＩＰ処理に切り替えて表示することで血管を表示することが可能となる。

また、ステップＳ５３で不透明度が閾値の範囲内である場合（つまり不透明であると判断された場合は）、ステップＳ５５において当該オブジェクトに対してＳＶＲ処理を実施するか否かの判別が行われ、ＳＶＲ処理を実施する場合（ＹＥＳ）はステップＳ５６でＳＶＲ処理を継続する。また、ステップＳ５５においてＳＶＲ処理を実施しない場合は、ステップＳ５７に移行しＳＶＲ処理の対象外として何もしない。

ステップＳ５３の判断基準となる不透明度（オパシティ値）は、オパシティ値が最大値のときは不透明、最小値のときは透明の状態になり、不透明度の設定によってＳＶＲ処理を継続するか、ＭＩＰ処理に切り替えるかが決まる。

一方、ステップＳ７はステップＳ７１〜Ｓ７５からなり、ステップＳ７１では、キャスティングされたレイに対して既にＭＩＰ処理が実施されているか否かが判別され、ＭＩＰ処理されていない場合（ＮＯ）はステップＳＳ７２でＳＶＲ処理を継続する。また、ＭＩＰ処理が実施されていた場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ７３において画素値（画素１個１個のＣＴ値や信号強度）の判別が行われ、もし画素値があらかじめ設定した閾値の範囲外であった場合には、ステップＳ７４でＭＩＰ処理をキャンセルし、ステップＳ７２でＳＶＲ処理を実施する。ステップＳ７３の判断で、画素値が所定の閾値以下（例えばＣＴ値−１０００）の場合は、空気であると判断され、皮膚の部分を透過したと判別し、ＳＶＲ処理とする。これにより、空気の部分に対してはＳＶＲ処理を優先できるようになる。

また、ステップＳ７３で画素値があらかじめ設定した閾値の範囲内である場合（つまり血管が抽出されているような場合は）、ステップＳ７５において当該オブジェクトに対してＭＩＰ処理が実施される。

画面上、Ｘ線吸収値の大きいもの（骨等）は白く表示され、小さいもの（空気）は黒く表示される。したがってステップＳ７３での判断基準に画素値（ＣＴ値等）を用いた場合、血管が抽出されるような値のときはＭＩＰ処理に切り替えるようにし、空気が抽出されるような値のときはＳＶＲ処理を優先させるようにしている。

このように本発明によれば、合成するオブジェクトごとにレンダリング手法を指定して、それぞれの画像を合成して表示することができる。このため、血管部等についてはＭＩＰ処理を行い、骨部等についてはＳＶＲ処理を行い、それらの処理による画像を合成することにより、図８で示すように、血管内の石灰化を確認でき、かつ骨等の他の部位との前後関係が明確な画像を表示することができる。したがって、従来のように２つの画像を切り替え表示して観察しなくても良いため、診断を迅速に行うことが可能になる。

なお、以上の説明においてはＭＩＰ処理の例として、最大値を取り出して表示する最大値投影表示（Maximum Intensity Projection）の例を述べたが、最小値を投影表示する最小値投影表示（Minimum Intensity Projection）を用いても良い。又、加算平均値による投影手法を用いても良い。

また、図３ではレイキャスティング法を例に説明したが、レイトレース法やバックトゥフロント法、シュアワープ法などの種々のレンダリング手法を用いることができる。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る。さらにボリュームデータが１つの場合を説明したがそれに限らず、複数ボリューム間の合成においても適用することができ、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。

本発明の医用画像処理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。同実施形態におけるデータ処理部の動作を説明するためのフローチャート。図３のフローチャートの一部の動作をさらに詳細に説明するためのフローチャート。図３のフローチャートの他の部分の動作をさらに詳細に説明するためのフローチャート。同実施形態において処理した画像の一例を示す説明図。同実施形態において処理した画像の他の例を示す説明図。同実施形態において処理した画像を合成処理して表示した例を示す説明図。一般的なＭＩＰ処理による画像の表示例を示す説明図。一般的なＳＶＲ処理による画像の表示例を示す説明図。

符号の説明

１０…医用画像診断装置（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…操作部
２４…データ保存部
２５…再構成処理部
２６…データ処理部
２７…表示部
３１…オブジェクト分離処理部
３２…オブジェクト情報保持部
３３…レンダリング処理部
３４…投影画像保存部
３５…カラー画像変換部
３６…投影画像保存部
３７…合成画像保存部

Claims

複数のボクセルからなるボリュームデータを用いて、複数のオブジェクトの画像を生成し合成表示する医用画像処理装置であって、
前記ボリュームデータを用いて、前記ボクセルの画素値を基に第１のレンダリング処理を行い、第１のオブジェクトの画像を生成する手段と、
前記ボリュームデータを用いて、前記ボクセルの不透明度のパラメータを基に第２のレンダリング処理を行い、第２のオブジェクトの画像を生成する手段と、
前記第１のオブジェクト画像生成手段と、前記第２のオブジェクト画像生成手段によって生成された第１，第２オブジェクト画像を合成処理する合成手段とを具備し、
前記合成手段によって合成処理された画像を表示手段に表示することを特徴とする医用画像処理装置。
前記第１のオブジェクト画像生成手段は、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection或いはMinimum Intensity Projection）処理、又は加算平均処理によって前記第1のオブジェクト画像を生成することを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
前記第２のオブジェクト画像生成手段は、ＳＶＲ（Shaded Volume Rendering）処理によって前記第２のオブジェクト画像を生成することを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
前記第１のオブジェクト画像生成手段によって第１のレンダリング処理を行っている際に、画素値が所定の閾値の範囲外になった場合には、前記第２のレンダリング処理により画像を生成することを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
前記第２のオブジェクト画像生成手段によって第２のレンダリング処理を行っている際に、不透明度が所定の閾値の範囲外になった場合には、前記第１のレンダリング処理により画像を生成することを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
複数のボクセルからなるボリュームデータを生成し、所定の視点位置から前記ボリュームデータを透視して各ボクセルの情報を投影面に投影し、前記投影面のレンダリング画像を表示部に表示する医用画像処理装置であって、
前記ボリュームデータを用いて、前記ボクセルの画素値を基にＭＩＰ（Maximum Intensity Projection或いはMinimum Intensity Projection）処理、又は加算平均処理を行い、第１のオブジェクトの画像を生成する手段と、
前記ボリュームデータを用いて、前記ボクセルの不透明度のパラメータを基にＳＶＲ（Shaded Volume Rendering）処理を行い、第２のオブジェクトの画像を生成する手段と、
前記第１のオブジェクト画像生成手段と、前記第２のオブジェクト画像生成手段によって生成された第１，第２オブジェクト画像を合成処理する合成手段とを具備し、
前記合成手段によって合成処理された画像を表示手段に表示することを特徴とする医用画像処理装置。
複数のボクセルからなるボリュームデータを生成し、所定の視点位置から前記ボリュームデータを透視して各ボクセルの情報を投影面に投影し、前記投影面のレンダリング画像を表示部に表示する医用画像処理装置であって、
前記ボリュームデータを用いて、前記ボクセルの画素値を基に第１のレンダリング処理を行い第１のオブジェクトの画像を生成する手段と、
前記ボリュームデータを用いて、前記ボクセルの不透明度のパラメータを基に第２のレンダリング処理を行い、第２のオブジェクトの画像を生成する手段と、
前記第１のオブジェクト画像生成手段と、前記第２のオブジェクト画像生成手段によって生成された第１，第２オブジェクト画像を合成処理する合成手段とを具備し、
前記第１のオブジェクト画像生成手段によって第１のレンダリング処理を行っている際に、画素値が所定の閾値の範囲外になった場合には、前記第２のレンダリング処理により画像を生成し、前記第２のオブジェクト画像生成手段によって第２のレンダリング処理を行っている際に、不透明度が所定の閾値の範囲外になった場合には、前記第１のレンダリング処理により画像を生成し、
前記合成手段によって合成処理された画像を表示手段に表示することを特徴とする医用画像処理装置。