JP4810395B2 - 医用画像生成装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、臓器等の被検体の３次元形状を表示する医用画像生成装置及びその方法に関する。

疾病の診断においては臓器等の形状と機能値を観察することが重要である。機能値はしばしば局所部位毎に得られるものであり、機能値の分布を臓器形態の局所位置に対応付けて観察できることが望ましい。

特許文献１には、３次元形状モデル表面、断面像、展開図、投影図上に機能値を表示する例が示されている。しかし、形態と機能値を異なる画像で表示した場合には複数の画像を見比べる必要がある。また、機能値が展開図や投影図などのモデル図上で表示されている場合には、その図は被検体の正確な形状を反映していないため、モデル図上での位置と実際の被検体上での位置との対応付けを観察者が判断しなければならないという問題点があった。

特許文献２には、被検体の形状を表す形態画像を、局所部位毎の機能を表す機能画像に合成して表示する旨の記述がなされている。しかし、単に形態画像上に機能画像を表示するだけでは、ある一視点から観察した場合に３次元被検体の裏側は隠れて見えなくなり、一度に被検体の全体を観察することが難しくなるという問題点があった。

また、これらの機能値の表示方法では、複数の種類の機能値を一度にかつ直感的に表示することはできないという問題点があった。
特開平１１−１２８１９１号公報 特開２０００−１３９９１７公報

上述したように、従来技術において被検体の形態と機能値を異なる画像で表示した場合には、複数の画像を見比べる必要があり、機能値表示画像上で位置と実際の被検体形状上での位置との対応付けを観察者が判断しなければならないという問題点があった。

また、形態画像と機能画像を合成した場合には、３次元被検体の裏側は隠されて見えなくなり、一箇所の視点から一度に全体を観察することが難しくなるという問題点があった。

また、複数の種類の機能値を一度にかつ直感的に表示することはできなかった。

そこで本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、位置の対応付けの負担を観察者に強いることなく、被検体の形態と機能値を一度に観察することを可能とし、かつ複数の種類の機能値を一度にかつ直感的に表示することを可能にする医用画像生成装置及びその方法を提供する。

本発明は、被検体を２次元の表示空間中に３次元的に表示する医用画像生成装置において、前記被検体の３次元形状を表す形状情報を取得する形状取得部と、前記被検体の各部分の状態を示す少なくとも一種類の機能情報を取得する機能情報取得部と、前記被検体の外側境界面の一部と内側境界面の一部とをそれぞれ含む複数の多面体を前記形状情報に従って間隙を有するように配置することによって、前記被検体の前記外側境界面と前記内側境界面の３次元形状を前記複数の多面体の集合で表した３次元データを生成する多面体生成部と、前記各多面体の少なくとも一つの面に、前記各多面体のそれぞれの位置に対応した前記機能情報をそれぞれ割り付けるマッピング部と、前記機能情報が割り付けられた前記複数の多面体の集合の前記３次元データを前記表示空間に投影して、前記３次元形状の被検体の画像を生成する画像生成部と、を備える医用画像生成装置である。

本発明によれば、３次元形状の被検体を、複数の多面体の集合体の包絡面として把握できると共に、多面体間に間隙を有するために隠れてしまう部分が少なく、全体の様相の理解が可能となることにより、位置の対応付けの負担を観察者に強いることなく、被検体の形態と機能値を一度に観察することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態の医用画像生成装置１０について説明する。

（１）医用画像生成装置１０の構成
図１に基づいて、本実施形態の医用画像生成装置１０の構成について説明する。図１は、医用画像生成装置１０を示すブロック図である。

医用画像生成装置１０は、被検体の形状情報を取得する形状情報取得部１２と、被検体の機能値を取得する機能情報取得部１４と、取得した形状情報に基づき仮想表示空間中に多面体を生成する多面体生成部１６と、多面体の面に機能情報を割り付ける機能情報マッピング部１８と、仮想表示空間を表示出力する表示部２０とを備えている。

医用画像生成装置１０は、例えば、汎用のコンピュータ装置を用いて実現することも可能である。すなわち、形状情報取得部１２と機能情報取得部１４と多面体生成部１６と機能情報マッピング部１８はコンピュータに備えられたプロセッサにプログラムを実行させることで実現することができ、表示部２０もコンピュータの出力デバイスとしてのモニタ画面を利用して実現することができる。

（２）医用画像生成装置１０の動作
以下、図２のフローチャートを用いて、本実施形態の医用画像生成装置１０の各部１２〜２０の動作について説明する。

（２−１）形状情報取得部１２
まず、ステップ１では、形状情報取得部１２により形状情報が入力される。「形状情報」とは、臓器等の被検体の形状を表すデータである。例えば、心臓、血管等の臓器の臓器境界面を表すポリゴンデータ、すなわち、ワイヤーフレームの座標データの集合等である。被検体の形状が時間的に変化する場合等は、その形状の時系列データを入力としても良い。

被検体の境界面は、医用画像データ（２次元画像データや３次元ボクセルデータ）等からエッジ検出等の画像処理手法を用いて自動的に抽出されたものでもよいし、手動により入力されたものであってもよい。形状情報取得部１２に画像データを与え、上記のような自動または手動による形状情報抽出手段を形状情報取得部１２に持たせる構成にしても良い。

（２−２）機能情報取得部１４
次に、ステップ２では、機能情報取得部１４により被検体の機能情報が入力される。「機能情報」とは、例えば、被検体の動きの情報や、血流の量や、造影剤による造影量や、筋肉のストレイン値等、被検体の機能または状態を示す情報のことである。機能情報は、その機能情報の種類により、別途センサー等で検出された値であったり、画像データの輝度値から算出される値であったり、画像データ中の被検体の状態を画像解析することで算出される値である。機能情報取得部１４は、外部で得られた機能情報を単にデータとして入力する。あるいは、機能情報が画像データから算出される種類の場合には、画像データを入力とし、画像データを処理することで機能情報を算出する形態としてもよい。

（２−３）多面体生成部１６
次に、ステップ３においては、多面体生成部１６が被検体の形状情報を用いて、３次元形状の被検体を。複数の多面体の集合して生成する。これら多面体は、最終的に表示する表示データの空間中に生成される。これら複数の多面体の集合体は、被検体の３次元形状を把握でき、かつ、空隙を有するように配置する。

多面体の配置方法について以下に具体例を示す。

（２−３−１）第１の多面体配置方法
第１の多面体配置方法は、円盤状、円柱状、円筒状、または、ドーナツ状の多面体を複数個、間隔を空けて配置する例である。

図３は、被検体が心臓のような袋状の臓器である場合における、第１の多面体配置方法による例を示している。この配置方法では、円盤の外周面及び内周面は、形状情報取得部１２で取得された形状情報を参照して、心臓の壁の外側境界面及び内側境界面に一致するように配置される。例えば、被検体の形状情報がポリゴンの頂点座標のデータとして取得された場合には、多面体の一つの面（面Ａと呼ぶ）を構成する頂点座標を、外側境界面の頂点座標に一致するようにし、面Ａに対面する面Ｂの頂点座標を、内側境界面の頂点座標に一致するように多面体を配置する。

また、厳密に形状情報の頂点座標に一致させずとも、頂点座標を元に算出された座標を用いて多面体を配置する。これは例えば、被検体の細かい凹凸は無視して大局的な形状に関心がある場合等に効果があり、元の形状情報を平滑化して多面体を配置することで大局的な形状を表すことができる。

円盤状の多面体は間隔を空けて配置される。多面体生成時に形状情報の頂点データ全てを使用せずに一部だけを使用することで、間隔を空けて多面体を配置することができる。間隔は形状の複雑さと観察のしやすさの観点から決定すると良い。このような多面体の構成・配置により、心臓全体の形状を理解できるとともに、視点から見て裏側にあたる壁の形状をも把握することが可能となる。

なお、多面体は平面で構成されものに限らず、ここで例示したように複数の曲面で構成されていてもよい。また、この配置例では、被検体の外側境界面と内側境界面の両面に接するように多面体を配置したが、観察目的に応じて、片方の境界面にのみ接し、他方の面は例えば多面体の厚さが規定の値になるように配置しても良い。

（２−３−２）第２の多面体配置方法
次に、第２の多面体配置方法について説明する。

第２の多面体配置方法は、複数の６面体を間隔をあけて配置する例である。図４は血管のような筒状の臓器における配置の例を示している。この配置方法では、６面体の表裏をなす面が、形状情報取得部１２で取得された形状情報を参照して、血管壁の外側境界及び内側境界に一致するように配置される。このように間隔を設けて多面体を配置することで、従来１箇所の視点からでは観察することのできなかった血管の裏側をも観察することが可能となる。

（２−３−３）第３の多面体配置方法
次に、第３の多面体配置方法について説明する。

第３の多面体配置方法では、多面体の個数は１つであるが、多面体自体が穴を有するように構成する。このように多面体を構成し配置することで、従来は１箇所の視点からでは観察することのできなかった被検体の裏側をも観察することが可能となる。

（２−３−４）その他の多面体配置方法
以上、多面体配置方法の例について述べたが、複数の種類の多面体を場所や時間に応じて配置しても良い。

例えば、第１の多面体配置方法で示した円盤状の多面体と、第２の多面体配置方法で示した六面体を混在させても良い。心臓の尖端部分には六面体を配置し、それ以外の部分は円盤状の多面体を配置すると、機能値の観察を妨げることなく尖端部分の形状をより把握しやすくなる。

また、多面体配置方法の他の変形例として、被検体を観察する視点に応じて、多面体の配置を変化させるようにしても良い。例えば、被検体の一部分に関心がある場合には、その関心部分が他の部分によって隠されるような視点になった場合に、手前側の多面体の配置間隔を適応的に広げたり、配置する多面体の種類を変更したりすることで、関心部分の観察を妨げない表示が可能となる。

（２−４）機能情報マッピング部１８
次に、ステップ４では、機能情報マッピング部１８が機能情報取得部１４で取得された機能情報を参照し、生成された多面体に機能情報を割り付ける。

機能情報はその値によって、グレースケールでの輝度マップ、あるいはカラーテーブル等を用いたカラーマップ、または、テキスト文字への変換等の方法によって多面体の面に割り当てられる。

このときに、多面体の位置における例えば機能値の空間的な平均値を算出する等して代表値をもって多面体に割り付けても良いし、多面体の位置する範囲の機能値の分布を表現する形で割り付けても良い。

図５は、第１の多面体配置方法によって配置された多面体に、機能値を色に変換して割り付けた例である。なお、図では色は表現できないので濃淡で示している。機能値の大きさによって異なる色が割り付けられ、被検体全体の実際の形状を把握しながら、被検体の位置毎の機能値の違いを直感的に理解することが可能である。

さらに、多面体は複数の面を有するので、異なる面には異なる種類の機能値を割り付けることで、同時に複数の機能値を観察することが可能となる。例えば、心壁のストレイン（歪）値には、壁の厚さ方向のストレイン、壁に沿った方向のストレインといったように方向毎のストレインが定義できる。このような場合には、多面体の壁の厚さ方向の面（図６の面Ａ）に壁の厚さ方向のストレインを割り付け、多面体の側面（図６の面Ｂ）には壁に沿った方向のストレインを割り付けると、機能値の定義にあった表示ができ、直感的に理解しやすい表示が可能となる。

機能値の分布を表示する例としては、例えば被検体の内側境界面と外側境界面で機能値の値が異なる場合に、その間の値を補間して多面体の面にグラデーション状に色表示をすることもできる。あるいは、被検体の内側境界面と外側境界面の間の領域での機能値が密に取得できる場合には、その機能値の分布を多面体の面上にグラデーション状の色表示や等高線等により表示しても良い。このように多面体を用いて形状及び機能値の分布を表すことで、従来に比べより多くの部分で機能値の分布を観察できることになる。

（２−５）表示部２０
最後に、ステップ５では、機能情報がマッピングされた多面体を表示部２０により表示する。

例えば、ディスプレーデバイスに表示される。なお、表示デバイスは限定されるものではない。

（３）変更例
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

例えば、本実施形態は、従来のワイヤーフレームでの表示を妨げるものではない。多面体の表示と同時にワイヤーフレームでの形状表示を合わせて行っても良い。

また、本実施形態によれば、一箇所の視点から被検体の被検体の形状と機能値を把握することが可能となるが、３次元的に観察する際に一箇所の視点から観察することに限定するものではなく、付加的にポインティングデバイス等により視点を変更する手段を有しても良い。

（４）効果
以上のように本実施形態によれば、複数多面体の包絡面として被検体の形状を把握できると共に、多面体間に間隙を有するために隠れてしまう部分が少なく、全体の様相の理解が可能となることにより、位置の対応付けの負担を観察者に強いることなく、被検体の形態と機能値を一度に観察することが可能となる。

また、多面体の各面に異なる種類の機能値を割り当てることにより、複数の種類の機能値を一度にかつ直感的に表示することが可能となる。

本発明の一実施形態に係わる医用画像生成装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態の動作を示すフローチャートである。 第１の多面体配置方法による多面体配置例である。 第２の多面体配置方法による多面体配置例である。 機能値を色に割り付けた場合の機能値の表示例である。 複数の種類の機能値を多面体に割り当てた表示例である。

符号の説明

１０ 医用画像生成装置
１２ 形状情報取得部
１４ 機能情報取得部
１６ 多面体生成部
１８ 機能情報マッピング部
２０ 表示部

Claims (15)

1. 被検体を２次元の表示空間中に３次元的に表示する医用画像生成装置において、
   前記被検体の３次元形状を表す形状情報を取得する形状取得部と、
   前記被検体の各部分の状態を示す少なくとも一種類の機能情報を取得する機能情報取得部と、
   前記被検体の外側境界面の一部と内側境界面の一部とをそれぞれ含む複数の多面体を前記形状情報に従って間隙を有するように配置することによって、前記被検体の前記外側境界面と前記内側境界面の３次元形状を前記複数の多面体の集合で表した３次元データを生成する多面体生成部と、
   前記各多面体の少なくとも一つの面に、前記各多面体のそれぞれの位置に対応した前記機能情報をそれぞれ割り付けるマッピング部と、
   前記機能情報が割り付けられた前記複数の多面体の集合の前記３次元データを前記表示空間に投影して、前記３次元形状の被検体の画像を生成する画像生成部と、
   を備える医用画像生成装置。
2. 前記多面体が、六面体、円盤状、円柱状、円筒状、または、ドーナツ状の立体である、
   請求項１記載の医用画像生成装置。
3. 前記形状情報が、ワイヤーフレームに関するデータである、
   請求項１記載の医用画像生成装置。
4. 前記マッピング部は、
   前記機能情報に応じた色、または、輝度値を、前記多面体の面に割り付ける、
   請求項１記載の医用画像生成装置。
5. 前記機能情報取得部は、複数種類の前記機能情報を取得し、
   前記マッピング部は、前記複数種類の機能情報を前記多面体の異なる面にそれぞれ割り付ける、
   請求項１記載の医用画像生成装置。
6. 前記マッピング部は、
   前記機能情報の分布を、前記機能情報に応じた色、または、輝度値、または等高線として前記多面体の面に割り付ける、
   請求項１記載の医用画像生成装置。
7. 前記機能情報がストレイン値であり、
   前記マッピング部は、方向の異なる複数の前記ストレイン値を前記多面体の異なる面にそれぞれ割り付ける、
   請求項１記載の医用画像生成装置。
8. 被検体を２次元の表示空間中に３次元的に表示する医用画像生成方法において、
   前記被検体の３次元形状を表す形状情報を取得する形状取得ステップと、
   前記被検体の各部分の状態を示す少なくとも一種類の機能情報を取得する機能情報取得ステップと、
   前記被検体の外側境界面の一部と内側境界面の一部とをそれぞれ含む複数の多面体を前記形状情報に従って間隙を有するように配置することによって、前記被検体の前記外側境界面と前記内側境界面の３次元形状を前記複数の多面体の集合で表した３次元データを生成する多面体生成ステップと、
   前記各多面体の少なくとも一つの面に、前記各多面体のそれぞれの位置に対応した前記機能情報をそれぞれ割り付けるマッピングステップと、
   前記機能情報が割り付けられた前記複数の多面体の集合の前記３次元データを前記表示空間に投影して、前記３次元形状の被検体の画像を生成する画像生成ステップと、
   を備える医用画像生成方法。
9. 前記多面体が、六面体、円盤状、円柱状、円筒状、または、ドーナツ状の立体である、
   請求項８記載の医用画像生成方法。
10. 前記形状情報が、ワイヤーフレームに関するデータである、
    請求項８記載の医用画像生成方法。
11. 前記マッピングステップにおいて、
    前記機能情報に応じた色、または、輝度値を、前記多面体の面に割り付ける、
    請求項８記載の医用画像生成方法。
12. 前記機能情報取得ステップにおいて、複数種類の前記機能情報を取得し、
    前記マッピングステップにおいて、前記複数種類の機能情報を前記多面体の異なる面にそれぞれ割り付ける、
    請求項８記載の医用画像生成方法。
13. 前記マッピングステップにおいて、
    前記機能情報の分布を、前記機能情報に応じた色、または、輝度値、または等高線として前記多面体の面に割り付ける、
    請求項８記載の医用画像生成方法。
14. 前記機能情報がストレイン値であり、
    前記マッピングステップにおいて、方向の異なる複数の前記ストレイン値を前記多面体の異なる面にそれぞれ割り付ける、
    請求項８記載の医用画像生成方法。
15. 被検体を２次元の表示空間中に３次元的に表示する医用画像生成プログラムにおいて、
    前記被検体の３次元形状を表す形状情報を取得する形状取得機能と、
    前記被検体の各機能分の状態を示す少なくとも一種類の機能情報を取得する機能情報取得機能と、
    前記被検体の外側境界面の一部と内側境界面の一部とをそれぞれ含む複数の多面体を前記形状情報に従って間隙を有するように配置することによって、前記被検体の前記外側境界面と前記内側境界面の３次元形状を前記複数の多面体の集合で表した３次元データを生成する多面体生成機能と、
    前記各多面体の少なくとも一つの面に、前記各多面体のそれぞれの位置に対応した前記機能情報をそれぞれ割り付けるマッピング機能と、
    前記機能情報が割り付けられた前記複数の多面体の集合の前記３次元データを前記表示空間に投影して、前記３次元形状の被検体の画像を生成する画像生成機能と、
    をコンピュータに実現させるための医用画像生成プログラム。

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