JP5010695B2

JP5010695B2 - 医用三次元画像表示装置

Info

Publication number: JP5010695B2
Application number: JP2010030548A
Authority: JP
Inventors: 悟大石
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP2010148893A

Description

本発明は，医用三次元画像表示装置に関するものである。

従来の医用三次元画像表示装置では、表示画像の観察方向を変えるために表示座標の原
点を中心とした回転を行っている。このため回転操作により例えば頭頂方向は、画像の上
下左右あらゆる方向を向く可能性がある。

また、従来の医用三次元画像表示装置では、表示画像の観察方向を変えるための角度設
定手段として、たとえばマウスなどの入力装置を上下左右に動かすことにより表示された
三次元画像を縦横方向に回転させている。この回転は、マウスの移動距離などによりその
変化角度を決定する相対的角度設定手段である。また医用三次元画像表示装置では、三次
元表示指示後最初に表示される角度は予め決められており、その殆どは人体正面方向が表
示される。

特願平１１−２８３０１８号公報

しかしながら、従来これらの医用三次元画像表示装置では、画像の観察方向を変えるた
めに原点を中心とした回転を行っていた。このため回転により例えば頭頂方向は、画像の
上下左右あらゆる方向を向くため、どちらの方向を画像が向いているのか分からなくなる
ことがある。

これは従来の回転により表示した三次元画像を直接に画像表示装置であるモニタ上で見
る場合、頭を傾けて例えば頭頂方向に向けたり、またプリントアウトした三次元画像を観
察する際、同様にプリントアウトした画像を回転させて、頭頂方向が上を向くように操作
する必要性が生じていた。

このように、被検体のある一定の所定方向が常に画像上の一定の所定方向を向いている
ことは被撮像部位の三次元構造把握の助けになることが多いが、従来の装置ではこれはで
きない。この三次元構造を把握しやすい表示の方向は、操作者の個人差によって異なるこ
とがある。

また、動脈癌のような注目する領域をいろいろな表示操作を加えて観察したいというニ
ーズは大きい。この表示操作は例えば角度を変えて色々な方向から観察するための回転表
示や、より詳細に観察するための拡大表示、全体像や他の血管との相互関係を把握するた
めの縮小表示等である。

しかし従来の装置では原点を中心とした表示操作のための変換を行うため、例えば回転
表示の場合、注目領域が原点から離れていると、注目領域は画面上で大きく移動してしま
い非常に観察し難くなってしまっていた。

また、場合によっては画面からはみ出してしまうこともある。また医用の三次元画像で
は、最初に予め決められた角度からの観察画像、多くは被検体正面からの観察画像が表示
され、そこから相対的な角度設定手段を複数回繰り返すことにより、所望の観察角度から
の像の観察をするという表示操作手順が一般的である。

ところが正面からの観察像に注目領域が適切に表示されている場合は実際において希で
あり、多くの場合はあまり観察されることなく角度変更されることが多い。この作業は複
数回の繰り返し操作を伴うため、省力化のために操作回数を軽減することが望まれていた
。

本発明はこれらの課題に鑑み、三次元構造を理解し易い画像を提供することが可能な医
用三次元画像表示装置を提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために本発明においては、医用三次元画像を表示可能な表示手段
を備えた医用三次元画像表示装置において、前記表示手段に表示された前記医用三次元画
像の注目領域の点を指定する原点指定手段と、前記原点指定手段により指定された前記点
の画像座標を読み取る手段と、読み取った前記画像座標を通る前記表示手段に対して垂直
な直線を求める手段と、前記直線を観察面からトレースし、最初に前記注目領域の表面と
交わった点と次に前記注目領域の別の表面と交わった点を算出し、その中心点を新たな原
点とする手段と、を備えることを特徴とする。

このように構成された本発明の医用三次元画像表示装置によれば、三次元構造を理解し
易い画像を提供でき、また、注目領域を画像上で殆ど移動することなく回転させることが
でき、また、注目領域に他の部位が重なって観察し難いという事態を回避でき、また、三
次元画像に関連する臨床情報を基に検査者の期待する初期表示角度を決定することで表示
操作を軽減することが可能な医用三次元画像表示装置を提供することができる。

本発明の実施の形態１における一つの表示例を示す。本発明の実施の形態２における一つの表示例を示す。本発明の実施の形態４における一つの表示例を示す。本発明の実施の形態６における一つの表示例を示す。

装置の動作説明を容易にするために、まず仮に三次元画像をｆ（ｘ、ｙ、ｚ）として定義
する。ここでｘ軸は人体右方向、ｙ軸は人体正面方向、ｚ軸は人体頭頂方向を示している
。また同様に表示画像をｇ（ｕ，ｖ）とし、ｕ軸は画像横軸、ｖは画像縦軸を示す。さら
にＰは表示画像作成処理として以下のように表される。ここで理解を容易にするためにＰ
はｘｚ面に平行な面への平行投影として考える。

ｇ（ｕ，ｖ）＝Ｐ｛ｆ（ｘ、ｙ、ｚ）｝・・・（１）
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

＜実施の形態１＞
一般的に画像の観察画像の変更は、以下の式で表される座標変換と投影Ｐによって構成
される。

従ってｆ（ｘ、ｙ、ｚ）を座標変換を行った結果ｆ（ｘ'、ｙ'、ｚ'）を前記（１）式
に代入することにより、表示画像は回転する。ここでｎ＝（０，０，１）を考え、これを
方向ベクトルとして定義すると、θ＝０，ψ＝０の場合は（２）式を適用しても変化せず
、方向ベクトルの投影Ｐ（ｎ）＝（０，１）＝ｎ0となるため、画像上側を向いているこ
とが明らかである。しかしθ＝３０度、ψ＝３０度の場合、方向ベクトルｎ'＝（√（３
）／４、−１／４、√（３）／２）となり、これをＰで平行投影するとＰ（ｎ'）＝（−
√（３）／４、√（３）／２）＝ｎｐとなるため、方向ベクトルは表示画像上で傾いてし
まっている。これを補正するために投影した方向ベクトルと表示画像上の上方向とのなす
角度ηは次のように求められる。

ここでは内積演算を示しており、｜ｎ０｜はベクトルのノルムを表す。ここで求めたη
を元に作成した画像を回転させることにより、予め規定された方向ベクトルの方向は、表
示画像上で常に上を向いているようになる。但しこのベクトルを通る直線上の１点から観
察する場合に限りこの変換は適用できないので、その場合には特にこの変換はその前まで
の変換を行うこととする。

ここで図１を参照する。図１には本発明の医用三次元画像表示装置による画像表示の一
つの例を示している。

図中の（ａ）は初期の観察状態を示しており、頭頂方向１は画面に対して上方向に向い
て表示されている。この頭頂方向１に対して血管３、関心領域２が表示されている。操作
者は観察方向４の角度から画面を観察しており、この状態において操作者は三次元画像表
示における立体的な構造を把握することができる。

この（ａ）の表示状態から操作者が図示しない画像表示操作手段により画像表示を操作
する。この場合においては（ｃ）に示すように回転などの操作を行ったとしても、その表
示における頭頂方向１は画面の上方向に合致している。このため、操作者は常に頭頂方向
１が画面に対して上方向に向いた表示画面を見ることになるので、三次元の立体的な構造
の把握が容易に行える。

もちろん、この頭頂方向１を画面の上方向に向けること無く、画像表示操作にしたがっ
て頭頂方向１を画面の上方向に合わせないで表示することもでき、（ｂ）に、その一つの
表示例を示す。

また、頭頂方向１の表示方向を画面の上方向以外の所定の方向に向けて表示することも
でき、これらの表示の選択を行うための図示しない切替スイッチを設けても良い。

＜実施の形態２＞
図２には本発明の実施の形態２による画像表示の一つの例を示している。

図示しない操作スイッチをオンにすると、観察対象となる血管７などを画像を表示して
いるフレームにスケール６が表示され、画像横方向はｘｙ面内の回転角を、画像縦方向は
頭頂、足尾方向への回転角を示している。この時フレーム内の一点を図示しないマウスの
ような指示器でカーソル５を移動させて指示すると、その画像座標が取り込まれ、スケー
ル６に従って実際の回転角に変換される。そしてその回転角に表示画像を一度に回転させ
る。そしてスイッチをオフにすると、スケール６が消え、例えば画像上でマウスを動かす
とその移動距離と方向がそれぞれ回転角度と回転方向に変換され、画像の回転が実行され
る。

本実施の形態２では角度設定を画像の周りに表示したスケール６と画像内の座標によっ
て実施しているが、本発明はこれにとらわれることなく、例えば別のウィンドウにグラフ
のようなものを表示しても良い。

また、図示しない操作スイッチをオフした後、相対的角度設定を行っているが、絶対的
な角度設定を一度行えば、自動的に相対的角度設定に移行しても良い。

＜実施の形態３＞
任意の画像に対する三次元画像表示を表示していない状態で、表示命令を最初に受け取
った場合、予め決められた複数方向への投影を作成し、その投影データのエネルギー（各
画素の２乗和）を計算する。そしてこのエネルギーの中で最も低い値を示す方向を最初の
表示方向として決定する。このようにして、例えば三次元立体表示された血管走向などに
おいて、血管同士がもっとも重なり合うことが少ない方向からの画像表示を行うことがで
きる。

＜実施の形態４＞
図３には本発明の実施の形態４における一つの表示例を示している。

医用三次元画像表示装置内に図示しないデータベースを構築し、そのデータベースはあ
る事象に対する一定期間毎（例えば１週間とか１ヶ月、１年等）の観察角度の頻度を保存
している。

この事象は例えば患者氏名、患者ＩＤ、症例名、検査時間、検査名、検査医師名、主治
医名等の臨床データ１０として記憶されている。これらはあくまで事象の例として挙げら
れたものであり、それ以外の事象を導入しても良いし、ここに挙げられた事象を全て利用
する必要もない。

観察角度は例えば一定間隔毎に設定され、例えば患者の正面から左右５度までで且つ上
下５度までは同じ方向としてカウントされる。そして観察角度に対する各事象の頻度に関
する関数を定義し（例えば各頻度の和）、その関数を計算し、その中で最も大きな値を示
した観察角度を最も望ましい観察角度として決定する。

このようにすれば、過去に（ａ）にて示す三次元血管表示１１を観察していた場合、こ
の図示された方向からの観察頻度が高ければ優先順位が上がってデータベースに記憶され
る。血管９において認められる関心領域８の表示角度も同時に記憶される。

臨床データ１０に基いて、三次元血管表示１１を後日におこなって血管９の観察をする
場合は、（ｂ）に示すように（ａ）における表示角度と同一の角度で表示される。このた
め両画像データの比較を容易に行うことができ、たとえば（ａ）にて認められた関心領域
８が（ｂ）においては消滅している様子を容易に把握できる。

＜実施の形態５＞
表示装置内に例えばニユートラルネットワークのような学習機能のあるアルゴリズムを
構築し、このアルゴリズムに対し、例えば実施の形態４に示した事象を信号として与える
。そして最終的に望ましい出力（観察角度）が得られた場合は、角度を決定した後、その
位置で図示しない決定スイッチを押すことにより、その角度をネットワークにフィードバ
ックして学習させる。最初から最適な画像が得られた場合は、その位置で決定スイッチを
押すことにより、ネットワークにこの選択が正しかったことを示す。

なお、実施の形態３乃至５では、観察角度を一意に決定しているが、例えばＦＥＰ（Ｆ
ｒｏｎｔＥｎｄＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）の候補表示のように、幾つか可能性の高い順に
候補を表示して、そこから操作者が選択できるようにしても良い。

＜実施の形態６＞
原点移動機能をオンにして、表示画像上で注目領域の該中心の１点を指定する。その１
点の画像座標を読みとった後、その点を通りｙ軸に平行な直線を求める。その直線上を観
察面から三次元画像領域をトレースし、最初に交わった対象表面と次の表面の三次元座標
を求め、その中点を新たな原点として設定する。

従って回転、拡大、縮小処理によっては、この原点の表示位置は変化しない。

ここでは原点を１回の指定で決定しているが、１回指定した後、観察角度を変化させた時
にｙ軸に平行な直線を表示画像上に重ねて表示し、その線上でさらにもう１点指定するこ
とにより、最初の指定の時と同じようにもう１つの直線の式が算出され、その交点若しく
はその直線が最も近づく点同士の中点を原点としても良い。この方法は手順としては増え
るが、原点はこの方が安定して指定できる。

図４にこの表示例を示す。たとえば（ａ）にみられるように原点１４を血管１２および
関心領域１２の近傍に設定して、この原点１４を表示操作の原点として行うことで、操作
者は容易に三次元立体表示の立体構造を把握することができる。

また、（ｂ）に示すように、原点１４の位置を関心領域１３に設定することで関心領域
１３を中心として表示操作を行え、また立体的な構造の把握も容易に行える。

また、原点中心とした回転、拡大、綽小のみについて説明しているが、注目領域のみの
表示にも適用できる。原点が指定された後、原点を中心としたある範囲内のみを表示する
。この時の表示範囲は、原点を中心とした円や立方体で定義される。円の半径や立方体の
辺の長さは、表示画像上に重ねて表示され、そのワイヤーフレーム像のワイヤー部分をた
とえばマウスカーソルなどにより引っ張ることにより領域を拡大、縮小することもできる
。

以上述べたように、本発明の各実施の形態によれば、被検体の任意の一方向が常に画像
上の任意の方向を向いているようにすることで、検査者が三次元構造を理解し易い画像を
提供すると同時に、三次元構造を理解し易い方向の個人差に対応するために表示する方向
を変更することができる。

また、注目領域の該中心を原点として指定した上で、原点を中心とした表示操作を行う
ことにより、例えば観察し易い方向を探すための回転処理を行った場合、注目領域を中心
とした画像回転を行うため、注目領域は画像上で殆ど移動することなく回転させることが
できる。

このため観察者は視点を移動することも、また注目領域が画面からはみ出すことも防げ
、さらに注目領域以外の領域を表示しないことにより、注目領域に他の部位が重なって観
察し難いという事態を回避できる。

また医用の三次元画像では、最初に表示された角度から所望の角度を表示するまでに多
くの表示操作を行う必要があったが、三次元画像に関連する臨床情報を基に検査者の期待
する初期表示角度を決定することで表示操作を軽減することができる。

さらに表示角度設定手段として指示角度設定手段と任意角度設定手段を有し、まずは指
示角度設定手段にて、望ましい観察角度周辺に一度の操作で移動し、そこから任意角度設
定手段で最適な角度を細かく変化させながら探すことにより、操作者の省力化が実現でき
る。

なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたもので
あって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施の形
態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む
趣旨である。

１…頭頂方向
２…関心領域
３…血管
４…観察方向
５…カーソル
６…スケール
７…血管
８…関心領域
９…血管
１０…臨床データ
１１…三次元血管表示
１２…血管
１３…関心領域
１４…原点

Claims

医用三次元画像を表示可能な表示手段を備えた医用三次元画像表示装置において、
前記表示手段に表示された前記医用三次元画像の注目領域の点を指定する原点指定手段
と、
前記原点指定手段により指定された前記点の画像座標を読み取る手段と、
読み取った前記画像座標を通る前記表示手段に対して垂直な直線を求める手段と、
前記直線を観察面からトレースし、最初に前記注目領域の表面と交わった点と次に前記
注目領域の別の表面と交わった点を算出し、その中心点を新たな原点とする手段と、
を備えることを特徴とする医用三次元画像表示装置。
前記医用三次元画像の前記新たな原点に基づいて表示操作を行う手段を備え、
前記表示操作は、拡大、縮小および回転であることを特徴とする請求項１記載の医用三
次元画像表示装置。
前記医用三次元画像の表示操作は、
前記注目領域のみの表示操作であることを特徴とする請求項２に記載の医用三次元画像
表示装置。
前記注目領域は、
前記新たな原点から所定範囲内においてのみ表示されることを特徴とする請求項１乃至
３のうちいずれか記載の医用三次元画像表示装置。