JP5134316B2 - 医用画像診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、医用画像診断装置に関し、特に、手術支援用の医用画像を表示する医用画像診断装置に関する。

医用画像診断装置は、医用画像を撮影する撮影部やその医用画像を処理する医用画像処理部等を備えている。この医用画像診断装置としては、例えば、Ｘ線断層撮影装置（ＣＴ）、Ｘ線透視撮影装置及び磁気共鳴撮影装置（ＭＲＩ）及び超音波診断装置等が挙げられる。このような医用画像診断装置の発展に伴って、医師が患者の部位を示す医用画像を用いて診察や手術等を行う機会が増加している。例えば、腫瘍を切除する切除手術を行う場合には、術者は手術前に医用画像を参照しながら、腫瘍の位置を示すための複数のマーカを患者の体内に埋め込み、その後、手術時にそれらのマーカを視認して切除範囲を確認しつつ切除手術を進める。なお、そのマーカを患者の体内に埋め込む技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一方、近年、患者のＱＯＬ（Quality Of Life）向上のために、臓器の切除範囲をなるべく小さくしようとする動きがある。そこで、悪性腫瘍の切除手術の前に腫瘍細胞を弱らせたり、腫瘍の大きさを縮小させたりする等の目的で、化学療法や放射線療法による治療を行う場合がある。これにより、例えば肝臓の１区域すべてを切除するのではなく、３ｃｍ以下の腫瘍だけを切除することも可能になるため、術後の患者の回復が早くなるという利点がある。
特開２０００−３３０８９号公報

しかしながら、治療により医用画像上で腫瘍が消えたように見えても、生検等により目に見えない微小な腫瘍細胞が残っていると判断される場合には、その腫瘍があった部分（消失前の腫瘍領域）を全て切除しなければならない。このとき、腫瘍は目に見えなくなっているため、術者が部位（例えば肝臓）に対する切除範囲（手術範囲）を決定することは難しい。すなわち、視認不可能な腫瘍に対する手術範囲を決定することは非常に困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、視認不可能な腫瘍に対する手術範囲の決定を支援することができる医用画像診断装置を提供することである。

本発明の実施の形態に係る特徴は、医用画像診断装置において、被検体の部位を示す医用画像を表示する表示部と、情報を記憶する記憶部と、医用画像から部位の腫瘍を囲む腫瘍範囲を腫瘍の周囲の構造体の特徴量情報に関連付け、腫瘍範囲からその腫瘍範囲が関連付けられた構造体までの距離情報を生成する手段と、生成した距離情報を記憶部に保存する手段と、保存した距離情報及び特徴量情報に基づいて、腫瘍が存在した場所を示す腫瘍範囲を再現し、手術用の医用画像と共に表示部に表示させる手段とを備えることである。

本発明によれば、視認不可能な腫瘍に対する手術範囲の決定を支援することができる医用画像診断装置を提供することができる。

本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る医用画像診断装置１は、各部を集中的に制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ３と、患者等の被検体の部位を示す医用画像を撮影する撮影部４と、医用画像等の画像を表示する表示部５と、術者や助手等の操作者からの入力操作を受け付ける操作部６と、各種プログラムや各種データ等を記憶する記憶部７と、外部装置との通信を行う通信部８と、医用画像等の画像を処理する画像処理部９とを備えている。これらの各部は、バス１０により電気的に接続されている。

制御部２は、記憶部７に記憶された各種プログラムや各種データ等に基づいて、各部を制御する。特に、制御部２は、各種のプログラムやデータ等に基づいて、データの計算又は加工等を行う一連のデータ処理及び画像を表示する画像表示処理等を実行する。

メモリ３は、制御部２が実行する起動プログラム等を記憶するメモリであって、制御部２のワークエリアとしても機能するメモリである。なお、起動プログラムは、医用画像診断装置１の起動時に制御部２により読み出されて実行される。

撮影部４は、患者等の被検体に対して医用画像を撮影する撮影動作を行う。この撮影部４としては、例えば、Ｘ線を使用する撮影部を用いる。この場合には、撮影部４は、寝台の天板上の被検体に対してＸ線を照射するＸ線照射部と、そのＸ線照射部により照射されたＸ線を検出するＸ線検出部とを備えている。この撮影部４は、寝台の天板の周囲を移動可能に設けられており、撮影位置から天板上の被検体の各部位の医用画像を撮影する。

表示部５は、医用画像等の画像をカラー表示可能な表示装置であって、特に、被検体の部位（例えば、肝臓）に対する手術用の医用画像を表示する表示装置である。この表示部５としては、例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ等を用いる。

操作部６は、操作者により入力操作される入力部であって、画像表示の開始や画像の切り替え等の各種の入力操作を受け付ける入力部である。この操作部６としては、例えば、マウスやキーボード等の入力デバイスを用いる。

記憶部７は、各種のプログラムやデータ等を記憶する記憶装置であって、特に、医用画像に関する画像データ（画像情報）Ｄ１及び部位の腫瘍に対する切除範囲（手術範囲）の位置を示す位置データ（位置情報）Ｄ２を記憶する記憶装置である。この記憶部７としては、例えば、磁気ディスク装置や半導体ディスク装置（フラッシュメモリ）等を用いる。なお、画像データＤ１は、撮影部４により得られ、バス１０を介して記憶部７に格納される。ここで、被検体の部位としては、例えば、肝臓、乳房、肺及び各種消化器等が挙げられる。

通信部８は、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネット等のネットワークを介して外部装置との通信を行う装置である。この通信部８としては、ＬＡＮカードやモデム等を用いる。外部装置としては、データベースサーバや他の医用画像診断装置等が挙げられる。

画像処理部９は、撮影した医用画像や記憶した医用画像等の画像に対して様々な画像処理（例えば、画像再構成を含む画像処理等）を行う。ここで、画像処理部９は、画像データから二次元や三次元の医用画像を生成する。詳しくは、画像処理部９は、画像データ（例えばボリュームデータ）に対してボリュームレンダリング処理、ＭＰＲ（Multi Planer Reconstruction）処理、及びＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）処理等の画像処理を施し、表示用の画像データを生成する。この画像処理部９はソフトウェア及びハードウェアのどちらか一方又は両方により構成されている。

次に、このような医用画像診断装置１が行う切除範囲決定支援処理（腫瘍範囲保存処理及び手術画像表示処理）について説明する。医用画像診断装置１の制御部２は、治療前に、腫瘍範囲の位置を保存する腫瘍範囲保存処理を実行し、マーカの埋め込み及び切除を行う手術時に、手術用の医用画像を表示する手術画像表示処理を実行する。

通常、医師は、健康診断等により例えば肝臓に腫瘍が見つかった場合、医用画像診断装置１（ＣＴやＭＲＩ、超音波診断装置等）による医用画像（臨床画像）を用いて、腫瘍の大きさや個数、種類、原発性か転移性か、切除手術適用か等の診断を行う。その結果、腫瘍が１つで４ｃｍ程度の原発性肝がんであった場合、医師は、例えば、化学療法や放射線療法による治療（術前治療）によりその腫瘍を縮小し、その後、手術で切除するという治療計画を立てる。このとき、医師は、治療により腫瘍が見えなくなる可能性があることを考慮し、腫瘍が消失又は縮小する前、すなわち治療前に、医用画像診断装置１により腫瘍の位置、すなわち腫瘍範囲の位置を保存する。その後、医師は手術時に医用画像診断装置１による手術用の医用画像（術中画像）を視認しながら患者の体内に一つ又は複数のマーカ（例えば４個）を埋め込み、それらのマーカを確認しつつ部位の切除範囲部分を切除する。

まず、医師等の操作者が治療前に医用画像診断装置１を用いて腫瘍範囲の位置を保存する場合の腫瘍範囲保存処理について図２及び図３を参照して説明する。

図２に示すように、制御部２は、まず、医用画像Ｇ１を撮影する（ステップＳ１）。すなわち、制御部２は、撮影部４に撮影動作を実行させる。これにより、例えば、図３に示すように、部位として肝臓Ｔを示す医用画像（三次元画像）Ｇ１が得られる。なお、この医用画像Ｇ１は画像データＤ１として記憶部７に保存される。

次いで、制御部２は、撮影した医用画像Ｇ１に対して腫瘍範囲（トレースライン）Ｒの設定を行う（ステップＳ２）。これにより、図３に示すように、腫瘍範囲Ｒは、医用画像Ｇ１上の腫瘍Ｔａの周囲に設定される。ここで、この腫瘍範囲Ｒを自動で設定する場合には、例えば、画像処理部９がＣＡＤ等の技術により腫瘍Ｔａを認識し、腫瘍Ｔａから切除断端までの距離情報等に基づいてその腫瘍Ｔａの周囲に最適な腫瘍範囲Ｒが設定される。このときの距離情報等は記憶部７に記憶されている。一方、手動で腫瘍範囲Ｒを設定する場合には、撮影した医用画像Ｇ１が表示部５に表示され、医師や助手等の操作者はその医用画像Ｇ１を参照しながら操作部６に対して入力操作を行い、腫瘍Ｔａの周囲にその腫瘍Ｔａを囲む腫瘍範囲Ｒを設定する。なお、医用画像Ｇ１が三次元画像である場合には、腫瘍範囲Ｒも三次元で設定され、医用画像Ｇ１が二次元画像である場合には、腫瘍範囲Ｒも二次元で設定される。

その後、制御部２は、腫瘍範囲Ｒを複数の領域Ｒａに分割し（ステップＳ３）、それらの領域Ｒａを腫瘍Ｔａの周囲の構造体（例えば、肝臓Ｔの表面及び肋骨Ｊの表面）に関連付けて位置データＤ２を生成し（ステップＳ４）、生成した位置データＤ２を保存する（ステップＳ５）。すなわち、制御部２は、画像処理部９を制御し、腫瘍範囲Ｒを各領域Ｒａに分割し、それらの領域Ｒａを各構造体の各々の面、例えば肝臓Ｔの表面及び肋骨Ｊの表面（例えば外面）に関連付けて位置データＤ２を生成し、その位置データＤ２を記憶部７に保存する。これにより、図３に示すように、腫瘍範囲Ｒは各領域Ｒａに分割され、それらの領域Ｒａが肝臓Ｔの表面及び肋骨Ｊの表面（各特徴領域）にそれぞれ関連付けられ、それらの関連情報の集合体である位置データＤ２が生成される。その後、位置データＤ２は記憶部７に保存される。なお、構造体上の表面の各特徴領域は、例えば、長期間不変である肝臓Ｔの表面上の血管の形状等の特徴量、さらに、長期間不変である肋骨Ｊの形状や湾曲の程度等の特徴量によって特定される。

ここで、図３に示すように、ある１つの領域Ｒａの位置を特定する場合には、肝臓Ｔの表面上の血管の形状で特徴付けられた記録面Ｋ１と、肋骨Ｊの形状及び湾曲率で特徴付けられた記録面Ｋ２とが抽出され、それらの記録面Ｋ１、Ｋ２により１つの領域Ｒａの位置が特定される。これらの記録面Ｋ１、Ｋ２はそれぞれ特徴領域として機能する。例えば、四角形（例えば正方形）の領域Ｒａの位置は、それらの各角から四角形の記録面Ｋ１の各角までの距離と、その記録面Ｋ１の各角から四角形の記録面Ｋ２の各角までの距離とにより特定される。したがって、１つの領域Ｒａに対して、記録面Ｋ１（特徴量情報）、記録面Ｋ２（特徴量情報）及び距離情報が１セットの関連情報として取得される。なお、領域Ｒａ、記録面Ｋ１及び記録面Ｋ２は例えば相似関係である。この処理が、腫瘍範囲Ｒの全ての領域Ｒａあるいは一定数の領域Ｒａに対して行われ、それらの関連情報の集合体である位置データＤ２が生成される。

なお、化学療法や放射線療法による治療の過程で、明らかに腫瘍Ｔａの縮小が見られた場合や肝臓Ｔに治療による変形が見られた場合等には、前述の腫瘍範囲保存処理が再度行われ、位置データＤ２が書き換えられてもよい。化学療法や放射線療法による治療が終了し、医用画像Ｇ１上で腫瘍Ｔａが視認できなくなった場合には、生検等の検査で腫瘍細胞の有無が確認される。結果が陰性であった場合には、ここで治療は終了し、患者は経過観察となる。一方、結果が陽性であった場合、あるいは、腫瘍細胞を弱らせる目的で治療を行い、初めから元の腫瘍部分を切除すると計画されていた場合には、切除のための手術計画を行い、手術用のマーカの埋め込み（留置）を行うことになる。

次に、医師等の操作者が医用画像診断装置１を用いて手術用のマーカの埋め込みを行う場合の手術画像表示処理について図４及び図５を参照して説明する。

図４に示すように、制御部２は、まず、手術用の医用画像Ｇ２を撮影する（ステップＳ１１）。すなわち、制御部２は、撮影部４に撮影動作を実行させる。このとき、撮影は、治療前の医用画像Ｇ１（図３参照）となるべく同じ体位で行われる。これにより、例えば、図５に示すように、部位として肝臓Ｔを示す医用画像（三次元画像）Ｇ２が得られる。なお、この医用画像Ｇ２は画像データＤ１として記憶部７に保存される。

次いで、制御部２は、位置データＤ２に基づいて各領域Ｒａからなる腫瘍範囲Ｒを再現し（ステップＳ１２）、再現した腫瘍範囲Ｒを手術用の医用画像Ｇ２と共に表示する（ステップＳ１３）。すなわち、制御部２は、記憶部７から第２の位置データＤ２を読み出し、画像処理部９を制御して位置データＤ２に基づいて手術用の医用画像Ｇ２上に各領域Ｒａを各々再現し、腫瘍範囲Ｒを手術用の医用画像Ｇ２上に表示する。これにより、例えば、図５に示すように、腫瘍範囲Ｒは医用画像Ｇ２上に重畳されて表示される。

ここで、画像処理部９は、位置データＤ２内の各領域Ｒａにそれぞれ対応する記録面Ｋ１、記録面Ｋ２及び距離情報に基づいて各領域Ｒａを再現する。このとき、記録面Ｋ１及び記録面Ｋ２の各々の特徴量情報に基づいて、記録面Ｋ１及び記録面Ｋ２の位置が特定され、それらの記録面Ｋ１及び記録面Ｋ２に対する距離情報に基づいて、領域Ｒａが再現される。これが全ての領域Ｒａに対して実行される。その後、制御部２は、再現した腫瘍範囲Ｒを示す画像を手術用の医用画像Ｇ２に重畳し、手術用の医用画像Ｇ２と共に手術支援用の医用画像として表示部５に表示させる。なお、高速に画像処理を行うことが可能な装置とすることにより、リアルタイムの手術用の医用画像Ｇ２上に腫瘍範囲Ｒを表示することが可能になる。

その後、術者は、図５に示すように、表示された手術用の医用画像Ｇ２及び腫瘍範囲Ｒを参照しながら、針等の挿入部材Ｈを用いて樹脂ビーズ等の複数のマーカＭ１〜Ｍ４を患者の体内、すなわち腫瘍範囲Ｒの周縁に挿入する。なお、マーカＭ１〜Ｍ４の挿入数は、腫瘍範囲Ｒの大きさや体表からの針でのアプローチの可能性等により決まり、単数でも複数でもよい。手術時には、術者はそれらのマーカＭ１〜Ｍ４を目視して腫瘍範囲Ｒを確認し、切除範囲を決定して切除手術を進めることになる。

前述のように、医用画像Ｇ１から腫瘍Ｔａの位置が腫瘍Ｔａの周囲の構造体、例えば肝臓Ｔの表面及び肋骨Ｊの表面に関連付けられ、腫瘍Ｔａの位置を示す位置データＤ２が生成され、この位置データＤ２は記憶部７に保存される。その後、各マーカＭ１〜Ｍ４の埋め込みを行う手術前等に、必要に応じて、位置データＤ２に基づいて肝臓Ｔに対する腫瘍範囲Ｒが再現され、その腫瘍範囲Ｒが手術用の医用画像Ｇ２と共に表示される（図５参照）。これにより、目に見えない腫瘍Ｔａに対する腫瘍範囲Ｒが表示されるので、術者はその腫瘍範囲Ｒを視認することができる。その結果、術者は迷うことなく自信を持って肝臓Ｔの腫瘍範囲Ｒの周縁に各マーカＭ１〜Ｍ４を埋め込むことが可能になり、手術時に肝臓Ｔに対する切除範囲を容易に決定することができる。

このような処理により、化学療法や放射線療法による治療の前に撮影した医用画像Ｇ１で腫瘍範囲Ｒが設定され、治療により腫瘍Ｔａが消失した後に切除手術前の医用画像Ｇ２が撮影されて表示される。この医用画像Ｇ２には、腫瘍Ｔａが表示されないが、ランドマークとなる構造体の特徴領域（例えば、各記録面Ｋ１、Ｋ２）の情報を用いて腫瘍範囲Ｒが再現されるので、視認不可能な腫瘍Ｔａに対する切除範囲の決定を支援することができる。その結果、術者は確信を持って消失前の腫瘍Ｔａの全域をカバーする切除範囲を決定し、腫瘍範囲Ｒをガイドとし、迷うことなく自信を持って肝臓Ｔの切除範囲の周縁に各マーカＭ１〜Ｍ４を埋め込むことができる。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、医用画像Ｇ１から肝臓Ｔの腫瘍Ｔａに対する腫瘍範囲Ｒの位置をその腫瘍Ｔａの周囲の構造体（例えば、肝臓Ｔの表面及び肋骨Ｊの表面）に関連付け、腫瘍範囲Ｒの位置を示す第１の位置データＤ２を生成し、その第１の位置データＤ２を保存し、その後、必要に応じて、記憶した第１の位置データＤ２に基づいて腫瘍範囲Ｒを再現し、再現した腫瘍範囲Ｒを手術用の医用画像Ｇ２と共に表示することによって、目に見えない腫瘍Ｔａに対する腫瘍範囲Ｒが表示され、術者はその腫瘍範囲Ｒを視認することが可能になる。これにより、視認不可能な腫瘍Ｔａに対する切除範囲の決定を支援することができる。すなわち、術者は迷うことなく自信を持って肝臓Ｔの腫瘍範囲Ｒの周縁に各マーカＭ１〜Ｍ４を埋め込むことが可能になり、肝臓Ｔに対する切除範囲を容易に決定することができる。特に、術者の経験や熟練度等に依存することなく、患者の体内に各マーカＭ１〜Ｍ４を埋め込むことが可能になるので、正確な手術を行うことができる。

加えて、腫瘍範囲Ｒを複数の領域Ｒａに分割し、分割した各領域Ｒａをそれぞれ肝臓Ｔの表面及び肝臓Ｔの周囲に位置する肋骨Ｊの表面に関連付け、位置データＤ２を生成することから、精度良く腫瘍Ｔａの位置、すなわち腫瘍範囲Ｒを再現することが可能になるので、腫瘍範囲Ｒを正確に示すことができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

例えば、本実施の形態においては、腫瘍Ｔａの周囲の構造体として、肝臓Ｔの表面及び肋骨Ｊの表面を用いているが、これに限るものではなく、例えば、他の構造体を用いるようにしてもよい。また、腫瘍Ｔａの周囲の構造体として、肝臓Ｔの表面及び肋骨Ｊの表面の両方を用いているが、これに限るものではなく、例えば、それらのどちらか一方だけを用いるようにしてもよい。ただし、肝臓Ｔの表面及び肋骨Ｊの表面の両方を用いた場合の方が、それらの片方だけを用いた場合に比べ、腫瘍範囲Ｒの位置精度を向上させることができる。

また、前述の実施の形態においては、腫瘍範囲Ｒとして、肝臓Ｔの腫瘍Ｔａの領域より大きい範囲を設定しているが、これに限るものではなく、例えば、肝臓Ｔの腫瘍Ｔａの領域と同じ範囲を設定するようにしてもよい。この場合には、腫瘍範囲Ｒは、術前治療前の腫瘍Ｔａの領域となる。

さらに、前述の実施の形態においては、三次元ＣＴによる腫瘍範囲Ｒの設定及び再現を説明しているが、これに限るものではなく、例えば、ＭＲＩや超音波診断装置等の他の医用画像診断装置やそれらの組み合わせであってもよい。さらに、三次元画像を用いているが、これに限るものではなく、二次元画像を用いるようにしてもよい。

加えて、前述の実施の形態においては、ソフトウェアであるプログラムに基づいて制御部２により各種の処理を実行しているが、これに限るものではなく、例えば、ソフトウェア及びハードウェアのどちらか一方又は両方により各種の処理を実行するようにしてもよい。

本発明の実施の一形態に係る医用画像診断装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示す医用画像診断装置が行う腫瘍範囲保存処理の流れを示すフローチャートである。 図２に示す腫瘍範囲保存処理による腫瘍範囲の保存を説明するための説明図である。 図１に示す医用画像診断装置が行う手術画像表示処理の流れを示すフローチャートである。 図４に示す手術画像表示処理による画像の表示を説明するための説明図である。

符号の説明

１ 医用画像診断装置
４ 撮影部
５ 表示部
７ 記憶部
Ｄ２ 位置情報（位置データ）
Ｇ１ 医用画像
Ｇ２ 手術用の医用画像
Ｒ 腫瘍範囲
Ｔ 部位（肝臓）
Ｔａ 腫瘍

Claims (3)

1. 被検体の部位を示す医用画像を表示する表示部と、
   情報を記憶する記憶部と、
   前記医用画像から前記部位の腫瘍を囲む腫瘍範囲を前記腫瘍の周囲の構造体の特徴量情報に関連付け、前記腫瘍範囲からその腫瘍範囲が関連付けられた構造体までの距離情報を生成する手段と、
   生成した前記距離情報を前記記憶部に保存する手段と、
   保存した前記距離情報及び前記特徴量情報に基づいて、前記腫瘍が存在した場所を示す腫瘍範囲を再現し、手術用の前記医用画像と共に前記表示部に表示させる手段と、
   を備えることを特徴とする医用画像診断装置。
2. 前記生成する手段は、前記腫瘍範囲を複数の領域に分割し、分割した前記複数の領域をそれぞれ前記部位の表面及び前記部位の周囲に位置する肋骨の表面のどちらか一方又は両方の特徴量情報に関連付け、分割した前記複数の領域ごとに、その領域から前記部位の表面及び前記肋骨の表面のどちらか一方又は両方までの距離情報を生成し、
   前記保存する手段は、生成した前記複数の領域ごとの距離情報を前記記憶部に保存し、
   前記表示させる手段は、保存した前記複数の領域ごとの距離情報と、前記部位の表面及び前記肋骨の表面のどちらか一方又は両方の特徴量情報とに基づいて、前記腫瘍が存在した場所を示す腫瘍範囲を再現し、手術用の前記医用画像と共に前記表示部に表示させることを特徴とする請求項１記載の医用画像診断装置。
3. 前記医用画像を撮影する撮影部を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の医用画像診断装置。

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