JP5214876B2 - ３次元画像処理装置及び医用画像診断装置 - Google Patents
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Description
本発明は、医用画像を画像処理する３次元画像処理装置及びそれを備える医用画像診断装置に関し、特に被検体の血管内部の３次元画像データを血管内部で定めた視点位置から見たときの立体画像として作成して表示する３次元画像処理装置及びそれを備える医用画像診断装置に関する。
従来、被検者に対する医用検査で生成されたＸ線ＣＴ画像やＭＲ画像等の２次元断層画像（スライス画像）データから３次元画像データを構築し、これを２次元画面上に立体表示することにより、人体内の各臓器の形状や大きさ等をその各臓器の外部から観察できる３次元画像表示装置が知られている。
このような３次元画像表示装置において、内部が空洞である血管や胃等の臓器を対象とし、その血管や臓器の内部に視点を置き、その視点で定めた視線に沿った３次元画像を構築し、これを電子内視鏡装置で観察される内視鏡画像のように、２次元画面上に立体表示させることにより、血管や臓器の内部を観察可能とする仮想内視鏡表示が、例えば特許文献１において知られている。
特開平９−１３９３３９号公報
ここで、上記のような仮想内視鏡表示においては、血管の内部の立体画像を表示することが可能であるが、血管内部における異常の検出を容易とするために、立体画像を見ながら、血管内部を流れる血液が逆流している部分や狭窄部位等で血流速度の遅い部分などを瞬時に知りたいという欲求がなされている。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、血管内を流れる血液の血流情報を血管内部の立体表示と共に表示可能な３次元画像処理装置及びこのような３次元画像処理装置を備えた医用画像診断装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１による３次元画像処理装置は、被検体の対象部位に関する複数の断層画像データから前記被検体の血管の表面形状データを含む３次元画像データを構築すると共に、該構築した３次元画像データを血管内部で定めた視点位置から見たときの当該血管内部の立体画像として表示する３次元画像表示手段と、前記血管内部の立体画像中の少なくとも１点の位置を指定するための位置指定手段と、前記血管内部の立体画像に、前記指定された位置に対応した血管内部を流れる血液の血流情報を合成して前記３次元画像表示手段に表示させる合成手段と、を具備することを特徴とする。
また、上記の目的を達成するために、本発明の請求項４による３次元画像処理装置は、被検体の対象部位に関する複数の断層画像データを収集し、該収集した断層画像から前記被検体の血管の表面形状データを含む３次元画像データを構築する３次元画像データ構築手段と、前記３次元画像データを血管内部で定めた視点位置から見たときの当該血管内部の立体画像として表示する３次元画像表示手段と、前記血管内部の立体画像中の少なくとも１点の位置を指定するための位置指定手段と、前記指定された位置に対応した血管内部を流れる血液の血流情報を収集する血流情報収集手段と、前記血管内部の立体画像に、前記収集された血流情報を合成して前記３次元画像表示手段に表示させる合成手段とを具備することを特徴とする。
本発明によれば、血管内を流れる血液の血流情報を血管内部の立体表示と共に表示可能な３次元画像処理装置及びこのような３次元画像処理装置を備えた医用画像診断装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る医用画像診断装置の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は、画像収集部１０と、血流情報収集部２０と、画像処理部３０と、入力部４０と、表示部５０とから構成されている。ここで、図１に示す医用画像診断装置は、特に限定されるものではなく、例えばＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の被検体の断層画像を撮影可能な医用画像診断装置が挙げられる。
図１は、本発明の一実施形態に係る医用画像診断装置の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は、画像収集部１０と、血流情報収集部２０と、画像処理部３０と、入力部４０と、表示部５０とから構成されている。ここで、図１に示す医用画像診断装置は、特に限定されるものではなく、例えばＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の被検体の断層画像を撮影可能な医用画像診断装置が挙げられる。
図１に示すように、画像収集部１０には、心電計１１が接続されている。心電計１１は、被検体の心臓の収縮によって生ずる微弱な電流を検出し、検出された電流の時間変化を心電波形として画像収集部１０に出力する。画像収集部１０は、心電計１１の心電波形情報に基づいて動作し、被検体の内部を撮像してＸ線ＣＴ画像やＭＲ画像等の断層画像データを複数枚収集し、該収集した複数枚の断層画像データから補間処理により被検体の臓器や血管の表面形状データを含む３次元画像データ（ボリュームデータ）を構築する。そして、構築した３次元画像データを心電波形情報と対応付けて画像処理部３０の仮想内視鏡画像生成部３１に出力する。この画像収集部１０による画像収集は、例えばＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置により行うことができる。
なお、臓器内腔を仮想内視鏡表示するために、必要があれば画像収集部１０において仮想内視鏡表示の妨げとなる部分の画像をセグメンテーション技術により削除するようにしても良い。
血流情報収集部２０には、心電計２１が接続されている。そして、血流情報収集部２０は、心電計２１によって出力される心電波形情報に基づいて、被検体の血流情報（血流速度及び血流方向等）を収集すると共に、後述する仮想内視鏡画像と血流情報との対応付けを行うために、被検体の断層画像を収集して３次元画像データを構築し、心電波形情報、血流情報、及び３次元画像データを対応付けて画像処理部３０の合成部３２に出力する。ここで、血流情報収集部２０による血流情報の収集は、例えば超音波のドップラ効果を利用して行っても良いし、ＭＲＩ装置におけるＭＲ血流計測を利用しても良い。或いは、Ｘ線ＣＴ装置における造影剤注入時の造影部分の動態から血流情報を収集するようにしても良い。即ち、血流情報収集部２０は、被検体の３次元画像データ及び血流情報を収集できるものであれば特に限定されるものではない。
画像処理部３０は、仮想内視鏡画像生成部３１と、合成部３２とから構成されている。
仮想内視鏡画像生成部３１は、医師等のユーザによって指定された臓器内腔を、ユーザによって指定された視点位置から見たときの３次元画像データ（仮想内視鏡画像データ）を生成する。即ち、仮想内視鏡画像生成部３１は、例えばＸ線ＣＴ画像やＭＲ画像などの医用画像の種類に応じた臓器の特徴、例えば臓器の位置、大きさ、しきい値、エッジ、画素値の分布統計量等に基づいて、画像収集部１０で得られたボリュームデータからユーザによって指定された臓器内腔を２値化画像として抽出する。更に、この２値化画像データと、もとの３次元画像データと、入力部４０から入力される仮想内視鏡表示の際の視野角、視点位置、及び視線方向の情報とに基づいて仮想内視鏡画像データを作成し、この仮想内視鏡画像データを心電波形情報と共に合成部３２に出力する。
仮想内視鏡画像生成部３１は、医師等のユーザによって指定された臓器内腔を、ユーザによって指定された視点位置から見たときの３次元画像データ（仮想内視鏡画像データ）を生成する。即ち、仮想内視鏡画像生成部３１は、例えばＸ線ＣＴ画像やＭＲ画像などの医用画像の種類に応じた臓器の特徴、例えば臓器の位置、大きさ、しきい値、エッジ、画素値の分布統計量等に基づいて、画像収集部１０で得られたボリュームデータからユーザによって指定された臓器内腔を２値化画像として抽出する。更に、この２値化画像データと、もとの３次元画像データと、入力部４０から入力される仮想内視鏡表示の際の視野角、視点位置、及び視線方向の情報とに基づいて仮想内視鏡画像データを作成し、この仮想内視鏡画像データを心電波形情報と共に合成部３２に出力する。
合成部３２は、仮想内視鏡画像生成部３１によって生成された仮想内視鏡画像データに血流情報収集部２０によって収集された血流情報を視認可能に表示するための血流情報表示画像データを合成して表示部５０に出力する。
入力部４０は、医師等のユーザが医用画像診断装置の各種入力操作を行うための、例えばマウス等の操作部である。表示部５０は、合成部３２において合成された仮想内視鏡画像を２次元画面上に表示する、例えば液晶ディスプレイ等の表示部である。
以下、本実施形態の医用画像診断装置の動作について説明する。図２は、本実施形態の医用画像診断装置の主要な動作について示すフローチャートである。
まず、心電計１１の動作に同期して画像収集部１０によって被検体が撮像され、これにより収集される断層画像から被検体被検体の臓器や血管の表面形状データを含む３次元画像データ（ボリュームデータ）が得られる（ステップＳ１）。また、心電計２１の動作に同期して血流情報収集部２０によって被検体の血流情報及び３次元画像データ（ボリュームデータ）が得られる（ステップＳ２）。その後、画像収集部１０によって得られた３次元画像データが心電波形情報に対応付けられて画像処理部３０に入力されると共に血流情報収集部２０によって得られた３次元画像データ及び血流情報が心電波形情報に対応付けられて画像処理部３０に入力される（ステップＳ３）。ここで、画像収集部１０における３次元画像データの収集と血流情報収集部２０における３次元画像データ及び血流情報の収集とは同時に行っても良いし、別に行っても良い。
続いて、医師等のユーザにより、仮想内視鏡表示する臓器内腔の位置、及び仮想内視鏡表示の際の視野角、視点位置、及び視線方向が指定される（ステップＳ４）。この際、画像収集部１０によって得られた３次元画像データからユーザによって指定された臓器のＭＰＲ３断面画像若しくはボリュームレンダリング画像を生成し、これらの画像を表示部５０に表示させた状態で視野角、視点位置、及び視線方向の指定を行えるようにしても良い。
以上の各種データ入力が終了すると、画像処理部３０の仮想内視鏡画像生成部３１において仮想内視鏡画像が生成される（ステップＳ５）。なお、ステップＳ５において生成される仮想内視鏡画像の不透明度や色は固定であっても良いが、ユーザが自由に設定できるようにしても良い。
仮想内視鏡画像が生成された後、合成部３２により、仮想内視鏡画像に血流情報を視認可能に表示するための血流情報表示画像が合成される（ステップＳ６）。そして、血流情報表示画像が合成された仮想内視鏡画像が、例えば図３に示すようにして表示部５０に表示される（ステップＳ７）。ここで、図３の参照符号５１ａは視点位置５２における血流方向を示した血流情報表示画像であり、５１ｂは視点位置５２における血流速度を示した血流情報表示画像である。即ち、図３の例では、視点位置５２においては血流方向が図面手前から奥方向であり、血流速度が３００ｍｌ/ｓ（２０ｃｍ/ｓ）であることを示している。なお、血流情報表示画像の表示位置や血流情報表示画像の表示形態は、図３に示すものに限るものではない。例えば、ステップＳ４の視点位置等の入力の際に、血流情報を表示させたい位置の情報を１つ以上入力できるようにして、その位置に対応した血流情報を、例えば図４の参照符号５３、５４に示すようにして表示させるようにしても良い。また、血液の３次元的な流れを視認しやすいように、血流を図４の参照符号５５に示すような３次元的な矢印画像で示すようにしても良い。
また、図３及び図４のように表示されている仮想内視鏡画像においてユーザの入力部４０の操作により、視点位置や視線方向を変更することもできる。この場合には、変更された視点位置や視線方向に基づいて図２のステップＳ５以降の処理を再び行うようにすれば良い。また、入力部４０がホイールマウスのような操作部材であれば、ホイールの回転に伴って仮想内視鏡画像の視点位置を移動させるようなことも可能である。この場合、血流速度及び血流方向に応じて視点位置の移動速度を変化させれば、あたかもユーザが血流を走行しているかのような視覚効果を与えることも可能である。
更に、表示部５０に仮想内視鏡画像は、単なる３次元画像に限らず、３次元画像を時系列に表示させる４次元画像であっても良い。この場合には、時間変化に伴って逐次新たな仮想内視鏡画像を生成し、生成した仮想内視鏡画像に血流情報表示画像を合成して表示させれば良い。
次に、ステップＳ６の合成処理について更に説明する。図５は、合成部３２における合成処理について示すフローチャートである。
合成処理においては、まず、仮想内視鏡画像生成部３１において生成された３次元画像データ（仮想内視鏡画像）と血流情報収集部２０から入力された３次元画像データとの時相合わせが行われる（ステップＳ１１）。即ち、心電計１１の心電波形情報と心電計２１の心電波形情報とから、血流情報収集部２０から入力された３次元画像データのうち、仮想内視鏡画像生成部３１において生成された仮想内視鏡画像データと心電波形上で同位相のタイミングで収集された３次元画像データが選択される。次に、仮想内視鏡画像生成部３１において生成された３次元画像データとステップＳ１１で選択された３次元画像データとの位置合わせが行われる（ステップＳ１２）。
例えば、画像収集部１０によって収集される３次元画像がＸ線ＣＴ画像であり、血流情報収集部２０によって収集される血流情報が超音波のドップラ画像から得られる情報である場合、通常は、両者を収集したときの座標系が一致していないため、ステップＳ１２に示す位置合わせを行う必要がある。なお、この位置合わせは、例えば、画像収集部１０によって得られる３次元画像データと血流情報収集部２０によって得られる３次元画像データとの特徴点マッチングにより、画像収集部１０の座標系を血流情報収集部２０の座標系に一致させるための画像空間位置補正データ（例えば、画像収集部１０の座標系を血流情報収集部２０の座標系に変換する変換マトリクス）を求めることにより行えば良い。このような位置合わせにより、画像収集部１０で収集される３次元画像データにおける空間上の１点と、この点と同じ座標値を示す血流情報収集部２０で収集される３次元画像データにおける空間上の１点とは被検体の同一位置を示すことになる。
ステップＳ１２において、画像空間位置補正データが求められた後、ユーザによって指定された視点位置に対応する血流情報が選択される（ステップＳ１３）。その後、この血流情報を視認可能に表示するための血流情報表示画像データ（例えば、血流方向を示すための指標画像及び血流速度を示すための文字画像等）が生成され、生成された血流情報表示画像データと仮想内視鏡画像データとが図３や図４に示すようにして合成される（ステップＳ１４）。
以上説明したように、本一実施形態によれば、仮想内視鏡画像の表示時に血流情報を視認可能に表示させるので、ユーザは血流方向及び血流速度といった血流情報を仮想内視鏡画像を見ながら確認することが可能である。
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
さらに、上記した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組合せにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、上述したような課題を解決でき、上述したような効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
１０…画像収集部、１１…心電計、２０…血流情報収集部、２１…心電計、３０…画像処理部、３１…仮想内視鏡画像生成部、３２…合成部、４０…入力部、５０…表示部
Claims (4)
- 被検体の対象部位に関する複数の断層画像データから前記被検体の血管の表面形状データを含む３次元画像データを構築すると共に、該構築した３次元画像データを血管内部で定めた視点位置から見たときの当該血管内部の立体画像として表示する３次元画像表示手段と、
前記血管内部の立体画像中の少なくとも１点の位置を指定するための位置指定手段と、
前記血管内部の立体画像に、前記指定された位置に対応した血管内部を流れる血液の血流情報を合成して前記３次元画像表示手段に表示させる合成手段と、
を具備することを特徴とする３次元画像処理装置。 - 前記合成手段は、前記血流情報として、前記血管内部の立体画像中で前記血液の流れる方向を示す血流方向を３次元的に示す指標を合成することを特徴とする請求項１に記載の３次元画像処理装置。
- 前記３次元画像表示手段は、時系列に入力される被検体の対象部位に関する複数の断層画像データから、前記血管内部で定めた視点位置から見たときの当該血管内部の立体画像を時系列に表示することを特徴とする請求項１に記載の３次元画像処理装置。
- 被検体の対象部位に関する複数の断層画像データを収集し、該収集した断層画像から前記被検体の血管の表面形状データを含む３次元画像データを構築する３次元画像データ構築手段と、
前記３次元画像データを血管内部で定めた視点位置から見たときの当該血管内部の立体画像として表示する３次元画像表示手段と、
前記血管内部の立体画像中の少なくとも１点の位置を指定するための位置指定手段と、
前記指定された位置に対応した血管内部を流れる血液の血流情報を収集する血流情報収集手段と、
前記血管内部の立体画像に、前記収集された血流情報を合成して前記３次元画像表示手段に表示させる合成手段と、
を具備することを特徴とする医用画像診断装置。
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