JP5454841B2

JP5454841B2 - 医用画像処理装置

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Publication number: JP5454841B2
Application number: JP2008122274A
Authority: JP
Inventors: 敏哉和久; 仁山形
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2008-05-08
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2028-05-08
Also published as: JP2009268735A

Description

本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴イメージング装置、超音波診断装置、核医学診断装置等により発生されたボリュームデータを処理する医用画像処理装置に関する。

心臓疾患の観察や診断には、超音波診断装置やＸ線コンピュータ断層撮影装置が用いられている。その中でも、心臓の壁運動異常や壁厚異常を観察や診断する場合、主に超音波診断装置が用いられている。超音波診断装置により発生されるボリュームデータに含まれる異常部位は、例えば、組織ドプライメージング（Tissue Doppler Imaging：以下、ＴＤＩと呼ぶ）と呼ばれる技術を利用して特定される。以下、簡単にＴＤＩを用いた異常部位の診断に係る技術例を示す。

技術例１：表示画面を観察するだけで診断部位の組織の運動状態を容易に把握でき、組織の機能低下や異常を定量的、高精度かつ迅速に評価することが可能（例えば、特許文献１参照）。

技術例２：ＴＤＩで得られる低速度領域の表示能を向上させ、関心部位の正常／異常の判別を容易にする（例えば、特許文献２参照）。

超音波診断装置によって心臓の壁運動異常や壁厚異常の患部を診断する際、３次元画像の動画表示により、患部を大まかに観察できるが、患部のより詳細な状態を把握するためには、ＭＰＲ画像の動画表示が必要である。しかし、リアルタイムに発生されモニタに表示される画像を診断する場合、操作者は片手でプローブ操作、もう片方の手でモニタ上に映し出されている画像の断面位置の指定操作をしなければならず、断面位置の指定操作が複雑、煩雑である。また、３Ｄスキャンが可能なプローブは、プローブの位置や向きの他、断面の位置や向きをリアルタイムに自由に変更できる。そのため、２Ｄスキャンのみ可能なプローブに比して自由度は高いが、操作が複雑となる。
特開平０８―８４７２９号公報特開平０８―６６３９７号公報

本発明の目的は、心臓等の機能情報の診断に適した画像を簡便に提供することが可能な医用画像処理装置を提供することにある。

請求項１記載の本発明に係る医用画像処理装置は、超音波診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、または核医学診断装置により発生され、心臓に関するボリュームデータを記憶する記憶部と、前記ボリュームデータから濃淡値と不透明度と色情報との少なくとも１つに基づいて心臓に関する特定部位を抽出する第１抽出部と、前記特定部位の運動情報に基づいて前記特定部位に含まれる異常部位を抽出する第２抽出部と、前記特定部位の長軸に垂直且つ前記異常部位の領域に交差する断面の位置及び向きを算出する断面算出部と、前記算出された断面の位置及び向きに基づいて前記ボリュームデータから断面画像のデータを発生する第１発生部と、前記算出された断面の位置及び向きに基づいて前記異常部位の領域から前記異常部位に関する異常部位画像のデータを発生する第２発生部と、前記発生された断面画像と前記異常部位画像とを重ねて表示する表示部と、を具備する。

本発明によれば、心臓等の機能情報の診断に適した画像を簡便に提供することが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明の第１及び第２の実施形態に係る医用画像処理装置を説明する。第１及び第２の実施形態に係る医用画像処理装置は、超音波診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、核医学診断装置等の医用画像診断装置により発生されたボリュームデータを処理する医用画像処理システムに含まれる。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る医用画像処理システム及び医用画像処理装置１の構成を示す図である。図１に示すように、医用画像処理装置１は、超音波診断装置１００とＸ線コンピュータ断層撮影装置２００とに直接、又は電気的通信回線を介して電気的に接続される。

超音波診断装置１００は、被検体の心臓を含む３Ｄスキャン領域をプローブでスキャンすることにより、組織ドプライメージング（以下、ＴＤＩと呼ぶ）処理に心臓の機能情報を解析するための、少なくとも一つのボリュームデータファイルを発生する。以下、超音波診断装置１００により発生されたボリュームデータファイルを超音波ボリュームデータファイルと呼ぶことにする。この場合、超音波診断装置１００は、複数の超音波ボリュームデータファイルをＴＤＩ処理し、機能情報（以下、超音波機能情報と呼ぶ）のデータを生成する。超音波機能情報は、心臓壁の運動情報（例えば心臓壁の移動速度）を示す。超音波機能情報のデータは、超音波ボリュームデータファイルを構成する各ボクセルに超音波機能情報の値が割り付けられたボリュームデータである。

ＴＤＩスキャンに続いて、超音波診断装置１００は、同一の３Ｄスキャン領域をプローブで繰り返しスキャンすることにより、スキャン時刻の異なる複数の超音波ボリュームデータファイルを発生する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２００は、心臓の機能情報を解析するために、３Ｄスキャン領域をＸ線で繰り返しスキャンすることにより、撮影時刻の異なる複数のボリュームデータファイルを発生する。以下、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２００により発生されたボリュームデータファイルをＣＴボリュームデータファイルと呼ぶことにする。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２００は、既存の技術（例えば、特開２００７―２０２９５７号公報や特開２００６―１１０１９０号公報、特開２００６―６１５８１号公報に記載の技術）を撮影時刻の異なる複数のＣＴボリュームデータファイルに適用し、心臓の機能情報（以下、ＣＴ機能情報と呼ぶ）のデータを生成する。

また、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２００は、３Ｄスキャン領域を繰り返しスキャンすることにより収集された投影データを心電同期再構成することにより、心臓の拡張末期に関するＣＴボリュームデータファイルを発生する。

医用画像処理装置１は、超音波ボリュームデータや超音波機能情報のデータ、ＣＴボリュームデータ、ＣＴ機能情報のデータを利用して、心臓の機能情報を診断するうえで適切な断面の位置及び向きを算出し、算出した断面に関する画像を表示する。

図１に示すように、医用画像処理装置１は、超音波ボリュームデータ記憶部１０、超音波機能情報データ記憶部１２、ＣＴボリュームデータ記憶部１４、ＣＴ機能情報データ記憶部１６、異常部位抽出部１８、特定部位抽出部２０、長軸算出部２２、位置合わせ部２４、断面算出部２６、画像発生部２８、入力部３０、表示制御部３２、表示部３４、及びシステム制御部３６を有する。

超音波ボリュームデータ記憶部１０は、超音波診断装置１００によって発生された複数の超音波ボリュームデータファイルを記憶する。

超音波機能情報データ記憶部１２は、超音波診断装置１００により生成された超音波機能情報のデータを記憶する。

ＣＴボリュームデータ記憶部１４は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２００によって発生されたＣＴボリュームデータファイルを記憶する。ＣＴボリュームデータファイルは、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２００から伝送され、又は、磁気ディスクや光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録され、この記録媒体からＣＴボリュームデータ記憶部１４に移される。

ＣＴ機能情報データ記憶部１６は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置２００により生成されたＣＴ機能情報のデータを記憶する。

異常部位抽出部１８は、特許文献１や特許文献２記載の方法により、超音波機能情報のデータに基づいて超音波ボリュームデータファイルから異常部位領域を抽出する。例えば、異常部位抽出部１８は、予め設定された超音波機能情報の閾値より大きい又は小さい超音波機能情報を有するボクセルを抽出することにより、心臓の壁運動の異常部位領域を抽出する。また、異常部位抽出部１８は、ＣＴ機能情報のデータに基づいてＣＴボリュームデータファイルから異常部位領域を抽出する。

特定部位抽出部２０は、濃淡値と不透明度と色情報との少なくとも一つに基づいて、超音波ボリュームデータファイルやＣＴボリュームデータファイルから特定部位の領域を抽出する。特定部位は、心臓全体や左心室、右心室等である。以下、抽出される特定部位の領域は左心室領域であるとする。左心室領域は壁運動の異常部位領域を含むとする。

長軸算出部２２は、抽出された左心室領域の形状に基づいて、超音波ボリュームデータファイルに由来する左心室領域の長軸（以下、ＵＳ長軸と呼ぶ）やＣＴボリュームデータファイルに由来する左心室領域の長軸（以下、ＣＴ長軸と呼ぶ）を算出する。長軸の算出方法としては、例えば、左心室領域の楕円体近似を用いる。

位置合わせ部２４は、算出されたＵＳ長軸とＣＴ長軸とに基づいて、超音波ボリュームデータファイルとＣＴボリュームデータファイルとを位置合わせする。位置合わせ処理は、各データファイルに含まれる心臓領域によるパターンマッチングによって行なわれてもよい。なお、超音波機能情報のデータファイルと超音波ボリュームデータファイルとは、同一のプローブ位置、同一のスキャン範囲でのスキャンに由来するので、位置合わせ処理をしなくても位置整合されているとする。

断面算出部２６は、ＵＳ長軸又はＣＴ長軸に垂直かつ異常部位領域に交差する超音波ボリュームデータファイル又はＣＴボリュームデータファイルの断面の位置及び向きを算出する。この断面は、異常部位を診断するための断面であるため、以下、診断断面と呼ぶことにする。

画像発生部２８は、算出された診断断面の位置及び向きに基づいて、超音波ボリュームデータファイルから診断断面に関する画像（以下、超音波断面画像と呼ぶ）、ＣＴボリュームデータファイルから、診断断面に関する画像（以下、ＣＴ断面画像と呼ぶ）、超音波ボリュームデータファイルに含まれる異常部位領域から異常部位に関する画像（以下、超音波異常部位画像と呼ぶ）、ＣＴボリュームデータファイルに含まれる異常部位領域から異常部位に関する画像（以下、ＣＴ異常部位画像と呼ぶ）のデータを発生する。発生された種々の画像のデータは、表示制御部３２に送信される。

入力部３０は、マウスやキーボード等の入力デバイスからなり、術者からの各種指示を入力する。例えば、入力部３０は、機能情報の閾値、不透明度、色情報等の表示条件の設定指示や、表示されている画像の断面の位置や向きの変更指示、表示レイアウト（例えば、重畳表示や並列表示）の設定指示を入力する。

表示制御部３２は、発生された画像を表示部３４に表示する。具体的には、表示制御部３２は、診断断面に関する超音波断面画像と、超音波異常部位画像やＣＴ異常部位画像とを色等で区別して重ねて表示部３４に表示する。また、表示制御部３２は、超音波断面画像とＣＴ断面画像とを重畳表示し、この重畳画像に超音波異常部位画像やＣＴ異常部位画像を重ね合せて表示する。また、表示制御部３２は、超音波断面画像及び超音波異常部位画像の重畳画像と、ＣＴ断面画像及びＣＴ異常部位画像の重畳画像とを並列表示する。

表示部４２は、例えばＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）等の表示デバイスを含む。

システム制御部３６は、医用画像処理装置１の中枢として機能し、医用画像処理装置１としての動作を実現するように医用画像処理装置１の各構成要素を制御する。

以下、システム制御部３６の制御のもとに行われる診断断面に関する画像の表示処理の臨床上の動作例を説明する。具体的には、本表示処理において医用画像処理装置１は、超音波診断装置１００による心臓の３Ｄスキャンのもと、心臓の局所壁運動疾患の診断に最適な診断断面に関する画像を動画表示するものとする。

図２は、システム制御部３６による診断断面に関する画像の表示処理の動作の流れを示す図である。なお、ステップＳＡ１の前に、ＣＴボリュームデータファイルはＣＴボリュームデータ記憶部１４に記憶され、ＣＴ長軸は長軸算出部２２により算出され、超音波異常部位領域やＣＴ異常部位領域は異常部位抽出部１８により抽出されているとする。

術者が超音波診断装置１００のプローブを操作することにより、超音波診断装置１００はスキャン時刻の異なる複数の超音波ボリュームデータファイルをリアルタイムに発生する。スキャン中プローブは、心臓を観察するときの標準的な位置、例えば傍胸骨左縁アプローチ位置に当てられるとする。システム制御部３６は、超音波診断装置１００によりリアルタイムに発生される複数の超音波ボリュームデータファイルを入力する（ステップＳＡ１）。

超音波ボリュームデータファイルを入力すると、システム制御部３６は、特定部位抽出部２０に左心室抽出処理を行なわせる。左心室抽出処理において特定部位抽出部２０は、各超音波ボリュームデータファイルから左心室領域を抽出する（ステップＳＡ２）。

左心室領域が抽出されるとシステム制御部３６は、長軸算出部２２に長軸算出処理を行なわせる。長軸算出処理において長軸算出部２２は、抽出した左心室領域のＵＳ長軸を算出する（ステップＳＡ３）。

ＵＳ長軸が算出されるとシステム制御部３６は、位置合わせ部２４に、位置合わせ処理を行なわせる。位置合わせ処理において位置合わせ部２４は、ＵＳ長軸とＣＴ長軸とに基づいて、超音波ボリュームデータファイルとＣＴボリュームデータファイルとを位置合わせする（ステップＳＡ４）。

位置合わせ処理が行なわれるとシステム制御部３６は、画像発生部２８に診断断面を設定するための断面設定画像の発生処理を行なわせる。断面設定画像の発生処理において画像発生部２８は、超音波ボリュームデータファイルに基づいてＵＳ長軸に平行な断面（例えば患者正面方向の断面）に関する超音波断面画像のデータを発生し、超音波異常部位領域に基づいてＵＳ長軸に平行な断面に関する超音波異常部位画像のデータを発生する（ステップＳＡ５）。また、断面設定画像の発生処理において画像発生部２８は、ＣＴボリュームデータファイルに基づいてＣＴ長軸に平行な断面に関するＣＴ断面画像のデータを、ＣＴ異常部位領域に基づいてＣＴ異常部位領域画像のデータを発生する。

断面設定画像の発生処理が行なわれると、システム制御部３６は、表示制御部３２に断面設定画像の表示処理を行なわせる。断面設定画像の表示処理において表示制御部３２は、ステップＳＡ５にて発生された超音波断面画像、ＣＴ断面画像、超音波異常部位画像又はＣＴ異常部位画像を位置整合して表示部３４に重畳表示する（ステップＳＡ６）。この際、表示制御部３２は、超音波断面画像の左心室領域とＣＴ断面画像の左心室領域とを術者がそれぞれを判別可能なように別々な色で表示させたり、各左心室領域に輪郭線やグリッド線を加えて表示させたりする。或いは、超音波断面画像かＣＴ断面画像かのどちらか一方を、半透明表示しても良い。

表示部３０に断面設定画像が表示されると、術者による入力部３０を介して異常部位領域の範囲の設定がされることを待機する（ステップＳＡ７）。この際、術者は、プローブを片手で操作しながら、もう片方の手で入力部３０を操作して異常部位領域の範囲を設定する。なお、異常部位領域の範囲の設定処理は、超音波異常部位領域又はＣＴ異常部位領域の何れか一方に対して行なわれるとする。

図３及び図４は、ステップＳＡ７において表示される断面設定画像を示す図である。図３及び図４に示すように、異常部位領域ＩＲの範囲は、長軸方向に垂直な２本の直線Ｌによって挟まれる長軸方向に沿う間隔である。術者は、この２本の直線Ｌを入力部３０を介して画面上で移動させることによって、異常部位領域ＩＲの範囲を設定する。図４に示すように、断面設定画像内に大小さまざまな複数の異常部位領域ＩＲが散在している場合は、機能情報の閾値を調整することによって、異常部位領域ＩＲの絞込みを行なっても良い。また、既存のクリッピング処理や連結領域抽出処理等によって異常部位領域ＩＲの絞込みを行なってもよい。

入力部３０を介して異常部位領域の範囲が設定されることを契機として（ステップＳＡ７：ＹＥＳ）、システム制御部３６は、断面算出部２６に診断断面算出処理を行なわせる。診断断面算出処理において断面算出部２６は、ＵＳ長軸又はＣＴ長軸に垂直かつ異常部位領域に交差する診断断面の位置及び向きを算出する（ステップＳＡ８）。

図５は、診断断面の位置及び向きの具体例を示す図である。図５（ａ）は、長軸）ＵＳ長軸又はＣＴ長軸）に垂直かつ、異常部位領域ＩＲの範囲Ｒ内での長軸の中心を通る診断断面ＳＣを示す図である。図５（ｂ）は、長軸に垂直かつ、異常部位領域ＩＲの範囲Ｒ内において異常部位領域ＩＲの面積が最大となる診断断面ＳＣを示す図である。図５（ｃ）は、長軸に垂直かつ、異常部位領域ＩＲの形状の重心を通る診断断面ＳＣである。図５（ｄ）は、長軸に垂直かつ、異常部位領域ＩＲの範囲Ｒの端Ｌを通る診断断面ＳＣを示す図である。これら診断断面ＳＣの位置及び向きの種類は、術者により入力部３０を介して任意に設定可能である。

また、断面算出部２６は、機能情報の値に基づいて診断断面の位置及び向きを算出してもよい。例えば、断面算出部２６は、長軸に垂直な複数の断面を設定し、各断面について、断面を構成する複数のボクセルの機能情報の値の合計を算出する。そして断面算出部２６は、所定の合計値（例えば、最大合計値や最小合計値、中心合計値等）を有する断面を診断断面に決定する。また、各断面について、異常部位領域の個数を算出し、所定の個数（例えば、最大数や最小数、中心数等）を有する断面を診断断面に決定してもよい。また、断面算出部２６は、長軸に垂直かつ異常部位領域における機能情報の値の重心を含む断面を診断断面に決定してもよい。また、断面算出部２６は、機能情報の値に優先度を割り付け、一番優先度が高い値を有する断面、優先度の重みづけによる補間位置を含む断面、異常部位領域における機能情報の値の中心値を含む断面を診断断面に決定してもよい。

また、断面算出部２６は、異常部位領域に外接する立体図形を設定し、設定した立体図形の中心や重心等の基準点を含む、長軸に垂直な断面を診断断面に設定してもよい。立体図形は、立方体、直方体、球、楕円球等である。

断面算出処理が行なわれると、システム制御部３６は、画像発生部２８に診断画像発生処理を行なわせる。診断画像の発生処理において画像発生部２８は、ステップＳＡ８にて算出した診断断面の位置及び向きに基づいて、超音波ボリュームデータファイルとＣＴボリュームデータファイルとにＭＰＲ処理を行なうことにより、超音波断面画像とＣＴ断面画像とのデータをそれぞれ発生する（ステップＳＡ９）。また、画像発生部２８は、診断断面の位置及び向きに基づいて、超音波異常部位領域から超音波異常部位画像のデータを、ＣＴ異常部位領域からＣＴ異常部位画像のデータを発生する。なお、ここで発生される断面画像は、厚みつき断面画像であってもよい。厚みつき画像の種類としては、厚みの範囲内での最大値投影や最小値投影、平均値投影等である。

診断断面における超音波断面画像やＣＴ断面画像、超音波異常部位画像、ＣＴ異常部位画像のデータが発生されると、システム制御部３６は、表示制御部３２に診断画像表示処理を行なわせる。診断画像表示処理において、表示制御部３２は、表示部３４に、ステップＳＡ９にて発生された超音波断面画像、ＣＴ断面画像、超音波異常部位画像、ＣＴ異常部位画像を表示する（ステップＳＡ１０）。

図６は、ステップＳＡ１０にて表示される、超音波断面画像とＣＴ断面画像と異常部位画像との重畳表示を示す図である。図６に示すように、表示制御部３２は、異常部位画像ＩＩを術者が判別可能なように、異常部位画像ＩＩを超音波断面画像に由来する左心室領域ＳＲ１やＣＴ断面画像に由来する左心室領域ＳＲ２と異なる色で表示させる。左心室領域ＳＲ１は、超音波スキャンと同時にリアルタイムに発生されるため、動画像として表示される。異常部位画像ＩＩと左心室領域ＳＲ２とは、静止画である。なお、異常部位画像ＩＩは、超音波異常部位画像であっても、ＣＴ異常部位画像であってもよい。また、表示制御部３２は、図７に示すように、超音波断面画像と超音波異常部位画像ＩＩ１との重畳画像ＵＩと、ＣＴ断面画像とＣＴ異常部位画像ＩＩ１との重畳画像ＣＩとを並列表示させてもよい。

図６や図７に示すような診断画像が表示されると、術者は、入力部３０を操作して、診断画像の断面位置の移動や回転、表示反転等を行い、心臓運動の異常部位の詳細な観察を行なう。断面移動は、長軸に沿って行なう。断面移動や回転の操作範囲は、ステップＳＡ７で設定した異常部位領域の範囲に限定するとよい。また、操作範囲を多少狭めたり広めたりしても良い。回転操作は、その回転中心軸として、表示画面の中心や心臓領域の中心、異常部位領域の範囲の中心、心室領域の中心、長軸と診断断面との交点等を含む軸とする。このように、断面の移動軸、移動範囲、回転軸、回転範囲を異常部位周辺に限定することにより、術者の操作を簡便にすることが可能となる。

上記構成により第１実施形態に係る医用画像処理装置１は、様々な医用画像診断装置によって発生されたボリュームデータに基づいて心臓等の機能情報に関する異常部位を診断する上で最適な断面の位置及び向きを算出し、算出した断面に関する画像を表示する。また、各医用画像診断装置に特有な機能情報の解析方法でボリュームデータを機能解析し、機能画像と形態画像とを位置整合して重ねて表示する。

かくして第１実施形態によれば、術者が異常部位領域の範囲を設定するだけで、医用画像処理装置１は心臓等の機能情報に関する異常部位の診断に適した診断画像を簡便に提供することが可能となる。

なお上記説明において、異常部位領域の範囲の設定は術者により入力部３０を介して行なわれるとした。しかしながらこれに限定する必要はなく、入力部３０を介さずに、異常部位領域の輪郭部分の座標等に基づいて異常部位領域の範囲を自動的に決定するとしてもよい。また異常部位領域の範囲の設定を行なわずに、診断断面の位置及び向きを算出するとしてもよい。この場合の診断断面は、例えば、長軸に垂直かつ異常部位領域の重心を通る断面等が考えられる。

また上記説明において、超音波断面画像とＣＴ断面画像とを表示するとした。しかしながらこれに限定する必要はなく、一方の断面画像のみを表示するとしても良い。この場合、超音波断面画像とＣＴ断面画像との位置合わせ処理が不要でとなるため、ワークフローが改善される。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る医用画像処理装置１は、超音波診断装置１００による心臓等の機能情報に関する異常部位の診断を支援するための、プローブの位置及び向きを示す情報を術者に提供する。このような情報を提供することにより、結果的に、術者は異常部位の診断に適した画像を観察することができる。なお以下の説明において、第１実施形態と略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

図８は、第２実施形態に係る医用画像処理装置１の構成を示す図である。図８に示すように、医用画像処理装置１は、超音波ボリュームデータ記憶部１０、超音波機能情報データ記憶部１２、ＣＴボリュームデータ記憶部１４、ＣＴ機能情報データ記憶部１６、異常部位抽出部１８、特定部位抽出部２０、長軸算出部２２、位置合わせ部２４、断面算出部２６、画像発生部２８、入力部３０、表示制御部３２、表示部３４、システム制御部３６、及びプローブ位置・向き決定部３８を有する。

特定部位抽出部２０は、濃淡値と不透明度と色情報との少なくとも一つに基づいて、超音波ボリュームデータファイルやＣＴボリュームデータファイルから特定部位領域を抽出する。特定部位は、心臓全体や左心室、右心室、骨、体表面等である。

画像発生部２８は、ＣＴボリュームデータファイルから抽出された体表面のデータをレンダリング処理し、体表面画像のデータを発生する。体表面画像の観察方向は、心臓の診断に適した方向、典型的には、患者正面方向や左側面方向等である。

プローブ位置・向き決定部３８は、所望の断面（典型的には診断断面）と、体表面と、ＣＴ長軸との位置関係に基づいて、所望の断面をスキャン面とするプローブの位置及び向きを決定する。また、プローブ位置・向き決定部３８は、濃淡値と不透明度と色情報との少なくとも一つに基づいて、診断断面に超音波スキャンを阻害する物体に関する領域が含まれているか否かを判定し、含まれていると判定された場合、診断断面を阻害領域が含まれない位置に移動する。

表示制御部２８は、決定されたプローブの位置及び向きを示すマーク（以下、プローブマークと呼ぶ）を体表面画像に重ねて表示部３４に表示させる。

以下、システム制御部３６の制御のもとに行われるプローブマークの表示処理の臨床上の動作例を説明する。図９は、システム制御部３６によるプローブマークの表示処理の動作の流れを示す図である。

図９に示すように、ステップＳＢ１〜ステップＳＢ８の処理内容は、図２のステップＳＡ１〜ステップＳＡ８の処理内容と同一であるため、説明を省略する。なお、ステップＳＢ１の開始以前に、体表面画像のデータは発生されているとする。

ステップＳＢ８にて診断断面の位置及び向きを算出すると、システム制御部３６は、プローブ位置・向き決定部３８にプローブ位置及び向き決定処理を行なわせる。プローブ位置及び向き決定処理においてプローブ位置・向き決定部３８は、ステップＳＢ８にて算出した診断断面の位置及び向きと体表面の形状とに基づいて、診断断面をスキャン面とするようなプローブの位置及び向きを決定する（ステップＳＢ９）。

以下、図１０を参照しながらステップＳＢ９においてプローブ位置・向き決定部３８により実行されるプローブ位置及び向きの決定処理の詳細について説明する。図１０は、プローブ位置及び向きの決定処理の流れを示す図である。まずプローブ位置・向き決定部３８は、濃淡値（ＣＴ値）に基づいて、ＣＴボリュームデータファイルにおける診断断面に超音波スキャンを阻害する物体に関する領域が含まれているか否かを判定する（ステップＳＣ１）。超音波スキャンを阻害する領域は、阻害しない領域に比してＣＴ値が高い又は低い。具体的には、阻害領域は、骨や空気、ガス等の領域である。これら阻害領域の濃淡値（ＣＴ値）は、既知である。そのため、プローブ位置・向き決定部３８は、濃淡値（ＣＴ値）に基づいて、阻害領域をＣＴボリュームデータファイルから抽出することが可能となる。

阻害領域が含まれないと判定された場合（ステップＳＣ１：ＮＯ）、プローブ位置・向き決定部３８は、ステップＳＣ３に進む。

阻害領域が含まれると判定された場合（ステップＳＣ１：ＹＥＳ）、プローブ位置・向き決定部３８は、阻害領域が含まれない位置（例えば肋間等の、いわゆる音響窓）に診断断面を長軸に沿って移動させる（ステップＳＣ２）。図１１は、診断断面の移動処理を説明するための図である。図１１に示すように、初期の診断断面ＩＣは、左心室領域ＳＲや異常部位領域ＩＲに加え、超音波を阻害する領域である骨領域ＢＲを含むとする。初期の診断断面ＩＣと長軸ＴＡとは直交している。まず、プローブ位置・向き決定部３８は、初期の診断断面ＩＣと長軸ＴＡとが成す交点ＲＰ１を回転中心に設定する。次にプローブ位置・向き決定部３８は、診断断面ＩＣに骨領域ＢＲが含まれなくなるまで、決定された回転中心ＲＰ１を中心として長軸ＴＡ方向に診断断面ＩＣを傾ける。典型的には、診断断面ＩＣは、骨領域ＢＲが含まれなくなる直後や、隣り合う骨領域ＢＲの間隔の中心まで傾けられる。初期の診断断面（長軸ＴＡに直交する面）ＩＣに対する診断断面ＪＣの角度は、６０度以内であることが望ましい。

次にプローブ位置・向き決定部３８は、図１２に示すように、傾けられた診断断面ＪＣと体表面ＴＲとの交点ＩＰを含み、長軸ＴＡに直交する軸を回転軸に設定する。診断断面ＪＣは、長軸ＴＡに対する角度が最も垂直になるまで回転軸回りに傾けられる。回転中心ＩＰを中心として傾けられた後の診断断面ＫＣの位置及び傾きは、正規の診断断面ＫＣに設定される。

ステップＳＣ１にて診断断面に阻害領域が含まれないと判定された場合、又は、ステップＳ２にて阻害領域が含まれない位置に診断断面が移動された場合、プローブ位置・向き決定部３８は、診断断面の位置及び向きと体表面の形状とに基づいて、プローブマークの位置及び向きを決定する（ステップＳ３）。詳細には、プローブ位置・向き決定部３８は、診断断面と体表面との交線上の所定位置にプローブマークの位置を決定する。所定位置は、例えば、ＣＴ長軸から最短距離にある体表面上の位置である。プローブ位置・向き決定部３８は、診断断面の深さ方向にプローブマークの向きを決定する。

プローブの位置及び向きを決定すると、システム制御部３６は、表示制御部３２にプローブマークの表示処理を行なわせる。プローブマークの表示処理において表示制御部３２は、体表面画像上に位置及び向きを示すプローブマークを重ねて表示させる（ステップＳＢ１０）。

図１３は、患者正面方向に関する体表面画像ＴＩに表示される、プローブの位置を示すプローブマークＰＭと向きを示すプローブマークＤＭとを示す図である。図１３に示すように、プローブマークＰＭとＤＭとが表示されることで、術者は、異常部位の診断に適したスキャン面を得るためのプローブの位置及び向きを知ることができる。術者は、このプローブマークＰＭとＤＭとが示すプローブの位置及び向きに合わせて２次元スキャンを行うことで、３次元スキャンに比してよりスキャン速度が速くより解像度の高い断面画像を得ることができる。

また図１３に示すように、プローブをプローブマークが指し示す位置に迅速且つ正確に当てるために、体表面画像（典型的には、患者正面方向）上の解剖学的な基準位置（被検体の正中線ＭＬと剣状突起（みぞおち）の先端位置ＸＰ）とプローブマークＰＭ，ＤＭとの位置関係を体表面画像ＴＩ上に表示してもよい。具体的には、プローブマークＰＭと正中線ＭＬとの体表面に沿った距離（図１３における１１８ｍｍ）や、プローブマークＰＭと剣状突起の先端位置ＸＰとの体表面に沿った距離（図１３における１１３ｍｍ）等が表示される。なお、体表面画像上の解剖学的な基準位置は、被検体の正中線ＭＬと、剣状突起（みぞおち）の先端位置ＸＰとであるとしたが、他の基準位置、例えば、乳首やへそ等であってもよい。

また、プローブに位置センサが備えられている場合、図１４に示すように、実際のプローブの向き（チルト角）とプローブマークの向きとの角度差（図１４における４３°）を表示してもよい。

図１３及び図１４に代えて、図１５及び図１６に示すように、ＣＴボリュームデータファイルから抽出された骨領域ＢＲや心臓領域ＨＲ、左心室領域等を表示させてもよい。また、骨領域ＢＲや心臓領域ＨＲ、左心室領域等に代えて、予め生成された骨や心臓、左心室等の形態を模式的に示すシェーマをさせてもよい。

これら体表面画像は、図１７に示すように、超音波断面画像と異常部位画像との重畳画像に並列させて表示すると臨床上有効である。術者は、重畳画像ＵＩや体表面画像ＳＩ、画像Ｓｉ上に表示されている様々なマークや数値等を観察しながら、プローブを最適な位置及び角度にセットすることが可能となる。この際、超音波診断装置１００は、プローブのスキャン面の位置及び向きを、算出された診断断面の位置及び向きに自動的に設定して、超音波スキャンを行うことも可能である。

上記のプローブマークの位置及び向きは、２Ｄスキャン用であるが、３Ｄスキャン用のプローブマークの位置及び向きを算出しても良い。３Ｄスキャンの範囲は、プローブ位置。向き決定部３８により、以下のように決定される。まず、図１２に示すように、診断断面ＫＣに異常部位領域ＩＲが含まれなくなるまで、診断断面ＫＣを回転軸回りに傾ける。そして傾き角が最大となる２つの境界断面ＫＣの位置及び向きを決定する。算出された２つの境界断面ＫＣにより挟まれる扇状の範囲が３Ｄスキャンの範囲に決定される。決定された３Ｄスキャンの範囲は、例えば図１８に示すように、体表面画像ＴＩに重ねて表示される。必要に応じて表示制御部３２は、画像発生部２８により発生される境界断面ＫＣに関する断面画像を表示部３４に表示させてもよい。

かくして第２実施形態によれば、医用画像処理装置１は超音波診断装置１００による心臓の機能情報に関する異常部位の診断に適した画像の提供を支援する画像を提供することが可能となる。

なお、上記の説明においては、体表面画像はＣＴボリュームデータファイルから抽出された体表面のデータに基づいて発生されるとした。しかしながらこれに限定する必要はなく、超音波ボリュームデータファイルから抽出された体表面のデータに基づいて発生されるとしてもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１実施形態に係る医用画像処理システム及び医用画像処理装置の構成を示す図。システム制御部３６による診断断面に関する画像の表示処理の動作の流れを示す図。図２のステップＳＡ７において表示される、異常部位領域を一つ含む断面設定画像を示す図。図２のステップＳＡ７において表示される、異常部位領域を複数含む断面設定画像を示す図。図２のステップＳＡ８に係る診断断面の位置と向きとの具体例を示す図。ステップＳＡ１０に係る、超音波断面画像とＣＴ断面画像と異常部位画像との重畳表示を示す図ステップＳＡ１０に係る、超音波断面画像と異常部位画像との重畳画像と、ＣＴ断面画像と異常部位画像との重畳画像との並列表示を示す図。本発明の第２の実施形態に係る医用画像処理システム及び医用画像処理装置の構成を示す図。図８のシステム制御部による、第２実施形態に係るプローブマークの表示処理の流れを示す図。図９のステップＳＢ９において図９のプローブ位置・向き決定部により行なわれるプローブ位置及び向きの決定処理の流れを示す図。図１０のステップＳＣ２に係る診断断面の移動処理を説明するための図。図１０のステップＳＣ２に係る診断断面の移動処理を説明するための他の図。図９のステップＳＢ１０に係る、患者正面方向に関する体表面画像に重ねて表示されるプローブの位置を示すプローブマークと向きを示すプローブマークとを示す図。図９のステップＳＢ１０に係る、患者左側面方向に関する体表面画像に重ねて表示されるプローブの位置を示すプローブマークと向きを示すプローブマークとを示す図。図９のステップＳＢ１０に係る、患者正面方向に関する体内組織画像に重ねて表示されるプローブの位置を示すプローブマークと向きを示すプローブマークとを示す図。図９のステップＳＢ１０に係る、患者左側面方向に関する体内組織画像に重ねて表示されるプローブの位置を示すプローブマークと向きを示すプローブマークとを示す図。図９のステップＳＢ１０に係る、プローブマークの表示レイアウトの一例を示す図。図９のステップＳＢ１０に係る、プローブマークの表示レイアウトの他の例を示す図。

符号の説明

１…医用画像処理装置、１０…超音波ボリュームデータ記憶部、１２…超音波機能情報データ記憶部、１４…ＣＴボリュームデータ記憶部、１６…ＣＴ機能情報データ記憶部、１８…異常部位抽出部、２０…特定部位抽出部、２２…長軸算出部、２４…位置合わせ部、２６…断面算出部、２８…画像発生部、３０…入力部、３２…表示制御部、３４…表示部、３６…システム制御部、３８…プローブ位置・向き決定部、１００…超音波診断装置、２００…Ｘ線コンピュータ断層撮影装置。

Claims

超音波診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、または核医学診断装置により発生され、心臓に関するボリュームデータを記憶する記憶部と、
前記ボリュームデータから濃淡値と不透明度と色情報との少なくとも１つに基づいて心臓に関する特定部位を抽出する第１抽出部と、
前記特定部位の運動情報に基づいて前記特定部位に含まれる異常部位を抽出する第２抽出部と、
前記特定部位の長軸に垂直且つ前記異常部位の領域に交差する断面の位置及び向きを算出する断面算出部と、
前記算出された断面の位置及び向きに基づいて前記ボリュームデータから断面画像のデータを発生する第１発生部と、
前記算出された断面の位置及び向きに基づいて前記異常部位の領域から前記異常部位に関する異常部位画像のデータを発生する第２発生部と、
前記発生された断面画像と前記異常部位画像とを重ねて表示する表示部と、
を具備する医用画像処理装置。
前記特定部位の領域の形状に基づいて前記特定部位の前記長軸を算出する軸算出部をさらに備え、
前記断面算出部は、前記長軸に垂直な断面であって、前記長軸の方向に関する前記異常部位の領域の中心を通る断面、前記異常部位の領域の面積が最大となる断面、前記異常部位の領域の重心を通る断面、前記長軸の方向に関する前記異常部位の領域の端を通る断面、及び前記運動情報に関する指標値の合計値が特定の合計値である断面の何れか一つの断面の位置と向きとを算出する、
請求項１記載の医用画像処理装置。