JP5536669B2

JP5536669B2 - 医用画像表示装置及び医用画像表示方法

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Publication number: JP5536669B2
Application number: JP2010541353A
Authority: JP
Inventors: 卓是角村; 崇白旗; 哲夫中澤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-12-05
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: JPWO2010064687A1; US20110261072A1; WO2010064687A1; US8791957B2

Description

本発明は被検体の管腔臓器を展開画像として表示する医用画像表示装置に関し、特に展開画像中の位置に応じて偽像率を算出し、操作者に提示する技術に関する。

X線CT装置やMRI装置などの医用画像診断装置を用いて撮影した画像を用いて、血管や大腸などの管腔臓器の内腔を仮想内視鏡表示する方法は、管腔臓器の内壁の形状を観察するのに有用である。特に大腸領域では体内に内視鏡を挿入せずに大腸内壁の観察が可能であるため、低侵襲であり、被検体への精神的、身体的負担が少ない検査方法として注目されている。

医用画像診断装置を用いて大腸検査する際に用いる画像としては、前述した方法により作成される仮想内視鏡画像のほかにMPR(Multi Planner Reconstruction)画像などがあるが、特徴的な表示画像として展開画像が考案されている(特許文献1)。展開画像は管腔臓器を長軸方向に切り開いて標本のように表示する画像であり、管腔臓器の内壁の様子を一望できるため、読影の負担を軽減する方法として期待されている。特に大腸内壁を観察する場合、展開画像では大腸内壁を平面上で観察することができるため、仮想内視鏡画像では見落とす可能性があった大腸の襞の間に存在するポリープなどの発見が容易になる。

展開画像は、大腸領域内腔の中心線上の各点から径方向に仮想光線を放射し、仮想光線が大腸内壁にあたった部分の画素値や反射光を1本の直線円筒モデルの内面上に投影し、円筒モデルを長軸方向に切り開き、円筒モデルの内面を平面に展開することで作成される。

特許第03627066号公報

ところで、展開画像は、管腔臓器の位置によっては内壁の形状を正しく表示しない場合がある。例えば、大腸領域には上行結腸から横行結腸、横行結腸から下行結腸、S状結腸などの屈曲している部分があるが、円筒を切り開いて平面に展開すると、屈曲した部分の画像に歪が生ずる。具体的には屈曲部分の内側は管腔臓器の長軸方向に引き伸ばされた画像となり、反対に屈曲部分の外側では圧縮された画像となる。このような歪は画像診断において誤診の原因となりうる。例えば、屈曲部分に存在する球状のポリープは大腸の長軸方向に伸びて表示されたり縮んで表示されたりすることで襞のように見える場合があり、逆に屈曲部分の外側にある襞は伸びて表示されることによりポリープのように見える場合がある。

操作者は、展開画像には管腔臓器の位置によって内壁の形状を正しく表示しない場合があることを考慮して観察しなければならない。しかし、展開画像を観察するだけでは観察部位の表示が正しいか否かを判断することは困難である。

本発明はこのような事情を鑑みてなされたもので、被検体の管腔臓器を展開画像として表示する医用画像表示装置において、展開画像上の観察部位の表示が正しいか否かを操作者が容易に判断できるようにすることを目的とする。

前記目的を達成するために本発明は、被検体の管腔臓器の展開画像を作成する展開画像作成手段と、前記展開画像を表示する表示手段を備えた医用画像表示装置において、前記展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率を算出する偽像率算出手段と、前記偽像率を前記展開画像に対応付けて表示させる制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、被検体の管腔臓器の展開画像を作成する展開画像作成手段と、前記展開画像を表示する表示手段を備えた医用画像表示装置において、前記展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率を算出する偽像率算出手段と、前記偽像率に基づいて前記展開画像を表示させる制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、被検体の管腔臓器の展開画像を作成する展開画像作成ステップと、前記展開画像を表示する表示ステップを備えた医用画像表示方法において、前記展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率を算出する偽像率算出ステップと、前記偽像率を前記展開画像に対応付けて表示させる制御ステップと、を備えることを特徴とする。

また、被検体の管腔臓器の展開画像を作成する展開画像作成ステップと、前記展開画像を表示する表示ステップを備えた医用画像表示方法において、前記展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率を算出する偽像率算出ステップと、前記偽像率に基づいて前記展開画像を表示させる制御ステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被検体の管腔臓器を展開画像として表示する医用画像表示装置において、展開画像上の観察部位の表示が正しいか否かを操作者が容易に判断できる。展開画像上の観察部位の表示が正しいか否かを操作者が容易に判断できることにより、展開画像に基づく画像診断の誤診を低減することができるようになる。

本発明の医用画像表示装置のハードウェア構成を示す図。第1の実施形態の処理の流れを示す図。ボリューム画像データから管腔臓器領域を抽出した例を示す図。偽像率算出の処理の流れの一例を示す図。中心線データを取得する方法を補足説明する図。注目点Cにおける曲がりの度合いを求める手順を補足説明する図。中心線に直交する断面を補足説明する図。中心線に直交する断面での管腔臓器内腔を補足説明する図。管腔臓器内腔の半径Rを求める方法の一例を補足説明する図。曲率と中心線位置とのグラフの一例。展開画像を作成する手順を補足説明する図。表示例1を示す図。表示例2を示す図。表示例3を示す図。閾値判定の処理の流れの一例を示す図。閾値を設定する画面の一例を示す図。表示例4を示す図。表示例5を示す図。

以下、添付図面に従って本発明に係る医用画像表示装置の好ましい実施形態について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

図1は医用画像表示装置1のハードウェア構成を示す図である。医用画像表示装置1は、CPU(Central Processing Unit)2、主メモリ3、記憶装置4、表示メモリ5、表示装置6、コントローラ7に接続されたマウス8やキーボード9、ネットワークアダプタ10がシステムバス11によって接続されて構成される。医用画像表示装置1は、ネットワーク12を介して医用画像撮影装置13や医用画像データベース14に接続される。

CPU2は、各構成要素の動作を制御する装置である。CPU2は、記憶装置4に格納されるプログラムやプログラム実行に必要なデータを主メモリ3にロードして実行する。記憶装置4は、医用画像撮影装置13により撮影された医用画像情報を格納する装置である。医用画像情報はLAN(Local Area Network)等のネットワーク12を介して医用画像撮影装置13や医用画像データベース14から取得される。また、記憶装置4には、CPU2が実行するプログラムやプログラム実行に必要なデータが格納される。主メモリ3は、CPU2が実行するプログラムや演算処理の途中経過を記憶するものである。

マウス8やキーボード9は、操作者が医用画像表示装置1に対して操作指示を行う操作デバイスである。マウス8はトラックパッドやトラックボールなどの他のポインティングデバイスであっても良い。表示メモリ5は、液晶ディスプレイやCRT(Cathode Ray Tube)等の表示装置6に表示するための表示データを格納するものである。コントローラ7は、マウス8の状態を検出して、表示装置6上のマウスポインタの位置を検出し、検出信号をCPU2へ出力するものである。ネットワークアダプタ10は、医用画像表示装置1をLAN、電話回線、インターネット等のネットワーク12に接続するためのものである。

医用画像撮影装置13は、被検体の断層画像等の医用画像情報を取得する装置である。医用画像撮影装置13は、例えば、MRI装置やX線CT装置や超音波診断装置である。医用画像データベース14は、医用画像撮影装置13によって撮影された医用画像情報を記憶するデータベースシステムである。

CPU2が後述する方法を実行することにより、管腔臓器の展開画像が作成され、作成された展開画像は表示装置6に表示される。展開画像には、管腔臓器の位置によって正しく表示されない箇所があるので、操作者は、展開画像中のどの箇所が正しく表示されていないかを考慮して観察しなければならない。しかし、展開画像を観察するだけでは観察部位の表示が正しいか否かを判断することは困難である。

そこで本発明では展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率、すなわち当該位置の表示が正しくない度合いを算出し、算出された偽像率を展開画像に対応させて表示装置6に表示させたり、算出された偽像率に基づいて展開画像を表示装置6に表示させたりする。
展開画像において偽像率の高い箇所としては管腔臓器の屈曲部、例えば大腸領域のS状結腸などがある。屈曲の程度、すなわち管腔臓器の長軸方向の曲がりの度合いが大きいほど偽像率は大きくなる。

(第1の実施形態)
図2は、本実施形態において、展開画像中の位置に応じて算出される当該位置の偽像率を展開画像に対応させて表示させたり、算出された偽像率に応じて展開画像を表示させたりするための処理の流れを示す図である。以下、図2の各ステップについて詳細に説明する。

(ステップS201)
CPU2は、被検体のボリューム画像データを医用画像撮影装置13または医用画像データベース14からネットワーク12を介して取得する。ここでボリューム画像データとは被検体を撮影して得られた数枚から数百枚の断層画像であり、ある方向、例えば断層面に垂直な方向に連続して並んで構成されるものである。

(ステップS202)
CPU2は、ステップS201にて取得したボリューム画像データの中から管腔臓器領域を抽出する。領域抽出の方法としては、抽出対象の管腔臓器に相当する画素値の上限値と下限値を用いた閾値処理によって抽出する方法や、公知の領域拡張法(Region Growing法)などがある。CPU2は、抽出された領域にフラグを立てる等の処理を行い、その他の領域と識別可能なようにする。図3に、ボリューム画像データ領域301の中から管腔臓器として大腸を抽出し、抽出した領域にフラグを立てた例を示す。

本実施形態で用いる管腔臓器領域の抽出方法及び抽出結果のデータ形式は上記の方法に限らず、抽出した結果を後段の処理ステップに出力できる方法であればいかようでも良い。なお本実施形態の説明では、簡略化のために抽出結果のデータ形式は図3に示したように抽出領域上の座標にフラグを立てた形式をとることとする。

(ステップS203)
CPU2は、ステップS202の抽出結果に基づき偽像率を算出する。図4に偽像率算出の処理の流れの一例として、管腔臓器の長軸方向の曲がりの度合いを偽像率として求める手順を示し、以下で各ステップについて説明する。

(ステップS401)
CPU2は、管腔臓器の中心線を求め、求めた中心線の座標データを取得する。中心線を求める方法としては、管腔臓器を細線化することにより幾何学的に求める方法や、管腔臓器領域内の指定した点から公知の最深部検索法によって求める方法がある。また図5に示すようなアキシャル断面501、サジタル断面502、コロナル断面503のMPR(Multi Planner Reconstruction)画像から操作者がマウス8を操作することによりマニュアルで設定した自由曲線を中心線とする方法や、操作者が設定した複数の設定点512を通る曲線をスプライン補間などにより求めて中心線とする方法などが挙げられる。

CPU2は、求めた中心線511を点の集合体として扱うとして、中心線511上に複数の点Cnを等間隔に設定し、各点Cnの座標を主メモリ3に保持することで中心線の座標データを取得する。

(ステップS402)
CPU2は、管腔臓器の長軸方向の曲がりの度合いを求める対象箇所として、複数の点Cnの中から注目点Cを選択する。

(ステップS403)
CPU2は、ステップS402で選択された注目点Cの近傍点として前後に一定距離離れた点、例えばCに隣接する点C1とC2を接線ベクトル算出点として設定する(図6参照)。

(ステップS404)
CPU2は、点C1とC2における中心線511の接線ベクトルD1とD2を算出する。

(ステップS405)
CPU2は、(式1)を用いて、接線ベクトルD1とD2の内積Pを注目点Cにおける曲率として算出し、管腔臓器の長軸方向の曲がりの度合いとする。

P＝D1・D2 (式1)
図4の処理の流れでは、接線ベクトルD1とD2の内積Pを注目点Cにおける曲率として算出したが、(式2)を用いて求められる角度θを管腔臓器の長軸方向の曲がりの度合いとしても良い。

θ＝cos^-1(D1・D2/(|D1||D2|)) (式2)
また、図7に示すような注目点Cにおいて中心線511に直交する断面700での管腔臓器内腔の半径R(図8参照)を内積Pに乗じたものを長軸方向の曲がりの度合いとしても良い。管腔臓器の長軸方向の曲がりによる展開画像中の歪の程度は、管腔臓器内腔の半径Rが大きくなるほど大きくなるので、半径Rを乗ずることにより、偽像率をより正確に求めることができる。

なお、管腔臓器内腔の半径Rを、図9に示すような中心線511上の注目点Cから管腔臓器の内壁までの各角度における距離R₁、R₂、R₃、…R_Nの平均値として求めても良い。

本ステップで求められた管腔臓器の長軸方向の曲がりの度合いは、中心線511上の各点と関連付けられて主メモリ3若しくは記憶装置4に記憶される。曲がりの度合いと中心線511上の各点を関連付けて記憶しておくことにより、例えば図10に示すような曲率と管腔臓器の長軸方向の中心線511上の位置である中心線位置とのグラフを作成することができる。

(ステップS204)
CPU2は、ステップS202で抽出された管腔臓器領域について、展開画像を作成する。展開画像の作成には、例えば特許文献1に記載の方法を用いれば良い。ここでは展開画像の作成方法について図11を用いて概要を説明する。

(1)中心線511に直交する断面700において、中心線511上の注目点Cから径方向に複数の仮想光線1100を図11(a)に示すように設定する。この際、仮想光線間の角度は等角度とすることが好ましい。

(2)ステップS202で抽出した管腔臓器の領域のデータを参照しながら、仮想光線1100上を走査しながら管腔臓器の内壁上の点B₁、B₂、B₃、B₄、…、B_Nを探索する。

(3)管腔臓器の内壁上の点B₁、B₂、B₃、B₄、…、B_NにステップS201 で取得したボリューム画像データを対応づける。そして図11(ｂ)に示すような、縦軸を図11(a)に示す角度方向、横軸を管腔臓器の長軸方向の中心線511上の位置である中心線位置とした投影平面上に対応づけられた画像データを投影する。

以上述べた(1)〜(3)の処理を、中心線位置を変えながらCPU2が実行することにより、展開画像が作成される。

(ステップS205)
CPU2は、ステップS203で算出した中心線位置毎の偽像率を、ステップS204で作成した展開画像に対応付けて表示させたり、偽像率に応じて展開画像を表示させたりする。表示例について以下説明する。なお、以下の表示例では、管腔臓器の長軸方向の曲がりの度合いの一つである曲率を偽像率としている。

(表示例1)
本表示例を図12に示す。本表示例では、表示装置6の画面1202に、展開画像1200とカラーバー1201が表示される。カラーバー1201は中心線位置毎に異なる色が割り付けられたものであり、ステップS203で中心線位置毎に求められた曲率に応じて異なる色が割り付けられる。例えば、曲率が大きい位置では展開画像中の歪が大きくなるので操作者に注意喚起を促すために赤色が、曲率が小さい位置では展開画像中の歪が大きくならないので青色が、曲率が中間的な位置には黄色がそれぞれ割り付けられる。

以上のように展開画像が表示されることにより、操作者は展開画像上のどの観察部位の曲率が大きいか、すなわち偽像率が高いかを知ることができ、展開画像に基づく画像診断の誤診を低減することができるようになる。

(表示例2)
本表示例を図13に示す。本表示例では、表示装置6の画面1202に、部分的に透明度の異なる展開画像1300が表示される。なお、展開画像1300中の点線部は透明度を変えて表示された部分を表している。展開画像1300の透明度は曲率に応じて異なり、展開画像中の歪が大きくなる曲率が大きい位置では高い透明度が設定され、曲率の小さい位置では低い透明度が設定される。

以上のように展開画像が表示されることにより、操作者は展開画像上の曲率の小さい箇所、すなわち偽像率が低い箇所に集中して観察することができ、展開画像に基づく画像診断の誤診を低減することができるようになる。

(表示例3)
本表示例を図14に示す。本表示例では、表示装置6の画面1202に、展開画像1200とグラフ1400が並べて表示される。グラフ1400は図10に示したものと同様であり、曲率と中心線位置との関係を示すものである。

(表示例4)
表示例1〜3では、偽像率である曲率を連続値として扱って展開画像を表示させているが、ステップS205において偽像率である曲率に対して閾値判定を行い、判定結果に基づいて展開画像を表示させても良い。閾値判定の結果に基づいて展開画像を表示させることにより、操作者が観察すべき箇所とそうでない箇所の区分けが容易になる。

図15は、閾値判定の処理の流れの一例を示す図である。以下、図15の各ステップについて説明する。

(ステップS151)
CPU2は閾値を取得する。取得される閾値は、予め記憶装置4に記憶された値でも良いし、図16に示す閾値設定画面1600を用いて操作者が設定した上限値及び/又は下限値であっても良い。

(ステップS152)
CPU2はステップS151 で取得した閾値とS203で中心線位置毎に求められた曲率を比較し、曲率が閾値の範囲内にあるかどうかを判定する。判定の結果、曲率が閾値の範囲内にあればステップS153へ進み、範囲内になければ終了となる。

(ステップS153)
CPU2は曲率を表示装置6の画面1202に展開画像1200とともに表示させる。本ステップの表示例を図17に示す。本表示例では、展開画像1200とともに曲率表示バー1700が画面1202に表示される。曲率表示バー1700は曲率が閾値の範囲内にある箇所にバーが表示されるものであり、例えば曲率がステップS151で取得された閾値よりも大きい箇所にバーが表示される。

以上のように展開画像が表示されることにより、操作者は展開画像上のどの観察部位の偽像率が高いかを知ることができ、展開画像に基づく画像診断の誤診を低減することができるようになる。

(表示例5)
本表示例を図18に示す。本表示例では、表示装置6の画面1202に、展開画像1200がスクロール表示される。図18ではスクロール方向を左から右としているが、逆方向でも良い。本表示例のスクロール表示では、図15に示した閾値判定により閾値範囲内と判定された箇所のスクロール速度を高速にし、閾値範囲外と判定された箇所のスクロール速度を低速にして、展開画像1200がスクロール表示される。閾値判定の対象には、画面1202の横方向の中央部に表示される中心線位置の曲率を用いるのが、観察のしやすさの点から好ましい。
以上のように展開画像が表示されることにより、操作者は展開画像上の曲率の小さい箇所、すなわち偽像率が低い箇所に集中して観察することができ、展開画像に基づく画像診断の誤診を低減することができるようになる。

展開画像の表示例について表示例1〜5で説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、被検体の管腔臓器を展開画像として表示する医用画像表示装置において、展開画像上の観察部位の偽像率を操作者に提示する装置であればどのようなものでも良い。

例えば、表示例2で説明した部分的に透明度の異なる展開画像を表示する際、図15を用いて説明した閾値判定処理の結果に基づき、閾値範囲内の曲率である箇所のみを透明表示にしても良い。

また、表示例5で説明したスクロール表示する際、曲率の値に応じてスクロール速度を連続的に変化させても良い。

1 医用画像表示装置、2 CPU、3 主メモリ、4 記憶装置、5 表示メモリ、6 表示装置、7 コントローラ、8 マウス、9 キーボード、10 ネットワークアダプタ、11 システムバス、12 ネットワーク、13 医用画像撮影装置、14 医用画像データベース、301 ボリューム画像データ領域、302 管腔臓器領域、501 アキシャル断面、502 サジタル断面、503 コロナル断面、511 中心線、512 設定点、700 断面、1100 仮想光線、1200 展開画像、1201 カラーバー、1202 画面、1300 展開画像、1400 グラフ、1600 閾値設定画面、1700 曲率表示バー

Claims

被検体の管腔臓器の展開画像を作成する展開画像作成手段と、前記展開画像を表示する表示手段を備えた医用画像表示装置において、
前記展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率を算出する偽像率算出手段と、
前記偽像率を前記展開画像に対応付けて表示させる制御手段と、
を備え、
前記偽像率算出手段は、前記管腔臓器の長軸方向の曲がり度合いと、前記管腔臓器の径とに基づいて前記偽像率を算出することを特徴とする医用画像表示装置。
被検体の管腔臓器の展開画像を作成する展開画像作成手段と、前記展開画像を表示する表示手段を備えた医用画像表示装置において、
前記展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率を算出する偽像率算出手段と、
前記偽像率に基づいて前記展開画像を表示させる制御手段と、
を備え、
前記偽像率算出手段は、前記管腔臓器の長軸方向の曲がり度合いと、前記管腔臓器の径とに基づいて前記偽像率を算出することを特徴とする医用画像表示装置。
請求項1または2に記載の医用画像表示装置において、
前記偽像率算出手段は、
前記管腔臓器の中心線のデータを取得する中心線データ取得手段と、
前記中心線から前記管腔臓器の内壁までの距離の平均値を前記径として算出する径算出手段と、を有することを特徴とする医用画像表示装置。
請求項3に記載の医用画像表示装置において、
前記偽像率算出手段は、
前記中心線上の位置に応じて前記曲がり度合いを算出する曲がり度合い算出手段と、を有することを特徴とする医用画像表示装置。
請求項1に記載の医用画像表示装置において、
前記制御手段は前記偽像率に応じて異なる色を割り付けたカラーバーを作成し、前記カラーバーを展開画像中の位置に合わせて前記表示手段に表示させることを特徴とする医用画像表示装置。
請求項2に記載の医用画像表示装置において、
前記制御手段は前記偽像率に基づいて前記展開画像の少なくとも一部の透明度を変えて前記表示手段に表示させることを特徴とする医用画像表示装置。
請求項2に記載の医用画像表示装置において、
予め定められたしきい値と前記偽像率を比較し、比較結果を出力する比較手段をさらに備え、
前記制御手段は前記比較結果に基づき前記展開画像を前記表示手段に表示させることを特徴とする医用画像表示装置。
請求項7に記載の医用画像表示装置において、
前記制御手段は前記比較結果に基づき前記展開画像の少なくとも一部の透明度を変えて前記表示手段に表示させることを特徴とする医用画像表示装置。
請求項7に記載の医用画像表示装置において、
前記制御手段は前記比較結果に基づき前記展開画像の画面スクロール速度を変えて前記表示手段に表示させることを特徴とする医用画像表示装置。
請求項1に記載の医用画像表示装置において、
前記制御手段は前記偽像率に基づいてグラフを作成し、前記グラフを展開画像と並べて前記表示手段に表示させることを特徴とする医用画像表示装置。
請求項1に記載の医用画像表示装置において、
予め定められたしきい値と前記偽像率を比較し、比較結果を出力する比較手段をさらに備え、
前記制御手段は前記比較結果に基づき比較結果表示バーを作成し、前記比較結果表示バーを展開画像中の位置に合わせて前記表示手段に表示させることを特徴とする医用画像表示装置。
被検体の管腔臓器の展開画像を作成する展開画像作成ステップと、前記展開画像を表示する表示ステップを備えた医用画像表示方法において、
前記展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率を算出する偽像率算出ステップと、
前記偽像率を前記展開画像に対応付けて表示させる制御ステップと、
を備え、
前記偽像率算出ステップは、前記管腔臓器の長軸方向の曲がり度合いと、前記管腔臓器の径とに基づいて前記偽像率を算出することを特徴とする医用画像表示方法。
被検体の管腔臓器の展開画像を作成する展開画像作成ステップと、前記展開画像を表示する表示ステップを備えた医用画像表示方法において、
前記展開画像中の位置に応じて当該位置の偽像率を算出する偽像率算出ステップと、
前記偽像率に基づいて前記展開画像を表示させる制御ステップと、
を備え、
前記偽像率算出ステップは、前記管腔臓器の長軸方向の曲がり度合いと、前記管腔臓器の径とに基づいて前記偽像率を算出することを特徴とする医用画像表示方法。