JP6043310B2 - 画像処理装置、方法およびプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、木構造を有する人体構造物において、注目する箇所を観察するための画像を提供する画像処理装置、方法およびプログラムに関するものである。
従来、医療分野においては、血管、気管支等の木構造を有する人体構造物の３次元的な構造の観察を容易にするために、ＣＴ装置（Computed Tomography）、ＭＲＩ装置（Magnetic Resonance Imaging）、超音波診断装置等のモダリティにより得られた被検体の３次元画像から、対象の人体構造物を立体的に描写したＳＲ画像（surface-rendering image），ＶＲ画像（volume-rendering image）等の擬似３次元画像を生成し表示する処理が行われている。
また、特許文献１および特許文献２には、気管支を描写したＳＲ画像またはＶＲ画像上に、気管支の根元から病変までの経路を重畳的に表示した画像を提供することが記載されている。
特開２０１３‐１９２７４１号公報 特開２０１０‐５１０８１５号公報
しかし、上記従来の技術では、ＳＲ画像またはＶＲ画像において対象の人体構造物の全体を描写の対象としているので、対象の人体構造物の３次元的な走行・分布が複雑であるほど、注目する箇所が周囲の構造に遮られて観察し難くなるという問題がある。
本発明は、上記事情に鑑み、木構造の人体構造物が撮影された３次元画像において、人体構造物上の注目する箇所が解剖学的にどの部位であるか、また、その周囲にはどのような解剖学的構造が存在するかを容易に把握することができる画像処理装置、方法およびプログラムを提供することを目的とするものである。
本発明の画像処理装置は、木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、人体構造物の領域内に対象箇所を設定する対象箇所設定部と、３次元画像における人体構造物の木構造を取得する木構造取得部と、取得された木構造上の対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から対象箇所までの経路を決定する経路決定部と、３次元画像から、人体構造物の全体のうち決定された経路の部分のみが表された初期画像と、決定された経路外の人体構造物の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成する画像生成部と、画像を表示する表示部と、生成された初期画像を表示部に表示させた後に、人体構造物の上記経路外の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、生成された確認用画像を表示部に表示させる表示制御部とを備えたことを特徴とする。
ここで、木構造上の対象箇所よりも分岐上流側というのは、対象箇所から分岐元の枝を辿って木構造の根元に向かう側を意味する。
また、本発明の画像処理装置は、木構造の、上記決定された経路から分岐した各枝の優先順位を、その分岐の位置が対象箇所から近いほど高くなるように設定する優先順位設定部をさらに備え、画像生成部は、３次元画像から、人体構造物の上記経路から分岐した各枝の部分が優先順位設定部により定められた優先順位の高い順に表示される各段階の確認用画像を生成するものであり、表示制御部は、人体構造物の上記経路から分岐した各枝の部分が優先順位設定部により定められた優先順位の高い順に表示されるように、確認用画像を表示部に表示させるものであってもよい。
また、本発明の画像処理装置において、優先順位設定部は、上記決定された経路からの分岐の位置が同じである枝が複数存在する場合、その枝の中点と対象箇所を含む枝の中点との距離が短いほど優先順位が高くなるように設定するものであってもよい。ここで、枝の中点は、枝の始点と終点を両端とする線分上に有り、かつ、その両端から等しい距離にある点を意味する。
また、優先順位設定部は、木構造の同じ位置で分岐する枝のグループごとに、枝の優先順位を予め定めたテーブルを有し、上記決定された経路からの分岐の位置が同じである枝が複数存在する場合、テーブルに定められた優先順位に従って優先順位を設定するものであってもよい。
また、本発明の画像処理装置において、表示制御部は、確認用画像を、人体構造物の上記経路から分岐した各枝の部分が優先順位の高い順に表示されるようにするための表示順に表示することを指示する操作者による入力に応じて、確認用画像を上記表示順に表示させ、確認用画像を上記表示順とは逆の表示順に表示することを指示する操作者による入力に応じて、確認用画像を上記表示順とは逆の表示順に表示させるものであってもよい。
また、本発明の画像処理装置において、経路決定部は、人体構造物に大動脈を含み、かつ、対象箇所が動脈である場合、木構造上の大動脈に対応する位置に基準点を設定して上記経路を決定するものであってもよい。また、経路決定部は、人体構造物に大静脈を含み、かつ、対象箇所が静脈である場合、木構造上の大静脈に対応する位置に基準点を設定して上記経路を決定するものであってもよい。また、経路決定部は、人体構造物に門脈の起始部を含み、かつ、対象箇所が門脈である場合、木構造上の門脈の起始部に対応する位置に基準点を設定して上記経路を決定するものであってもよい。また、経路決定部は、木構造の起点の位置に基準点を設定して上記経路を決定するものであってもよい。
また、本発明の画像処理装置は、対象箇所が属する人体の部位を特定する部位特定部と、人体の各部位と表示の範囲を対応付けたテーブルを記憶する記憶部とをさらに備え、画像生成部は、テーブルに基づいて、３次元画像から、特定された人体の部位に対応する表示の範囲が表された初期画像および各段階の確認用画像を生成するものであってもよい。
この場合、経路決定部は、特定された人体の部位に対応する表示の範囲内の上記木構造における最上位の位置に基準点を設定して上記経路を決定するものであってもよい。
本発明の画像処理方法は、木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、人体構造物の領域内に対象箇所を設定するステップと、３次元画像における人体構造物の木構造を取得するステップと、取得された木構造上の対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から対象箇所までの経路を決定するステップと、３次元画像から、人体構造物の全体のうち決定された経路の部分のみが表された初期画像と、決定された経路外の人体構造物の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成するステップと、生成された初期画像を表示部に表示させた後に、人体構造物の上記経路外の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、生成された確認用画像を表示部に表示させるステップとを含むことを特徴とする。
本発明の画像処理プログラムは、コンピュータを、木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、人体構造物の領域内に対象箇所を設定する対象箇所設定部と、３次元画像における人体構造物の木構造を取得する木構造取得部と、取得された木構造上の対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から対象箇所までの経路を決定する経路決定部と、３次元画像から、人体構造物の全体のうち決定された経路の部分のみが表された初期画像と、決定された経路外の人体構造物の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成する画像生成部と、生成された初期画像を表示部に表示させた後に、人体構造物の上記経路外の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、生成された確認用画像を表示部に表示させる表示制御部として機能させるためのものである。
また、上記画像処理プログラムは、通常、複数のプログラムモジュールからなり、上記各部の機能は、それぞれ、一または複数のプログラムモジュールにより実現される。これらのプログラムモジュール群は、ＣＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤなどの記録メディアに記録され、またはサーバコンピュータに付属するストレージやネットワークストレージにダウンロード可能な状態で記録されて、ユーザに提供される。
本発明の画像処理装置、方法およびプログラムによれば、木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、人体構造物の領域内に対象箇所を設定し、３次元画像における人体構造物の木構造を取得し、取得された木構造上の対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から対象箇所までの経路を決定し、３次元画像から、人体構造物の全体のうち決定された経路の部分のみが表された初期画像と、決定された経路外の人体構造物の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成し、生成された初期画像を表示部に表示させた後に、人体構造物の上記経路外の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、生成された確認用画像を表示部に表示させるようにしているので、その表示により、ユーザは、人体構造物上の注目する箇所が解剖学的にどの部位であるか、また、その周囲にはどのような解剖学的構造が存在するかを容易に把握することができる。
第１の実施形態に係る画像処理装置の概略構成を示す図 図１の画像処理装置に実装された機能を示すブロック図 対象箇所が設定された人体構造物の一例を示す図 図３の人体構造物の木構造を示す図 木構造上の対象箇所の分岐上流側を説明するための図 基準点から対象箇所までの経路の一例を示す図 表示制御部による表示の一例を示す図（その１） 表示制御部による表示の一例を示す図（その２） 表示制御部による表示の一例を示す図（その３） 図１の画像生成装置により行われる処理の流れを示すフローチャート 第２の実施形態に係る画像処理装置の概略構成を示す図 図１１の画像処理装置に実装された機能を示すブロック図
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本発明の第１の実施形態に係る画像処理装置１は、画像処理プログラムがコンピュータにロードされて実行されることにより実現する。図１に示すように、画像処理装置１は、ＣＰＵ２（Central Processing Unit）およびメモリ３を備え、さらに、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等のストレージ４を備えている。また、画像処理装置１には、ディスプレイ等の表示装置５（表示部）と、マウス、キーボード等の入力装置６が接続されている。
画像処理プログラムとそのプログラムが参照するデータは、ストレージ４に記憶され、起動時にメモリにロードされる。画像処理プログラムは、ＣＰＵに実行させる処理として、対象箇所設定処理と、木構造取得処理と、経路決定処理と、優先順位設定処理と、画像生成処理と、表示制御処理とを規定している。そして、プログラムの規定にしたがって、ＣＰＵが上記各処理を実行することにより、コンピュータは、図２に示すように、対象箇所設定部４１と、木構造取得部４２と、経路決定部４３と、優先順位設定部４４と、画像生成部４５と、表示制御部４６として機能する。ここで、図２は、画像処理装置１に実装された機能をブロック化して模式的に表したものである。
対象箇所設定部４１は、気管支、血管、骨などの木構造を有する人体構造物が撮影された患者の３次元画像において、人体構造物の領域内に対象箇所を設定するものである。このとき、３次元画像は、ＣＴ検査やＭＲＩ検査において予め撮影されてストレージ４に記憶されているものとする。対象箇所設定部４１は、対象箇所の設定を自動または手動で行うことができる。自動の場合は、コンピュータに、画像解析により３次元画像から人体構造物上の病変部と疑われる部分を自動的に検出する処理を実行させ、検出された部分またはその部分を含む人体構造物の一区間を対象箇所として設定することができる。たとえば、血管において、狭窄部が自動で検出された場合、検出された狭窄部またはその狭窄部が位置する血管枝を対象箇所として設定することができる。
また、手動の場合は、表示装置５上に３次元画像を構成する輪切りの断層画像を順次表示させ、表示されたいずれかの断層画像において、観察したい人体構造物上の部分を指定するユーザによる入力を受け付け、その指定された部分またはその部分を含む人体構造物の一区間を対象箇所として設定することができる。たとえば、血管において、観察したい部分を指定するユーザによる入力を受け付け、その指定された部分またはその部分を含む血管枝を対象箇所として設定することができる。
木構造取得部４２は、患者の３次元画像から、上記設定された対象箇所を含む人体構造物の木構造を取得するものである。木構造取得部４２は、たとえば、Yoshiro Kitamura, Yuanzhong Li, and Wataru Ito, “Automatic coronary extraction by supervised detection and shape matching”, Proc. IEEE ISBI, pp. 234-237 (2012)に記載されている木構造の自動抽出方法を用いて、患者の３次元画像から対象の人体構造物の木構造を抽出することができる。具体的には、画像データから対象の人体構造物に属する複数の候補点を抽出し、抽出された候補点を結ぶことによりグラフを作成し、作成されたグラフに対して対象の人体構造物の一般的な形状を表す木構造の形状モデルをフィッティングさせることにより、人体構造物の木構造を抽出する。なお、患者の３次元画像から対象の人体構造物の木構造が予め抽出されてストレージ４等に記憶されている場合は、その人体構造物の木構造の情報を読み込むことでストレージ４等から取得することができる。
たとえば、図３に示すように、人体構造物Ｓ上に対象箇所Ｃが設定された場合、木構造取得部４２は、図４に示すような、人体構造物Ｓの木構造Ｔを取得する。図４に示す木構造Ｔは、根元のノードＯからスタートして、分岐点Ｊ１で１本の枝ｂ０が３本の枝ｂ１〜ｂ３に分岐し、枝ｂ３が分岐点Ｊ２で３本の枝ｂ３１〜ｂ３３にさらに分岐する構造を有している。
経路決定部４３は、上記取得された木構造において、対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から対象箇所までの経路を決定するものである。ここで、対象箇所の分岐上流側は、対象箇所から分岐元の枝を辿って木構造の根元に向かう側をいう。たとえば、図４に示すような、枝ｂ３２が対象箇所Ｃとして設定された木構造Ｔでは、図５において太線で示された区間が対象箇所Ｃの分岐上流側に相当するので、経路決定部４３は、図６に示すように、その区間内に基準点Ｂを設定し、基準点Ｂから対象箇所Ｃまでの経路Ｒを決定する。なお、図６では、経路Ｒを太線で示している。
このとき、基準点は、木構造の起点の位置（根元）に設定してもよいし、対象箇所および少なくともその周囲における人体構造物の解剖学的構造を把握する上で基準となる位置に設定してもよい。たとえば、対象箇所が動脈である場合は、木構造上の大動脈に対応する位置に基準点を設定することができ、対象箇所が静脈である場合は、木構造上の大静脈に対応する位置に基準点を設定することができる。このとき、大動脈、大静脈に対応する位置としては、大動脈、大静脈を代表する位置として任意に定められた木構造上の位置を採用することができる。また、対象箇所が門脈である場合は、木構造上の門脈の起始部に対応する位置に基準点を設定することができる。また、対象箇所が気管支である場合は、木構造上の気管に対応する位置に基準点を設定することができる。
優先順位設定部４４は、上記取得された木構造の、上記決定された経路から分岐した各枝に優先順位を設定するものである。具体的には、上記経路から分岐した各枝の優先順位を、その分岐の位置が対象箇所から近いほど高くなるように設定することができる。これは、図６に示す場合において、対象箇所Ｃに一番近い分岐Ｊ２で経路Ｒから分岐した枝ｂ３１，ｂ３３の優先順位が次に近い分岐Ｊ１で経路Ｒから分岐した枝ｂ１，ｂ２の優先順位よりも高くなるように設定することを意味する。
このとき、上記経路からの分岐の位置が同じである枝が複数存在する場合には、（１）分岐の位置が同じ枝には同じ優先順位を設定する、（２）対象の枝の中点と対象箇所を含む枝の中点との距離が短いほど優先順位が高くなるように設定する、（３）対象の枝における人体構造物の径(太さ)が大きいほど優先順位が高くなるように設定する、（４）木構造の同じ位置で分岐する枝のグループごとに、枝の優先順位を予め定めたテーブルを予め作成してストレージ４等に記憶しておき、そのテーブルに定められた優先順位に従って優先順位を設定する、のいずれかの方法により、各枝の優先順位を設定することができる。
たとえば、図６に示す場合において、上記（１）の方法によれば、優先順位は、「枝ｂ３１，ｂ３３」→「枝ｂ１，ｂ２」の２つの段階で設定されることとなる。また、図６に示す場合において、枝ｂ３１の中点と対象箇所を含む枝ｂ３２の中点との距離が、枝ｂ３３の中点と対象箇所を含む枝ｂ３２の中点との距離よりも短く、かつ、枝ｂ２の中点と対象箇所を含む枝ｂ３２の中点との距離が、枝ｂ１の中点と対象箇所を含む枝ｂ３２の中点との距離よりも短いことを前提として、上記（２）の方法によれば、優先順位は、「枝ｂ３１」→「枝ｂ３３」→「枝ｂ２」→「枝ｂ１」の４つの段階で設定されることとなる。
また、図６に示す場合において、木構造の同じ位置で分岐する枝のグループごとに枝の優先順位を予め定めたテーブルに、分岐Ｊ１で分岐する枝ｂ１〜ｂ３の優先順位が「枝ｂ１」→「枝ｂ２」→「枝ｂ３」と定められ、分岐Ｊ２で分岐する枝ｂ３１〜ｂ３３の優先順位が「枝ｂ３１」→「枝ｂ３２」→「枝ｂ３３」と定められていることを前提として、上記（４）の方法によれば、優先順位は、「枝ｂ３１」→「枝ｂ３３」→「枝ｂ１」→「枝ｂ２」の４つの段階で設定されることとなる。
画像生成部４５は、上記患者の３次元画像から、対象の人体構造物の全体のうち上記決定された経路の部分のみが表された初期画像と、上記経路外の人体構造物の各部分が優先順位設定部４４により定められた優先順位の順に表示される各段階の確認用画像を生成するものである。このとき、確認用画像は、初期画像を生成するときに全段階の確認用画像を合せて生成しておくようにしてもよいが、確認用画像ごとに、その確認用画像が後述の画像生成部４５による表示に必要とされるタイミングに合わせてその都度生成するようにしてもよい。
また、画像生成部４５は、初期画像や確認用画像として、ＭＩＰ画像（maximum intensity projection）、ＭｉｎＩＰ画像（minimum intensity projection），ＳＲ画像（surface-rendering image），ＶＲ画像（volume-rendering image）等の種々の画像を生成することができる。また、画像生成部４５は、初期画像や確認用画像として、その各画像において表示されるべき人体構造物の部分が完全に描画された静止画を生成するようにしてもよいし、表示されるべき人体構造物の部分が徐々に描画されていく様子が表現されたアニメーション（動画）を生成するようにしてもよい。たとえば、初期画像としては、人体構造物の上記経路の部分が基準点側から徐々に描画されていく様子を表現したアニメーションを生成し、確認用画像としては、上記経路外の人体構造物の各部分が分岐点側から徐々に描画されていく様子を表現したアニメーションを生成することができる。
表示制御部４６は、画像生成部４５により生成された初期画像や確認用画像を表示装置５上に順次表示するものである。具体的には、まず、初期画像を表示させ、次いで人体構造物の上記経路から分岐した各枝の部分が優先順位設定部４４により定められた優先順位の高い順に表示されるように、確認用画像を表示させる。
図７〜図９は、それぞれ表示制御部４６による表示の具体例を示す図である。図７は、図６に示す場合において、画像生成部４５により生成された、人体構造物Ｓの全体のうち経路Ｒの部分のみが表された初期画像Ｐ１１と、経路Ｒ外の人体構造物Ｓの各部分が上記（１）の方法により定められた優先順位である、「枝ｂ３１，ｂ３３」→「枝ｂ１，ｂ２」の順に漸次的に表示される各段階の確認用画像Ｐ１２，Ｐ１３とを、表示させる例を示す図である。
また、図８は、図６に示す場合において、画像生成部４５により生成された、人体構造物Ｓの全体のうち経路Ｒの部分のみが表された初期画像Ｐ２１と、経路Ｒ外の人体構造物Ｓの各部分が上記（２）の方法により定められた優先順位である、「枝ｂ３１」→「枝ｂ３３」→「枝ｂ２」→「枝ｂ１」の順に漸次的に表示される各段階の確認用画像Ｐ２２〜Ｐ２５とを、表示させる例を示す図である。また、図９は、図６に示す場合において、画像生成部４５により生成された、人体構造物Ｓの全体のうち経路Ｒの部分のみが表された初期画像Ｐ３１と、経路Ｒ外の人体構造物Ｓの各部分が上記（４）の方法により定められた優先順位である、「枝ｂ３１」→「枝ｂ３３」→「枝ｂ１」→「枝ｂ２」の順に漸次的に表示される各段階の確認用画像Ｐ３２〜Ｐ３５とを、表示させる例を示す図である。
表示制御部４６は、初期画像に次いで確認用画像を切り替えて表示する処理を自動または手動で行うことができる。自動の場合は、切り替え開始のタイミングや速度などの、自動的に切り替え表示を行うための条件を設定し、コンピュータに、その設定に従った表示の切り替え処理を実行させることができる。なお、表示制御部４６は、初期画像に次いで確認用画像を優先順位の高い順に表示する処理（正順表示）が終了した後に、それらの画像を再度逆順に表示する処理（逆順表示）をさらに行うものであってもよい。また、表示制御部４６は、正順表示と逆順表示を順次繰り返し行うものであってもよい。
また、手動の場合、表示制御部４６は、まず、初期画像を表示させ、その後、表示の切り替えを指示する操作者による入力がある度に、確認用画像を人体構造物の上記経路から分岐した各枝の部分が優先順位の高い順に表示されるようにするための表示順に表示することができる。さらに、表示制御部４６は、確認用画像を上記表示順（正順）に表示することを指示する操作者による入力に応じて、確認用画像を上記表示順（正順）に表示させ、確認用画像を上記表示順とは逆の表示順（逆順）に表示することを指示する操作者による入力に応じて、確認用画像を上記表示順とは逆の表示順（逆順）に表示させるものであってもよい。たとえば、マウスのホイールを後方向に回転させるユーザ操作に応じて、上記表示順（正順）における次の確認用画像に表示を切替え、マウスのホイールを前方向に回転させるユーザ操作に応じて、上記表示順（正順）における直前の確認用画像に表示を切替えることができる。もちろん、表示制御部４６は、キーボード等の他の入力装置による入力に応じて、同様な表示の切り替え処理を行うことができる。
次に、画像処理装置１により行われる処理の流れを、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。まず、対象箇所設定部４１が、気管支、血管、骨などの木構造を有する人体構造物が撮影された患者の３次元画像において、人体構造物の領域内に対象箇所を設定する（Ｓ１）。次いで、木構造取得部４２が、患者の３次元画像から、ステップＳ１で設定された対象箇所を含む人体構造物の木構造を取得する（Ｓ２）。次いで、経路決定部４３が、ステップＳ２で取得された木構造において、対象箇所よりも分岐上流側に基準点を設定し、その設定された基準点から対象箇所までの経路を決定する（Ｓ３）。次いで、優先順位設定部４４が、上記木構造の上記ステップＳ３で決定された経路から分岐した各枝に優先順位を設定する（Ｓ４）。ここで、優先順位設定部４４は、上記経路から分岐した各枝の優先順位を、その分岐の位置が対象箇所から近いほど高くなるように設定する。また、上記経路からの分岐の位置が同じである枝が複数存在する場合には、上記（１）〜（４）のいずれかの方法により、各枝の優先順位を設定する。次いで、画像生成部４５が、患者の３次元画像から、人体構造物の全体のうち上記経路の部分のみが表された初期画像と、上記経路外の人体構造物の各部分がステップＳ４で定められた優先順位の順に表示される各段階の確認用画像を生成する（Ｓ５）。最後に、表示制御部４６が、ステップ５で生成された初期画像や確認用画像を表示装置５上に順次表示する。ここで、表示制御部４６は、まず、初期画像を表示させ、次いで人体構造物の上記経路から分岐した各枝の部分がステップＳ４で定められた優先順位の高い順に表示されるように、確認用画像を表示させる。
以上の構成により、本実施形態の画像処理装置１によれば、対象箇所設定部４１が、木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、人体構造物の領域内に対象箇所を設定し、木構造取得部４２が、３次元画像における人体構造物の木構造を取得し、経路決定部４３が、取得された木構造上の対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から対象箇所までの経路を決定し、画像生成部４５が、３次元画像から、人体構造物の全体のうち決定された経路の部分のみが表された初期画像と、決定された経路外の人体構造物の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成し、表示制御部４６が、生成された初期画像を表示部に表示させた後に、人体構造物の上記経路外の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、生成された確認用画像を表示部に表示させるようにしているので、その表示により、ユーザは、人体構造物上の注目する箇所が解剖学的にどの部位であるか、また、その周囲にはどのような解剖学的構造が存在するかを容易に把握することができる。
次に、図１１および図１２を参照して、本発明に係る画像処理装置の第２の実施形態について説明する。図１１は第２の実施形態に係る画像処理装置１０１を示す概略構成図であり、図１２は画像処理装置１０１に実装された機能をブロック化して模式的に表したものである。ここで、第１の実施形態と同一の部位には、同一番号を付し、説明を省略する。
この第２の実施形態は、対象箇所が属する人体の部位を特定し、その特定された人体の部位に対応する表示の範囲を考慮して上記経路を決定し、かつ、その表示の範囲が表された初期画像や確認用画像の生成する点で第１の実施形態と相違する。以下、この相違点について詳細を説明する。
本実施形態では、図１１に示すように、ストレージ１０４に記憶された画像処理プログラムが、ＣＰＵに実行させる処理として、対象箇所設定処理、木構造取得処理、経路決定処理、優先順位設定処理、画像生成処理および表示制御処理に加えて、対象箇所が属する人体の部位を特定する部位特定処理をさらに規定している。そして、プログラムの規定にしたがって、ＣＰＵが上記各処理を実行することにより、コンピュータは、図１２に示すように、対象箇所設定部４１と、木構造取得部４２と、経路決定部１４３と、優先順位設定部４４と、画像生成部１４５と、表示制御部４６、部位特定部１４７として機能する。また、本実施形態では、人体の各部位と表示の範囲を対応付けたテーブルが予め作成されてストレージ１０４に記憶されている。このテーブルにおいて、たとえば、「肝臓」には「肝臓領域」という表示の範囲を、「気管支」には「肺領域」という表示の範囲を対応付けて規定することができる。
部位特定部１４７は、対象箇所設定部４１により対象箇所が設定されると、その対象箇所が属する人体の部位を特定するものである。部位特定部１４７は、対象箇所が属する部位の特定を自動または手動で行うことができる。自動の場合は、コンピュータに、画像解析により対象箇所が属する部位を自動的に認識する処理を実行させ、認識された部位を対象箇所が属する部位と特定することができる。たとえば、Antonio Criminisi, Jamie Shotton, Duncan Robertson, Ender Konukoglu, “Regression Forests for Efficient Anatomy Detection and Localization in CT Studies”, Medical Computer Vision. Recognition Techniques and Applications in Medical Imaging Lecture Notes in Computer Science Volume 6533,2011,pp 106-117に記載されている部位認識方法を用いて、患者の３次元画像から、対象箇所が属する部位を認識することができる。
また、手動の場合は、たとえば、部位の選択肢を表示装置５上に表示させ、いずれかの部位を選択（指定）するユーザによる入力を受け付け、その指定された部分を対象箇所が属する部位と特定することができる。
経路決定部１４３は、部位特定部１４７により特定された人体の部位に対応する表示の範囲内の木構造における最上位の位置に基準点を設定し、その基準点から対象箇所までの経路を決定するものである。ここで、人体の部位に対応する表示の範囲の情報は、ストレージ１０４に記憶されている人体の各部位と表示の範囲を対応付けたテーブルから、部位特定部１４７により特定された人体の部位に対応付けられている表示の範囲を参照することにより取得することができる。
画像生成部１４５は、上記患者の３次元画像から、上記部位特定部１４７により特定された人体の部位に対応する表示の範囲を描写の範囲とする、対象の人体構造物の全体のうち上記決定された経路の部分のみが表された初期画像と、上記経路外の人体構造物の各部分が優先順位設定部４４により定められた優先順位の順に表示される各段階の確認用画像とを生成するものである。
以上の構成により、本実施形態の画像処理装置１０１によれば、対象箇所設定部４１が、木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、人体構造物の領域内に対象箇所を設定し、部位特定部１４７が、対象箇所が属する人体の部位を特定し、木構造取得部４２が、３次元画像における人体構造物の木構造を取得し、経路決定部１４３が、部位特定部１４７により特定された人体の部位に対応する表示の範囲内の木構造における最上位の位置に基準点を設定し、その基準点から対象箇所までの経路を決定し、画像生成部１４５が、３次元画像から、上記表示の範囲を描写の範囲とする、人体構造物の全体のうち決定された経路の部分のみが表された初期画像と、上記経路外の人体構造物の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成し、表示制御部４６が、生成された初期画像を表示部に表示させた後に、人体構造物の上記経路外の各部分が対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、生成された確認用画像を表示部に表示させるようにしているので、その表示により、ユーザは、人体構造物上の注目する箇所が解剖学的にどの部位であるか、また、その周囲にはどのような解剖学的構造が存在するかを容易に把握することができる。また、本実施の形態では、上記のように、対象箇所が属する人体の部位を特定し、その部位に対応する表示の範囲を描写の範囲とした初期画像や確認用画像を生成し表示させるようにしているので、その表示により、ユーザは、観察したい部位をより容易に観察することができる。
なお、上記各実施の形態では、患者の３次元画像から、経路決定部４３により決定された経路外の人体構造物の各部分が優先順位の順に漸次的に表示される各段階の確認用画像を生成し、表示する場合について説明したが、これに代えて、たとえば、上記経路外の人体構造物の各部分が優先順位の順に順次切り替わるように表示される各段階の確認用画像を生成し、表示するようにしてもよい。また、ユーザが、両方の表示態様を設定等で適宜切り替えられるようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、人体構造物の全体のうち決定された経路の部分のみが表示の対象とされ、その他の部分は非表示とされた初期画像と、上記経路外の人体構造物の各部分が、上記経路の部分に加えて、優先順位の順に漸次的にまたは切り替わるように表示の対象とされ、その他の部分は引き続き非表示とされる各段階の確認用画像とを生成し、表示する場合について説明したが、これに代えて、たとえば、人体構造物の全体が常に表示の対象とされている中で、上記経路の部分のみが強調された態様で表示された初期画像と、上記経路外の人体構造物の各部分が、上記経路の部分に加えて、優先順位の順に漸次的にまたは切り替わるように強調された態様で表示される各段階の確認用画像とを生成し、表示するようにしてもよい。このとき、強調された態様で表示する部分以外の部分は、より控えめな態様で表示するようにしてもよい。たとえば、強調する部分を不透明で表示し、その他の部分を半透明で表示してもよいし、これに加えてまたは代えて、強調する部分を明度および／または彩度の高い色で表示し、その他の部分を明度および／または彩度の低い色で表示してもよい。
また、上記各実施の形態では、木構造上の対象箇所よりも分岐上流側に基準点を設定し、基準点から対象箇所までの経路を決定する場合について説明したが、基準点を分岐上流側以外のところに設定して経路を決定するようにしてもよい。たとえば、図５に示す場合において、太線で示された対象箇所Ｃの分岐上流側に相当する区間以外の部分、たとえば、枝ｂ１または枝ｂ２の区間内に基準点を設定し、その設定された基準点から対象箇所までの経路を決定するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、木構造を有する人体構造物において、注目する箇所を観察するための画像を提供する場合について説明したが、本発明の画像処理装置、方法およびプログラムは、ループ構造を含むグラフ構造の人体構造物において、注目する箇所を観察する場合にも適用することができる。
１ 画像処理装置
２ ＣＰＵ
３ ストレージ
４ メモリ
５ 表示装置
６ 入力装置
４１ 対象箇所設定部
４２ 木構造取得部
４３ 経路決定部
４４ 優先順位設定部
４５ 画像生成部
４６ 表示制御部
Ｂ 基準点
Ｃ 対象箇所
Ｓ 人体構造物
Ｒ 経路

Claims (13)

  1. 木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、前記人体構造物の領域内に対象箇所を設定する対象箇所設定部と、
    前記３次元画像から前記人体構造物の木構造を取得する木構造取得部と、
    前記取得された木構造上の前記対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から前記対象箇所までの経路を決定する経路決定部と、
    前記３次元画像から、前記人体構造物の全体のうち前記決定された経路の部分のみが表された初期画像と、前記経路外の前記人体構造物の各部分が前記対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成する画像生成部と、
    画像を表示する表示部と、
    前記生成された初期画像を前記表示部に表示させた後に、前記人体構造物の前記経路外の各部分が前記対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、前記生成された確認用画像を前記表示部に表示させる表示制御部と
    を備えたことを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記木構造の、前記経路から分岐した各枝の優先順位を、その分岐の位置が前記対象箇所から近いほど高くなるように設定する優先順位設定部を備え、
    前記画像生成部が、前記３次元画像から、前記人体構造物の前記経路から分岐した各枝の部分が前記優先順位設定部により定められた優先順位の順に表示される各段階の確認用画像を生成するものであり、
    前記表示制御部が、前記人体構造物の前記経路から分岐した各枝の部分が前記優先順位設定部により定められた優先順位の高い順に表示されるように、前記生成された確認用画像を前記表示部に表示させるものである請求項１記載の画像処理装置。
  3. 前記優先順位設定部が、前記経路からの分岐の位置が同じである枝が複数存在する場合、その枝の中点と前記対象箇所を含む枝の中点との距離が短いほど優先順位が高くなるように設定するものである請求項２記載の画像処理装置。
  4. 前記優先順位設定部が、前記木構造の同じ位置で分岐する枝のグループごとに、枝の優先順位を予め定めたテーブルを有し、前記経路からの分岐の位置が同じである枝が複数存在する場合、前記テーブルに定められた優先順位に従って優先順位を設定するものである請求項２記載の画像処理装置。
  5. 前記表示制御部が、前記確認用画像を、前記人体構造物の前記経路から分岐した各枝の部分が前記優先順位の高い順に表示されるようにするための表示順に表示することを指示する操作者による入力に応じて、前記確認用画像を前記表示順に表示させ、前記確認用画像を前記表示順とは逆の表示順に表示することを指示する操作者による入力に応じて、前記確認用画像を前記表示順とは逆の表示順に表示させるものである請求項１から４のいずれか１項記載の画像処理装置。
  6. 前記対象箇所が属する人体の部位を特定する部位特定部と、
    人体の各部位と表示の範囲を対応付けたテーブルを記憶する記憶部とを備え、
    前記画像生成部が、前記テーブルに基づいて、前記３次元画像から、前記特定された人体の部位に対応する表示の範囲が表された前記初期画像および前記各段階の確認用画像を生成するものである請求項１から５のいずれか１項記載の画像処理装置。
  7. 前記経路決定部が、前記特定された人体の部位に対応する表示の範囲内の前記木構造における最上位の位置に基準点を設定して前記経路を決定するものである請求項６項記載の
    画像処理装置。
  8. 前記経路決定部が、前記人体構造物に大動脈を含み、かつ、前記対象箇所が動脈である場合、前記木構造上の前記大動脈に対応する位置に前記基準点を設定して前記経路を決定するものである請求項１から５のいずれか1項記載の画像処理装置。
  9. 前記経路決定部が、前記人体構造物に大静脈を含み、かつ、前記対象箇所が静脈である場合、前記木構造上の前記大静脈に対応する位置に前記基準点を設定して前記経路を決定するものである請求項１から５のいずれか1項記載の画像処理装置。
  10. 前記経路決定部が、前記人体構造物に門脈の起始部を含み、かつ、前記対象箇所が門脈である場合、前記木構造上の前記門脈の起始部に対応する位置に前記基準点を設定して前記経路を決定するものである請求項１から５のいずれか1項記載の画像処理装置。
  11. 前記経路決定部が、前記取得された木構造の起点の位置に前記基準点を設定して前記経路を決定するものである請求項１から５のいずれか1項記載の画像処理装置。
  12. 木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、前記人体構造物の領域内に対象箇所を設定するステップと、
    前記３次元画像から前記人体構造物の木構造を取得するステップと、
    前記取得された木構造上の前記対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から前記対象箇所までの経路を決定するステップと、
    前記３次元画像から、前記人体構造物の全体のうち前記決定された経路の部分のみが表された初期画像と、前記経路外の前記人体構造物の各部分が前記対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成するステップと、
    前記生成された初期画像を表示部に表示させた後に、前記人体構造物の前記経路外の各部分が前記対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、前記生成された確認用画像を前記表示部に表示させるステップと、
    を含む画像処理方法。
  13. コンピュータを、
    木構造の人体構造物が撮影された３次元画像中の、前記人体構造物の領域内に対象箇所を設定する対象箇所設定部と、
    前記３次元画像から前記人体構造物の木構造を取得する木構造取得部と、
    前記取得された木構造上の前記対象箇所よりも分岐上流側に設定された基準点から前記対象箇所までの経路を決定する経路決定部と、
    前記３次元画像から、前記人体構造物の全体のうち前記決定された経路の部分のみが表された初期画像と、前記経路外の前記人体構造物の各部分が前記対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表される各段階の確認用画像とを生成する画像生成部と、
    前記生成された初期画像を表示部に表示させた後に、前記人体構造物の前記経路外の各部分が前記対象箇所との位置関係に基づいて定められた優先順位に従って順次表示されるように、前記生成された確認用画像を前記表示部に表示させる表示制御部として機能させるための画像処理プログラム。
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