JP6139090B2

JP6139090B2 - 医用画像処理装置、画像診断装置及び医用画像処理プログラム

Info

Publication number: JP6139090B2
Application number: JP2012224075A
Authority: JP
Inventors: 卓己石坂; 真次村松; 揚佐々木
Original assignee: Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2012-10-09
Filing date: 2012-10-09
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2032-10-09
Also published as: JP2014076091A

Description

本発明の実施形態は、医用画像処理装置、画像診断装置及び医用画像処理プログラムに関する。

従来、気管支拡張症などで肺の気管支が硬くなっているか否かを確認するために、画像診断装置によって気管支のイメージングが行われている。更に、３次元(3D: three dimensional)ボリュームデータから気管支領域を抽出し、気管支の芯線や分岐部を同定する技術も提案されている。同様に、血管についても芯線や分岐部を同定する技術が提案されている。

特開２０１２−９６０２４号公報

本発明は、気管支や血管等の管状構造物をより効果的に観察することが可能な医用画像処理装置、画像診断装置及び医用画像処理プログラムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る医用画像処理装置は、分岐抽出部、画像生成部及び計測部を備える。分岐抽出部は、被検体の互いに異なる状態において収集された、分岐する管状構造物の複数の３次元ボリュームデータからそれぞれ前記管状構造物の分岐位置を抽出する。画像生成部は、前記分岐位置によって複数の領域に分節される前記管状構造物を、前記異なる状態間において前記領域ごとに別々に比較するための画像データを生成する。計測部は、前記複数の領域の少なくとも１つの長さ及び太さの少なくとも一方を前記異なる状態ごとに計測する。前記画像生成部は、前記異なる状態間において前記複数の領域の少なくとも１つを比較するための画像データとして、前記分岐位置を境界とするStretched Curved Multiple Planar Reconstruction画像データを生成するように構成される。前記計測部は、前記領域ごとに基点を揃えた前記Stretched Curved Multiple Planar Reconstruction画像データに基づいた比較結果を出力させるように構成される。
また、本発明の実施形態に係る画像診断装置は、前記医用画像処理装置と画像データ収集系とを備える。画像データ収集系は、前記互いに異なる状態において前記被検体から生体信号を収集し、収集した前記生体信号に基づいて前記３次元ボリュームデータを取得する。
また、本発明の実施形態に係る医用画像処理プログラムは、コンピュータを、分岐抽出部、画像生成部及び計測部として機能させる。分岐抽出部は、被検体の互いに異なる状態において収集された、分岐する管状構造物の複数の３次元ボリュームデータからそれぞれ前記管状構造物の分岐位置を抽出する。画像生成部は、前記分岐位置によって複数の領域に分節される前記管状構造物を、前記異なる状態間において前記領域ごとに別々に比較するための画像データを生成する。計測部は、前記複数の領域の少なくとも１つの長さ及び太さの少なくとも一方を前記異なる状態ごとに計測する。前記画像生成部は、前記異なる状態間において前記複数の領域の少なくとも１つを比較するための画像データとして、前記分岐位置を境界とするStretched Curved Multiple Planar Reconstruction画像データを生成するように構成される。前記計測部は、前記領域ごとに基点を揃えた前記Stretched Curved Multiple Planar Reconstruction画像データに基づいた比較結果を出力させるように構成される。

本発明の実施形態に係る医用画像処理装置を備えた画像診断装置の構成図。図１に示す分岐抽出部において、呼気状態における気管支のボリュームデータと吸気状態における気管支のボリュームデータからそれぞれ気管支の芯線及び分岐位置を抽出した例を示す図。図２に示すように分岐位置によって分節された気管支の複数の領域を呼気状態と吸気状態との間において比較できるようにSPR画像データを生成した例を示す図。図２に示すように分岐位置によって分節された気管支の複数の領域の長さ及び太さを棒グラフとして比較表示させた例を示す図。図４に示す棒グラフを構成する矩形枠をCPR画像上に重畳表示させた例を示す図。図１に示す医用画像処理装置及び画像診断装置により気管支のイメージングを行う場合における流れを示すフローチャート。

本発明の実施形態に係る医用画像処理装置、画像診断装置及び医用画像処理プログラムについて添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係る医用画像処理装置を備えた画像診断装置の構成図である。

画像診断装置１は、医用画像処理装置２を内蔵している。但し、医用画像処理装置２を画像診断装置１から独立した装置とし、医用画像処理装置２を画像診断装置１とネットワークを介して接続してもよい。また、画像診断装置１には、入力装置３、表示装置４及び画像データ収集系５が備えられる。

画像診断装置１としては、X線CT(computed tomography)装置、磁気共鳴イメージング(MRI: Magnetic Resonance Imaging）装置、陽電子放出コンピュータ断層(PET: positron emission computed tomography)装置や単光子放出コンピュータ断層(SPECT: single photon emission computed tomography)装置等の核医学診断装置等が挙げられる。

従って、画像診断装置１には、種類に応じた画像データ収集系５が備えられる。画像データ収集系５は、被検体からX線検出データやMR信号等の生体信号を取得し、取得した生体信号に基づいて被検体の医用画像データを生成するシステムである。

特に、画像データ収集系５では、被検体の互いに異なる状態において被検体から生体信号を収集し、収集した生体信号に基づいて、分岐する管状構造物の複数の3Dボリュームデータを取得できるように構成される。分岐する管状構造物としては、気管支や心臓の冠動脈等の血管が挙げられる。また、互いに異なる状態としては、気管支であれば吸気状態と呼気状態、血管であれば心筋の拡張期と収縮期が挙げられる。

画像データ収集系５には、3Dボリュームデータに基づく画像処理によってSPR (Stretched Curved Multiple Planar Reconstruction)画像データ、CPR(Curved Multiple Planar Reconstruction)画像データ、ボリューム・レンダリング(VR: volume rendering)画像データ、最大値投影(MIP: maximum intensity projection)画像データ等の表示用の２次元(2D: two dimensional)画像データを生成する機能と、生成した2D画像データを表示装置４に出力させる機能も備えられる。更に、画像データ収集系５は、2D画像データ又はボリュームデータのパターンマッチング処理によって、被検体の互いに異なる状態に対応し、かつ同一の撮像部位に対応する２フレームの2D画像データを表示装置４に比較表示させることができるように構成される。

医用画像処理装置２は、コンピュータに医用画像処理プログラムを読み込ませて構築することができる。但し、医用画像処理装置２を構成するために回路を用いてもよい。医用画像処理プログラムは、汎用コンピュータを医用画像処理装置２として利用できるように情報記録媒体に記録してプログラムプロダクトとして流通させることができる。もちろん、情報記録媒体を介さずにネットワーク経由で医用画像処理プログラムをコンピュータにダウンロードすることもできる。

医用画像処理装置２は、分岐抽出部６、画像生成部７及び計測部８を有する。従って、医用画像処理装置２がコンピュータで構成される場合には、医用画像処理プログラムがコンピュータを分岐抽出部６、画像生成部７及び計測部８として機能させる。

分岐抽出部６は、被検体の互いに異なる状態に対応する分岐する管状構造物の複数の3Dボリュームデータを画像データ収集系５から取得し、複数の3Dボリュームデータからそれぞれ管状構造物の分岐位置を抽出する機能を有する。

図２は、図１に示す分岐抽出部６において、呼気状態における気管支のボリュームデータと吸気状態における気管支のボリュームデータからそれぞれ気管支の芯線及び分岐位置を抽出した例を示す図である。

図２(A)は、呼気状態における気管支の3Dボリュームデータを示し、図２(B)は吸気状態における気管支の3Dボリュームデータを示す。図２に示すように、分岐抽出部６では、被検体の吸気状態と呼気状態において収集された、分岐する気管支の複数の3Dボリュームデータからそれぞれ気管支の分岐位置を抽出することができる。

より具体的には、各3Dボリュームデータの画素値に対する閾値処理やエッジ検出処理等の公知の処理によって、それぞれ二点鎖線で示すように気管支の芯線を抽出することができる。また、実線で示すように気管支の壁をそれぞれ各3Dボリュームデータから抽出することができる。更に、各3Dボリュームデータにおいて、それぞれ芯線の交点を分岐点として求めることができる。

そうすると、各3Dボリュームデータにおいて芯線の分岐点を通る面を、気管支の分岐位置として求めることができる。例えば、着目する芯線に垂直な面や気管支の壁の太さが変化する部分の断面を気管支の分岐位置とするなど、任意の方法で気管支の分岐面を定義することができる。また、気管支の芯線を用いたパターンマッチングが可能となる。

図２に示す例では、呼気状態における気管支及び吸気状態における気管支が、それぞれ点線で示す分岐面を境界として互いに連続する第１分節、第２分節、第３分節及び第４分節の４つの領域に分節されている。

画像生成部７は、分岐抽出部６において抽出された分岐位置によって複数の領域に分節される管状構造物を、異なる状態間において領域ごとに別々に比較するための画像データを生成する機能を有する。そのために、画像生成部７には、複数の異なる状態に対応する3Dボリュームデータ又は2D画像データのパターンマッチングを行い、分岐位置によって分節された各領域の芯線を複数の状態間において関連付ける機能が備えられる。

分節された管状構造物を領域ごとに比較するための画像データとしては、ボリュームデータから生成することが可能な任意の2D画像データとすることができる。具体例として、SPR画像データ、CPR画像データ、VR画像データ、MIP画像データ等の2D画像データが挙げられる。

図３は、図２に示すように分岐位置によって分節された気管支の複数の領域を呼気状態と吸気状態との間において比較できるようにSPR画像データを生成した例を示す図である。

図３に示すように、分節された気管支の領域及び呼吸状態ごとにSPR画像を表示させることができる。具体的には、気管支の第１分節のみが描出された呼気状態のSPR画像と吸気状態のSPR画像を並列表示させることができる。同様に、第２分節、第３分節及び第４分節についても、それぞれ分節ごとに呼気状態のSPR画像と吸気状態のSPR画像とを並列表示させることができる。

図３に例示されるように、画像生成部７では、分節された複数の領域の少なくとも１つを比較するための画像データとして、分岐位置を境界とするSPR画像データを生成することができる。そのために、異なる状態間において対応する領域の芯線を関連付けるためのパターンマッチングが実行される。

計測部８は、管状構造物の分岐位置における分節によって分割された複数の領域の少なくとも１つの長さ及び太さの少なくとも一方を被検体の異なる状態ごとに計測する機能と、異なる状態ごとの少なくとも１つの領域の長さ及び太さの少なくとも一方をグラフとして異なる状態間において比較表示させるための表示データを生成する機能とを有する。

図４は、図２に示すように分岐位置によって分節された気管支の複数の領域の長さ及び太さを棒グラフとして比較表示させた例を示す図である。

図４において縦軸は分節された気管支の各領域の長さを示す。図４に示すように、第１分節、第２分節、第３分節及び第４分節の長さをそれぞれ呼気状態と吸気状態との間において比較できるように、棒グラフを作成することができる。各棒グラフの太さは、各分節の太さを表している。気管支の太さは、直径、半径、最大径、平均径、断面積等のいずれの指標で表してもよい。でこのため、図４に示す棒グラフでは、気管支の各領域の長さ及び太さの双方を呼気状態と吸気状態との間において比較することができる。

このように、複数の領域のうちの少なくとも１つの領域の長さ及び太さの少なくとも一方を棒グラフとして比較表示させるための表示データを計測部８において生成することができる。そして、計測部８において生成された表示データは表示装置４に出力させることができる。尚、各領域の長さを示す折れ線グラフや太さのない線状の棒グラフを表示させるための表示データを生成するようにしてもよい。

更に、計測部８は、管状構造物の形態とともに、グラフを構成する図形又は線図を管状構造物の対応する位置に重畳表示させるための画像データを生成する機能を有している。管状構造物の形態を表す画像データとしては、上述したようにSPR画像データ、CPR画像データ、VR画像データ、MIP画像データ等の2D画像データが挙げられる。

図５は、図４に示す棒グラフを構成する矩形枠をCPR画像上に重畳表示させた例を示す図である。

図５に示すように呼気状態における気管支のCPR画像上に、呼気状態における気管支の各領域の長さ及び太さを示す矩形枠を重畳表示させることができる。同様に、吸気状態における気管支のCPR画像上に、吸気状態における気管支の各領域の長さ及び太さを示す矩形枠を重畳表示させることができる。すなわち、計測部８において図５に例示されるような画像を表示装置４に表示させるための画像データを生成することができる。

次に医用画像処理装置２及び画像診断装置１の動作および作用について説明する。ここでは、被検体の吸気状態と呼気状態において分岐する気管支のイメージングを行う場合を例に説明する。

図６は、図１に示す医用画像処理装置２及び画像診断装置１により気管支のイメージングを行う場合における流れを示すフローチャートである。

まずステップＳ１において、画像診断装置１により被検体の呼気状態及び吸気状態における肺野の3Dボリュームデータが収集される。画像診断装置１が、X線CT装置であれば、肺野を撮像部位とするマルチスライスX線CT画像データ又は3D X線CT画像データがボリュームデータとして呼気状態及び吸気状態においてそれぞれ収集される。

具体的には、画像データ収集系５に備えられるX線検出器や高周波(RF: radio frequency)コイル等の生体信号のセンサによって呼気状態及び吸気状態における肺野を含む撮像領域からX線検出データやMR信号等の生体信号が取得される。そして、画像データ収集系５において、生体信号に基づく画像再構成処理によって肺野を含む領域のボリュームデータが呼吸状態ごとに生成される。

次に、ステップＳ２において、医用画像処理装置２の分岐抽出部６は、画像データ収集系５において収集されたボリュームデータから着目する気管支を含む領域の呼気状態及び吸気状態におけるボリュームデータを取得する。

次に、ステップＳ３において、分岐抽出部６は、取得したボリュームデータからエッジ抽出処理や閾値処理等の画像処理によって気管支が占める領域を抽出する。

次に、ステップＳ４において、分岐抽出部６は、抽出した気管支の芯線及び芯線の分岐点を抽出する。これにより、図２に示すように気管支を分岐のない複数の領域に分節することができる。

次に、ステップＳ５において、分岐抽出部６は、抽出した気管支領域と芯線とに基づいて気管支の壁を抽出する。これにより気管支の輪郭が特定される。また、気管支を分節された領域毎に抽出して表示させることが可能となる。

次に、ステップＳ６において、分岐抽出部６は、呼気状態における気管支の芯線と吸気状態における気管支の芯線との間におけるパターンマッチングを行う。これにより、呼気状態における気管支の各領域と、吸気状態における気管支の各領域とを互いに対応付けることができる。

すなわち、図２に示す例であれば、呼気状態における気管支の第１分節と吸気状態における気管支の第１分節とを互いに対応付けることができる。同様に、第２分節から第４分節までの各領域についても呼気状態における気管支のボリュームデータと吸気状態における気管支のボリュームデータとの間において互いに対応付けることができる。

尚、芯線のマッチング処理は、ステップＳ５における気管支の壁の抽出処理よりも先に実行するようにしてもよい。

次に、ステップＳ７において、分岐抽出部６は、呼気状態における気管支のボリュームデータと吸気状態における気管支のボリュームデータとの間において互いに対応付けられた領域を比較表示するためのSPR画像データ等の2D表示画像データを生成する。生成された2D表示画像データは表示装置４に出力される。これにより、図３に示すような気管支の分節ごとに呼気状態と吸気状態との間で比較するSPR画像等の医用画像が表示装置４に表示される。

次に、ステップＳ８において、計測部８は、気管支の各分岐位置における分節によって分割された複数の領域の長さ及び太さを呼気状態及び吸気状態それぞれについて計測する。各領域の太さ及び長さの計測は、分岐抽出部６において抽出された気管支の壁間における距離を計測することによって行うことができる。

更に、計測部８は、各領域の長さ及び太さをグラフとして呼気状態と吸気状態との間において比較表示させるための表示データを生成する。そして、計測部８は、生成した表示データを表示装置４に出力させる。これにより、図４に示す棒グラフ等のグラフが表示装置４に表示される。

次に、ステップＳ８において、計測部８は、グラフを構成する矩形枠等の図形を気管支のCPR画像データ等の形態画像データ上にフュージョン表示させるための2D表示画像データを生成する。そして、計測部８は、生成した2D表示画像データを表示装置４に出力させる。これにより、表示装置４には、図５に示すような気管支の対応する位置に棒グラフの矩形枠が重畳されたCPR画像等の形態画像を表示させることができる。

つまり以上のような医用画像処理装置２及び画像診断装置１は、呼気状態と吸気状態のように被検体の異なる状態に対応し、かつ気管支等の分岐する管状構造物が描出されたボリュームデータから管状構造物の芯線及び分岐点を抽出し、分岐点によって分節された領域ごとに異なる状態間の変化を観察できるようにしたものである。

このため、医用画像処理装置２及び画像診断装置１によれば、血管や気管支の分岐ごとにSPR画像等の画像を生成して異なる状態間で比較することできる。特に、CPR画像やSPR画像として異なる状態間で比較表示することによって、異なる状態間で管状構造物のどの部分が動いたのかを容易に把握することが可能となる。更に、医用画像処理装置２及び画像診断装置１によれば、気管支等の分枝ごとの長さ及び太さを表すグラフを表示させたり、CPR画像上へのグラフの重畳表示が可能である。このため、気管支拡張症等の検査に有効である。

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

１画像診断装置
２医用画像処理装置
３入力装置
４表示装置
５画像データ収集系
６分岐抽出部
７画像生成部
８計測部

Claims

被検体の互いに異なる状態において収集された、分岐する管状構造物の複数の３次元ボリュームデータからそれぞれ前記管状構造物の分岐位置を抽出する分岐抽出部と、
前記分岐位置によって複数の領域に分節される前記管状構造物を、前記異なる状態間において前記領域ごとに別々に比較するための画像データを生成する画像生成部と、
前記複数の領域の少なくとも１つの長さ及び太さの少なくとも一方を前記異なる状態ごとに計測する計測部と、
を備え、
前記画像生成部は、前記異なる状態間において前記複数の領域の少なくとも１つを比較するための画像データとして、前記分岐位置を境界とするStretched Curved Multiple Planar Reconstruction画像データを生成し、
前記計測部は、前記領域ごとに基点を揃えた前記Stretched Curved Multiple Planar Reconstruction画像データに基づいた比較結果を出力させるように構成される医用画像処理装置。
前記計測部は、前記異なる状態ごとの前記少なくとも１つの領域の長さ及び太さの少なくとも一方をグラフとして前記異なる状態間において比較表示させるための表示データを生成するように構成される請求項１記載の医用画像処理装置。
前記計測部は、前記少なくとも１つの領域の長さ及び太さの少なくとも一方を前記領域ごとに基点を揃えたグラフとして比較表示させるための表示データを生成するように構成される請求項２記載の医用画像処理装置。
前記計測部は、前記少なくとも１つの領域の長さ及び太さの少なくとも一方を棒グラフとして比較表示させるための表示データを生成するように構成される請求項２又は３記載の医用画像処理装置。
前記計測部は、前記管状構造物の形態とともに、前記グラフを構成する図形又は線図を前記管状構造物の対応する位置に重畳表示させるための画像データを生成するように構成される請求項２乃至４のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
前記分岐抽出部は、前記被検体の吸気状態と呼気状態において収集された、分岐する気管支の複数の３次元ボリュームデータからそれぞれ前記気管支の分岐位置を抽出するように構成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の医用画像処理装置と、
前記互いに異なる状態において前記被検体から生体信号を収集し、収集した前記生体信号に基づいて前記３次元ボリュームデータを取得する画像データ収集系と、
を備える画像診断装置。
コンピュータを、
被検体の互いに異なる状態において収集された、分岐する管状構造物の複数の３次元ボリュームデータからそれぞれ前記管状構造物の分岐位置を抽出する分岐抽出部、
前記分岐位置によって複数の領域に分節される前記管状構造物を、前記異なる状態間において前記領域ごとに別々に比較するための画像データを生成する画像生成部、及び
前記複数の領域の少なくとも１つの長さ及び太さの少なくとも一方を前記異なる状態ごとに計測する計測部、
として機能させ、
前記画像生成部は、前記異なる状態間において前記複数の領域の少なくとも１つを比較するための画像データとして、前記分岐位置を境界とするStretched Curved Multiple Planar Reconstruction画像データを生成し、
前記計測部は、前記領域ごとに基点を揃えた前記Stretched Curved Multiple Planar Reconstruction画像データに基づいた比較結果を出力させるように構成される医用画像処理プログラム。