JP6662580B2 - 医用画像処理装置 - Google Patents

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本発明の実施形態は、医用画像処理装置に関する。
医用画像処理装置は、CT(Computed Topography:コンピュータ断層撮影)装置等で撮影された医用画像を処理して、診断を補助するための医用画像を生成する。被検体内の管状構造物(血管、気管、上部消化管、下部消化管など)を観察するために、MPR(Multi Plane Reconstruction:多断面再構成)画像、CPR(Curved Planar Reconstruction:曲断面再構成)画像、SPR(Stretched Curved Planar Reconstruction:伸張曲断面再構成)画像、MIP(Maximum/minimum Intensity Projection:最大値/最小値投影)画像、クロスカット(Crosscut:横断面)画像、フライスルー画像などの医用画像が知られている。
CPR画像とは、特定の血管の走行に沿ってこの特定の血管を2次元的に描いた画像である。SPR画像は、CPR画像における血管に沿った線(例えば、血管芯線)をまっすぐに伸ばして表現した画像である。MIP画像は、3次元画像を投影処理した画像で、投影方向における画素の最大値(又は最小値)を投影画像の画素値とした画像である。クロスカット画像とは、血管に垂直な断面で切断した断面画像である。フライスルー画像とは、血管内での任意の点における血管の方向への見た目を表現した画像である。
これらの画像は例えばX線CT装置やMRI(Magnetic Resonance Imaging:磁気共鳴イメージング)装置により取得された3Dボリュームデータを画像処理して作成される。血管に限らず他の管状構造物についてもこの種の画像を作成することができる。
特許第5415068号公報
異なる方式の画像処理で得られた医用画像を同じ画面に表示し、比較できるようにした医療画像処理ワークステーションが知られている。例えば心臓のボリュームレンダリング(VR)画像をモニタの左ウインドウに表示し、同時に冠動脈のCPR画像を右ウインドウに表示する装置が知られている。VR画像を用いることで、血管の3次元的な走行を把握したり狭窄部位を確認したりできるし、CPR画像を用いれば狭窄部位の内腔の性状(石灰化の有無など)を確認することができる。
しかしながら、VR画像およびCPR画像はそれぞれの画像化手法に従って処理されているので、多くの場合、形状が異なる。例えばVR画像で屈曲している血管がCPR画像では直線状に見えることがあり、視認性に難があると言わざるを得ない。このような齟齬が生じると、二つの画像を見比べたときに互いの対応関係が分からなくなるので、対処が望まれている。
目的は、視認性を向上させた医用画像処理装置を提供することにある。
実施形態によれば、医用画像処理装置は、取得部と、特定部と、整形部と、作成部と、表示制御部とを具備する。取得部は、医用画像データを互いに異なる方式で画像処理して得られる第1画像および第2画像を取得する。特定部は、第1画像において指定された範囲に対応する第2画像の領域を特定する。整形部は、特定された領域を指定された範囲の3次元的形態に合わせて整形した第3画像を形成する。作成部は、第1画像の指定された範囲に第3画像を重ね合わせて合成画像を作成する。表示制御部は、合成画像を表示部に表示する。
図1は、実施形態に係る医用画像処理装置を含む医用画像処理システムの一例を示す機能ブロック図である。 図2は、図1に示される機能ブロック間でのデータ(画像データ、制御データなど)の流れの一例を示す図である。 図3は、図1または図2に示される医用画像処理装置10の第1の実施形態における処理手順を示すフローチャートである。 図4は、実施形態の医用画像処理装置10により作成される合成画像の一例を示す図である。 図5は、心臓のボリューム画像が表示部Mに回転表示されることを示す図である。 図6は、VR画像とCPR画像とを表示部Mに表示した状態を示す図である。 図7は、VR画像とCPR画像との差異を説明するために用いた図である。 図8は、心臓のVR画像上に重ねあわされたCPR画像が位置ずれを生じている様子を示す図である。 図9は、図1または図2に示される医用画像処理装置10の第2の実施形態における処理手順を示すフローチャートである。
図1は、実施形態に係る医用画像処理装置を含む医用画像処理システムの一例を示す機能ブロック図である。図1は、医用画像処理装置10、CT(Computed Tomography)装置20およびPACS(Picture Archiving and Communication System)50を備えるシステムの一例を示す。
医用画像処理装置10、CT装置20およびPACS50は、ネットワーク40を介して通信可能に接続される。ネットワーク40は例えばLAN(Local Area Network)や公衆電子通信回線などである。実施形態において医用画像処理装置10は、解剖学的部位としての心臓の画像データを処理するために用いられることが可能である。医用画像処理装置10は、例えばメモリと、専用または汎用のプロセッサを備えるコンピュータとして実現されることが可能である。
通信インタフェース103はネットワーク40に接続されて、CT装置20あるいはPACS50と医用画像処理装置10との通信を可能にする。
制御部104は、CT装置20やPACS50から医用画像データ101a、ボリュームレンダリング(VR)画像101b、およびCPR画像101cを取得する。取得された医用画像データ101a、VR画像101b、およびCPR画像101cは、本実施形態では、画像記憶部101に記憶されているものとする。
VR画像101bおよびCPR画像101cは、医用画像データ101aを画像処理することによっても生成することができる。したがって、制御部104は、医用画像データ101aを画像処理してVR画像101bおよびCPR画像101cを生成することで取得してもよい。さらに医用画像データ101a、VR画像101b、およびCPR画像101cは、CD−ROMなどの記憶媒体から読み出すことによっても取得されることが可能である。
つまり実施形態において、VR画像101bおよびCPR画像101cは、他の画像データ処理装置(PACSなど)から受信することだけでなく、医用画像処理装置1による画像データ処理、あるいは記憶媒体からの読み出しなどの手法によって取得されることが可能である。
医用画像データ101aは、例えば被検体の心臓を含む胸部領域に関する複数時相にわたる時系列の3次元造影CT画像データ(ボリュームデータ)である。医用画像データ101aを画像処理してVR画像101bが得られる。
画像読出し部105は、医用画像データ101a、VR画像101b、またはCPR画像101cを画像記憶部101から読み出して各種のプロセスに出力する。画像読出し部105は、一例である。
血管抽出部106は、画像読出し部105から渡されたVR画像101bを解析し、VR画像101bに含まれる血管、臓器、骨などを抽出する。血管抽出部106は、例えば心臓のVR画像101bから心臓部と冠動脈とを区別して抽出する。また、血管抽出部106は、ボリュームデータを用いて、抽出された血管に沿う曲面を平面に展開してCPR画像101cを生成する。
VR画像101b、CPR画像101cは例えばDICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)に準拠する形態で画像記憶部101に保存される。要するにVR画像101bおよびCPR画像101cは、互いに異なる画像処理方式に基づいて生成される。従ってそれぞれの画像を読影して得られる知見も、互いに異なる。
病変部抽出部107は、血管抽出部106により抽出された血管における病変部を抽出する。病変部は、典型的には病理学的な形態異常を示す部分であり、例えば狭窄、石灰化あるいは血管壁の肥厚などの生じている箇所である。冠動脈におけるこのような病変部が、観察すべき注目箇所(Region of Interest:ROI)といえる。
計算部108は、病変部抽出部107により抽出された病変部の最も顕著に表れる視線方向を計算する。すなわち、この視線方向は、病変部の病理学的な形態異常を代表的に表示させることが可能な視線方向である。この視線方向に知ったビューで医用画像を表示することで、ユーザ(医師など)による読影の際の見落としのリスクを減らすことができる。
操作部109は、マウスなどのポインティングデバイス、あるいはキーボードなどを備えるマンマシンインタフェースである。操作部109は、医用画像を含む各種の情報を表示部(モニタ)Mに表示し、GUI(Graphical User Interface)環境を形成する。
範囲設定部110は、表示部Mに表示されたVR画像への、操作部109を用いた範囲指定操作を受け付ける。範囲指定操作とは例えばユーザによるマウスクリック、マウスオーバー等の操作である。例えば、クリックした位置を中心として1辺Xcmの正方形、あるいは半径Xcmの円を、指定された範囲として設定することができる。または、マウスドラッグ操作により直接、範囲を設定することも可能である。
VR画像の任意の箇所が指定されると、範囲設定部110は、指定された基準点の座標に基づきCPR画像を重ね合わせる範囲を特定する。すなわち範囲設定部110は、VR画像において指定された範囲に対応するCPR画像の領域を特定する。
整形部113は、CPR画像における特定された領域を、VR画像の指定範囲の3次元的形態に合わせて整形して重ね合わせ用の画像(以下、画像パーツと称する)を形成する。画像パーツは、例えば抽出された血管の3次元的走行に合わせて変形させたCPR画像である。つまり画像パーツは、モニタMに表示されたVR画像にフィットするように形状を整えられた、CPR画像の一部分と言える。合成部111は、VR画像の指定された範囲に、上記画像パーツを重ね合わせて合成画像を作成する。表示制御部114は、上記作成された合成画像を表示部Mに表示する。
特に、表示制御部114は、表示部Mに表示される合成画像を既定の軸周りに回転表示させることができる。例えば、合成画像を画面の上下を結ぶ直線に沿ってゆっくりと回転させ、計算部108により計算された視線方向にユーザの視線が一致すると回転を停止する、といった表示を行うことができる。
合成画像の回転に伴ってVR画像の視線方向が変化するので、表示制御部114は整形部113に指示を与えて、画像パーツの形状を回転表示に連動して(視線角の変化に追従して)変形させる。また表示制御部114は、画像パーツの表示位置及び方向も、回転表示に連動して変化させる。これにより画像パーツは、VR画像の血管に常にフィットして表示される。
図2は、図1に示される機能ブロック間でのデータ(画像データ、制御データなど)の流れの一例を示す図である。すなわち図2に示されるように、医用画像処理装置10に備わる制御部104、画像読出し部105、血管抽出部106、病変部抽出部107、計算部108、操作部109、範囲設定部110、合成部111、整形部113、表示制御部114は、それぞれが独立したハードウェアブロック(専用のカードや画像処理ボードなど)として実現されることも可能である。
図2において、医用画像データ101a、VR画像101bおよびCPR画像101cは、画像読出し部105により画像記憶部101から読み出され、それぞれ血管抽出部106および整形部113に渡される。血管抽出部106はVR画像101bから血管領域を抽出し、その結果を病変部抽出部107に出力する。病変部抽出部107は、血管の病変部を抽出してその結果を計算部108に出力する。
計算部108は、病変部が最も見えやすくなる視線方向を計算し、その視線方向を整形部113に出力する。整形部113は、操作部9を用いたユーザの操作に基づき範囲設定部110で設定された、CPR画像の領域を抽出する。さらに整形部113は、抽出された領域をVR画像の血管走行に沿って変形し、画像パーツを作成する。画像パーツは合成部111に渡され、血管抽出部106からのVR画像と重ねあわされて合成画像が作成される。合成画像は表示制御部114に渡され、表示部Mに表示される。
[第1の実施形態]
図3は、図1または図2に示される医用画像処理装置10の第1の実施形態における処理手順を示すフローチャートである。医用画像処理装置10は、CT装置20などで取得された解剖学的部位(ここでは心臓)のボリュームデータを読み込み(ステップS1)、ボリュームデータから心臓の3次元のVR画像を生成する(ステップS2)。生成されたVR画像は画像記憶部101に記憶されても良い。
次に医用画像処理装置10は、上記ボリュームデータから既知の画像処理により冠動脈を抽出し(ステップS3)、さらに、ボリュームデータを用いて、抽出された冠動脈のCPR画像を生成する(ステップS4)。生成されたCPR画像も、画像記憶部101に記憶されることができる。
さて、VR画像が生成されると、医用画像処理装置10は表示部MにVR画像を表示する。この画像を見ながら、ユーザは観察したい範囲の冠動脈の任意の位置を、マウスオーバー(またはマウスクリック)により指定する(ステップS5)。位置が指定されると、医用画像処理装置10は、指定された位置周辺のCPR画像を切り出す(ステップS6)。医用画像処理装置10はさらに、切り出されたCPR画像を、範囲指定されたVR画像の血管走行に合わせて変形させ(ステップS7)、画像パーツを形成する。最後に医用画像処理装置10は、変形させたCPR画像(画像パーツ)をVR画像の同じ個所に重ね合わせて合成画像を作成し、表示部Mに表示する。
図4は、実施形態の医用画像処理装置10により作成される合成画像の一例を示す図である。図4における四角の枠内が、画像パーツの重ねあわされた領域を示す。すなわちこの領域において、VR画像の冠動脈の走行に合わせて変形されたCPR画像が、VR画像に重ね合わされている。VR画像は表示部Mにおいて回転表示されることもできる。
図5に示されるように、図5(a)の状態から図5(b)の状態へとVR画像を回転させるにつれ、指定範囲内のCPR画像も回転する。これにより、CPR画像に表示される血管断面の表示方向も徐々に変化し、病変部の最も顕著になる視線方向に達すれば、回転を停止しても良い。もちろん、VR画像の回転に伴って位置ずれが起きないように、CPR画像(画像パーツ)の表示位置、表示方向も変化する。
回転を止めずに続けていると、画像パーツがいずれ心臓本体の裏側に回り込んでしまい、そのままでは見えなくなってしまう。このように画像パーツが心臓のVR画像の裏側に位置する状態であるとき、表示制御部114により、画像パーツをVR画像の表側に強制的に位置づけして表示するようにしても良い。つまり、VR画像を回転させて指定範囲のCPR画像が裏側へ移動する場合に、VR画像の前面にCPR画像を表示するようにしてもよい。すなわち、合成画像の回転により、視線方向に対してVR画像の後方に画像パーツが位置する場合、表示制御部114は、画像パーツをVR画像に重畳して、表示部Mに表示させることができる。
図6に示されるように、表示部Mのウインドウの左側にVRデータを表示し、対応するCPR画像を右ウインドウに表示するようにしても良い。図6(a)がVR画像を示し、図6(b)は、自動抽出された血管のCPR画像を示す。CPR画像に示される領域は、VR画像に対応付けて表示されている。
図7に示されるように、VR画像は3次元的イメージであり、CPR画像は2次元的イメージであることから、本来、両者を重ね合わせると形状が食い違ってしまい、図8に示されるように互いのずれが目立ってしまうことがある。これが甚だしくなると視認性が悪くなり、医師による読影に支障をきたし、誤診の原因ともなりうる。つまりVR画像とCPR画像とでは処理方式が異なるので、個別に有用な情報を得られる半面、そのまま両者を重ね合わせると齟齬が生じる。
そこで第1の実施形態では、VR画像上にCPR画像を重ね合わせる際、VR画像の血管走行に合わせてCPR画像を変形させたうえで両者を合成するようにした。詳しくは、互いに得られる情報の異なるVR画像とCPR画像とを重ね合わせる際、重ね合わせるCPR画像をVR画像の血管走行に合わせて変形させて表示するようにした。
このようにしたので、1つのビュー内でVR画像とCPR画像の情報が同時に得られるため、操作性が向上し操作時間が短縮される。また、参照位置の判断が容易であるため、参照位置を見失わないようにできる。
以上説明したようにこの実施形態では、VR画像上で選択した血管の石灰化や狭窄の情報を取得し、石灰化が多い、狭窄しているなどの注目箇所とその断面方向を範囲指定する。また、VR画像上に、特定した箇所や方向に合わせたROIを表示し、ROI内にVR画像と同一箇所のCPR画像を表示する。その際、VR画像上のROI内のCPR画像を、VR画像の血管走行に合わせて変形させる。さらに、VR画像の回転に連動して指定範囲内のCPR画像も回転させ、表示方向の血管断面を表示するとともにCPRの表示位置も移動させる。
これらのことから、第1の実施形態によれば、観察しようとする対象の視認性を向上させた医用画像処理装置を提供することが可能となる。
[第2の実施形態]
図9は、医用画像処理装置10の第2の実施形態における処理手順を示すフローチャートである。図9において図3と共通するステップには同じ符号を付し、以下では異なる手順についてのみ説明する。第1の実施形態ではユーザ操作により注目箇所を特定するようにした。第2の実施形態では注目箇所を自動的に特定するようにする。
図9のステップS1〜S4の手順により冠動脈の抽出およびCPR画像の生成が完了すると、医用画像処理装置10は、VR画像上で注目すべき箇所(注目箇所)を特定する(ステップS10)。注目箇所としては、例えば石灰化がよく見える血管断面などが挙げられる。次に医用画像処理装置10は、特定された注目箇所について、石灰化・狭窄部が顕著に表示される位置及び方向を算出する(ステップS11)。次に医用画像処理装置10は、ステップS11で取得された位置及び方向のVR画像と同じ領域のCPR画像を切り出す(ステップS12)。
ここまでの手順により、注目箇所(病変部など)が最も顕著に表示される視線方向と、その視線方向から見たCPR画像が取得される。その後、医用画像処理装置10は、切り出されたCPR画像を、範囲指定されたVR画像の血管走行に合わせて変形させて(ステップS7)画像パーツを形成する。最後に医用画像処理装置10は、変形させたCPR画像(画像パーツ)をVR画像の同じ個所に重ね合わせて合成画像を作成し、表示部Mに表示する。
このように第2の実施形態によれば、病変部を最も見やすい視線方向が自動的に算出され、その視線方向から見た合成画像が作成されて表示される。つまり第1の実施形態で述べたような、画像を画面内で回転させるという処理をスキップできるので、読影の効率が格段に向上するという効果を得ることができる。また、石灰化の程度が把握しやすくなり、操作性が向上するとともに、情報の見落としも少なくなる。従って第2の実施形態によっても、視認性を向上させた医用画像処理装置を提供することが可能となる。
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば実施形態ではVR画像とCPR画像を例として説明したが、これに代えて、VR画像を例えばアンギオグラフィックビューのような画像としても良い。つまり、例えばユーザの指定操作に応じて、VR画像の表示形態を切り替えるようにすることもできる。アンギオグラフィックビューは、特に、循環器医にとって有用な指針になることはよく知られている。
また、石灰化の程度に応じて画像パーツをカラーマッピング表示したり、数値により狭窄率を表示するようにしてもよい。
さらに、実施形態では、VR画像で範囲指定された領域のCPR画像を切り出し、切り出したCPR画像を変形させることで、血管走行に合わせて整形したCPR画像(画像パーツ)を得るようにした。これに代えて、3Dボリュームデータ(医用画像データ101a)から直接、画像合成のために整形したCPR画像(つまり画像パーツ)を生成することも可能である。このようにすればCPR画像を切り出すという手順を省略できるので、処理速度の向上を見込めるであろう。
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、専用又は汎用のprocessor, circuit(circuitry), processing circuit(circuitry), operation circuit(circuitry), arithmetic circuit(circuitry)、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC))、プログラマブル論理デバイス(例えば、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA))等を意味して良い。
また、医用画像処理装置10に備わる制御部104、画像読出し部105、血管抽出部106、病変部抽出部107、計算部108、操作部109、範囲設定部110、合成部111、整形部113、表示制御部114の各機能は、単一のプロセッサ及びメモリにより実現されることに限定されない。制御部104、画像読出し部105、血管抽出部106、病変部抽出部107、計算部108、操作部109、範囲設定部110、合成部111、整形部113、表示制御部114の機能は、単一のプロセッサ及びメモリにより実現されても良い。
また、本実施形態の各構成要素(各処理部)は、単一のプロセッサに限らず、複数のプロセッサによって実現するようにしてもよい。さらに、複数の構成要素(複数の処理部)を、単一のプロセッサによって実現するようにしてもよい。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
9…操作部、10…医用画像処理装置、20……CT装置、40…ネットワーク、101…画像記憶部、101a…医用画像データ、101b…VR画像、101c…CPR画像、103…通信インタフェース、104…制御部、105…画像読出し部、106…血管抽出部、107…病変部抽出部、108…計算部、109…操作部、110…範囲設定部、111…合成部、113…整形部、114…表示制御部

Claims (7)

  1. 表示部と、
    医用画像データを互いに異なる方式で画像処理して得られる3次元的イメージおよび2次元的イメージを取得する取得部と、
    前記3次元的イメージにおいて指定された範囲に対応する前記2次元的イメージの領域を特定する特定部と、
    前記特定された領域の前記2次元的イメージを、前記表示部における表示の視線方向の変化に連動して変形させた第3画像を形成する整形部と、
    前記3次元的イメージの前記指定された範囲に前記第3画像を重ね合わせて合成画像を作成する作成部と、
    前記合成画像を前記表示部に表示する表示制御部とを具備することを特徴とする、医用画像処理装置。
  2. さらに、前記3次元的イメージに含まれる血管を抽出する抽出部と、
    前記抽出された血管における病理学的な形態異常を代表的に表示可能な視線方向を計算する計算部とを具備し、
    前記表示制御部は、前記計算された視線方向に基づいて前記表示部における前記合成画像の表示方向を制御する、請求項1に記載の医用画像処理装置。
  3. 前記3次元的イメージは、前記血管を含む解剖学的部位のボリュームレンダリング画像であり、
    前記2次元的イメージは、前記血管の曲断面再構成画像であり、
    前記整形部は、前記領域に含まれる血管の曲断面再構成画像を当該血管の3次元的走行に合わせて変形させて前記第3画像を形成する、請求項2に記載の医用画像処理装置。
  4. 前記表示制御部は、前記血管の断面を示す曲断面再構成画像を含む前記第3画像を、前記ボリュームレンダリング画像の回転表示に連動する位置及び方向で表示する、請求項3に記載の医用画像処理装置。
  5. 前記表示制御部は、前記ボリュームレンダリング画像を、前記第3画像の回転表示に連動する位置及び方向で表示する、請求項3に記載の医用画像処理装置。
  6. 前記合成画像の回転により、前記視線方向に対して前記ボリュームレンダリング画像の後方に前記第3画像が位置する場合、前記表示制御部は、前記第3画像を前記ボリュームレンダリング画像に重畳して表示させる、請求項4または5に記載の医用画像処理装置。
  7. 前記表示制御部は、さらに、前記ボリュームレンダリング画像の表示形態をユーザにより指定されたビューに切り替える、請求項3に記載の医用画像処理装置。
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