JP7114252B2 - 医用画像処理装置、その制御方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、医用画像処理装置、その制御方法、及びプログラムに関する。

近年では、ステントグラフトによる血管内治療が盛んであり、腹部大血管を始め冠動脈や頸動脈などの狭窄または瘤の治療に幅広く用いられている。皮膚切開が極小であるカテーテルによる低侵襲な治療が可能になり、脳や腎機能の保存、また治療コストの観点からステントグラフトによる治療は患者への利点は大きいといえる。

このようなステントグラフト内挿術では、予めステントグラフトの長さを決定する必要があるが、特許文献１には、胸部大動脈のような３次元的な走行をしている管状構造物について、中心位置と芯線を構成する複数の点のそれぞれを結ぶ直線と管状構造物が接する点を取得することで、管状構造物の長さを算出する仕組みが開示されている。

特開２０１６－１５８９１６号公報

上述の特許文献１の仕組みで、管状構造物の長さを求めることはできるが、患者の管状構造物の形状のねじれ具合によっては、適切な長さを求めることができない恐れがあった。

そこで、本発明は、患者の管状構造物の必要部分の長さを精度よく取得することのできる仕組みを提供することを目的とする。

本発明は、管状構造物を含む医用画像を取得する取得手段と、前記管状構造物の複数の輪郭を特定する輪郭特定手段と、前記管状構造物の芯線を構成する複数の点から、前記管状構造物の中心位置を特定する中心位置特定手段と、前記特定手段で特定された前記輪郭を構成する点のうち、前記中心位置から所定の位置関係にある点と、前記輪郭特定手段で特定された前記複数の輪郭とに基づいて、線の長さを計測する計測手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、患者の管状構造物の必要部分の長さを精度よく取得することができる。

本実施形態における医用画像処理装置１００のハードウェア構成の一例を示す概念図である。 本実施形態における医用画像処理装置１００の機能構成の一例を示す概念図である。 本実施形態における詳細な処理の流れを説明するフローチャートである。 従来技術により算出される曲線Ｗの例を説明するための図である。 （ａ）胸部大動脈の抽出領域の特定、及び胸部大動脈の芯線により求まる中心点Ｓを示すための模式図である。（ｂ）胸部大動脈における断面５１乃至５６を説明するための図である。 胸部大動脈の断面５１の一例を示す模式図である。 胸部大動脈で計測される曲線の距離７００を説明するための概念図である。 断面５２、断面５３、断面５４における制御点１の特定方法を説明するための図である。

以下、図面を参照して、ＣＴ装置で撮影されるボリュームデータ（複数のスライス画像データ）から生成される医用３次元画像データを用いて、管状構造物の大弯若しくは小弯の長さを取得する方法について詳細に説明する。本実施形態で用いるＣＴ装置で撮影されるＣＴ画像は、患者（被検体）が、寝台に寝かされた状態で撮影された胸部大動脈領域を含む画像である。本実施形態では、胸部大動脈に留置するステントグラフトの長さを特定するために、胸部大動脈（管状構造物）の大弯部分の距離を算出する方法を用いて説明する。しかし本発明を適用可能な対象は、胸部大動脈のような血管に限られず、気管支、大腸、小腸などの管状構造物であればよい。また、本発明のより求まる管状構造物の長さは、本実施形態においてはステントグラフト内挿術を行う際に用いる血管の長さを取得する方法として説明を行うが、使用目的はこれに限られないことは言うまでもなく、例えば人工血管置換術を行う際に必要となる血管の長さを取得する方法に用いてもよい。

特開２０１６－１５８９１６号公報に記載の仕組みでは、胸部大動脈の弓部のねじれの構造を加味できておらず、例えば図４に示すように大弯部３３の線の部分の長さが曲線Ｗとして計測されてしまう（この部分が管状構造物の最大長でない可能性が高い）という課題があった。ステントグラフト内挿術では、適用する部位に対して多少長さを余分にとった種類のステントグラフトを医師が選択することが多いため、管状構造物の最大長を把握することが重要となる。本発明によれば、胸部大動脈の弓部のねじれの構造を加味して、図７のように曲線７００の線の部分の長さ（管状構造物の最も長い部分の長さ）を曲線Ｗとして計測することができる。すなわち、より正確な管状構造物の長さ（最大の長さ）を計測することが可能となる。

図１は、本実施形態の医用画像処理装置１００（情報処理装置とも称する）のハードウェア構成の一例を示す図である。本実施形態における医用画像処理装置１００は、ＣＴ装置などの医用画像診断装置で撮影された画像データをもとに生成されたボリュームデータ（医用３次元画像データ）を取得して（読み込んで）画像処理を行うものである。医用３次元画像データを生成する処理は、当該医用画像処理装置１００で行ってもよいし、予め他の処理装置で処理してもよい。

ＣＰＵ２０１は、システムバス２０４に接続される各デバイスやコントローラを統括的に制御する。

また、ＲＯＭ２０２あるいは外部メモリ２１１（記憶手段）には、ＣＰＵ２０１の制御プログラムであるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／ＯｕｔｐｕｔＳｙｓｔｅｍ）やオペレーティングシステムプログラム（以下、ＯＳ）や、医用画像処理装置１００の実行する機能を実現するために必要な後述する各種プログラム等が記憶されている。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。

ＣＰＵ２０１は、処理の実行に際して必要なプログラム等をＲＡＭ２０３にロードして、プログラムを実行することで各種動作を実現するものである。

また、入力コントローラ（入力Ｃ）２０５は、キーボードや不図示のマウス等のポインティングデバイス等の入力デバイス２０９からの入力を制御する。

ビデオコントローラ（ＶＣ）２０６は、ディスプレイ２１０等の表示器への表示を制御する。表示器の種類はＣＲＴや、液晶ディスプレイを想定するが、これに限らない。

メモリコントローラ（ＭＣ）２０７は、ブートプログラム、ブラウザソフトウエア、各種のアプリケーション、フォントデータ、ユーザファイル、編集ファイル、各種データ等を記憶するハードディスク（ＨＤ）やフレキシブルディスク（ＦＤ）或いはＰＣＭＣＩＡカードスロットにアダプタを介して接続されるカード型メモリ等の外部メモリ２１１へのアクセスを制御する。

通信Ｉ／Ｆコントローラ（通信Ｉ／ＦＣ）２０８は、ネットワークを介して、ＣＴ装置等の医用画像診断装置で取得された画像を記憶する記憶装置等の外部機器と接続・通信するものであり、ネットワークでの通信制御処理を実行する。例えば、ＴＣＰ／ＩＰを用いたインターネット通信等が可能である。

尚、ＣＰＵ２０１は、例えばＲＡＭ２０３内の表示情報用領域へアウトラインフォントの展開（ラスタライズ）処理を実行することにより、ディスプレイ２１０上での表示を可能としている。

また、ＣＰＵ２０１は、ディスプレイ２１０上の不図示のマウスカーソル等でのユーザ指示を可能とする。

本発明の医用画像処理装置１００が後述する各種処理を実行するために用いられる各種プログラム等は外部メモリ２１１に記録されており、必要に応じてＲＡＭ２０３にロードされることによりＣＰＵ２０１によって実行されるものである。

さらに、本発明に係わるプログラムが用いる定義ファイルや各種情報テーブルは外部メモリ２１１に格納されている。

以上で図１に示す医用画像処理装置１００のハードウェア構成の一例の説明を終了する。

次に、図２を用いて本実施形態における医用画像処理装置１００の機能構成の一例について説明する。医用画像処理装置１００は機能部として、取得部４０１、輪郭特定部４０２、中心位置特定部４０３、計測部４０４を備えている。

取得部４０１は、管状構造物を含む医用画像を取得する機能部である。輪郭特定部４０２は管状構造物の複数の輪郭を特定する機能部である。中心位置特定部４０３は、管状構造物の芯線を構成する複数の点から管状構造物の中心位置を特定する機能部である。計測部４０４は、輪郭を構成する点のうち、中心位置から所定の位置関係にある点を含む線の長さを計測する機能部である。

以上で図２に示す医用画像処理装置１００の機能構成の説明を終了する。

図３は、本発明の実施形態における医用画像処理装置１００が行う医用画像処理の流れを説明するフローチャートである。図２のフローチャートに示す処理は、医用画像処理装置１００のＣＰＵ２０１が記憶されている制御プログラムを読み出して実行することにより実現される。ここでは図５に示すような、胸部大動脈の弓部に大動脈瘤３７が発生している場合を例に説明する。

胸部大動脈にステントグラフト内挿術を行う際には、胸部大動脈が屈曲や蛇行しているため、芯線をもとにステントグラフトの長さを決定する方法ではなく、胸部大動脈のうちで最も長い部分の長さをもとにステントグラフトの長さを決定する方法が必要とされている。

図３のＳ２０１では、医用画像処理装置１００のＣＰＵ２０１は、まずＣＴ装置等の医用画像診断装置で取得されたＣＴ画像データを外部の記憶手段（不図示）から取得する。そして、これもとに生成された３次元情報を含む画像データである医用３次元画像データを生成して用意する。若しくは、予め生成され記憶されている医用３次元画像データを外部の記憶手段（不図示）から取得する。

Ｓ２０２では、医用画像処理装置１００のＣＰＵ２０１は、ユーザから医用３次元画像データにおける長さを抽出したい範囲Ｒの領域指定を受け付ける。受け付け方法としては、ディスプレイなどに表示されている画像に対するマウスのドラッグなどで領域指定を受け付ける方法等を用いることができる。なお、ユーザによる指示を受け付けなくとも、自動で領域を抽出する方法を用いてもよい。

Ｓ２０３では、医用画像処理装置１００のＣＰＵ２０１は、医用３次元画像データに基づいて、Ｓ２０２で受付けた範囲Ｒ（指定領域）における芯線を特定する（芯線特定手段）。具体的には、医用３次元画像データの所定領域に対して細線化処理をすることで芯線３１を特定する。図５（ａ）は、ユーザによるマウスのドラッグなどの領域指定操作により選択された一対の位置３０をもとに、芯線３１が特定されている様子を示している。

Ｓ２０４では、医用画像処理装置１００のＣＰＵ２０１は、芯線３１を構成する複数の点から平均座標を計算することで、中心点３２（中心位置）の位置座標を求める（中心位置特定手段）。図５（ａ）は、芯線３１を構成する複数の点から求まる中心点３２の位置を示している。なお、中心位置は、重心、内心、外心などであっても構わない。

Ｓ２０５で、医用画像処理装置１００のＣＰＵ２０１は、ステップＳ２０３で特定された範囲Ｒの芯線に対して所定の間隔で、管状構造物の断面を特定し、その断面における管状構造物の複数の輪郭を特定する（輪郭特定手段に相当する）。本実施形態では、所定の間隔を２ミリメートルとするが、他の値でも構わない。また、本実施形態では、芯線に対して垂直となる断面を特定するが、必ずしも垂直でなくともよい。垂直であることによって適切に断面を特定することができるためである。例えば図５（ｂ）のように断面５１乃至５６の断面で説明する。なお、断面５１乃至５６は説明のための断面であって、特定された管状構造物の複数の断面のうちの６つの断面に過ぎない。

断面５１の断面画像の例を、図６に示す断面画像として具体的に説明する。断面における管状構造物の輪郭の特定は、例えば、管状構造物の信号値とそれ以外の組織の信号値との差に基づいて特定することができる。
輪郭の特定の際には、管状構造物の芯線３１の位置から見て、信号値が急激に減少する境の部分に、複数の制御点を設定する。この複数の制御点が真円となるように位置を補正する。大動脈の輪郭は真円に近いため、輪郭を真円に補正をすることで、腕頭動脈３４や左総頸動脈３５や左鎖骨下動脈３６といった枝分かれする血管による輪郭特定への影響を減らすことができる。枝分かれする血管の補正については、ユーザがマニュアルで補正するようにしても構わない。この制御点は、管状構造物６０１の輪郭を示す点である。本実施形態では、説明のために２０個の制御点で説明をするが、この数はあくまでも例である。図６に示すように制御点１乃至２０が、管状構造物６０１の輪郭部分に含まれている。

Ｓ２０６では、医用画像処理装置１００のＣＰＵ２０１は、任意の輪郭における複数の制御点のうち、点Ｓから最も遠い位置関係（所定の位置関係に相当する）にある制御点を特定する。なお、大動脈の小弯部分の長さを計測するのであれば、点Ｓから最も近い位置関係（所定の位置関係に相当する）にある制御点を特定するようにすればよい。例えば、図６に示す断面５１における制御点１乃至２０のうち、点Ｓから最も遠い位置関係にある制御点を特定する。最も遠い制御点を、本実施形態では、制御点「１」と設定し、その制御点１から時計回りに、制御点２乃至２０を設定する。（図６）

Ｓ２０７では、Ｓ２０６で特定された、点Ｓから最も遠い制御点（制御点１）に基づいて、他の輪郭における制御点１を特定する。図８を用いて具体的に説明する。例えば、断面５２においてＳ２０６で特定された最も遠い位置関係にある制御点が、制御点１（図８の８０１）であった場合には、断面５２から２ミリメートル芯線方向に進んだ断面である断面５３の複数の制御点のうち、図８の８０１の位置座標に最も近い制御点を、制御点１（図８の８０２）として特定する。そして、その制御点１から時計回りに、制御点２乃至２０を設定する。この処理を繰り返すことにより、例えば断面５３から２ミリメートル芯線方向に進んだ断面である断面５４の制御点１は８０３に示す制御点であると特定できる。この処理により、ステップＳ２０５で特定されたすべての輪郭の制御点との位置関係を求めることなく、点Ｓから最も遠い位置関係にある制御点１をスピーディーに特定することができるため、医用画像処理装置１００の処理速度を向上させることができる。なお、目的に応じて最も遠い位置関係にある制御点を特定するようにしても構わない。Ｓ２０７の処理により、Ｓ２０５で特定された管状構造物の複数の輪郭の、最も遠い位置関係にある制御点を特定することができる。

次に、Ｓ２０８では、医用画像処理装置１００のＣＰＵ２０１は、ステップＳ２０７で特定された複数の制御点を接続することで、得られる曲線７００の長さを計測する（計測手段に相当する）。例えば図７に示す曲線７００である。図７に示すように、ねじれのような構造をしている管状構造物であっても、適切に管状構造物の長さを求められる。すなわち、中心点３２から見て最も遠い位置にある輪郭上の点を接続して得られた曲線の長さを求めることで、ステントグラフト内挿術で必要な情報（管状構造物の最大限の長さ）を正確に得ることを可能とする効果がある。また、中心点３２から見て最も遠い位置にある輪郭上の点を接続して得られた曲線の長さを求める処理に関する医用画像処理装置１００の処理負荷を低減することのできる効果を奏する。

なお、ＣＴ装置で撮影されたボリュームデータから生成された医用３次元画像データを例に説明を行ったが、ＣＴ装置のみならずＭＲＩ装置等の他のモダリティにより撮影されるボリュームデータで生成される医用３次元画像データを用いてもよい。

以上、本発明によれば、患者の管状構造物の必要部分の長さを精度よく取得することができる。

本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、１つの機器からなる装置に適用してもよい。

なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システム或いは装置に直接、或いは遠隔から供給するものを含む。そして、そのシステム或いは装置の情報処理装置が前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合も本発明に含まれる。

したがって、本発明の機能処理を情報処理装置で実現するために、前記情報処理装置にインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－ＲＷなどがある。また、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ－ＲＯＭ，ＤＶＤ－Ｒ）などもある。

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続する。そして、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、若しくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。

また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理を情報処理装置で実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ－ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせる。そして、ダウンロードした鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行して情報処理装置にインストールさせて実現することも可能である。

また、情報処理装置が、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。その他、そのプログラムの指示に基づき、情報処理装置上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、情報処理装置に挿入された機能拡張ボードや情報処理装置に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。

なお、前述した実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

３１ 芯線
３２ 中心点
３３ 胸部大動脈の大弯部
３４ 腕頭動脈
３５ 左総頸動脈
３６ 左鎖骨下動脈
７００ 曲線Ｗ

Claims (6)

1. 管状構造物を含む医用画像を取得する取得手段と、
   前記管状構造物の芯線の方向に対して所定の間隔で前記管状構造物の断面を複数特定し、当該複数の断面それぞれにおける前記管状構造物の輪郭を特定する輪郭特定手段と、
   前記管状構造物の芯線を構成する複数の点から、前記管状構造物の中心位置を特定する中心位置特定手段と、
   前記輪郭特定手段で特定された前記輪郭を構成する複数の点のうち、前記中心位置から最も遠い位置関係にある点である制御点を、前記輪郭特定手段で特定された複数の前記輪郭それぞれについて特定し、前記複数の輪郭それぞれで特定した前記制御点を接続して得られた線の長さを計測する計測手段と
   を備えることを特徴とする医用画像処理装置。
2. 前記輪郭特定手段は、前記管状構造物の芯線に対して垂直となる前記管状構造物の断面を複数特定し、当該複数の断面それぞれにおける前記輪郭を特定すること
   を特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記管状構造物は、血管であること
   を特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
4. 前記計測手段は、前記複数の輪郭のうち、１つの輪郭を構成する複数の点から前記中心位置から最も遠い位置関係にある点を前記制御点として特定し、前記１つの輪郭に隣接する輪郭を構成する複数の点のうち、当該制御点に最も近い点を、前記隣接する輪郭における前記制御点として特定する処理を繰り返すことで、前記複数の輪郭それぞれで前記制御点を特定すること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
5. 管状構造物を含む医用画像を取得する取得ステップと、
   前記管状構造物の芯線の方向に対して所定の間隔で前記管状構造物の断面を複数特定し、当該複数の断面それぞれにおける前記管状構造物の輪郭を特定する輪郭特定ステップと、
   前記管状構造物の芯線を構成する複数の点から、前記管状構造物の中心位置を特定する中心位置特定ステップと、
   前記輪郭特定ステップで特定された前記輪郭を構成する点のうち、前記中心位置から最も遠い位置関係にある点である制御点を、前記輪郭特定ステップで特定された複数の前記輪郭それぞれについて特定し、前記複数の輪郭それぞれで特定した前記制御点を接続して得られた線の長さを計測する計測ステップと
   を含むことを特徴とする医用画像処理装置の制御方法。
6. 管状構造物を含む医用画像を取得する取得手段と、
   前記管状構造物の芯線の方向に対して所定の間隔で前記管状構造物の断面を複数特定し、当該複数の断面それぞれにおける前記管状構造物の輪郭を特定する輪郭特定手段と、
   前記管状構造物の芯線を構成する複数の点から、前記管状構造物の中心位置を特定する中心位置特定手段と、
   前記輪郭特定手段で特定された前記輪郭を構成する点のうち、前記中心位置から最も遠い位置関係にある点である制御点を、前記輪郭特定手段で特定された複数の前記輪郭それぞれについて特定し、前記複数の輪郭それぞれで特定した前記制御点を接続して得られた線の長さを計測する計測手段
   として医用画像処理装置を機能させることを特徴とする前記医用画像処理装置で実行可能なプログラム。
   

Images