JPWO2007043310A1 - 画像表示方法及び医用画像診断システム - Google Patents

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Abstract

本画像表示方法は、ボリュームデータに基づいて三次元画像を作成する三次元画像作成ステップと、前記三次元画像を任意の位置で切断する切断面を設定する切断面設定ステップと、前記三次元画像と前記切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像であって、前記三次元画像のうち前記切断面によって隠れる部分が前記位置関係表示画像において前記切断面越しに視認可能であるように前記切断面の前記位置関係表示画像における不透明度が調整される、前記位置関係表示画像を作成する位置関係表示画像作成ステップと、を含む。

Description

本発明は、被検体から得た画像を三次元表示する画像表示方法及び医用画像診断システムに関する。本出願は、日本国特許法に基づく特許出願特願2005−295108号に基づくパリ優先権主張を伴う出願であり、特願2005−295108号の利益を享受するために参照による援用を受ける出願である。
医用画像診断装置において三次元画像を表示する手法の一つとして、最大輝度投影(Maximum Intensity Projection: MIP)法がある。MIP法では、結果として得ようとする像(MIP像)を構成する画素のそれぞれに対応する視線を考え、対象物のボリュームデータにおいて該視線上に存在する画素の持つ輝度のうちの最大値をMIP像の対応画素の輝度値とすることより、対象物から得た画像データを三次元的に表示するMIP像を得る。
MIP像は、視線方向の奥行き情報を失っているので、平面的な画像となっている。したがって、検者は、平面的に表示されたMIP像では血管の奥行き関係を把握することができないので、血管の奥行き関係を把握するために別の視線角度の可視化像を合わせて見る必要があり、効率及び操作性が悪い。そこで、三次元画像に奥行き情報を付加して表示することが考えられる。
例えば、特開2000−245487号公報に開示された技術では、ボリュームレンダリングによる三次元画像の投影画像とボリューム内に設定された断面位置のボクセル値を表示した断面の画像とを合成した画像が表示されるが、その具体的な合成方法については何らの開示も示唆もない。
本発明の目的は、奥行き情報を付与した三次元画像を作成して表示することである。
上記課題を解決するために、本発明は、ボリュームデータに基づいて三次元画像を作成する三次元画像作成ステップと、前記三次元画像を任意の位置で切断する切断面を設定する切断面設定ステップと、前記三次元画像と前記切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像であって、前記三次元画像のうち前記切断面によって隠れる部分が前記位置関係表示画像において前記切断面越しに視認可能であるように前記切断面の前記位置関係表示画像における不透明度が調整される、前記位置関係表示画像を作成する位置関係表示画像作成ステップと、を含む画像表示方法に係る。
好ましくは、前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像及び前記切断面が重なる部分と前記三次元画像及び前記切断面が重ならない部分とが前記位置関係表示画像において異なって表示されるように、前記三次元画像及び前記切断面の少なくとも一方の前記位置関係表示画像における不透明度が調整される。
また好ましくは、前記画像表示方法は、前記ボリュームデータに基づいて被検体の体表画像を作成する体表画像作成ステップを更に含み、前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像と前記切断面と前記体表画像との相互位置関係を表すように前記位置関係表示画像が作成される。
また、上記課題を解決するために、本発明は、被検体に関するボリュームデータを記憶するボリュームデータ記憶手段と、前記ボリュームデータに基づいて三次元画像を作成する三次元画像作成手段と、前記三次元画像を任意の位置で切断する切断面を設定する切断面設定手段と、前記三次元画像と前記切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像であって、前記三次元画像のうち前記切断面によって隠れる部分が前記位置関係表示画像において前記切断面越しに視認可能であるように前記切断面の前記位置関係表示画像における不透明度が調整される、前記位置関係表示画像を作成する位置関係表示画像作成手段と、を備える医用画像診断システムに係る。
好ましくは、前記医用画像診断システムは、前記被検体との間で超音波を送受する探触子と、前記探触子に駆動信号を供給すると共に、前記探触子から出力される受信信号を処理して受信データを出力する超音波送受信手段と、前記超音波送受信手段から出力された前記受信データに基づいて超音波画像を再構成する超音波画像作成手段と、前記位置関係表示画像及び前記超音波画像の少なくとも一方を表示する表示手段と、を更に備える。
更に好ましくは、前記医用画像診断システムは、前記ボリュームデータ及び前記探触子の前記位置情報に基づいて前記超音波画像と同一断面のリファレンス画像を作成するリファレンス画像作成手段を更に備え、前記表示手段は、前記リファレンス画像を表示する。
本発明によれば、例えばMIP画像を含む三次元画像において、奥行きを表現することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態を示す構成図 図2は、MIP法を説明するための図 図3A、3B及び3Cは、第1の実施形態の表示形態を説明するための図 図4は、MIP法の動作手順を示す図 図5A及び5Bは、MIP法における輝度値処理の例を説明するための図 図6は、MIP法の他の動作手順を示す図 図7A及び7Bは、MIP法における輝度値処理の他の例を説明するための図 図8は、位置関係表示画像を作成する動作手順を示す図 図9は、本発明の第2の実施形態を示す構成図 図10は、第2の実施形態の表示形態を説明するための図 図11A、11B及び11Cは、超音波画像の形状を説明するための図
符号の説明
10…医用画像診断装置、11…ボリュームデータ記憶部、12…MIP画像作成部、13…切断面作成部、14…位置関係表示画像作成部、15…表示部、16…制御部、17…操作部、21…視点、22…視線、23…ボリュームデータ、24…投影面、25…ボクセルデータのデータ列、26…最大輝度値のボクセル、27…投影面上の画素、31…血管のMIP像、32…血管のMIP像、33…血管のMIP像、34…切断面、35…MIP画像、36…被検体の体表を表すSR画像、50…超音波探触子、51…超音波送受信部、52…超音波画像作成部、53…磁気センサ、54…超音波断層面座標算出部、55…リファレンス画像作成部、56…表示部、57…超音波診断装置、58…三次元画像作成部、59…位置データ算出部、60…位置関係表示画像、61…超音波画像の表示エリア、62…リファレンス画像の表示エリア、63…超音波画像、64…リファレンス画像、65…血管の断面像、66…血管の断面像、67…血管の断面像、D…超音波画像の深度、F…超音波画像の視野、PR…プローブ半径
本発明の第1の実施形態を、図1〜5を用いて説明する。図1は、第1の実施形態の医用画像診断システムのシステム構成図である。この医用画像診断システムは、被検体から三次元ボリュームデータを取得する医用画像診断装置10と、医用画像診断装置10が取得したボリュームデータを記憶するボリュームデータ記憶部11と、ボリュームデータ記憶部11が記憶したボリュームデータに基づいてMIP画像を作成するMIP画像作成部12と、三次元空間の切断面を作成する切断面作成部13と、MIP画像と切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像を作成する位置関係表示画像作成部14と、位置関係表示画像作成部14が作成した位置関係表示画像を表示する表示部15と、CPU(Central Processing Unit)からなり上記各構成要素の制御を行う制御部16と、マウス、トラックボール、キーボード等からなり、検者の指示を制御部16に与える操作部17と、を含む。
医用画像診断装置10は、例えば、CT(Computed Tomography)画像診断装置、MR(Magnetic Resonance)画像診断装置、超音波画像診断装置等のいずれかであり、被検体の三次元ボリュームデータを取得する画像診断装置である。例えば、CT画像診断装置で取得されるボリュームデータは、そのボリュームに対応する被検体の或る箇所のX線吸収値に基づいて算出されるCT値から得られるデータであり、MR画像診断装置で取得されるボリュームデータは、そのボリュームに対応する被検体の或る箇所のプロトン密度等の測定値から得られるデータである。
ボリュームデータ記憶部11は、医用画像診断装置10が取得したボリュームデータをその三次元位置座標とともにメモリなどに記憶するものであり、様々な画像診断装置が取得した複数種類のボリュームデータを記憶することもできる。
MIP画像作成部12は、ボリュームデータ記憶部11に記憶されたボリュームデータに基づいてMIP法を用いてMIP画像を作成する。MIP法では、ボリュームデータに対し、検者が指定した視点及び投影面に対応した配置関係で二次元構造体である投影面を三次元空間に配置する。そして、ボリュームデータの投影面上の各画素への投影値として、投影線上にあるデータのうち値が最も大きなデータの値を求める。このようにして求めた投影値を各画素の値として、これら複数の画素に基づいてMIP画像を表示する。
このMIP法について、図2を用いて具体的に説明する。ボリュームデータ記憶部11に、ボリュームデータ23がその三次元座標とともに記憶されている。検者の視点21からボリュームデータ23を貫通して投影面24上の画素27(座標(X,Y))に至る視線22を考え、視線22上のボリュームデータ列25のうち最大輝度を持つボクセル26の輝度を表示部15に表示される投影面24上の画素27の輝度とする。なお、ここでは説明のため、投影面24をXY面として表現し、視線方向をZ軸方向として表現する。
検者の視点21からの視線22はボリュームデータ23を貫通するものであり、視線22と投影面24とは位置(X,Y)で交わる。視線22上のボリュームデータ23は、0番目〜Zmax番目までのボクセルデータのデータ列25である。視線22上のデータ列25について、視点21側から輝度値の比較を行う。具体的には、0番目のボクセルデータの輝度値とそれと隣接する1番目のボクセルデータの輝度値との比較を行い、高い方の輝度値を最大輝度値とする。そして、求められた最大輝度値と2番目のボクセルデータの輝度値との比較を行い、高い方の輝度値を最大輝度値とする。この比較操作を、Zmax番目まで繰り返す。
例えば、n番目のボクセルデータの輝度値を輝度値B(nは0≦n≦Zmax−1の整数)として一般式で表現すると、B≧B(n+1)ならばBを最大輝度値とし、B<B(n+1)ならばB(n+1)を新たな最大輝度値とする。そして、n=0からn=Zmax−1まで輝度値の比較操作を行って求められる最大輝度値を、投影面24の画素27の輝度値とする。例えばZ番目のボクセル26の輝度値が最大輝度値の場合、ボクセル26の輝度値を投影面24の位置(X,Y)の輝度値とする。MIP画像作成部12は、このようにして、位置(X,Y)に対応する最大輝度値を投影面24全体において求め、各点の最大輝度値で構成されるようなMIP画像を作成する。
切断面作成部13は、投影面をXY平面とし視線方向をZ軸とするXYZ三次元空間における切断面を作成する。例えば、切断面が点(X,Y,Z)を通り、切断面の回転成分Rが
Figure 2007043310
であるとき、切断面座標系上の点(X2D,Y2D)の三次元空間内における座標(X,Y,Z)は、
Figure 2007043310
となる。
検者は、操作部17を介して、切断面の三次元空間内における位置及び角度を変えることができる。例えば、検者は、表示部15の画面上に表示されている切断面の中央部をマウスでクリックして切断面を指定し、トラックボールを操作することにより、(X,Y,Z)を変化させて切断面の三次元位置を移動させる。また、検者は、表示部15の画面上に表示されている切断面の端部をマウスでクリックして切断面を指定し、トラックボールを操作することにより、回転成分Rを変化させて切断面を切断面の中心を支点として回転させる。なお、切断面の形状は、四角形に限らず、円形や扇形でもよく、超音波画像の視野及び深度に対応したコンベックス形でもよい。
位置関係表示画像作成部14は、MIP画像作成部12で作成されたMIP画像と切断面作成部13で作成された切断面とに基づいて、それらの相互位置関係を表す位置関係表示画像を作成する。この際、位置関係表示画像において、切断面は例えば緑色、MIP画像は例えば白黒又は赤色として、互いに異なる色相で表される。
ここで、MIP画像及び切断面に基づく位置関係表示画像の作成手法について詳細に説明する。MIP画像作成部12で作成されたMIP画像上の位置(X,Y)に対応する視線22上で最大輝度値を持つと判定されたボクセルのZ座標値をZとする。切断面作成部13で作成された切断面上の位置(X,Y)のZ座標値をZとする。なお、ここでは、視線22上のボリュームデータ23のうち最も視点21に近いもののZ座標値をゼロとする。
位置関係表示画像作成部14は、ZとZとを比較することにより、MIP画像及び切断面のうち視点21に近い方を判定し、陰面処理を施す。位置関係表示画像上の位置(X,Y)において、Z<ZであってMIP画像が切断面よりも視点21に近いと判定された場合、位置関係表示画像の輝度値にはMIP画像の輝度値を採用する。もしくは、MIP画像及び切断面に対してそれぞれ不透明度を設定しておき、不透明度が高いほど係数を重くしてZ順に輝度値を重み付け加算することによって、手前側のMIP画像が半透明に表示され、奥側の切断面がMIP画像を透過して表示されるようにしてもよい。これにより、位置関係表示画像において、MIP画像が切断面よりも手前側にあるように見える。また、Z>ZであってMIP画像が切断面より視点21から遠いと判定された場合、位置関係表示画像の輝度値には切断面の輝度値を採用する。もしくは、不透明度が高いほど係数を重くしてZ順に輝度値を重み付け加算することによって、手前側の切断面が半透明に表示され、奥側のMIP画像が切断面を透過して表示されるようにしてもよい。これにより、位置関係表示画像において、切断面がMIP画像よりも手前側にあるように見える。Z=Zと判定された場合には、位置関係表示画像作成部14は、表示画像上の位置(X,Y)において輝度値を例えば青色に設定する。これにより、位置関係表示画像において、切断面とMIP画像との境界線が青色で表現されて明瞭になる。ここで、切断面の不透明度及びMIP画像の不透明度を検者がそれぞれ任意の値に設定できるようにしておく。
表示部15は、位置関係表示画像作成部14が作成したMIP画像と切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像を表示する。このように、MIP画像に加えて切断面を表示することにより、MIP画像に奥行き情報を付与して表示することができ、例えば、血管を表示するMIP画像において血管の奥行き関係を表現して検者に把握させることができる。
図3A、3B及び3Cは、MIP画像と切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像が表示部15に表示される形態を説明する図である。切断面34が未設定のMIP画像35を図3Aに、切断面34が設定され切断面34とMIP画像35とに基づいて作成された位置関係表示画像を図3Bに、位置関係表示画像の他の例を図3Cに示す。
図3Aに示すように、切断面34が未設定のMIP画像35では、血管31、32及び33の奥行き関係が表現されていないので、検者は、どの血管が手前側に位置し、どの血管が奥側に位置しているのか、把握できない。それに対して、図3Bに示すように、MIP画像35に切断面34を設定し、切断面34とMIP画像35とに基づいて作成された位置関係表示画像では、検者は、血管31、32及び33のそれぞれと切断面34との位置関係から、血管32が最も手前側に位置し、血管31が最も奥側に位置し、血管33が血管32と血管31との間に位置することを把握することができ、血管31、32及び33の奥行き関係を把握することができる。
図3Cに、図3Bとは異なる方法で切断面34とMIP画像35との位置関係を表示する位置関係表示画像の例を示す。図3Cにおいて、例えば血管33に着目すると、血管33及び切断面34が重なる部分である図中B及びCで示す部分の表示と、血管33及び切断面34が重ならない部分である図中A及びDで示す部分の表示とが、互いに異なる様にする。つまり、血管33が手前側で切断面34が奥側となって重なる部分Bの表示と血管33及び切断面34が重ならない部分A(又はD)の表示とが互いに異なる様にする。或いは、切断面34が手前側で血管33が奥側となって重なる部分Cの表示と血管33及び切断面34が重ならない部分D(又はA)の表示とが互いに異なる様にする。表示の異ならせ方としては、例えば手前側の方が奥側よりもより明瞭に視認可能となるように双方を合成して表示する。逆に言えば、奥側の方が手前側よりもより不明瞭に視認可能となるように双方を合成して表示する。
また、血管33のうち、切断面34によって分けられる上側の部分に関して、血管33及び切断面34が重なる部分Bの表示と血管33及び切断面34が重ならない部分Aの表示とが互いに異なる様にする。血管33のうち、切断面34によって分けられる下側の部分に関しては、血管33及び切断面34が重なる部分Cの表示と血管33及び切断面34が重ならない部分Dの表示とが互いに異なる様にする。表示の異ならせ方は上述の通りである。
更に、血管33が手前側で切断面34が奥側となって重なる部分Bの表示と切断面34が手前側で血管33が奥側となって重なる部分Cの表示とが互いに異なる様にする。表示の異ならせ方は上述の通りである。
制御部16は、ボリュームデータ記憶部11に対してボリュームデータ23の大きさの設定指令を行い、ボリュームデータ23の大きさを変えることができる。例えば、ボリュームデータ23のうち血管や関心部位のデータを残して骨や体表のデータを削除するようにボリュームデータ23の大きさを設定することにより、血管や関心部位だけが表示されるように設定することができる。また、制御部16は、MIP画像作成部12に対して、視点21の位置、視線22の角度、及び投影面24の大きさの設定指令を行う。MIP画像作成部12は、制御部16の指令により、視点21を三次元空間内に任意に設定し、視点21を中心にして視線22の角度を設定し、投影面24の大きさを設定する。また、制御部16は、切断面作成部13に対して、切断面の大きさ、形状、位置及び角度の設定指令を行う。切断面作成部13は、制御部16の指令により、切断面を四角形、円形、扇形、超音波画像に対応したコンベックス形等に変形させ、切断面の大きさを設定し、切断面の三次元空間内における位置及び角度を設定する。
また、制御部16は、位置関係表示画像作成部14及び表示部15に対して、表示形態の設定指令を行う。位置関係表示画像作成部14及び表示部15は、制御部16の指令により、被検体に関するボリュームデータからMIP画像作成部12により構成されたMIP画像、及び切断面作成部13により構成された切断面の、表示エリアの大きさ及び画像配置を設定する。また、位置関係表示画像作成部14及び表示部15は、制御部16の指令により、必要があれば、被検体の輪切り断面を示す表示エリア、被検体の短軸断面を示す表示エリア、及び被検体の横軸断面を示す表示エリアの、大きさ及び画像配置を追加して設定する。
操作部17は、マウスやトラックボール等のポインティングデバイス及びキーボード等からなり、検者は、操作部17を介して、制御部16の上記各種設定に必要な数値や表示範囲等の指示を入力する。操作部17は、後述する磁気センサを含み、磁気センサの位置により切断面の位置及び角度の設定を行うこともできる。
次に、MIP画像作成部12の動作手順について図4を用いて説明する。
まず、MIP画像作成部12は、投影面24上の画素に対して演算を行うか否かを判断する(ステップS1)。MIP画像作成部12は、ステップS1において演算を行うと判定した場合、注目ボクセルを0番目のボクセルに設定する。すなわち、MIP画像作成部12は、視線22上のボリュームデータ23のうち最も視点21に近いボリュームデータ23を注目ボクセルのボクセルデータとして設定する(ステップS2)。MIP画像作成部12は、この注目ボクセルに設定された0番目のボクセルの輝度値を最大輝度値の初期値として格納する(ステップS3)。そして、MIP画像作成部12は、0番目のボクセルのZ座標をZ座標の初期値として例えば0とし、前記最大輝度値の初期値とともに格納する(ステップS4)。
次に、MIP画像作成部12は、注目ボクセルを0番目に隣接する1番目のボクセルに設定する。すなわち、MIP画像作成部12は、注目ボクセルを0番目から視線方向の奥側へ1ボクセル分移動させる(ステップS5)。そして、MIP画像作成部12は、新たに設定した注目ボクセルがボリュームデータ23の範囲内であるか否かを判定する(ステップS6)。そして、MIP画像作成部12は、新たに設定した注目ボクセルがボリュームデータ23の範囲内であるとステップS6において判定した場合、格納した0番目のボクセルの輝度値と新たに設定した1番目のボクセルの輝度値との比較を行う(ステップS7)。ステップS7において、注目ボクセルである1番目のボクセルの輝度値が0番目のボクセルの輝度値よりも大きい場合、MIP画像作成部12は、注目ボクセルの輝度値を最大輝度値として格納する(ステップS8)。MIP画像作成部12は、この格納した最大輝度値を有する注目ボクセルのZ座標を例えば1とし、新たに求めた最大輝度値とともに格納する(ステップS9)。そして、MIP画像作成部12は、注目ボクセルを1番目のボクセルから視線方向の奥側へ1ボクセル分移動させる(ステップS10)。ステップS7において、注目ボクセルである1番目のボクセルの輝度値が0番目のボクセルの輝度値以下の場合、MIP画像作成部12は、ステップS10に進み、注目ボクセルを1番目のボクセルから視線方向の奥側へ1ボクセル分移動させる。
そして、MIP画像作成部12は、ステップS10の後、ステップS6〜ステップS10のステップを繰り返して行う。そして、MIP画像作成部12は、注目ボクセルがボリュームデータ23の範囲から外れたとステップS6において判定した場合、ステップS1に進む。MIP画像作成部12は、投影面の全ピクセルに対してステップS2〜ステップS10の演算を行い、投影面の全ピクセルにおいて演算が完了したら、演算されたMIP画像を投影面上に表示する(ステップS11)。
以上のように演算されたMIP画像について、図5A及び5Bを用いて説明する。
図5Aに模式的に示す視線方向A、視線方向B及び視線方向Cのそれぞれについて輝度値の変化を表すグラフの例を、図5Bに模式的に示す。図5Bのそれぞれのグラフにおいて、横軸は各視線方向のボクセルのZ座標を表し、縦軸は各Z座標におけるボクセルの輝度値を表す。図4で説明したように各視線方向で最大輝度値を有するボクセルのZ座標を求める場合、各視線方向で最大輝度値を有するボクセルのZ座標を結ぶ線が、図5A及び5Bに示すように小刻みに折れ曲がった線となって認識しにくいことがある。
そこで、図6に示すMIP画像作成部12の動作手順の他の実施形態では、閾値を用いて輝度値を処理する。図6において、図4で説明した部分と同様の部分には同様の参照符号を付して、その説明を省略する。
図6において、MIP画像作成部12は、注目ボクセルがボリュームデータ23の範囲から外れたとステップS6において判定した場合、注目ボクセルを視線方向にマイナス1ボクセル分移動させる(即ち、注目ボクセルを視線方向の手前側へ1ボクセル分戻す)(ステップS12)。そして、MIP画像作成部12は、注目ボクセルの輝度値と予め設定された閾値との比較を行う(ステップ13)。ステップS13において、注目ボクセルの輝度値が予め設定された閾値よりも大きい場合、MIP画像作成部12は、ステップS12に戻り、注目ボクセルを視線方向に更にマイナス1ボクセル分移動させる。ステップS13において、注目ボクセルの輝度値が予め設定された閾値以下の場合、MIP画像作成部12は、この閾値の輝度値を有するボクセルのZ座標を最大輝度値を有するボクセルのZ座標とみなして格納し(ステップS14)、ステップS1へ進む。
輝度値の変化が図5A及び5Bと同一の例について、MIP画像作成部12が図6に示す動作を行った場合、図7A及び7Bに示すように、各視線方向で閾値の輝度値を有するボクセルのZ座標を結ぶ線は、図5A及び5Bに示す最大輝度値を有するボクセルのZ座標を結ぶ線に比べて滑らかであるので、MIP画像の表示が認識しやすい。
ここで、輝度値の閾値は、プログラムで自動的に設定してもよいし、検者がマニュアルで入力してもよい。プログラムで設定する場合は、ステップS8で格納された最大輝度値に1未満のある定数を掛け合わせた値を閾値として用いればよい。
また、ステップS13での判定条件として、「注目ボクセルの輝度値が予め設定された閾値よりも大きい」に代えて、「注目ボクセルにおける輝度値の勾配(即ち、図7Bに示す各グラフの勾配)がある閾値以下である」を用いてもよい。この場合、注目ボクセルの近傍3ボクセル又は近傍9ボクセルを用いて輝度値の勾配を算出する。近傍3ボクセルとは、注目ボクセルから視線方向(Z方向)にマイナス1移動したボクセル、注目ボクセルから視線方向にプラス1移動したボクセル、及び注目ボクセル自身である。近傍9ボクセルとは、注目ボクセルを中心としてX方向、Y方向、Z方向(視線方向)にプラスマイナス1の範囲内にある9つのボクセルである。
次に、位置関係表示画像作成部14の動作手順について図8を用いて説明する。
まず、位置関係表示画像作成部14は、MIP画像作成部12で作成されたMIP画像を読み込む(ステップS20)。そして、位置関係表示画像作成部14は、MIP画像の三次元空間上に切断面作成部13で作成された切断面を読み込む(ステップS21)。そして、位置関係表示画像作成部14は、位置関係表示画像上のピクセルに対してMIP画像と切断面との相互位置関係に基づく画像作成演算を行うか否かを判断する(ステップS22)。位置関係表示画像作成部14は、MIP画像の視線22上で最大輝度値を有するボクセルのZ座標値と、切断面作成部13で作成された切断面の投影面における切断面のZ座標値とを比較することにより、MIP画像及び切断面のどちらが視点21に近いかを判定する(ステップS23)。そして、位置関係表示画像作成部14は、MIP画像及び切断面のうち視点21により近いと判定された画像から順番に半透明合成する。ここで、MIP画像及び切断面にはそれぞれ不透明度が予め設定されており、それらの不透明度に応じた割合で輝度が加算される(ステップS24)。
具体的には、MIP画像が切断面よりも視点21に近い場合には、ステップS24において、位置関係表示画像の輝度は次の式(3)により算出される:
(数3)
=L×O+(1−O)×L×O (3)
ここで、Lは位置関係表示画像の輝度であり、LはMIP画像の輝度であり、Lは切断面の輝度であり、OはMIP画像の不透明度であり、Oは切断面の不透明度であり、(1−O)はMIP画像の透明度に相当する。
一方、切断面がMIP画像よりも視点21に近い場合には、ステップS24において、位置関係表示画像の輝度は次の式(4)により算出される:
(数4)
=L×O+(1−O)×L×O (4)
ここで、(1−O)は切断面の透明度に相当する。
次に、位置関係表示画像作成部14は、位置関係表示画像上の全ピクセルに対してMIP画像と切断面との相互位置関係に基づく画像作成演算が完了したとステップS22において判断したら、演算した位置関係表示画像を表示部15に表示させる(ステップS25)。
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、MIP画像と切断面との相互位置関係に基づいて位置関係表示画像を作成して表示することにより、MIP画像と切断面との相互位置関係を検者に明確に把握させることができる。
次に、本発明の第2の実施形態を、図9及び10を用いて説明する。第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、表示画像として被検体の体表画像を加えて、MIP画像と切断面と体表画像との相互位置関係を表すように、位置関係表示画像が作成され表示されることである。体表画像が加えられた位置関係表示画像は、リアルタイムバーチャルソノグラフィ(RVS)のガイド画像として用いることができる。RVSとは、超音波診断装置により被検体の超音波画像が撮像される際に、撮像中の超音波画像の表示断面に一致するリファレンス画像(例えばCT断層画像)が、種々の医用画像診断装置(例えばCT画像診断装置)により事前に取得された被検体に関する三次元ボリュームデータから抽出され、抽出されたリファレンス画像が撮像中の超音波画像と並列に表示画面に表示される技術である。これにより、超音波診断装置において、撮像中の超音波画像と同一断面のリファレンス画像をリアルタイムで描画することができる。
図9は、第2の実施形態の医用画像診断システムのシステム構成図である。超音波診断装置57は、被検体との間で超音波を送受する超音波探触子(以下、探触子という)50と、探触子50に駆動信号を供給する共に探触子50から出力される受信信号を処理して受信データを出力する超音波送受信部51と、超音波送受信部51から出力された受信データに基づいて超音波画像を再構成する超音波画像作成部52と、超音波画像作成部52から出力された超音波画像を表示する表示部56と、を含む。
超音波診断装置57は、更に、医用画像診断装置10により取得された被検体に関するボリュームデータを取り込んで記憶するボリュームデータ記憶部11を備えている。
探触子50には、駆動信号を超音波に変換して被検体の対象部位に射出すると共に被検体の対象部位から発生した反射エコーを受波して受信信号に変換する、診断用振動子が複数配列されている。診断用振動子に加えて、被検体の対象部位に治療用超音波を射出する治療用振動子が、探触子50に複数配列されていてもよい。
超音波診断装置57は、磁気位置センサシステムを備えている。磁気位置センサシステムは、被検体が載置されるベッドなどに取り付けられた磁場発生器(不図示)と、探触子50に取り付けられた磁気信号検出器(磁気センサ)53と、磁気センサ53から出力された検出信号に基づいて探触子50の三次元位置や傾き(ねじれ)等を表すデータ(以下、位置データという)を算出して超音波断層面座標算出部54及び切断面作成部13に出力する位置データ算出部59と、を有する。
超音波断層面座標算出部54は、探触子50の位置データを取得してリファレンス画像構成部55に出力する。リアルタイム撮像のときは、リファレンス画像構成部55は、現に撮像されている超音波画像に対応する位置データを超音波断層面座標算出部54からリアルタイムに取得する。
ボリュームデータ記憶部11は、医用画像診断装置10が取得したボリュームデータをその三次元位置座標とともにメモリなどに記憶するものであり、様々な画像診断装置が取得した複数種類のボリュームデータを記憶することもできる。
リファレンス画像構成部55は、超音波断層面座標算出部54から出力された探触子50の位置データに基づき、ボリュームデータ記憶部11に記憶されたボリュームデータからリファレンス画像用データを抽出してリファレンス画像を再構成する。このリファレンス画像用データは、リアルタイム撮像のときは、現に撮像されている超音波画像のスキャン面に対応する。リファレンス画像は、撮像されている超音波画像と同一断面の断層像として表示部56に表示される。
超音波診断装置57は、探触子50のガイド情報を作成する手段として、ボリュームデータ記憶部11に記憶されたボリュームデータに基づいてMIP画像及びサーフェイスレンダリング(SR)画像を作成してそれらを合成する三次元画像作成部58と、三次元空間の切断面を作成する切断面作成部13と、MIP画像と切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像を作成する位置関係表示画像作成部14と、を備えている。位置関係表示画像作成部14で作成された位置関係表示画像が探触子50のガイド情報となり、検者はガイド情報に基づいて探触子50を移動させる。なお、超音波診断装置57は、各構成要素を制御する制御部及び操作部(不図示)を備えている。
ここで、ガイド情報の作成について詳細に説明する。三次元画像作成部58は、ボリュームデータ記憶部11に記憶されたボリュームデータに基づいて第1の実施形態で説明したMIP法を用いてMIP画像を作成すると共に、ボリュームデータ記憶部11に記憶されたボリュームデータに基づいてサーフェイスレンダリング(SR)法やボリュームレンダリング(VR)法を用いて被検体の体表を表す画像(ここでは、SR画像と称することとする)を作成する。
サーフェイスレンダリング法では、ボリュームデータに対して視点及び投影面が検者により設定され、ボリュームデータから閾値処理などによって被検体の表面境界が抽出され、投影面上の各画素(座標(X,Y))への投影値として、視線ベクトルと境界面の法線ベクトルとのなす角度をもととした陰影処理結果が投影値に反映される。このとき、奥行き情報(Z座標)には表面境界のZ座標が採用される。
ボリュームレンダリング法では、ボリュームデータに対して視点及び投影面が検者により設定され、投影面上の各画素(座標(X,Y))への投影値として、視線上にあるボクセルの輝度が各画素の不透明度によって重み付けされながら加算される。このとき、奥行き情報(Z座標)には、輝度値がある閾値より大きくなった個所のZ座標又は輝度勾配がある閾値より大きくなった個所のZ座標が採用される。
三次元画像作成部58は、血管部分の画像をMIP法で作成し被検体の体表の画像をサーフェイスレンダリング法やボリュームレンダリング法で作成して三次元画像を作成する際、三次元空間におけるMIP画像及びSR画像の奥行き情報(Z座標)を併せて算出する。
三次元画像作成部58は、上述の通り作成したMIP画像とSR画像とを合成する。三次元画像作成部58は、MIP画像とSR画像とを合成する際、MIP画像のZ座標とSR画像のZ座標とを比較することにより、MIP画像及びSR画像のうち視点21からより遠く他方の陰になって見えない一方に対して陰面処理を施す。通常、血管の画像(MIP画像)が体表の画像(SR画像)より奥側に配置される。このとき、MIP画像及びSR画像に対してそれぞれ不透明度を設定しておき、不透明度に応じた係数及びZ座標値に応じた割合でMIP画像の輝度値とSR画像の輝度値とをブレンドすることで、手前側のSR画像が半透明に表示され、奥側のMIP画像がSR画像を透過して表示されるようにする。この合成された三次元画像は、被検体体表と血管との位置関係を表現しているので、被検体内のどこの血管が表示されているか、また、血管のどの位置からどの方向を観察しているかを、検者に明確に把握させることができる。
切断面作成部13は、位置データ算出部59から出力された磁気センサ53の位置データ(探触子50の三次元位置と傾き(ねじれ))に基づいて、三次元空間内における切断面を作成する。具体的には、切断面作成部13は、探触子50の三次元位置に基づいて第1の実施形態で説明した平面式(式(2))において(X,Y,Z)を変化させることにより、切断面の三次元位置を探触子50の三次元位置に応じて移動させる。また、切断面作成部13は、探触子50の傾き(ねじれ)に基づいて第1の実施形態で説明した回転成分R(式(1))を変化させて、切断面を切断面の中心を支点として回転させることにより、切断面を、探触子50の回転に応じて、切断面の中心を通る切断面の法線を軸として回転させる。
位置関係表示画像作成部14は、三次元画像作成部58で作成されたMIP画像とSR画像とが合成された三次元画像と、切断面作成部13で作成された切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像を作成する。
MIP画像とSR画像と切断面との関係については、第1の実施形態で説明したのと同様に、MIP画像、SR画像及び切断面について、それぞれのZ座標値が比較され、視点21に近い画像順に並べ替えられ(Z順に並べ替えられ)、陰面処理が施される。そして、視点21に近い方の画像ほど手前側に表示される。
ここで、位置関係表示画像の作成方法としては、MIP画像、SR画像及び切断面のそれぞれに不透明度を設定しておき、不透明度が高いほど係数を重くしてZ順に輝度値を重み付け加算する。具体的には、例えば、投影面の或る位置(X,Y)において、視点21から切断面、SR画像、MIP画像という順序で並んでいて、切断面及びSR画像の不透明度を低く、MIP画像の不透明度を高く設定した場合、位置関係表示画像において、視点から手前側の切断面及びSR画像が半透明で表示され、その奥側にあるMIP画像が切断面及びSR画像を透過して表示される。さらに、MIP画像のZ座標値と切断面のZ座標値とが等しい場合は、位置関係表示画像上の位置(X,Y)において輝度値を例えば青色に設定し、SR画像のZ座標値と切断面のZ座標値とが等しい場合は、位置関係表示画像上の位置(X,Y)において輝度値を例えば黄色に設定する。これにより、位置関係表示画像において、切断面とMIP画像との境界線が青色、切断面とSR画像との境界線が黄色で表現され、明瞭になる。
図10に示すように、表示部56は、位置関係表示画像部14で作成された位置関係表示画像60、超音波画像作成部52で作成された超音波画像63、及びリファレンス画像構成部55で作成されたリファレンス画像64を表示する。
位置関係表示画像60では、MIP画像として表示された血管31、32、33の画像と共に切断面34が表示されているので、検者は、血管31、32及び33のそれぞれと切断面34との位置関係から、血管32が最も手前側に位置し、血管31が最も奥側に位置し、血管33が血管32と血管31との間に位置することを把握することができ、血管31、32及び33の奥行き関係を把握することができる。更に、合成画像60では、被検体の体表を表すSR画像36が血管31、32、33の画像及び切断面34と共に表示されているので、検者は、被検体の体表と血管31、32及び33との立体的な位置関係を把握することができる。
超音波画像63及びリファレンス画像64は、切断面34に対応する被検体の断層像である。超音波画像63及びリファレンス画像64のそれぞれに、切断面34によって切断される血管31、32及び33の断面にそれぞれ対応する断面像65、66及び67が表示される。したがって、検者は、超音波画像63及びリファレンス画像64からも、血管31、32及び33の奥行き関係を把握することができる。
表示部56に表示される表示画面は、撮像中の超音波画像63が表示される表示エリア61と、超音波画像63と表示断面が同一のリファレンス画像64が表示される表示エリア62と、合成画像60のガイド情報が表示される表示エリアと、を有している。表示エリア61及び表示エリア62を横並びに配置し、合成画像60のガイド情報が表示される表示エリアを表示エリア61及び表示エリア62の下方に配置してもよい。これらの表示形態に限られず、診断に支障のない範囲内で、合成画像のガイド情報が表示される表示エリアの位置を変更してもよい。また、超音波画像を撮像している探触子50の位置をボディーマークに重ねて表示することが望ましい。更に、検者が操作部を介して各表示エリアの表示画面内での位置を移動できるようにしてもよい。
図11A、11B及び11Cは、超音波画像63の形状を説明する図である。図10に示す実施形態の超音波画像63は、コンベックス形の超音波探触子50により得られたものであり、図11Aに示すように、探触子50のプローブ半径PR並びに超音波画像63の視野F及び深度Dが超音波画像63の形状によって表されている。図10に示す実施形態では、切断面34及びリファレンス画像64の形状が、コンベックス形とされ、超音波画像63の形状と統一されている。
図11Bはリニア形の超音波探触子50により得られた超音波画像63を説明する図であり、図11Cはセクター形の超音波探触子50により得られた超音波画像63を説明する図であり、それぞれにおいて、超音波画像63の視野F及び深度Dが超音波画像63の形状によって表されている。なお、超音波探触子は三次元スキャン形であってもよい。これらの超音波画像63の形状に合わせて、切断面34及びリファレンス画像64の形状が決められることが望ましい。
以上の実施の形態では、三次元画像の例としてMIP画像が説明されているが、MIP画像の他にボリュームレンダリングによる三次元画像やMinIP(Minimum Intensity Projection)画像を適用してもよい。MinIP処理は、視線22上のそれぞれのボクセルについて最小値を取り出して投影画像を得る処理である。
以上の実施の形態では、MIP画像やSR画像に切断面を合成する際、それぞれの画素の輝度すなわち画像の不透明度を調整して合成することにより奥行きが表現されているが、画素の色相やその他の画像要素を調整してもよい。
また、以上の実施の形態では、超音波探触子50の三次元位置情報を得るために磁気センサ53が用いられているが、赤外線や超音波等により三次元位置情報を得るセンサを用いてもよい。
以上説明した画像表示方法及び医用画像診断システムによれば、奥行き情報を付与した三次元画像を作成して表示することができる。

Claims (20)

  1. ボリュームデータに基づいて三次元画像を作成する三次元画像作成ステップと、
    前記三次元画像を任意の位置で切断する切断面を設定する切断面設定ステップと、
    前記三次元画像と前記切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像であって、前記三次元画像のうち前記切断面によって隠れる部分が前記位置関係表示画像において前記切断面越しに視認可能であるように前記切断面の前記位置関係表示画像における不透明度が調整される、前記位置関係表示画像を作成する位置関係表示画像作成ステップと、
    を含むことを特徴とする画像表示方法。
  2. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記切断面のうち前記三次元画像によって隠れる部分が前記位置関係表示画像において前記三次元画像越しに視認可能であるように前記三次元画像の前記位置関係表示画像における不透明度が調整されることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  3. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像及び前記切断面が重なる部分と前記三次元画像及び前記切断面が重ならない部分とが前記位置関係表示画像において異なって表示されるように、前記三次元画像及び前記切断面の少なくとも一方の前記位置関係表示画像における不透明度が調整されることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  4. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像の前記切断面によって分けられる二つの部分の少なくとも一方において、前記三次元画像及び前記切断面が重なる部分と前記三次元画像及び前記切断面が重ならない部分とが前記位置関係表示画像において異なって表示されるように、前記三次元画像及び前記切断面の少なくとも一方の前記位置関係表示画像における不透明度が調整されることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  5. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像及び前記切断面が重ならない部分と、前記三次元画像の前記切断面によって分けられる二つの部分の一方において前記三次元画像及び前記切断面が重なる部分と、前記三次元画像の前記切断面によって分けられる前記二つの部分の他方において前記三次元画像及び前記切断面が重なる部分と、が前記位置関係表示画像において異なって表示されるように、前記三次元画像及び前記切断面の少なくとも一方の前記位置関係表示画像における不透明度が調整されることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  6. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、基準点が設定され、前記基準点と前記三次元画像と前記切断面との相互位置関係に基づいて前記三次元画像及び前記切断面の前記少なくとも一方の前記位置関係表示画像における不透明度が調整されることを特徴とする請求項5記載の画像表示方法。
  7. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像及び前記切断面のうち前記基準点に近い方がより明瞭に視認可能となるように前記三次元画像及び前記切断面の前記少なくとも一方の前記位置関係表示画像における不透明度が調整されることを特徴とする請求項5記載の画像表示方法。
  8. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像及び前記切断面のうち前記基準点から遠い方がより不明瞭に視認可能となるように前記三次元画像及び前記切断面の前記少なくとも一方の前記位置関係表示画像における不透明度が調整されることを特徴とする請求項5記載の画像表示方法。
  9. 前記ボリュームデータに基づいて被検体の体表画像を作成する体表画像作成ステップを更に含み、
    前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像と前記切断面と前記体表画像との相互位置関係を表すように前記位置関係表示画像が作成される、
    ことを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  10. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像のうち前記体表画像及び前記切断面の少なくとも一方によって隠れる部分が前記位置関係表示画像において前記体表画像及び前記切断面の前記少なくとも一方越しに視認可能であるように、前記三次元画像、前記切断面及び前記体表画像の少なくとも一つの前記位置関係表示画像における不透明度が調整されることを特徴とする請求項9記載の画像表示方法。
  11. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記切断面及び前記体表画像の境界線の色と前記切断面及び前記三次元画像の境界線の色とが異なるように前記位置関係表示画像が作成されることを特徴とする請求項9記載の画像表示方法。
  12. 前記三次元画像作成ステップにおいて、最大輝度投影法により得られる最大輝度を表す三次元画像として前記三次元画像が作成されることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  13. 前記三次元画像作成ステップにおいて、最大輝度投影法により得られる最大輝度を有するボクセルを含む組織の外形を表す三次元画像として前記三次元画像が作成されることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  14. 前記三次元画像作成ステップにおいて、ボリュームレンダリング法により得られるボリュームレンダリング画像として前記三次元画像が作成されることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  15. 前記位置関係表示画像作成ステップにおいて、前記三次元画像の不透明度及び前記切断面の不透明度が設定され、前記三次元画像及び前記切断面がそれぞれの前記不透明度に応じた係数により重み付けされて加算されることにより、前記三次元画像及び前記切断面の少なくとも一方が半透明化された画像として前記位置関係表示画像が作成されることを特徴とする請求項1記載の画像表示方法。
  16. 被検体に関するボリュームデータを記憶するボリュームデータ記憶手段と、
    前記ボリュームデータに基づいて三次元画像を作成する三次元画像作成手段と、
    前記三次元画像を任意の位置で切断する切断面を設定する切断面設定手段と、
    前記三次元画像と前記切断面との相互位置関係を表す位置関係表示画像であって、前記三次元画像のうち前記切断面によって隠れる部分が前記位置関係表示画像において前記切断面越しに視認可能であるように前記切断面の前記位置関係表示画像における不透明度が調整される、前記位置関係表示画像を作成する位置関係表示画像作成手段と、
    を備えることを特徴とする医用画像診断システム。
  17. 前記被検体との間で超音波を送受する探触子と、
    前記探触子に駆動信号を供給すると共に、前記探触子から出力される受信信号を処理して受信データを出力する超音波送受信手段と、
    前記超音波送受信手段から出力された前記受信データに基づいて超音波画像を再構成する超音波画像作成手段と、
    前記位置関係表示画像及び前記超音波画像の少なくとも一方を表示する表示手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項16記載の医用画像診断システム。
  18. 前記探触子の位置情報を取得する位置情報取得手段と、
    前記位置情報取得手段により取得された前記探触子の前記位置情報に基づいて、前記切断面に前記三次元画像に対して移動及び回転の少なくとも一方をさせる切断面移動手段と、
    を更に備えることを特徴とする請求項17記載の医用画像診断システム。
  19. 前記ボリュームデータ及び前記探触子の前記位置情報に基づいて前記超音波画像と同一断面のリファレンス画像を作成するリファレンス画像作成手段を更に備え、
    前記表示手段は、前記リファレンス画像を表示する、
    ことを特徴とする請求項18記載の医用画像診断システム。
  20. 前記切断面の形状、前記超音波画像の形状及び前記リファレンス画像の少なくとも一つの形状は、リニア型、コンベックス型及びセクター型の一つであることを特徴とする請求項19記載の医用画像診断システム。
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