JPWO2011062108A1

JPWO2011062108A1 - 画像処理装置及び画像処理方法

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Publication number: JPWO2011062108A1
Application number: JP2011541899A
Authority: JP
Inventors: 後藤　良洋; 良洋後藤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2013-04-04
Also published as: WO2011062108A1

Abstract

皮膚を除去した陰影付け3次元画像を生成する画像処理装置を提供する。画像処理装置100のCPU101は、複数の断層像からなるボリュームデータに対して入射する投影線上の画素(ボクセル)の画素値から、注目画素とその周辺画素との差分値、差分値のべき乗、標準偏差値、分散値等の2次的値を算出する。CPU101は、このような画素値から導出される2次的値に応じてオパシティを設定し、このオパシティに基づいて、ボリュームレンダリング処理を実行することにより陰影付け3次元画像を生成する。例えば、差分値の大きい領域は皮膚領域であるものとみなし、差分値のヒストグラムから、皮膚領域のオパシティを小さく設定する。

Description

本発明は、複数の断層像から3次元画像を生成する画像処理装置及び画像処理方法に関する。

従来から、例えばX線CT(computed tomography)装置やMRI(magnetic resonance imaging)装置、超音波診断装置等によって撮影される一連の断層像群を基に、例えば、3Dボリュームレンダリング画像(陰影付け3次元画像)を生成する画像処理装置が提案されている。ボリュームレンダリング処理は、複数の断層像を積み重ねてなるボリュームデータ内の各画素(ボクセル)に分布している特徴量を、任意の視点から仮想光線(レイ)に沿って一定間隔でサンプリングし、その値を加算していくことで最終的に半透明な画像を生成するものである。仮想光線は、投影面の各画素から射出される。ボリュームデータ内の各画素の特徴量(画素値)は、仮想光線の強度と、その減衰、反射、及び当該画素の不透明度を考慮して決定される。

不透明度を表すパラメータとして、オパシティが導入される。オパシティの設定方法としては、例えば、H.U.(Hounsfield Unit)に関するヒストグラムを用いた統計解析を行うことにより、最適なオパシティカーブを決定することが記述されている(特許文献1の段落［0025］)。この特許文献1では、操作者の画像生成におけるパラメータ(オパシティ)設定の負担軽減を目的としたものであり、H.U.に関する統計解析によって客観的な評価値に基づいてオパシティを設定可能としている。

また、特許文献2では、ボリュームデータ内の注目データを基準として一定の空間的広がりを有するカーネルを設定し、このカーネル内の複数のデータの値に基づいて重心位置を求め、重心位置とカーネルの中心位置(通常は注目データ位置に一致)との距離(分布評価値)に基づいてオパシティを決定することが記述されている(段落［0006］〜［0007］)。これにより、注目データが存在する位置の近傍での組織性状(例えば、組織境界の有無)を反映したオパシティの決定を行っている。なお、特許文献2における上述のカーネル内のデータとは、超音波ビームのエコーデータである(段落［0041］)。

特開2008−6274号公報特開2004−267506号公報

ところで、皮下組織の観察を行うために、皮膚を除去した陰影付け3次元画像を生成したいという要望がある。例えば、大腸等の管腔臓器にあるがんを観察する場合、仮想的な視点を腸内に設定し陰影付け3次元画像を生成すると、腸壁の表面に現れているがんは表示されるが、腸壁の内部の皮下組織にあるがんは表示されない。そこで、皮膚(ここでは腸壁)を除去した陰影付け3次元画像を生成するために、皮膚のオパシティを小さく設定し、皮膚を透明にすると、オパシティはCT値(H.U.)やエコーデータに応じて決定されているため、皮膚とともに筋肉等の組織も透明に表示され、意図しない骨が表示されてしまっていた。上述の特許文献1及び特許文献2では、そもそも皮膚を除去した陰影付け3次元画像を生成することは考慮されていなかった。例えば、特許文献2により皮膚を透明に表示しようとすると、カーネルの重心位置と中心位置との距離(分布評価値)が皮膚の境界前後で同じ値となる位置があるので、皮膚以外も透明に表示されてしまう。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、複数の断層像に基づいて、皮膚を除去した陰影付け三次元画像を生成することが可能な画像処理装置及び画像処理方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、本発明は、複数の断層像に対して投影線を設定し、陰影付け3次元画像を生成する画像処理装置であって、前記投影線上の画素の画素値から導出される2次的値に応じてオパシティを設定するオパシティ設定手段と、前記オパシティ設定手段により設定されたオパシティに基づいて、前記陰影付け3次元画像を生成する画像生成手段と、を備えることを特徴とする画像処理装置である。

また本発明は、複数の断層像に対して投影線を設定し、陰影付け3次元画像を生成する画像処理方法であって、前記投影線上の画素の画素値から導出される2次的値に応じてオパシティを設定するオパシティ設定ステップと、前記オパシティ設定ステップにより設定されたオパシティに基づいて、前記陰影付け3次元画像を生成する画像生成ステップと、を備えることを特徴とする画像処理方法である。

本発明の画像処理装置及び画像処理方法により、複数の断層像に基づいて、皮膚を除去した陰影付け3次元画像を生成することが可能な画像処理装置及び画像処理方法を提供することが可能となる。

画像処理装置100の全体構成を示す図皮下組織内のがんのイメージ図投影線上の差分値(2次的値の一例)と、断層像との対応を示す図本発明に係る画像処理装置100が実行する画像生成処理の流れを説明するフローチャート(第1の実施の形態) オパシティの設定例(ヒストグラムへのオパシティ線の割り当て) オパシティの設定例本発明により生成された皮膚が除去された画像の表示例本発明により生成された皮膚が除去された画像の表示例操作者にオパシティを割り当てさせる場合のオパシティ設定画面200の例本発明に係る画像処理装置100が実行する画像生成処理の流れを説明するフローチャート(第2の実施の形態) 本発明に係る画像処理装置100が実行する画像生成処理の流れを説明するフローチャート(第3の実施の形態) 画素値の1次的値での条件判定結果に応じて、1次的値または2次的値にオパシティを割り当てる場合のオパシティ設定画面300の例本発明により生成された、皮膚が除去され、骨が表示された画像の表示例本発明により生成された、皮膚が除去され、骨が表示された画像の表示例本発明により生成された、皮膚が除去され、骨が表示された画像の表示例(骨は相対位置のみ) 本発明により生成された、皮膚が除去され、骨が表示された画像の表示例(骨は相対位置のみ) 従来の手法で生成された陰影付け3次元画像に、本発明にて生成した皮膚除去画像を合成した画像の表示例

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第1の実施の形態］
まず、図1を参照して、本発明の画像処理装置100を適用した画像処理システム1の構成について説明する。

図1に示すように、画像処理システム1は、表示装置107、入力装置109を有する医用画像処理装置100(以下、画像処理装置100という)と、画像処理装置100にネットワーク110を介して接続される画像データベース111と、画像撮影装置112とを備える。

画像処理装置100は、画像生成、画像解析等の処理を行うコンピュータである。例えば、病院等に設置される医用画像処理装置を含む。

画像処理装置100は、図1に示すように、CPU(Central Processing Unit)101、主メモリ102、記憶装置103、通信インタフェース(通信I/F)104、表示メモリ105、マウス108等の外部機器とのインタフェース(I/F)106を備え、各部はバス113を介して接続されている。

CPU101は、主メモリ102または記憶装置103等に格納されるプログラムを主メモリ102のRAM上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス113を介して接続された各部を駆動制御し、画像処理装置100が行う各種処理を実現する。

また、CPU101は、後述する画像生成処理(図4参照)において、複数の断層像からなるボリュームデータについて、ボリュームレンダリング処理を実行する。本発明では、ボリュームレンダリング処理におけるオパシティは、画素値(CT値、MR値、またはエコーデータ)から導出される2次的値に対して割り当てるものとする。

画素値から導出される2次的値とは、例えば、注目画素とその周辺画素との差分値、差分値のべき乗、標準偏差値、分散値等を含む。
オパシティの設定については、後述する。

なお、以下の説明において、ボリュームレンダリング処理により生成される陰影付けされた3次元画像を陰影付け3次元画像と呼ぶ。

主メモリ102は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等により構成される。ROMは、コンピュータのブートプログラムやＢIOS等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。また、RAMは、ROM、記憶装置103等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、CPU101が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶装置103は、HDD(ハードディスクドライブ)や他の記録媒体へのデータの読み書きを行う記憶装置であり、CPU101が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、OS(オペレーティングシステム)等が格納される。プログラムに関しては、OSに相当する制御プログラムや、アプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、CPU101により必要に応じて読み出されて主メモリ102のRAMに移され、各種の手段として実行される。

通信I/F104は、通信制御装置、通信ポート等を有し、画像処理装置100とネットワーク110との通信を媒介する。また通信I/F104は、ネットワーク110を介して、画像データベース111や、他のコンピュータ、或いは、X線CT装置、MRI装置等の画像撮影装置112との通信制御を行う。

I/F106は、周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器とのデータの送受信を行う。例えば、マウス108やスタイラスペン等のポインティングデバイスをI/F106を介して接続させるようにしてもよい。

表示メモリ105は、CPU101から入力される表示データを一時的に蓄積するバッファである。蓄積された表示データは所定のタイミングで表示装置107に出力される。

表示装置107は、液晶パネル、CRTモニタ等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、表示メモリ105を介してCPU101に接続される。表示装置107はCPU101の制御により表示メモリ105に蓄積された表示データを表示する。

入力装置109は、例えば、キーボード等の入力装置であり、操作者によって入力される各種の指示や情報をCPU101に出力する。操作者は、表示装置107、入力装置109、及びマウス108等の外部機器を使用して対話的に画像処理装置100を操作する。

ネットワーク110は、LAN(Local Area Network)、WAN(Wide Area Network)、イントラネット、インターネット等の各種通信網を含み、画像データベース111やサーバ、他の情報機器等と画像処理装置100との通信接続を媒介する。

画像データベース111は、医用画像撮影装置112によって撮影された画像データを蓄積して記憶するものである。図1に示す画像処理システム1では、画像データベース111はネットワーク110を介して画像処理装置100に接続される構成であるが、画像処理装置100内の例えば記憶装置103に画像データベース111を設けるようにしてもよい。

以下の説明では、2次的値として、注目画素とその周辺画素との差分値(以下、差分値という)を用いる例について説明する。

次に、図2及び図3を参照して、ボリュームレンダリング処理とオパシティについて説明する。
ボリュームレンダリング処理は、複数の断層像を積み重ねてなるボリュームデータ内の各画素(ボクセル)に分布している特徴量を、任意の視点から仮想光線(レイ)に沿って一定間隔でサンプリングし、その値を加算し、投影面に投影する。最終的に生成される画像は、特徴量の加算値を濃淡または色の変化等で表現した、陰影付けされた3次元画像となる。仮想光線は、投影面の各画素から射出される。ボリュームデータ内の各画素の特徴量は、例えば断層像の画素値(CT値、MR値、エコーデータ等)である。生成される3次元画像の各画素の画素値は、ボリュームデータの濃度勾配や、仮想光線の強度と、その減衰、反射、及び当該画素の不透明度を考慮して決定される。

図2に示すように、例えば大腸等の管腔臓器内部に視点を設定し、腸壁の内部の皮下組織に存在するがんについて観察するための画像を生成する場合を考える。仮想光線は視点から発し、がんに到達する前に腸壁に達するため、腸壁の透明度を高く設定すればよい。

そこで、本発明では、皮膚(腸壁)と他の部位とを明確に区別するパラメータを画素値に基づいて導出し、このパラメータに応じたオパシティを設定する。本発明では、このパラメータを、画素値から導出された2次的な値という意味において、2次的値と呼ぶ。これに対して、画素値は1次的値と呼ぶこととする。

図3のグラフG1は、投影線上における注目画素とその周辺の画素との画素値の差分値の変化を示している。差分値は、以下の式(1)から算出される。

差分値＝sqrt(ΔI_x ²＋ΔI_y ²＋ΔI_z ²) ・・・(1)
ここで、ΔI_x，ΔI_y，ΔI_zは、それぞれx，y，z方向の隣接画素とのCT値差とする。

グラフG1に示すように、空気領域と臓器領域との境界、すなわち皮膚領域において差分値が大きくなる。なお、臓器内の血管壁においても差分値が大きくなるが、その差分値は皮膚領域程は大きくない。

そこで、本発明では、画素値の差分値が大きい領域を皮膚領域とみなし、皮膚領域のオパシティ値(不透明度)を小さく設定することにより、陰影付け3次元画像から皮膚領域を除去する。

すなわち、差分値に応じてオパシティを設定し、設定されたオパシティにてボリュームレンダリング処理を実行する。

同様に、差分値のべき乗、注目画素とその周辺画素の画素値の標準偏差値、分散値等からも皮膚領域を推定できる。

オパシティとは不透明度を表す値である。以下の説明では、オパシティの値をαとする。

透明度は、1−α(αが、0以上1以下の実数の場合)であり、オパシティαが与えられれば一義的に求められる。なお、αの値を正の整数とした場合は、透明度は、定数−αである。例えば、α＝1，2，3，…，1000の場合、透明度は1000−αとする。
この場合は整数計算となるので誤差がなくなり、高速に演算できる。

次に、図4〜図8を参照して、画像処理装置100の動作について説明する。

画像処理装置100のCPU101は、主メモリ102から図4の画像生成処理に関するプログラム及びデータを読み出し、このプログラム及びデータに基づいて処理を実行する。

なお、以下の画像生成処理の実行開始に際して、複数の断層像を積み上げたボリュームデータは画像データベース111等からネットワーク110及び通信I/F104を介して取り込まれ、画像処理装置100の記憶装置103に記憶されているものとする。

図2の画像生成処理において、まず画像処理装置100のCPU101は、対象領域についての一連の断層像を入力データとして読み込む。ここで入力データの好適な例として、CT画像、MR画像、または超音波画像等が挙げられる。以下の説明において、対象領域をすねとしたCT画像を基に、陰影付け3次元画像の生成例を示すが、対象領域はこれに限定されず、また、CT画像以外の画像を入力データとしてもよい。

まず、CPU101は、読み込んだ入力データ(ボリュームデータ)に対して所定の視点方向に投影線(仮想光線)を設定し、投影線上の各画素の2次的値を算出する(ステップS101)。ここでは、2次的値の一例として、注目画素の画素値とその周辺の画素の画素値との差分値を求める。
差分値は、上述の式(1)により算出される。

なお、ステップS101の処理は、以前に求めた2次的値のデータがある場合にはそれを読み込むだけでよい。例えば、高周波強調画像や圧縮画像が生成されている場合には、その生成段階で差分値が算出されているので、ステップS101の演算を省略し、既出の差分値を読み込むだけでよい。

次に、CPU101は、ステップS101で算出した差分値に応じてオパシティを設定する。例えば、CPU101は差分値のヒストグラムを求め、求められたヒストグラムに対してオパシティを割り当てる。

図5は、差分値のヒストグラムへのオパシティの割り当て例を示す図である。図5のヒストグラムでは、横軸が差分値、左縦軸が出現頻度、右縦軸がオパシティを示し、山状の細い実線がヒストグラム、太い実線がオパシティ線を示している。

CPU101は、オパシティを設定する際、例えば、図5(a)のヒストグラムのピーク位置及び高さを求め、ピークの高さに対して所定の割合の高さとなる位置Δ1，Δ2を求める。所定の割合として、例えば図5(a)では、ピークの高さの1／2としている。

そして、CPU101は、Δ3＝Δ2＋定数×(Δ2−Δ1)として、
0〜Δ1：直線L1
Δ1〜Δ2：直線L2
Δ2〜Δ3：直線L2
Δ3〜：直線L3
となるように、オパシティ線を設定する。

また、図5(b)に示すように、差分値のヒストグラムのピークの位置をΔ2とし、ピーク高さの1／2の高さとなる位置のうち差分値の小さい方をΔ1とし、
Δ3＝Δ2＋定数×(Δ2−Δ1)として、
0〜Δ1：直線L1
Δ1〜Δ2：直線L2
Δ2〜Δ3：直線L3
となるように、オパシティ線を設定してもよい。

差分値の比較的小さく画素値の一様な領域、すなわち皮膚以外の領域でオパシティが大きく設定されるため不透明に表示される。一方、差分値が大きい領域は皮膚領域とみなされ、オパシティが小さく設定されて透明に表示される。よって、差分値の大きい皮膚領域は透明に表示される。

図6(a)に示すように、ヒストグラムに複数のピークがある場合にも、最も出現頻度の高いピークを選択して、図5と同様にオパシティを設定してもよい。

また、オパシティ線は、右下がりの線に限定されず、任意の形状としてもよい。

例えば、図6(b)に示すように、オパシティ線を複数段階に変化させてもよい。また図6(c)に示すように、特定の差分値のオパシティを高くし、不透明に表示させるようにしてもよい。例えば、観察対象の病変部位の差分値が予め分かっているような場合には、その差分値を持つ領域について不透明に表示させることも可能である。

次に、CPU101は、投影線上の各画素について、入力されたボリュームデータから差分値(2次的値)を求め、差分値(2次的値)に割り当てられたオパシティを参照し、陰影付け3次元画像の各画素の画素値を求める(ステップS103)。ボリュームレンダリング処理では、ボリュームデータの投影線上の濃度勾配、仮想光線の強度の減衰、反射、濃度勾配、及びオパシティを考慮する。以下の式(2)または式(3)は、陰影付け3次元画像の画素値を算出する式である。

ここで、
α ：オパシティ
n_ｉ：濃度勾配の絶対値。濃度勾配は、光線入射方向での隣接画素との差分を式(1)の差分値で除したものである。

L ：仮想光線強度の初期値
CT_ｉ：CT値
とする。

なお、上述の式(2)または(3)のいずれを用いて3次元画像の画素値を算出するかは、予め決定されていてもよいし、操作者の選択操作によって決定するものでもよい(図9参照)。

画素値の算出に、式(3)を用いた場合は、式(2)を用いた場合と比較して、CT値の高いところはより淡く(白く)表示され、CT値の低いところはより濃く(黒く)表示される。

CPU101は、ステップS101〜ステップS103の処理によって陰影付け3次元画像の各画素の画素値が算出されると、記憶装置103に記憶するとともに表示装置107に表示する。

図7及び図8は、本発明の第1の実施の形態によって生成された陰影付け3次元画像の表示例である。図7は、上述の式(3)を用いて陰影付け3次元画像の画素値を算出した例であり、図8は、上述の式(2)を用いて陰影付け3次元画像の画素値を算出した例である。

本発明では、皮膚領域を画素値から導出される2次的値から推定し、その2次的値に応じてオパシティを設定しているため、図7または図8に示すような、皮膚領域を除去した陰影付け3次元画像を生成できる。図7ではより濃度値の低い画素はより暗く、濃度値の高い画素はより明るく表現される。

以上説明したように、画像処理装置100のCPU101は、複数の断層像に基づいて、仮想的な視点から射出した仮想光線上の各画素について画素値の2次的値を求め、この2次的値に応じてオパシティを設定する。オパシティは、例えば、皮膚領域と推定される2次的値では低く、その他の領域と推定される2次的値では高く設定される。そして、設定したオパシティ値を用いて、ボリュームレンダリング処理(陰影付け3次元画像の生成処理)を行い、陰影付け3次元画像を出力する。

そのため、皮膚領域を画素値から導出される2次的値から推定し、その2次的値に応じてオパシティを設定しているため、皮膚領域を他の領域と明確に区別して不透明度または透明度を設定できる。そのため、皮膚を除去した陰影付け3次元画像を生成できる。

［第2の実施の形態］
次に、図9〜図10を参照して、第2の実施の形態の画像処理装置100について説明する。

第2の実施の形態の画像処理装置100のハードウエア構成は、図1に示す第1の実施の形態の画像処理装置100と同様であるので、同一の各部については同一の符号を付して説明することとする。

第2の実施の形態において、画像処理装置100は、オパシティの設定及び陰影付け3次元画像の生成のための各種パラメータの設定のためのユーザインタフェースを提供する。

すなわち、画像処理装置100のCPU101は、3次元画像の生成に先立ち、オパシティの設定、陰影付けモードの選択、2次的値の選択のうち、少なくともいずれか一つを含む設定画面200を表示装置107に表示する。

図9は、オパシティの設定画面200の表示例である。
図9に示すように、設定画面200には、画像表示エリア201、ヒストグラム表示エリア202、及び選択エリア203が設けられる。

画像表示エリア201に表示される画像は、例えば図7または図8に示すような、この設定画面200にて設定したオパシティを用いて生成される陰影付け3次元画像である。

選択エリア203には、選択可能なオパシティ線の形状の一覧と、陰影付けモードのプルダウンリストと、二次的値のプルダウンリストと、「終了」ボタンが表示されている。

選択可能なオパシティ線としては、図9に示すような右下がりに傾きを持つ形、右上がりに傾きを持つ形等の定型パターンの他、図6に示すパターンを含む任意の形状が設定可能である。

陰影付けモードとは、3次元画像の生成に用いる式の選択モードである。例えば、第1の実施の形態の式(2)または式(3)である。図9では「CT値に比例」が表示され、式(3)が選択されていることを示している。

選択可能な2次的値としては、オパシティの割り当てに使用する2次的値であり、例えば、注目画素とその周辺画素との差分値、差分値のべき乗、標準偏差値、分散値等である。図9では「差分値」が選択されていることを示している。

次に、オパシティを手動設定する場合の処理の流れを説明する。
図10のフローチャートに示すように、まず、CPU101は、第1の実施の形態のステップS101と同様に、読み込んだボリュームデータから、仮想光線上の各画素の2次的値を算出する(ステップS201)。その後、算出した2次的値のヒストグラムを生成し、表示装置107に表示する。例えば、図9に示す設定画面200のヒストグラム表示エリア202にヒストグラムを表示する(ステップS202)。

ここで、CPU101は選択エリア203に対する選択操作を受付け、選択されたオパシティ線をヒストグラム上に表示する。

CPU101は、ヒストグラム上にオパシティ線を表示する際、カーブの変化点にハンドルM1，M2を表示する。操作者は、必要に応じ、マウス108等の操作によってハンドルM1，M2を任意の位置に移動させ、カーブの形状を調整する(ステップS203)。なお、CPU101がヒストグラム上にオパシティ線を表示する際、デフォルトでは第1の実施の形態と同様に、ピークの位置及び高さに基づいたオパシティ線を設定して表示してもよい。

CPU101は、ヒストグラム上に設定されたオパシティに基づいて、2次的値とオパシティ値とを対応付け、主メモリ102に保持する。

その後、第1の実施の形態のステップS3と同様に、CPU101は、入力されたボリュームデータ(複数の断層像)から2次的値を求め、2次的値に対応付けられたオパシティ値を参照し、ボリュームレンダリング処理を実行する。ボリュームレンダリング処理では、仮想光線の減衰と反射とオパシティを考慮し、選択エリア203にて選択されている陰影付けモードに応じて、上述の式(2)または式(3)を選択し、選択された陰影付けモードに基づいて、陰影付け3次元画像の画素値を算出する(ステップS204)。その後、CPU101は、ステップS201〜ステップS204の処理によって3次元画像の各画素の画素値が算出されると、記憶装置103に記憶するとともに表示装置107に表示する。

以上説明したように、第2の実施の形態の画像処理装置100では、オパシティ線の形状や陰影付けモードの選択や2次的値の選択等を操作者に行わせるための選択画面200を表示し、操作者からの操作を受け付ける。

従って、第1の実施の形態における効果に加え、生成する画像についてのオパシティの設定やボリュームレンダリング処理における陰影付けモードや、2次的値を操作者の望むものに自在に変更できる。そのため、皮膚を除去した陰影付け3次元画像を、操作者の所望するオパシティや陰影付けモード等にて生成できる。

［第3の実施の形態］
次に、図11〜図13を参照して、第3の実施の形態の画像処理装置100について説明する。
第3の実施の形態の画像処理装置100のハードウエア構成は、図1に示す第1の実施の形態の画像処理装置100と同様であるので、同一の各部については同一の符号を付して説明することとする。

第1及び第2の実施の形態の手法にて、皮膚を除去した陰影付け3次元画像を生成すると、図7及び図8に示すように、皮下組織(筋肉、血管等)が半透明に表示されるため、骨領域は表示されない。一方で医用画像の診断を行う場合、組織の位置関係を明確にするため、皮膚は除去しつつも骨を表示させたいという要望もある。

第3の実施の形態の画像処理装置100は、骨を表示しつつ、皮膚を除去した画像を生成する。

図11は、骨を表示しつつ、皮膚を除去した画像を生成する際の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、CPU101は、生成する3次元画像の画素毎のデータを格納するメモリを初期化し(ステップS301)、第1の実施の形態のステップS101と同様に、読み込んだボリュームデータから、仮想光線上の各画素のCT値が所定の条件を満たすか否かを判定する(ステップS302)。CT値の条件とは、例えば、骨領域を抽出するための閾値とすればよい。ここでは、CT値が所定の閾値より小さいか否かを判定するものとする。

CT値が所定の閾値より小さいと判定した場合(ステップS302；Yes)、CPU101は、第1の実施の形態の手法と同様に、各画素の2次的値を算出し、算出した2次的値に対してオパシティを割り当て、2次的値に対応付けられたオパシティ値を参照し、ボリュームレンダリング処理を実行し、陰影付け3次元画像の画素値を算出する(ステップS303)。オパシティの割り当ては、第1の実施の形態と同様に自動で行ってもよいし、第2の実施の形態と同様に操作者の手動設定によって行ってもよい。
その後、当該画素について算出した画素値を該当メモリに格納する(ステップS304)。

一方、ステップS302において、CT値が所定の閾値以上であると判定した場合(ステップS302；No)、CPU101は、従来の陰影付け3次元画像の生成と同様に、CT値(1次的値)に対してオパシティを割り当て、CT値に対応付けられたオパシティ値を参照し、ボリュームレンダリング処理を実行し、陰影付け3次元画像の画素値を算出する(ステップS305)。オパシティの割り当ては、上述の閾値を境界として、CT値の低い領域(皮膚、脂肪、筋肉等)ではオパシティを低く、CT値の高い領域(骨等)ではオパシティを高く設定する。
その後、当該画素について算出した画素値を該当メモリに格納する(ステップS304)。

ステップS301〜ステップS305の処理を全画素について繰り返し、全画素の処理が終了した場合は(ステップS306；Yes)、処理を終了する。

上述の一連の処理において、オパシティの設定画面を表示装置107に表示し、操作者からの設定操作を受け付けるようにしてもよい。

本第3の実施の形態のオパシティの設定画面300の一例を図12に示す。
図12の設定画面300は、生成される陰影付け3次元画像を表示する画像表示エリア301と、2次的値に対するオパシティ線の設定エリア305と、1次的値に対するオパシティ線の設定エリア307とから構成される。

画像表示エリア301には、例えば、図13〜図16に示すような、本設定画面300における設定操作に応じて生成された3次元画像が表示される。

2次的値にオパシティを割り当てるためのオパシティ線操作エリア305には、横軸に2次的値、縦軸をオパシティ値とした縦横軸が表示される。CPU101は、一つまたは複数のハンドルM1，M2，・・・によって任意に形状を変更できるオパシティ線32を表示し、このハンドルM1，M2，・・・に対して操作がある場合は、その形状を変更する。横軸の2次的値は、例えば、差分値、差分値のべき乗、標準偏差、分散値等から選択可能であり、その選択リスト311がプルダウン形式で表示される。

1次的値にオパシティを割り当てるためのオパシティ線操作エリア307には、横軸に1次的値、縦軸をオパシティ値とした縦横軸が設けられる。CPU101は、一つまたは複数のハンドルM3，M4，M5，・・・によって任意に形状を変更できるオパシティ線34を表示し、このハンドルM3，M4，M5，・・・に対して操作がある場合は、その形状を変更する。横軸の1次的値は、例えば、CT値、MR値、エコーデータ等から選択可能であり、その選択リスト313がプルダウン形式で表示される。

なお、図12には示されていないが、各縦横軸内に、横軸を2次的値または1次的値とするヒストグラムを表示してもよい。

第3の実施の形態の処理によって生成される陰影付け3次元画像を図13〜図14に示す。
図13は、ボリュームレンダリング処理において式(2)を使用したもの、図14は、ボリュームレンダリング処理において式(3)を使用したものである。

いずれの画像も皮膚が除去されつつ、骨領域が表示されている。骨領域は図中の左右の淡い部分(すねの断面図)の中央に表れている。

ところで、上述の処理では骨が詳細に描画されているが、骨の詳細な描画は望まず、骨の位置と対象との相対的関係だけを示す画像を生成したい場合もある。この場合は、皮膚の除去された画像に骨の輪郭を描画することもできる。

骨の位置と対象との相対的な位置関係だけを示す画像を生成する場合、上述のステップS302の判定処理(CT値の条件判定)を、仮想光線が対象に最初に達したときに一度だけ判定し、判定結果に応じて一次的値または2次的値のいずれか一方にオパシティを割り当て、以降の仮想光線上の画素ではCT値に関わらず、その判定結果に従ったオパシティの割り当てを行う。

仮想光線の入射方向を臓器の断面に対して入射するように設定すると、1枚目の断層像の仮想光線通過画素の画素値(CT値)によって、骨領域か、皮下組織領域か、皮膚領域かが判定される。CPU101は、はじめに骨領域と判定された場合は、同じ仮想光線上のそれ以降の画素も1次的値に対してオパシティを割り当てる。また、はじめに皮下組織領域または皮膚領域と判定された場合は、同じ仮想光線上のそれ以降の画素も2次的値に対してオパシティを割り当てる。
このようにして、骨の位置を明確に描画した陰影付け3次元画像を生成できる。

図15、図16は、第3の実施の形態の処理において、CT値の条件判定(ステップS302)を一度だけ行う場合に生成される陰影付け3次元画像を示しており、図15は、ボリュームレンダリング処理において式(2)を使用したもの、図16は、ボリュームレンダリング処理において式(3)を使用したものである。図13、図14と比較すると、図15、図16では骨自体の描写は単純化され、その位置が明確に表示されている。

なお、本第3の実施の形態において、1次的値にオパシティを割り当てて生成した部位と、2次的値にオパシティを割り当てて生成した部位とを、異なる色にて表示する等、識別可能に表示してもよい。このようにすると、操作者が生成された画像をみて更にオパシティの調整を行う場合にも、1次的値または2次的値のいずれを調整すればよいのかが分かりやすくなり、操作者にとって使用しやすい画像処理装置を提供できる。

［第4の実施の形態］
次に、図17を参照して、第4の実施の形態の画像処理装置100について説明する。
第4の実施の形態の画像処理装置100のハードウエア構成は、図1に示す第1の実施の形態の画像処理装置100と同様であるので、同一の各部については同一の符号を付して説明することとする。

第1及び第2の実施の形態では、皮膚を除去した3次元画像を生成する。このとき、皮膚が除去され、また骨等の表示もなければ、対象を一見して判断しにくい。そこで、従来の手法で生成した皮膚のついた陰影付け3次元画像と、本発明による皮膚を除去した陰影付け3次元画像とを合成して表示させてもよい。

CPU101は、従来の手法で生成した陰影付け3次元画像を表示画面に表示する。その表示画面上で、ROI(関心領域)の設定を受け付ける。操作者のマウス操作等によりROIが設定されると、CPU101は、設定されたROI内の画素について、第1または第2の実施の形態のように2次的値に応じてオパシティを設定し、各画素の2次的値に対応付けられたオパシティ値を参照して式(2)または式(3)の演算を行って、陰影付け3次元画像の画素値を算出する。

第4の実施の形態において生成される合成画像を図17に示す。
図17において、白抜きの矩形の枠がROIを示し、ROI内は、皮膚を除去した画像が表示され、その他の領域は皮膚のある従来の陰影付け3次元画像が表示されることとなる。

以上、第1〜第4の実施の形態にて説明したように、本発明の画像処理装置100は、複数の断層像に対して入射する投影線上の画素(ボクセル)の画素値から導出される2次的値(例えば、差分値)に応じてオパシティを設定し、このオパシティに基づいて、ボリュームレンダリング処理を実行することにより陰影付け3次元画像を生成する。また、CPU101は、2次的値のヒストグラムを算出し、該ヒストグラムのピークを皮膚領域とみなし、このピークを境に異なるオパシティ値となるようにオパシティを設定する。例えば、推定された皮膚領域のオパシティを小さく設定する。

従って、2次的値によって、例えば皮膚等の特定領域を他の領域と明確に区別し、これに基づいてオパシティを設定するので、特定領域を透明にした陰影付け3次元画像を生成できる。

また、このような画像処理装置100において、2次的値のヒストグラムを表示させ、表示されたヒストグラムに対して任意形状のオパシティ線を操作者に入力させてもよい。この場合は、操作者の所望の画像を生成できるようになる。

また、2次的値として、投影線上の画素とその周辺の画素との差分値、差分値のべき乗、標準偏差値、分散値の少なくともいずれか一つを含むので、様々な2次的値から皮膚の特徴を推定可能となる。更に、2次的値が選択できるようにすれば、操作者の望む2次的値にて所望の画像を生成できる。

なお、差分値は上述の実施の形態では、x，y，z方向の隣接画素とのCT値の差分から算出しているが、隣接画素に限らず、より拡張した範囲の画素と注目画素との画素値の差分から算出してもよい。

また、投影線上の画素の画素値に関する所定の条件を判定し、画素値が所定の条件を満たすと判定された場合には、オパシティを画素値に応じて設定し、画素値が所定の条件を満たさないと判定された場合には、オパシティを2次的値に応じて設定するようにすれば、例えば皮膚を除去した画像上に、骨や任意の画素値に相当する領域を描写できる。

また、投影線上の画素の画素値(1次的値)に応じてオパシティを設定し、生成した皮膚付きの陰影付け3次元画像と、2次的値に応じてオパシティを設定し、生成した皮膚のない陰影付け3次元画像と、を合成表示するようにしてもよい。この場合、関心領域の設定を受け付け、関心領域内は皮膚のない陰影付け3次元画像を表示し、関心領域外は皮膚付きの陰影付け3次元画像を表示することが望ましい。このようにすれば、対象を皮膚のついた状態で位置関係を分かりやすく描画しつつ、所望の関心領域については皮下組織を観察できるようになり、診断に好適である。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る画像処理装置の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

1 画像処理システム、100 画像処理装置、101 CPU、102 主メモリ、103 記憶装置、104 通信I/F、105 表示メモリ、106 I/F、107 表示装置、108 マウス、109 入力装置、110 ネットワーク、111 画像データベース、112 医用画像撮影装置、113 バス、200 オパシティの設定画面、201 画像表示エリア、202 ヒストグラム表示エリア、203 選択エリア、M1〜M5 ハンドル、300 オパシティの設定画面、301 画像表示エリア、305 2次的値に対するオパシティ線の設定エリア、307 1次的値に対するオパシティ線の設定エリア

Claims

複数の断層像に対して投影線を設定し、陰影付け3次元画像を生成する画像処理装置であって、
前記投影線上の画素の画素値から導出される2次的値に応じてオパシティを設定するオパシティ設定手段と、
前記オパシティ設定手段により設定されたオパシティに基づいて、前記陰影付け3次元画像を生成する画像生成手段と、
を備えることを特徴とする画像処理装置。
前記オパシティ設定手段は、
前記2次的値に基づいて皮膚領域を推定し、皮膚領域のオパシティ値を小さくするように前記オパシティを設定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
前記オパシティ設定手段は、
前記2次的値のヒストグラムを算出し、該ヒストグラムの最も高いピークの高さに基づいて、オパシティ線を設定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
前記オパシティ設定手段は、
前記2次的値のヒストグラムを算出し、表示するヒストグラム表示手段と、
前記ヒストグラム表示手段によって表示されたヒストグラムに対して定型パターンまたは任意形状のオパシティ線を入力させる入力手段と、を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
前記2次的値は、前記投影線上の画素とその周辺の画素との差分値、差分値のべき乗、標準偏差値、分散値の少なくともいずれか一つを含むことを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
前記2次的値を選択する選択手段を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。
前記投影線上の画素の画素値に関する所定の条件を判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記画素値が所定の条件を満たすと判定された場合には前記オパシティを画素値に応じて設定し、前記画素値が所定の条件を満たさないと判定された場合には、前記オパシティを2次的値に応じて設定することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
投影線上の画素の画素値に応じてオパシティを設定し、皮膚を除去しない陰影付け3次元画像を生成する皮膚付き画像生成手段と、
前記画像生成手段により生成される画像と、前記皮膚つき画像生成手段により生成される画像とを合成表示する合成表示手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
複数の断層像に対して投影線を設定し、陰影付け3次元画像を生成する画像処理方法であって、
前記投影線上の画素の画素値から導出される2次的値に応じてオパシティを設定するオパシティ設定ステップと、
前記オパシティ設定ステップにより設定されたオパシティに基づいて、前記陰影付け3次元画像を生成する画像生成ステップと、
を備えることを特徴とする画像処理方法。