WO2018042870A1 - Cpr画像生成装置、方法およびプログラム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a CPR image generation device, method, and program for generating a CPR (Curved Planer Reconstruction) image representing a cross section along a longitudinal direction of a structure such as a blood vessel.
- CPR Carted Planer Reconstruction
- a medical image having a mode in which an image of a three-dimensional structure is acquired from a three-dimensional image by volume rendering, and the inner surface of the lumen can be observed as if entering the lumen, imitating an endoscope from the three-dimensional image Display devices are known.
- MIP Maximum Intensity Projection
- MinIP Minimum Intensity Projection
- MPR Multi Planar Reconstruction
- CPR Curved Planer Reconstruction
- the CPR process is to specify an arbitrary curved surface in a three-dimensional image and reconstruct the three-dimensional image along the specified curved surface into a two-dimensional image to generate a CPR image.
- the cross section of a longitudinal direction can be displayed on one screen (for example, refer patent document 1).
- a functional image indicating the function of the subject is also used.
- the functional image for example, a SPECT image acquired by single-photon emission tomography (Single Photon Emission Tomography), a PET image acquired by positron emission tomography (Positron Emission Tomography), and the like are known.
- the longitudinal section of the tubular structure represented by the CPR image is a curved curved surface having a curved shape or a twisted shape along the meandering of the tubular structure.
- a method for indicating the positional relationship between a cut curved surface and a tubular structure by displaying an index representing a longitudinal section together with a CPR image has been proposed (see Patent Document 2).
- Patent Document 2 proposes a method of generating a multipath CPR image including all branches in a tubular structure including branches such as blood vessels and bronchi.
- the method of generating a multipath CPR image described in Patent Document 2 is a method of setting a cut curved surface for each section between branches and generating a CPR image of each section on one image.
- the cut curved surface is set based on information such as the normal direction of each position of the cut curved surface.
- these regions of interest such as myocardium, plaques and lesions do not exist only on one longitudinal section of the tubular structure, but the center of each section of the tubular structure or the center of the tubular structure connecting the centers of gravity.
- a cross section perpendicular to a line hereinafter referred to as a core line
- the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to generate a CPR image so as to include a region of interest such as a branch, myocardium, plaque, and lesion.
- a CPR image generation apparatus includes a structure extraction unit that extracts a target structure from a three-dimensional image acquired by photographing, Cross-section setting means for setting a cross-section perpendicular to the reference line at each point on the reference line of the target structure; A cutting plane determining means for determining one cutting plane in each cross section including a reference line and a region of interest when a region of interest exists on each cross section; Image generating means for generating a CPR image including a cut surface in each cross section.
- the CPR image is an image representing a cross section along the core line of the target structure, but when the target structure includes a plurality of branches such as blood vessels or bronchi, a plurality of core lines exist for each branch. In such a case, it is necessary to determine one core line in order to generate a CPR image.
- the “reference line” means one core line for generating a CPR image when the target structure includes a plurality of core lines. In addition, when the target structure includes only one core wire, the one core wire becomes a reference line.
- the target structure may be a tubular structure.
- the region of interest is at least one of a branch of the target structure, another structure adjacent to the target structure, another structure in the target structure, and a lesion. There may be.
- the myocardium in the case where the coronary artery is the target structure can be exemplified.
- the “other structure in the target structure” include a plaque formed in a stenosis when the coronary artery is the target structure.
- the image generation means may generate a cut curved surface in which cut surfaces in each section are continuous, and generate a CPR image including the cut curved surface.
- the cutting plane determining means may select one region of interest.
- the CPR image generation apparatus may further include display means for displaying a CPR image.
- the display means may display information representing an angle centered on a reference line from the cut surface of the cross section serving as a reference of the cut surface in each cross section.
- the CPR image generation method extracts a target structure from a three-dimensional image acquired by photographing, At each point on the reference line of the target structure, set a cross section perpendicular to the reference line, If there is a region of interest on each cross section, determine one cutting plane in each cross section, including the reference line and the region of interest, A CPR image including a cut surface in each cross section is generated.
- the target structure and the reference line of the target structure are extracted from the three-dimensional image, and a cross section perpendicular to the reference line is set at each point on the reference line. If there is a region of interest in each cross section, one cut surface in each cross section including the reference line and the region of interest related to the target structure is determined, and a CPR image including one cut surface in each cross section Is generated. For this reason, a CPR image can be generated so as to include a region of interest existing in an arbitrary radial direction centered on the reference line in each cross section. Therefore, it is possible to satisfactorily observe a plurality of regions of interest included in the target structure in the CPR image.
- the CPR image can include a plurality of branches, and the CPR image is continuous between the branches. Become. For this reason, it is possible to generate a CPR image having a natural impression without a boundary.
- FIG. 1 is a hardware configuration diagram showing an outline of a diagnosis support system to which a CPR image generation device according to an embodiment of the present invention is applied.
- FIG. 1 is a hardware configuration diagram showing an outline of a diagnosis support system to which the CPR image generation device according to the first embodiment of the present invention is applied.
- the CPR image generation device 1 in the diagnosis support system, the CPR image generation device 1, the three-dimensional image capturing device 2, and the image storage server 3 according to the present embodiment are connected in a communicable state via a network 4. Yes.
- the CPR image generation apparatus 1 In the diagnosis support system, the CPR image generation apparatus 1 generates a CPR image of a site to be diagnosed of the subject.
- the three-dimensional image capturing apparatus 2 is an apparatus that generates a three-dimensional image representing a part by photographing a part to be diagnosed of a subject. Specifically, a CT apparatus, an MRI apparatus, and a PET ( Positron (Emission Tomography) device.
- the three-dimensional image generated by the three-dimensional image photographing device 2 is transmitted to the image storage server 3 and stored.
- the diagnosis target part of the subject is the coronary artery
- the three-dimensional imaging device 2 is a CT device, and a three-dimensional image of the chest of the subject is generated.
- the image storage server 3 is a computer that stores and manages various data, and includes a large-capacity external storage device and database management software.
- the image storage server 3 communicates with other devices via a wired or wireless network 4 to transmit and receive image data and the like.
- image data such as a three-dimensional image generated by the three-dimensional image capturing device 2 is acquired via a network, and is stored and managed in a recording medium such as a large-capacity external storage device.
- the image data storage format and communication between devices via the network 4 are based on a protocol such as DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine).
- the CPR image generation apparatus 1 is obtained by installing the CPR image generation program of the present invention on one computer.
- the computer may be a workstation or personal computer directly operated by a doctor who performs diagnosis, or may be a server computer connected to them via a network.
- the CPR image generation program is recorded and distributed on a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) or a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), and is installed in the computer from the recording medium.
- a recording medium such as a DVD (Digital Versatile Disc) or a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory)
- it is stored in a storage device of a server computer connected to a network or a network storage in a state where it can be accessed from the outside, and is downloaded and installed on a computer used by a doctor upon request.
- FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a CPR image generation apparatus realized by installing a CPR image generation program in a computer.
- the CPR image generation apparatus 1 includes a CPU (Central Processing Unit) 11, a memory 12, and a storage 13 as a standard workstation configuration.
- the CPR image generation apparatus 1 is connected to a display 14 and an input unit 15 such as a mouse.
- the storage 13 stores various information including the latest three-dimensional images at the time of the last diagnosis and the previous diagnosis, and information necessary for processing, acquired from the image storage server 3 via the network 4. ing. In the present embodiment, it is assumed that a three-dimensional image G0 with the chest portion of the same subject as the target site is stored.
- the memory 12 stores a CPR image generation program.
- the CPR image generation program is an image acquisition process for acquiring a 3D image G0 acquired by the 3D image capturing apparatus 2 as a process to be executed by the CPU 11, and a structure extraction process for extracting a target structure from the 3D image G0.
- a cross-section setting process for setting a cross section perpendicular to the reference line at each point on the reference line, which is one of the core lines of the target structure, and when each region of interest exists on each cross section, each including the reference line and the region of interest
- a cutting plane determination process for determining one cutting plane in a cross section and an image generation process for generating a CPR image including a cutting plane in each cross section are defined.
- the CPR image generation apparatus 1 may include a plurality of processors or processing circuits that respectively perform image acquisition processing, structure extraction processing, cross-section setting processing, cut surface determination processing, and image generation processing.
- the image acquisition unit 21 acquires from the image storage server 3 a three-dimensional image G0 of the chest including the coronary artery, that is, the heart that is the target site for diagnosis. Note that when the three-dimensional image G0 is already stored in the storage 13, the image acquisition unit 21 may acquire the three-dimensional image G0 from the storage 13.
- the structure extraction unit 22 extracts a coronary artery region from the three-dimensional image G0 by a method described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2010-2000925 and 2010-220742.
- this method first, the positions and principal axis directions of a plurality of candidate points constituting the core line of the coronary artery are calculated based on the values of the voxel data constituting the volume data.
- the Hessian matrix is calculated for the volume data, and the eigenvalues of the calculated Hessian matrix are analyzed, thereby calculating the position information and the principal axis direction of a plurality of candidate points that constitute the coronary artery core line.
- a feature amount representing the coronary artery characteristic is calculated for the voxel data around the candidate point, and it is determined whether or not the voxel data represents the coronary artery region based on the calculated feature amount.
- the discrimination based on the feature amount is performed based on an evaluation function acquired in advance by machine learning.
- the coronary artery region 30 is extracted from the volume data.
- FIG. 3 shows a part of the extracted coronary artery region 30.
- the cross section setting unit 23 sets a cross section perpendicular to the reference line at each point on the reference line of the coronary artery region 30.
- the core line of the coronary artery is set in the process of extracting the coronary artery region 30. Further, the position and the principal axis direction are calculated for each of the candidate points constituting the core line. For this reason, at each candidate point, a cross section perpendicular to the main axis direction (orthogonal cross section) can be set as a cross section perpendicular to the core line.
- the coronary artery region 30 extracted in the present embodiment has a branch as shown in FIG. 3, the core wire is divided into two at the branch.
- the cross-section setting unit 23 determines a core line for generating a CPR image as a reference line out of the two core lines, and sets a cross section perpendicular to the reference line in the reference line.
- the reference line is determined by displaying the extracted coronary artery region on the display 14 and receiving an instruction from the input unit 15 of the operator.
- the core line of the coronary artery region 30A extending from the upper side to the left side in FIG. 3 is determined as the reference line L0.
- the reference line L0 is indicated by a solid line.
- a core line C0 of the coronary artery region 30B extending downward from the branch is indicated by a broken line.
- candidate points on the reference line L0 are indicated by black circles.
- the cross section setting unit 23 sets a cross section perpendicular to the reference line L0 at each point on the reference line L0, that is, at each candidate point.
- the candidate points are thinned out and five cross sections Pi, Pi + a, Pi + b, Pi + c, and Pi + d are set.
- the cutting plane determination unit 24 determines the reference line L0 and the region of interest. One cutting plane Ck in each cross section Pk is determined. For this reason, the cut surface determination unit 24 sets a region of interest in each cross section Pk.
- the region of interest may be a region where the plaque 32 is formed in each cross section Pk and a region of the myocardium 33.
- the branch 34 can be set as a region of interest.
- the cutting plane determination unit 24 For setting the region of interest, the cutting plane determination unit 24 generates a cross-sectional image PGk of each cross-section Pk from the three-dimensional image G0.
- the cut surface determination unit 24 has the diameters d1 to d4 of the lumens 31 of a plurality of (here, four directions) coronary artery regions 30 around the reference line L0 in each cross-sectional image PGk. Is calculated.
- the cutting plane determination unit 24 sets the position of the lumen 31 having the smallest diameter among the diameters d1 to d4 to the region of interest where the plaque 32 exists.
- the position of the lumen 31 having the diameter d1 is set as the region of interest.
- the cross-sectional image PGk includes the myocardium 33 as shown in FIG.
- the myocardium 33 is an important region for diagnosis of myocardial infarction and the like because the activity changes depending on whether or not the blood flow is sufficiently supplied to the coronary artery.
- the cutting plane determination unit 24 determines a position where the myocardium 33 exists in the cross-sectional image of each cross-section Pk as a region of interest.
- the cut surface determination unit 24 sets the branch 34 as a region of interest as shown in FIG.
- the cutting plane determination unit 24 determines a cutting plane in each cross section Pk so as to include the region of interest. For example, when the plaque 32 is a region of interest as shown in FIG. 4, the cutting plane Ck is determined so as to include the diameter d1. Further, as shown in FIG. 5, when the myocardium 33 is the region of interest, the cut plane Ck is determined so as to pass through the reference line L0 and include the myocardium 33. As shown in FIG. 6, when the branch 34 is a region of interest, the cutting plane Ck is determined so as to pass through the core line C0 that is not the reference line L0.
- the cutting plane determination unit 24 sets priorities for the region of interest in advance, and when there are a plurality of regions of interest in one cross section, selects the region of interest with the higher priority.
- the cutting plane is determined so as to include the selected region of interest.
- the priority is set in the order of plaque, branch, and myocardium.
- the plaque 32 is selected as the region of interest.
- the branch 34 is selected as the region of interest. Note that the cross-sectional image PGk of each cross-section pk may be displayed on the display 14, and the operator may select a region of interest to be included in the cut surface.
- the image generation unit 25 generates a cut curved surface by smoothly connecting the cut surfaces Ck of the respective cross sections Pk determined by the cut surface determining unit 24 by interpolation or the like.
- 7 to 8 are diagrams for explaining generation of a cut curved surface.
- the myocardium 33 is present behind the coronary artery region 30, and the plaque 32 is present in a portion B1 surrounded by a broken line of the coronary artery region 30A as shown in FIG.
- the cut surface CM0 is determined by the cut surface determination unit 24 so that a plurality of regions of interest in each cross section Pk are cut.
- the direction of the arrow is the direction of the cut surface Ck in each cross section Pk.
- the cut curved surface CM0 is determined so as to cut the plaque 32 at the portion B1, cut the coronary artery region 30B at the branch 34, and cut the myocardium 33 at the other regions.
- the image generation unit 25 generates a CPR image by cutting the coronary artery region 30 with the cut curved surface CM0.
- the CPR image generated in the present embodiment is a straight CPR (Straightened CPR) image, but may be a stretched CPR (Stretched CPR) image or a project CPR (Projected CPR) image.
- FIG. 9 is a diagram showing a CPR image. As shown in FIG. 9, in the CPR image G ⁇ b> 10 generated in the present embodiment, a plaque 32 and a branch 34 are included in the coronary artery region 30. In addition, since the branch 34 is included, the coronary artery region 30B for the core line C0 that is not the reference line L0 is included. In the CPR image G10, the portion other than the plaque 32 and the coronary artery region 30B is the myocardium 33.
- FIG. 10 is a flowchart showing processing performed manually in the present embodiment.
- the image acquisition unit 21 acquires the three-dimensional image G0, and the structure extraction unit 22 extracts the coronary artery region 30 from the three-dimensional image G0 (step ST1).
- the cross section setting unit 23 sets a cross section Pk perpendicular to the reference line L0 for each point on the reference line L0 in the coronary artery region 30 (step ST2).
- the cut surface determination unit 24 determines one cut surface Ck in each cross section including the reference line L0 and the region of interest (step ST3).
- the image generation unit 25 generates a CPR image G10 including the cut surface Ck (step ST4), displays the generated CPR image G10 on the display 14 (step ST5), and ends the process.
- the CPR image G10 can be generated so as to include a region of interest existing in any radial direction centered on the reference line in each cross section. For this reason, it is possible to satisfactorily observe a plurality of regions of interest included in the coronary artery region 30 in the CPR image G10. Further, since one cutting plane Ck is determined in each cross section Pk, for example, when the region of interest is a branch, the CPR image can include a plurality of branches, and the CPR image G10 is continuous at the branch position. To come. For this reason, it is possible to generate a CPR image G10 having a natural impression without a boundary.
- the cut surface Ck smoothly changes by generating the cut curved surface CM0 in which the cut surfaces Ck in each cross section Pk are continuous and generating the CPR image G10 including the cut curved surface CM0. For this reason, it can prevent that a boundary generate
- the selected region of interest can be included in the CPR image G10 by selecting one region of interest.
- the cut surface CBk in the reference cross section PB shown in the upper side of FIG. 11 is used as the reference cut surface.
- an angle ⁇ k about the reference line L0 from the reference cutting plane CBk is obtained for the cutting plane Ck of a certain cross section Pk shown in the lower side of FIG.
- the angle information representing the obtained angle ⁇ k is displayed in association with the section Pk obtained from the cut surface Ck in the CPR image G10.
- FIG. 12 is a diagram showing a CPR image displaying the angle information 40.
- the angle information 40 is displayed in association with the appropriately sampled cross section Pk. Thereby, it is possible to recognize how much the region of interest in the CPR image G10 is deviated from the reference cut surface. Further, the coronary artery region 30 in the CPR image G10 may be displayed in different colors according to the size of the angle ⁇ k.
- the coronary artery is the target structure, but other tubular structures such as the bronchi and large intestine may be the target structure.
- the structure extraction unit 22 extracts the structure of the bronchus as a bronchial region from the three-dimensional image G0. Specifically, the graph structure of the bronchial region included in the input three-dimensional image G0 is extracted as a three-dimensional bronchial region using, for example, a method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-220742.
- the structure extraction unit 22 extracts a region that is a pixel value of the large intestine in the three-dimensional image G0 as the large intestine region.
- the cross-section setting unit 23 may set the cutting plane Ck with the tumor as the region of interest.
- the CPR image G10 can be generated so as to include a plurality of branches and tumors from the bronchi entrance. For this reason, when performing an endoscopic examination for performing a biopsy of a tumor, it is easily confirmed by the CPR image G10 through which branch of the bronchus the endoscope should reach the tumor. be able to.
- a CPR image is generated for a tubular structure such as a coronary artery.
- the present invention is not limited to this, and a structure extending in the longitudinal direction such as a spinal column or an extremity is used as the target structure.
- a CPR image may be generated as
- a functional image of the myocardium may be displayed simultaneously with the CPR image G10. Thereby, the state of the coronary artery and the state of the function of the heart can be confirmed at the same time.
- the selected region of interest can be included in the CPR image by selecting one region of interest.
- the region of interest in the CPR image is displayed from the cut surface of the reference cross section. It can be recognized how much the angle is shifted.
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Abstract
CPR画像生成装置、方法およびプログラムにおいて、分岐、心筋、プラークおよび病変等の関心領域を含むようにCPR画像を生成する。構造物抽出部22が、3次元画像G0から冠動脈領域30を抽出する。断面設定部23が、冠動脈領域30における基準線L0上の各点について、基準線L0に垂直な断面Pkを設定する。切断面決定部24が、各断面Pk上に関心領域が存在する場合、基準線L0および関心領域を含む、各断面における1つの切断面Ckを決定する。画像生成部25が、切断面Ckを含むCPR画像G10を生成する。
Description
本発明は、血管等の構造物の長手方向に沿った断面を表すCPR(Curved Planer Reconstruction)画像を生成するCPR画像生成装置、方法およびプログラムに関するものである。
従来、被写体の血管、腸、気管支、動脈等の管腔を有する管状構造物の病変を観察するために、CT(Computed Tomography)装置およびMRI(Magnetic Resonance Imaging)装置等により得られた物体の3次元画像から3次元構造のイメージをボリュームレンダリングにより取得し、3次元画像から内視鏡を模してあたかもその管腔内に入って見ているように管腔内面を観察できるモードを有する医用画像表示装置が知られている。さらに、3次元画像処理としてMIP(Maximum Intensity Projection)処理、MinIP(Minimum Intensity Projection)処理、MPR(Multi Planar Reconstruction)処理、CPR(Curved Planer Reconstruction)処理等が知られている。特に、CPR処理は3次元画像における任意の曲面を指定し、指定した曲面に沿った3次元画像を2次元画像に再構成してCPR画像を生成するものである。これにより、管状構造物の内壁面の形態について、長手方向の断面を一画面で表示することができる(例えば特許文献1参照)。
また、上記のCT装置等から得られた3次元画像の他に、被写体の機能を示す機能画像も用いられている。機能画像としては、例えば単光子放出断層撮影(Single Photon Emission Tomography)により取得されたSPECT画像、および陽電子放出断層撮影(Positron Emission Tomography)により取得されたPET画像等が知られている。このような機能画像をCPR画像と併せて表示することにより、例えば冠動脈を診断対象とする場合、冠動脈の状態と心臓の機能の状態とを同時に確認することができる。
一方、血管等のように蛇行しながら延びる管状構造物においては、CPR画像により表された管状構造物の縦断面は、管状構造物の蛇行に沿った湾曲形状またはねじれ形状を有する切断曲面となる。このため、CPR画像に慣れないユーザには、CPR画像が管状構造物の各位置をどの向きに切断した曲面を表しているのかを判断することが難しかった。このため、縦断面を表す指標をCPR画像とともに表示することにより、切断曲面と管状構造物との位置関係を示す手法が提案されている(特許文献2参照)。また、特許文献2には、血管および気管支のように分岐を含む管状構造物において、全ての分岐を含むマルチパスCPR画像を生成する手法が提案されている。特許文献2に記載されたマルチパスCPR画像を生成する手法は、分岐間の区画毎に切断曲面を設定し、各区画のCPR画像を1つの画像上に生成する手法である。なお、切断曲面の設定は、切断曲面の各位置の法線方向等の情報に基づいて行われる。これにより、管状構造物の各分岐の構造を含むCPR画像を生成することができるため、管状構造物の分岐の構造を一画面で表示することができる。
しかしながら、特許文献2に記載された手法では、管状構造物の分岐位置において切断曲面が連続しない。このため、生成されるマルチパスCPR画像において、分岐位置の画像に境界が生じてしまう。
一方、心筋梗塞等の疾患は、冠動脈の狭窄部分に血栓が詰まり、詰まった冠動脈の下流側に血液が流れなくなる結果、心筋が活動しなくなることにより発生する。心筋梗塞等が発生する可能性は、血管の狭窄率が高いほど高くなる。血管が狭窄する原因は血管壁に形成されるプラークである。このため、血管においてプラークがどの程度発生しているかをCPR画像において観察することは、極めて重要である。また、肺癌等の肺における腫瘍等の病変の確認のために、気管支に内視鏡を挿入して病変の生検を行う場合があるが、この場合、病変に到達するまでの経路および気管支と病変の位置との関係をCPR画像において観察することが重要である。
しかしながら、これらの心筋、プラークおよび病変等の関心領域は、管状構造物の1つの縦断面上にのみ存在するものではなく、管状構造物の各断面の中心または重心を結んだ管状構造物の中心線(以下、芯線とする)に垂直な断面において、芯線を中心とする放射状の任意の位置に存在する。このため、従来のように1つの縦切断面のみを設定してCPR画像を生成したのでは、CPR画像において関心領域を良好に観察することができない場合がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、分岐、心筋、プラークおよび病変等の関心領域を含むようにCPR画像を生成することを目的とする。
本発明によるCPR画像生成装置は、撮影により取得された3次元画像から、対象構造物を抽出する構造物抽出手段と、
対象構造物の基準線上の各点において、基準線に垂直な断面を設定する断面設定手段と、
各断面上に関心領域が存在する場合、基準線および関心領域を含む、各断面における1つの切断面を決定する切断面決定手段と、
各断面における切断面を含むCPR画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
対象構造物の基準線上の各点において、基準線に垂直な断面を設定する断面設定手段と、
各断面上に関心領域が存在する場合、基準線および関心領域を含む、各断面における1つの切断面を決定する切断面決定手段と、
各断面における切断面を含むCPR画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とするものである。
CPR画像は、対象構造物の芯線に沿った断面を表す画像であるが、対象構造物が例えば血管または気管支のように複数の分岐を含む場合、分岐毎に複数の芯線が存在する。このような場合、CPR画像を生成するためには、1つの芯線を決定する必要がある。「基準線」とは、対象構造物が複数の芯線を含む場合に、CPR画像を生成するための1つの芯線を意味する。なお、対象構造物が1つの芯線のみを含む場合、その1つの芯線が基準線となる。
なお、本発明によるCPR画像生成装置においては、対象構造物は管状構造物であってもよい。
また、本発明によるCPR画像生成装置においては、関心領域は、対象構造物の分岐、対象構造物に隣接する他の構造物、対象構造物内の他の構造物、および病変の少なくとも1つであってもよい。
「対象構造物に隣接する他の構造物」としては、例えば冠動脈を対象構造物とした場合における心筋等を挙げることができる。「対象構造物内の他の構造物」とは、例えば冠動脈を対象構造物とした場合における狭窄部分に形成されたプラーク等を挙げることができる。
また、本発明によるCPR画像生成装置においては、画像生成手段は、各断面における切断面が連続する切断曲面を生成し、切断曲面を含むCPR画像を生成するものであってもよい。
また、本発明によるCPR画像生成装置においては、各断面に複数の関心領域が存在する場合、切断面決定手段は、1つの関心領域を選択するものであってもよい。
また、本発明によるCPR画像生成装置においては、CPR画像を表示する表示手段をさらに備えるものとしてもよい。
この場合、表示手段は、各断面における切断面の基準となる断面の切断面からの基準線を中心とした角度を表す情報を表示するものであってもよい。
本発明によるCPR画像生成方法は、撮影により取得された3次元画像から、対象構造物を抽出し、
対象構造物の基準線上の各点において、基準線に垂直な断面を設定し、
各断面上に関心領域が存在する場合、基準線および関心領域を含む、各断面における1つの切断面を決定し、
各断面における切断面を含むCPR画像を生成することを特徴とするものである。
対象構造物の基準線上の各点において、基準線に垂直な断面を設定し、
各断面上に関心領域が存在する場合、基準線および関心領域を含む、各断面における1つの切断面を決定し、
各断面における切断面を含むCPR画像を生成することを特徴とするものである。
なお、本発明によるCPR画像生成方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。
本発明によれば、3次元画像から対象構造物および対象構造物の基準線が抽出され、基準線上の各点において、基準線に垂直な断面が設定される。そして、各断面において関心領域が存在する場合には、基準線および対象構造物に関連する関心領域を含む、各断面における1つの切断面が決定され、各断面における1つの切断面を含むCPR画像が生成される。このため、各断面において基準線を中心とする放射状の任意の方向に存在する関心領域を含むようにCPR画像を生成することができる。したがって、CPR画像において、対象構造物に含まれる複数の関心領域を良好に観察することができる。また、各断面において1つの切断面を決定しているため、例えば関心領域が分岐である場合において、CPR画像に複数の分岐を含ませることができ、かつ分岐間においてCPR画像が連続するようになる。このため、境界がない自然な印象のCPR画像を生成することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態によるCPR画像生成装置を適用した、診断支援システムの概要を示すハードウェア構成図である。図1に示すように、診断支援システムでは、本実施形態によるCPR画像生成装置1、3次元画像撮影装置2、および画像保管サーバ3が、ネットワーク4を経由して通信可能な状態で接続されている。そして、診断支援システムにおいては、被検体の診断対象となる部位についてのCPR画像を、CPR画像生成装置1において生成するものである。
3次元画像撮影装置2は、被検体の診断対象となる部位を撮影することにより、その部位を表す3次元画像を生成する装置であり、具体的には、CT装置、MRI装置、およびPET(Positron Emission Tomography)装置等である。この3次元画像撮影装置2により生成された3次元画像は画像保管サーバ3に送信され、保存される。なお、本実施形態においては、被検体の診断対象部位は冠動脈であり、3次元画像撮影装置2はCT装置であり、被検体の胸部の3次元画像が生成されるものとする。
画像保管サーバ3は、各種データを保存して管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置およびデータベース管理用ソフトウェアを備えている。画像保管サーバ3は、有線あるいは無線のネットワーク4を介して他の装置と通信を行い、画像データ等を送受信する。具体的には3次元画像撮影装置2において生成された3次元画像等の画像データをネットワーク経由で取得し、大容量外部記憶装置等の記録媒体に保存して管理する。なお、画像データの格納形式およびネットワーク4経由での各装置間の通信は、DICOM(Digital Imaging and COmmunication in Medicine)等のプロトコルに基づいている。
CPR画像生成装置1は、1台のコンピュータに、本発明のCPR画像生成プログラムをインストールしたものである。コンピュータは、診断を行う医師が直接操作するワークステーションまたはパーソナルコンピュータでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。CPR画像生成プログラムは、DVD(Digital Versatile Disc)あるいはCD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。または、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、もしくはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じて医師が使用するコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。
図2は、コンピュータにCPR画像生成プログラムをインストールすることにより実現されるCPR画像生成装置の概略構成を示す図である。図2に示すように、CPR画像生成装置1は、標準的なワークステーションの構成として、CPU(Central Processing Unit)11、メモリ12およびストレージ13を備えている。また、CPR画像生成装置1には、ディスプレイ14および、マウス等の入力部15が接続されている。
ストレージ13には、ネットワーク4を経由して画像保管サーバ3から取得した、同一被検体についての最新および前回の診断時における過去の3次元画像、並びに処理に必要な情報を含む各種情報が記憶されている。なお、本実施形態においては、同一被検体についての胸部を対象部位とする3次元画像G0が記憶されているものとする。
また、メモリ12には、CPR画像生成プログラムが記憶されている。CPR画像生成プログラムは、CPU11に実行させる処理として、3次元画像撮影装置2が取得した、3次元画像G0を取得する画像取得処理、3次元画像G0から対象構造物を抽出する構造物抽出処理、対象構造物の芯線の1つである基準線上の各点において、基準線に垂直な断面を設定する断面設定処理、各断面上に関心領域が存在する場合、基準線および関心領域を含む、各断面における1つの切断面を決定する切断面決定処理、並びに各断面における切断面を含むCPR画像を生成する画像生成処理を規定する。
そして、CPU11がプログラムに従いこれらの処理を実行することにより、コンピュータは、画像取得部21、構造物抽出部22、断面設定部23、切断面決定部24、および画像生成部25として機能する。なお、CPR画像生成装置1は、画像取得処理、構造物抽出処理、断面設定処理、切断面決定処理、および画像生成処理をそれぞれ行う複数のプロセッサまたは処理回路を備えるものであってもよい。
画像取得部21は、診断の対象部位である冠動脈すなわち心臓を含む胸部の3次元画像G0を画像保管サーバ3から取得する。なお、3次元画像G0が既にストレージ13に記憶されている場合には、画像取得部21は、ストレージ13から3次元画像G0を取得するようにしてもよい。
構造物抽出部22は、例えば、特開2010-200925号公報および特開2010-220742号公報等に記載された手法により、3次元画像G0から冠動脈領域を抽出する。この方法では、まず、ボリュームデータを構成するボクセルデータの値に基づいて、冠動脈の芯線を構成する複数の候補点の位置と主軸方向を算出する。もしくは、ボリュームデータについてヘッセ行列を算出し、算出されたヘッセ行列の固有値を解析することにより、冠動脈の芯線を構成する複数の候補点の位置情報と主軸方向を算出する。そして、候補点周辺のボクセルデータについて冠動脈らしさを表す特徴量を算出し、算出された特徴量に基づいてそのボクセルデータが冠動脈領域を表すものであるか否かを判別する。特徴量に基づく判別は、マシンラーニングにより予め取得された評価関数に基づいて行う。これにより、ボリュームデータから冠動脈領域30が抽出される。図3に、抽出された冠動脈領域30の一部を示す。
断面設定部23は、冠動脈領域30の基準線上の各点において、基準線に垂直な断面を設定する。上記特開2010-200925号公報および特開2010-220742号公報に記載された手法では、冠動脈領域30を抽出する過程において、冠動脈の芯線が設定される。また、芯線を構成する候補点のそれぞれについて、位置と主軸方向が算出される。このため、各候補点において、主軸方向と垂直な断面(直交断面)を、芯線に垂直な断面として設定することができる。
ここで、本実施形態において抽出される冠動脈領域30は、図3に示すように分岐を有するため、芯線は分岐において2つに分かれる。CPR画像を生成するためには、1つの芯線を決定する必要がある。このため、断面設定部23は、2つの芯線のうち、CPR画像を生成するための芯線を基準線に決定し、基準線において基準線に垂直な断面を設定する。なお、基準線の決定は、抽出された冠動脈領域をディスプレイ14に表示して、操作者の入力部15からの指示を受け付けることにより決定する。本実施形態においては、図3において上側から左側に延びる冠動脈領域30Aの芯線が基準線L0に決定されるものとする。図3において基準線L0を実線で示す。また、図3において分岐から下方に延びる冠動脈領域30Bの芯線C0を破線で示す。また、図3においては、基準線L0上の候補点を黒丸で示す。
断面設定部23は、基準線L0上の各点、すなわち各候補点において、基準線L0に垂直な断面を設定する。なお、図3においては、説明のために候補点を間引いて5つの断面Pi、Pi+a、Pi+b、Pi+c、Pi+dを設定した状態を示している。
切断面決定部24は、断面設定部23が基準線L0に設定した各断面Pk(k=1~n:nは候補点の数)上に関心領域が存在する場合、基準線L0および関心領域を含む、各断面Pkにおける1つの切断面Ckを決定する。このため、切断面決定部24は、各断面Pkにおいて関心領域を設定する。なお、関心領域としては、各断面Pkにおいてプラーク32が形成されている領域および心筋33の領域とすることができる。また、冠動脈領域30における分岐34の位置においては、分岐34を関心領域とすることができる。なお、関心領域の設定のために、切断面決定部24は、3次元画像G0から各断面Pkの断面画像PGkを生成する。
ここで、切断面決定部24は、図4に示すように、各断面画像PGkにおいて、基準線L0を中心とした複数(ここでは4方向)の冠動脈領域30の内腔31の径d1~d4を算出する。ここで、冠動脈の内腔31にプラーク32が形成されていると、内腔31の径は狭くなる。このため、切断面決定部24は、径d1~d4のうちの最小となる径となる内腔31の位置をプラーク32が存在する関心領域に設定する。図4においては、径d1となる内腔31の位置を関心領域に設定する。
また、冠動脈は心臓の表面に存在するため、断面画像PGkには、図5に示すように心筋33が含まれる。心筋33は、冠動脈に血流が十分に供給されるか否かにより、活動状況が変化するため、心筋梗塞等の診断上、重要な領域である。切断面決定部24は、各断面Pkの断面画像において心筋33が存在する位置を関心領域に決定する。
また、切断面決定部24は、断面Pkが分岐に存在する場合、図6に示すように、分岐34を関心領域に設定する。
そして、切断面決定部24は、関心領域を含むように各断面Pkにおける切断面を決定する。例えば、図4に示すようにプラーク32が関心領域である場合、径d1を含むように切断面Ckを決定する。また、図5に示すように心筋33が関心領域である場合、基準線L0を通り、かつ心筋33を含むように切断面Ckを決定する。また、図6に示すように、分岐34が関心領域の場合、基準線L0としなかった芯線C0を通るように切断面Ckを決定する。
なお、断面Pkの位置によっては、プラークと心筋、またはプラークと分岐というように、複数の関心領域が存在する場合がある。特に本実施形態においては、冠動脈を診断の対象の構造物としているため、各断面Pkにおいて必ず心筋が含まれる。本実施形態においては、切断面決定部24は、関心領域について予め優先度を設定しておき、1つの断面に複数の関心領域が存在する場合は、優先度が高い方の関心領域を選択し、選択された関心領域を含むように切断面を決定する。本実施形態においては、プラーク、分岐および心筋の順で優先度を設定するものとする。このため、冠動脈領域30におけるプラーク32が存在する領域においては、心筋33が存在していてもプラーク32が関心領域として選択される。また、冠動脈領域30における分岐34が存在する領域においては、心筋33が存在していても、分岐34が関心領域として選択される。なお、各断面pkの断面画像PGkをディスプレイ14に表示し、操作者が切断面に含める関心領域を選択してもよい。
画像生成部25は、切断面決定部24が決定した各断面Pkの切断面Ckを、補間する等して滑らかに接続して切断曲面を生成する。図7~図8は切断曲面の生成を説明するための図である。本実施形態においては、冠動脈領域30の背後に心筋33が存在し、図7に示すように、冠動脈領域30Aの破線で囲んだ部分B1にプラーク32が存在しているものとする。この場合、図8に示すように、各断面Pkにおける複数の関心領域が切断されるように、切断面決定部24により切断曲面CM0が決定される。なお、図8においては、矢印の方向が各断面Pkにおける切断面Ckの方向である。これにより、部分B1においてはプラーク32を切断し、分岐34においては冠動脈領域30Bを切断し、その他の領域においては心筋33を切断するように切断曲面CM0が決定される。
そして、画像生成部25は、冠動脈領域30を切断曲面CM0により切断してCPR画像を生成する。なお、本実施形態において生成されるCPR画像は、ストレートCPR(Straightened CPR)画像とするが、ストレッチCPR(Stretched CPR)画像や、プロジェクトCPR(Projected CPR)画像でもよい。図9はCPR画像を示す図である。図9に示すように、本実施形態において生成されるCPR画像G10においては、冠動脈領域30において、プラーク32および分岐34が含まれるものとなる。また、分岐34を含むため、基準線L0としなかった芯線C0についての冠動脈領域30Bが含まれるものとなる。なお、CPR画像G10において、プラーク32および冠動脈領域30B以外の部分は、心筋33である。
次いで、本実施形態において行われる処理について説明する。図10は本実施形態にお手行われる処理を示すフローチャートである。まず、画像取得部21が、3次元画像G0を取得し、構造物抽出部22が、3次元画像G0から冠動脈領域30を抽出する(ステップST1)。次いで、断面設定部23が、冠動脈領域30における基準線L0上の各点について、基準線L0に垂直な断面Pkを設定する(ステップST2)。そして、切断面決定部24が、各断面Pk上に関心領域が存在する場合、基準線L0および関心領域を含む、各断面における1つの切断面Ckを決定する(ステップST3)。さらに、画像生成部25が、切断面Ckを含むCPR画像G10を生成し(ステップST4)、生成されたCPR画像G10をディスプレイ14に表示し(ステップST5)、処理を終了する。
このように、本実施形態によれば、各断面において基準線を中心とする放射状の任意の方向に存在する関心領域を含むようにCPR画像G10を生成することができる。このため、CPR画像G10において冠動脈領域30に含まれる複数の関心領域を良好に観察することができる。また、各断面Pkにおいて1つの切断面Ckを決定しているため、例えば関心領域が分岐である場合において、CPR画像に複数の分岐を含ませることができ、かつ分岐位置においてCPR画像G10が連続するようになる。このため、境界がない自然な印象のCPR画像G10を生成することができる。
また、各断面Pkにおける切断面Ckが連続する切断曲面CM0を生成し、切断曲面CM0を含むCPR画像G10を生成することにより、切断面Ckが滑らかに変化する。このため、断面間において、CPR画像G10に境界が発生してしまうことを防止できる。
また、各断面に複数の関心領域が存在する場合、1つの関心領域を選択することにより、選択された関心領域をCPR画像G10に含めることができる。
なお、上記実施形態において、CPR画像G10を表示する際に、各断面Pkにおける切断面Ckの基準となる断面の切断面からの基準線L0を中心とした角度を表す情報を表示してもよい。例えば、図11の上側に示す基準となる断面PBにおける切断面CBkを基準となる切断面とする。そして、図11の下側に示すある断面Pkの切断面Ckについて、基準となる切断面CBkからの基準線L0を中心とした角度θkを求める。そして、求めた角度θkを表す角度情報をCPR画像G10におけるその切断面Ckを得た断面Pkと対応づけて表示する。図12は角度情報40を表示したCPR画像を示す図である。なお、角度情報40は適宜サンプリングした断面Pkと対応づけて表示される。これにより、CPR画像G10において注目している領域が、基準となる切断面からどの程度角度がずれているかを認識することができる。また、角度θkの大きさに応じて、CPR画像G10における冠動脈領域30を色分けして表示してもよい。
なお、上記実施形態においては、冠動脈を対象構造物としているが、他の管状構造物、例えば気管支および大腸等を対象構造物としてもよい。対象構造物が気管支の場合、構造物抽出部22は、3次元画像G0から気管支の構造を気管支領域として抽出する。具体的には、例えば特開2010-220742号公報等に記載された手法を用いて、入力された3次元画像G0に含まれる気管支領域のグラフ構造を、3次元の気管支領域として抽出する。また、対象構造物が大腸の場合、構造物抽出部22は、3次元画像G0における大腸の画素値となる領域を大腸領域として抽出する。
また、気管支を対象構造物とする場合、診断に重要なのは気管支の近傍に存在する腫瘍である。また、大腸を対象構造物とする場合、診断に重要なのは大腸内腔壁に存在する腫瘍である。このため、構造物抽出部22において、CAD(Computer-Aided Diagnosis)により腫瘍を抽出することが好ましい。この場合、断面設定部23は腫瘍を関心領域として切断面Ckを設定すればよい。
とくに、気管支を対象構造物とした場合、本実施形態によれば、気管支の入り口から複数の分岐および腫瘍を含むようにCPR画像G10を生成できる。このため、腫瘍の生検を行うための内視鏡検査を行う際に、内視鏡を気管支のどの分岐を通って腫瘍に到達させればよいかを、CPR画像G10により、容易に確認することができる。
また、上記実施形態においては、冠動脈等の管状構造物を対象としてCPR画像を生成しているが、これに限定されるものではなく、脊柱、四肢等の長手方向に延びる構造物を対象構造物としてCPR画像を生成してもよい。
また、上記実施形態においては、CPR画像G10と同時に、心筋の機能画像を表示してもよい。これにより、冠動脈の状態と心臓の機能の状態とを同時に確認することができる。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
各断面における切断面が連続する切断曲面を生成し、切断曲面を含むCPR画像を生成することにより、切断面が滑らかに変化するため、各断面の間において、CPR画像に境界が発生してしまうことをより確実に防止できる。
各断面に複数の関心領域が存在する場合、1つの関心領域を選択することにより、選択された関心領域をCPR画像に含めることができる。
各断面における切断面の、基準となる断面の切断面からの基準線を中心とした角度を表す情報を表示することにより、CPR画像において注目している領域が、基準となる断面の切断面からどの程度角度がずれているかを認識することができる。
1 CPR画像生成装置
2 3次元画像撮影装置
3 画像保管サーバ
4 ネットワーク
11 CPU
12 メモリ
13 ストレージ
14 ディスプレイ
15 入力部
21 画像取得部
22 構造物抽出部
23 断面設定部
24 切断面決定部
25 画像生成部
30,30A,30B 冠動脈領域
31 内腔
32 プラーク
33 心筋
34 分岐
40 角度情報
Ck 切断面
CM0 切断曲面
G10 CPR画像
Pk 断面
PGk 断面画像
2 3次元画像撮影装置
3 画像保管サーバ
4 ネットワーク
11 CPU
12 メモリ
13 ストレージ
14 ディスプレイ
15 入力部
21 画像取得部
22 構造物抽出部
23 断面設定部
24 切断面決定部
25 画像生成部
30,30A,30B 冠動脈領域
31 内腔
32 プラーク
33 心筋
34 分岐
40 角度情報
Ck 切断面
CM0 切断曲面
G10 CPR画像
Pk 断面
PGk 断面画像
Claims (9)
- 撮影により取得された3次元画像から、対象構造物を抽出する構造物抽出手段と、
前記対象構造物の基準線上の各点において、該基準線に垂直な断面を設定する断面設定手段と、
前記各断面上に関心領域が存在する場合、前記基準線および前記関心領域を含む、前記各断面における1つの切断面を決定する切断面決定手段と、
前記各断面における切断面を含むCPR画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とするCPR画像生成装置。 - 前記対象構造物は、管状構造物である請求項1記載のCPR画像生成装置。
- 前記関心領域は、前記対象構造物の分岐、該対象構造物に隣接する他の構造物、該対象構造物内の他の構造物、および病変の少なくとも1つである請求項1または2記載のCPR画像生成装置。
- 前記画像生成手段は、前記各断面における切断面が連続する切断曲面を生成し、該切断曲面を含む前記CPR画像を生成する請求項1から3のいずれか1項記載のCPR画像生成装置。
- 前記各断面に複数の関心領域が存在する場合、前記切断面決定手段は、1つの関心領域を選択する請求項1から4のいずれか1項記載のCPR画像生成装置。
- 前記CPR画像を表示する表示手段をさらに備えた請求項1から5のいずれか1項記載のCPR画像生成装置。
- 前記表示手段は、前記各断面における切断面の、基準となる断面の切断面からの前記基準線を中心とした角度を表す情報を表示する請求項6記載のCPR画像生成装置。
- 撮影により取得された3次元画像から、対象構造物を抽出し、
前記対象構造物の基準線上の各点において、該基準線に垂直な断面を設定し、
前記各断面上に関心領域が存在する場合、前記基準線および前記関心領域を含む、前記各断面における1つの切断面を決定し、
前記各断面における切断面を含むCPR画像を生成することを特徴とするCPR画像生成方法。 - 撮影により取得された3次元画像から、対象構造物を抽出する手順と、
前記対象構造物の基準線上の各点において、該基準線に垂直な断面を設定する手順と、
前記各断面上に関心領域が存在する場合、前記基準線および前記関心領域を含む、前記各断面における1つの切断面を決定する手順と、
前記各断面における切断面を含むCPR画像を生成する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とするCPR画像生成プログラム。
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