JP2010131315A - 医用画像処理装置及び医用画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】病巣部、血管梗塞、血管狭窄、肺癌、大腸癌、胃癌等に代表される病巣部又は病巣候補部が、どの程度の範囲で、どのような形状をしているかを視認可能な三次元画像を生成し表示することができる医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムを提供すること。
【解決手段】ＭＩＰ、ＳＶＲ、ＤＶＲ等の任意の描画モードにおいて、ボリュームデータ上において病巣部等に対応する領域を抽出し、当該領域に対して自動的に又はユーザからの指定に基づいて正常部位とは異なる色を割り当て、奥行き情報をも反映させた三次元画像を生成する。また、ウィンドウ条件が任意のタイミングで変更された場合、変更後のウィンドウ条件で病巣部等に対応する領域内に存在する各ボクセル及び正常領域内に存在する各ボクセルへの色情報の割り当てを実行した後、三次元画像を生成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、医療画像撮像装置から得られる原画像のボリュームデータから臓器の三次元画像を作成して表示する医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムに関する。

近年の医用画像分野で使用される画像処理装置（医用画像処理装置）は、超音波診断装置、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置（Ｘ線ＣＴ装置）、磁気共鳴イメージング装置（ＭＲＩ装置）等に代表される医用画像を撮像するための医用画像診断装置と組み合わせて使用され、多くの病院、検査機関等で広く利用されている。この医用画像処理装置によって提供される三次元画像は、手術前のシミュレーション等において、消化管の腫瘍、プラーク（斑点）の形成、狭搾症等の原因を調べる際に行う消化管腔の画像化等に有効利用されている。この様な医用画像処理装置を用いて、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置などで撮像された原画像のボリュームデータから、肺野、心臓、頭部血管等、コンピュータ処理によって病巣部の候補点や範囲を見つけ、その候補点や範囲を、原画像、ＭＰＲ画像、三次元画像などの上に矢印その他の方法で明示する表示システム等が存在する。

なお、本願に関連する公知文献としては、例えば次のようなものがある。
特開平８−２９４４７９号公報 特開２００３−１９０１３４号公報

しかしながら、従来の医用画像処理装置では、複数ある候補点に対し、例えば図１０に示すように立体的に表示された三次元画像の上に＋マークや矢印などを表示して位置を示すだけであり、立体画像の上で病巣部範囲や大きさを分かりやすく的確に明示することができない。

また、スクリーニングの結果を立体的かつ感覚的に分かりやすく表示できる事は、今後増えるであろうＣＡＤ（Computer Aided Diagnosis）のシステムにとって、一つの重要な表示技術であるとされている。例えば、複雑に入り組んだ血管病変や肺野の上に矢印や＋マークを表示しただけでは、その位置が人体のどの部分にあるのか、画像上で把握する事は難しい。血管など大腸ポリープ（自動診断可能）や、癌その他の病巣部、の表示にも、同様の事が言える。その様な状況の中で、三次元画像上に、病巣部の位置や範囲を分かりやすく明示する技術の確立は、強く望まれるところである。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、病巣部、血管梗塞、血管狭窄、肺癌、大腸癌、胃癌等に代表される病巣部又はその可能性があると思われる領域（病巣候補部）が、どの程度の範囲で、どのような形状をしているかを視認可能な三次元画像を生成し表示することができる医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムを提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

請求項１に記載の発明は、被検体の病巣部及び病巣候補部のうちの少なくとも一方を含む領域を医用画像診断装置によって撮像することで取得されたボリュームデータを記憶する記憶手段と、前記ボリュームデータから病巣部及び病巣候補部の少なくとも一方に対応する第１の領域を抽出する抽出手段と、前記第１の領域内に存在するボクセルと前記第１の領域以外の領域である第２の領域内に存在するボクセルとに異なる色情報を割り当て、当該各ボクセルの色情報を用いて三次元画像を生成する画像生成手段と、前記三次元画像を表示する表示手段と、を具備することを特徴とする医用画像処理装置である。

請求項５に記載の発明は、コンピュータに、被検体の病巣部及び病巣候補部のうちの少なくとも一方を含む領域を医用画像診断装置によって撮像することで取得されたボリュームデータから、病巣部及び病巣候補部の少なくとも一方に対応する第１の領域を抽出させる抽出機能と、前記第１の領域内に存在するボクセルと前記第１の領域以外の領域である第２の領域内に存在するボクセルとに異なる色情報を割り当て、当該各ボクセルの色情報を用いて三次元画像を生成させる画像生成機能と、前記三次元画像を表示させる表示機能と、を具備することを特徴とする医用画像処理プログラムである。

以上本発明によれば、病巣部、血管梗塞、血管狭窄、肺癌、大腸癌、胃癌等に代表される病巣部又は病巣候補部が、どの程度の範囲で、どのような形状をしているかを視認可能な三次元画像を生成し表示することができる医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムを実現することができる。

以下、本発明の第１実施形態及び第２実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る画像処理装置１のブロック構成図を示している。同図に示すように、本医用画像処理装置１は、操作部１０、表示部１２、送受信部１４、制御部１６、記憶部１８、病巣部等解析抽出部２０、三次元画像レンダリング部２２を具備している。

操作部１０は、画像処理において用いられる各種表示条件等の設定を入力するためのマウス、キーボード等を有する入力装置である。

表示部１２は、医用画像、各種設定を入力するための対話的画面等を表示する。

送受信部１４は、各種医用画像診断装置によって取得された画像等や他の装置によって生成された画像等を、ネットワークを介して他の装置と送受信する。

制御部１６は、当該医用画像処理装置の動作を統括的に制御する。特に、制御部１６は、記憶部１８に記憶された専用プログラムを図示していないメモリ上に展開し、これに従って三次元画像レンダリング部２０を構成し動作させることで、病巣部又は病巣候補部がどの程度の範囲、形状で浸潤しているかを可視化するための機能（病巣部等可視化機能）を実現する。この病巣部等可視化機能については、後で詳しく説明する。

記憶部１８は、各種医用画像診断装置によって取得されたボリュームデータの他、病巣部等可視化機能を実現するための専用プログラムを記憶する。

病巣部等解析抽出部２０は、各種医用画像診断装置によって取得されたボリュームデータを解析してセグメンテーション処理を実行し、病巣部又は病巣候補部を抽出する。

三次元画像レンダリング部２２は、通常のボリュームレンダリング処理の他、制御部１６からの制御に従って病巣部等可視化機能に従う処理を実現するものであり、臓器表示条件設定部２２１、セグメント表示設定部２２３、画像作成部２２５を有している。

臓器表示条件設定部２２１は、操作部１０からの入力、又は予め設定されたプログラムに従って、ウィンドウレベルＷＬ、ウィンドウ幅ＷＷを設定する。

セグメント表示設定部２２３は、病巣部等と他の領域とが異なる色彩で表示されるように、自動的に決定された又はユーザから指定されたサンプル色を用いて、各ボクセルへ色情報を割り当てる。

画像作成部２２５は、所定の描画モードに従って三次元画像を生成する。特に、画像作成部２２５は、後述する病巣部等可視化機能に従って、病巣部又は病巣候補部を正常部位とは異なる形態で立体的に強調表示するための三次元画像を生成する。

（病巣部等可視化機能）
次に、本医用画像処理装置が有する病巣部等可視化機能について説明する。この機能は、特にＣＡＤなど、自動診断のアプリケーション上で発見された病巣部又は病巣候補部（以下、「病巣部等」とも言う）をボリュームレンダリングによる三次元画像上で他の領域とは異なった表示状態で強調表示することで、病巣部等がどの程度の範囲、形状で浸潤しているかを可視化するものである。

図２は、病巣部等可視化機能に従う処理（病巣部等可視化処理）の流れを示したフローチャートである。以下、各ステップにおける処理の内容について説明する。

［ボリュームデータの取得：ステップＳ１］
まず、所定の医用画像診断装置によって検査部位を含む領域（すなわち、病巣部及び病巣候補部の少なくとも一方を含む領域）に関する撮像が実行され、当該領域に関するボリュームデータが取得される（ステップＳ１）。本実施形態においては、説明を具体的にするため、Ｘ線ＣＴ装置を用いてボリュームデータが取得されたものとする。

［病巣部等の抽出：ステップＳ２］
次に、病巣部等解析抽出部２０は、各種医用画像診断装置によって取得されたボリュームデータを解析してセグメンテーション処理を実行し、病巣部等を抽出する（ステップＳ２）。セグメンテーション処理の手法には、特に拘泥されない。典型的な手法としては、ボクセル値やその変化率による閾値処理を挙げることができる。

［病巣部等を可視化するための画像生成処理：ステップＳ３］
次に、三次元画像レンダリング部２２は、病巣部等を可視化するための画像生成処理を実行する（ステップＳ３）。以下、本ステップ処理の内容につき、影付きボリュームレンダリング（ＳＶＲ：Shaded Volume Rendering）モード、深さボリュームレンダリング（ＤＶＲ：Depth Volume Rendering）モード、ボクセル値（又はピクセル値）投影（Intensity Projection）モードの描画モード毎に説明する。

（ＳＶＲモードの場合）
図３は、ＳＶＲモードにおける病巣部等を可視化するための画像生成処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、画像生成部２２５は、ボリュームデータの中に存在する個々のボクセルデータを中心に、その近傍２６個のボクセルの持つ濃淡値より、そのボクセルの位置の濃度勾配を算出、その濃度勾配に対する法線ベクトルを
算出する（ステップＳ３１ａ）。

次に、画像生成部２２５は、図４に示すように、ステップＳ３１ａで求めた法線ベクトル及び当該法線ベクトルに垂直な面Ｓと三次元画像作成に使用する光の入射角（例えば、物体の正面から光を当てる方向）とから、各ボクセルでの光の反射角度を計算する（ステップＳ３２ａ）。

次に、セグメント表示設定部２２３は、病巣部等と他の領域とが異なる色彩で表示されるように、自動的に決定された又はユーザから指定されたサンプル色を用いて、各ボクセルへ色情報を割り当てる（ステップＳ３３ａ）。すなわち、セグメント表示設定部２２３は、セグメンテーション処理によって抽出された病巣部等に対応する領域については、次の様な処理を行う。例えば、自動的に決定された又はユーザから指定された病巣部等に関するサンプル色が（Ｒ，Ｇ，Ｂ）＝（２５５，０，０）の赤色である場合を想定する。このとき、セグメント表示設定部２２３は、入力された色の情報をＲＧＢ（８ｂｉｔずつ）に分割し、（０）〜（ＲＧＢの各入力値）の範囲で、ＲＧＢ各々のピクセルの値を、２５６階調になるように、サンプリングする。次に、セグメント表示設定部２２３は、サンプリングされた値と、抽出された病巣部等に対応する領域に存在する各ボクセルの原画像の濃淡値とを比較し、ＣＴ値に対応する位置の各々のＲＧＢの値を求め、これを各ボクセルの位置の色情報としてメモリ上又はディスク上の領域に格納する。

例えば、ＣＴ値範囲が−１０２４から１０２３まで、入力ＣＴ値が３００、色情報範囲が０から２５５までの場合、セグメント表示設定部２２３は、入力ＣＴ値に割り当てられる色情報を以下の様に計算し、メモリ上又はディスク上の領域に格納する。

Ｘ＝１０２３＋１＋１０２４＝２０４８
Ｙ＝３００＋１＋１０２４＝１３２５
Ｚ＝２５５＋１＝２５６
当該ボクセルの色情報＝（Ｘ・Ｙ／Ｚ）−１＝（１３２５・２５６／２０４８）−１＝１６４．６２５
なお、上記色情報は最大２５５までであり、小数点以下は四捨五入するものとする。

また、三次元画像表示時のセグメント領域の見易さを考慮するため、上記で求めた色情報の値（元色情報）に、バイアスのための数値パラメータを設定し、例えば下記の式に従って当該ボクセルにつき新たに新色情報として定義するようにしてもよい。

新色情報（最大２５５）＝元色情報・バイアス値（上限なし）
このとき、計算値が２５５を超える場合には、新色情報は２５５に設定するものとする。三次元画像が表示された後にこのパラメータを調整すれば、セグメント領域の色の強さ、例えば、暗い赤〜明るい赤、黒から白など、表示条件を容易かつ迅速に変更することが可能になる。

次に、画像生成部２２５は、図５に示すように、各ボクセルに関する光の反射角度、色情報、光の反射度合いや鏡面反射等の情報を用いて、各ボクセルに関する影付け濃淡値を算出し（ステップＳ３４ａ）、Ｘ線ＣＴ装置を用いて取得されたボリュームデータのボクセルの濃淡値に割り付けられた透明度情報に従って、影付け濃淡値を投影面上に投影することで、三次元画像を生成する（ステップＳ３５ａ）。

（ＤＶＲモードの場合）
ＤＶＲモードの場合、画像生成部２２５は、図３に示したＳＶＲモードにおける画像生成処理から、影付けに対応するステップを除いた処理を実行する。すなわち、画像生成部２２５は、病巣部等と他の領域とが異なる色彩で表示されるように、自動的に決定された又はユーザから指定されたサンプル色を用いて、各ボクセルへ色情報を割り当て、Ｘ線ＣＴ装置を用いて取得されたボリュームデータのボクセルの濃淡値を深さに応じて投影面上に投影することで、三次元画像を生成する。

（ボクセル値投影モードの場合）
図６は、ボクセル値投影モードにおける病巣部等を可視化するための画像生成処理の流れを示したフローチャートである。同図に示すように、まず、画像生成部２２５は、病巣部等と他の領域とが異なる色彩で表示されるように、自動的に決定された又はユーザから指定されたサンプル色を用いて、各ボクセルへ色情報を割り当てる（ステップＳ３１ｂ）。

次に、画像生成部２２５は、図７に示すように、抽出された病巣部等に対応する領域内に存在するボクセルが優先される条件（優先条件）に従って、各ボクセルの濃淡値を投影面に投影する（ステップＳ３２ｂ）。すなわち、画像生成部２２５は、抽出された病巣部等に対応する領域内に存在するボクセルが投影ベクトル上にある場合には、投影ベクトル上の当該病巣部等に対応するボクセルのうち最も濃淡値の高いものの色情報の値（或いは、投影ベクトル上の当該病巣部等に対応するボクセルのうち最も濃淡値の低いものの色情報の値、投影ベクトル上の当該病巣部等に対応する全てのボクセルの色情報の加算平均値等）を投影面に投影する。また、画像生成部２２５は、抽出された病巣部等に対応する領域内に存在するボクセルが投影ベクトル上にない場合には、投影ベクトル上のボクセルのうち最も濃淡値の高いものの色情報の値（或いは、投影ベクトル上のボクセルのうち最も濃淡値の低いものの色情報の値、投影ベクトル上の全てのボクセルの色情報の加算平均値等）を投影面に投影する。この様に、抽出された病巣部等に対応する領域内に存在するボクセルを優先条件に従って投影することで、ユーザの要求条件に合せた形態で病巣部等を三次元画像上に立体的に表示することができる。

なお、優先条件は、抽出された病巣部等に対応する領域内に存在するボクセルを優先させるものであれば、どのようなものであってもよい。また、設定された優先条件は、全ての調整可能なパラメータを使用してその内容を任意に変更することが可能である。

（変形例）
白黒画像を生成する場合において、三次元画像の表示条件（ウィンドウ条件）が任意のタイミングで変更されることがある。係る場合、三次元画像レンダリング部２２は、各描画モードのボクセルへの色情報の割り当てにおいて、次のような処理を実行する。

すなわち、三次元画像レンダリング部２２の臓器表示条件設定部２２１は、操作部１０を介して変更されたウィンドウ幅（ＷＷ）及びウィンドウレベル（ＷＬ）の各値を新たに臓器表示条件として設定する。セグメント表示設定部２２３は、新たに設定されたＷＷ及びＷＬの値に基づいて、抽出された病巣部等に対応する領域内に存在する各ボクセルの値を、例えば図８に示す線形補間式に従って０〜２５５までの２５６階調の間の値に変換する。なお、同図に示した線形補間式は一例であり、一般的な変換式であればどのようなものであってもよい。また、この様な線形補間式に従う計算は、計算精度の観点から、全てｄｏｕｂｌｅで計算することが好ましい。

次に、セグメント表示設定部２２３は、計算されたＲの値を例えば既述の色情報範囲に当てはめＲＧＢの値を計算し、得られたＲＧＢの値を用いて抽出された病巣部等に対応する領域内に存在する各ボクセルの色情報を決定する。

［三次元画像表示：ステップＳ４］
表示部１２は、三次元画像レンダリング部２２において生成された三次元画像を、例えば図９に示すような形態で表示する（ステップＳ４）。同図の符号Ｐで示された領域にあるように、本病巣部等可視化処理によって得られた三次元画像においては、病巣部又は病巣候補部を正常部位とは異なる形態で立体的に強調表示される。

（効果）
以上述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。

本医用画像処理装置によれば、ＭＩＰ、ＳＶＲ、ＤＶＲ等の任意の描画モードにおいて、ボリュームデータ上において病巣部等に対応する領域を抽出し、当該領域に対して自動的に又はユーザからの指定に基づいて正常部位とは異なる色を割り当て、奥行き情報をも反映させて立体的に強調表示する病巣部等可視化処理を実行する。従って、医師は、画像診断において、診断や治療に対して知りたいと思っている情報（例えば、病巣部又は病巣候補部が、どの程度の範囲で、どのような形状で浸潤しているか等）を容易且つ的確に把握することができる。

また、本医用画像処理装置によれば、ウィンドウ条件が任意のタイミングで変更された場合、変更後のウィンドウ条件で病巣部等に対応する領域内に存在する各ボクセル及び正常領域内に存在する各ボクセルへの色情報の割り当てを実行する。従って、三次元画像上において、病巣部等と正常部位とを同一の階調で表示することができ、視覚的に違和感のない画像を提供することができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば本実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーションや医用画像診断装置のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記録媒体に格納して頒布することも可能である。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

以上本発明によれば、病巣部、血管梗塞、血管狭窄、肺癌、大腸癌、胃癌等に代表される病巣部又は病巣候補部が、どの程度の範囲で、どのような形状をしているかを視認可能な三次元画像を生成し表示することができる医用画像処理装置及び医用画像処理プログラムを実現することができる。

図１は、本実施形態に係る画像処理装置１のブロック構成図を示している。 図２は、病巣部等可視化機能に従う処理（病巣部等可視化処理）の流れを示したフローチャートである。 図３は、影付きボリュームレンダリング（ＳＶＲ）モードにおける病巣部等を可視化するための画像生成処理の流れを示したフローチャートである。 図４は、各ボクセルでの光の反射角度を計算する処理を説明するための図である。 図５は、影付け濃淡値の投影処理を説明するための図である。 図６は、ボクセル値投影モードにおける病巣部等を可視化するための画像生成処理の流れを示したフローチャートである。 図７は、優先条件に従った投影処理を説明するための図である。 図８は、ボクセルの値を０〜２５５までの２５６階調の間の値に変換するための線形補間式の一例を示した図である。 図９は、病巣部等可視化処理によって取得された三次元画像の一例を示した図である。 図１０は、従来の病巣部等の表示形態の一例を示した図である。

符号の説明

１…医用画像処理装置、１０…操作部、１２…表示部、１３…表示制御部、１４…送受信部、１５…病巣部等解析抽出部、１６…制御部、１８…記憶部、２０…三次元画像レンダリング部、２０１…臓器表示条件設定部、２０３…セグメント表示設定部、２０５…画像作成部

Claims (5)

1. 被検体の病巣部及び病巣候補部のうちの少なくとも一方を含む領域を医用画像診断装置によって撮像することで取得されたボリュームデータを記憶する記憶手段と、
   前記ボリュームデータから病巣部及び病巣候補部の少なくとも一方に対応する第１の領域を抽出する抽出手段と、
   前記第１の領域内に存在するボクセルと前記第１の領域以外の領域である第２の領域内に存在するボクセルとに異なる色情報を割り当て、当該各ボクセルの色情報を用いて三次元画像を生成する画像生成手段と、
   前記三次元画像を表示する表示手段と、
   を具備することを特徴とする医用画像処理装置。
2. 前記画像生成手段は、前記ボクセルの色情報を用いて影付きボリュームレンダリング又は深さボリュームレンダリングを行うことで、前記三次元画像を生成することを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
3. 前記画像生成手段は、前記第１の領域内に存在するボクセルが投影ベクトル上にある場合には、投影ベクトル上の前記第１の領域に対応するボクセルのうち最も濃淡値の高いものの色情報、投影ベクトル上の前記第１の領域に対応するボクセルのうち最も濃淡値の低いものの色情報、投影ベクトル上の前記第１の領域に対応する全てのボクセルの色情報の加算平均のいずれかを投影することで、前記三次元画像を生成することを特徴とする請求項１記載の医用画像処理装置。
4. 前記画像生成手段は、ウィンドウ条件が変更された場合には、変更後の前記ウィンドウ条件に従って、前記第１の領域内に存在するボクセル及び前記第２の領域内に存在するボクセルに対する前記色情報の割り当てを実行し、前記三次元画像を生成することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の医用画像処理装置。
5. コンピュータに、
   被検体の病巣部及び病巣候補部のうちの少なくとも一方を含む領域を医用画像診断装置によって撮像することで取得されたボリュームデータから、病巣部及び病巣候補部の少なくとも一方に対応する第１の領域を抽出させる抽出機能と、
   前記第１の領域内に存在するボクセルと前記第１の領域以外の領域である第２の領域内に存在するボクセルとに異なる色情報を割り当て、当該各ボクセルの色情報を用いて三次元画像を生成させる画像生成機能と、
   前記三次元画像を表示させる表示機能と、
   を具備することを特徴とする医用画像処理プログラム。

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