JP2011193997A

JP2011193997A - 医用画像変換装置および方法並びにプログラム

Info

Publication number: JP2011193997A
Application number: JP2010063411A
Authority: JP
Inventors: Jun Masumoto; 潤桝本
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-10-06
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: JP5068336B2

Abstract

【課題】医用画像を時系列順に表示する場合の色等の変動を防止する。
【解決手段】位置合わせ部３０が、３次元ボリュームデータ群１１０を構成する３次元ボリュームデータ１００の画素位置を、３次元ボリュームデータ１００間において位置合わせすることにより対応づける。変換部４０が基準時相Ｂを選択し、すべての３次元ボリュームデータ１００の各画素位置の信号値を、基準時相Ｂにおける基準３次元ボリュームデータ１２０の対応する画素位置の信号値に変換し、さらにカラーテンプレートＴ０を用いて、各３次元ボリュームデータ１００の信号値を表示信号値に変換する。
【選択図】図１

Description

本発明は、心臓等の臓器の動きを表すための時系列医用画像を、例えばボリュームレンダリング表示するために変換する医用画像変換装置および方法、並びに医用画像変換方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。

近年、医療機器（例えば多検出器型ＣＴ等）の進歩により質の高い３次元画像が画像診断に用いられるようになってきている。ここで、３次元画像は多数の２次元の断層画像から構成され情報量が多いため、医師が所望の観察部位を見つけ診断することに時間を要する場合がある。そこで、注目する構造物を認識し、注目する構造物を含む３次元画像から、例えば最大値投影法（ＭＩＰ法）および最小値投影法（ＭｉｎＩＰ法）等の方法を用いて、注目する構造物の３次元画像を作成してＭＩＰ表示等を行ったり、３次元画像のボリュームレンダリング（ＶＲ）表示を行ったり、ＣＰＲ（Curved Planer Reconstruction）表示を行ったりすることにより、構造物全体、さらには構造物に含まれる病変の視認性を向上させる各種技術が提案されている。

ところで上述した多検出器型のＣＴにおいては、複数の検出器を用いて一度に多数の断層画像を取得することができ、現在では１回転で３００スライスを超える断層画像を取得することが可能となっている。また、検出器１回転に要する時間は０．３秒程度であるため、特定の臓器のみであれば、複数の３次元画像を短い時間間隔により時系列で取得することが可能となっている。このように時系列で取得した３次元画像に含まれる注目する臓器を時系列順に表示する、すなわち、３次元に時間を含めた４次元表示することにより、注目する臓器が動く様子を動画像を見るように観察することが可能となる（特許文献１参照）。

このように３次元画像を４次元表示することにより、とくに循環器分野における心臓解析等が可能となる。また、心臓、肺等の動きのある臓器のみならず、造影剤を用いて３次元画像を取得するに際し、造影剤の流れる様子を４次元表示することにより、造影剤効果による肝臓等の特定の臓器の診断を行うことが可能となる。

なお、３次元画像をＶＲ表示する場合、注目する臓器を抽出し、抽出した臓器の３次元画像の各画素位置の信号値（ＣＴ画像の場合はＣＴ値）に応じて、各画素の信号値に色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）および不透明度（オパシティ）を設定して３次元表示が行われる。ＶＲ画像の４次元表示は、複数の３次元画像のそれぞれについて色および不透明度を設定してＶＲ画像を作成し、作成したＶＲ画像を時系列順に表示することにより行われる。

特開２００５−３２２２５２号公報

ところで、特定の臓器を時系列順に短い時間間隔で撮影することにより取得した３次元画像においては、３次元画像のそれぞれに含まれる臓器の対応する画素位置の信号値は同一となるはずである。しかしながら、実際には撮影時のノイズ等の影響により、同一の臓器の対応する画素位置の信号値が異なるものとなってしまうことが多い。このように、同一の臓器の対応する画素位置の信号値が異なると、ＶＲ画像を４次元表示した際に、臓器の同一位置の色および不透明度がその臓器の動きに併せて変動してしまう。このように、臓器の色および不透明度が変動すると、その位置の３次元的な動きを錯覚してしまい、正確な診断を行うことができなくなるおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、医用画像を時系列順に表示する場合の色等の変動を防止することを目的とする。

本発明による医用画像変換装置は、特定臓器についての時相が異なる一連の時系列医用画像を取得する画像取得手段と、
前記一連の時系列医用画像内の画素位置を、前記一連の時系列医用画像間において位置合わせする位置合わせ手段と、
前記一連の時系列医用画像において、前記特定臓器の対応する画素位置の信号値を同一の表示画素値に変換する変換手段とを備えたことを特徴とするものである。

「時相が異なる一連の時系列医用画像」としては、同一被写体の特定同期を短い時間角で連続して撮影を行うことにより取得し、時系列順に表示することにより、特定臓器の動きを再生することが可能であれば、任意の画像を用いることができる。具体的には、３次元画像、３次元画像から抽出した３次元の特定臓器の画像、３次元画像において特定臓器を含む特定のスライス位置における２次元画像、さらには単純Ｘ線撮影により取得した特定臓器の画像等を用いることができる。

なお、本発明による医用画像変換装置においては、前記位置合わせの前に、前記一連の時系列画像を平滑化する平滑化手段をさらに備えるものとしてもよい。

また、本発明による医用画像変換装置においては、前記変換された一連の時系列画像を、時系列順に表示する表示手段をさらに備えるものとしてもよい。

また、本発明による医用画像変換装置においては、前記時系列医用画像を、３次元医用画像としてもよい。

また、本発明による医用画像変換装置においては、前記特定臓器を、心臓および／または肺としてもよい。

本発明による医用画像変換方法は、特定臓器についての時相が異なる一連の時系列医用画像を取得し、
前記一連の時系列医用画像内の画素位置を、前記一連の時系列医用画像間において位置合わせし、
前記一連の時系列医用画像において、前記特定臓器の対応する画素位置の信号値を同一の表示画素値に変換することを特徴とするものである。

なお、本発明による医用画像変換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、特定臓器についての時相が異なる一連の時系列医用画像を取得し、一連の時系列医用画像内の画素位置を、一連の時系列医用画像間において位置合わせし、一連の時系列医用画像において、特定臓器の対応する画素位置の信号値を同一の表示画素値に変換するようにしたものである。このため、一連の時系列医用画像を時系列順に表示しても、特定臓器内のある部分の表示画素値が、臓器の動きに併せて変動することがなくなる。したがって、特定臓器内の対応する位置の動きを錯覚してしまうことがなくなり、その結果、時系列順に表示された医用画像を用いての診断を正確に行うことができる。

本発明の実施形態による医用画像変換装置の構成を示す概略ブロック図心臓の３次元画像の位置合わせ結果を示す図カラーテンプレートを示す図本実施形態において行われる処理を示すフローチャート本発明の他の実施形態による医用画像変換装置の構成を示す概略ブロック図

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は本発明の実施形態による医用画像変換装置の構成を示す概略ブロック図である。なお、図１に示す医用画像変換装置１の構成は、補助記憶装置に読み込まれた医用画像変換処理プログラムをコンピュータ上で実行することにより実現される。このとき、この医用画像変換処理プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされる。

本実施形態による医用画像変換装置１は、ボリュームデータ取得部１０、記憶部２０、位置合わせ部３０、変換部４０、表示制御部５０および入力部６０を備える。

ボリュームデータ取得部１０は、ＣＴ装置またはＭＲＩ装置等のモダリティ２において、所定の時間間隔Δｔで被写体の特定臓器を撮影して得られた複数の３次元ボリュームデータ１００からなる３次元ボリュームデータ群１１０を取得する、通信インターフェースの機能を有する。なお、３次元ボリュームデータ群１１０はＬＡＮ経由でモダリティ２から送信される。また、本実施形態においては、特定臓器を心臓とする。

ここで、３次元ボリュームデータ１００は、診断対象となる心臓を断層面に垂直な方向に沿って順に得られる２次元の断層像データを積層することによって取得されるものであり、本実施形態においては、ＣＴ装置またはＭＲＩ装置等のモダリティ２において撮影された複数の断層画像を重ね合わせることにより生成される。なお、ＣＴ装置を用いて取得したボリュームデータは、ボクセル（すなわち画素位置）毎にＸ線の吸収量を蓄えたデータとなり、各画素位置に対して１つの信号値（ＣＴ装置で撮影した場合は、Ｘ線の吸収量を示す値）が与えられたデータとなる。

３次元ボリュームデータ群１１０は、例えば、被写体を一定の時間間隔Δｔからなる異なる時相ｔ１、ｔ２、・・・、ｔｎで撮影を行うことにより取得した、一連の３次元ボリュームデータ１００から構成される。

なお、３次元ボリュームデータ１００には、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communications in Medicine）規格で規定された付帯情報が付加される。付帯情報は、例えば、個々の３次元ボリュームデータ１００により表される３次元画像を識別するための画像ＩＤ、被写体を識別するための患者ＩＤ、検査を識別するための検査ＩＤ、画像情報毎に割り振られるユニークなＩＤ（ＵＩＤ）、その画像情報が生成された検査日、検査時刻、その画像情報を取得するための検査で使用されたモダリティの種類、患者氏名、年齢、性別等の患者情報、検査部位（撮影部位、本実施形態においては心臓）、撮影条件（造影剤の使用有無や、放射線量等）、１回の検査で複数の画像を取得したときのシリーズ番号あるいは採取番号等の情報が含まれうる。

記憶部２０は、ハードディスク等の大容量の記憶装置であり、３次元ボリュームデータ群１１０が記憶される。なお、記憶部２０には、被写体が異なる（すなわち患者が異なる）、あるいは同一被写体で撮影時期が異なる複数の３次元ボリュームデータ群１１０が記憶される。

位置合わせ部３０は、３次元ボリュームデータ１００のそれぞれについて、心臓部分における対応する画素位置を３次元ボリュームデータ１００間において位置合わせする。具体的には、「W.M. Wells III, P. Viola, H. Atsumi, S. Nakajima, and R.Kikinis, Multi modal volume registration by maximization of mutual information , Med. Image Anal., vol.1, no.1, pp.35 51,1996.」（参考文献１）、「Rueckert, D., Sonoda, L.I., Hayes, C., Hill, D.L.G.,Leach, M.O., Hawkes, D.J., Nonrigid registration using free-form deformations: application to breast MR images. IEEE Transactions on Medical Imaging, vol.18, pp.712?721, 1999.」（参考文献２）、「Masumoto J, Sato Y, Hori M, Murakami T, Johkoh T, Nakamura H, Tamura S: A similarity measure for nonrigid volume registration using known joint distribution of target tissue: Application to dynamic CT data of the liver, Medical Image Analysis, vol.7, no.4, pp.553-564, 2003.」（参考文献３）、「Yongmei Wang, Lawrence H. Staib, Physical model-based non-rigid registration incorporating statistical shape information, Medical Image Analysis (2000) volume 4, number 1, pp 7-21」（参考文献４）に記載された手法を用いて対応する画素位置を対応づけることができる。

参考文献１に記載された手法は、剛体レジストレーション手法を用いた位置合わせを行うものであり、異なるモダリティにより取得した３次元医用画像間において、相互情報量が最大となるように、画素の位置および方向を調整することにより画素の位置合わせを行う手法である。参考文献２に記載された手法は、非剛体レジストレーション手法を用いた位置合わせを行うものであり、"free from deformation"（ＦＦＴ）というＢスプライン関数を基本とした変形推定手法により、ＭＲＩ画像の位置合わせを行う手法である。参考文献３に記載された手法は、非剛体レジストレーション手法を用いた位置合わせを行うものであり、時系列順に取得されたＣＴ画像において、肝臓等の対象とする組織の結合分布（joint distribution）を用いて、対象組織と非対象組織との境界において組織をスライドさせることにより類似度を測定して位置合わせを行う手法である。参考文献４に記載された手法は、非剛体レジストレーション手法を用いた位置合わせを行うものであり、物体の形状をあらかじめ与えておき、その形状となるように物体を変形させることにより、物体間の位置合わせを行う手法である。

また、特表２００５−５２８９７４号公報および特表２００７−５１６７４４号公報に記載された手法を用いることも可能である。特表２００５−５２８９７４号公報に記載された手法は、対象の関心領域から第１および第２の画像データセットを取得し、関心領域に対する呼吸および心臓運動等の生理学的運動のモデルを作成し、生理学的モデルを第１の画像データセットに対して適合させ、変換のために対象特有の生理学的ファントムを第２の画像データセットに適用し、この変換を第１の画像データセットに対して適用することにより、位置合わせを行う手法である。

また、特表２００７−５１６７４４号公報に記載された手法は、２つの画像間における目印となる位置の類似性に基づいて、目印の位置を位置合わせすることにより画像の位置合わせを行う手法である。

位置合わせ部３０は、これらの手法を用いて３次元ボリュームデータ１００により表される３次元画像に含まれる心臓間の位置合わせを行う。これにより、３次元画像に含まれる心臓間において、同一位置を表す画素が互いに対応づけられる。

なお、位置合わせ手法は上記各種法に限定されるものではなく、公知の任意の手法を用いることができる。また、３次元ボリュームデータ１００を順次モニタ４に表示し、入力部６０からの入力により操作者が位置合わせを行うようにしてもよい。また、心臓部分のみならず、３次元ボリュームデータ１００の全画素位置の位置合わせを行うようにしてもよい。

図２は、心臓の３次元画像の位置合わせ結果を示す図である。なお、図２においては、３つの３次元ボリュームデータ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃに含まれる心臓の位置合わせ結果を示す。図２に示すように、３次元ボリュームデータ１００Ａに含まれる心臓上の画素Ｐ１は、３次元ボリュームデータ１００Ｂ，１００Ｃの画素Ｐ２，Ｐ３とそれぞれ対応づけられることとなる。

変換部４０は、３次元ボリュームデータ１００のそれぞれの画素位置における信号値を、ボリュームレンダリング（ＶＲ）表示のために表示画素値に変換する。図３は、３次元ボリュームデータ１００を変換するためのカラーテンプレートを示す図である。なお、カラーテンプレートは、３次元ボリュームデータ１００に含まれる部位のうち、抽出してＶＲ表示したい部位に応じて複数用意されており、本実施形態においては、心臓のＶＲ表示のためのカラーテンプレートＴ０を選択するものとする。図３に示すように、カラーテンプレートＴ０は横軸に３次元ボリュームデータ１００の信号値、縦軸に色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）および不透明度が設定された１次元のルックアップテーブルである。なお、図３においては１つのカラーテンプレートのみを示しているが、実際には、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色および不透明度のそれぞれについて４つのカラーテンプレートが用意されている。

変換部４０は、カラーテンプレートＴ０を参照して、３次元ボリュームデータ１００の各画素の信号値を、Ｒ，Ｇ，Ｂおよび不透明度からなる表示画素値に変換する。この際、変換部４０は、複数の３次元ボリュームデータ１００のそれぞれの時相のうちの基準となる１つの基準時相Ｂを選択する。そして、基準時相以外の時相における３次元ボリュームデータ１００の各画素位置の信号値を、基準時相Ｂにおける３次元ボリュームデータ（以下、基準３次元ボリュームデータ１２０とする）の対応する画素位置の信号値に変換する。

なお、基準時相Ｂの選択は、例えば、３次元ボリュームデータ群１１０の時相における先頭の時相、中間の時相、最後の時相、あるいはノイズが最も少ない３次元ボリュームデータ１００を取得した時相等、あらかじめ定められた時相を選択するするようにすればよい。また、入力部６０からの入力によりいずれの時相を基準時相Ｂとするかの選択を受け付けるようにしてもよい。この際、操作者は最もノイズが少ない３次元ボリュームデータ１００を取得した時相等を基準時相Ｂとして選択すればよい。

そして、変換部４０は、すべての３次元ボリュームデータ１００の各画素位置の信号値を基準３次元ボリュームデータ１２０の対応する画素位置の信号値に変換した後に、カラーテンプレートＴ０を用いて、各３次元ボリュームデータ１００の信号値を表示画素値に変換する。これにより、３次元ボリュームデータ１００は、心臓が抽出されたＶＲ画像を表すものとなる。

またこれにより、図２に示す３つの３次元ボリュームデータ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの対応する画素位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、例えばそれぞれの信号値がノイズ等の影響により１００，１１０，１０７となっている場合であっても、同じ色および不透明度の表示画素値に変換されることとなる。例えば、３つの３次元ボリュームデータ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃのうち、基準時相Ｂにおける３次元ボリュームデータを３次元ボリュームデータ１００Ｂとした場合、画素位置Ｐ１，Ｐ３の信号値はそれぞれ１１０に変換され、その結果、カラーテンプレートＴ０における１１０の信号値に対応する色および不透明度に変換されることとなる。

表示制御部５０は、変換された一連の３次元ボリュームデータ１００により表されるＶＲ画像を時系列順にディスプレイ４に表示する。なお、本実施形態においては、心臓を表示するものであるため、心臓が拍動する様子がディスプレイ４に表示されることとなる。

入力部６０は、キーボードおよびマウス等の公知の入力装置からなる。

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４は本実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。なお、複数の心臓の３次元ボリュームデータ群１１０は、ボリュームデータ取得部１０により取得されて、記憶部２０に記憶されているものとする。操作者が入力部６０を操作することにより、表示する３次元画像の選択がなされると（ステップＳＴ１肯定）、位置合わせ部３０が、選択された３次元画像に対応する３次元ボリュームデータ群１１０を記憶部２０から読み出し、３次元ボリュームデータ群１１０を構成する３次元ボリュームデータ１００間の画素位置を位置合わせする（ステップＳＴ２）。これにより、３次元ボリュームデータ１００間の画素位置が対応づけられる。

そして、変換部４０が、基準時相Ｂを選択し（ステップＳＴ３）、すべての３次元ボリュームデータ１００の各画素位置の信号値を、基準時相Ｂにおける基準３次元ボリュームデータ１２０の対応する画素位置の信号値に変換し（ステップＳＴ４）、さらに、選択されたカラーテンプレートＴ０を用いて、各３次元ボリュームデータ１００の信号値を表示画素値に変換する（ステップＳＴ５）。そして、表示制御部５０が、変換された３次元ボリュームデータ１００により表される心臓のＶＲ画像をディスプレイ４に時系列順に表示し（ステップＳＴ６）、処理を終了する。

このように、本実施形態においては、位置合わせ部３０が、３次元ボリュームデータ群１１０を構成する３次元ボリュームデータ１００の画素位置を、３次元ボリュームデータ１００間において位置合わせすることにより対応づけ、変換部４０が基準時相Ｂを選択し、すべての３次元ボリュームデータ１００の各画素位置の信号値を基準時相Ｂにおける基準３次元ボリュームデータ１２０の対応する画素位置の信号値に変換し、さらにカラーテンプレートＴ０を用いて、各３次元ボリュームデータ１００の信号値を、Ｒ，Ｇ，Ｂおよび不透明度からなる表示信号値に変換するようにしたものである。

このため、３次元ボリュームデータ群１１０を時系列順に表示した場合に、心臓内のある画素位置における色および不透明度が、心臓の動きに併せて変動することがなくなる。したがって、心臓内の色および不透明度が変動することによる心臓の３次元的な動きを錯覚することがなくなり、その結果、時系列順に表示された３次元ボリュームデータ群１１０を用いての診断を正確に行うことができる。

なお、上記実施形態においては、心臓の３次元ボリュームデータ群を用いているが、肺の３次元ボリュームデータ群を用いてもよい。この場合、呼吸による肺の３次元的な動きを表すように、ＶＲ画像が４次元表示されることとなる。また、心臓および肺の双方を含む循環器系の３次元ボリュームデータ群を用いてもよい。この場合、心臓の拍動による３次元的な動きおよび呼吸による肺の３次元的な動きの双方を表すように、ＶＲ画像が４次元表示されることとなる。

また、上記実施形態において、図５に示すように、平滑化部７０を設け、３次元ボリュームデータ１００間の画素位置を位置合わせする前に、各３次元ボリュームデータ１００を平滑化するようにしてもよい。具体的には、所定サイズ（例えば３×３×３）の平滑化フィルタを用いて、３次元ボリュームデータ１００の各画素位置の信号値の平均値を算出することにより、各３次元ボリュームデータ１００を平滑化すればよい。これにより、位置合わせを行う場合に、３次元ボリュームデータ１００に含まれるノイズの影響を低減できるため、より正確に位置合わせを行うことができる。

また、上記実施形態においては、心臓の３次元ボリュームデータ群１１０を時系列順にＶＲ表示する場合について説明しているが、各３次元ボリュームデータ１００の同一位置のスライス面における心臓の断面を表す２次元画像を３次元ボリュームデータ１００からそれぞれ抽出し、抽出した２次元画像の濃度および／または色を変換して時系列順に表示する場合にも、本発明を適用できることはもちろんである。また、時系列画像としては、３次元ボリュームデータ１００に限定されるものではなく、単純Ｘ線撮影により所定の時間間隔により取得した一連の画像からなる画像群を用いることも可能である。

１医用画像変換装置
２モダリティ
４ディスプレイ
１０ボリュームデータ取得部
２０記憶部
３０位置合わせ部
４０変換部
５０表示制御部
６０入力部
７０平滑化部
１００３次元ボリュームデータ
１１０３次元ボリュームデータ群

Claims

特定臓器についての時相が異なる一連の時系列医用画像を取得する画像取得手段と、
前記一連の時系列医用画像内の画素位置を、前記一連の時系列医用画像間において位置合わせする位置合わせ手段と、
前記一連の時系列医用画像において、前記特定臓器の対応する画素位置の信号値を同一の表示画素値に変換する変換手段とを備えたことを特徴とする医用画像変換装置。
前記位置合わせの前に、前記一連の時系列画像を平滑化する平滑化手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の医用画像変換装置。
前記変換された一連の時系列画像を、時系列順に表示する表示手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の医用画像変換装置。
前記時系列医用画像は、３次元医用画像であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の医用画像変換装置。
前記特定臓器は、心臓および／または肺であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の医用画像変換装置。
特定臓器についての時相が異なる一連の時系列医用画像を取得し、
前記一連の時系列医用画像内の画素位置を、前記一連の時系列医用画像間において位置合わせし、
前記一連の時系列医用画像において、前記特定臓器の対応する画素位置の信号値を同一の表示画素値に変換することを特徴とする医用画像変換方法。
特定臓器についての時相が異なる一連の時系列医用画像を取得する手順と、
前記一連の時系列医用画像内の画素位置を、前記一連の時系列医用画像間において位置合わせする手順と、
前記一連の時系列医用画像において、前記特定臓器の対応する画素位置の信号値を同一の表示画素値に変換する手順とを有することを特徴とする医用画像変換方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。