JP2016158916A - 医用画像処理装置、医用画像処理装置に搭載可能なプログラム、及び医用画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】例えば胸部大動脈のような３次元的な走行をしているような管状構造物であっても、必要部分の長さを信頼性高く取得することができる手法を提供することを目的としている。【解決手段】医用３次元画像データから管状構造物の所定領域の芯線を構成する複数の点の中心位置を特定し、中心位置と芯線を構成する複数の点のそれぞれとを結ぶ直線と、医用３次元画像データにおける管状構造物とが接する位置をそれぞれ取得し、この位置をもとに管状構造物の長さを算出する。このように長さを算出することで、３次元的な走行をしているような管状構造物であっても信頼性高く長さを算出することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、医用画像処理装置、医用画像処理方法、及び医用画像処理装置に搭載可能なプログラムに関する。

近年ではステントグラフトによる血管内治療が盛んであり、腹部大血管を始め冠動脈や頸動脈などの狭窄または瘤の治療に幅広く用いられている。皮膚切開が極小であるカテーテルによる低侵襲な治療が可能になり、脳や腎機能の保存、また治療コストの観点からステントグラフトによる治療は患者への利点は大きいといえる。

このようなステントグラフト内挿術では、予めステントグラフトの長さを決定する必要があるが、特許文献１には、Ｘ線診断装置を用いて撮像されたＸ線画像データを用いて、ステントグラフトの留置予定部位の始点から終点までの血管の長さを曲率を加味して算出し、ユーザに提示することが開示されている。

特開２０１４−１００２９７号公報

ところで、近年行われ始めた胸部大動脈瘤に対するステントグラフト内挿術では、胸部大動脈の屈曲や蛇行にも対応できるように、胸部大動脈の大弯部分（円の外側）の長さに対応したステントグラフトの長さとすること必要となっている。その際には胸部大動脈は３次元的な走行をしているため、血管の大弯側の長さも３次元的に求めることが求められる。特許文献１には、血管の長さを曲率を加味して算出すると開示されているものの、具体的にどのように曲率を加味して血管の長さを取得するかが開示されておらず、信頼性の高い長さを取得できる手法が提供されているとは言えない。

そこで本発明では、例えば胸部大動脈のような３次元的な走行をしているような管状構造物であっても、必要部分の長さを信頼性高く取得することができる手法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の医用画像処理装置は、医用３次元画像データから管状構造物の所定領域の芯線を特定する芯線特定手段と、前記芯線特定手段で特定された前記芯線を構成する複数の点から、前記管状構造物の中心位置を特定する中心位置特定手段と、前記中心位置と前記芯線を構成する複数の点のそれぞれとを結ぶ直線と、前記医用３次元画像データにおける管状構造物とが接する位置をそれぞれ取得する取得手段と、前記取得手段で取得された複数の前記位置をもとに、前記管状構造物の長さを算出する算出手段と、を備えることを特徴とする。

このようにして管状構造物の長さを算出することにより、例えば胸部大動脈のような３次元的な走行をしているような管状構造物であっても、必要部分の長さを信頼性高く取得することができる。

医用画像処理装置１０１のハードウェア構成の一例を示す図である。 本発明に係る医用画像処理の流れを説明するフローチャートである。 （ａ）胸部大動脈の抽出領域の特定を説明するための模式図である。（ｂ）胸部大動脈の芯線により求まる中心点Ｓを示すための模式図である。 （ａ）点Ｓと芯線とを結ぶ直線が胸部大動脈の外壁部と接する点を特定する様子を説明するための模式図である。（ｂ）点Ｓと胸部大動脈の外壁部の距離をプロットして得られる関数Ｆ１（曲線）を示す図である。 （ａ）関数Ｆ１を一次微分して得られる関数Ｆ２を示す図である。（ｂ）関数Ｆ２から特定される領域について、関数Ｆ１の値を置換した様子を示す図である。 胸部大動脈の図上に、中心点Ｓと芯線を結ぶベクトル上であって、中心点Ｓから関数Ｆ２により求まる距離分離れた位置をそれぞれプロットして生成した曲線Ｗ´を示す模式図である。 図６に示す胸部大動脈を左側面から見た様子を示す図である。

以下、図面を参照して、ＣＴ装置で撮影されるボリュームデータ（複数のスライス画像データ）から生成される医用３次元画像データを用いて、管状構造物の大弯若しくは小弯の長さを取得する方法について詳細に説明する。本実施形態で用いるＣＴ装置で撮影されるＣＴ画像は、患者（被検体）が、寝台に寝かされた状態で撮影された胸部大動脈領域を含む画像である。本実施形態では、胸部大動脈に留置するステントの長さを特定するために、胸部大動脈（管状構造物）の大弯部分の距離を算出する方法を用いて説明する。しかし本発明を適用可能な対象は、胸部大動脈のような血管に限られず、気管支、大腸、小腸などの管状構造物であればよい。また、本発明のより求まる管状構造物の長さは、本実施形態においてはステントグラフト内挿術を行う際に用いる血管の長さを取得する方法として説明を行うが、使用目的はこれに限られないことは言うまでもなく、例えば人工血管置換術を行う際に必要となる血管の長さを取得する方法に用いてもよい。

図１は、本実施形態の医用画像処理装置１０１（情報処理装置とも称する）のハードウェア構成の一例を示す図である。本実施形態における医用画像処理装置１０１は、ＣＴ装置などの医用画像診断装置で撮影された画像データをもとに生成されたボリュームデータ（医用３次元画像データ）を取得して（読み込んで）画像処理を行うものである。医用３次元画像データを生成する処理は、当該医用画像処理装置１０１で行ってもよいし、予め他の処理装置で処理してもよい。

ＣＰＵ２０１は、システムバス２０４に接続される各デバイスやコントローラを統括的に制御する。

また、ＲＯＭ２０２あるいは外部メモリ２１１（記憶手段）には、ＣＰＵ２０１の制御プログラムであるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ／ＯｕｔｐｕｔＳｙｓｔｅｍ）やオペレーティングシステムプログラム（以下、ＯＳ）や、医用画像処理装置１０１の実行する機能を実現するために必要な後述する各種プログラム等が記憶されている。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１の主メモリ、ワークエリア等として機能する。

ＣＰＵ２０１は、処理の実行に際して必要なプログラム等をＲＡＭ２０３にロードして、プログラムを実行することで各種動作を実現するものである。

また、入力コントローラ（入力Ｃ）２０５は、キーボードや不図示のマウス等のポインティングデバイス等の入力デバイス２０９からの入力を制御する。

ビデオコントローラ（ＶＣ）２０６は、ディスプレイ２１０等の表示器への表示を制御する。表示器の種類はＣＲＴや、液晶ディスプレイを想定するが、これに限らない。

メモリコントローラ（ＭＣ）２０７は、ブートプログラム、ブラウザソフトウエア、各種のアプリケーション、フォントデータ、ユーザファイル、編集ファイル、各種データ等を記憶するハードディスク（ＨＤ）やフレキシブルディスク（ＦＤ）或いはＰＣＭＣＩＡカードスロットにアダプタを介して接続されるカード型メモリ等の外部メモリ２１１へのアクセスを制御する。

通信Ｉ／Ｆコントローラ（通信Ｉ／ＦＣ）２０８は、ネットワークを介して、ＣＴ装置等の医用画像診断装置で取得された画像を記憶する記憶装置等の外部機器と接続・通信するものであり、ネットワークでの通信制御処理を実行する。例えば、ＴＣＰ／ＩＰを用いたインターネット通信等が可能である。

尚、ＣＰＵ２０１は、例えばＲＡＭ２０３内の表示情報用領域へアウトラインフォントの展開（ラスタライズ）処理を実行することにより、ディスプレイ２１０上での表示を可能としている。

また、ＣＰＵ２０１は、ディスプレイ２１０上の不図示のマウスカーソル等でのユーザ指示を可能とする。

本発明の医用画像処理装置１０１が後述する各種処理を実行するために用いられる各種プログラム等は外部メモリ２１１に記録されており、必要に応じてＲＡＭ２０３にロードされることによりＣＰＵ２０１によって実行されるものである。

さらに、本発明に係わるプログラムが用いる定義ファイルや各種情報テーブルは外部メモリ２１１に格納されている。

図２は、本発明の実施形態における医用画像処理装置１０１が行う医用画像処理の流れを説明するフローチャートである。図２のフローチャートに示す処理は、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１が記憶されている制御プログラムを読み出して実行することにより実現される。ここでは図３乃至図７に示すような、胸部大動脈の弓部に大動脈瘤３７が発生している場合を例に説明する。

胸部大動脈にステントグラフト内挿術を行う際には、胸部大動脈が屈曲や蛇行しているため、芯線をもとにステントグラフトの長さを決定するより、大弯部３３の長さが必要とされている。胸部大動脈の弓部には、腕頭動脈３４と左総頸動脈３５と左鎖骨下動脈３６といった３分枝が存在している。

図２のＳ２０１では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、まずＣＴ装置等の医用画像診断装置で取得されたＣＴ画像データを外部の記憶手段（不図示）から取得する。そして、これもとに生成された３次元情報を含む画像データである医用３次元画像データを生成して用意する。若しくは、予め生成され記憶されている医用３次元画像データを外部の記憶手段（不図示）から取得する。

Ｓ２０２では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、ユーザから医用３次元画像データにおける長さを抽出したい範囲Ｒの領域指定を受け付ける。受け付け方法としては、ディスプレイなどに表示されている画像に対するマウスのドラッグなどで領域指定を受け付ける方法等を用いることができる。なお、ユーザによる指示を受け付けなくとも、自動で領域を抽出する方法を用いてもよい。

Ｓ２０３では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、医用３次元画像データに基づいて、Ｓ２０２で受付けた範囲Ｒ（指定領域）における芯線を特定する（芯線特定手段）。具体的には、医用３次元画像データの所定領域に対して細線化処理をすることで芯線３１を特定する。図３（ａ）は、ユーザによるマウスのドラッグなどの領域指定操作により選択された一対の位置３０をもとに、芯線３１が特定されている様子を示している。

Ｓ２０４では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、芯線３１を構成する複数の点から平均座標を計算することで、中心点３２（中心位置）の位置座標を求める（中心位置特定手段）。図３（ｂ）は、芯線３１を構成する複数の点からもとまる中心点３２の位置を示している。

Ｓ２０５で、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、中心点３２と範囲Ｒの芯線３１を構成する点とを結ぶ直線と、医用３次元画像データにおける胸部大動脈の大弯部３３（胸部大動脈の大弯の内壁）とが接する位置を、芯線を構成する複数の点ごとに取得する。言い換えると、芯線を構成する点群で特定される中心位置から芯線に向かう方向において、芯線よりも外側に位置する、中心点３２と範囲Ｒの芯線３１を構成する点とを結ぶ直線と医用画像３次元データにおける血管（管状構造物）の内壁とが接する部分の位置を、芯線を構成する点ごとに取得する。図４（ａ）は、中心点３２から直線４１を伸ばした様子を示している。これにより、大弯部３３となる曲線Ｗを取得することができる。

なお、大弯部３３ではなく管状構造物の小弯部となる曲線Ｗの長さを取得したい場合には、管状構造物の芯線と芯線を構成する点群で特定される中心位置との間に位置する、中心点３２と範囲Ｒの芯線３１を構成する点とを結ぶ直線と管状構造物の内壁とが接する部分の位置を、芯線を構成する点ごとに取得すれば、小弯部となる曲線Ｗの長さを取得することができる。

Ｓ２０６では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、長さを算出しようとしている管状構造物の曲線Ｗ部分に分枝構造があるかどうかを判断する。分枝構造があるかどうかの判断は、ユーザの指定により判断してもよいし、算出対象としている管状構造種別に応じて判断してもよい。
これは管状構造物に他の分枝構造が無い管状構造物の曲線Ｗの長さを取得するような場合には、Ｓ２０５の処理により求まった曲線Ｗの各座標をもとに曲線Ｗの長さを求めれば
よいが、胸部大動脈の大弯部に腕頭動脈３４と左総頸動脈３５と左鎖骨下動脈３６といった３分枝が存在している場合に、曲線Ｗから直接長さを求めてしまうと、これらの血管による影響を受けてしまい正確な長さを求めることができないためである。

Ｓ２０６において、長さを算出しようとしている管状構造物の曲線Ｗ部分に分枝構造が無いと判断された場合には、Ｓ２１１に進み、曲線Ｗを構成する点群の位置座標から指定範囲Ｒの対応部分の管状構造物の長さを算出し、処理を終了する。

このように管状構造物の長さを算出することにより、３次元的な走行をしているような管状構造物であっても、必要部分（大弯部若しくは小弯部）の長さを信頼性高く取得することができる。また、このように領域を指定して３次元画像データを用いて長さを自動で抽出することができるように設けることで、２次元の画像データをもとに手動で計測する場合に測定の度に発生するばらつきも防止することもできる。

一方、Ｓ２０６において、長さを算出しようとしている管状構造物の曲線Ｗ部分に分枝構造があると判断された場合には、Ｓ２０７に進み、分枝構造の影響を除く処理を行う。

本実施形態においては、範囲Ｒにおける中心点Ｓから管状構造物と接する位置までの距離を範囲Ｒの位置（１）から中心点Ｓにおける角度θ横軸として範囲Ｒの位置（２）に至るまでプロットして曲線Ｆ１（以下関数Ｆ１とも称する）を１次微分して得られた関数Ｆ２の両端のピーク（関数Ｆ１の変曲点）を基準として定まる範囲（区間Ｐ）を、分枝構造が存在する領域として特定し、これらの影響を除外する例を説明する。分枝構造が存在する領域を特定する方法としては本実施形態で示す方法に限られず、関数Ｆ２の値が所定値以上（最も左のピークの左側部）若しくは所定値未満（最も右側のピークの右側部）となった範囲を分枝構造が存在する領域としてもよい。さらに関数Ｆ１のピーク位置を基準とした範囲を分枝構造が存在する領域としてもよい。また、本実施形態では３つのピークを一括して距離の変換処理を行う例を用いて説明するが、１つのピークごとに特定して距離の変換処理を行ってもよい。

まず、Ｓ２０７では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、範囲Ｒにおける中心点Ｓから管状構造物と接する位置までの距離を、範囲Ｒの位置（１）から中心点Ｓにおける角度θ横軸として範囲Ｒの位置（２）に至るまでプロットして関数Ｆ１を作成する。作成された関数Ｆ１（４２）の一例を図４（ｂ）に示す。関数Ｆ１のピーク４４は、腕頭動脈３４の影響によるものであり、ピーク４５は左総頸動脈３５の影響によるものであり、ピーク４６は左鎖骨下動脈３６の影響によるものであることか図４（ａ）からわかる。

Ｓ２０８では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、関数Ｆ１（４２）を一次微分して得られる関数Ｆ２（５１）のピークをもとに、Ｓ２０９で補正すべき区間Ｐを特定する。図５（ａ）は、関数Ｆ１（４２）を微分して得られる関数Ｆ２（５１）をもとに区間Ｐが特定する様子を説明するための図である。本実施形態では関数Ｆ１（４２）の最も左のピーク左側の変曲点を示す関数Ｆ２のピーク５２から所定量（１）側に離れた位置５４と、最も右のピークの右側の変曲点を示す関数Ｆ２のピーク５３から所定量（２）側に離れた位置５５とで定まる範囲を区間Ｐとして特定する。

次に、Ｓ２０９では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、区間Ｐの関数Ｆ１の値を置き換える処理を行う。置き換え値としては、関数Ｆ１の位置５４の値と位置５５の値とを平均した平均値として一括で置換してもよいし、図５（ｂ）に示すように位置５４の関数Ｆ１の値から位置５５の関数Ｆ１の値にかけて連続的に変化するような値に置換してもよい。

次に、Ｓ２１０では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、曲線Ｗの区間Ｐの点それぞれの位置座標を、中心点Ｓを原点とし、かつ、Ｓ２０９で置換された値を中心点Ｓと芯線とを結ぶベクトルの距離として特定される位置座標に変更する（補正する）。ここでは変更後の位置座標の点で特定される曲線を曲線Ｗ‘として呼ぶ。このように特定された曲線Ｗ´を胸部大動脈上に図示したものが図６である。また、図７は、図６に示す胸部大動脈を左側から見た様子を示す図である。ここからわかるように、置座標の補正処理を行うことで、分枝構造がある場合でもこれらの影響を除外することができる。

Ｓ２１１では、医用画像処理装置１０１のＣＰＵ２０１は、曲線Ｗを構成する点群の位置座標から指定範囲Ｒの対応部分の管状構造物の長さを算出し、処理を終了する。

以上のように分枝構造が存在する場合には、管状構造物の分枝構造の影響を除外できるように補正し、補正後の位置座標をもとに管状構造物の所望箇所の長さを算出する。これにより、例えば胸部大動脈のような３次元的な走行をし、かつ、途中に分枝構造があるような管状構造物であっても、必要部分（大弯部若しくは小弯部）の長さを信頼性高く取得することができる（図７参照）。また、このように領域を指定して３次元画像データを用いて長さを自動で抽出することができるように設けることで、２次元の画像データをもとに手動で計測する場合に測定の度に発生するばらつきも防止することもできる。

なお、ＣＴ装置で撮影されたボリュームデータから生成された医用３次元画像データを例に説明を行ったが、ＣＴ装置のみならずＭＲＩ装置等の他のモダリティにより撮影されるボリュームデータで生成される医用３次元画像データを用いてもよい。

本発明は、例えば、システム、装置、方法、プログラム若しくは記憶媒体等としての実施形態も可能であり、具体的には、複数の機器から構成されるシステムに適用してもよいし、また、１つの機器からなる装置に適用してもよい。

なお、本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システム或いは装置に直接、或いは遠隔から供給するものを含む。そして、そのシステム或いは装置の情報処理装置が前記供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される場合も本発明に含まれる。

したがって、本発明の機能処理を情報処理装置で実現するために、前記情報処理装置にインストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明は、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も含まれる。

その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等の形態であってもよい。

プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷなどがある。また、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ，ＤＶＤ−Ｒ）などもある。

その他、プログラムの供給方法としては、クライアントコンピュータのブラウザを用いてインターネットのホームページに接続する。そして、前記ホームページから本発明のコンピュータプログラムそのもの、若しくは圧縮され自動インストール機能を含むファイルをハードディスク等の記録媒体にダウンロードすることによっても供給できる。

また、本発明のプログラムを構成するプログラムコードを複数のファイルに分割し、それぞれのファイルを異なるホームページからダウンロードすることによっても実現可能である。つまり、本発明の機能処理を情報処理装置で実現するためのプログラムファイルを複数のユーザに対してダウンロードさせるＷＷＷサーバも、本発明に含まれるものである。

また、本発明のプログラムを暗号化してＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に格納してユーザに配布し、所定の条件をクリアしたユーザに対し、インターネットを介してホームページから暗号化を解く鍵情報をダウンロードさせる。そして、ダウンロードした鍵情報を使用することにより暗号化されたプログラムを実行して情報処理装置にインストールさせて実現することも可能である。

また、情報処理装置が、読み出したプログラムを実行することによって、前述した実施形態の機能が実現される。その他、そのプログラムの指示に基づき、情報処理装置上で稼動しているＯＳなどが、実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現され得る。

さらに、記録媒体から読み出されたプログラムが、情報処理装置に挿入された機能拡張ボードや情報処理装置に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれる。その後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によっても前述した実施形態の機能が実現される。

なお、前述した実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

３１ 芯線
３２ 中心点
３３ 胸部大動脈の大弯部
３４ 腕頭動脈
３５ 左総頸動脈
３６ 左鎖骨下動脈

Claims (8)

1. 医用３次元画像データから管状構造物の所定領域の芯線を特定する芯線特定手段と、
   前記芯線特定手段で特定された前記芯線を構成する複数の点から、前記管状構造物の中心位置を特定する中心位置特定手段と、
   前記中心位置と前記芯線を構成する複数の点のそれぞれとを結ぶ直線と、前記医用３次元画像データにおける管状構造物とが接する位置をそれぞれ取得する取得手段と、
   前記取得手段で取得された複数の前記位置をもとに、前記管状構造物の長さを算出する算出手段と、
   を備えることを特徴とする医用画像処理装置。
2. 前記取得手段は、前記中心位置から前記芯線に向かう方向において、前記芯線よりも外側に位置する、前記直線と前記管状構造物の内壁とが接する部分の位置を取得することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記取得手段は、前記芯線と前記中心位置との間に位置する、前記直線と前記管状構造物の内壁とが接する部分の位置を取得することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
4. 前記管状構造物の所定領域の指定を受け付ける受付手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。
5. 前記算出手段は前記受付手段で受け付けた所定領域の管状構造物の長さを算出することを特徴とする請求項４に記載の医用画像処理装置。
6. 前記管状構造物に分枝構造がある場合に、当該分枝構造が存在する領域の前記位置を補正する補正手段を更に有し、
   前記算出手段は前記補正手段で前記位置が補正されている場合には、補正後の位置を用いて前記管状構造物の長さを算出することを特徴とする請求項５に記載の医用画像処理装置。
7. 医用３次元画像データから管状構造物の所定領域の芯線を特定する芯線特定工程と、
   前記芯線特定工程で特定された前記芯線を構成する複数の点の中心位置を特定する中心位置特定工程と、
   前記中心位置と前記芯線を構成する複数の点のそれぞれとを結ぶ直線と、前記医用３次元画像データにおける管状構造物とが接する位置をそれぞれ取得する取得工程と、
   前記取得工程で取得された複数の前記位置をもとに、前記管状構造物の長さを算出する算出工程と、
   を備えることを特徴とする医用画像処理方法。
8. 医用３次元画像データから管状構造物の所定領域の長さを算出するための医用画像処理装置で実行できるプログラムであって、
   前記医用３次元画像データから管状構造の所定領域の芯線を特定する芯線特定手段、
   前記芯線特定手段で特定された前記芯線を構成する複数の点の中心位置を特定する中心位置特定手段、
   前記中心位置と前記芯線を構成する複数の点のそれぞれとを結ぶ直線と、前記医用３次元画像データにおける管状構造物とが接する位置をそれぞれ取得する取得手段、
   前記取得手段で取得された複数の前記位置をもとに、前記管状構造物の長さを算出する算出手段、
   として前記医用画像処理装置を機能させるプログラム。

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