JP4193201B2 - 臓器の切除領域抽出表示装置 - Google Patents
臓器の切除領域抽出表示装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は臓器の切除領域抽出表示装置に係り、特に臓器中の腫瘍などの病変部を良好に切除するための切除領域を表示する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、Ｘ線撮像装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置などの医用画像診断装置で得られる画像を診断のみならず、治療に用いることが盛んに行われるようになっている。
【０００３】
治療には被検体にカテーテルを挿入して患部を治療するカテーテル術と、従来通り切開手術により患部を切除する外科手術とがある。外科手術では、手術前に医用画像診断装置により患部の画像を得て、その切除する部分を決めておくことが通常行われる。切除する部分を決めるための表示画像は、二次元画像もしくは二次元画像を積み上げて構成した三次元画像が用いられている。これは、人体の形態により近いため、直感的に切除部分が決められるからである。
【０００４】
一方、従来の二次元画像上での臓器の抽出、切除部分の決定は、医師が解剖学的知識に基づいて手作業で行っている。
【０００５】
近年は特定臓器の自動抽出に関する研究が盛んになっているが、特定臓器内の領域区分や特定については、医師が解剖学的知識に基づいて判断、認識している。
【０００６】
単一の臓器内の特定領域を抽出する方法はあるが、実際の臨床現場においては、表示画像上で臓器を幾何学的な平面や曲面で切除することは行われておらず、そのようなシミュレーション結果は、臨床現場ではあまり役立つものとは言えないものである。
【０００７】
そこで、特開２００１−２８３１９１号公報にあるような、単一臓器内の血管の走行情報に基づいて、血管によって部分的に支配されている臓器の特定領域を抽出する方法が提案されている。解剖学的情報に基づいているため、医師の判断する特定領域と酷似した結果が得られ、臓器切除術前計画としてのシミュレーション精度は飛躍的に向上する。例えば、肝臓ガンの摘出手術においては、上記シミュレーション方法と一致した術式を採用できる場合が多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の臨床では、解剖学的知識に一致した上記手法で囲まれる領域内にのみ癌などの腫瘍が存在するわけではなく、その境界部に存在する場合もある。区域境界を跨いで存在する腫瘍に対して上記手法で切除、摘出を試みる場合、切除領域が拡大し、手術としては患者の負担が大きくなる。その結果、前記シミュレーションと同様の手法を採用できない場合がある。
【０００９】
また、上記手法で囲まれる領域内に腫瘍が存在したとしても、適切なサージカルマージンが確保できず、実際の手術に適用できない場合も存在する。
【００１０】
更に、もともと患者の肝臓の機能が肝硬変などの理由で低下しており、通常ならば適用可能な前記シミュレーションと同様な手法は、術後の肝臓の機能の確保が困難になり、実際の手術に適用できない場合も存在する。
【００１１】
この場合、血管による部分的に支配されている領域を医師が手術中に逐次判断を行いながら切除を進める部分切除術、もしくは前記シミュレーションと同様の方法と部分切除術の併用方法が採用されることが多い。
【００１２】
部分切除術は、術中に医師がエコーを用いて腫瘍の位置、大きさ、血管の位置などを調べながら非系統的に切除領域を特定するものである。手術の目安になるマーカーとして、例えば肝臓の部分切除術では肝臓表面に腫瘍の径、切除（離断）開始位置、ガイドとなる血管の位置をマーキングする。これらの情報に基づいて手術の途中途中でエコーを併用しながら切除術を進めていく。
【００１３】
従って、現在のシミュレーション方法では、上記のような位置に存在する腫瘍や、肝機能の低い患者に対する切除シミュレーションを高精度に行うことができない。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、肝臓のように血管が複雑に入り組んだ臓器の特性を利用して、切除手術時のシミュレーションに適した臓器の切除領域を抽出することができ、かつ、その切除領域を識別可能に表示することができる臓器の切除領域抽出表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に係る臓器の切除領域抽出表示装置は、被検体の画像を用いて臓器中の病変部を抽出し、少なくとも前記病変部を含む病変領域を設定する設定手段と、前記被検体の画像を用いて前記病変領域の外側の複数の脈管の走行情報を検知する手段と、前記病変領域及び前記複数の脈管の走行情報に基づいて前記病変領域を含み、前記複数の脈管を含まない前記臓器の表面までの切除領域を決定する手段であって、前記病変領域の中心又は重心から外側に向かって前記複数の脈管のいずれかに接するまで球状に領域を拡張し、該拡張した球状の領域に接する領域を切除領域として決定する手段と、少なくとも前記臓器の切除領域を識別可能に表示する表示手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
本発明では、被検体の画像を用いて臓器中の腫瘍などの病変部を抽出し、少なくとも前記病変部を含む病変領域を設定する。この病変部の抽出は、臓器を示す画像中の画素値の大きさによって行うことができ、また、病変部を含む病変領域は、病変部に対してサージカルマージンなどを加味して設定することができる。
【００１７】
続いて、前記被検体の画像を用いて前記病変領域の外側の複数の脈管の走行情報を検知する。検知される複数の脈管としては、病変領域の外側の脈管のうちで病変領域に近く、かつ予め指定された径以上の脈管であり、脈管の走行情報としては、例えば病変領域近傍における脈管の方向ベクトルである。
【００１８】
次に、前記病変領域及び前記複数の脈管の走行情報に基づいて前記病変領域を含み、前記複数の管脈を含まない臓器表面までの切除領域を決定する。この切除領域の決定方法としては、例えば、前記病変領域を球形状とし、この球に接する前記脈管の方向ベクトルを含む略円錐を求め、この略円錐を切除領域（円錐切除する領域）とする。尚、略円錐の頂点と病変領域とによって囲まれる領域は、切除領域に含まれないようにする。
【００１９】
他の切除領域の決定方法としては、例えば、前記病変領域を球形状とし、前記病変領域に対して最短距離にある臓器の表面位置又は外科手術のしやすさを考慮して適宜指定した臓器の表面位置と、前記病変領域の中心とを結ぶ線分を中心とする略円錐であって、前記病変領域を含むとともに所定の頂角（例えば、６０度）をもつ略円錐を切除領域とする。尚、前記所定の頂角は、適宜設定可能であるが、少なくとも略円錐の切除領域に前記脈管が含まれないように、その頂角の大きさは制限される。
【００２０】
上記のようにして臓器の切除領域が決定されると、少なくとも切除領域を識別可能に表示手段に表示する。この表示方法としては、切除領域と非切除領域との境界を表示することで切除領域と非切除領域とを識別可能に表示したり、切除領域のみを表示する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る臓器の切除領域抽出表示装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２２】
図１（ａ）に示すようにＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の三次元計測の可能な画像診断装置で取得した複数の断層像１１を積み上げて、図１（ｂ）に示すような積み上げ三次元画像１２とし、処理対象を三次元化する。積み上げ三次元画像１２は、肝臓の組織と門脈、静脈、腫瘍などを含み、ここには図示しない二次元の投影面に陰影付けして投影処理された擬似三次元画像として、例えばモニタに表示される。
【００２３】
図２は本発明に係る臓器の切除領域抽出表示の手順を示すフローチャートである。
【００２４】
本発明の領域特定処理２０は、関心領域抽出処理２１、距離値変換処理２２、細線化処理２３又は表面画素検出処理２４、パラメータ自動計算設定処理２５又はパラメータ手動計算設定処理２６、切除領域特定処理２７及び切除領域切除処理２８からなる。
【００２５】
画像診断装置から読み込まれた積み上げ三次元画像データに対して関心領域抽出処理２１が行われ、関心領域（対象臓器：例えば肝臓実質、腫瘍、門脈）が抽出される。この抽出された門脈に対して距離値変換処理２２が行われ、門脈の径などが測定され、更に門脈の芯線を求める細線化処理２３又は表面画素検出処理２４が行われる。
【００２６】
次に、パラメータ自動計算設定処理２５の概念を図３に示す。
【００２７】
抽出した腫瘍３１の中心もしくは重心３２、及び腫瘍３１の半径もしくは最大径３３を求める。腫瘍３１の外側に向かって球状の領域拡張（サージカルマージン領域）３４を行い、例えば、門脈３５などの脈管に接する時に拡張を止める。拡張を止めるための脈管かどうかの判定には、距離値変換処理２２から得られる脈管の径の情報を利用する。指定された径（例えば、１ｍｍ以下）よりも細い脈管に接した場合は、引き続き領域拡張を行う。
【００２８】
腫瘍３１の中心から拡張した球状の領域３４の径３６から腫瘍の径３３を引いたものを、手術の際の安全領域幅（サージカルマージン）３７として定義する。
【００２９】
次に、腫瘍付近に存在する脈管より切除領域を特定する切除領域特定処理２７の概念を図４に示す。
【００３０】
図４（ａ）に示すように腫瘍３１に最も近い細線化処理２３のなされた脈管３５における芯線構成画素４１、４２を検出し、その前後の芯線構成画素を抽出して、図４（ｂ）に示すようにそれぞれの方向ベクトル４３、４４を算出する。これらの方向ベクトル４３、４４の成す角度を持ち、サージカルマージン領域３４に接する円錐領域を定義する。円錐の頂点４５とサージカルマージン領域３４で囲まれた領域４６は切除領域に含まれないものとする。
【００３１】
従って、切除領域は、サージカルマージン領域３４と円錐の残りの領域４７を合わせた領域となる。実際の切除領域は、図５に示すように肝臓実質の表面５１が円錐の底面となるように決定される。
【００３２】
肝臓表面に存在する円錐領域の底面の縁（即ち、離断開始位置）６１を、肝臓表面に表示すると、図６に示すようになる。離断開始位置６１は、線（実線、点線など）、もしくは色を付けた面として表示する。また、腫瘍を肝臓表面５１に投影した腫瘍投影像６２と合わせて表示することで、実際の手術の際に行うマーキングと同じ効果が得られる。
【００３３】
図３及び図４を元にサージカルマージン領域３４の判定式の一例を示す。
【００３４】
脈管の径の情報は、予め距離値変換処理２２により求められている。処理をせず、温存する脈管の最小径をＮと仮定する。脈管３５の構成画素をＶとし、その脈管の芯線構成画素をＣ、その芯線部位における脈管の径をＣ(n)(n:芯線に付けられた番号) とする。
【００３５】
腫瘍３１の中心もしくは重心３２をＴとし、腫瘍周辺の肝臓実質画素もしくは脈管画素Ｌ(i)(i:腫瘍中心から放射状に検索した場合の世代番号) を球状に順次検索していく。その際の三次元的な距離をＴＬ(i) とすると、腫瘍３１を含んだ切除領域（球）の径Ｒ（図３上の径３６）、及び判定条件は、次式
【００３６】
【数１】
Ｒ＝ＴＬ(i-1) (Ｌ(i) ＝Ｖ ＆ Ｃ(n) ≧Ｎ）
となる。実際には、パラメータi-1 のように脈管の際ぎりぎりにサージカルマージン領域が設定されることはなく、解剖学的知識を有するオペレータによる手動、もしくは腫瘍の位置、径、及び腫瘍中心又は腫瘍辺縁から脈管までの距離による統計から計算式等を利用して自動的にパラメータi-1 を変更することになる。更に、サージカルマージン３７（図３参照）は、一般の手術では１０ｍｍ程度とるようにしているため、適当なサージカルマージン３７が得られた段階で、球状の領域拡張３４を停止するようにしてもよい。
【００３７】
切除領域切除処理２８は、例えば腫瘍中心３２を開始点とし、サージカルマージン領域３４と円錐領域４７、肝臓実質表面５１で囲まれる切除領域を抽出し、この切除領域の画素値を非切除領域の画素値と異なる値に置き換えることで、識別表示できるようにする。また、切除領域の画素を非表示にした三次元画像を表示することで、切除と同じ効果を得ることができる。
【００３８】
次に、パラメータを手動で与えた場合の切除領域の設定方法を図７に示す。
【００３９】
腫瘍３１の重心３２と肝臓表面５１に投影した際の腫瘍中心７１とを結ぶ線分を中心とする円錐で、この円錐の頂点４５の頂角θが所定の角度（例えば、６０度）となり、かつサージカルマージン領域３４に接し、肝臓表面に定義される面を底面とする円錐の領域４７を切除領域とする。尚、円錐の頂点４５とサージカルマージン領域３４で囲まれた領域は切除領域に含まれないものとする。
【００４０】
所定の頂角θは、適宜設定可能であるが、少なくとも円錐の切除領域に脈管３５が含まれないように、その頂角の大きさは制限される。また、肝臓表面５１に投影した際の腫瘍中心７１の位置は、腫瘍３１から肝臓表面５１に最も近い位置としたり、脈管の走行方向や手術のしやすい位置などを考慮して適宜設定可能である。
【００４１】
上記のようにして決定した切除領域より、腫瘍中心７１、腫瘍投影像６２を表示したり、離断開始距離７２を与えることができる。三次元画像として表示すると、図６に類似した画像を作成することができる。
【００４２】
図８は本発明に係る臓器の切除領域抽出表示装置のハードウェア構成を示す概略図である。
【００４３】
この臓器の切除領域抽出表示装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）８２、主メモリ８０、磁気ディスク８１、表示メモリ８３、ディスプレイ８４、コントローラ８５、マウス８６、キーボード８７、及び共通バス８８から構成されている。
【００４４】
磁気ディスク８１には、Ｘ線ＣＴ装置から取得した被検体の各断層像が格納されており、主メモリ８０の投影表示ソフトウェア（図２）に従って、ＣＰＵ８２が所定の処理を行う。この処理では、コントローラ８５に付加されているマウス８６やキーボード８７を使用した入出力処理や処理操作が行われる。積み上げ三次元画像や処理結果は表示メモリ８３を介してディスプレイ８４に表示され、オペレータの操作を利用して図２の処理がなされ、各種条件に合った画像が表示される。また、処理結果及び表示内容は磁気ディクス８１に格納され、再表示に利用される。
【００４５】
尚、積み上げ三次元画像は、Ｘ線ＣＴ装置から得られるものに限らず、磁気共鳴イメージング装置や超音波診断装置などの他の画像診断装置により取得したものでもよい。また、対象臓器としては、この実施の形態で説明した肝臓の他に、人体の多くの部位について適用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、肝臓のように血管が複雑に入り組んだ臓器の特性を利用し、予め設定した径以上の脈管を切断しないように臓器の切除領域を抽出することができ、その切除領域を識別可能に表示することができる。例えば、肝臓切除シミュレーション等を行う際に、より多くの症例に対応することが可能となり、より臨床に近い形での手術計画、切除シミュレーション、切除率の計算や三次元的な可視化が可能となる。また、三次元的に特定された切除領域が適正であるかどうかを、二次元画像上で確認することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】断層像とデータとの関係を示す図
【図２】本発明に係る臓器の切除領域抽出表示の手順の概要を説明するために用いたフローチャート
【図３】腫瘍と脈管の位置関係、腫瘍、サージカルマージンの定義を説明するために用いた図
【図４】腫瘍を切除するための切除領域を決定する手順を説明するために用いた図
【図５】シミュレーションによる切除領域表示例を説明するために用いた図
【図６】シミュレーションによる切除領域表示例を説明するために用いた図
【図７】切除領域を決定するパラメータを手動で与えた場合の領域決定方法を説明するために用いた図
【図８】本発明に係る臓器の切除領域抽出表示装置のハードウェア構成例を示す図
【符号の説明】
１１…断層像、１２…積み上げ三次元画像、３１…腫瘍、３２…腫瘍の中心もしくは重心、３３…腫瘍半径、３４…サージカルマージン領域、３５…脈管（門脈、静脈、動脈など）、３６…サージカルマージンを含めた腫瘍回りの切除半径、３７…サージカルマージン、４１、４２…脈管の芯線構成画素、４３、４４…脈管の枝の方向を示すベクトル、４５…円錐の頂点、４６…非切除領域、４７…切除領域、５１…肝臓表面、６１…離断開始位置、６２…腫瘍投影像、７１…肝臓表面に投影した腫瘍中心（もしくは腫瘍重心）、７２…離断開始距離、８０…主メモリ、８２…中央処理装置（ＣＰＵ）、８１…磁気ディスク、８３…表示メモリ、８４…ディスプレイ、８５…コントローラ、８６…マウス、８７…キーボード、８８…共通バス
【発明の属する技術分野】
本発明は臓器の切除領域抽出表示装置に係り、特に臓器中の腫瘍などの病変部を良好に切除するための切除領域を表示する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、Ｘ線撮像装置、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置などの医用画像診断装置で得られる画像を診断のみならず、治療に用いることが盛んに行われるようになっている。
【０００３】
治療には被検体にカテーテルを挿入して患部を治療するカテーテル術と、従来通り切開手術により患部を切除する外科手術とがある。外科手術では、手術前に医用画像診断装置により患部の画像を得て、その切除する部分を決めておくことが通常行われる。切除する部分を決めるための表示画像は、二次元画像もしくは二次元画像を積み上げて構成した三次元画像が用いられている。これは、人体の形態により近いため、直感的に切除部分が決められるからである。
【０００４】
一方、従来の二次元画像上での臓器の抽出、切除部分の決定は、医師が解剖学的知識に基づいて手作業で行っている。
【０００５】
近年は特定臓器の自動抽出に関する研究が盛んになっているが、特定臓器内の領域区分や特定については、医師が解剖学的知識に基づいて判断、認識している。
【０００６】
単一の臓器内の特定領域を抽出する方法はあるが、実際の臨床現場においては、表示画像上で臓器を幾何学的な平面や曲面で切除することは行われておらず、そのようなシミュレーション結果は、臨床現場ではあまり役立つものとは言えないものである。
【０００７】
そこで、特開２００１−２８３１９１号公報にあるような、単一臓器内の血管の走行情報に基づいて、血管によって部分的に支配されている臓器の特定領域を抽出する方法が提案されている。解剖学的情報に基づいているため、医師の判断する特定領域と酷似した結果が得られ、臓器切除術前計画としてのシミュレーション精度は飛躍的に向上する。例えば、肝臓ガンの摘出手術においては、上記シミュレーション方法と一致した術式を採用できる場合が多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際の臨床では、解剖学的知識に一致した上記手法で囲まれる領域内にのみ癌などの腫瘍が存在するわけではなく、その境界部に存在する場合もある。区域境界を跨いで存在する腫瘍に対して上記手法で切除、摘出を試みる場合、切除領域が拡大し、手術としては患者の負担が大きくなる。その結果、前記シミュレーションと同様の手法を採用できない場合がある。
【０００９】
また、上記手法で囲まれる領域内に腫瘍が存在したとしても、適切なサージカルマージンが確保できず、実際の手術に適用できない場合も存在する。
【００１０】
更に、もともと患者の肝臓の機能が肝硬変などの理由で低下しており、通常ならば適用可能な前記シミュレーションと同様な手法は、術後の肝臓の機能の確保が困難になり、実際の手術に適用できない場合も存在する。
【００１１】
この場合、血管による部分的に支配されている領域を医師が手術中に逐次判断を行いながら切除を進める部分切除術、もしくは前記シミュレーションと同様の方法と部分切除術の併用方法が採用されることが多い。
【００１２】
部分切除術は、術中に医師がエコーを用いて腫瘍の位置、大きさ、血管の位置などを調べながら非系統的に切除領域を特定するものである。手術の目安になるマーカーとして、例えば肝臓の部分切除術では肝臓表面に腫瘍の径、切除（離断）開始位置、ガイドとなる血管の位置をマーキングする。これらの情報に基づいて手術の途中途中でエコーを併用しながら切除術を進めていく。
【００１３】
従って、現在のシミュレーション方法では、上記のような位置に存在する腫瘍や、肝機能の低い患者に対する切除シミュレーションを高精度に行うことができない。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、肝臓のように血管が複雑に入り組んだ臓器の特性を利用して、切除手術時のシミュレーションに適した臓器の切除領域を抽出することができ、かつ、その切除領域を識別可能に表示することができる臓器の切除領域抽出表示装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために請求項１に係る臓器の切除領域抽出表示装置は、被検体の画像を用いて臓器中の病変部を抽出し、少なくとも前記病変部を含む病変領域を設定する設定手段と、前記被検体の画像を用いて前記病変領域の外側の複数の脈管の走行情報を検知する手段と、前記病変領域及び前記複数の脈管の走行情報に基づいて前記病変領域を含み、前記複数の脈管を含まない前記臓器の表面までの切除領域を決定する手段であって、前記病変領域の中心又は重心から外側に向かって前記複数の脈管のいずれかに接するまで球状に領域を拡張し、該拡張した球状の領域に接する領域を切除領域として決定する手段と、少なくとも前記臓器の切除領域を識別可能に表示する表示手段と、を備えたことを特徴としている。
【００１６】
本発明では、被検体の画像を用いて臓器中の腫瘍などの病変部を抽出し、少なくとも前記病変部を含む病変領域を設定する。この病変部の抽出は、臓器を示す画像中の画素値の大きさによって行うことができ、また、病変部を含む病変領域は、病変部に対してサージカルマージンなどを加味して設定することができる。
【００１７】
続いて、前記被検体の画像を用いて前記病変領域の外側の複数の脈管の走行情報を検知する。検知される複数の脈管としては、病変領域の外側の脈管のうちで病変領域に近く、かつ予め指定された径以上の脈管であり、脈管の走行情報としては、例えば病変領域近傍における脈管の方向ベクトルである。
【００１８】
次に、前記病変領域及び前記複数の脈管の走行情報に基づいて前記病変領域を含み、前記複数の管脈を含まない臓器表面までの切除領域を決定する。この切除領域の決定方法としては、例えば、前記病変領域を球形状とし、この球に接する前記脈管の方向ベクトルを含む略円錐を求め、この略円錐を切除領域（円錐切除する領域）とする。尚、略円錐の頂点と病変領域とによって囲まれる領域は、切除領域に含まれないようにする。
【００１９】
他の切除領域の決定方法としては、例えば、前記病変領域を球形状とし、前記病変領域に対して最短距離にある臓器の表面位置又は外科手術のしやすさを考慮して適宜指定した臓器の表面位置と、前記病変領域の中心とを結ぶ線分を中心とする略円錐であって、前記病変領域を含むとともに所定の頂角（例えば、６０度）をもつ略円錐を切除領域とする。尚、前記所定の頂角は、適宜設定可能であるが、少なくとも略円錐の切除領域に前記脈管が含まれないように、その頂角の大きさは制限される。
【００２０】
上記のようにして臓器の切除領域が決定されると、少なくとも切除領域を識別可能に表示手段に表示する。この表示方法としては、切除領域と非切除領域との境界を表示することで切除領域と非切除領域とを識別可能に表示したり、切除領域のみを表示する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る臓器の切除領域抽出表示装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２２】
図１（ａ）に示すようにＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の三次元計測の可能な画像診断装置で取得した複数の断層像１１を積み上げて、図１（ｂ）に示すような積み上げ三次元画像１２とし、処理対象を三次元化する。積み上げ三次元画像１２は、肝臓の組織と門脈、静脈、腫瘍などを含み、ここには図示しない二次元の投影面に陰影付けして投影処理された擬似三次元画像として、例えばモニタに表示される。
【００２３】
図２は本発明に係る臓器の切除領域抽出表示の手順を示すフローチャートである。
【００２４】
本発明の領域特定処理２０は、関心領域抽出処理２１、距離値変換処理２２、細線化処理２３又は表面画素検出処理２４、パラメータ自動計算設定処理２５又はパラメータ手動計算設定処理２６、切除領域特定処理２７及び切除領域切除処理２８からなる。
【００２５】
画像診断装置から読み込まれた積み上げ三次元画像データに対して関心領域抽出処理２１が行われ、関心領域（対象臓器：例えば肝臓実質、腫瘍、門脈）が抽出される。この抽出された門脈に対して距離値変換処理２２が行われ、門脈の径などが測定され、更に門脈の芯線を求める細線化処理２３又は表面画素検出処理２４が行われる。
【００２６】
次に、パラメータ自動計算設定処理２５の概念を図３に示す。
【００２７】
抽出した腫瘍３１の中心もしくは重心３２、及び腫瘍３１の半径もしくは最大径３３を求める。腫瘍３１の外側に向かって球状の領域拡張（サージカルマージン領域）３４を行い、例えば、門脈３５などの脈管に接する時に拡張を止める。拡張を止めるための脈管かどうかの判定には、距離値変換処理２２から得られる脈管の径の情報を利用する。指定された径（例えば、１ｍｍ以下）よりも細い脈管に接した場合は、引き続き領域拡張を行う。
【００２８】
腫瘍３１の中心から拡張した球状の領域３４の径３６から腫瘍の径３３を引いたものを、手術の際の安全領域幅（サージカルマージン）３７として定義する。
【００２９】
次に、腫瘍付近に存在する脈管より切除領域を特定する切除領域特定処理２７の概念を図４に示す。
【００３０】
図４（ａ）に示すように腫瘍３１に最も近い細線化処理２３のなされた脈管３５における芯線構成画素４１、４２を検出し、その前後の芯線構成画素を抽出して、図４（ｂ）に示すようにそれぞれの方向ベクトル４３、４４を算出する。これらの方向ベクトル４３、４４の成す角度を持ち、サージカルマージン領域３４に接する円錐領域を定義する。円錐の頂点４５とサージカルマージン領域３４で囲まれた領域４６は切除領域に含まれないものとする。
【００３１】
従って、切除領域は、サージカルマージン領域３４と円錐の残りの領域４７を合わせた領域となる。実際の切除領域は、図５に示すように肝臓実質の表面５１が円錐の底面となるように決定される。
【００３２】
肝臓表面に存在する円錐領域の底面の縁（即ち、離断開始位置）６１を、肝臓表面に表示すると、図６に示すようになる。離断開始位置６１は、線（実線、点線など）、もしくは色を付けた面として表示する。また、腫瘍を肝臓表面５１に投影した腫瘍投影像６２と合わせて表示することで、実際の手術の際に行うマーキングと同じ効果が得られる。
【００３３】
図３及び図４を元にサージカルマージン領域３４の判定式の一例を示す。
【００３４】
脈管の径の情報は、予め距離値変換処理２２により求められている。処理をせず、温存する脈管の最小径をＮと仮定する。脈管３５の構成画素をＶとし、その脈管の芯線構成画素をＣ、その芯線部位における脈管の径をＣ(n)(n:芯線に付けられた番号) とする。
【００３５】
腫瘍３１の中心もしくは重心３２をＴとし、腫瘍周辺の肝臓実質画素もしくは脈管画素Ｌ(i)(i:腫瘍中心から放射状に検索した場合の世代番号) を球状に順次検索していく。その際の三次元的な距離をＴＬ(i) とすると、腫瘍３１を含んだ切除領域（球）の径Ｒ（図３上の径３６）、及び判定条件は、次式
【００３６】
【数１】
Ｒ＝ＴＬ(i-1) (Ｌ(i) ＝Ｖ ＆ Ｃ(n) ≧Ｎ）
となる。実際には、パラメータi-1 のように脈管の際ぎりぎりにサージカルマージン領域が設定されることはなく、解剖学的知識を有するオペレータによる手動、もしくは腫瘍の位置、径、及び腫瘍中心又は腫瘍辺縁から脈管までの距離による統計から計算式等を利用して自動的にパラメータi-1 を変更することになる。更に、サージカルマージン３７（図３参照）は、一般の手術では１０ｍｍ程度とるようにしているため、適当なサージカルマージン３７が得られた段階で、球状の領域拡張３４を停止するようにしてもよい。
【００３７】
切除領域切除処理２８は、例えば腫瘍中心３２を開始点とし、サージカルマージン領域３４と円錐領域４７、肝臓実質表面５１で囲まれる切除領域を抽出し、この切除領域の画素値を非切除領域の画素値と異なる値に置き換えることで、識別表示できるようにする。また、切除領域の画素を非表示にした三次元画像を表示することで、切除と同じ効果を得ることができる。
【００３８】
次に、パラメータを手動で与えた場合の切除領域の設定方法を図７に示す。
【００３９】
腫瘍３１の重心３２と肝臓表面５１に投影した際の腫瘍中心７１とを結ぶ線分を中心とする円錐で、この円錐の頂点４５の頂角θが所定の角度（例えば、６０度）となり、かつサージカルマージン領域３４に接し、肝臓表面に定義される面を底面とする円錐の領域４７を切除領域とする。尚、円錐の頂点４５とサージカルマージン領域３４で囲まれた領域は切除領域に含まれないものとする。
【００４０】
所定の頂角θは、適宜設定可能であるが、少なくとも円錐の切除領域に脈管３５が含まれないように、その頂角の大きさは制限される。また、肝臓表面５１に投影した際の腫瘍中心７１の位置は、腫瘍３１から肝臓表面５１に最も近い位置としたり、脈管の走行方向や手術のしやすい位置などを考慮して適宜設定可能である。
【００４１】
上記のようにして決定した切除領域より、腫瘍中心７１、腫瘍投影像６２を表示したり、離断開始距離７２を与えることができる。三次元画像として表示すると、図６に類似した画像を作成することができる。
【００４２】
図８は本発明に係る臓器の切除領域抽出表示装置のハードウェア構成を示す概略図である。
【００４３】
この臓器の切除領域抽出表示装置は、中央処理装置（ＣＰＵ）８２、主メモリ８０、磁気ディスク８１、表示メモリ８３、ディスプレイ８４、コントローラ８５、マウス８６、キーボード８７、及び共通バス８８から構成されている。
【００４４】
磁気ディスク８１には、Ｘ線ＣＴ装置から取得した被検体の各断層像が格納されており、主メモリ８０の投影表示ソフトウェア（図２）に従って、ＣＰＵ８２が所定の処理を行う。この処理では、コントローラ８５に付加されているマウス８６やキーボード８７を使用した入出力処理や処理操作が行われる。積み上げ三次元画像や処理結果は表示メモリ８３を介してディスプレイ８４に表示され、オペレータの操作を利用して図２の処理がなされ、各種条件に合った画像が表示される。また、処理結果及び表示内容は磁気ディクス８１に格納され、再表示に利用される。
【００４５】
尚、積み上げ三次元画像は、Ｘ線ＣＴ装置から得られるものに限らず、磁気共鳴イメージング装置や超音波診断装置などの他の画像診断装置により取得したものでもよい。また、対象臓器としては、この実施の形態で説明した肝臓の他に、人体の多くの部位について適用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、肝臓のように血管が複雑に入り組んだ臓器の特性を利用し、予め設定した径以上の脈管を切断しないように臓器の切除領域を抽出することができ、その切除領域を識別可能に表示することができる。例えば、肝臓切除シミュレーション等を行う際に、より多くの症例に対応することが可能となり、より臨床に近い形での手術計画、切除シミュレーション、切除率の計算や三次元的な可視化が可能となる。また、三次元的に特定された切除領域が適正であるかどうかを、二次元画像上で確認することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】断層像とデータとの関係を示す図
【図２】本発明に係る臓器の切除領域抽出表示の手順の概要を説明するために用いたフローチャート
【図３】腫瘍と脈管の位置関係、腫瘍、サージカルマージンの定義を説明するために用いた図
【図４】腫瘍を切除するための切除領域を決定する手順を説明するために用いた図
【図５】シミュレーションによる切除領域表示例を説明するために用いた図
【図６】シミュレーションによる切除領域表示例を説明するために用いた図
【図７】切除領域を決定するパラメータを手動で与えた場合の領域決定方法を説明するために用いた図
【図８】本発明に係る臓器の切除領域抽出表示装置のハードウェア構成例を示す図
【符号の説明】
１１…断層像、１２…積み上げ三次元画像、３１…腫瘍、３２…腫瘍の中心もしくは重心、３３…腫瘍半径、３４…サージカルマージン領域、３５…脈管（門脈、静脈、動脈など）、３６…サージカルマージンを含めた腫瘍回りの切除半径、３７…サージカルマージン、４１、４２…脈管の芯線構成画素、４３、４４…脈管の枝の方向を示すベクトル、４５…円錐の頂点、４６…非切除領域、４７…切除領域、５１…肝臓表面、６１…離断開始位置、６２…腫瘍投影像、７１…肝臓表面に投影した腫瘍中心（もしくは腫瘍重心）、７２…離断開始距離、８０…主メモリ、８２…中央処理装置（ＣＰＵ）、８１…磁気ディスク、８３…表示メモリ、８４…ディスプレイ、８５…コントローラ、８６…マウス、８７…キーボード、８８…共通バス
Claims (4)
- 被検体の画像を用いて臓器中の病変部を抽出し、少なくとも前記病変部を含む病変領域を設定する設定手段と、
前記被検体の画像を用いて前記病変領域の外側の複数の脈管の走行情報を検知する手段と、
前記病変領域及び前記複数の脈管の走行情報に基づいて前記病変領域を含み、前記複数の脈管を含まない前記臓器の表面までの切除領域を決定する手段であって、前記病変領域の中心又は重心から外側に向かって前記複数の脈管のいずれかに接するまで球状に領域を拡張し、該拡張した球状の領域に接する領域を切除領域として決定する手段と、
少なくとも前記臓器の切除領域を識別可能に表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする臓器の切除領域抽出表示装置。 - 前記脈管は、所定の径以上の脈管であることを特徴とする請求項１に記載の臓器の切除領域抽出表示装置。
- 前記切除領域を決定する手段は、前記脈管の方向ベクトルのなす角度を持ち、前記球状の領域に接する略円錐領域を定義し、該定義した略円錐領域から該略円錐領域の頂点と前記球状の領域とで囲まれた領域を除いた領域を切除領域として決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の臓器の切除領域抽出表示装置。
- 前記切除領域を決定する手段は、前記病変領域と該病変領域を臓器壁面に投影した際の中心とを結ぶ線分を中心とし、所定の角度を頂角とし、前記球状の領域に接する略円錐領域を定義し、該定義した略円錐領域から該略円錐領域の頂点と前記球状の領域とで囲まれた領域を除いた領域を切除領域として決定することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の臓器の切除領域抽出表示装置。
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