JP4801892B2

JP4801892B2 - 医用画像表示装置

Info

Publication number: JP4801892B2
Application number: JP2004263472A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎古旗
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp; Toshiba Medical Systems Engineering Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2004-09-10
Filing date: 2004-09-10
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2024-09-10
Also published as: JP2006075390A

Description

本発明は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴスキャナ）や磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）等の医用画像撮影装置及びその医用画像撮影装置で収集されるボリュームデータファイルから形態画像を生成して表示する医用画像表示装置に関する。

近年のＸ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴスキャナ）や磁気共鳴映像装置（ＭＲＩ）等では、例えば心臓や脳を含むスライスを比較的高い時間分解能でもって繰り返し撮影することができる。そのようなダイナミックデータから血流量等の機能情報を計算し、その算出結果を色分けしたファンクショナルマップ（機能画像）を形態画像に重ね合わせてカラー表示することが行われている。しかし、従来のシステムは、ある特定の位置のスライスデータについて計算した結果をただ重ね合わせて表示する、というものでしかなかった。臨床の場からは、３Ｄ画像、ＭＰＲ画像でも機能情報の提供を受けたいという要求があった。しかしそのためには複雑な操作が必要とされていた。
特開２００３−１９０１４８号広報

本発明の目的は、医用画像表示装置及び医用画像撮影装置において、ボリュームデータファイルから生成した形態画像を機能情報とともに表示することにある。

本発明のある局面による医用画像表示装置は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により脳組織領域を対象として収集された第１ボリュームデータファイル及び前記Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のダイナミックスキャンにより前記脳組織領域を対象として血管強調のもとで収集された時間的に連続する一連の第２ボリュームデータファイルを保管する保管手段と、前記第１ボリュームデータファイルから血管に関する３次元の形態画像データを生成する３次元形態画像生成部と、前記一連の第２ボリュームデータファイルから前記脳組織領域の血流動態指標に関する３次元のファンクショナルマップを生成する手段と、前記３次元の形態画像の各画素に対してそれぞれ対応する前記３次元のファンクショナルマップ上の位置の血流動態指標の値に従って色情報を付与する手段と、前記色情報を付与された３次元の形態画像からボリュームレンダリング処理により２次元の形態画像を生成する手段と、前記形態画像を表示する手段とを具備する。

本発明によれば、医用画像表示装置及び医用画像撮影装置において、ボリュームデータファイルから生成した形態画像を機能情報とともに表示することができる。

以下図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態について簡単に説明すると、ＣＴスキャナやＭＲＩ等の医用画像撮影装置から得られるボリュームデータファイルから３次元（３Ｄ）画像やＭＰＲ画像等の形態画像を生成して表示する際に、同一被検体であって同一部位に関する時間的に連続する複数のボリュームデータファイル（ダイナミックデータファイルという）を保管部から自動的に探索して、それら複数のボリュームデータファイルから、臓器等の代謝や運動等の機能程度を表す機能情報（機能画像（ファンクショナルマップ））として例えば血流量を計算し、その血流量に応じて色付けして形態画像を表示するものである。つまり、所望のボリュームデータファイルから形態画像を生成し表示する際に、自動的に機能情報に応じて色付けをするものである。

機能情報を提供するボリュームデータファイルと形態情報を提供するボリュームデータファイルとを混在させて処理する事により、それぞれのデータの持つ特性を同時に可視化する。３Ｄのボリュームレンダリング画像やＭＰＲ画像とダイナミックデータファイルと血管コントラスト画像との重ね合わせ表示の際に、ボリュームデータファイルとして形態情報と機能情報（例えば血流量など）の情報を同時にリアルタイムで観察できるようになり、脳梗塞他の血管系疾患の診断に対して、診断能が飛躍的に向上する。また、リアルタイム系装置（ＣＴスキャナやＭＲＩなど）の登場によれば、この装置を適用する事により、リアルタイムでの機能情報の可視化が可能になり、医療の発展に大きく貢献する。機能情報をボリューム（立体的）かつリアルタイム（動的）に捉える事が可能となり、形態情報との合成表示も相まって、従来装置よりも診断能が格段に向上する。

図１は、本実施形態に係る医用画像表示装置の構成を示している。図２には処理手順を示している。なお、ここでは撮影装置として、ＣＴスキャナを例に説明する。ボリュームデータ保管部１は、ＣＴスキャナで収集された複数のボリュームデータファイルを保管している。ボリュームデータファイルは、典型的には、複数のスライスデータファイルの集合体である。コーンビーム形のＸ線管と２次元配列型大視野Ｘ線検出器とを高速で被検体周囲を回転することで、時間分解能の高い複数のボリュームデータファイルが発生される。ボリュームデータファイル各々には、付帯情報が関連付けられている。付帯情報には、被検体氏名、被検体ＩＤ、撮影部位、撮影装置種別、撮影条件、再構成条件（再構成関数、解像度、再構成スライス厚等）等の項目が含まれる。ここでは説明の便宜上、血管強調されず、ナチュラルなＣＴ値で軟部組織や骨の形態を主に表しているボリュームデータファイルが補間されているものとする。ボリュームデータファイルとしては、被検体に造影剤を静中して血管等を強調したコントラストデータファイルや、造影剤をボーラス静注してその造影剤の濃度の経時的変化から血行動態や脳内血流動態を観察するためのダイナミックデータファイルがある。

コントラスト画像自動検索部２は、操作者が図示しないマウス等の入力デバイスを介して指定した所望のコントラストデータファイルを検索する。ダイナミックデータ自動検索部３は、付帯情報に基づいて、操作者が指定した所望のボリュームデータファイルと、被検体が同じであって、撮影部位も同一のダイナミックデータファイル（時間的に連続して撮影された血管強調された複数のボリュームデータファイル）を、保管部１を検索することにより特定する。画像データロード部４は、検索された所望のボリュームデータファイルと、特定されたダイナミックデータファイルとを保管部１から図示しない内部メモリにロードする。画像同一位置参照部５は、ボリュームデータファイルと、特定されたダイナミックデータファイルとの間の解剖学的な位置を、解剖学的に特徴的な部分に基づいて整合する。

機能情報数値化部６は、ダイナミックデータファイルを構成する複数のボリュームデータファイルから、機能情報として、例えばＣＢＰ、ＣＢＶ、ＭＴＴの脳血流インデックスを画素ごと（局所領域ごと）に計算するとともに、これらインデックスの空間マップ（脳血流を表すファンクショナルマップ）をファンクショナルマップ作成色変換部７で生成する。なお、実際的には、これらインデックスは、ＣＴ値から特定され得る血管強調領域に限定して計算される。ＣＢＰは、脳組織の毛細血管内の単位体積及び単位時間あたりの血流量［ml/１００ml/miｎ］を表し、ＣＢＶは、脳組織内の単位体積あたりの血液量［ml/１００ml］、ＭＴＴは毛細血管の血液平均通過時間［秒］を表している。このＣＢＰスタディではトレーサーとして脳血管透過性を持たない造影剤、例えばヨード造影剤が使用される。ヨード造影剤は例えばインジェクターにより肘静脈から注入される。インジェクターにより静注されたヨード造影剤は、心臓、肺を経由して、脳動脈へ流れ込む。そして、造影剤は、脳動脈から、脳組織内の毛細血管を経て、脳静脈へと流れ出ていく。このとき、ヨード造影剤は正常な脳組織内の毛細血管では血管外へ漏れ出ることなく通過する。造影剤の通過の様子をダイナミックＣＴで撮影して、得られた複数のボリュームデータファイルから、脳動脈上の画素の時間濃度曲線Ｃａ（ｔ）、脳組織（毛細血管）上の画素の時間濃度曲線Ｃｉ（ｔ）、脳静脈上の画素の時間濃度曲線Ｃｓｓｓ（ｔ）をそれぞれ測定する。ＣＢＰスタディでは、脳動脈の濃度時間曲線Ｃａ（ｔ）と脳組織の濃度時間曲線Ｃｉ（ｔ）との間で成り立つ理想的な関係を解析モデルとしている。脳組織に入る直前の血管から造影剤を注入した場合、脳組織の単位体積（１画素）内の時間濃度曲線は立ち上がりが垂直で、しばらくは一定の値を維持し、その後、急勾配で立ち下がる形になる。これを矩形関数で近似する（ｂｏｘ−ＭＴＦ法：ｂｏｘ−ＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｒａｎｓｆｅｒＦｕｎｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ）。つまり、脳動脈の時間濃度曲線Ｃａ（ｔ）を入力関数、脳組織の時間濃度曲線Ｃｉ（ｔ）を出力関数として、入力関数と出力関数との間の伝達関数を矩形関数で近似する。伝達関数は、トレーサーが毛細血管を通過する過程を表している。矩形近似した伝達関数ＭＴＦを、脳組織領域内の全画素を対象として画素ごとに計算する。計算された伝達関数ＭＴＦから脳組織の血流動態を表すインデックス（ＣＢＰ、ＣＢＶ、ＭＴＴ）を、脳組織領域内の全画素を対象として画素ごと計算する。

画像レンダリングユニット８は、３次元のファンクショナルマップの各機能値をカラーテーブルに基づいて色情報に変換する色情報作成部９と、ボリュームデータファイルに対して画素ごとに画素値に応じた透明度等を与えることで血管等の関心部位を実質的に抽出して３次元の形態画像データを生成する形態情報処理部１０と、３次元の形態画像とともに色情報とを使ってボリュームレンダリング処理によりＭＰＲ画像又は３Ｄ画像（投影画像）を生成する画像作成レンダリング部１１とを有する。色情報作成部９は、機能情報と色情報とを対応付けるカラーテーブルを操作者の指示に従って任意に編集する機能を有している。なお、ＭＰＲ処理では、ボリュームデータファイルから形態画像として任意断面のＭＰＲ画像が生成され、ＭＰＲ画像に機能情報に関する任意断面のカラーマップが半透明に重ね合わされる。画像作成レンダリング部１１のボリュームレンダリング処理には、影付けボリュームレンダリング、影なしボリュームレンダリング、最大値投影ボリュームレンダリング、最小値投影ボリュームレンダリング、平均値投影ボリュームレンダリング、閾値指定による表面表示レンダリングが含まれ、操作者により任意に選択される。

画像表示制御部１２は、画像作成レンダリング部１１で生成された色情報を有する３次元画像を表示制御するための表示レイアウト、表示条件、画像情報等の表示をコントロールする。表示部１３は画像表示制御部１２から出力される信号を表示する。図３は、血流量に応じて色付けされた脳のＭＰＲ画像を示している。図４は、血流量に応じて部分的に色付けされた表面画像を示している。ここでは、形態画像としての表面画像に、前記機能情報をもとに作成された機能情報を数値化し色分けして画像化したファンクショナルマップを貼り付けて表示される。なお、表示条件として、形態画像又は機能情報が所定の条件に合致する部分、例えば血流量が所定値未満の虚血が疑われる部分に限定してカラー表示するようにしてもよい。

以上のように本実施形態によれば、ボリュームデータファイルを指定してそのファイルから形態画像を生成し表示させるに際して、同じ被検体であって同じ部位のダイナミックデータファイルが自動検索され、存在するのであればダイナミックデータファイルから血流量等の機能情報が計算され、その機能情報に応じて自動的に色付けして形態画像が表示される。操作者は所望のボリュームデータファイルを指定するだけで、余計な操作を不要にして、機能情報の提供を受けることができる。

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。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。

本発明の実施形態に係る医用画像表示装置の構成を示す図。本実施形態による動作手順を示す図。本実施形態により生成されるＭＰＲ像の一例を示す中間調画像。本実施形態により生成される３Ｄ画像（表面画像）の一例を示す中間調画像。

符号の説明

１…ボリュームデータファイル保管部、２…コントラスト画像自動検索部、３…ダイナミックデータ自動検索部、４…画像データロード部、５…画像同一位置参照部、６…機能情報数値化部、７…ファンクショナルマップ作成色変換部、８…画像レンダリングユニット、９…色情報作成部、１０…形態情報処理部、１１…画像作成レンダリング部、１２…ＭＰＲユニット、１３…３Ｄユニット、１４…画像表示制御部、１５…表示部。

Claims

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置により脳組織領域を対象として収集された第１ボリュームデータファイル及び前記Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のダイナミックスキャンにより前記脳組織領域を対象として血管強調のもとで収集された時間的に連続する一連の第２ボリュームデータファイルを保管する保管手段と、
前記第１ボリュームデータファイルから血管に関する３次元の形態画像データを生成する３次元形態画像生成部と、
前記一連の第２ボリュームデータファイルから前記脳組織領域の血流動態指標に関する３次元のファンクショナルマップを生成する手段と、
前記３次元の形態画像の各画素に対してそれぞれ対応する前記３次元のファンクショナルマップ上の位置の血流動態指標の値に従って色情報を付与する手段と、
前記色情報を付与された３次元の形態画像からボリュームレンダリング処理により２次元の形態画像を生成する手段と、
前記形態画像を表示する手段とを具備する医用画像表示装置。
前記第１のボリュームデータファイルの付帯情報に基づいて前記第２のボリュームデータファイルが特定されることを特徴とするとする請求項１記載の医用画像表示装置。
前記第１のボリュームデータファイルと前記第２のボリュームデータファイルとの間で解剖学的情報に基づいて位置を整合する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の医用画像表示装置。
前記血流動態指標は、前記第２のボリュームデータファイルから抽出された造影剤の経時的な濃度変化に基づいて計算された血流量又は血流の通過時間であることを特徴とする請求項１記載の医用画像表示装置。
前記血流動態指標の値と前記色情報との対応付けを編集する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の医用画像表示装置。
前記血流動態指標の値が所定の条件に合致する部分に限定して前記色情報が付与されることを特徴とする請求項１記載の医用画像表示装置。
前記機能情報は血管領域に限定して表示され、
前記第２のボリュームデータファイルから血管領域に対応する部分を抽出して動画表示する手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の医用画像表示装置。
前記３次元の形態画像は、影付けボリュームレンダリング、影なしボリュームレンダリング、最大値投影ボリュームレンダリング、最小値投影ボリュームレンダリング、平均値投影ボリュームレンダリング、閾値指定による表面表示レンダリングのいずれかにより生成されることを特徴とする請求項１記載の医用画像表示装置。
前記影付きボリュームレンダリング又は影なしボリュームレンダリングにより生成される画像の各画素に、前記血流動態指標の値に応じた前記色情報を与えることを特徴とする請求項１記載の医用画像表示装置。