JP5405081B2 - ３次元画像処理装置およびｘ線診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療器具に関する３次元画像のデータを処理する３次元画像処理装置に関する。

血管内インターベンションという手技が盛んになってきている。この手技は、足の大腿部や手に小さな穴を開け、ここからガイドワイヤやカテーテルといったデバイスを血管（動脈もしくは静脈）に挿入し、そのデバイスを心臓や脳や下肢の病変部に運び、病変部を治療しようとする手術方式である。従来の開腹手術に比較して、患者に与える苦痛が極めて小さいため、近年伸びてきている治療方法である。

例えば、治療したい病変部が狭窄していたとする。狭窄では、血流の流れが妨げられており、下流への血流を十分に確保する目的で、狭窄を拡張し、さらに再狭窄を防ぐ目的で、ステントという血管内デバイスが留置される。このステントはメッシュが筒状になっているものである。

一般的な臨床ワークフローでは、医師はステントを対象部位に留置し、拡張した後、回転撮像により３次元画像を生成し、３次元画像を目視で観察する。通常は、ステントが円柱状に十分に拡張しているかを目視で確認し、さらに、そのステント拡張後の直径および長さを計測していた。

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２００５−２８８１６４号公報

上述したように、医師は対象部位に留置したステントの拡張不足の箇所などを上記３次元画像により観察していたが、単なるスライス画像の表示だけでは拡張不良か否かを判断しくいという問題がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、被検体に留置した医療器具の形状等を容易に把握することができる３次元画像処理装置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、本発明の一態様は、被検体に留置する医療器具に関する複数のスライス画像のデータを記憶する記憶部と、前記記憶された複数のスライス画像から前記医療器具の軸方向に投影範囲が異なる複数の投影画像のデータを生成する画像生成部とを具備するものである。

以上本発明によれば、被検体に留置した医療器具の形状等を容易に把握することができる３次元画像処理装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る３次元画像処理装置について説明する。なお、以下の実施形態では、３次元画像処理装置はＸ線撮影装置に組み込まれるものとして説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る３次元画像処理装置を装備したＸ線撮影装置の構成図である。Ｘ線撮影装置は、Ｃアーム５を有する。Ｃアーム５は、床置き又は天井吊りの支持機構（図示せず）により、直交３軸に関して回転自在に支持される。Ｃアーム５の一端にはＸ線管１が取り付けられる。Ｘ線制御部４は、システム制御部９の制御に従って、Ｘ線管１からＸ線を発生するために、Ｘ線管１の電極間に管電圧を印加し、またＸ線管１の陰極フィラメントに加熱電流を供給する。Ｃアーム５の他端にはＸ線検出器２が取り付けられる。Ｘ線管１とＸ線検出器２とは天板３上の被検体Ｐを挟んで対向する。Ｘ線検出器２は、例えばイメージインテンシファイアとＴＶカメラとの組み合わせから構成される。または、Ｘ線検出器２は、マトリクス状に配列された半導体検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ：平面型Ｘ線検出器）で構成される。Ｃアーム回転機構６は、システム制御部９の制御に従って、Ｃアーム５を回転するためにその駆動源に電力を供給する。Ｃアーム５が回転しながら撮影を繰り返すことで、３次元画像再構成に必要な多方向のＸ線画像（投影画像）を取得することができる。

Ｃアーム５の回転、Ｘ線管２１への高電圧の印加、及びＸ線検出器２の信号読み出しがシステム制御部９により制御され、画像収集回路１０により撮影方向の異なる複数の投影画像のデータが収集される。また、本Ｘ線撮影装置では、被検体Ｐを計測して心電図を発生するために心電計１０が装備される。画像データ記憶部１１は、上記画像収集回路１０で収集された複数の投影画像のデータを、上記撮影方向のデータに関連付けて記憶する。

再構成処理部１２は、画像データ記憶部１１に記憶された撮影方向が異なる複数の投影画像をもとにボリュームデータを再構成する。本実施形態では、血管内インタベーションにおいて対象部位に留置されたステントに関する複数のスライス画像のデータが画像データ記憶部１１に記憶される。

操作部８は、ユーザからの各種指令をシステム制御部９に伝達するために設けられ、キーボード、マウス等の各種入力デバイスを有する。モニタ７は、ＣＲＴ（cathode-ray tube）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等で構成される。

さらに、本実施形態では、被検体に留置したステントの拡張不足の箇所などを把握し易くするために、画像生成部１３と、表示処理部１４と、指標計測部１５とを設ける。図２にステントの形状の一例を示す。図２に示すように、ステントは一般に網目状の構造をしている。このため、ステントの直径を測定するには複雑な計算が必要であったり、直径が標準値より小さいことを示すには単純的な表示方法ではわかりにくいといった課題がある。例えば、図２右はステントのスライス画像（断面画像）である。このスライス画像からステントの直径を計測するには、点と点を結ぶ線を仮想するなど複雑な処理が必要になる。

そこで、画像生成部１３は、画像データ記憶部１１に記憶された複数のスライス画像から投影範囲が異なる複数の投影画像のデータを生成する。表示処理部１４は、上記生成された投影画像をモニタ７に表示する。指標計測部１５は、画像生成部１３で生成された投影画像上でのステント像からステントの形状に関する指標（例えば、ステントの断面の直径や偏心率）を計測する。

以下、画像生成部１３、指標計測部１５、及び表示処理部１４の具体的な処理内容を各実施例にしたがって説明する。

（実施例１）
実施例１は、Ｘ線撮影システムで撮影したステントに関する複数のスライス画像から、直径などの計測に適した画像を生成するものである。

上記図２に示したように、再構成されたステントの３次元画像において、白い点がステントの網（ステントストラット）を示している。ステントは網目状の円柱なので、スライス画像には点線が円のように並んで映る。コンピュータでステントの直径を自動計測させる場合、従来の方法では、例えば白い点と白い点を結ぶ線を円になるように仮想し、その円の直径を測定する、というステップを踏む。このため、ノイズや他の要因により、白い点と白い点を結ぶような線がうまく求められなかった場合には、計測結果が正しく得られないことがある。

そこで、実施例１では、ステントの複数のスライス画像から、直径などの計測に適した画像を生成する画像処理方法について説明する。図３は、実施例１の動作を説明する図である。図４は、実施例１における画像処理手順を示すフローチャートである。

図４において、画像生成部１３は、画像データ記憶部１１に記憶される複数のスライス画像のデータをステントの軸方向に異なる投影範囲の区間に区切る（ステップＳ１ａ）。区間長は、例えば０．５〜２０ｍｍ程度としプリセットして与える他、オペレータが調整可能なＧＵＩ（Graphical User Interface）を備えてもよい。また、区間は、図３のようにするだけでなく、図５のように区切るようにしてもよい。

画像生成部１３は、区間内のスライス画像から最大値投影（ＭＩＰ）画像を生成する（ステップＳ２ａ）。ステップＳ２ａの処理を各区間に対して行うことにより、区間毎のＭＩＰ画像が生成され、表示処理部１４によりモニタ７の画面に表示される。ステントは円柱の網目状なので、複数のスライス画像でＭＩＰ画像を生成すると、点が繋がり、図３右に示すような円になる。指標計測部１５は、上記生成されたＭＩＰ画像からステントの形状に関する指標（中心、直径、偏心率など）を計測する（ステップＳ３ａ）。

上記実施例１によれば、点と点を結んだ線を仮想するという複雑な処理が不要になり、円の直径などが精度良く計測されるため、医師はステントの拡張不足の箇所などを正確に把握できるようになる。

なお、上記実施例１では、区間毎にＭＩＰ処理を行うようにしたが、その他にも、平均値処理や、最小値処理を行うようにしても良い。また、区間長をすべての区間（ステントの端から端まで）とすると、ステントの平均直径を計測することが可能となる。

（実施例２）
実施例２は、上記実施例１に示した手法を、曲がっている血管にも対応できるようにするものである。

図６に示すように、実際のヒトの血管は局所をとったとしても曲がっていることが多い。血管が曲がっている状態で上記実施例１のように区間毎のＭＩＰ画像を生成すると、生成されたＭＩＰ画像上ではステント像の位置ずれが起きてしまう。

そこで、実施例２ではこのように血管が曲がっている場合にも対応できる画像処理方法を提案する。図７は、実施例２の動作を説明する図である。図８は、実施例２における画像処理手順を示すフローチャートである。

まず実施例１と同様に、画像生成部１３は、画像データ記憶部１１に記憶される複数のスライス画像のデータをステントの軸方向に異なる投影範囲の区間に区切り（ステップＳ１ｂ）、区間内のスライス画像からＭＩＰ画像を生成する（ステップＳ２ｂ）。これにより、複数枚のＭＩＰ画像が作られる。

次に、画像生成部１３は、ＭＩＰ画像同士でステント像の位置ずれを補正する（ステップＳ３ｂ）。それぞれのＭＩＰ画像上ではステント像が円のように描出されているので、前後の区間のＭＩＰ画像同士で例えば相互相関を最大にするような位置合わせ処理を行う。そして、得られた位置ずれ量をもとに、各ＭＩＰ画像上のステント像の位置を平行移動する処理を行う。この結果すべてのＭＩＰ画像において、ステントの中心が合うように補正されたＭＩＰ画像が得られる。さらに、この補正されたＭＩＰ画像をもとに全区間のＭＩＰ画像を生成することで（ステップＳ４ｂ）、ステント像の中心が揃った円が描出される。指標計測部１５は、上記生成された全区間のＭＩＰ画像を用いてステントの平均直径を計測する（ステップＳ５ｂ）。

このように実施例２では、上記実施例１のように生成された複数のＭＩＰ画像に対して、さらにＭＩＰ画像上のスライス像の位置ずれを補正することで、血管が曲がっている場合でも、ステントの平均直径などを精度良く計測できるようになる。なお、位置ずれ補正の手法は、相互相関法以外にも他のアルゴリズムを用いることもできる。

（実施例３）
実施例３は、ステントに関する形状の計測において、新たな指標を与えるものである。

ステントの計測結果として、従来は直径と長さを出力するものが知られている。また、偏心率を計測するというのも容易に類推可能である。本実施例３ではこれらに加え、「曲率」という新たな指標を計測することを提案する。図９は、実施例３の動作を説明する図である。図１０は、実施例３における画像処理手順を示すフローチャートである。

まず実施例１と同様に、画像生成部１３は、画像データ記憶部１１に記憶される複数のスライス画像のデータをステントの軸方向に異なる投影範囲の区間に区切り（ステップＳ１ｃ）、区間内のスライス画像からＭＩＰ画像を生成する（ステップＳ２ｃ）。これにより、複数枚のＭＩＰ画像が作られる。

指標計測部１５は、上記実施例１のように各ＭＩＰ画像からステントの直径を計測する過程おいて、各ＭＩＰ画像上でのステント像の中心座標（ｕｉ，ｖｉ）をそれぞれ求める（ステップＳ３ｃ）。各スライス画像は３次元画像中の要素なので、座標（ｕｉ，ｖｉ）は３次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）に変換できる（ステップＳ４ｃ）。指標計測部１５は、上記変換された３次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を結ぶ三次元曲近似曲線Ｌを計算し、この曲線Ｌの曲率Ｒを計算する（ステップＳ５ｃ）。

ステントには様々な種類があり、それぞれ「硬さ」が異なっている。ステントは、この硬さによって曲がりやすかったり、曲がりにくかったりする。医師はデータシートならびに経験からこの「硬さ」を知っている。そこで、さらに、指標計測部１５は、上記算出された「曲率」とステントごとの「硬さ」とを比較し、標準硬さを超えて曲がっている場合には「警告」を発するようにする。標準以上に曲がっているということは、そのステントに耐力以上の力がかかってしまっているということであり、将来ステントが疲労破断したり、周りの血管に余分な力が加わっている可能性が高いので、警告を発することにより、将来の事故を予防するのに役立てることができる。

（実施例４）
実施例４は、ステントの拡張異常箇所をわかりやすく表示する手法である。
医師はステントを拡張した後、そのステントが適切に広がっているかどうかを把握したい。例えば、血管の一部が石灰化していて硬かった場合、ステントはその領域だけ拡張不足になっていることがある。こうした現象を捉えるには、現在の２次元画像では投影方向によっては捉えられないことがあり課題となっている。ステント３次元画像でも表示方法によっては捉えにくいままである。例えば、図２右に示すような断面像であってもステントが適切に広がっているかを判断し難い。

そこで、実施例４では、上記実施例１で生成したようなＭＩＰ画像に、スライス画像を重ねて表示する。図１１は、実施例４の動作を説明する図である。図１２は、実施例４における画像処理手順を示すフローチャートである。

まず実施例１と同様に、画像生成部１３は、画像データ記憶部１１に記憶される複数のスライス画像のデータをステントの軸方向に異なる投影範囲の区間に区切り（ステップＳ１ｄ）、区間内のスライス画像からＭＩＰ画像を生成する（ステップＳ２ｄ）。これにより、複数枚のＭＩＰ画像が作られる。

次に、表示処理部１４は、上記生成されたＭＩＰ画像に当該区間内のスライス画像を重ねてモニタ７に表示する（ステップＳ３ｄ）。このとき、表示するＭＩＰ画像は一部区間のＭＩＰ画像でも全区間のＭＩＰ画像でもよいが、区間が長い方が好ましい。これにより、ステントの平均的な広がり具合に対する、このスライスの広がり具合を一目で視認できるようになり、ステントの拡張異常箇所がわかりやすくなる。

（実施例５）
実施例５は、上記実施例４において、ステントの異常箇所をさらにわかりやすくするものである。
図１３は、実施例５の動作を説明する図である。図１４は、実施例５における画像処理手順を示すフローチャートである。

まず実施例１と同様に、画像生成部１３は、画像データ記憶部１１に記憶される複数のスライス画像のデータをステントの軸方向に異なる投影範囲の区間に区切り（ステップＳ１ｅ）、区間内のスライス画像からＭＩＰ画像を生成する（ステップＳ２ｅ）。これにより、複数枚のＭＩＰ画像が作られる。

次に、画像生成部１３は、上記生成された区間毎のＭＩＰ画像をもとに全区間のＭＩＰ画像を生成する（ステップＳ３ｅ）。表示処理部１４は、この全区間のＭＩＰ画像に区間毎のＭＩＰ画像を重ねてモニタ７に表示する（ステップＳ４ｅ）。さらに、表示処理部１４は、表示された全区間のＭＩＰ画像と区間毎のＭＩＰ画像との間の差の部分をカラーなどで表示する（ステップＳ４ｅ）。

このように実施例５によれば、医師はステントの拡張異常箇所などをさらに的確に把握することが可能となる。また、ステップＳ４ｅにおいて、図１３に示すように、差の部分を投影画像で表示したり、差の部分の面積を計測して表示したり、面積をグラフで表示することもできる。さらに、拡張良好箇所に比して拡張不足がどの程度であるかを医師が認識しやすいように、差の部分が良く見える投影方向を計算して、その方向にＣアーム回転機構６を駆動させるようにしてもよい。

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い。例えば、上記実施形態は、１本のステントの他、２本のステントを直列にする場合、分岐部にステントを配置する場合、などにも用いることができる。また、上記実施形態は、特にステントにおいて有用であるが、バルーン等の他の医療デバイスにも、もちろん適用可能である。

また、上記実施形態においては、上記実施形態は、循環器用Ｘ線画像を説明に用いたが、Ｘ線画像に限らず、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像、超音波画像など他のシステムで収集された医用画像への拡張も可能である。

上記実施形態では、本発明に係る３次元画像処理装置は、Ｘ線撮影装置と一体化した構成として説明したが、画像データ記憶部、画像生成部、表示処理部、指標計測部及びモニタを備えた３次元画像処理装置として、別個に独立した構成とすることもできる。

また、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等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。

要するに、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、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。

本発明に係る３次元画像処理装置を備えたＸ線撮影装置の一実施形態を示す図。 ステントの形状の一例を示す図。 実施例１の動作を示す図。 実施例１の画像処理手順を示すフローチャート。 実施例１における区間の他の例を示す図。 曲がった状態の血管に留置されたステントを示す図。 実施例２の動作を示す図。 実施例２の画像処理手順を示すフローチャート。 実施例３の動作を示す図。 実施例３の画像処理手順を示すフローチャート。 実施例４の動作を示す図。 実施例４の画像処理手順を示すフローチャート。 実施例５の動作を示す図。 実施例５の画像処理手順を示すフローチャート。

符号の説明

１…Ｘ線管、２…Ｘ線検出器、３…天板、４…Ｘ線制御部、５…Ｃアーム、６…Ｃアーム回転機構、７…モニタ、８…操作部、９…システム制御部、１０…画像収集回路、１１…画像データ記憶部、１２…再構成処理部、１３…画像生成部、１４…表示処理部、１５…指標計測部。

Claims (14)

1. 被検体に留置する医療器具に関する複数のスライス画像のデータを記憶する記憶部と、
   前記記憶された複数のスライス画像から前記医療器具の軸方向に投影範囲が異なる複数の投影画像のデータを生成する画像生成部と
   を具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
2. 前記画像生成部は、前記複数の投影画像のデータに基づいてＭＩＰ画像のデータを生成することを特徴とする請求項１記載の３次元画像処理装置。
3. 前記画像生成部は、前記複数の投影画像のデータに基づいて平均値処理又は最小値処理を行ったデータを生成することを特徴とする請求項１記載の３次元画像処理装置。
4. 前記画像生成部は、前記生成された複数の投影画像の相関に基づいて前記生成された複数の投影画像上の前記医療器具の像の位置ずれを補正することをさらに特徴とする請求項１乃至３のうち少なくともいずれか一項に記載の３次元画像処理装置。
5. 前記生成された複数の投影画像上での前記医療器具に関する像の位置に基づいて前記医療器具の形状に関する指標を計測する指標計測部をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のうち少なくともいずれか一項に記載の３次元画像処理装置。
6. 前記生成された投影画像に前記投影範囲の区間内の前記スライス画像を重ねて表示する表示処理部をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至５のうち少なくともいずれか一項に記載の３次元画像処理装置。
7. 前記表示処理部は、前記表示された投影画像とスライス画像との差をさらに表示することを特徴とする請求項６記載の３次元画像処理装置。
8. 前記表示処理部は、前記差をカラーで表示することを特徴とする請求項７記載の３次元画像処理装置。
9. 前記表示処理部は、前記差の面積を計測して該面積を表示することを特徴とする請求項７記載の３次元画像処理装置。
10. 前記表示処理部は、前記面積をグラフで表示することを特徴とする請求項９記載の３次元画像処理装置。
11. 前記医療器具はステントである請求項１乃至１０のうち少なくともいずれか一項に記載の３次元画像処理装置。
12. 前記医療器具はバルーンである請求項１乃至１０のうち少なくともいずれか一項に記載の３次元画像処理装置。
13. 請求項１乃至１２のうち少なくともいずれか一項に記載の３次元画像処理装置と、
    前記被検体に対してＸ線を照射するＸ線発生部と、
    前記Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
    前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを対向させて保持するアーム部と
    を具備することを特徴とするＸ線診断装置。
14. 請求項７乃至１０のうち少なくともいずれか一項に記載の３次元画像処理装置と、
    前記被検体に対してＸ線を照射するＸ線発生部と、
    前記Ｘ線を検出するＸ線検出部と、
    前記Ｘ線発生部と前記Ｘ線検出部とを対向させて保持するアーム部と、
    前記差の部分が良く見える投影方向を計算する計算部と、
    前記計算された投影方向に基づいて前記アーム部を駆動制御する制御部と
    を具備することを特徴とするＸ線診断装置。

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