JP2006055402A - 画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】指定された部位（臓器）の３次元画像データを容易に得ることを可能にする。
【解決手段】本発明の画像処理装置を適用した医用画像処理システム１００では、患者を撮影した複数の２次元の断層像（ＣＴ画像）が取得され、取得された断層像が表示部２に表示され、その表示された断層像上で、３次元表示する箇所がマウス操作により指定される。そして、指定された箇所のＣＴ値から、表示する部位のＣＴ値の範囲が設定され、その設定された範囲に基づいて、当該指定された箇所を含む部位（臓器）の境界が断層画像別に算出される。次いで、各断層像の境界内のＣＴ値から、ボリュームレンダリング法を用いて３次元画像データが生成され、その生成された３次元画像データに基づいて該当部位が表示部２に３次元表示される。
【選択図】図１

Description

本発明は、患者を撮影した医用画像データに対して画像処理を施すための画像処理装置、画像処理方法及び画像処理プログラムに関する。

近年、医療現場では、ＭＤＣＴ（MultiDetector Computed Tomography）の普及により、一度に大量の断層像を撮影することが可能になっている。また、これらの断層像から３次元画像データを生成して、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示手段に３次元表示することが可能になっている（例えば、特許文献１参照）。一般に、読影医は、表示手段に表示された２次元画像（断層像）データで読影した後、３次元表示された画像データを読影している。３次元表示された画像データから、読影医が所望する部位（臓器）のみを抽出して３次元表示するためには、不透明度、閾値の設定を変更する必要がある。
特開２０００−１８５０３６号公報

しかしながら、従来のように、３次元表示された画像データから、不透明度、閾値の設定を変更することによって所望の部位を抽出して表示する方法は、該当部位の周辺の余分な箇所も表示されたままであるため、その余分な箇所を削除する作業が必要となり、読影医の負担が大きいという問題があった。また、不透明度、閾値の設定や、余分な箇所の削除等の作業は、高度な経験と熟練を要する作業であるため、所望の部位の３次元画像データを容易に得ることができないという問題があった。

本発明の課題は、指定された部位（臓器）の３次元画像データを容易に得ることを可能にすることである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、患者を撮影した複数の２次元の断層像を取得し、その取得された断層像を表示手段に表示する第１の表示制御手段と、前記表示手段に表示された断層像上で、３次元表示する箇所を指定する指定手段と、前記指定された箇所の画像信号値に基づいて、当該指定された箇所を含む部位の境界を算出する境界算出手段と、前記境界算出手段により算出された境界内の画像信号値から、前記部位の３次元画像データを生成する生成手段と、前記生成手段により生成された３次元画像データに基づいて前記部位を表示手段に３次元表示する第２の表示制御手段と、を備えることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像処理装置において、前記指定手段により指定された箇所の画像信号値に基づいて、当該指定された箇所を含む部位の画像信号値の範囲を設定する範囲設定手段を備え、前記境界算出手段は、前記範囲設定手段により設定された範囲に基づいて、前記部位の境界を算出することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の画像処理装置において、前記境界算出手段は、各断層像別に前記部位の境界を算出することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記生成手段は、ボリュームレンダリング法を用いて前記３次元画像データを生成することを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の画像処理装置において、前記生成手段は、サーフェスレンダリング法を用いて前記３次元画像データを生成することを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の画像処理装置において、人間の身体の部位別に、形状を示すテンプレートのデータを格納するデータベースと、前記生成手段により生成された３次元画像データと、前記データベースに格納された各部位のテンプレートをマッチングするマッチング手段と、を備えることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、患者を撮影した複数の２次元の断層像を取得し、その取得された断層像を表示手段に表示する工程と、前記表示手段に表示された断層像上で、３次元表示する箇所を指定する工程と、前記指定された箇所の画像信号値に基づいて、当該指定された箇所を含む部位の境界を算出する工程と、前記算出された境界内の画像信号値から、前記部位の３次元画像データを生成する工程と、前記生成された３次元画像データに基づいて前記部位を表示手段に３次元表示する工程と、を含むことを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、画像処理を実行するコンピュータに、患者を撮影した複数の２次元の断層像を取得し、その取得された断層像を表示手段に表示する機能と、前記表示手段に表示された断層像上で、３次元表示する箇所を指定する機能と、前記指定された箇所の画像信号値に基づいて、当該指定された箇所を含む部位の境界を算出する機能と、前記算出された境界内の画像信号値から、前記部位の３次元画像データを生成する機能と、前記生成された３次元画像データに基づいて前記部位を表示手段に３次元表示する機能と、を実現させるための画像処理プログラムである。

本発明によれば、２次元の断層像上で、３次元表示したい箇所を指定するという簡易な操作を行うだけで、その指定箇所を含む部位の境界を算出して、該当部位の３次元画像データを生成して表示手段に表示するため、読影医が所望する部位の３次元画像データを容易に得ることが可能になる。これにより、熟練した読影医でなくても、所望の部位の３次元画像を容易に得ることができる。

また、複数の断層像から、指定された箇所を含む部位の３次元画像データを生成する際に、ボリュームレンダリング法又はサーフェスレンダリング法を用いることにより、高品質な３次元画像データを得ることができる。

更に、生成された３次元画像データを、部位毎に用意されたテンプレートとマッチングすることにより、読影医が所望する部位をより確実に抽出することが可能になる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
まず、本実施形態における構成について説明する。

図１に、本発明の画像処理装置を適用した医用画像処理システム１００の構成を示す。医用画像処理システム１００は、図１に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１、表示部２、操作部３、記憶部４、モダリティ５、Ｉ／Ｆ（インターフェース）５１、画像処理部６、ＤＢ（DataBase）７により構成される。モダリティ５を除く各部は、バス８を介して相互に接続され、モダリティ５は、Ｉ／Ｆ５１を介して他の各部に接続される。

ＣＰＵ１は、記憶部４に格納された画像処理プログラム等の各種プログラムに従って、医用画像処理システム１００を構成する各部の動作を制御する。

表示部２は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示画面により構成される表示手段であり、ＣＰＵ１から入力される制御信号に従って、画像処理結果等の各種データの表示処理を実行する。

操作部３は、数字キー、文字キー、各種機能キー等から構成されるキーボードやマウス等のポインティングデバイスを有し、キー操作やマウス操作の操作信号をＣＰＵ１に出力する。また、操作部３は、表示部２の表示画面を覆うように設けられたタッチパネルを有し、電磁誘導式、磁気歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標を位置信号としてＣＰＵ１に出力する。

記憶部４は、ＣＰＵ１、画像処理部６で実行される画像処理プログラム等の各種プログラム、モダリティ５から取得された医用画像データ等を格納する。

モダリティ５は、患者を撮影した医用画像の画像データを生成するものであり、例えば、ＭＤＣＴ装置、フィルムデジタイザ（Ｘ線フィルム画像読取装置）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、ＣＲ（Computed Radiography）装置等、様々な種類の医用画像を撮影する。

画像処理部６は、２次元断層像上で指定された箇所を含む部位（臓器）の３次元画像データを生成する処理を実行する。画像処理部６で実行される処理については、後に図２〜図６を参照して詳細に説明する。

ＤＢ７は、画像処理部６において生成された３次元画像データのテンプレートマッチングを行う際に用いるデータとして、人間の身体の部位（臓器）別に、形状を示すテンプレートのデータを格納している。

次に、本実施形態における動作について説明する。
図２のフローチャート及び図３を参照して、医用画像処理システム１００において実行される画像処理について説明する。以下では、ＭＤＣＴ装置から取得された画像データに対する画像処理について説明するが、本実施形態の画像処理が適用される画像データはこれに限定されるものではなく、他のモダリティから取得された画像データであってもよい。

まず、モダリティ５のＭＤＣＴ装置から、複数の断層像が取得され、その取得された断層像が表示部２に表示される（ステップＳ１）。次いで、表示部２に表示された断層像上で、読影医によるマウス操作により、３次元表示したい箇所が指定（クリック）されると（ステップＳ２、図３（ａ））、その指定された箇所のＣＴ値（画像信号値）が算出され、ＣＴ値のウィンドウ幅（帯域幅）が設定される（ステップＳ３）。ステップＳ３で設定されたウィンドウ幅内のＣＴ値は表示部２に表示される。図３（ｂ）に、算出されたＣＴ値が９００でウィンドウ幅が１００である場合の表示例を示す。

次いで、該当する断層像上で、ステップＳ３で指定された箇所を含む部位（以下、臓器という。）の境界が算出される（ステップＳ４、図３（ｃ））。次いで、ステップＳ４で算出された断層像の境界に基づいて、各断層像の境界が算出される（ステップＳ５、図３（ｄ））。以下、図４〜図６を参照して、ステップＳ４及びＳ５における境界算出方法について詳細に説明する。

まず、図４を参照して、領域拡張法を用いた断層像の境界算出方法について説明する。
ステップＳ２で指定された箇所（以下、着目画素という。）の周辺４近傍の画素のＣＴ値が、ステップＳ３で設定されたＣＴ値の範囲内であるか否かが判定される（図４（ａ））。着目画素の近傍の４画素のうち、ＣＴ値が設定範囲外の画素があった場合、着目画素の４辺のうち、ＣＴ値が設定範囲外の画素に接する辺が境界となる。例えば、図４（ｂ）に示すように、着目画素の左側に接する画素のＣＴ値が設定範囲外である場合、着目画素の左側の辺が境界となる。

次いで、ＣＴ値が設定範囲内の次の着目画素が新たに設定され、その新しい着目画素の４近傍の画素について、上述と同様に、ＣＴ値が設定範囲内であるか否かが判定される（図４（ｃ））。このようにして、ＣＴ値が設定範囲内である方向に領域が拡張され、着目画素の４辺のうち、ＣＴ値が設定範囲外の画素に接する辺が境界として設定される（図４（ｄ））。

次に、図５を参照して、１枚の断層像の境界から他の各断層像の境界を算出する方法について説明する。
１枚の断層像について、指定された箇所を含む臓器の境界が算出されると（図５（ａ））、図５（ｂ）に示すように、隣接する断層像について、上記境界内の領域と同一の領域が設定（コピー）され、その設定された領域内の点（例えば、境界上の点）を出発点にして、図４に示すような領域拡張法を用いて、ＣＴ値が設定範囲内である領域を広げていくことによって境界が算出される（図５（ｃ）及び（ｄ））。図５（ｂ）〜（ｄ）の処理を、隣接する断層像に対して順順に行っていくことにより、ステップＳ１で取得された全ての断層像について境界が算出される（図５（ｅ））。

なお、ステップＳ４及びＳ５（図４及び図５）では、各断層像別に、ＣＴ値が設定範囲内の領域の境界（線）を算出するようにしたが、図６に示すように、各断層像を予め補間しておき、ステップＳ２で指定された箇所の３次元的な近傍（６近傍、１８近傍、２６近傍の何れか。６近傍の場合上下左右前後。）について、ＣＴ値が設定範囲内であるか否かを判定し、設定範囲内の領域を３次元的に拡張することによって、指定された箇所を含む臓器の境界（面）を算出するようにしてもよい。

各断層像の境界が算出されると、各断層像で得られた境界内の画像を積み上げたボリュームデータから、ボリュームレンダリング（Volume Rendering）法を用いて、指定された臓器の３次元画像データが生成される（ステップＳ６）。

ボリュームレンダリング法とは、複数の断層像（２次元画像）を積み上げたボリュームデータを、ある視点又は仮想光源から見た画像として投影面に投影して視覚化する方法の一つであり、各ボクセル（３次元のピクセル要素）に、ボクセル値に対応した色及び不透明度（仮想光が透過する度合い）を定義し、任意の視線（レイ）方向に投影するレイキャスティングと呼ばれる投影処理を行うことによって、対象画像の３次元画像データ（立体表示用の画像データ）を得る手法である。

なお、上述では、ボリュームレンダリング法を用いて３次元画像データを生成する方法を示したが、３次元画像データの生成方法は、特に限定されず、例えば、サーフェスレンダリング（Surface Rendering）法を用いるようにしてもよい。

ステップＳ６において、指定された箇所を含む臓器の３次元画像データが得られると、その３次元画像データと、ＤＢ７に格納された各種臓器の形状を示すテンプレートとのマッチングが行われ（ステップＳ７、図３（ｅ））、臓器の形状が判定される。次いで、ステップＳ７で判定された臓器の形状に基づいて、ステップＳ６で作成された３次元画像データから、血管等の余分な部分が除去され（図３（ｆ））、除去後の３次元画像データに基づいて該当臓器が表示部２に３次元表示され（ステップＳ８）、本画像処理が終了する。

以上のように、本実施形態の医用画像処理システム１００によれば、２次元の断層像上で、３次元表示したい箇所を指定するという簡易な操作を行うだけで、その指定箇所を含む部位（臓器）の３次元画像データを生成して表示部２に表示するため、従来のように、読影医によって不透明度や閾値を変更する等の作業が不要となり、所望の部位（臓器）のみの３次元画像を容易に得ることが可能になる。これにより、熟練した読影医でなくても、所望の部位（臓器）の３次元画像を容易に得ることができる。

また、複数の断層像から、指定された箇所を含む部位（臓器）の３次元画像データを生成する際に、ボリュームレンダリング法を用いることにより、該当部位（臓器）の内部の状態を詳細且つ正確に見ることができる。

更に、生成された３次元画像データを、部位（臓器）毎に用意されたテンプレートとマッチングすることにより、読影医が所望する臓器をより確実に抽出することが可能になる。

本発明の実施形態における医用画像処理システムの構成を示すブロック図。 図１の医用画像処理システムにおいて実行される画像処理を示すフローチャート。 図２の画像処理を具体的に説明するための図。 領域拡張法を用いて境界を算出する方法の一例を示す図。 各断層像の境界を算出する方法の一例を示す図。 ３次元的に境界を算出する方法の一例を示す図。

符号の説明

１ ＣＰＵ
２ 表示部
３ 操作部
４ 記憶部
５ モダリティ
６ 画像処理部
７ ＤＢ
１００ 医用画像処理システム

Claims (8)

1. 患者を撮影した複数の２次元の断層像を取得し、その取得された断層像を表示手段に表示する第１の表示制御手段と、
   前記表示手段に表示された断層像上で、３次元表示する箇所を指定する指定手段と、
   前記指定された箇所の画像信号値に基づいて、当該指定された箇所を含む部位の境界を算出する境界算出手段と、
   前記境界算出手段により算出された境界内の画像信号値から、前記部位の３次元画像データを生成する生成手段と、
   前記生成手段により生成された３次元画像データに基づいて前記部位を表示手段に３次元表示する第２の表示制御手段と、
   を備えることを特徴とする画像処理装置。
2. 前記指定手段により指定された箇所の画像信号値に基づいて、当該指定された箇所を含む部位の画像信号値の範囲を設定する範囲設定手段を備え、
   前記境界算出手段は、前記範囲設定手段により設定された範囲に基づいて、前記部位の境界を算出することを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 前記境界算出手段は、各断層像別に前記部位の境界を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像処理装置。
4. 前記生成手段は、ボリュームレンダリング法を用いて前記３次元画像データを生成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の画像処理装置。
5. 前記生成手段は、サーフェスレンダリング法を用いて前記３次元画像データを生成することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の画像処理装置。
6. 人間の身体の部位別に、形状を示すテンプレートのデータを格納するデータベースと、
   前記生成手段により生成された３次元画像データと、前記データベースに格納された各部位のテンプレートをマッチングするマッチング手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の画像処理装置。
7. 患者を撮影した複数の２次元の断層像を取得し、その取得された断層像を表示手段に表示する工程と、
   前記表示手段に表示された断層像上で、３次元表示する箇所を指定する工程と、
   前記指定された箇所の画像信号値に基づいて、当該指定された箇所を含む部位の境界を算出する工程と、
   前記算出された境界内の画像信号値から、前記部位の３次元画像データを生成する工程と、
   前記生成された３次元画像データに基づいて前記部位を表示手段に３次元表示する工程と、
   を含むことを特徴とする画像処理方法。
8. 画像処理を実行するコンピュータに、
   患者を撮影した複数の２次元の断層像を取得し、その取得された断層像を表示手段に表示する機能と、
   前記表示手段に表示された断層像上で、３次元表示する箇所を指定する機能と、
   前記指定された箇所の画像信号値に基づいて、当該指定された箇所を含む部位の境界を算出する機能と、
   前記算出された境界内の画像信号値から、前記部位の３次元画像データを生成する機能と、
   前記生成された３次元画像データに基づいて前記部位を表示手段に３次元表示する機能と、
   を実現させるための画像処理プログラム。

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