JP4767782B2

JP4767782B2 - 医療画像装置

Info

Publication number: JP4767782B2
Application number: JP2006203649A
Authority: JP
Inventors: 良洋後藤
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP2008029415A

Description

本発明は、医療画像装置に係り、特に断層像に写っている臓器を変形させる医療画像装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲ装置、超音波画像装置等の医療画像装置で撮影した被検体の画像を用いて、被検体の臓器等の３次元画像を表示させて、外科手術、診断等を支援する装置が用いられている。

しかし、手術時に臓器を手で触れる、臓器を体外へ持ち出す等する場合には臓器が変形し、臓器の状態が医療画像装置に表示されている臓器の３次元画像の状態と異なるという問題がある。

これに対応するために、時間の異なる２つの画像データから臓器の変形を示す式を定義し、その式を空間の各点について定義された重み付け関数を用いて３次元空間における変形を定義する方法及び装置が開示されている。
特開２００３−１３５４３８号公報

しかしながら、上記特許文献１では以下のような技術課題に配慮されていなかった。特許文献１では、時間と共に変形し得る臓器の変形を３次元で得る方法であって、重力を考慮した自然な臓器の変形を得るものではない。また、臓器の変形が認識できる２個以上のデータが必要であるため、手術時に臓器を手で触れる、臓器を体外へ持ち出す等する場合の臓器の変形を、実際にデータを得ること無しに得ることはできない。

例えば、図１１（ａ）は肝臓が体内にある場合であるが、体外に出した場合は、一般に図１１（ｂ）に示すように重力により変形する。図１２は、肝臓移植手術の直前に作られて、移植肝臓の切り方などを検討するのに使われている画像であるが、切断のために体外に出した際の重力による変形が考慮されていないため、より正確な手術のシミュレーションの情報が望まれていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、重力によって変形した臓器の画像（望ましくは３次元画像）を得ることができる医療画像装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の医療画像装置は、被検体の臓器領域を含む複数枚の断層像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段によって取得された複数枚の断層像から臓器領域を抽出する臓器抽出手段と、前記抽出された臓器領域を複数の分割面に分割するための基準となる分割軸を設定する分割軸設定手段と、前記分割軸を通る複数の分割面上に前記抽出された臓器領域の第１の断面像を作成する断面像作成手段と、前記断面像作成手段で作成された第１の断面像を重力の影響を受けた第２の断面像に変形させる断面像変形手段と、前記断面像変形手段によって変形させられた複数の第２の断面像に基づいて所望の表示画像を作成する表示画像作成手段と、前記表示画像作成手段によって作成された表示画像を表示する表示手段と、を備えたことを特徴としている。上記の医療画像装置によれば、重力方向と平行な分割軸を通る複数の分割面において被検体の臓器領域の重力による変形を行い、これを基にして被検体の臓器領域の重力による変形後の画像を表示させる。これにより、変形後の臓器のデータを得ることなく、重力によって変形した臓器の画像を得ることができる。

また、本発明の医療画像装置は、前記断面像変形手段は、重力による曲げ、ズレ、膨らみのうちの少なくとも１つの変形形態で前記第１の断面像を変形させて前記第２の断面像を作成することが望ましい。上記の医療画像装置によれば、被検体の臓器領域の重力による変形は、曲げ、ズレ、膨らみのうちの少なくとも１つの変形形態による。これにより、重力による臓器の変形を適切に表現することができる。なお、前記重力による曲げは、ＣＴ値によって異なる所定の変形係数に基づいて計算された変形角度で前記臓器領域内の線を回転させる変形形態であり、前記重力によるズレは、ＣＴ値によって異なる所定の変形係数に基づいて計算された変位で前記臓器領域内の点を重量方向にずり落ちるように移動させる変形形態であり、前記重力による膨らみは、ＣＴ値によって異なる所定の変形係数に基づいて計算された変位で、かつ前記臓器領域の面積が等しくなるように前記臓器領域を横方向に変形させる変形形態である。

また、本発明の医療画像装置は、前記表示画像生成手段は、前記複数の第２の断面像から作成した複数の平行な断面像を用いて、又は前記複数の第２の断面像を用いて直接３次元画像を作成し、この３次元画像を表示画像とすることが望ましい。上記の医療画像装置によれば、被検体の臓器領域の重力による変形後の画像は３次元画像であり、その３次元画像は、複数の第２の断面像から作成した複数の平行な断面像を用いて作成される、又は複数の第２の断面像を用いて直接作成される。これにより、直接的で容易に立体的な認識が可能な重力によって変形した臓器の画像を得ることができる。

本発明によれば、重力によって変形した臓器の画像（望ましくは３次元画像）を得ることができる医療画像装置を提供することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る第１の実施の形態の医療画像装置全体の構成を示すハードウェア構成図である。

医療画像装置１０は、被検体の画像を撮影する医用画像撮影装置２とＬＡＮ３等のネットワークによって接続される。医用画像撮影装置は、例としてＸ線ＣＴ装置を記載したが、ＭＲ装置や超音波撮影装置のように被検体の画像（好ましくは３次元画像）を撮影可能な装置により構成される。

医療画像装置１０は、主として各構成要素の動作を制御する制御装置としての中央処理装置（ＣＰＵ）１１、装置の制御プログラムが格納されたり、プログラム実行時の作業領域となったりする主メモリ１２と、オペレーティングシステム（ＯＳ）、周辺機器のデバイスドライブ、胸壁の厚さの測定等の処理を行うためのプログラムを含む各種アプリケーションソフト等が格納される磁気ディスク１３と、表示用データを一時記憶する表示メモリ１４と、この表示メモリ１４からのデータに基づいて画像を表示するＣＲＴモニタや液晶モニタ等のモニタ１５と、位置入力装置としてのマウス１７、マウス１７の状態を検出してモニタ１５上のマウスポインタの位置やマウス１７の状態等の信号をＣＰＵ１１に出力するコントローラ１６と、操作者が支持を入力するためのキーボード１８と、上記各構成要素を接続するバス１９とから構成される。

ＣＰＵ１１は、上記プログラムを磁気ディスク１３から読み出して主メモリ１２にロードし、実行する。

なお、本実施例では、主メモリ１２以外の記憶装置として磁気ディスク１３が接続されているが、それ以外にハードディスクドライブ等が接続されていてもよい。

次に、医療画像装置１０の処理の流れを説明する。

図２は、医療画像装置１０の処理の流れを示すフローチャートである。ＣＰＵ１１は、このフローチャートに従って動作する。以下の処理は、被検体の臓器領域を撮影した画像データ（アキシャル画像等の複数の断層像）が医用画像撮影装置２から医療画像装置１０へ読みこまれた後で開始される。

ステップＳ１０では、医用画像撮影装置２から入力された複数の画像データから臓器領域を抽出する。図３（ａ）に示す複数の断層像Ａは、臓器領域の抽出後の画像（二値画像）である。複数の断層像Ａにより、臓器Ｃが認識される。

ステップＳ１２では、図３（ａ）に示すように分割軸Ｌを設定する。分割軸Ｌは臓器Ｃに対して任意の位置、角度で設定が可能である。一般に、分割軸Ｌは、被検体から臓器Ｃを取り出した場合に臓器Ｃを乗せる支持物体を通るように設定される。また、臓器Ｃを手に持った場合は手を通るように設定される。

なお、図３（ａ）においては、認識しやすくするために、臓器に対して任意の位置、角度に設定した分割軸Ｌが重力方向に平行な向き（垂直下向き）になるように配置した。

次に、複数の断層像Ａから断面像Ｃｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を作成する方法について説明する（ステップＳ１４〜Ｓ２８）。

ステップＳ１４では、ｎ＝１に設定する。

ステップＳ１６では、分割軸Ｌを通る分割面Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を設定する。図３（ａ）においては、分割軸Ｌが臓器Ｃの内部を通るように設定されているため、分割面Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ）は分割軸Ｌを中心に放射状に設定される。分割面Ｂｎは、分割面Ｂ１から時計回りに順番にＢ１、Ｂ２・・・、Ｂｎと設定され、分割軸Ｌを中心に１周する。

ステップＳ１８では、ｎ＝ｎ＋１に設定する。

ステップＳ２０では、ｎ＝Ｎであるかどうか、すなわちすべての分割面Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が作成されたかを判断する。ＹＥＳの場合はステップＳ２２へ進み、ＮＯの場合はステップＳ１６へ戻る。

ステップＳ２２では、ｎ＝１に設定する。

ステップＳ２４では、分割面Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ）上に臓器Ｃの断面像Ｃｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を補間演算により作成する。図３（ｂ）に示すように、分割面Ｂ１における臓器Ｃの断面像は断面像Ｃ１である。なお、補間演算は既に公知の様々な補間法を用いることができる。

ステップＳ２６では、ｎ＝ｎ＋１に設定する。

ステップＳ２８では、ｎ＝Ｎであるかどうか、すなわちすべての分割面Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ）に対して断面像Ｃｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が作成されたかを判断する。ＹＥＳの場合はステップＳ３０へ進み、ＮＯの場合はステップＳ２４へ戻る。

これにより、分割面Ｂ１〜ＢＮに対して断面像Ｃ１〜ＣＮが作成される。

次に、断面像Ｃｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を重力の影響を受けた断面像Ｃｎ’（ｎ＝１〜Ｎ）を作成する方法について説明する（ステップＳ３０〜Ｓ３６）。

ステップＳ３０では、ｎ＝１に設定する。

ステップＳ３２では、断面像Ｃｎ（ｎ＝１〜Ｎ）を重力によって変形された臓器の断面像Ｃｎ’（ｎ＝１〜Ｎ）に変形させる（図３（ｃ）参照）。変形の方法（変形形態）には、曲げ、ズレ、膨らみの３種類があり、上記３種類のうちの少なくとも１つの変形形態により変形が行われる。どの変形形態により変形が行われるかは、臓器の形状、種類、状態等によって決定される。図３（ｃ）の場合には、臓器Ｃは肝臓であり、曲げと膨らみとの２種類の変形形態によって変形が行われる。

臓器Ｃを支持物体に載せた場合には、支持物体に載せられた部分の重力変形は無視できるので、支持物体の形に合わせて非線形領域を設定する。図４（ａ）に示すように支持物体を置いた場合には、図４（ｂ）に示すように、支持物体の上部に非変形領域が設定される。非変形領域が設定された場合には、非変形領域以外の領域（変形領域）において、曲げ、ズレ、膨らみのうちの少なくとも１つの変形形態により変形が行われる。なお、上記においては、臓器Ｃを支持物体に載せた場合について説明したが、臓器Ｃを手に持った場合についても同様である。また、臓器Ｃを支持物体に載せた状態で、臓器Ｃの支持物体に乗せられていない部分を手で持った場合については、臓器Ｃの支持物体に乗せられた部分と手で保持された部分とを非変形領域と設定すればよい。

ステップＳ３４では、ｎ＝ｎ＋１に設定する。

ステップＳ３６では、ｎ＝Ｎであるかどうか、すなわちすべての分割面Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ）に対して断面像Ｃｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が断面像Ｃｎ’（ｎ＝１〜Ｎ）に変形されたかを判断する。ＹＥＳの場合はステップＳ３０へ進み、ＮＯの場合はステップＳ２４へ戻る。

これにより、断面像Ｃ１〜ＣＮに対して重力の影響を受けた断面像Ｃ１’〜ＣＮ’が作成される。

次に、重力の影響を受けた断面像Ｃｎ’（ｎ＝１〜Ｎ）を用いてモニタ１５に表示させる表示画像である３次元画像を作成する方法について説明する。

ステップＳ３８では、変形した断面像Ｃｎ’（ｎ＝１〜Ｎ）から複数の断層像Ａ’を補間演算により作成する（図３（ｄ）参照）。この断層像Ａ’は、断層像Ａと平行でもよいし、平行でなくてもよい。なお、補間演算は既に公知の様々な補間法を用いることができる。

ステップＳ４０では、断層像Ａ’を用いて臓器Ｃの３次元画像を作成する。

これにより、モニタ１５に表示させる表示画像である３次元画像が作成される。なお、ステップＳ３０は省略可能であり、ステップＳ２８でＹＥＳの場合には、演算時間は余計にかかるが、断面像Ｃｎ’（ｎ＝１〜Ｎ）から直接３次元画像を作成してもよい。

このようにして作成された３次元画像は、図８に示すように、モニタ上に表示される。

次に、曲げ、ズレ、膨らみの３種類の変形形態の詳細について説明する。

曲げとは、変形前の断面像Ｄ１上のある点ｐにおいて、線ｐ１が点ｐを中心にして角度θ回転して線ｐ２へ移動するような変形形態である（図４（ｂ）参照）。曲げの変形形態において、角度θは変形角度であり、この変形角度は臓器の形状、種類、状態等によって所定の値に定められている変形係数に基づいて計算される。例えば、癌領域とそうでない領域とでは変形係数が異なるため、癌領域がある場合（図４（ｃ）参照）と癌領域がない場合（図４（ｂ）参照）とでは、変形角度が異なる。すなわち、変形前の断面図Ｄ１、Ｅ１が同じ場合において、癌領域がない場合の変形後の断面図Ｄ１と’癌領域がある場合の変形後の画像Ｅ１’とは異なる。癌領域がある場合には、癌領域がない場合に比べてＣＴ値が異なるため、図５に示すように、変形係数はＣＴ値に対応させて与えるのが分かりやすく便利である。なお、上記において、変形係数がＣＴ値によって異なることを曲げの変形形態を例に説明したが、下記のズレ、膨らみを含む全ての変形形態において、変形係数がＣＴ値によって異なる。また、ＣＴ値と変形係数との関係は図５に示す例に限らない。

ズレとは、変形前の断面像Ｆ１上のあるｑｎにおいて、重力方向にずり落ちるように距離α移動する変形形態である（図６（ｃ）参照）。図６（ａ）は変形前の臓器Ｆを示し、図６（ｂ）は分割面Ｂ１上の臓器Ｆの断面像Ｆ１を示し、図６（ｃ）は、断面像Ｆ１がズレの変形形態によって移動して断面像Ｆ１’に変形したところを示し、図６（ｄ）は変形後の臓器Ｆ’を示す。図６は臓器Ｄ（例えば乳房）のズレの変形形態のみによって変形する部分を抜き出した例であり、臓器Ｄの一部分を抜き出しているため、分割軸Ｌは無限遠方にあると仮定する。よって、図６（ａ）に示すように、分割面Ｂｎ（ｎ＝１〜Ｎ）が平行になっている。ズレの変形形態において、距離αは変位であり、この変位は臓器の形状、種類、状態等によって所定の値に定められている変形係数に基づいて計算される
膨らみとは、重力による垂直な力によって臓器が横方向に変形を生じるように移動する変形形態である（図７（ｃ）参照）。図７（ａ）は変形前の臓器Ｇを示し、図７（ｂ）は分割面Ｂ１上の臓器Ｇの断面像Ｇ１を示し、図７（ｃ）は、断面像Ｇ１が膨らみの変形形態によって移動して断面像Ｇ１’に変形したところを示し、図７（ｄ）は変形後の臓器Ｇ’を示す。横方向の変形量βは、変形前の臓器Ｇと変形後の臓器Ｇ’の体積、すなわち変形前の断面像Ｇ１の面積と変形後の断面像Ｇ１’の面積とが等しくなるように決定される。膨らみの変形形態において、変形量βは変位であり、この変位は臓器の形状、種類、状態等によって所定の値に定められている変形係数に基づいて計算される。

なお、上記の変形形態及び変形係数は、図５に示すように、モニタ１５に表示させて操作者がマウス１７等で支持することにより、設定、変更、選択が可能である。

図８は、医療画像装置１０において、変形後の画像をモニタ１５に表示させた説明図である。モニタ１５の左側には変形後の臓器の３次元画像を表示させ、右側にはこの３次元画像を任意の位置で切断したときの切断面での断面像を表示させている。なお、この切断面の位置、方向等はマウス１７等により操作者が任意に設定できる。

本実施の形態によれば、変形後の臓器のデータを得ることなく、重力によって変形した臓器の画像を得ることができる。また、曲げ、ズレ、膨らみの１つ、又は曲げ、ズレ、膨らみを様々に組み合わせた方法で変形させるため、重力による臓器の変形を適切に表現することができる。また、重力による変形後の臓器の形状を３次元画像で表示させることにより、直接的で容易に立体的な認識が可能な重力によって変形した臓器の画像を得ることができる。

なお、本実施の形態では、臓器を変形させるための分割面に分割するための分割軸を１本設定したが、図９に示すように複数設定してもよい。図９は、２個の球状のものが細い円筒状のものでつながっている形状の臓器の変形方法を示す説明図である。図９（ａ）に示すように、まず、分割軸１を用いて臓器全体（Ｈ，Ｉ，Ｊ）を変形させる。その結果、図９（ｂ）に示すような形状（Ｈ’、Ｉ’、Ｊ’）になる。その後、分割軸２を中心にしてＪ’のみ変形させると、図９（ｃ）に示すような形状（Ｈ’、Ｉ’、Ｊ’’）になる。このように、臓器の形状に合わせて複数の分割軸を設定することで、重力による臓器の変形をより適切に表現することができる。

また、本実施の形態では、図３に示すように分割軸を設定したが、図１０に示す位置を含め、様々な位置、角度で分割軸を設定することができる。なお、分割軸の位置、角度は、操作者が臓器の変形前のみでなく、変形後もモニタ１５を確認しながらマウス１７等で任意に設定できる。

本発明が適用された医療画像装置の第１の実施の形態の全体構成を示す概略図である。上記医療画像装置の第１の実施の形態の処理の流れを示すフローチャートである。上記医療画像装置の第１の実施の形態において臓器を重力の影響を受けた形状に変形させる方法を説明する説明図であり、（ａ）は分割軸、分割面の設定方法を示し、（ｂ）は所定の分割面における断面像を示し、（ｃ）は（ｂ）に示す断面像を重力による影響を受けた断面像に変形させた状態を示し、（ｄ）は重力によって変形された後の臓器を示す。上記医療画像装置の第１の実施の形態において曲げの変形形態により臓器を重力の影響を受けた形状に変形させる方法を説明する説明図であり、（ａ）は臓器を支持物体の上に設置した状態を示し、（ｂ）は所定の分割面における断面像、およびその断面像を重力による影響を受けた断面像に変形させた状態を示し、（ｃ）は臓器の中に癌の領域があった場合に所定の分割面における断面像を重力による影響を受けた断面像に変形させた状態を示す。上記医療画像装置の第１の実施の形態のＣＴ値に変形係数を割り当てたものを画面に表示させたで説明図である。上記医療画像装置の第１の実施の形態においてズレの変形形態により臓器を重力の影響を受けた形状に変形させる方法を説明する説明図であり、（ａ）は分割軸、分割面の設定方法を示し、（ｂ）は所定の分割面における断面像を示し、（ｃ）は（ｂ）に示す断面像を重力による影響を受けた断面像に変形させた状態を示し、（ｄ）は重力によって変形された後の臓器を示す。上記医療画像装置の第１の実施の形態において膨らみの変形形態により臓器を重力の影響を受けた形状に変形させる方法を説明する説明図であり、（ａ）は分割軸、分割面の設定方法を示し、（ｂ）は所定の分割面における断面像を示し、（ｃ）は（ｂ）に示す断面像を重力による影響を受けた断面像に変形させた状態を示し、（ｄ）は重力によって変形された後の臓器を示す。上記医療画像装置の第１の実施の形態の画面の表示例である。上記医療画像装置の第１の実施の形態において複数の分割軸を用いて臓器を重力の影響を受けた臓器の形状に変形させる方法を説明する説明図であり、（ａ）は分割軸１を設定した場合を示し、（ｂ）は分割軸１により臓器を変形させた場合を示し、（ｃ）は分割軸２により臓器を変形させた場合を示す。上記医療画像装置の第１の実施の形態において臓器を重力の影響を受けた臓器の形状に変形させる方法を説明する説明図である。臓器の３次元画像であり、（ａ）は臓器が体内にある場合（変形前）を示し、（ｂ）は臓器が体外にある場合（変形後）を示す。従来の実施の形態の画面の表示例である。

符号の説明

１０：医療画像装置、１５：モニタ

Claims

被検体の臓器領域を含む複数枚の断層像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段によって取得された複数枚の断層像から臓器領域を抽出する臓器抽出手段と、
前記抽出された臓器領域を複数の分割面に分割するための基準となる分割軸を設定する分割軸設定手段と、
前記分割軸を通る複数の分割面上に前記抽出された臓器領域の第１の断面像を作成する断面像作成手段と、
前記断面像作成手段で作成された第１の断面像を重力の影響を受けた第２の断面像に変形させる断面像変形手段と、
前記断面像変形手段によって変形させられた複数の第２の断面像に基づいて所望の表示画像を作成する表示画像作成手段と、
前記表示画像作成手段によって作成された表示画像を表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする医療画像装置。
前記断面像変形手段は、重力による曲げ、ズレ、膨らみのうちの少なくとも１つの変形形態で前記第１の断面像を変形させて前記第２の断面像を作成することを特徴とする請求項１に記載の医療画像装置。
前記表示画像生成手段は、前記複数の第２の断面像から作成した複数の平行な断面像を用いて、又は前記複数の第２の断面像を用いて直接３次元画像を作成し、この３次元画像を表示画像とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の医療画像装置。
前記重力による曲げは、ＣＴ値によって異なる所定の変形係数に基づいて計算された変形角度で前記臓器領域内の線を回転させる変形形態であることを特徴とする請求項２に記載の医療画像装置。
前記重力によるズレは、ＣＴ値によって異なる所定の変形係数に基づいて計算された変位で前記臓器領域内の点を重量方向にずり落ちるように移動させる変形形態であることを特徴とする請求項２に記載の医療画像装置。
前記重力による膨らみは、ＣＴ値によって異なる所定の変形係数に基づいて計算された変位で、かつ前記臓器領域の面積が等しくなるように前記臓器領域を横方向に変形させる変形形態であることを特徴とする請求項２に記載の医療画像装置。