JP5444117B2

JP5444117B2 - 画像処理装置

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Publication number: JP5444117B2
Application number: JP2010113522A
Authority: JP
Inventors: 佳史山形; 友寛川崎; 智司若井
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Medical Systems Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2010-05-17
Filing date: 2010-05-17
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2030-05-17
Also published as: JP2011239889A

Description

本発明の実施形態は、心臓領域に関する３次元画像データ（ボリュームデータ）を画像処理する画像処理装置に関する。

弁膜症が生じている心臓弁は、正常に動作せず、完全に閉じなかったり、完全に開かなかったりする。

国際公開第２００６／０６８２７１号パンフレット

弁膜症の治療方針や治療計画を検討する際に医師は、弁口面積等を判断材料としている。例えば、弁膜症の治療方針の決定や治療計画において医師は、心臓弁に関する３次元画像データを利用して目視で弁口面積を推定し、この推定された弁口面積に基づいて病変部の重篤度合いを評価している。しかしながら、弁膜症の治療方針や治療計画において、各心臓弁の性状を定量的に評価する技術は確立されていない。

目的は、医師や技師等による弁膜症に関する作業効率や診断精度の向上を可能とする画像処理装置を提供することにある。

本実施形態に係る画像処理装置は、被検体の心臓領域に関する３次元画像を記憶する記憶部と、前記心臓領域に含まれる血管領域に断面を設定する設定部と、前記断面における前記血管領域から前記血管領域の輪郭を画像処理により抽出する抽出部と、前記輪郭の形状に基づいて心臓弁の形状を模式的に表現する模式的弁画像を生成する第１生成部と、前記模式的弁画像を構成する画素毎に、前記３次元画像に含まれる前記心臓弁に関する弁画素を既定方向に沿って探索し、前記弁画素があるか否かを特定する特定部と、前記模式的弁画像と前記弁画素があるか否かの情報とに基づいて前記心臓弁の開閉度合いを画素毎に色で表現する色画像を生成する第２生成部と、を具備する。

本実施形態に係る画像処理装置の構成を示す図。本実施形態の画像診断対象である心臓弁（大動脈弁）の解剖学的構造を模式的に示す図。図２の大動脈弁が完全に開放しているときの様子を示す図。図２の大動脈弁が完全に閉鎖しているときの様子を示す図。図２の制御部の制御のもとに実行される大動脈弁の定量的評価処理の典型的な流れを示す図。図５のステップＳ１において断面設定部により実行される評価断面の設定処理を説明するための図。図５のステップＳ２において輪郭抽出部により実行される弁口位置血管輪郭の抽出処理を説明するための図。図５のステップＳ３において評価円生成部により実行される評価円の生成処理の処理過程を示す第１の図。図５のステップＳ３において評価円生成部により実行される評価円の生成処理の処理過程を示す第２の図。図５のステップＳ３において評価円生成部により実行される評価円の生成処理の処理過程を示す第３の図。図５のステップＳ４において弁画素特定部により実行される弁画素の特定処理を説明するための図。図５のステップＳ４において弁画素特定部により開情報又は閉情報が割り付けられた評価円を示す図。図５のステップＳ５において開閉指標計算部により実行される開閉指標の計算処理を説明するための図。図５のステップＳ７において表示部により表示される色付き評価円の表示パターン１を示す図。図５のステップＳ７において表示部により表示される色付き評価円の表示パターン２を示す図。図５のステップＳ７において表示部により表示される色付き評価円の表示パターン３を示す図。図５のステップＳ７において表示部により表示される色付き評価円の表示パターン４を示す図。図５のステップＳ７において表示部により表示される色付き評価円の表示パターン５を示す図。図５のステップＳ７において表示部により表示される色付き評価円の表示パターン６を示す図。本実施形態の変形例に係わる表示部により表示される色付きＭＰＲ画像の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる画像処理装置を説明する。

図１は、本実施形態に係る画像処理装置１の構成を示す図である。本実施形態に係る画像処理装置１は、心臓弁を画像診断の対象とする。よく知られているように、心臓弁には、大動脈弁、僧帽弁、肺動脈弁、三尖弁がある。本実施形態は、これらあらゆる部位の心臓弁に適用可能であるが、以下の実施形態を具体的に説明するため、心臓弁は大動脈弁であるとする。

図２に示すように、大動脈弁３１は、左心室３３と大動脈３５との間にあり、左心室３３から駆出された血液の逆流を防止する役目を担う。大動脈弁３５は、図２には２つしか示されていないが、３つの弁尖から成る。３つの弁尖３１に囲まれる空間は、弁口３７と呼ばれる。３つの弁尖３１を通る断面における弁口３７の面積は、弁口面積と呼ばれている。換言すれば、断面上における弁口輪郭内の面積が弁口面積である。各弁尖３１と大動脈３５の内壁との間の空間は、大動脈洞（いわゆるバルサルバ洞：sinus of valsalva）３９と呼ばれている。

図３に示すように、左心室が収縮する場合（例えば、収縮末期）、正常な大動脈弁３１は開く。反対に左心室が弛緩する場合（例えば、拡張末期）、図４に示すように、正常な大動脈弁３１は閉じる。

弁膜症が生じている大動脈弁は、正常に動作せず、完全に閉じなかったり、完全に開かなかったりする。例えば、弁狭窄の場合、収縮末期であっても大動脈弁が完全には開かない。閉塞不全の場合、拡張末期であっても大動脈弁が完全には閉じない。すなわち弁口面積は、心臓に弁膜症が発症しているか否かを評価するための１つの指標となりうる。

図１に示すように、画像処理装置１は、記憶部１１、断面設定部１３、輪郭抽出部１５、評価円生成部１７、弁画素特定部１９、色付き評価円生成部２１、３次元画像処理部２３、操作部２５、表示部２７、及び制御部２９を備える。

記憶部１１は、被検体の心臓領域に関する３次元画像のデータ（ボリュームデータ）を記憶する。３次元画像のデータは、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置や磁気共鳴イメージング装置、Ｘ線診断装置、超音波診断装置等の診断モダリティにより収集される。以下の説明を具体的に行うため、３次元画像のデータを収集する診断モダリティは、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置であるとする。Ｘ線コンピュータ断層撮影装置は、例えば、造影剤により造影された心臓をＸ線でダイナミックスキャンし、少なくとも１心拍分の複数の心位相に関する複数の３次元画像のデータを収集する。記憶部１１は、３次元画像のデータと心位相とを関連付けて記憶する。

断面設定部１３は、画像処理やユーザによる操作部２５を介した指示に従って、造影剤によりコントラストが強調された、大動脈部分の血管領域に交差する断面（以下、評価断面と呼ぶことにする。）を３次元画像内に設定する。換言すれば、評価断面は、弁口や大動脈洞の近傍に設定される。

輪郭抽出部１５は、評価断面上の血管領域から血管領域の輪郭（以下、弁口位置血管輪郭と呼ぶことにする。）を既存の画像処理により抽出する。

評価円生成部１７は、弁口位置血管輪郭に基づいて、大動脈弁の形状を模式的に表現する大動脈弁のテンプレート（以下、評価円と呼ぶことにする。）を生成する。評価円は、開状態における正常な大動脈弁の形状と閉状態における正常な大動脈弁の形状とが評価断面に描画された画像である。

弁画素特定部１９は、評価円を構成する画素毎に、３次元画像に含まれる大動脈弁に関する画素（以下、弁画素と呼ぶことにする。）を既定方向に沿って探索し、弁画素があるか否かを特定する。既定方向は、例えば、断面の垂直方向に設定される。以下、弁画素があるか否かの情報を弁開閉情報と呼ぶことにする。すなわち弁画素特定部１９は、断面を構成する画素毎に弁開閉情報を生成する。

色付き評価円生成部２１は、評価円と弁開閉情報とに基づいて、被検体の大動脈弁の開閉度合いを画素毎に色で表現する画像（以下、色付き評価円と呼ぶことにする。）を生成する。具体的には、色付き評価円生成部２１は、開閉指標計算部２１１と色情報割付部２１３とを有する。開閉指標計算部２１１は、評価円と弁開閉情報とに基づいて、被検体の大動脈弁の開閉度合いを示す指標（以下、開閉指標と呼ぶことにする。）を計算する。開閉指標は、例えば、被検体の大動脈弁の開閉度合いと正常な大動脈弁の開閉度合いとの相違度合いを表す。色情報割付部２１３は、色付き評価円を生成するために、計算された開閉指標に対応する色情報を評価円上の画素に割り付ける。これにより色付き評価円が生成される。

３次元画像処理部２３は、３次元画像のデータを３次元画像処理し、２次元のＣＴ画像のデータを発生する。３次元画像処理としては、例えば、ＭＰＲ（multi planar reconstruction）やボリュームレンダリング（volume rendering）が採用される。例えば、３次元画像処理部２３は、３次元画像のデータに基づいて評価断面に関するＭＰＲ画像のデータを発生する。

操作部２５は、ユーザからの各種指令や情報入力を受け付ける。操作部２５としては、マウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、モード切替スイッチ等の選択デバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスが適宜利用可能である。

表示部２７は、色付き評価円やＭＰＲ画像、ボリュームレンダリング画像等を表示機器に表示する。表示機器としては、例えばＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が適宜利用可能である。

制御部２９は、画像処理装置１の中枢として機能する。制御部２９は、操作部２５からの定量的評価処理の開始要求を受けると、画像処理装置１内の各部を制御して、大動脈弁の定量的評価処理を実行する。

なお、画像処理装置１は、汎用のコンピュータ装置を基本ハードウェアとして利用することができる。画像処理装置１は、コンピュータ装置に搭載されたプロセッサ（ＣＰＵ：central processor unit）が画像処理プログラムを実行することにより、大動脈弁の定量的評価処理を実現することができる。画像処理プログラムは、コンピュータ装置に予めインストールされている。あるいは画像処理プログラムは、磁気ディスクや光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等のようなリムーバブルな記録媒体に記録されてコンピュータ装置１に配布されたり、あるいはネットワークを介してコンピュータ装置１に配布されたりしてもよい。配布された画像処理プログラムは、コンピュータ装置１に適宜インストールされて実現される。なお、上記の各部は、その一部または全てをロジック回路等のハードウェアにより実現することも可能である。また、上記の各部は、ハードウェアとソフトウェア制御とを組み合わせて実現することも可能である。

次に画像処理装置１の動作例について説明する。図５は、制御部２９の制御のもとに実行される大動脈弁の定量的評価処理の典型的な流れを示す図である。

ユーザにより操作部２５を介して大動脈弁の定量的評価処理の開始指示がなされることを契機として制御部２９は、記憶部１１に記憶されている複数の３次元画像のデータの中から、処理対象の３次元画像のデータを読み出す。処理対象の３次元画像は、いかなる心位相のものにも適用可能である。また、処理対象の３次元画像は、１つに限定されず、複数であってもよい。複数の場合、各３次元画像に以下の処理がなされる。処理対象の３次元画像は、ユーザにより操作部２５を介して、例えば、心位相を指定することにより任意に設定可能である。

３次元画像のデータを読み出すと制御部２９は、読み出された３次元画像のデータを断面設定部１３に供給し、断面設定部１３に断面設定処理を行わせる（ステップＳ１）。ステップＳ１において断面設定部１３は、ユーザによる操作部２５を介した指示に従って、あるいは画像処理により血管領域に評価断面を設定する。以下に断面設定処理の具体例を幾つか挙げる。

断面設定処理１：ユーザは、操作部２５を介して評価断面の位置を直接指定する。例えば、ユーザは、図６に示すように、大動脈弁領域４１や弁口領域４３の近傍であって、弁口領域４３から数ミリ程度大動脈領域４５の奥側に進んだ位置を操作部２５を介して指定する。位置が指定されると断面設定部１３は、指定された位置を含むように評価断面４７を設定する。例えば、断面設定部１３は、指定された位置を含み、血管芯線４９に直交するように評価断面４７を設定する。なお大動脈弁領域４１は、大動脈弁が取りうるＣＴ値範囲に属する画素領域である。弁口領域４３は、造影剤によりコントラストが強調された弁口部分の血管が取りうるＣＴ値範囲に属する画素領域である。大動脈領域４５は、造影剤によりコントラストが強調された大動脈血管が取りうるＣＴ値範囲に属する画素領域である。左心室領域５１は、造影剤によりコントラストが強調された左心室内の血流路が取りうるＣＴ値範囲に属する画素領域である。すなわち、弁口領域４３、大動脈領域４５、及び左心室領域５１は、略同一のＣＴ値範囲に属する。

断面設定処理２：ユーザは、操作部２５を介して評価断面を間接的に指定する。例えば、ユーザは、ＣＴ画像上で視認が容易な、大動脈領域の大動脈弓部を指定する。断面設定部１３は、指定された大動脈弓部の位置を始点として領域生成処理を実行し、３次元画像から大動脈弓部及び左心室領域を抽出する。断面設定部１３は、抽出された大動脈弓部及び左心室領域の中から解剖学的な構造に基づいて弁口領域を特定する。そして断面設定部１３は、特定された弁口領域よりも数ミリ程度大動脈の奥側に進んだ位置に評価断面を設定する。この場合も評価断面は、例えば、血管芯線に直交するように設定される。

なお、処理対象の３次元画像が複数の場合、複数の３次元画像に関する複数の評価断面は、解剖学的に同一位置、あるいは同一座標に設定される。

ステップＳ１が実行されると制御部２９は、輪郭抽出部１５に輪郭抽出処理を行わせる（ステップＳ２）。ステップＳ２において輪郭抽出部１５は、図７に示すように、評価断面４７上の大動脈領域４５から弁口位置血管５３を抽出する。具体的には、輪郭抽出部１５は、評価断面４７上の大動脈領域４５に２値化処理を施し、大動脈領域４５の外側輪郭５３を弁口位置血管輪郭として抽出する。弁口位置血管輪郭５３は、標準的には、３つの弧を組み合わせた形状を有している。弁口位置血管輪郭５３が描画された画像（以下、輪郭画像と呼ぶことにする。）のデータは、制御部２９により評価円生成部１７に供給される。

ステップＳ２が実行されると制御部２９は、評価円生成部１７に評価円の生成処理を実行させる（ステップＳ３）。ステップＳ３において評価円生成部１７は、ステップＳ２において抽出された弁口位置血管輪郭に基づいて評価円を生成する。まず、評価円生成部１７は、図８に示すように、弁口位置血管輪郭５３上の３つの尖点５５を特定する。尖点５５は、例えば、ユーザによる操作部２５を介した指示に従って、あるいは画像処理により特定される。ここで、３つの尖点５５をそれぞれ尖点５５Ａ、尖点５５Ｂ、尖点５５Ｃとする。３つの尖点５５（尖点５５Ａ、尖点５５Ｂ、及び尖点５５Ｃ）が特定されると評価円生成部１７は、特定された３つの尖点５５に接する円５７を計算し、計算された円５７を輪郭画像上に描画する。円５７は、弁口位置血管輪郭５３内に収まる円のうちの最大径を有する円となる。円５７が描画されると評価円生成部１７は、図９に示すように、円５７の中心点５９、尖点５５Ａ、尖点５５Ｂ、及び尖点５５Ｃのうちの全ての２点間を結ぶ直線６１（直線６１Ａ、直線６１Ｂ、直線６１Ｃ、直線６１Ｄ、直線６１Ｅ、直線６１Ｆ）を輪郭画像上に描画する。直線６１が描画されると評価円生成部１７は、図１０に示すように、弁口位置血管輪郭を輪郭画像上から削除する。これにより評価円６３が生成される。なお、評価円６３の生成処理において必ずしも弁口位置血管輪郭が削除される必要はなく、図９に示すような弁口位置血管輪郭が残っているものを評価円としてもよい。

三角形６５Ａ（直線６１Ａ、６１Ｄ、及び６１Ｅにより形成される三角形）、三角形６５Ｂ（直線６１Ｂ、６１Ｅ、及び６１Ｆにより形成される三角形）、三角形６５Ｃ（直線６１Ｃ、６１Ｆ、及び６１Ｄにより形成される三角形）は、図４と比較すればわかるように、拡張末期時における正常な弁尖の形状を模式的に表現している。円５７に内接する三角形（直線６１Ａ、６１Ｂ、及び６１Ｃにより形成される三角形）は、図３と比較すればわかるように、収縮末期時における正常な弁尖の形状、換言すれば、弁口輪郭の形状を模式的に表現している。ここで、三角形６５Ａ、三角形６５Ｂ、三角形６５Ｃを推定正常弁尖とする。このように、評価円６３は、開放時における正常な心臓弁の推定形状と、閉塞時における正常な心臓弁の推定形状とを模式的に表現している。

なお、評価円上の三角形６５Ａ、三角形６５Ｂ、及び三角形６５Ｃは、実際の被検体の弁口位置血管輪郭に基づいて形成されるので、同じ形状にならない場合がある。この場合、評価円生成部１７は、三角形６５Ａ、三角形６５Ｂ、及び三角形６５Ｃが全て同一の形状となるように、三角形６５Ａ、三角形６５Ｂ、及び三角形６５Ｃの形状を調整（正規化）してもよい。

ステップＳ３が実行されると制御部２９は、弁画素特定部１９に弁画素の特定処理を実行させる（ステップＳ４）。ステップＳ４において弁画素特定部１９は、図１１に示すように、評価円を構成する画素毎に、３次元画像に含まれる弁画素を既定の探索方向に沿って制限範囲内で探索し、弁画素があるか否か、すなわち心臓弁の開閉を特定する。ここで弁画素は、大動脈弁領域４１上の画素である。探索方向は、例えば、評価円の断面４７（すなわち、評価断面）の垂直方向に規定される。制限範囲は、３０ミリ程度が適当である。なお、探索方向や制限範囲は、ユーザにより操作部２５を介して任意に設定可能である。例えば、評価円６３上の画素Ａから探索方向Ａに沿う制限範囲内には、大動脈弁領域４１が存在する。従って画素Ａについては、弁画素があると特定される。この場合、弁画素特定部１９は、評価円６３上の画素Ａに、弁画素が存在する旨の閉情報を割り付ける。また、評価円６３上の画素Ｂから探索方向Ｂに沿う制限範囲内には、大動脈弁領域４１が存在しない。従って画素Ｂについては、弁画素がないと特定される。弁画素特定部１９は、画素Ｂに、弁画素が存在しない旨の開情報を割り付ける。ここで、開情報が割り付けられた画素領域を弁尖非存在領域、閉情報が割り付けられた画素領域を弁尖存在領域と呼ぶことにする。このように開閉情報を評価円６３に割り付けることで、例えば図１２に示すように、評価円６３上に弁尖非存在領域６７と弁尖存在領域６９とが設けられる。

ステップＳ４が実行されると制御部２９は、色付き評価円生成部２１の開閉指標計算部２１１に開閉指標の計算処理を実行させる（ステップＳ５）。ステップＳ５において開閉指標計算部２１１は、ステップＳ４において特定された開閉情報と評価円とに基づいて、被検体の心臓弁の開閉指標を計算する。計算された開閉指標は、心位相に関連付けて記憶部１１に記憶される。開閉指標は、例えば、以下のように計算される。

まず開閉指標計算部２１１は、図１３に示すように、各三角形６５（三角形６５Ａ、６５Ｂ、６５Ｃ）の底辺６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃから垂直方向に心臓弁の開閉状態を調べる。具体的には、開閉指標計算部２１１は、底辺６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｃを構成する単位画素毎に、探索方向に沿って弁尖非存在領域６７を探索する。探索方向は、例えば、底辺の垂直方向である。単位画素は、底辺上の連続する所定数（例えば、１０個）の画素からなる画素群である。なお探索方向や単位画素は、ユーザにより操作部２５を介して任意に設定可能である。開閉指標計算部２１１は、探索結果に基づいて開閉指標を計算する。開閉指標は、例えば、底辺上の単位画素と底辺に対向する辺までの最短距離ｘと、底辺上の画素から探索方向に沿う弁尖非存在領域までの最短距離ｙとに基づいて計算される。さらに具体的には、開閉指標ｚは、例えば、以下の（１）式に基づいて計算される指標であり、百分率で表現される。

ｚ＝（ｙ／ｘ）×１００・・・（１）
なお、弁尖非存在領域が探索されなかった場合、ｙ＝ｘとなる。従って、大動脈弁が完全に閉じている場合、開閉指標ｚ＝１００％となる。一方、大動脈弁が完全に開いている場合、ｙ＝０であり、開閉指標ｚ＝０％となる。

また、開閉指標計算部２１１は、三角形６５毎の開閉指標を計算してもよい。三角形６５毎の開閉指標は、計算対象の三角形の底辺上にある複数の単位画素の開閉指標の単純平均値や底辺上の位置に応じた加重平均値である。

なお開閉指標は、被検体の大動脈弁の開閉度合いと正常な大動脈弁の開閉度合いとの相違度合いを表すものであれば、上述の（１）式により規定されるもののみに限定されない。例えば開閉指標は、最短距離ｘと最短距離ｙとの単純な比率により表現されてもより。また、開閉指標は、最短距離ｘと最短距離ｙとの差分（正常弁尖輪郭との実際の弁尖輪郭との位置ずれ量）に基づいて計算され、ミリメートルやピクセル等を単位とする距離により表現されてもよい。あるいは、開閉指標は、ミリメートルやピクセル等を単位として、単純に最短距離ｙで表現されてもよい。

ステップＳ５が実行されると制御部２９は、色付き評価円生成部２１の色情報割付部２１３に色情報の割付処理を実行させる（ステップＳ６）。ステップＳ６において色情報割付部２１３は、計算された開閉指標を、評価円上の対応する画素にプロットする。具体的には、色情報割付部２１３は、開閉指標と色情報とを関連付けたテーブルを保持している。色情報割付部２１３は、計算された開閉指標にテーブル上で関連付けられた色情報を特定し、特定された色情報を割付対象の画素にプロットする。割付対象の画素は、評価円上の画素であって、その開閉指標を計算した際の探索経路上の画素である。すなわち、一つの探索経路上には、一の色情報が割り付けられる。底辺の位置が異なれば、異なる色情報が割り付けられる場合もある。

ステップＳ６が実行されると制御部２９は、表示部２７に表示処理を実行させる（ステップＳ７）。ステップＳ７において表示部２７は、予め設定された表示パターンで色付き評価円を表示する。表示部２７は、開閉度合いの評価精度・効率を向上するための様々な表示パターンを用意している。以下に表示部２７による色付き評価円の具体的な表示パターンを説明する。

表示パターン１：図１４は、表示部２７により表示される色付き評価円の表示パターン１を示す図である。図１４に示すように、表示部２７は、１心拍のうちの拡張末期に関する色付き評価円７１を表示したり、収縮末期に関する色付き評価円７３を表示したり、あるいは両方の色付き評価円７１、７３を同時に表示する。拡張末期の色付き評価円７１は、１心拍分の複数の色付き評価円のうちの最大弁口面積を有するものとして特定され、収縮末期の色付き評価円７３は、１心拍分の複数の色付き評価円のうちの最小弁口面積を有するものとして、例えば、表示部２７により特定される。なお拡張末期や収縮末期は、操作部２５を介して任意に指定可能である。また表示部２７は、色付き評価円７１と並べて拡張末期のＭＰＲ画像７５を、色付き評価円７３と並べて収縮末期のＭＰＲ画像７７を表示するとよい。ＭＰＲ画像７５、７７は、３次元画像処理部２３により生成される。色付き評価円７１、７３と同一の断面（すなわち、ステップＳ１において設定された評価断面）に関する。ＭＰＲ画像７５、７７上でも開閉度合いを視覚的に評価できるように、表示部２７は、色付き評価円７１、７３上の三角形の輪郭（推定正常弁尖位置）をＭＰＲ画像７５、７７上に重ねて表示されるとよい。

図１４に示すように、色付き評価円７１、７３は、大動脈弁の開閉度合いの空間分布を色の違いで表現している。従ってユーザは、色付き評価円を７１、７３観察することにより、大動脈弁の部分的な開閉度合いを色で把握することができる。従ってユーザは、感覚的に開閉度合いを評価できる。この際、表示部２７は、色付き評価円７１、７３の近傍には、開閉指標と色との対応関係をユーザに示すために、開閉指標と色との対応関係を示すカラーバー７９、８１が表示されるとよい。また表示部２７は、色付き評価円７１、７３内の各三角形の近傍に、ステップＳ５において計算された三角形の開閉指標（例えば、三角形内の平均開閉指標）を表示するとよい。例えば、拡張末期の色付き評価円７１には、左の三角形の近傍には５０％、右の三角形の近傍には９０％、下の三角形の近傍には７０％が表示される。このように、三角形の開閉指標が表示されることにより、ユーザは、色だけでなく数字としても心臓弁の開閉度合いを評価できる。なお、表示パターン１の表示対象の色付き評価円の心位相は、拡張末期や収縮末期に限定されず、任意の心位相でもよい。

表示パターン２：図１５は、表示部２７により表示される色付き評価円の表示パターン２を示す図である。図１５に示すように、表示パターン２の色付き評価円８３、８５は、閾値との大小関係に応じて色づけされている。具体的には、閾値より大きい開閉指標を有する画素は、第１の色（例えば、赤）で表示され、閾値より小さい開閉指標を有する画素は、第２の色（例えば、青）で表示される。換言すれば、色情報割付部２１３により、閾値より大きい開閉指標を有する画素には第１の色に対応する色情報が割り付けられ、閾値より小さい開閉指標を有する画素には第２の色に対応する色情報が割り付けられる。この閾値は、表示部２７により表示される。例えば表示部２７は、閾値を示すスライダ８７、８９をカラーバー９１、９３に表示する。この場合、操作部２５を介してスライダ８７、８９がカラーバー９１、９３上でスライドされることにより、スライダ８７、８９の位置に応じた数値に閾値が変更される。あるいは表示部２７は、単に閾値を示す数値を表示してもよい。この場合、操作部２５を介して閾値を示す数値が入力されることで、閾値が変更される。このように表示パターン２においては、閾値との大小関係に応じて評価円が色づけされるので、色づけ評価円８３、８５を観察することで、閾値より開閉度合いが良い弁尖部位と悪い弁尖部位とを視覚的に容易に把握できる。閾値が臨床的に適切に設定されることで、機能障害を有している弁尖部位を容易に特定することも可能となる。なお閾値の個数は、１つに限定されず、複数あってもよい。閾値の個数の増加に応じて、色付き評価円の表示色の個数も増加する。例えば、閾値が２個の場合、表示色は、３個になる。なお、表示パターン２の表示対象の色付き評価円の心位相は、拡張末期や収縮末期に限定されず、任意の心位相でもよい。

表示パターン３：図１６は、表示部２７により表示される色付き評価円の表示パターン３を示す図である。図１６に示すように、表示パターン３の場合、表示部２７は、評価円と同一の心位相に関する弁尖領域の輪郭（以下、弁尖輪郭と呼ぶことにする。）９５を色付き評価円７１上に重ねて表示する。弁尖輪郭９５は、評価断面に関するＭＰＲ画像から輪郭抽出部１５により抽出される。このように、色付き評価円７１上に弁尖輪郭９５が表示されることで、ユーザは、より心臓弁の開閉度合いをより簡便且つ正確に評価できるようになり、また、開閉度合いの評価の信頼性が向上する。なお、表示パターン３の表示対象の色付き評価円は、拡張末期の色付き評価円に限定されず、任意の心位相の色付き評価円に適用可能である。なお、表示パターン３の表示対象の色付き評価円の心位相は、拡張末期に限定されず、任意の心位相でもよい。また表示部２７は、一つの色付き評価円上に複数の心位相に関する複数の弁尖輪郭を表示してもよい。

表示パターン４：図１７は、表示部２７により表示される色付き評価円の表示パターン４を示す図である。図１７に示すように、表示パターン４の色付き評価円９７、９９は、正常弁尖輪郭との位置ずれ量（（１）式の最短距離ｘと最短距離ｙとの差分）に対応する色で表示される。位置ずれ量は、ミリメートル［ｍｍ］で表示される。

表示パターン１〜４を利用することにより、ユーザは、表示中の心位相に関する色付き評価円を観察することにより、簡便に心臓弁の性状を定量的に評価することができる。従って画像処理装置１は、弁膜症の治療方針の決定や治療計画におけるユーザの作業効率や診断精度を向上することができる。

表示パターン５：図１８は、表示部２７により表示される色付き評価円の表示パターン５を示す図である。図１８に示すように、表示パターン５の場合、表示部２７は、複数の心位相に関する複数の色付き評価円を動画表示する。具体的には、上述の制御部２９による制御のもと、少なくとも１心拍分の複数の心位相に関する色付き評価円が生成され、記憶部１１に記憶される。表示部２７は、記憶部１１に記憶された色付き評価円を時系列で動画表示する。この際、色付き評価円は、上述のようにカラーバーとともに表示されるとよい。表示速度は、例えば、通常の１倍速だけでなく、０．５倍速等の低速再生や２倍速等の高速再生も可能である。表示速度は、操作部２５を介して任意に変更可能である。動画表示によりユーザは、心臓弁の開閉度合いの時間変化を色の変化として把握することができる。また、操作部２５を介して動画表示の停止指示がなされることで表示部２７は、動画表示を停止し、停止指示がなされた時点に表示されていた色付き評価円を表示し続けることも可能である。なお、表示パターン５の色付き評価円は、表示パターン１〜４の何れにも対応可能である。

表示パターン６：図１９は、表示部２７により表示される色付き評価円の表示パターン６を示す図である。図１９に示すように、表示パターン６の場合、表示部２７は、色付き評価円の動画表示とともに、心電図波形や開閉指標の波形を表示する。より詳細には、表示画面には、心電図波形１０７のための表示領域１０１、開閉指標の波形１０９のための表示領域１０３、色付き評価円７１のための表示領域１０５が配置される。表示領域１０３には、被検体に関する開閉指標の波形１０９の他に、健常者と被検体との比較のため、健常者に関する開閉指標の波形１１１も表示されるとよい。波形１１１は、上述のステップにより生成されたものであってもよいし、理論的に計算されたものであってもよいし、あるいは経験的に作成されたものであってもよい。なお開閉指標の波形１０９、１１１は、横軸が時間、縦軸が開閉指標に規定されている。

表示中の色付き評価円の心位相が心電図波形１０７や開閉指標の波形の１０９、１１１上のどの位置にあたるのかがわかると、開閉度合いの評価に便利である。上述のように色付き評価円７１と開閉指標とは、心位相に関連付けて記憶部１１に記憶されている。この関連付けを利用して表示部２７は、心電図波形１０７と開閉指標のグラフ１０９、１１１とに、表示中の色付き評価円７１の心位相を示すスライダ１１３を重ねて表示する。スライダ１１３は、表示される色付き評価円７１の切り替わりに伴って心電波形１０７や開閉指標の波形１０９、１１１の横軸に沿って移動される。なお、表示パターン６の色付き評価円７１は、表示パターン１〜４の何れにも対応可能である。

表示パターン５及び６を利用することによりユーザは、複数の心位相に関する開閉度合いを考慮して弁膜症の治療方針の決定や治療計画をすることができる。従って、一つの心位相では重症と思える場合であっても複数の心位相では軽症である場合、治療の要／不要を検討することできる。

かくして本実施形態に係る画像処理装置は、医師や技師等による弁膜症に関する作業効率や診断精度の向上を可能とすることが実現する。

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。

（変形例１）
変形例１に係る表示部２７は、図２０に示すように、色付きＭＰＲ画像１１５を表示する。色付きＭＰＲ画像１１５は、上述のステップＳ４において特定された開閉情報に応じて色情報が、色情報割付部２１３により割付されたＭＰＲ画像である。以下に色付きＭＰＲ画像１１５の生成方法について説明する。

まず弁画素特定部１９は、評価断面に関するＭＰＲ画像に弁画素が有るか否かの情報を写像する。具体的には、弁画素特定部１９は、ステップＳ４と同様の方法により、評価断面に関するＭＰＲ画像の画素について心臓弁の開閉（すなわち、評価断面の垂直方向に弁画素があるか否か）を特定する。弁画素があると特定された画素に閉情報を割付、弁画素がないと特定された画素に開情報を割り付ける。開情報や閉情報がＭＰＲ画像に割り付けられると色付情報割付部３３は、開情報が割り付けられた画素に開情報に対応する色情報を、閉情報が割り付けられた画素に閉情報に対応する色情報を割り付ける。これにより色付きＭＰＲ画像１１５が生成される。そして表示部２７は、色付きＭＰＲ画像１１５を表示する。例えば、閉情報が割り付けられている画素領域（弁尖存在領域）６７は青で、開情報が割り付けられている画素領域（弁尖非存在領域）６９は赤で表示される。色付きＭＰＲ画像が表示されることでユーザは、２次元のＭＰＲ画像上で、心臓弁の３次元的な開閉状態を色により判断できる。

（変形例２）
本実施形態においては、心臓弁は大動脈弁であるとした。従って弁尖の数は３つであるとした。しかしながら、本実施形態の弁尖の数は３つに限定されず、心臓弁の種類に応じて適宜変更可能である。また、これに伴って弁尖の形状を三角形から四角形等の他の幾何学形状に変更することも可能である。

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。

１…画像処理装置、１１…記憶部、１３…断面設定部、１５…輪郭抽出部、１７…評価円生成部、１９…弁画素特定部、２１…色付き評価円生成部、２１１…開閉指標計算部、２１３…色情報割付部、２３…３次元画像処理部、２５…操作部、２７…表示部、２９…制御部

Claims

被検体の心臓領域に関する３次元画像を記憶する記憶部と、
前記心臓領域に含まれる血管領域に断面を設定する設定部と、
前記断面における前記血管領域から前記血管領域の輪郭を画像処理により抽出する抽出部と、
前記輪郭の形状に基づいて心臓弁の形状を模式的に表現する模式的弁画像を生成する第１生成部と、
前記模式的弁画像を構成する画素毎に、前記３次元画像に含まれる前記心臓弁に関する弁画素を既定方向に沿って探索し、前記弁画素があるか否かを特定する特定部と、
前記模式的弁画像と前記弁画素があるか否かの情報とに基づいて前記心臓弁の開閉度合いを画素毎に色で表現する色画像を生成する第２生成部と、
を具備する画像処理装置。
前記色画像を表示する表示部をさらに備える請求項１記載の画像処理装置。
前記模式的弁画像は、開状態における正常な心臓弁の推定形状と閉状態における正常な心臓弁の推定形状とを模式的に表現する、請求項１記載の画像処理装置。
前記第２生成部は、前記被検体の心臓弁に関する開閉度合いと正常な心臓弁に関する開閉度合いとの相違度合いに応じた色情報を前記画素毎に割り付ける、請求項１記載の画像処理装置。
前記第２生成部は、前記色画像を複数の心位相について生成し。
前記表示部は、前記複数の心位相に関する色画像を動画表示する、
請求項２記載の画像処理装置。
前記抽出部は、さらに前記評価断面上の心臓弁領域から前記心臓弁領域の輪郭を画像処理により抽出し、
前記表示部は、前記色画像に前記心臓弁領域の輪郭を重ねて表示する、
請求項２記載の画像処理装置。
被検体の心臓領域に関する３次元画像を記憶する記憶部と、
前記３次元画像中に前記心臓領域に含まれる血管領域に交差する断面を設定する設定部と、
前記断面に関する断面画像を前記３次元画像に基づいて生成する第１生成部と、
前記３次元画像に含まれる心臓弁に関する弁画素を前記断面から既定方向に沿って探索し、前記断面画像を構成する画素毎に前記弁画素の有無を特定する特定部と、
前記断面画像と前記弁画素の有無とに基づいて画素毎に前記弁画素が有るか否かを色で表現する色画像を生成する第２生成部と、
を具備する画像処理装置。