JP5380231B2 - 医用画像表示装置および方法ならびにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、被写体の３次元ボリュームデータや機能画像を表示する医用画像表示装置および方法ならびにプログラムに関するものである。

従来、被写体の血管、腸、気管支、動脈などの管腔臓器の病変を観察するために、ＣＴ等により得られた物体の３次元デジタルデータから３次元構造のイメージをボリュームレンダリングにより取得し、３次元のボリュームデータから内視鏡を模してあたかもその管腔内に入って見ているように管腔内面を観察できるモードを有する医用画像表示装置が知られている。さらに、３次元画像処理としてＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）処理、ＭｉｎＩＰ（Minimum Intensity Projection）処理、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）処理、ＣＰＲ（Curved Planer Reconstruction）処理等が知られている。特に、ＣＰＲ処理は３次元ボリュームデータのうち任意の曲面を指定し、指定した曲面に沿った３次元画像を２次原画像に再構成するものである。これにより、たとえば大腸や血管等の管状の構造物の内壁面の形態について長手方向の断面を一画面で表示することができる（たとえば特許文献１、２参照）。

上述したＣＴ装置等から得られた被写体の形態を示す形態画像の他に、被写体の機能を示す機能画像を使用者に提供することが行われている。この機能画像として、たとえば単光子放出断層撮影（Single Photon Emission Tomography）により取得されたＳＰＥＣＴ画像や、陽電子放出断層撮影（Positron Emission Tomography）により取得されたＰＥＴ画像等や、形態画像や機能画像を解析したブルズアイ画像等の解析結果が知られている。

上述した形態画像および機能画像の表示方法として、形態画像と機能画像とを重ね合わせて表示することが知られている（たとえば特許文献３参照）。特許文献１には、機能画像と形態画像との相対位置関係を求め、相対位置関係に基づいて機能画像と形態画像との大きさを合わせるための座標変換を行った後に両画像を重ね合わせて表示することが開示されている。

特開２００７−１３５８４３号公報 特開２００４−２８３３７３号公報 特開２００６−１９８０６０号公報

しかし、特許文献１に示すように機能画像と形態画像を単に重ね合わせた場合、被写体の各部位の機能は把握することはできても、形態が把握しづらくなってしまい診断効率が悪くなるという問題がある。たとえばＣＴ画像等の形態画像から得られた血管等のＣＰＲ画像上にＳＰＥＣＴ画像等を重ね合わせ表示する際に、単純にＣＰＲ上に直接重ね合わせ表示したときには重ね合わせ画像によって血管の狭窄状態やプラーク箇所といった形態情報が観察しづらくなる。一方で、機能画像と形態画像とをそれぞれ別々に表示したとしても、各部位の機能を一目で把握することができないという問題がある。

そこで、本発明は、被写体の形態情報と機能情報との双方を効率よく把握することができる医用画像表示装置および方法ならびにプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明の医用画像表示装置は、ボリュームデータから生成された被写体の第１の画像と第２の画像とを取得する画像取得手段と、画像取得手段により取得された第１の画像内において基準線を設定する基準線設定手段と、基準線設定手段により設定された第１の画像内の基準線に基づいて第２の画像を２つの分割画像に分割する画像分割手段と、画像分割手段により分割された２つの分割画像を基準線から所定の距離だけ離して第１の画像上に重ね合わせて表示装置に表示する表示制御手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の医用画像表示方法は、ボリュームデータから生成された被写体の第１の画像と第２の画像とを取得し、取得した第１の画像内において基準線を設定し、設定した第１の画像内の基準線に基づいて第２の画像を２つの分割画像に分割し、分割した２つの分割画像を基準線から所定の距離だけ離して第１の画像上に重ね合わせて表示装置に表示することを特徴とするものである。

本発明の医用画像表示プログラムは、コンピュータに、ボリュームデータから生成された被写体の第１の画像と第２の画像とを取得し、取得した第１の画像内において基準線を設定する手順と、設定した第１の画像内の基準線に基づいて第２の画像を２つの分割画像に分割する手順と、分割した２つの分割画像を基準線から所定の距離だけ離して第１の画像上に重ね合わせて表示装置に表示する手順とを実行させるためのプログラムである。

ここで、被写体とは、たとえば人体の上皮組織・結合組織・筋肉組織・神経組織などの各組織や、血管、腸、気管支、動脈、冠動脈等の管状対象物を意味する。

また、第１の画像および第２の画像は、異なるまたは同一のボリュームデータから生成された画像であればなんでもよく、たとえば第１の画像は被写体の形態情報を示す形態画像であって、第２の画像が被写体の機能情報を示す機能画像であってもよい。機能画像は、単光子放出断層撮影（Single Photon Emission Tomography）により取得されたＳＰＥＣＴ画像や、陽電子放出断層撮影（Positron Emission Tomography）により取得されたＰＥＴ画像等や、形態画像や機能画像を解析した解析結果等が挙げられる。

つまり、形態画像は、被写体の形態情報を示す画像であればよく、管状対象物を被写体としたＣＰＲ画像であってもよい。このとき、基準線設定手段は、管状対象物の芯線を基準線として設定する。なお、「芯線」とは、管状対象物の各断面の中心（重心）を結んだ管状対象物の中心線を意味するものであり、当該芯線の抽出は公知の技術を用いることができる。

また、機能画像は芯線に直交するＣＰＲ画像の曲面とは独立した曲面の機能を芯線に沿って表したものであってもよい。このとき、表示制御手段は、ＣＰＲ画像を芯線を軸として回転表示させる回転表示手段を有し、回転表示手段によりＣＰＲ画像が回転表示したときであっても機能画像の表示を変化させないようにしてもよい。

また、表示制御手段は入力手段の入力に従い第１分割機能画像と第２分割機能画像との芯線からの距離を調整する機能を有するものであってもよい。

本発明の医用画像表示装置および方法ならびにプログラムによれば、ボリュームデータから生成された被写体の第１の画像と第２の画像とを取得し、取得した第１の画像と第２の画像との重ね合わせを行い、第１の画像内において基準線を設定し、設定した基準線に基づいて第１の画像に重ね合わされた第２の画像を２つの分割画像に分割し、分割した２つの分割画像を第１の画像上であって基準線から所定の距離離れた位置に分割表示することにより、第１の画像内の観察したい領域上に基準線を設定して基準線近傍の領域には第２の画像を重ね合わせないようにすることができるため、形態を観察したい領域を機能画像によって観察しづらくなることを防止するとともに、第１の画像と第２の画像との双方を一目で把握できるようにし診断効率の向上を図ることができる。

また、表示制御手段が入力手段の入力に従い２つの分割画像と分割画像間の距離を調整する機能を有するものであれば、形態情報とそれに対応した機能画像との観察を使用者が最も観察しやすい画像配置で行うことができる。

さらに、機能画像が芯線に直交するＣＰＲ画像の曲面とは独立した曲面上の機能を芯線に沿って表したものであり、表示制御手段が、第１の画像であるＣＰＲ画像を芯線を軸として回転表示させる回転表示手段を有し、回転表示手段によりＣＰＲ画像が回転表示したときであっても機能画像の表示を変化させないようにしたとき、たとえば冠動脈の狭窄等による影響等の機能画像に基づいて被写体の状態を形態画像のみを回転させながら一目で把握することができる。

本発明の医用画像表示装置の好ましい実施形態を示すブロック図 図１の画像取得手段において取得される形態画像の一例を示す図 図１の画像取得手段において取得される機能画像の一例を示す図 図３の機能画像が表す機能の曲面の一例を示す模式図 図２のＣＰＲ画像が生成される様子を示す模式図 図１の表示制御手段において機能画像が芯線を基準に分割表示された様子を示す図 本発明の内視鏡画像処理方法の好ましい実施形態を示すフローチャート

以下、図面を参照して本発明の医用画像表示装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の医用画像表示装置１の概略構成図である。なお、図１のような医用画像表示装置１の構成は、補助記憶装置に読み込まれた医用画像表示プログラムをコンピュータ上で実行することにより実現される。このとき、この医用画像表示プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされる。

図１の医用画像表示装置１は、画像取得手段１０、基準線設定手段３０、画像分割手段４０、表示制御手段５０を備えている。画像取得手段１０は、ボリュームデータから生成された被写体Ｓの第１の画像ＳＩと第２の画像ＦＩとを取得するものである。以下、本実施形態においては、第１の画像ＳＩは被写体の形態情報を示す形態画像であり、第２の画像ＦＩは被写体Ｓの機能情報を示す機能画像ＦＩである場合について例示する。ここで、形態画像ＳＩとは、図２に示すように、血管等の管状対象物についてＣＴ装置等により取得された画像からボリュームデータを取得してＣＰＲ（Curved Planer Reconstruction）処理を施すことにより生成されたＣＰＲ画像である。なお、ＣＰＲ画像の生成は、たとえば特開２００４−２８３３７３号公報参照等公知の技術を用いることができる。また、図２はいわゆるストレートビューモードで表示させた場合について例示しているがストレッチビューモードであってもよい。

画像取得手段１０は、画像データベースＤＢに記憶されたＣＰＲ画像を取得するものであってもよいし、図示しないＣＰＲ画像取得手段において公知の技術により画像データベースＤＢ内に記憶されたボリュームデータを用いて作成されたものを取得するようにしてもよい。

なお、形態画像ＳＩと機能画像ＦＩとが異なるボリュームデータ（たとえばＣＴ画像に基づくボリュームデータとＰＥＴ画像に基づくボリュームデータ）から生成されたものである場合、画像取得手段１０は異なるボリュームデータ間の位置合わせ（座標変換）を行った後に、もしくは既に位置合わせされた画像データベースＤＢ内の各ボリュームデータを用いて生成された形態画像ＳＩと機能画像ＦＩとを取得する。なお、異なるボリュームデータ間において位置合わせして形態画像ＳＩおよび機能画像ＦＩを生成する場合について例示しているが、形態画像ＳＩおよび機能画像ＦＩを取得した後に形態画像ＳＩと機能画像ＦＩとの位置合わせを行うようにしてもよい。さらに、画像取得手段１０は、芯線ＣＬの方向に対して形態画像ＳＩと機能画像ＦＩとの位置合わせを行うようにしてもよい。

一方、機能画像ＦＩとは、形態画像ＳＩを機能解析した結果を画像化したものの他、単光子放出断層撮影（Single Photon Emission Tomography）により取得されたＳＰＥＣＴ画像や、陽電子放出断層撮影（Positron Emission Tomography）により取得されたＰＥＴ画像等の形態画像ＦＩとは異なる撮影手法により被写体Ｓの機能を画像化したものおよびこれらＰＥＴ画像等を解析した結果を画像化したものを意味する。

機能画像ＦＩは、たとえば図３に示すように被写体Ｓの芯線ＣＬに直交するスライス面の機能を表した画像や被写体Ｓの各部位の機能を芯線ＣＬに沿って平面に展開した画像からなっている。特に、図３の機能画像ＦＩは、図４に示すように、たとえば冠動脈のＣＰＲ画像の芯線ＣＬ周辺であって左心室の軸を基準として形成される曲面について機能解析した結果を表したものである。

なお、画像取得手段１０は画像データベースＤＢに記憶された機能画像ＦＩを取得するものであってもよいし、図示しない機能解析手段によりボリュームデータやＰＥＴ画像等の機能画像を用いて公知の技術により解析された機能画像ＦＩを取得するようにしてもよい。

ここで、ＣＰＲ画像（図２参照）の生成について冠動脈を例に説明する。まず、ボリュームデータを構成するボクセルデータの値に基づいて、冠動脈の芯線を構成する複数の候補点Ｎｉの位置と主軸方向とが算出される。もしくは、ボリュームデータについてヘッセ行列を算出し、算出されたヘッセ行列の固有値を解析することにより、冠動脈の芯線ＣＬを構成する複数の候補点Ｎｉの位置情報と主軸方向とが算出される。そして、候補点Ｎｉ周辺のボクセルデータについて冠動脈らしさを表す特徴量が算出され、算出された特徴量に基づいてそのボクセルデータが冠動脈領域５を表すものであるか否かが判別される。特徴量に基づく判別は、たとえばマシンラーニングにより予め取得された評価関数に基づいて行なう。これにより、図５に示すような冠動脈領域５がボリュームデータから抽出される。

冠動脈領域５を抽出する過程で冠動脈の芯線ＣＬが設定され、芯線ＣＬを構成する候補点のそれぞれについて位置と主軸方向が算出される。よって、各候補点において算出された情報に基づき主軸方向と垂直な断面Ｐｉ（直交断面）とを設定することができる。その後、冠動脈領域５、各候補点の位置および主軸方向、芯線の経路、断面Ｐの位置や向き等を用いて、公知の手順によりストレートＣＰＲ画像が生成される。本実施形態では、観察範囲の始点および終点が設定された血管枝が選択された際に、その血管枝の全範囲を表すストレートＣＰＲ画像が表示される。

図１の基準線設定手段３０は、形態画像ＳＩ内において後述する機能画像ＦＩを分割する際の基準線ＣＬを設定するものである。上述したように形態画像ＳＩが管状対象物を被写体としたＣＰＲ画像であるとき、基準線設定手段３０は管状対象物の芯線を基準線ＣＬとして設定する。なお、基準線設定手段３０は、使用者による入力手段３からの入力に従い使用者が観察したい部位付近に基準線ＣＬが設定可能な機能を有していてもよい。

画像分割手段４０は、芯線ＣＬを基準に機能画像ＦＩを２つの第１分割機能画像ＦＩ１と第２分割機能画像ＦＩ２とに分割するものである。表示制御手段５０は、マウスやキーボード等の入力手段３の入力に従い形態画像ＳＩおよび機能画像ＦＩの表示形態を変更するものであって、分割画像移動手段５１および回転表示手段５２を有している。

図１の表示制御手段５０はＣＰＲ画像と各分割機能画像ＦＩ１、ＦＩ２とを重ねて表示装置２に表示するものであって、分割画像移動手段５１、回転表示手段５２とを有している。分割画像移動手段５１は、図６に示すように、画像分割手段４０により分割された第１分割機能画像ＦＩ１および第２分割機能画像ＦＩ２の表示位置を芯線ＣＬを基準に調整するものである。つまり、分割画像移動手段５１は、入力手段３からの入力に従い、芯線ＣＬと各分割機能画像ＦＩ１、ＦＩ２との距離ΔＬを調整する。なお、入力手段３の入力によりΔＬ＝０、すなわち機能画像ＦＩとＣＰＲ画像とが単に重なりあるような表示を行うことが可能にもなっている。また、表示制御手段５０は各分割機能画像ＦＩ１、ＦＩ２のうち形態画像ＳＩに重なっている領域について表示し、重なってない領域（図６における上下にはみ出した領域）について非表示にする。

このように、形態画像ＳＩ上にＳＰＥＣＴ画像等の機能画像ＦＩを重ね合わせ表示する際に、ＣＰＲ画像で観察したい形態情報はＣＰＲ画像の芯線ＣＬ付近である場合が多いことを考慮し、芯線ＣＬ付近以外に機能画像ＦＩを表示させることにより、血管の狭窄状態やプラーク箇所といった形態情報が観察しづらくなるのを防止することができる。

図１の回転表示手段５２は、ＣＰＲ画像について芯線ＣＬを軸として回転表示させる機能を有している。このとき、表示制御手段５０は、回転表示手段５２によりＣＰＲ画像が回転表示したときであっても機能画像ＦＩの表示を変化させずに保つようにしてもよい。これにより、機能画像ＦＩが形態画像ＳＩの各位置での機能情報を示すものではなく、各スライス面における機能情報を示すような場合（たとえば図３、図４参照）において、機能画像ＦＩを変化させることによる診断効率の低下を防止することができる。

すなわち、ＳＰＥＣＴ画像等の機能画像ＦＩから得られた解析結果を、ＣＴ画像等から得られた冠動脈の形態画像ＳＩ上にマッピングする際に、単純に形態画像ＳＩの画像位置に対する解析結果をマッピングすると、形態画像ＳＩを回転させるたびにマッピングされる解析結果が変化する。このため、たとえば冠動脈の狭窄等による影響を一目で把握することが困難で、回転によっては誤った把握をしてしまう可能性がある。たとえば機能画像ＦＩの解析結果が左心室の軸を中心に当左心室の軸に直交する方向に解析されたものである場合（図４参照）、回転表示手段５２は冠動脈の形態画像ＳＩの経路を左心室の軸を中心に回転してできる曲面上の画像位置に対する解析結果を形態画像ＳＩ上にマッピングする。

図７は本発明の医用画像表示方法の好ましい実施形態を示すフローチャートであり、図１から図７を参照して医用画像表示方法について説明する。まず、画像取得手段１０において、形態画像ＳＩと機能画像ＦＩとが取得される（ステップＳＴ１、図２、図３参照）。その後、基準線設定手段３０において基準線ＣＬが設定され（ステップＳＴ２）、画像分割手段４０において機能画像ＦＩが２つの第１分割機能画像ＦＩ１、第２分割機能画像ＦＩ２に分割される（ステップＳＴ３）。そして、形態画像ＳＩ上に基準線ＣＬから距離ΔＬだけ離れた位置にそれぞれ第１分割機能画像ＦＩ１、第２分割機能画像ＦＩ２が重なった状態で表示装置２に表示される（ステップＳＴ４、図６参照）。

さらに、表示制御手段５０において入力手段３からの入力に従い、機能画像ＦＩが芯線ＣＬを基準として分割表示される（ステップＳＴ５）。もしくは、機能画像ＦＩの表示を変えないまま、形態画像ＳＩの表示する断面位置を回転させる。

上記各実施の形態によれば、ボリュームデータから生成された被写体の第１の画像ＳＩと第２の画像ＦＩとを取得し、取得した第１の画像ＳＩと第２の画像ＦＩとの重ね合わせを行い、第１の画像ＳＩ内において基準線ＣＬを設定し、設定した基準線ＣＬに基づいて第１の画像に重ね合わされた第２の画像ＦＩを２つの分割画像に分割し、分割した２つの分割画像を第１の画像ＳＩ上であって基準線ＣＬから所定の距離ΔＬ離れた位置に分割表示することにより、形態を観察したい領域上に基準線ＣＬを設定して基準線ＣＬ近傍の領域には機能画像ＦＩを重ね合わせないようにすることができるため、形態を観察したい領域を機能画像ＦＩによって観察しづらくなることを防止するとともに形態情報と機能情報とを一目で把握できるようにして診断効率の向上を図ることができる。

また、図５に示すように、表示制御手段５０が入力手段の入力に従い第１分割機能画像ＦＩ１と第２分割機能画像ＦＩ２との芯線ＣＬからの距離を調整する機能を有するものであれば、形態画像ＳＩとそれに対応した機能画像ＦＩとの観察を使用者が最も観察しやすい画像配置で行うことができる。

さらに、たとえば図４に示すように、機能画像ＦＩが芯線に直交するＣＰＲ画像の曲面とは独立した曲面の機能を芯線に沿って表したものであり、表示制御手段５０が、第１の画像であるＣＰＲ画像を芯線ＣＬを軸として回転表示させる回転表示手段５２を有し、回転表示手段５２によりＣＰＲ画像が回転表示したときであっても機能画像ＦＩの表示を変化させないようにしたとき、たとえば冠動脈の狭窄等による影響等の機能画像に基づいて被写体の状態を形態画像のみを回転させながら一目で把握することができる。

本発明の実施形態は上記実施の形態に限定されない。たとえば、上記実施の形態において、被写体が血管である場合について例示しているが、大腸等であってもよい。また、基準線設定手段３０は芯線ＣＬを基準線として自動的に設定する場合について例示しているが、使用者が形態を観察したい位置に基準線を設定できるようにしてもよい。

また、上記実施形態において、第１の画像が形態画像ＳＩであり、第２の画像が機能画像ＦＩである場合について例示しているが、第２の画像を機能画像ＦＩに代えて過去にとられた画像や局所駆出率等の解析結果として第１の画像と重ね合わせ表示してもよい。この場合であっても、第１の画像上の観察したい領域を観察しやすくしながら第１の画像および第２の画像を一目で把握することができるため、診断効率の向上を図ることができる。

１ 医用画像表示装置
１０ 画像取得手段
３０ 基準線設定手段
４０ 画像分割手段
５０ 表示制御手段
５１ 分割画像移動手段
５２ 回転表示手段
ＣＬ 基準線（芯線）
ＤＢ 画像データベース
ＦＩ 第２の画像（機能画像）
ＦＩ１ 分割機能画像
ＦＩ２ 分割機能画像
Ｓ 被写体
ＳＩ 第１の画像（形態画像、ＣＰＲ画像）
ΔＬ 距離

Claims (7)

1. ボリュームデータから生成された被写体の第１の画像と第２の画像とを取得する画像取得手段と、
   該画像取得手段により取得された前記第１の画像内において基準線を設定する基準線設定手段と、
   前記基準線設定手段により設定された前記第１の画像内の前記基準線に対応させて前記第２の画像内に設定された分割線を用いて前記第２の画像を２つの分割画像に分割する画像分割手段と、
   該画像分割手段により分割された前記２つの分割画像を前記第１の画像内の前記基準線から所定の距離だけ離して前記第１の画像上に重ね合わせて表示装置に表示する表示制御手段とを備えたことを特徴とする医用画像表示装置。
2. 前記表示制御手段が入力手段の入力に従い前記２つの分割画像間の距離を調整する機能を有するもの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。
3. 前記第１の画像が前記被写体の形態情報を示す形態画像であり、前記第２の画像が前記被写体の機能情報を示す機能画像であることを特徴とする請求項１または２記載の医用画像表示装置。
4. 前記形態画像が管状対象物を前記被写体としたＣＰＲ画像であり、
   前記基準線設定手段が前記管状対象物の芯線を基準線として設定するものであることを特徴とする請求項３記載の医用画像表示装置。
5. 前記機能画像が前記芯線に直交する前記ＣＰＲ画像の曲面とは独立した曲面の機能を該芯線に沿って表したものであり、
   前記表示制御手段が、前記ＣＰＲ画像を前記芯線を軸として回転表示させる回転表示手段を有するものであり、該回転表示手段により前記ＣＰＲ画像が回転表示したときであっても前記機能画像の表示を変化させないことを特徴とする請求項４記載の医用画像表示装置。
6. ボリュームデータから生成された被写体の第１の画像と第２の画像とを生成し、
   生成した前記第１の画像内において基準線を設定し、
   設定した前記第１の画像内の前記基準線に対応させて前記第２の画像内に設定された分割線を用いて前記第２の画像を２つの分割画像に分割し、
   分割した前記２つの分割画像を前記第１の画像内の前記基準線から所定の距離だけ離して前記第１の画像上に重ね合わせて表示装置に表示することを特徴とする医用画像表示方法。
7. コンピュータに、
   ボリュームデータから生成された被写体の第１の画像と第２の画像とを生成し、
   生成した前記第１の画像内において基準線を設定する手順と、
   設定した前記第１の画像内の前記基準線に対応させて前記第２の画像内に設定された分割線を用いて前記第２の画像を２つの分割画像に分割する手順と、
   分割した前記２つの分割画像を前記第１の画像内の前記基準線から所定の距離だけ離して前記第１の画像上に重ね合わせて表示装置に表示する手順とを実行させるための医用画像表示プログラム。