画像処理方法及び画像処理プログラム
【課題】大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる画像処理方法及び画像処理プログラムを提供する。
【解決手段】この画像処理方法では、（ａ）のような管状組織１０の断面がある時に、管状組織１０の中心パス１４を中心とする半径が基準距離rの範囲１１を求め、基準距離rの外側部分１２はレイキャスト法により仮想光線１５を投射して３次元画像を描画し、基準距離rの円周１３上は円周１３上のボクセル値を用いて２次元円筒断面（ＭＰＲに相当する）を描画する。この画像処理方法によれば、管状組織１０の内部１３（断面画像）と表面１２（投影画像）が同時に観察でき、更に管状組織１０を広範囲に渡って一望することができる。
【解決手段】この画像処理方法では、（ａ）のような管状組織１０の断面がある時に、管状組織１０の中心パス１４を中心とする半径が基準距離rの範囲１１を求め、基準距離rの外側部分１２はレイキャスト法により仮想光線１５を投射して３次元画像を描画し、基準距離rの円周１３上は円周１３上のボクセル値を用いて２次元円筒断面（ＭＰＲに相当する）を描画する。この画像処理方法によれば、管状組織１０の内部１３（断面画像）と表面１２（投影画像）が同時に観察でき、更に管状組織１０を広範囲に渡って一望することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理方法及び画像処理プログラムに関し、特に、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる画像処理方法及び画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータを用いた画像処理技術の進展により人体の内部構造を直接観測することを可能にしたＣＴ（Computed Tomography）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）の出現は医療分野に革新をもたらし、生体の断層画像を用いた医療診断が広く行われている。さらに、近年では、断層画像だけでは分かりにくい複雑な人体内部の３次元構造を可視化する技術として、例えば、ＣＴにより得られた物体の３次元デジタルデータ(ボリュームデータ)から３次元構造のイメージを直接描画するボリュームレンダリングが医療診断に使用されている。
【０００３】
なお、ボリュームレンダリングには、レイキャスト(Raycast)、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）、ＭＩＮＩＰ（Minimum Intensity Projection）法がある。また、ボリュームデータを用いた２次元的な画像処理としてＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）、ＣＰＲ（Curved Planer Reconstruction）がある。さらに２次元画像処理として２Ｄスライス画像などが一般に使用されている。
【０００４】
物体の３次元領域の構成単位となる微小単位領域をボクセルと称し、ボクセルの特性を表す固有のデータをボクセル値と称する。物体全体はボクセル値の３次元データ配列で表現され、これをボリュームデータと称する。ボリュームレンダリングに用いるボリュームデータは、物体の断層面に垂直な方向に沿って順次得られる２次元の断層画像データを積層することにより得られる。特にＣＴ画像の場合は、ボクセル値は当該ボクセルが物体中に占める位置における放射線の吸収度を表し、ＣＴ値と称する。
【０００５】
ボリュームレンダリングの優れた手法としてレイキャスト法が知られている。レイキャスト法は、物体に対して投影面から仮想的な光線を照射し、物体内部からの仮想的な反射光の画像を形成することにより、投影面に物体内部の３次元構造を透視するイメージ画像を形成する手法である。
【０００６】
図１７は、ボリュームにマスク処理を行い、ボリュームの一部領域のみを表示させる場合の説明図である。マスク処理は、例えば、図１７（ｂ）に示すように、ボリュームデータ全体５１に対して、その一部領域のみをマスク領域５２として表示するものである。例えば、レイキャスト法により得られる大腸の画像において、観察対象領域手前の視界をさえぎる領域を除外したマスク領域を指定してマスク処理を行うことによって、図１７（ａ）に示すように、大腸の内壁面の外形形状を表示させることができる。
【０００７】
図１８は、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）により、ボリュームの任意断平面を表示させる場合の説明図である。ＭＰＲは、例えば、図１８（ｂ）に示すように、ボリューム５３から任意の断平面５４を切り出し、その断面をボクセル値に従って表示することができる。図１８（ａ）は、ＭＰＲにより大腸の周辺を表示させた画像である。なお、図１８（ａ）における黒い部分は大腸の内腔に存在する空気を表現している。このようにＭＰＲ画像では、ボリューム５３の任意断平面５４を表示するので、大腸等の管状組織における周辺の情報も表示することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図１９は、並行投影法によるレイキャスト法による画像とＭＰＲ画像を重ね合わせたものである。すなわち、３次元組織の壁面をその３次元組織の内部空間を含む組織外の視点から見た如き３次元イメージを平面で区切ったマスクを用いたレイキャスト法により作成し、その３次元イメージを表示する場合に、マスクを作成するのと同じ平面をＭＰＲの断平面とするＭＰＲ画像と合成したものである（例えば、特許文献２参照）。この画像は、レイキャスト法による組織の立体的形状と、ＭＰＲ画像による組織周辺の情報を同時に表示できるので、診断において有益である。
【０００９】
図２０は、円筒座標系を利用した円筒投影法の説明図である。図２０（ａ）は、円筒座標系を管状組織５５の内部に設定し、円筒座標系の中心軸から放射される仮想光線５６を示す。図２０（ｂ）は、円筒座標系が、中心軸に沿った距離ｈと中心軸の周りの角度αにより、Ｃ（ｈ，α）として表される様子を示す。また、図２０（ｃ）は、円筒座標Ｃ（ｈ，α）を展開して２次元座標ｌ（ｕ，ｖ）に変換する様子を示す。このように、管状組織５５の内部に円筒座標系を仮定し、その中心軸より放射状に投影を行うことにより、管状組織５５の内壁面の３６０度パノラマ画像を作成することができる。
【００１０】
図２１は、観察対象の管状組織５７が屈曲している場合の屈曲円筒投影法を説明するための図である。屈曲円筒投影法は、同図に示すように、観察対象の管状組織５７が屈曲している場合に、屈曲した中心パス１４から仮想光線５８を放射して投影する方法である。このように屈曲円筒投影法によれば、屈曲している実際の人間の臓器の中心線に沿った中心パス（Central Path）１４を仮定し、それを中心に投影することにより、ＣＴデータにより管状組織の検査を行うことができる。
【００１１】
図２２は、従来の円筒投影法のフローチャートである。従来の円筒投影法では、まず、中心パスを設定し（ステップＳ５１）、中心パス上の位置tを初期化して t=0とする（ステップＳ５２）。
【００１２】
次に、中心パスの位置tの座標P(x,y,z)、および中心パスの位置tにおける中心パスの方向ベクトルPD(x,y,z)を取得する（ステップＳ５３）。そして、P(x,y,z)を通りPD(x,y,z)と垂直な平面上において、P(x,y,z)を中心とする放射状の方向を360°分取得する（ステップＳ５４）。
【００１３】
なお、屈曲円筒投影では、PD(x,y,z)と平面とは、平面同士の組織内での干渉を避けるために微調整をし、必ずしも垂直ではない。また、平面ではなく曲面を用いることがある（非特許文献１参照）。
【００１４】
次に、仮想光線を360°投射し（ステップＳ５５）、ｔに１を加えて（ステップＳ５６）、ｔがt_maxより小さいかどうか判断する（ステップＳ５７）。そして、ｔがt_maxより小さい場合（ｙｅｓ）はステップＳ５３に戻り、ｔがt_maxになった場合（ｎｏ）は終了する。
【００１５】
図２３は、図２２のステップ５５における仮想光線投射のフローチャートである。仮想光線を投射するには、まずサンプリング間隔ΔS、仮想光線の進行方向の単位ベクトルSD
(x,y,z)を取得し（ステップＳ６１）、反射光Eを0および残存光Iを1に初期化する（ステップＳ６２）。
【００１６】
次に、現在位置XとしてP(x,y,z)を設定し（ステップＳ６３）、位置Xにおける補間ボクセル値ｖ,勾配gを求める（ステップＳ６４）。そして、vに対応する不透明度αと色C、gに対応するシェーディング係数βを求める（ステップＳ６５）。
【００１７】
次に、減衰光Dをαｌとして、 部分反射光F＝β・α・D・C を計算し、残存光I＝I-D, 反射光E＝E+F を更新する（ステップＳ６６）。そして、現在計算位置を進行させ、 X＝X+ΔS・SDとする（ステップＳ５７）。
【００１８】
次に、Xが終了位置まで来たか、または残存光がI＝0になったかを判断し（ステップＳ６８）、Xが終了位置でなく、残存光が0でない場合（ｎｏ）はステップＳ６４に戻る。そして、Xが終了位置になるか、残存光が0になった場合（ｙｅｓ）は、反射光Eを画素値として終了する（ステップＳ６９）。
【００１９】
次に、管状組織の領域に対する用語について図２４により説明する。ここでは、大腸のような人体内部の管状組織６１に対して、６３の領域を「内腔」、６４の壁面を「内壁面」、６５の領域を「壁の内部」、６２の領域を「壁の内部及び周辺」と呼ぶ。したがって、従来のレイキャストで表示する部分は「内壁面」（一般的に境界面）であり、ＭＰＲで表現する部分は「壁の内部」（ボリュームの実質）である。
【００２０】
【特許文献１】特開2006-68301号公報
【特許文献２】特許第3117665号明細書
【非特許文献１】アー・フィラノヴァ・バルトローリ（A. Vilanova Bartroli），エル・ヴェゲンキットル（R. Wegenkittl ），アー・ケニッヒ（A. Konig），エー・グレーレル（E. Groller），「仮想大腸展開方法（Virtual Colon Unfolding ）」，米国電気電子学会論文誌(IEEE Visualization)，米国，2001年，p411-420
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、図１７に示したボリュームのマスク表示では、ボリュームにマスク処理を行い一部のみを表示させることによって、大腸の内壁面の外形形状を表示させ、ポリープのような内壁面の外形形状として現れる病変部を観察または発見することができるが、大腸の周辺の情報がわかりにくい欠点がある。
【００２２】
また、図１８に示したＭＰＲ画像では、ボリュームの任意断平面を表示させ、大腸等の管状組織における周辺の情報も表示することができるが、大腸内部の形状がわかりづらい欠点がある。
【００２３】
さらに、図１９に示したように、検査対象の表面状態と内部状態とを同時に表示するために、並行投影法によるレイキャスト法による画像とＭＰＲ画像を重ね合わせても一定の効果はあるが、大腸のように屈曲の多い対象を観察するには不十分である。
【００２４】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる画像処理方法及び画像処理プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、パス近傍の生体情報を、円筒投影法を用いて可視化する画像処理方法であって、前記パスからの基準距離によって定義される断面上の円筒断面画像と、前記円筒投影法による円筒投影画像とを合成した画像を表示する画像処理方法である。
【００２６】
これによれば、パスからの基準距離によって定義される断面上の円筒断面画像により管状組織の壁の内部を観察できるとともに、円筒投影法による円筒投影画像により管状組織の内壁面を同時に観察することができる。
【００２７】
また、本発明の画像処理方法は、前記パスからの基準距離を決定するステップと、前記パスと交差する平面上における当該パスの位置からの前記基準距離で決定できる周上にある座標を取得するステップと、前記座標のボクセルが不透明を表現するボクセルの場合に、前記ボクセルより第一の画素値を取得し、前記円筒断面画像の作成に前記第一の画素値を用い、前記座標のボクセルが透明を表現するボクセルの場合に、前記座標を通過する仮想光線を投射することにより第二の画素値を取得し、前記円筒投影画像の作成に前記第二の画素値を用いるステップとを有する。
【００２８】
これによれば、円筒断面画像と円筒投影画像の合成画像を渾然一体に計算するので、円筒断面画像と円筒投影画像をそれぞれ単独に計算するよりも高速に計算することができる。
【００２９】
また、本発明の画像処理方法において、前記パスは、屈曲した管状組織の中心パスに沿って設けられ、前記円筒投影画像は、前記中心パスから仮想光線を投射して生成される。
【００３０】
これによれば、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる。
【００３１】
また、本発明の画像処理方法は、前記基準距離をＧＵＩにより可変するステップを有する。
【００３２】
これによれば、基準距離を可変してそれに応じた断面を表示することによって、凸部位の高さを容易に認識することができ、観察対象の病変部を詳細に観察することができる。
【００３３】
また、本発明の画像処理方法は、前記基準距離を前記パス上の位置に応じて求めるステップを有する。
【００３４】
これによれば、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面をユーザの操作なしで観察することができる。
【００３５】
また、本発明の画像処理方法は、前記基準距離を前記パスからの方向に応じて決定するステップを有する。
【００３６】
これによれば、大腸のように凹凸の多い管状組織の壁の内部及び内壁面をユーザの操作なしで観察することができる。
【００３７】
また、本発明は、コンピュータに、上記のいずれか一項記載の各ステップを実行させるための画像処理プログラムである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、パスからの基準距離によって定義される断面上の円筒断面画像により管状組織の壁の内部を観察できるとともに、円筒投影法による円筒投影画像により管状組織の内壁面を同時に観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法を説明するための図である。図１（ａ）は、管状組織１０を、管状組織１０の中心線を表現する中心パス１４と交差する平面で切断した切断面を示す。本実施形態の画像処理方法では、図１（ａ）のような管状組織１０の切断面がある場合に、まず、当該切断面上における中心パス１４の位置を中心とする、半径が基準距離rの円周で決定される範囲１１（すなわち、切断面上における、前記中心パス１４の位置から等距離ｒに存在する点の集合）を求める。そして、基準距離rの外側部分１２（すなわち、切断面上における、管状組織１０の内壁面と、中心パス１４の位置との距離が、基準距離ｒよりも大きい部分）はレイキャスト法により仮想光線１５を投射して対応する画素値を３次元画像的手法で取得し、基準距離rの円周１３上（すなわち、切断面上における、管状組織１０の内壁面と、中心パス１４の位置との距離が、基準距離ｒよりも小さい部分）は円周１３上のボクセル値を用いて対応する画素値を２次元断面画像（ＭＰＲに相当する）的手法で取得することによって円筒断面に対応する周上の画素をそれぞれ取得する。
【００４０】
図２は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法において、中心パス１４上で繰り返す処理を説明するための図である。すなわち、中心パス１４の各位置ｔ１〜ｔ６で基準距離rから求められる範囲を求め、基準距離rの外側部分は仮想光線１５を投射して３次元画像的手法で画素値を取得し、基準距離rの円周上は２次元断面画像的手法で画素値を取得する。
【００４１】
図３は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（１）を説明するための図である。本実施形態の画像処理方法によれば、管状組織１０の内部１３（円筒断面画像）と表面１２（投影画像）が同時に観察でき、更に管状組織１０を広範囲に渡って一望することができる。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法におけるそれぞれの画像を示す。すなわち、図４（ａ）は、管状組織を中心パスから円筒投影法により描画した円筒投影画像を示す。また、図４（ｂ）は、管状組織を中心パスから基準距離rで切断した場合の円筒上ボクセルデータ（ＭＰＲ類似）を示す。
【００４３】
図５は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法における合成画像を示す。このように、本実施形態における合成画像は、基準距離の外側部分はレイキャスト法により仮想光線を投射して３次元画像的手法により描画し、基準距離の円周上は円周上のボクセル値を用いて２次元断面画像的手法により描画するので、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる。
【００４４】
図６は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（２）を説明するための図である。従来の円筒投影画像では、中心パス１４から仮想光線を投射して管状組織の内部表面を描画するので、表面上の領域が凸部位なのかまたは凹部位なのかの判断が難しい。
【００４５】
本実施形態の画像処理方法によれば、表面上の凸部位１８は、中心パス１４から基準距離ｒの平行な面での断面図１６として表示され、表面上の凹部位１９は、従来の円筒投影画像１７と同様に表示されるので、凸部位１８なのか凹部位１９なのかを容易に判断できる。また、中心パス１４からの基準距離ｒに応じた断面を表示することによって、凸部位１８の高さを容易に認識することができる。
【００４６】
図７は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（３）を説明するための図である。例えば、図７（ａ）に示すように、管状組織の内部表面に突起物２０がある場合、通常の円筒投影画像では、突起物の影になる範囲２１を観察することができなかった。
【００４７】
本実施形態の画像処理方法によれば、図７（ｂ）に示すように、中心パス１４から基準距離ｒまでの組織を除外して円筒投影画像を描画できるので、折り重なった形状の組織の影に当たる範囲２２の観察を容易に行うことができる。
【実施例１】
【００４８】
図８は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例1を説明するための図である。本実施例の画像処理方法では、ユーザがＧＵＩにより中心パスからの基準距離rを操作する。すなわち、ユーザは管状組織を観察しながら、中心パスからの基準距離をｒ１，ｒ２（ｒ１＜ｒ２）に動的に設定することができる。新しく設定した基準距離rの値に応じて、画像は即座に更新される。
【００４９】
大腸などの管状組織の患部の観察は、断面形状が変化する範囲２３，２４で行うことが多いので、本実施例の画像処理方法によれば、中心パスからの基準距離rを操作して、断面形状が変化する範囲２３，２４を容易に見つけることができ、組織の表面直下の情報を効率よく観察することができる。
【実施例２】
【００５０】
図９は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例２を説明するための図である。本実施例の画像処理方法では、中心パス１４上の位置により中心パス１４からの基準距離rが異なり、それを自動的に求める。
【００５１】
すなわち、管状組織の径は場所によって異なるために、中心パス１４上の位置ｔ１〜ｔ６によって基準距離ｒ１，ｒ２，ｒ３を調整する。これによれば、管状組織の径が場所によって異なる場合でも、管状組織の内部表面の突起を容易に観察することができる。
【００５２】
図１０は、中心パス１４上の位置により中心パス１４からの基準距離rを自動的に求める場合の中心パス１４に平行な面での断面模式図である。同図に示すように、中心パス１４上の位置によって組織の径は異なるので、中心パス１４上の位置によって基準距離rを変えることにより、管状組織の内部表面の突起を円筒断面画像として表示することができる。
【００５３】
図１１は、本実施例の実現方法を説明するための図である。中心パス１４上の位置tでの組織の現実の径をr’(t)としたとき（r’は中心パス１４の全周上の径の平均値である）、求める位置tでの基準距離r(t)は、
r(t) = α*average(r(t-Δt ~ t+Δt)) ・・・（１）
の式で求めることができる。中心パス上の±Δtの範囲の平均値を求めているのは、突起
部に鋭敏にr(t)の値が反応しないようにするためである。
【００５４】
実施例1ではユーザが基準距離rを直接操作したのに対して、本実施例では、αをユーザが操作可能な係数として基準距離rを調整する。したがって、中心パス１４上の位置によってαを変えることにより、管状組織の内部表面の突起を円筒断面画像として表示することができる。
【実施例３】
【００５５】
図１２は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例３を説明するための図である。本実施例の画像処理方法では、中心パスからの方向により中心パスからの基準距離ｒ１，ｒ２（ｒ１＞ｒ２）が異なり、それを自動的に求める。
【００５６】
すなわち、管状組織の径は場所によって異なり、又、設定した中心パスが現実の組織の中心を通るとは限らないので、中心パス上からの方向よって基準距離ｒ１，ｒ２を調整する。中心パスが曲線（屈曲円筒投影法）の場合は、特に中心パスと組織の厳密な中心がずれやすいので、中心パスからの方向により基準距離ｒを自動的に求めることにより、管状組織の内部表面の突起を容易に見つけることができる。
【００５７】
図１３は、本実施例の実現方法を説明するための図である。同図に示すように、求めたい箇所の周辺の現実の径をr(周辺)として、基準距離r(t)は、
r(t) = α*average(r(周辺)) ・・・（２）
の式で求めることができる。
【００５８】
実施例1ではユーザが基準距離rを直接操作したのに対して、本実施例では、αをユーザが操作可能な係数として基準距離rを調整する。したがって、中心パス１４からの方向によってαを変えることにより、管状組織の内部表面の突起を円筒断面画像として表示することができる。
【００５９】
このように、本実施形態の画像処理方法によれば、円筒投影画像に円筒断面画像を貼り付けることにより、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる。
【００６０】
また、屈曲円筒投影法において、基準距離rに上限を設けることが出来る。屈曲円筒投影法では屈曲が大きいときに複数の仮想光線が交差することがあるが(非特許文献１参照)、このような場合には円筒断面画像の歪曲は大きくなる。この歪曲は基準距離rに応じて大きくなるので、基準距離rに上限を設けることによって円筒断面画像の歪曲による誤診断の可能性を減らすことが出来る。
【００６１】
図１４は、本発明の実施例1〜3にかかる画像処理方法のフローチャートを示す。本実施例の画像処理方法では、まず、中心パスを設定し（ステップＳ１１）、中心パス上の位置tを初期化して t=0とする（ステップＳ１２）。
【００６２】
次に、中心パスの位置tの座標P(x,y,z)、および中心パスの位置tの中心パスの方向ベクトルPD(x,y,z)を取得する（ステップＳ１３）。そして、P(x,y,z)よりPD(x,y,z)と垂直な方向を360°分取得する（ステップＳ１４）。なお、屈曲円筒投影では必ずしも垂直ではない。また、一部画像のみを取得する場合は360°全てを計算する必要もない。
【００６３】
次に、仮想光線を360°投射し（ステップＳ１５）、ｔに１を加算し（ステップＳ１６）、ｔとt_maxを比較し（ステップＳ１７）、ｔがt_maxより小さい場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ１３に戻り、ｔがt_maxと等しくなった場合（ｎｏ）は終了する。
【００６４】
図１５は、図１４のステップＳ１５において仮想光線を投射する場合のそれぞれの画素値を計算するフローチャートである。仮想光線を投射する場合は、まずサンプリング間隔ΔS、および仮想光線の進行方向の単位ベクトルSD(x,y,z)を取得する（ステップＳ２１
）。そして、初期化のために反射光E＝0、および残存光I＝1とする（ステップＳ２２）。
【００６５】
次に、基準距離rを取得し（ステップＳ２３）、現在位置XにP(x,y,z)+ r・SDを代入する(・は乗算を表す)（ステップＳ２４）。この場合、仮想光線を投射する開始位置は中心パス上でなくてもよく、また観察対象の組織内部であってもよい。そして、位置Xにおける補間ボクセル値ｖ、vに対応する不透明度αを取得する（ステップＳ２５）。
【００６６】
次に、不透明度αが0でないかどうか判断し（ステップＳ２６）、不透明度αが0の場合（ｎｏ）は、円筒座標法のレイキャストに従って、位置Xにおける補間ボクセル値ｖ,勾配gを求める（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２７の前に、現在位置XにP(x,y,z)を代入するステップを入れても良い。このようにした場合には手前の浮遊物も描画される。
【００６７】
次に、vに対応する不透明度αと色C、gに対応するシェーディング係数βを求め（ステップＳ２８）、減衰光D＝αｌ, 部分反射光F＝β ・ α ・ D・C を計算し、残存光I＝I-D, 反射光E＝E+F を更新する（ステップＳ２９）。不透明度αと色Cは、あらかじめ定められたLUT(Look Up Table)関数を用いて求めるのが通常である。
【００６８】
次に、現在計算位置を進行させ、 X＝X+ ΔS ・ SDとし（ステップＳ３０）、現在位
置Xが終了位置まで来たか、または残存光Iが0になったかを判断し（ステップＳ３１）、現在位置Xが終了位置でなく、および残存光Iが0でない場合（ｎｏ）は、ステップＳ２７に戻る。一方、現在位置Xが終了位置まで来たか、または残存光Iが0になった場合（ｙｅｓ）は、反射光Eを画素値として終了する（ステップＳ３２）。
【００６９】
また、ステップＳ２６において、不透明度αが0でない（ｙｅｓ）と判断した場合は、補間ボクセル値ｖをWW/WL(window width/window level)変換して画素値を求め終了する（ステップＳ３３）。これは、観察対象の組織の表面データを取得することに対応する。なお、ステップＳ３３の前に、半透明処理などを加えステップＳ２６に復帰しても良い。半透明処理により管状組織の壁の内部と内壁面を重畳的に表現できる。また、半透明の度合いを一つのパラメーターで切り替えることができる。
【００７０】
図１６は、本発明の画像処理方法におけるその他の実施方法を示すフローチャートである。この実施方法では、まず中心パスを設定し（ステップＳ４１）、中心パスから基準距離rの位置から仮想光線を投射する円筒投影画像を作成する（ステップＳ４２）。
【００７１】
次に、中心パスから基準距離rで構成される断面を作成し（ステップＳ４３）、円筒投影画像作成時の仮想光線のそれぞれの断面の通過位置を各画素値とする円筒断面画像を作成する（円筒上ボクセルデータ）（ステップＳ４４）。そして、円筒投影画像を計算するときに用いた変換関数を用いて円筒断面上のボクセル値から不透明度を求め円筒断面画像のαチャンネルを作成し（ステップＳ４５）、円筒断面画像と円筒投影画像を合成する（ステップＳ４６）。
【００７２】
尚、この方法を基準距離rが変動する実施例２，３及び中心パスが曲線の場合に適用するには、円筒投影画像の仮想光線の投影開始位置、投影間隔、投影方向が変動するので、断面の座標を記録し仮想光線のそれぞれの断面の通過位置を元に調整する必要がある。
【００７３】
以上説明したように、本発明の実施形態にかかる画像処理方法及び画像処理プログラムによれば、中心パス１４からの基準距離ｒによって定義される断面を表現する画像により管状組織の壁の内部を観察できるとともに、円筒投影法による円筒投影画像により管状組織の内壁面を同時に観察することができる。
【００７４】
また、図１４〜図１５のアルゴリズムでは、円筒断面画像と円筒投影画像の合成画像を渾然一体に計算するので、円筒断面画像と円筒投影画像をそれぞれ単独に計算するよりも高速に計算することができる。
【００７５】
また、説明の便宜のために円筒という語を用いているが、本発明において円筒とは、広義の筒状の形状を指す。円筒は屈曲しても良く、円筒は周上で凹凸があり厳密な円周を構成する必要もなく、円筒は周の長さが一定である必要が無い。即ち、腸管血管気管支などの管状の組織を表現するのに適当な形状であればよい。
【００７６】
また、実施例１〜３では円筒断面画像は２次元断面画像的手法により作成されるが、これは円筒断面上のボクセル値を用いて画素値を決定しているが、これは複数のボクセルのボクセル値を用いる形態を含む。例えば、近傍の複数のボクセルを用いた補間値を用いても良い。更に例えば、円筒断面の厚み方向の複数のボクセルの平均値や最大値、最小値を用いることにより円筒断面画像のS/N比を向上させることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる画像処理方法及び画像処理プログラムとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像処理方法を説明するための図
【図２】本発明の実施形態にかかる画像処理方法において中心パス１４上で繰り返す処理を説明するための図
【図３】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（１）を説明するための図
【図４】本発明の実施形態にかかる画像処理方法におけるそれぞれの画像を示す図
【図５】本発明の実施形態にかかる画像処理方法における合成画像を示す図
【図６】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（２）を説明するための図
【図７】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（３）を説明するための図
【図８】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例1を説明するための図
【図９】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例２を説明するための図
【図１０】中心パス１４上の位置により中心パス１４からの基準距離rを自動的に求める場合の中心パス１４に平行な面での断面模式図
【図１１】本発明の実施例２の実現方法を説明するための図
【図１２】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例３を説明するための図
【図１３】本発明の実施例３の実現方法を説明するための図
【図１４】本発明の実施例1〜3にかかる画像処理方法のフローチャート
【図１５】本発明の実施例1〜3において仮想光線を投射する場合のフローチャート
【図１６】本発明の画像処理方法におけるその他の実施方法を示すフローチャート
【図１７】ボリュームにマスク処理を行い一部のみを表示させる場合の説明図
【図１８】ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）によりボリュームの任意断平面を表示させる場合の説明図
【図１９】マスク画像と平行投影法によるＭＰＲ画像を重ね合わせた場合の説明図
【図２０】円筒座標系を利用した円筒投影法の説明図
【図２１】観察対象の管状組織５７が屈曲している場合の屈曲円筒投影法を説明するための図
【図２２】従来の円筒投影法のフローチャート
【図２３】従来の仮想光線投射のフローチャート
【図２４】管状組織の領域に対する用語の説明図
【符号の説明】
【００７９】
１０，５５，５７，６１ 管状組織
１１ 半径を基準距離とする円周で決定される範囲
１２ 基準距離の外側部分
１３ 基準距離の円周部分
１４ 中心パス
１５，５６，５８ 仮想光線
１６ 円筒断面画像
１７ 投影画像
１８ 凸部位
１９ 凹部位
２０ 突起物
２１，２２ 影領域
２３，２４ 断面形状が変化する領域
５１，５３ ボリューム
５２ マスク領域
５４ 断平面
６２ 壁の内部及び周辺
６３ 内腔
６４ 内壁面
６５ 壁の内部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理方法及び画像処理プログラムに関し、特に、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる画像処理方法及び画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータを用いた画像処理技術の進展により人体の内部構造を直接観測することを可能にしたＣＴ（Computed Tomography）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）の出現は医療分野に革新をもたらし、生体の断層画像を用いた医療診断が広く行われている。さらに、近年では、断層画像だけでは分かりにくい複雑な人体内部の３次元構造を可視化する技術として、例えば、ＣＴにより得られた物体の３次元デジタルデータ(ボリュームデータ)から３次元構造のイメージを直接描画するボリュームレンダリングが医療診断に使用されている。
【０００３】
なお、ボリュームレンダリングには、レイキャスト(Raycast)、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）、ＭＩＮＩＰ（Minimum Intensity Projection）法がある。また、ボリュームデータを用いた２次元的な画像処理としてＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）、ＣＰＲ（Curved Planer Reconstruction）がある。さらに２次元画像処理として２Ｄスライス画像などが一般に使用されている。
【０００４】
物体の３次元領域の構成単位となる微小単位領域をボクセルと称し、ボクセルの特性を表す固有のデータをボクセル値と称する。物体全体はボクセル値の３次元データ配列で表現され、これをボリュームデータと称する。ボリュームレンダリングに用いるボリュームデータは、物体の断層面に垂直な方向に沿って順次得られる２次元の断層画像データを積層することにより得られる。特にＣＴ画像の場合は、ボクセル値は当該ボクセルが物体中に占める位置における放射線の吸収度を表し、ＣＴ値と称する。
【０００５】
ボリュームレンダリングの優れた手法としてレイキャスト法が知られている。レイキャスト法は、物体に対して投影面から仮想的な光線を照射し、物体内部からの仮想的な反射光の画像を形成することにより、投影面に物体内部の３次元構造を透視するイメージ画像を形成する手法である。
【０００６】
図１７は、ボリュームにマスク処理を行い、ボリュームの一部領域のみを表示させる場合の説明図である。マスク処理は、例えば、図１７（ｂ）に示すように、ボリュームデータ全体５１に対して、その一部領域のみをマスク領域５２として表示するものである。例えば、レイキャスト法により得られる大腸の画像において、観察対象領域手前の視界をさえぎる領域を除外したマスク領域を指定してマスク処理を行うことによって、図１７（ａ）に示すように、大腸の内壁面の外形形状を表示させることができる。
【０００７】
図１８は、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）により、ボリュームの任意断平面を表示させる場合の説明図である。ＭＰＲは、例えば、図１８（ｂ）に示すように、ボリューム５３から任意の断平面５４を切り出し、その断面をボクセル値に従って表示することができる。図１８（ａ）は、ＭＰＲにより大腸の周辺を表示させた画像である。なお、図１８（ａ）における黒い部分は大腸の内腔に存在する空気を表現している。このようにＭＰＲ画像では、ボリューム５３の任意断平面５４を表示するので、大腸等の管状組織における周辺の情報も表示することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図１９は、並行投影法によるレイキャスト法による画像とＭＰＲ画像を重ね合わせたものである。すなわち、３次元組織の壁面をその３次元組織の内部空間を含む組織外の視点から見た如き３次元イメージを平面で区切ったマスクを用いたレイキャスト法により作成し、その３次元イメージを表示する場合に、マスクを作成するのと同じ平面をＭＰＲの断平面とするＭＰＲ画像と合成したものである（例えば、特許文献２参照）。この画像は、レイキャスト法による組織の立体的形状と、ＭＰＲ画像による組織周辺の情報を同時に表示できるので、診断において有益である。
【０００９】
図２０は、円筒座標系を利用した円筒投影法の説明図である。図２０（ａ）は、円筒座標系を管状組織５５の内部に設定し、円筒座標系の中心軸から放射される仮想光線５６を示す。図２０（ｂ）は、円筒座標系が、中心軸に沿った距離ｈと中心軸の周りの角度αにより、Ｃ（ｈ，α）として表される様子を示す。また、図２０（ｃ）は、円筒座標Ｃ（ｈ，α）を展開して２次元座標ｌ（ｕ，ｖ）に変換する様子を示す。このように、管状組織５５の内部に円筒座標系を仮定し、その中心軸より放射状に投影を行うことにより、管状組織５５の内壁面の３６０度パノラマ画像を作成することができる。
【００１０】
図２１は、観察対象の管状組織５７が屈曲している場合の屈曲円筒投影法を説明するための図である。屈曲円筒投影法は、同図に示すように、観察対象の管状組織５７が屈曲している場合に、屈曲した中心パス１４から仮想光線５８を放射して投影する方法である。このように屈曲円筒投影法によれば、屈曲している実際の人間の臓器の中心線に沿った中心パス（Central Path）１４を仮定し、それを中心に投影することにより、ＣＴデータにより管状組織の検査を行うことができる。
【００１１】
図２２は、従来の円筒投影法のフローチャートである。従来の円筒投影法では、まず、中心パスを設定し（ステップＳ５１）、中心パス上の位置tを初期化して t=0とする（ステップＳ５２）。
【００１２】
次に、中心パスの位置tの座標P(x,y,z)、および中心パスの位置tにおける中心パスの方向ベクトルPD(x,y,z)を取得する（ステップＳ５３）。そして、P(x,y,z)を通りPD(x,y,z)と垂直な平面上において、P(x,y,z)を中心とする放射状の方向を360°分取得する（ステップＳ５４）。
【００１３】
なお、屈曲円筒投影では、PD(x,y,z)と平面とは、平面同士の組織内での干渉を避けるために微調整をし、必ずしも垂直ではない。また、平面ではなく曲面を用いることがある（非特許文献１参照）。
【００１４】
次に、仮想光線を360°投射し（ステップＳ５５）、ｔに１を加えて（ステップＳ５６）、ｔがt_maxより小さいかどうか判断する（ステップＳ５７）。そして、ｔがt_maxより小さい場合（ｙｅｓ）はステップＳ５３に戻り、ｔがt_maxになった場合（ｎｏ）は終了する。
【００１５】
図２３は、図２２のステップ５５における仮想光線投射のフローチャートである。仮想光線を投射するには、まずサンプリング間隔ΔS、仮想光線の進行方向の単位ベクトルSD
(x,y,z)を取得し（ステップＳ６１）、反射光Eを0および残存光Iを1に初期化する（ステップＳ６２）。
【００１６】
次に、現在位置XとしてP(x,y,z)を設定し（ステップＳ６３）、位置Xにおける補間ボクセル値ｖ,勾配gを求める（ステップＳ６４）。そして、vに対応する不透明度αと色C、gに対応するシェーディング係数βを求める（ステップＳ６５）。
【００１７】
次に、減衰光Dをαｌとして、 部分反射光F＝β・α・D・C を計算し、残存光I＝I-D, 反射光E＝E+F を更新する（ステップＳ６６）。そして、現在計算位置を進行させ、 X＝X+ΔS・SDとする（ステップＳ５７）。
【００１８】
次に、Xが終了位置まで来たか、または残存光がI＝0になったかを判断し（ステップＳ６８）、Xが終了位置でなく、残存光が0でない場合（ｎｏ）はステップＳ６４に戻る。そして、Xが終了位置になるか、残存光が0になった場合（ｙｅｓ）は、反射光Eを画素値として終了する（ステップＳ６９）。
【００１９】
次に、管状組織の領域に対する用語について図２４により説明する。ここでは、大腸のような人体内部の管状組織６１に対して、６３の領域を「内腔」、６４の壁面を「内壁面」、６５の領域を「壁の内部」、６２の領域を「壁の内部及び周辺」と呼ぶ。したがって、従来のレイキャストで表示する部分は「内壁面」（一般的に境界面）であり、ＭＰＲで表現する部分は「壁の内部」（ボリュームの実質）である。
【００２０】
【特許文献１】特開2006-68301号公報
【特許文献２】特許第3117665号明細書
【非特許文献１】アー・フィラノヴァ・バルトローリ（A. Vilanova Bartroli），エル・ヴェゲンキットル（R. Wegenkittl ），アー・ケニッヒ（A. Konig），エー・グレーレル（E. Groller），「仮想大腸展開方法（Virtual Colon Unfolding ）」，米国電気電子学会論文誌(IEEE Visualization)，米国，2001年，p411-420
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、図１７に示したボリュームのマスク表示では、ボリュームにマスク処理を行い一部のみを表示させることによって、大腸の内壁面の外形形状を表示させ、ポリープのような内壁面の外形形状として現れる病変部を観察または発見することができるが、大腸の周辺の情報がわかりにくい欠点がある。
【００２２】
また、図１８に示したＭＰＲ画像では、ボリュームの任意断平面を表示させ、大腸等の管状組織における周辺の情報も表示することができるが、大腸内部の形状がわかりづらい欠点がある。
【００２３】
さらに、図１９に示したように、検査対象の表面状態と内部状態とを同時に表示するために、並行投影法によるレイキャスト法による画像とＭＰＲ画像を重ね合わせても一定の効果はあるが、大腸のように屈曲の多い対象を観察するには不十分である。
【００２４】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる画像処理方法及び画像処理プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、パス近傍の生体情報を、円筒投影法を用いて可視化する画像処理方法であって、前記パスからの基準距離によって定義される断面上の円筒断面画像と、前記円筒投影法による円筒投影画像とを合成した画像を表示する画像処理方法である。
【００２６】
これによれば、パスからの基準距離によって定義される断面上の円筒断面画像により管状組織の壁の内部を観察できるとともに、円筒投影法による円筒投影画像により管状組織の内壁面を同時に観察することができる。
【００２７】
また、本発明の画像処理方法は、前記パスからの基準距離を決定するステップと、前記パスと交差する平面上における当該パスの位置からの前記基準距離で決定できる周上にある座標を取得するステップと、前記座標のボクセルが不透明を表現するボクセルの場合に、前記ボクセルより第一の画素値を取得し、前記円筒断面画像の作成に前記第一の画素値を用い、前記座標のボクセルが透明を表現するボクセルの場合に、前記座標を通過する仮想光線を投射することにより第二の画素値を取得し、前記円筒投影画像の作成に前記第二の画素値を用いるステップとを有する。
【００２８】
これによれば、円筒断面画像と円筒投影画像の合成画像を渾然一体に計算するので、円筒断面画像と円筒投影画像をそれぞれ単独に計算するよりも高速に計算することができる。
【００２９】
また、本発明の画像処理方法において、前記パスは、屈曲した管状組織の中心パスに沿って設けられ、前記円筒投影画像は、前記中心パスから仮想光線を投射して生成される。
【００３０】
これによれば、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる。
【００３１】
また、本発明の画像処理方法は、前記基準距離をＧＵＩにより可変するステップを有する。
【００３２】
これによれば、基準距離を可変してそれに応じた断面を表示することによって、凸部位の高さを容易に認識することができ、観察対象の病変部を詳細に観察することができる。
【００３３】
また、本発明の画像処理方法は、前記基準距離を前記パス上の位置に応じて求めるステップを有する。
【００３４】
これによれば、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面をユーザの操作なしで観察することができる。
【００３５】
また、本発明の画像処理方法は、前記基準距離を前記パスからの方向に応じて決定するステップを有する。
【００３６】
これによれば、大腸のように凹凸の多い管状組織の壁の内部及び内壁面をユーザの操作なしで観察することができる。
【００３７】
また、本発明は、コンピュータに、上記のいずれか一項記載の各ステップを実行させるための画像処理プログラムである。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、パスからの基準距離によって定義される断面上の円筒断面画像により管状組織の壁の内部を観察できるとともに、円筒投影法による円筒投影画像により管状組織の内壁面を同時に観察することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法を説明するための図である。図１（ａ）は、管状組織１０を、管状組織１０の中心線を表現する中心パス１４と交差する平面で切断した切断面を示す。本実施形態の画像処理方法では、図１（ａ）のような管状組織１０の切断面がある場合に、まず、当該切断面上における中心パス１４の位置を中心とする、半径が基準距離rの円周で決定される範囲１１（すなわち、切断面上における、前記中心パス１４の位置から等距離ｒに存在する点の集合）を求める。そして、基準距離rの外側部分１２（すなわち、切断面上における、管状組織１０の内壁面と、中心パス１４の位置との距離が、基準距離ｒよりも大きい部分）はレイキャスト法により仮想光線１５を投射して対応する画素値を３次元画像的手法で取得し、基準距離rの円周１３上（すなわち、切断面上における、管状組織１０の内壁面と、中心パス１４の位置との距離が、基準距離ｒよりも小さい部分）は円周１３上のボクセル値を用いて対応する画素値を２次元断面画像（ＭＰＲに相当する）的手法で取得することによって円筒断面に対応する周上の画素をそれぞれ取得する。
【００４０】
図２は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法において、中心パス１４上で繰り返す処理を説明するための図である。すなわち、中心パス１４の各位置ｔ１〜ｔ６で基準距離rから求められる範囲を求め、基準距離rの外側部分は仮想光線１５を投射して３次元画像的手法で画素値を取得し、基準距離rの円周上は２次元断面画像的手法で画素値を取得する。
【００４１】
図３は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（１）を説明するための図である。本実施形態の画像処理方法によれば、管状組織１０の内部１３（円筒断面画像）と表面１２（投影画像）が同時に観察でき、更に管状組織１０を広範囲に渡って一望することができる。
【００４２】
図４は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法におけるそれぞれの画像を示す。すなわち、図４（ａ）は、管状組織を中心パスから円筒投影法により描画した円筒投影画像を示す。また、図４（ｂ）は、管状組織を中心パスから基準距離rで切断した場合の円筒上ボクセルデータ（ＭＰＲ類似）を示す。
【００４３】
図５は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法における合成画像を示す。このように、本実施形態における合成画像は、基準距離の外側部分はレイキャスト法により仮想光線を投射して３次元画像的手法により描画し、基準距離の円周上は円周上のボクセル値を用いて２次元断面画像的手法により描画するので、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる。
【００４４】
図６は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（２）を説明するための図である。従来の円筒投影画像では、中心パス１４から仮想光線を投射して管状組織の内部表面を描画するので、表面上の領域が凸部位なのかまたは凹部位なのかの判断が難しい。
【００４５】
本実施形態の画像処理方法によれば、表面上の凸部位１８は、中心パス１４から基準距離ｒの平行な面での断面図１６として表示され、表面上の凹部位１９は、従来の円筒投影画像１７と同様に表示されるので、凸部位１８なのか凹部位１９なのかを容易に判断できる。また、中心パス１４からの基準距離ｒに応じた断面を表示することによって、凸部位１８の高さを容易に認識することができる。
【００４６】
図７は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（３）を説明するための図である。例えば、図７（ａ）に示すように、管状組織の内部表面に突起物２０がある場合、通常の円筒投影画像では、突起物の影になる範囲２１を観察することができなかった。
【００４７】
本実施形態の画像処理方法によれば、図７（ｂ）に示すように、中心パス１４から基準距離ｒまでの組織を除外して円筒投影画像を描画できるので、折り重なった形状の組織の影に当たる範囲２２の観察を容易に行うことができる。
【実施例１】
【００４８】
図８は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例1を説明するための図である。本実施例の画像処理方法では、ユーザがＧＵＩにより中心パスからの基準距離rを操作する。すなわち、ユーザは管状組織を観察しながら、中心パスからの基準距離をｒ１，ｒ２（ｒ１＜ｒ２）に動的に設定することができる。新しく設定した基準距離rの値に応じて、画像は即座に更新される。
【００４９】
大腸などの管状組織の患部の観察は、断面形状が変化する範囲２３，２４で行うことが多いので、本実施例の画像処理方法によれば、中心パスからの基準距離rを操作して、断面形状が変化する範囲２３，２４を容易に見つけることができ、組織の表面直下の情報を効率よく観察することができる。
【実施例２】
【００５０】
図９は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例２を説明するための図である。本実施例の画像処理方法では、中心パス１４上の位置により中心パス１４からの基準距離rが異なり、それを自動的に求める。
【００５１】
すなわち、管状組織の径は場所によって異なるために、中心パス１４上の位置ｔ１〜ｔ６によって基準距離ｒ１，ｒ２，ｒ３を調整する。これによれば、管状組織の径が場所によって異なる場合でも、管状組織の内部表面の突起を容易に観察することができる。
【００５２】
図１０は、中心パス１４上の位置により中心パス１４からの基準距離rを自動的に求める場合の中心パス１４に平行な面での断面模式図である。同図に示すように、中心パス１４上の位置によって組織の径は異なるので、中心パス１４上の位置によって基準距離rを変えることにより、管状組織の内部表面の突起を円筒断面画像として表示することができる。
【００５３】
図１１は、本実施例の実現方法を説明するための図である。中心パス１４上の位置tでの組織の現実の径をr’(t)としたとき（r’は中心パス１４の全周上の径の平均値である）、求める位置tでの基準距離r(t)は、
r(t) = α*average(r(t-Δt ~ t+Δt)) ・・・（１）
の式で求めることができる。中心パス上の±Δtの範囲の平均値を求めているのは、突起
部に鋭敏にr(t)の値が反応しないようにするためである。
【００５４】
実施例1ではユーザが基準距離rを直接操作したのに対して、本実施例では、αをユーザが操作可能な係数として基準距離rを調整する。したがって、中心パス１４上の位置によってαを変えることにより、管状組織の内部表面の突起を円筒断面画像として表示することができる。
【実施例３】
【００５５】
図１２は、本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例３を説明するための図である。本実施例の画像処理方法では、中心パスからの方向により中心パスからの基準距離ｒ１，ｒ２（ｒ１＞ｒ２）が異なり、それを自動的に求める。
【００５６】
すなわち、管状組織の径は場所によって異なり、又、設定した中心パスが現実の組織の中心を通るとは限らないので、中心パス上からの方向よって基準距離ｒ１，ｒ２を調整する。中心パスが曲線（屈曲円筒投影法）の場合は、特に中心パスと組織の厳密な中心がずれやすいので、中心パスからの方向により基準距離ｒを自動的に求めることにより、管状組織の内部表面の突起を容易に見つけることができる。
【００５７】
図１３は、本実施例の実現方法を説明するための図である。同図に示すように、求めたい箇所の周辺の現実の径をr(周辺)として、基準距離r(t)は、
r(t) = α*average(r(周辺)) ・・・（２）
の式で求めることができる。
【００５８】
実施例1ではユーザが基準距離rを直接操作したのに対して、本実施例では、αをユーザが操作可能な係数として基準距離rを調整する。したがって、中心パス１４からの方向によってαを変えることにより、管状組織の内部表面の突起を円筒断面画像として表示することができる。
【００５９】
このように、本実施形態の画像処理方法によれば、円筒投影画像に円筒断面画像を貼り付けることにより、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる。
【００６０】
また、屈曲円筒投影法において、基準距離rに上限を設けることが出来る。屈曲円筒投影法では屈曲が大きいときに複数の仮想光線が交差することがあるが(非特許文献１参照)、このような場合には円筒断面画像の歪曲は大きくなる。この歪曲は基準距離rに応じて大きくなるので、基準距離rに上限を設けることによって円筒断面画像の歪曲による誤診断の可能性を減らすことが出来る。
【００６１】
図１４は、本発明の実施例1〜3にかかる画像処理方法のフローチャートを示す。本実施例の画像処理方法では、まず、中心パスを設定し（ステップＳ１１）、中心パス上の位置tを初期化して t=0とする（ステップＳ１２）。
【００６２】
次に、中心パスの位置tの座標P(x,y,z)、および中心パスの位置tの中心パスの方向ベクトルPD(x,y,z)を取得する（ステップＳ１３）。そして、P(x,y,z)よりPD(x,y,z)と垂直な方向を360°分取得する（ステップＳ１４）。なお、屈曲円筒投影では必ずしも垂直ではない。また、一部画像のみを取得する場合は360°全てを計算する必要もない。
【００６３】
次に、仮想光線を360°投射し（ステップＳ１５）、ｔに１を加算し（ステップＳ１６）、ｔとt_maxを比較し（ステップＳ１７）、ｔがt_maxより小さい場合（ｙｅｓ）は、ステップＳ１３に戻り、ｔがt_maxと等しくなった場合（ｎｏ）は終了する。
【００６４】
図１５は、図１４のステップＳ１５において仮想光線を投射する場合のそれぞれの画素値を計算するフローチャートである。仮想光線を投射する場合は、まずサンプリング間隔ΔS、および仮想光線の進行方向の単位ベクトルSD(x,y,z)を取得する（ステップＳ２１
）。そして、初期化のために反射光E＝0、および残存光I＝1とする（ステップＳ２２）。
【００６５】
次に、基準距離rを取得し（ステップＳ２３）、現在位置XにP(x,y,z)+ r・SDを代入する(・は乗算を表す)（ステップＳ２４）。この場合、仮想光線を投射する開始位置は中心パス上でなくてもよく、また観察対象の組織内部であってもよい。そして、位置Xにおける補間ボクセル値ｖ、vに対応する不透明度αを取得する（ステップＳ２５）。
【００６６】
次に、不透明度αが0でないかどうか判断し（ステップＳ２６）、不透明度αが0の場合（ｎｏ）は、円筒座標法のレイキャストに従って、位置Xにおける補間ボクセル値ｖ,勾配gを求める（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２７の前に、現在位置XにP(x,y,z)を代入するステップを入れても良い。このようにした場合には手前の浮遊物も描画される。
【００６７】
次に、vに対応する不透明度αと色C、gに対応するシェーディング係数βを求め（ステップＳ２８）、減衰光D＝αｌ, 部分反射光F＝β ・ α ・ D・C を計算し、残存光I＝I-D, 反射光E＝E+F を更新する（ステップＳ２９）。不透明度αと色Cは、あらかじめ定められたLUT(Look Up Table)関数を用いて求めるのが通常である。
【００６８】
次に、現在計算位置を進行させ、 X＝X+ ΔS ・ SDとし（ステップＳ３０）、現在位
置Xが終了位置まで来たか、または残存光Iが0になったかを判断し（ステップＳ３１）、現在位置Xが終了位置でなく、および残存光Iが0でない場合（ｎｏ）は、ステップＳ２７に戻る。一方、現在位置Xが終了位置まで来たか、または残存光Iが0になった場合（ｙｅｓ）は、反射光Eを画素値として終了する（ステップＳ３２）。
【００６９】
また、ステップＳ２６において、不透明度αが0でない（ｙｅｓ）と判断した場合は、補間ボクセル値ｖをWW/WL(window width/window level)変換して画素値を求め終了する（ステップＳ３３）。これは、観察対象の組織の表面データを取得することに対応する。なお、ステップＳ３３の前に、半透明処理などを加えステップＳ２６に復帰しても良い。半透明処理により管状組織の壁の内部と内壁面を重畳的に表現できる。また、半透明の度合いを一つのパラメーターで切り替えることができる。
【００７０】
図１６は、本発明の画像処理方法におけるその他の実施方法を示すフローチャートである。この実施方法では、まず中心パスを設定し（ステップＳ４１）、中心パスから基準距離rの位置から仮想光線を投射する円筒投影画像を作成する（ステップＳ４２）。
【００７１】
次に、中心パスから基準距離rで構成される断面を作成し（ステップＳ４３）、円筒投影画像作成時の仮想光線のそれぞれの断面の通過位置を各画素値とする円筒断面画像を作成する（円筒上ボクセルデータ）（ステップＳ４４）。そして、円筒投影画像を計算するときに用いた変換関数を用いて円筒断面上のボクセル値から不透明度を求め円筒断面画像のαチャンネルを作成し（ステップＳ４５）、円筒断面画像と円筒投影画像を合成する（ステップＳ４６）。
【００７２】
尚、この方法を基準距離rが変動する実施例２，３及び中心パスが曲線の場合に適用するには、円筒投影画像の仮想光線の投影開始位置、投影間隔、投影方向が変動するので、断面の座標を記録し仮想光線のそれぞれの断面の通過位置を元に調整する必要がある。
【００７３】
以上説明したように、本発明の実施形態にかかる画像処理方法及び画像処理プログラムによれば、中心パス１４からの基準距離ｒによって定義される断面を表現する画像により管状組織の壁の内部を観察できるとともに、円筒投影法による円筒投影画像により管状組織の内壁面を同時に観察することができる。
【００７４】
また、図１４〜図１５のアルゴリズムでは、円筒断面画像と円筒投影画像の合成画像を渾然一体に計算するので、円筒断面画像と円筒投影画像をそれぞれ単独に計算するよりも高速に計算することができる。
【００７５】
また、説明の便宜のために円筒という語を用いているが、本発明において円筒とは、広義の筒状の形状を指す。円筒は屈曲しても良く、円筒は周上で凹凸があり厳密な円周を構成する必要もなく、円筒は周の長さが一定である必要が無い。即ち、腸管血管気管支などの管状の組織を表現するのに適当な形状であればよい。
【００７６】
また、実施例１〜３では円筒断面画像は２次元断面画像的手法により作成されるが、これは円筒断面上のボクセル値を用いて画素値を決定しているが、これは複数のボクセルのボクセル値を用いる形態を含む。例えば、近傍の複数のボクセルを用いた補間値を用いても良い。更に例えば、円筒断面の厚み方向の複数のボクセルの平均値や最大値、最小値を用いることにより円筒断面画像のS/N比を向上させることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、大腸のように屈曲の多い管状組織の壁の内部及び内壁面を同時に観察することができる画像処理方法及び画像処理プログラムとして利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像処理方法を説明するための図
【図２】本発明の実施形態にかかる画像処理方法において中心パス１４上で繰り返す処理を説明するための図
【図３】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（１）を説明するための図
【図４】本発明の実施形態にかかる画像処理方法におけるそれぞれの画像を示す図
【図５】本発明の実施形態にかかる画像処理方法における合成画像を示す図
【図６】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（２）を説明するための図
【図７】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の効果（３）を説明するための図
【図８】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例1を説明するための図
【図９】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例２を説明するための図
【図１０】中心パス１４上の位置により中心パス１４からの基準距離rを自動的に求める場合の中心パス１４に平行な面での断面模式図
【図１１】本発明の実施例２の実現方法を説明するための図
【図１２】本発明の実施形態にかかる画像処理方法の実施例３を説明するための図
【図１３】本発明の実施例３の実現方法を説明するための図
【図１４】本発明の実施例1〜3にかかる画像処理方法のフローチャート
【図１５】本発明の実施例1〜3において仮想光線を投射する場合のフローチャート
【図１６】本発明の画像処理方法におけるその他の実施方法を示すフローチャート
【図１７】ボリュームにマスク処理を行い一部のみを表示させる場合の説明図
【図１８】ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）によりボリュームの任意断平面を表示させる場合の説明図
【図１９】マスク画像と平行投影法によるＭＰＲ画像を重ね合わせた場合の説明図
【図２０】円筒座標系を利用した円筒投影法の説明図
【図２１】観察対象の管状組織５７が屈曲している場合の屈曲円筒投影法を説明するための図
【図２２】従来の円筒投影法のフローチャート
【図２３】従来の仮想光線投射のフローチャート
【図２４】管状組織の領域に対する用語の説明図
【符号の説明】
【００７９】
１０，５５，５７，６１ 管状組織
１１ 半径を基準距離とする円周で決定される範囲
１２ 基準距離の外側部分
１３ 基準距離の円周部分
１４ 中心パス
１５，５６，５８ 仮想光線
１６ 円筒断面画像
１７ 投影画像
１８ 凸部位
１９ 凹部位
２０ 突起物
２１，２２ 影領域
２３，２４ 断面形状が変化する領域
５１，５３ ボリューム
５２ マスク領域
５４ 断平面
６２ 壁の内部及び周辺
６３ 内腔
６４ 内壁面
６５ 壁の内部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パス近傍の生体情報を、円筒投影法を用いて可視化する画像処理方法であって、
前記パスからの基準距離によって定義される断面上の円筒断面画像と、前記円筒投影法による円筒投影画像とを合成した画像を表示する画像処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の画像処理方法であって、
前記パスからの基準距離を決定するステップと、
前記パスと交差する平面上における当該パスの位置からの前記基準距離で決定できる周上にある座標を取得するステップと、
前記座標のボクセルが不透明を表現するボクセルの場合に、前記ボクセルより第一の画素値を取得し、前記円筒断面画像の作成に前記第一の画素値を用い、
前記座標のボクセルが透明を表現するボクセルの場合に、前記座標を通過する仮想光線を投射することにより第二の画素値を取得し、前記円筒投影画像の作成に前記第二の画素値を用いるステップとを有する画像処理方法。
【請求項３】
請求項１記載の画像処理方法であって、
前記パスは、屈曲した管状組織の中心パスに沿って設けられ、
前記円筒投影画像は、前記中心パスから仮想光線を投射して生成される画像処理方法。
【請求項４】
請求項２記載の画像処理方法であって、
前記基準距離をＧＵＩにより可変するステップを有する画像処理方法。
【請求項５】
請求項２記載の画像処理方法であって、
前記基準距離を前記パス上の位置に応じて求めるステップを有する画像処理方法。
【請求項６】
請求項２記載の画像処理方法であって、
前記基準距離を前記パスからの方向に応じて決定するステップを有する画像処理方法。
【請求項７】
コンピュータに、請求項１ないし６のいずれか一項記載の各ステップを実行させるための画像処理プログラム。
【請求項１】
パス近傍の生体情報を、円筒投影法を用いて可視化する画像処理方法であって、
前記パスからの基準距離によって定義される断面上の円筒断面画像と、前記円筒投影法による円筒投影画像とを合成した画像を表示する画像処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の画像処理方法であって、
前記パスからの基準距離を決定するステップと、
前記パスと交差する平面上における当該パスの位置からの前記基準距離で決定できる周上にある座標を取得するステップと、
前記座標のボクセルが不透明を表現するボクセルの場合に、前記ボクセルより第一の画素値を取得し、前記円筒断面画像の作成に前記第一の画素値を用い、
前記座標のボクセルが透明を表現するボクセルの場合に、前記座標を通過する仮想光線を投射することにより第二の画素値を取得し、前記円筒投影画像の作成に前記第二の画素値を用いるステップとを有する画像処理方法。
【請求項３】
請求項１記載の画像処理方法であって、
前記パスは、屈曲した管状組織の中心パスに沿って設けられ、
前記円筒投影画像は、前記中心パスから仮想光線を投射して生成される画像処理方法。
【請求項４】
請求項２記載の画像処理方法であって、
前記基準距離をＧＵＩにより可変するステップを有する画像処理方法。
【請求項５】
請求項２記載の画像処理方法であって、
前記基準距離を前記パス上の位置に応じて求めるステップを有する画像処理方法。
【請求項６】
請求項２記載の画像処理方法であって、
前記基準距離を前記パスからの方向に応じて決定するステップを有する画像処理方法。
【請求項７】
コンピュータに、請求項１ないし６のいずれか一項記載の各ステップを実行させるための画像処理プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図４】
【図５】
【図１７】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１８】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図４】
【図５】
【図１７】
【図１９】
【公開番号】特開２００８−２８９７６７（Ｐ２００８−２８９７６７Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４０１６１（Ｐ２００７−１４０１６１）
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【出願人】（５００１０９３２０）ザイオソフト株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【出願人】（５００１０９３２０）ザイオソフト株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]