画像表示装置

【課題】精度よく管腔臓器の芯線を求める。
【解決手段】断層像から管腔臓器を抽出した複数の二値画像３を生成する。その二値画像３中に抽出領域Ａ上の点（ｘ、ｙ）を中心とする３次元の小領域Ｂを設定し、小領域中Ｂに含まれる管腔臓器（抽出領域Ａに相当）の平均座標（xav, yav）を求める。そして、平均座標の点と小領域Ｂの中心点との距離を求め、その距離が予め設定した距離より小の場合は、上記平均座標を芯線の座標として記録する。この芯線の座標を用いて芯線を生成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像表示装置に係り、特に、管腔臓器の芯線をより精度よく求める技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図１１に示すように、複数の断層像を積み上げたボリューム画像１１０に撮影された血管などの管腔臓器１１１から、その管腔臓器１１１の各断面における中心点を結んだ芯線１１２を求める方法がある。
【０００３】
例えば、特許文献1は、対象物（管腔臓器）の壁面の最も近い立体要素を繰り返し除去することにより、中心線（芯線）だけを残す方法を開示している。
【特許文献１】特表2001-502197号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、求めるべき中心線（芯線）まで除去することを防ぐため、対象物の壁面の最も近い立体要素が中心線ではないという判定演算をしてから除去する必要があり、演算時間のかかる方法であった。また、稀に中心線に不連続点が現れることがあった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、芯線を精度よく、比較的短時間の演算で求めることのできる画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る画像表示装置は、管腔臓器が撮影された複数の断層像に基づいて、前記管腔臓器の芯線を求め、その芯線を用いた画像を表示する画像表示装置であって、前記複数の断層像を入力する入力手段と、前記各断層像について前記管腔臓器が撮影された管腔臓器領域を二値化抽出し、複数の二値画像を生成する二値化手段と、前記二値画像に含まれる前記管腔臓器領域の一点を中心とする三次元の小領域であって、前記一点を含む二値画像に連続する他の二値画像の管腔臓器領域も更に包含する三次元の小領域を設定する小領域設定手段と、前記小領域に含まれる前記管腔臓器領域の平均座標と前記小領域の中心となる一点に対応する中心座標とを求める座標算出手段と、前記求められた平均座標と前記小領域の中心座標との距離を求める距離算出手段と、前記求められた距離と、前記平均座標を前記芯線の座標として用いるか否かを判断するための所定の距離と、を比較し、前記求められた距離が前記所定の距離より小さい場合は、前記平均座標を前記芯線の座標とすると判断する芯線座標判断手段と、前記芯線の座標に基づいて芯線を生成する芯線生成手段と、前記芯線を用いた画像を生成する画像生成手段と、前記芯線を用いた画像を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、小領域の中心座標とその小領域に含まれる抽出領域の平均座標との距離に基づいて芯線か否かを判断することにより、芯線に不連続点がなく、かつ比較的短時間の演算で芯線座標を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【０００９】
〔システム構成〕
図１は、本実施形態に係る医用画像表示システム１の構成を示すハードウェア構成図である。
【００１０】
図１の医用画像表示システム１は、被検体の画像を撮影する医用画像撮影装置２と、医用画像撮影装置２が撮影した医用画像を蓄積する画像データベース４と、被検体の画像を表示する画像表示装置１０とを備え、医用画像撮影装置２と画像データベース（画像ＤＢ）４と画像表示装置１０とは、ＬＡＮ３等のネットワークに接続される。ＬＡＮ３には、画像表示装置１０で生成した画像、例えば仮想内視鏡画像や擬似３次元画像等を表示させるための端末装置５を接続してもよい。
【００１１】
医用画像撮影装置２は、例としてＸ線ＣＴ装置とＭＲ装置と超音波撮影装置（ＵＳ装置）とを記載したが、被検体の断層像を撮影できる医用画像撮影装置であればこれらに限らない。
【００１２】
画像表示装置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、後述する芯線抽出処理や画像生成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１６、マウス１６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１６の状態等の信号をＣＰＵ１１に出力するコントローラ１６ａと、キーボード１７と、通信インターフェース（以下「通信Ｉ／Ｆ」という）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。
【００１３】
次に図２に基づいて画像表示装置１０が実行する画像処理プログラムについて説明する。図２は、画像表示プログラムの構成を示すブロック図である。
【００１４】
画像表示プログラムは、断層像を体軸方向に積み上げたボリューム画像（３次元画像データ）を入力する入力部１１ａ、入力されたボリューム画像に対し、対象臓器を抽出するために二値化処理を行う二値抽出部１１ｂ、芯線を抽出するための小領域を設定する小領域設定部１１ｃ、小領域に含まれる対象臓器領域の平均座標及び小領域の中心座標を求める座標算出部１１ｄ、上記平均座標と中心座標との距離を求める距離算出部１１ｅ、求められた距離と所定の閾値とを比較し、その結果に基づいて平均座標と芯線の座標として記録するか否かを判断し、磁気ディスク１３や主メモリ１２などの記録媒体からなる座標記録部１１ｇに芯線の座標を記録する芯線座標判断部１１ｆ、記録された座標に基づいて芯線を生成する芯線生成部１１ｈ、その芯線を擬似３次元画像に重ねて表示した擬似３次元画像又は、その芯線に基づく画像（例えば仮想内視鏡画像、曲面任意多断面再構成像（以下ＣＰＲ像という）、肝臓切除領域（血管支配領域ともいう））を生成する画像生成部１１ｉ、及びこれらの画像を表示する表示制御部１１ｊにより構成される。
【００１５】
画像表示装置１０のＣＰＵ１１は、上記画像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。
【００１６】
上記表示制御部１１ｊは必ずしも備える必要がなく、ＣＰＵ１１が生成した画像をＬＡＮ３に接続された端末装置５に配信し、その端末装置５において画像を表示するように構成してもよい。
【００１７】
〔処理の流れ〕
図３に基づいて本実施形態の処理の流れを説明する。図３は、本実施形態の処理の流れを示すフローチャートである。以下の処理は、入力部１１ａがＸ線ＣＴ装置、ＭＲ装置、ＵＳ装置から複数の断層像からなるボリューム画像を取得し、又は画像ＤＢ４や磁気ディスク１３などの記憶媒体に格納されたボリューム画像を読み込み、二値抽出部１１ｂがしきい値処理などにより図４に示す二値画像３を得た後に開始される。二値画像３には、血管領域や気管支領域、また腸領域などの管腔臓器からなる抽出領域Ａが存在する。
【００１８】
ステップＳ１では、小領域設定部１１ｃが芯線座標か否かを判断する為の小領域を設定する（Ｓ１）。この小領域は、抽出領域Ａ上の点（ｘ、ｙ）を中心とする３次元の小領域である。以下ではこの点を中心点とよび、この座標を中心座標と呼ぶこともある。
【００１９】
図４では、二値画像３−２、３−４に含まれる抽出領域Ａ上の点４１ａ、４１ｂを中心とする立方体形状の小領域Ｂ４ａ、Ｂ４ｂを設定する。小領域Ｂ４ａは、点４１ａを含む二値画像３−２上に連続する二値画像３−１及び３−３に含まれる抽出領域Ａをも包含する。同様に、小領域Ｂ４ｂは、点４１ｂを含む二値画像３−４上に連続する二値画像３−３及び３−５に含まれる抽出領域Ａをも包含する。
【００２０】
中心点４１ａ、４１ｂの座標は（x41a、y41a）、（x41b、y41b）であって、後の処理のためこれらの座標を座標記録部１１ｇに記録していてもよい。
【００２１】
小領域の形状は、図４のような立法体でもよく、図５のような球体でもよい。図５では、二値画像３−２、３−４に含まれる抽出領域Ａ上の点５１ａ（x51a、y51a）、点５１ｂ（x51b、y51b）を中心に、球状の小領域Ｂ５ａ、Ｂ５ｂを設定する。
【００２２】
ステップＳ２では、座標算出部１１ｄが、小領域Ｂａ、Ｂｂ内に含まれる抽出領域Ａの点の平均座標（xav, yav）を求める（S２）。
【００２３】
図４では、小領域Ｂ４ａ、Ｂ４ｂの平均座標（xav1,yav1)、（xav2,yav2)に対応する点を４２ａ、４２ｂで示す。同様に、図５で、小領域Ｂ５ａ、Ｂ５ｂの平均座標を（xav3,yav3) （xav4,yav4)とし、これに対応する点を５２ａ、５２ｂで示す。
【００２４】
ステップＳ３では、距離算出部１１ｅが、小領域Ｂの中心座標（ｘ、ｙ）とステップＳ２で求めた小領域に含まれる抽出領域Ａの平均座標（xav,yav）との距離ｌを求める。そして、芯線座標判断部１１ｆが、求めた距離ｌと、予め設定しておいた定数δと比較して、中心点（ｘ、ｙ）（例えば４１ｂ）と平均座標の点（xav,yav）(例えば４２ｂ)間の距離ｌがδよりも小さいか否かを判定する（S３）。
【００２５】
なお、記述のしかたを変えただけの中心点（ｘ、ｙ）と平均座標の点（xav,yav）間の距離ｌ＜＝ δ´ の比較も本発明に含まれる。
【００２６】
yesならステップＳ４に進み（例えば点４1ａや５１ａの場合）、noならステップＳ５へ進む（例えば点４1ｂや５１ｂの場合）。
【００２７】
ステップＳ４では、芯線座標判断部１１ｆが、平均座標(xav,yav)を芯線の座標として座標記録部１１ｇに記録する（S４）。
【００２８】
ステップＳ５では、芯線座標判断部１１ｆが、抽出領域Ａ上の全ての点（ｘ、ｙ）について、ステップＳ１〜ステップＳ４を行ったか否かを判断し、yesならステップＳ６へ、noならステップＳ１へ進む。
【００２９】
ステップＳ６では、芯線生成部１１ｈが、座標記録部１１ｇから芯線の座標を読み出し、芯線を生成する（Ｓ６）。
【００３０】
ステップＳ７では、画像生成部１１ｉが、ステップＳ６で求めた芯線に基づく画像を生成し、表示制御部１１ｊがモニタ１５上に表示する（Ｓ７）。
【００３１】
図６乃至図８には、上記のようにして抽出した芯線の応用例を示す。図６は、芯線６０上に視点６１を設定し、その視点６１から仮想光線を管腔臓器の内壁に照射し、投影面６２に中心投影法を用いて投影した場合の仮想内視法による内腔表示例である。
【００３２】
図７は、ＣＰＲの作成、表示例を示す図である。図７（ａ）は、芯線６０を示す。図７（ｂ）は、芯線６０を中心にして抽出領域Ａからなる管腔臓器を切り開く処理を模式的に示す。図７（ｃ）は、図７（ｂ）の処理を芯線６０を含む曲面に沿って行った場合のＣＰＲ像を示す。図７（ｄ）は芯線６０を含む曲面で断層像（管腔臓器）を切断し、さらに陰影づけをして三次元表示した場合である。
【００３３】
図８には肝臓８０の切断領域８５を決定する例を示す。モニタ１５に表示された肝臓８０の血管上で、マウス１６により点８１をクリックして指定すると、末梢側（８２側）の血管が支配する領域８５を決定することができる。
【００３４】
表示制御部１１ｊは、これらの画像をモニタ１５に表示する。
【００３５】
図９は、上記実施の形態において芯線の太さの設定を行うためのＧＵＩ例を示す。
【００３６】
画面９０は、芯線の太さの指定手段であるバー９１と、このバー９１で指定された太さを表示する太さ表示ウィンドウ９２とが表示される。バー９１のポインタ９１ａを左に動かすと、上記ステップＳ３で用いた定数δが小さくなり、右に動かすと大きくなる。この定数δを比較的小さい値（δ＝０，１，２等）にすると芯線は細くなり、比較的大きな値（δ＝３，４や更に大きな値）にすると、芯線は太くなる。これに連動して太さ表示ウィンドウ９２に表示された芯線９３の太さも変わる。
【００３７】
図１０は、従来技術と上記実施形態による芯線抽出の結果を示す例である。図１０のうち「旧」とあるのは従来技術による芯線抽出結果、「新」とあるのは、本実施形態による芯線抽出結果である。図１０にグレーの抽出領域Ａの中に走行している白い線が芯線１００、１０１である。○印をつけた領域の芯線を比較すると明らかなように、従来技術による芯線１００は白く表示された芯線１００に一部不連続点があるが、本実施の形態による芯線１０１では、不連続点がなく、抹消部位に至るまで芯線１０１が連続的に表示されている。
【００３８】
このように、上記実施形態によれば、連続する断層像に撮影された抽出領域の座標を考慮した上で芯線の座標を求めるため、従来技術に比べて芯線に不連続点が生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】医用画像表示システム１の構成を示すハードウェア構成図
【図２】プログラムブロック図
【図３】本実施形態の処理の流れを示すフローチャート
【図４】平均座標を求めるための小領域設定（立方体）の説明
【図５】平均座標を求めるための小領域設定（球）の説明
【図６】芯線上に視点を設定した場合の仮想内視法による内腔表示例
【図７】芯線を含む曲面で断層像を切断し、さらに陰影づけをして三次元表示した場合
【図８】肝臓中、特定血管の支配する部分領域を決定する例
【図９】芯線の太さを設定するＧＵＩ例
【図１０】従来技術と本発明との芯線抽出結果の比較
【図１１】断層像中の血管領域Ａと血管の芯線１１２の説明図
【符号の説明】
【００４０】
１：医用画像表示システム、２：医用画像撮影装置、３：ＬＡＮ、４：画像ＤＢ、５：端末装置、１０：画像表示装置、１１：ＣＰＵ、１２：主メモリ、１３：磁気ディスク、１４：表示メモリ、１５：モニタ、１６：マウス、１６ａ：コントローラ、１７：キーボード、１８：通信Ｉ／Ｆ，１９：バス

【特許請求の範囲】
【請求項１】
管腔臓器が撮影された複数の断層像に基づいて、前記管腔臓器の芯線を求め、その芯線を用いた画像を表示する画像表示装置であって、
前記複数の断層像を入力する入力手段と、
前記各断層像について前記管腔臓器が撮影された管腔臓器領域を二値化抽出し、複数の二値画像を生成する二値化手段と、
前記二値画像に含まれる前記管腔臓器領域の一点を中心とする三次元の小領域であって、前記一点を含む二値画像に連続する他の二値画像の管腔臓器領域も更に包含する三次元の小領域を設定する小領域設定手段と、
前記小領域に含まれる前記管腔臓器領域の平均座標と前記小領域の中心となる一点に対応する中心座標とを求める座標算出手段と、
前記求められた平均座標と前記小領域の中心座標との距離を求める距離算出手段と、
前記求められた距離と、前記平均座標を前記芯線の座標として用いるか否かを判断するための所定の距離と、を比較し、前記求められた距離が前記所定の距離より小さい場合は、前記平均座標を前記芯線の座標とすると判断する芯線座標判断手段と、
前記芯線の座標に基づいて芯線を生成する芯線生成手段と、
前記芯線を用いた画像を生成する画像生成手段と、
前記芯線を用いた画像を表示する表示手段と、
を備えることを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
前記画像生成手段は、前記生成された芯線に仮想内視鏡の視点を設定し、その視点から前記管腔臓器の内部に仮想光線を照射し投影面上に投影した仮想内視鏡画像を生成し、
前記表示手段は、前記仮想内視鏡画像を表示する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
前記画像生成手段は、前記生成された芯線に基づいて前記管腔臓器の走行方向に沿った曲面任意多断面再構成像を生成し、
前記表示手段は、前記曲面任意多断面再構成像を表示する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項４】
前記管腔臓器は、被検体の肝臓内を走行する血管であって、
前記肝臓内の任意の血管内の点を指定する指定手段を更に備え、
前記画像生成手段は、前記指定された点よりも抹消方向を走行する血管から血液が供給される血管支配領域を示す画像を生成し、
前記表示手段は、前記血管支配領域を示す画像を表示する、
ことを特徴とする請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項５】
前記所定の距離を設定するための距離設定手段を更に備え、
前記芯線生成手段は、前記設定された距離が小さいほど細い芯線を生成し、前記設定された距離が大きいほど太い芯線を生成する、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の画像表示装置。

【図１】