(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を表示するための表示器と、
表示器に医用三次元画像を表示させる手段と、
表示された三次元画像の少なくとも３点が特定されることにより、その３点を通る基準平面を三次元画像に対して設定する手段と、
表示器に表示される画像を、基準平面に垂直な視点方向で見た三次元画像に切り換える第１の表示切換手段と、
基準平面に垂直な視点方向の三次元画像に切断線が設定されることに応答して、表示器に表示される画像を、切断線方向の視点方向で見た三次元画像に切り換え、その三次元画像と共に、基準平面を示す直線および切断線に基づく切断面を示す直線を表示する第２の表示切換手段と、
切断線方向の視点方向の三次元画像と共に表示される切断面を示す直線を、基準平面を示す直線に対して傾斜させる調整手段と、
傾斜された直線により特定される切断面の画像を表示する手段と、
を含むことを特徴とする医用画像処理装置。
【請求項２】
三次元画像において特定される少なくとも３点は、解剖学的な特徴点であるランドマークまたはマーカーで特定した点であることを特徴とする、請求項１記載の医用画像処理装置。
【請求項３】
前記調整手段は、さらに、切断面を示す直線を、基準平面を示す直線方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１または２記載の医用画像処理装置。
【請求項４】
医用三次元画像を表示させるステップと、
表示された三次元画像の少なくとも３点が特定されることにより、その３点を通る基準平面を三次元画像に対して設定するステップと、
表示される画像を、基準平面に垂直な視点で見た三次元画像に切り換えるステップと、
基準平面に垂直な視点方向の三次元画像に切断線が設定されることを受け付けるステップと、
表示される画像を、基準平面に平行で、かつ設定された切断線方向の視点方向で見た三次元画像に切り換え、その三次元画像とともに、基準平面を示す直線および切断線に基づく切断面を示す直線を表示するステップと、
切断線方向の視点方向の三次元画像と共に表示される切断面を示す直線を、基準平面を示す直線に対して傾斜させるステップと、
傾斜された直線により特定される切断面の画像を表示するステップと、
を含むことを特徴とする医用画像の処理方法。
【請求項５】
表示された三次元画像において特定される少なくとも３点は、解剖学的な特徴点であるランドマークまたは三次元画像に含まれるマーカで特定された点であることを特徴とする、請求項４記載の医用画像の処理方法。
【請求項６】
基準平面に垂直な視点方向で見た医用三次元画像を表示させる処理と、
表示された医用三次元画像に切断線を設定する処理と、
基準平面に平行で、設定された切断線方向に見た画像を、基準平面を示す直線および切断線に基づく切断面を示す直線と共に表示する処理と、
切断面を示す直線を基準平面を示す直線に対して修正することを受け付ける処理と、
修正された切断面を示す直線により特定される切断面で切断された切断面画像を表示する処理と、
を有することを特徴とする医用画像処理プログラム。
【請求項７】
表示させた医用三次元画像における少なくとも３点が特定されることにより、その３点を通る平面を表示された医用三次元画像の基準平面として設定する処理をさらに有することを特徴とする、請求項６記載の医用画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、医用画像処理装置および医用画像処理プログラムに関し、特に、ＣＴ、ＭＲＩ等で撮影された多段層画像から三次元画像を構築し、その三次元画像の任意の箇所の切断面画像を作成するための画像処理装置、方法および画像処理プログラムに関する。
従来技術
近年のコンピュータ技術の発達により、ＣＴ、ＭＲＩ等で撮影された多断層画像から三次元画像を構築する技術が公知である。また、構築された三次元画像の、任意の箇所の切断面画像を作成することも可能となっている。たとえば、オブリーク（oblique）と言われる機能を使って、三次元画像上で任意の向きの切断面を作成する医用画像処理システムが知られている。
従来の医用画像処理システムにおける切断面の作成機能では、
▲１▼三次元画像に対して任意の切断面を作成できる。
▲２▼任意に作成した切断面を基準平面にして、その基準平面に垂直な切断面を作成することができる。
という処理が可能である。
ところが、従来の医用画像処理システムにおいて作成される切断面は、
▲１▼解剖学的な特徴点（ランドマーク）に基づいて基準平面や切断面が作成されていないので、臨床上、表示画像と実体（患者）との相関関係が正確でなく、画像診断に十分に活用できない場合がある。
▲２▼切断面を基準平面にして、さらにその基準平面に垂直な切断面を作成できるが、基準平面に垂直でなく、所望の角度で交差する切断面は作成することができない。
等の欠点があった。
発明の開示
この発明は、かかる欠点を解消するためになされたもので、医用画像処理において、臨床上必要な切断面を表示することのできる画像処理装置、方法および画像処理プログラムを提供することを目的とする。
この発明は、また、解剖学的な特徴点（ランドマーク）に基づいて、正しく再現可能な切断面を表示することのできる医用画像処理装置、方法および医用画像処理プログラムを提供することを目的とする。
この発明は、さらに、臨床上の画像診断に有効に活用できる画像処理装置、方法および画像処理プログラムを提供することを目的とする。
請求項１記載の発明は、画像を表示するための表示器と、表示器に医用三次元画像を表示させる手段と、表示された三次元画像の少なくとも３点が特定されることにより、その３点を通る基準平面を三次元画像に対して設定する手段と、表示器に表示される画像を、基準平面に垂直な視点方向で見た三次元画像に切り換える第１の表示切換手段と、基準平面に垂直な視点方向の三次元画像に切断線が設定されることに応答して、表示器に表示される画像を、切断線方向の視点方向で見た三次元画像に切り換え、その三次元画像と共に、基準平面を示す直線および切断線に基づく切断面を示す直線を表示する第２の表示切換手段と、切断線方向の視点方向の三次元画像と共に表示される切断面を示す直線を、基準平面を示す直線に対して傾斜させる調整手段と、傾斜された直線により特定される切断面の画像を表示する手段と、を含むことを特徴とする医用画像処理装置である。
請求項２記載の発明は、三次元画像において特定される少なくとも３点は、解剖学的な特徴点であるランドマークまたはマーカーで特定した点であることを特徴とする、請求項１記載の医用画像処理装置である。
請求項３記載の発明は、前記調整手段は、さらに、切断面を示す直線を、基準平面を示す直線方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１または２記載の医用画像処理装置である。
請求項４記載の発明は、医用三次元画像を表示させるステップと、表示された三次元画像の少なくとも３点が特定されることにより、その３点を通る基準平面を三次元画像に対して設定するステップと、表示される画像を、基準平面に垂直な視点で見た三次元画像に切り換えるステップと、基準平面に垂直な視点方向の三次元画像に切断線が設定されることを受け付けるステップと、表示される画像を、基準平面に平行で、かつ設定された切断線方向の視点方向で見た三次元画像に切り換え、その三次元画像とともに、基準平面を示す直線および切断線に基づく切断面を示す直線を表示するステップと、切断線方向の視点方向の三次元画像と共に表示される切断面を示す直線を、基準平面を示す直線に対して傾斜させるステップと、傾斜された直線により特定される切断面の画像を表示するステップと、を含むことを特徴とする医用画像の処理方法である。
請求項５記載の発明は、表示された三次元画像において特定される少なくとも３点は、解剖学的な特徴点であるランドマークまたは三次元画像に含まれるマーカで特定された点であることを特徴とする、請求項４記載の医用画像の処理方法である。
請求項６記載の発明は、基準平面に垂直な視点方向で見た医用三次元画像を表示させる処理と、表示された医用三次元画像に切断線を設定する処理と、基準平面に平行で、設定された切断線方向に見た画像を、基準平面を示す直線および切断線に基づく切断面を示す直線と共に表示する処理と、切断面を示す直線を基準平面を示す直線に対して修正することを受け付ける処理と、修正された切断面を示す直線により特定される切断面で切断された切断面画像を表示する処理と、を有することを特徴とする医用画像処理プログラムである。
請求項７記載の発明は、表示させた医用三次元画像における少なくとも３点が特定されることにより、その３点を通る平面を表示された医用三次元画像の基準平面として設定する処理をさらに有することを特徴とする、請求項６記載の医用画像処理プログラムである。
この発明によれば、従来の目視上で、感覚的に行われていた切断面作成を、基準平面に基づいた、再現性の高い切断面の表示処理として実現することができる。また、基準平面に対して傾斜した切断面を設定できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、断面頭蓋骨部の上顎および上歯列の三次元画像の図解図である。
図２は、基準平面（咬合平面）の下方から見た、基準平面に垂直な視点方向の三次元画像の図解図である。
図３は、図２に示す画像を、切断線Ｃの方向に側方から見た三次元画像である。
図４は、この発明の一実施形態に係る医用画像処理装置の概略構成を示すブロック図である。
図５は、マイクロコンピュータにより実行される画像処理動作の内容を示すフローチャートである。
図６は、表示される三次元画像の表示切り換えを説明するための図である。
図７は、基準平面の設定処理の詳細を示すフローチャートである。
図８は、切断面の設定処理の詳細を示すフローチャートである。
図９は、切断面の傾斜，位置調整処理の詳細を示すフローチャートである。
図１０は、関心領域Ｘを囲う最小限度の抽出領域を特定するための処理内容を説明する図である。
発明の実施の形態
以下では、歯科を例にとり、図面を参照して、この発明の具体的な実施形態について説明をする。
たとえば、上顎の犬歯欠損部位に人工歯根を植立する場合、植立想定部位に、隣接歯の歯軸を参考にして、犬歯の歯軸を定め、その定めた歯軸に沿って人工歯根を植立する必要がある。
そのために、犬歯の歯軸に沿って植立予定方向に切断した顎骨断面画像を作成し、診断に用いる。もし、顎骨断面画像が犬歯の歯軸と異なる向きの画像であれば、それは植立想定部位と異なる顎骨内部を表示していることになる。よって、植立想定部位での顎骨内の状態や、植立に必要な人工歯根の長さ、大きさ、形態等を適正に診断し、決定することはできない。
そこでこの実施形態では、図１〜図３に示すような画像を表示器に表示し、臨床上、画像診断に活用可能な切断面を提供する。
図１は、顔面頭蓋骨部の上顎および上歯列の三次元画像を示す。この三次元画像は、ＣＴ、ＭＲＩ等で撮影した患者の頭部の多断層画像から構築されたものである。
上顎および上歯列の三次元画像に対し、咬合平面を特定する。
特定した咬合平面は、コンピュータによって基準平面Ｒと認識され、表示器には基準平面Ｒに直交方向から見た三次元画像が表示される。すなわち、図２に示すような基準平面Ｒ（咬合平面）の下方から見た、基準平面Ｒに垂直な視点方向の画像が表示される。
図２の画像において、歯科医師等（以下「ユーザ」という）により切断線が指定される。切断線は、たとえば、始点Ａおよび終点Ｂを入力することにより行える。設定した切断線は画像とともに表示される。
そして、切断線方向に、図２に示す画像を側方から見た三次元画像が表示される。これが図３Ａ，Ｂ，Ｃである。
図３Ａの三次元画像は、基準平面（咬合平面）方向に見た上顎および上歯列を示し、基準平面Ｒと基準平面Ｒに直交方向の切断面Ｃ（図２で指定した切断線に基づく切断面）とが一緒に表示されている。
図３Ａに示すように、通常、切断面Ｃは、基準平面Ｒに対して垂直方向になる。
この実施形態の特徴は、図３Ｂに示すように、切断面Ｃを基準平面Ｒに対して傾斜できることである。すなわち、基準平面Ｒと切断面Ｃとの交線を軸に切断面Ｃを図３Ｂに示すように傾斜できる。切断面Ｃを傾斜させることにより、犬歯歯軸の角度に切断面Ｃを合わせることができる。この処理は、切断面上方Ｃ１を右側にドラッグする等により行うことができる。
さらに、図３Ｃに示すように、切断面Ｃの位置を基準平面Ｒに沿って平行移動させることができる。この移動は、切断面Ｃと基準平面Ｃとの交線部分Ｅを左側にドラッグすること等により行うことができる。切断面Ｃの移動により、切断面Ｃの傾斜角度は変化しない。切断面Ｃの移動により、犬歯歯軸相当部位に切断面Ｃを合わせることができる。
そしてその結果得られる切断面Ｃが表示される。この切断面Ｃは、顎骨の犬歯欠損部位（人工歯根の植立想定部位）の断面である。
図４は、この発明の一実施形態に係る医用画像処理装置の概略構成を示すブロック図である。処理装置には、中枢であるマイクロコンピュータ１が備えられており、マイクロコンピュータ１には、メモリ２、操作部３、表示器４およびプリンタ５が接続されている。メモリ２は、ＲＡＭ，ＲＯＭ，ハードディスク等で構成することができる。メモリ２には、着脱自在なディスク状メモリ媒体６が装着できてもよい。操作部３はデータやコマンドを入力するためのもので、キーボードやタッチパネル式入力装置等で構成することができる。操作部３にはマウスが備えられていてもよい。
表示器４は、この発明の特徴となる画像データを表示するためのものである。プリンタ５は、表示器４に表示される画像データを必要に応じてプリントアウトするためのものである。
図５は、図４に示すマイクロコンピュータ１により実行される画像処理動作の内容を示すフローチャートである。
図５の流れに従って説明する。まず、マイクロコンピュータ１は三次元画像を構築する（ステップＳ１）。三次元画像は、メモリ２等に記憶されている多断層画像データに基づいて構築される。構築された三次元画像は、表示器４に表示される（ステップＳ２）。表示器４に表示された三次元画像は、必要に応じて視点方向を変えるように移動させたり、回転させたりできる。三次元画像を見ながら、操作部３を操作することにより、基準平面の設定が行われる（ステップＳ３）。基準平面が設定されると、図１に示すように、三次元画像とともに、設定された基準平面Ｒ（たとえば咬合平面）が表示される。
基準平面が設定されると、マイクロコンピュータ１は、表示器４に表示される画像を、基準平面に垂直な視点方向の三次元画像に切り換える（ステップＳ４）。この画像は、図２に示すような画像である。この基準平面に垂直な視点方向の三次元画像は、操作部３を操作することにより、基準平面に平行な切断面画像に移動させることができる（ステップＳ５→Ｓ６→Ｓ４）。
すなわち、図６に図解的に示すように、表示器４に表示される三次元画像を、物体の外側から見た三次元画像にしたり、物体の任意の深さの切断部画像にしたりを、切り換えることができる。
表示器４に表示される基準平面に垂直な視点方向の画像（三次元画像または切断面画像）に対して、切断線の設定処理が行われる（ステップＳ７）。この処理は、図２で説明した処理であり、詳しくは後述する。
切断線の設定処理が行われると、マイクロコンピュータ１は、表示器４に表示される画像を、切断線方向の視点方向での三次元画像に切り換える（ステップＳ８）。この画像は、図３Ａに示すような画像である。切断線方向の視点方向の三次元画像には、同時に、ステップＳ７で設定された切断線に基づく切断面（表示上は、直線で示される）が、基準平面（表示上は直線で表わされる）と共に表示される。
次に、操作部３を操作することにより、表示器４に表示された切断線方向の視点方向での三次元画像を見ながら、切断面の傾斜調整および切断面の位置調整が行われる（ステップＳ９）。
そしてこれらの調整が行われた後、表示器４にその切断面画像が表示される（ステップＳ１０）。
そして終了が指示されることにより（ステップＳ１１）、処理は終了する。
図７は、図５のステップＳ３で説明した基準平面の設定処理の詳細を示すフローチャートである。基準平面の設定処理では、まず、第１のランドマークが特定される（ステップＳ３１）。次いで第２のランドマークが特定される（ステップ３２）。さらに第３のランドマークが特定される（ステップＳ３３）。
これら３つのランドマークは、操作部３を操作することにより、表示器４に表示されている三次元画像における任意の解剖学的な基準点を指定することにより行われる。たとえば、図１に示す上顎および上歯列の三次元画像において、咬合平面を特定する場合、第１のランドマークを左第１大臼歯の頬側面中央、第２のランドマークを右第１大臼歯の頬側面中央、第３のランドマークを左中切歯の中央とすることができる。また、第３のランドマークを、右中切歯の中央としてもよし、あるいは、左右中切歯の左右間の中央としてもよい。
マイクロコンピュータ１では、３つのランドマークが特定されると（ステップＳ３１〜Ｓ３３）、特定された３つのランドマークを通る平面を演算し、それを基準平面として記憶する（ステップＳ３４）。
このように、３つのランドマーク、すなわち解剖学的な特徴点によって基準平面を特定することで、その３つのランドマークを通る基準平面を、再現性のある、臨床的に意味のある基準平面とすることができる。人骨には、種々のランドマークがあるので、骨を含む画像の場合はランドマークを利用するのが好ましいが、ランドマーク以外に、マーカーを用いることもできる。マーカーを予め患者に貼り付けてＣＴ等で多断層画像を得、それを三次元画像に構築すると、マーカーの表示も画像中に含まれる。このマーカーの表示位置を通る平面を基準平面とすることもできる。
図８は、図５のステップＳ７に示す切断線の設定処理の詳細を示すフローチャートである。切断線の設定処理では、まず、操作部３が操作されて、始点が特定される（ステップＳ７１）。すなわち、表示器４に表示されている図２の画像において、点Ａの位置がたとえばマウスで特定される。これにより、始点Ａの位置が記憶される（ステップＳ７２）。さらに、始点Ａとは異なる位置にマウスが移され、たとえばＢの位置がマウスでクリックされて終点Ｂの特定が行われる（ステップＳ７３）。そうすると終点Ｂの座標がマイクロコンピュータ１に記憶される（ステップＳ７４）。
そしてマイクロコンピュータ１では、始点Ａと終点Ｂとを結ぶ線分を通り、表示器４に表示している画面、すなわち図２の画面に垂直な面を切断面として計算し、それを記憶する（ステップＳ７５）。
そして始点Ａおよび終点Ｂを結ぶ線分を三次元画像に重ねて表示する（ステップＳ７６）。表示は、図２に示すようになされる。
この表示を見て、操作部３から決定である旨のコマンドが与えられる、たとえば決定キーが押されると（ステップＳ７７でＹ）、この処理はリターンする。
図９は、図５のステップＳ９で説明した切断面の傾斜，位置調整処理の詳細を示すフローチャートである。
切断面の傾斜，位置調整処理では、図５のステップＳ８で示すように、表示器４には図３Ａに示す画像が表示されている。すなわち、切断線Ｃ（図２参照）方向の視点方向で見た三次元画像と、その三次元画像に重ねて表示された基準平面Ｒ（表示は直線で現れる）および切断面Ｃ（表示は直線で現れる）が示されている。
表示器４に示されたこの内容を見て、操作部３が操作される。たとえば切断面ＣのＣ１部分がたとえばマウスで特定されてドラッグされる。すると、そのドラッグ量に応じて、切断面Ｃを示す直線は基準平面Ｒとの交点を中心にその傾斜角がドラッグ量だけ傾く（図３Ｂ参照）。つまり切断面Ｃを基準平面Ｒとの交線を軸に傾斜させることができる（ステップＳ９２）。
また、切断面Ｃと基準平面Ｒとの交線が特定されて、基準平面Ｒ方向にドラッグされることにより、ドラッグされた量だけ基準平面Ｃが平行移動される(ステップＳ９３，Ｓ９４)。
以上の処理により、切断面Ｃを、基準平面Ｒを基準にして所望の傾斜角度および位置に調整することができる。そして決定キー等が押されることにより、決定された切断面がマイクロコンピュータ１に記憶される（ステップＳ９５，Ｓ９６）。そして処理はリターンする。
上述の処理では、基準平面Ｒを基準にして、切断面Ｃの傾斜角度および位置を調整できるものを説明したが、切断面Ｃの傾斜角度および位置を調整後、基準平面Ｒを切断面Ｃに対して直交する面になるように、基準平面を回転移動させ、その基準平面を記憶するようにしてもよい。こうすると、基準平面が、ランドマークを得られない領域や方向のために設定ができない場合において、別の基準平面を基に切断面を特定し、その切断面に基づいて新たな基準平面を設定できる。こうすると、元の基準平面に基づいて、切断面が設定され、その切断面に基づいて新たな基準平面が設定されるから、各面相互の位置関係を、元の基準平面を基準にして一義的に把握することができる。よって、切断面画像の再現性が損なわれることなく、切断面の連続した断面画像を作成可能になる。
なお、上述の各処理においては、基準平面の設定に使用したランドマークの座標表示、切断面設定に必要な入力点座標や傾斜度、平行移動量等は、すべてマイクロコンピュータ１に記憶されているから、それらを数値化し、必要に応じて表示させることが可能である。かかる数値表示は、ユーザが基準となる面に対する切断面の位置関係を認識する手助けになり、操作性の向上した装置を提供できることになる。
以上の説明では、基準平面に垂直な視点方向の画像上で切断線Ｃを設定する（図５のステップＳ７参照）ものを取り上げた。しかし、この発明は、切断線Ｃを設定する場合に、切断線Ｃに厚み（幅）を追加し、その厚みのある切断線領域内の三次元画像（情報）を抽出するようにすることもできる。
具体的に説明すると、図１０Ａに示すような三次元画像において、まず、基準平面Ｒを設定する。
そして基準平面Ｒに垂直な視点方向の画像を表示させる。この画像は図１０Ｂに示すものとなる。そしてこの画像において、切断線Ａ−Ｂを設定するとともに、切断線Ａ−Ｂに直交方向の厚みＷ１−Ｗ２を特定する。
その後、切断線Ａ−Ｂ方向の視点方向で画像が表示される。この画像は図１０Ｃに示すものとなる。図１０ＣにおいてＲは基準平面、Ｃは切断面であり、Ｗ１，Ｗ２は、それぞれ、切断面Ｃを中心とする幅を表わしている。なお、切断面Ｃを示す直線Ｃの長さを、基準平面Ｒとの交点から一定の長さに特定できるようにしてもよい。こうすることで、後述する抽出領域を所望の範囲内により具体的に特定することが可能である。
そしてこの表示画面上で、図１０Ｄに示すように、基準平面Ｒに対して切断面Ｃの傾斜を調整し、必要があれば切断面Ｃを基準平面Ｒに沿って平行移動させる。これにより、切断面Ｃの幅を表わす線Ｗ１，Ｗ２も自動的に変化する。
そして切断面Ｃを中心に幅Ｗ１−Ｗ２で特定される断面領域を、図１０Ｅに示すように抽出するようにできる。
これにより、関心領域Ｘを囲う最小限度の抽出領域を特定することができ、関心領域Ｘを三次元画像情報として取り出すことができる。
上述の実施形態では、顎骨の犬歯欠損部位への人工歯根の植立を例にとって説明したが、たとえば上歯列に配列されたすべての歯の歯軸に沿った切断面画像を、咬合平面を基準とする切断面画像として表示する際にも利用できる。この場合において、上歯列を構成するそれぞれの歯は、咬合平面に対する傾斜角度が歯毎に異なっている。そこで、この歯の傾斜角度を予め設定しておき、自動的に各歯の歯軸に沿った断面画像が表示されるようにすることもできる。すなわち、連続した広範囲な切断面を同一基準面上で作成する際に、複数の領域でそれぞの傾斜条件を設定し、その領域毎に設定された傾斜度で連続して切断面を作成することが可能である。かかる機能は、予め平均的な傾斜角度を設定しておくことで、自動的に行える。
なお、この発明は、歯科の分野における画像処理装置およびその処理プログラムに限定されるものではない。たとえば胃等の人体構成要素を三次元画像で表示し、その任意の切断面等を基準平面を基準にした切断面として画像表示させたい場合にも利用できる。このように、この発明は、種々の医用分野における画像処理装置およびその処理プログラムとして活用することが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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