(57)【要約】  本発明は、イメージングコアの回転速度の変動に起因する３次元画像の画質劣化を抑制する技術を提供する。このため、イメージングコアを移動及び回転させ、当該イメージングコアからのデータを得ると、各移動位置における断面画像を生成する。そして、各断面画像におけるガイドワイヤの存在する方向を検出する。検出したガイドワイヤの方向と、予め設定した方向との角度差を求め、それぞれの断面画像を角度差に従って回転させる。そして、この回転処理後の断面画像を連結し、３次元画像を生成する。
2014136137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤルーメンとを有するプローブと前記ガイドワイヤルーメン内を通るガイドワイヤを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させることで、前記生体組織の３次元画像を再構成する画像診断装置であって、
前記イメージングコアの前記シース内での移動と回転によって、当該イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成手段と、
前記断面画像のそれぞれについて、前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を回転する処理を、各断面画像について実行する回転手段と、
該回転手段による回転後の各断面画像から前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
を有することを特徴とする画像診断装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記イメージングコアの回転動作で得られたデータを参照し、反射信号強度を示す値に基づいて前記ガイドワイヤが存在する方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像診断装置。
【請求項３】
前記３次元画像における前記ガイドワイヤを表わす線分で切り開いた２次元画像を生成する２次元画像生成手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像診断装置。
【請求項４】
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤルーメンとを有するプローブと前記ガイドワイヤルーメン内を通るガイドワイヤを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させることで、前記生体組織の３次元画像を再構成する画像診断装置の制御方法であって、
前記イメージングコアの前記シース内での移動と回転によって、当該イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成工程と、
前記断面画像のそれぞれについて、前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出工程と、
該検出工程で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を回転する処理を、各断面画像について実行する回転工程と、
該回転工程による回転後の各断面画像から前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成工程と、
を有することを特徴とする画像診断装置の制御方法。
【請求項５】
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤルーメンとを有するプローブと前記ガイドワイヤルーメン内を通るガイドワイヤを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させる画像診断装置より得られた前記イメージングコアからのデータに基づき、３次元画像を生成する情報処理装置であって、
前記イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成手段と、
前記断面画像のそれぞれについて、前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を回転する処理を、各断面画像について実行する回転手段と、
該回転手段による回転後の各断面画像から前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項６】
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤとを有するプローブを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させる画像診断装置より得られた前記イメージングコアからのデータに基づき、３次元画像を生成する情報処理装置の制御方法であって、
前記イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成工程と、
前記断面画像のそれぞれについて、前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出工程と、
該検出工程で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を回転する処理を、各断面画像について実行する回転工程と、
該回転工程による回転後の各断面画像から前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成工程と、
を有することを特徴とする情報処理装置の制御方法。
【請求項７】
コンピュータに読み込ませ実行させることで、前記コンピュータに請求項６に記載の方法の各工程を実行させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波或いは光による生体組織の断層画像生成する画像診断装置及び情報処理装置及びそれらの制御方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
バルーンカテーテル、ステント等の高機能カテーテルによる血管内治療が行われている。この手術前の診断、或いは、手術後の経過確認のため、光干渉断層診断装置（ＯＣＴ:Optical Coherence Tomography）や血管内超音波診断装置（ＩＶＵＳ：IntraVascular Ultra Sound）等の画像診断装置が用いられるのが一般的になってきた。【０００３】
光干渉断層診断装置は、光学レンズと光学ミラーを有するイメージングコアを先端に取り付けた光ファイバを内蔵し、少なくとも先端部が透明なシースを有する。そして、そのシースを患者の血管内に挿入し、イメージングコアを回転させながら、光学ミラーを介して血管壁に光を照射し、血管からの反射光を再度、その光学ミラーを介して受光することでラジアル走査を行い、得られた反射光を元に血管の断面画像を構成するものである。そして、この光ファイバを回転させながら、所定速度で引っ張る操作（一般にプルバックと呼ばれる）を行うことで、血管の長手方向の内壁の３次元画像を形成する（特許文献１）。また、ＯＣＴの改良型として、波長掃引を利用した光干渉断層診断装置（ＳＳ−ＯＣＴ:Swept-source Optical coherence Tomography）も開発されている。【０００４】
血管内超音波診断装置は、照射する対象が超音波となる。すなわち、生体組織に向けて超音波を出射し、生体組織の各境界面からの反射波を検出することで出射方向の生体組織の情報を得る。この超音波の出射と検出を行うイメージングコアを回転させることで、超音波断面画像を構成する。そして、プルバックを行って３次元画像を形成する。更に、超音波、光の両方を用いて、断面画像、３次元画像を生成する技術も知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６７８６７号公報
【特許文献２】特開平１１−５６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の如く、光干渉断層診断装置、血管内超音波診断装置のいずれの場合であっても、生体組織に向けて光や超音波を出射するイメージングコア部分は回転する構造を有する。そして、プルバックを行うことで血管内壁の３次元画像を再構成する。【０００７】
本発明者は、上記の断層診断装置におけるＮＵＲＤ（non-uniform rotation distorsion）という問題に着目した。このＮＵＲＤについて、光干渉断層診断装置を例にして以下に簡単に説明する。【０００８】
診断の際には、光学レンズ及び光学ミラーを有するイメージングコアを先端に備えた光ファイバを有し、且つ、先端部が透明部材で構成されるシースを、診断対象となる患部の血管まで導入する。そして、光ファイバを後端（根元）で回転させることで、そのイメージングコアにおける光学ミラーを回転させることになる。血管は至る所で湾曲しているので、必然、光ファイバはシースの内壁と幾つもの箇所で接触する。この接触は、回転に対する摩擦抵抗の要因となる。つまり、光ファイバの後端では一定速度で回転させても、上記の摩擦抵抗の影響で、イメージングコアの回転速度は変動する。血管内壁の３次元画像は、複数の血管断面画像を、血管の長手方向に連続的に接続したものである。従って、プルバック中に、許容以上の回転のふらつきが発生すると、血管断面画像それぞれの向きに差が発生し、得られる３次元画像は、血管の長手方向に対して滑らかな像とはならない。これがＮＵＲＤである。【０００９】
本明細書では、イメージングコアの回転速度の変動に起因する３次元画像の画質劣化を抑制する技術を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本明細書では以下のような構成を有する画像診断装置を開示する。すなわち、
生体組織に向けて光又は超音波を出射し、その反射光又は反射超音波を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤとを有するプローブを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させることで、前記生体組織の３次元画像を再構成する画像診断装置であって、
前記イメージングコアの前記シース内での移動と回転によって、当該イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成手段と、
前記断面画像のそれぞれについて、前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を回転する処理を、各断面画像について実行する回転手段と、
該回転手段による回転後の各断面画像から前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書によれば、イメージングコアの回転速度の変動に起因する３次元画像の画質劣化を抑制することが可能になる。【００１２】
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
【図１】本発明の一実施形態にかかる画像診断装置の外観構成を示す図である。
【図２】プローブ部の全体構成及び先端部の断面構成を示す図である。
【図３】画像診断装置の機能構成を示す図である。
【図４】断面画像の再構成処理を説明するための図である。
【図５Ａ】回転速度の変動による断面画像が不連続になる例を示す図である。
【図５Ｂ】回転速度の変動に起因する血管内腔面を表わす３次元画像の外部に視点を置いた際の像を示す図である。
【図６】実施形態における回転処理を説明するための図である。
【図７】実施形態における血管内壁の展開表示を説明するための図である。
【図８】実施形態における３次元画像構築のための断面画像の回転補正に係る処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下添付図面に従って本発明に係る実施形態を詳細に説明する。なお、実施形態では、画像診断装置としてＯＣＴ機能を有する装置を例に説明するが、ＩＶＵＳにも適用できるし、ＩＶＵＳとＯＣＴの両方を有する装置にも適用できる点は以下の説明から明らかになるであろう。
【００１５】
１．画像診断装置の外観構成
図１は本発明の一実施形態にかかる画像診断装置１００の外観構成を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、画像診断装置１００は、プローブ部１０１と、スキャナ及びプルバック部１０２と、操作制御装置１０３とを備え、スキャナ及びプルバック部１０２と操作制御装置１０３とは、信号線１０４により各種信号が伝送可能に接続されている。
【００１７】
プローブ部１０１は、直接血管内に挿入され、伝送された光（測定光）を連続的に血管内に送信するとともに、血管内からの反射光を連続的に受信する光送受信部と、を備えるイメージングコアが内挿されている。画像診断装置１００では、該イメージングコアを用いることで血管内部の状態を測定する。
【００１８】
スキャナ及びプルバック部１０２は、プローブ部１０１が着脱可能に取り付けられ、内蔵されたモータを駆動させることでプローブ部１０１に内挿されたイメージングコアの血管内の軸方向の動作及び回転方向の動作を規定している。
【００１９】
操作制御装置１０３は、測定を行うにあたり、各種設定値を入力するための機能や、測定により得られたデータを処理し、血管内の断面画像（横方向断面画像及び縦方向断面画像）を表示するための機能を備える。
【００２０】
操作制御装置１０３において、１１１は本体制御部であり測定により得られた反射光と光源からの光を分離することで得られた参照光とを干渉させることで干渉光データを生成するとともに、該干渉光データに基づいて生成されたラインデータを処理することで、光断面画像を生成する。
【００２１】
１１１−１はプリンタ及びＤＶＤレコーダであり、本体制御部１１１における処理結果を印刷したり、データとして記憶したりする。１１２は操作パネルであり、ユーザは該操作パネル１１２を介して、各種設定値及び指示の入力を行う。１１３は表示装置としてのＬＣＤモニタであり、本体制御部１１１において生成された断面画像を表示する。１１４は、ポインティングデバイス（座標入力装置）としてのマウスである。
【００２２】
２．プローブ部の全体構成及び先端部の断面構成
次に、プローブ部１０１の全体構成及び先端部の断面構成について図２を用いて説明する。図２に示すように、プローブ部１０１は、血管内に挿入される長尺のカテーテルシース２０１と、ユーザが操作するために血管内に挿入されることなく、ユーザの手元側に配置されるコネクタ部２０２とにより構成される。カテーテルシース２０１の先端には、診断対象の血管位置まで、プローブ部１０１を案内するためのガイドワイヤ２５０を固定するガイドワイヤルーメン用チューブ２０３が設けられている。カテーテルシース２０１は、ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３との接続部分からコネクタ部２０２との接続部分にかけて連続する管腔を形成している。
【００２３】
カテーテルシース２０１の管腔内部には、光を送受信する光送受信部が配置された送受信部２２１と、光ファイバケーブルを内部に備え、それを回転させるための回転駆動力を伝達するコイル状の駆動シャフト２２２とを備えるイメージングコア２２０が、カテーテルシース２０１のほぼ全長にわたって挿通されている。
【００２４】
コネクタ部２０２は、カテーテルシース２０１の基端に一体化して構成されたシースコネクタ２０２ａと、駆動シャフト２２２の基端に駆動シャフト２２２を回動可能に固定して構成された駆動シャフトコネクタ２０２ｂとを備える。
【００２５】
シースコネクタ２０２ａとカテーテルシース２０１との境界部には、耐キンクプロテクタ２１１が設けられている。これにより所定の剛性が保たれ、急激な物性の変化による折れ曲がり（キンク）を防止することができる。
【００２６】
駆動シャフトコネクタ２０２ｂの基端は、スキャナ及びプルバック部１０２に着脱可能に取り付けられる。
【００２７】
ハウジング２２３は、短い円筒状の金属パイプの一部に切り欠き部を有した形状をしており、金属塊からの削りだしやＭＩＭ（金属粉末射出成形）等により成形される。また、先端側には短いコイル状の弾性部材２３１が設けられている。
【００２８】
弾性部材２３１はステンレス鋼線材をコイル状に形成したものであり、弾性部材２３１が先端側に配されることで、イメージングコア２２０を前後移動させる際にカテーテルシース２０１内での引っかかりを防止する。
【００２９】
２３２は補強コイルであり、カテーテルシース２０１の先端部分の急激な折れ曲がりを防止する目的で設けられている。
【００３０】
ガイドワイヤルーメン用チューブ２０３は、ガイドワイヤ２５０が挿入可能なガイドワイヤ用ルーメンを有する。ガイドワイヤ２５０は、カテーテルシース２０１ｂの先端を患部まで導くのに使用される。
【００３１】
３．画像診断装置の機能構成
次に、画像診断装置１００の機能構成について説明する。図３は、ＯＣＴ（ここでは、一例として波長掃引型ＯＣＴ）機能を有する画像診断装置１００の機能構成を示す図である。以下、同図を用いて波長掃引型ＯＣＴの機能構成について説明する。
【００３２】
図中、４０８は波長掃引光源(Ｓｗｅｐｔ  Ｌａｓｅｒ)であり、ＳＯＡ４１５（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）とリング状に結合された光ファイバ４１６とポリゴンスキャニングフィルタ（４０８ｂ）よりなる、Ｅｘｔｅｎｄｅｄ−ｃａｖｉｔｙ  Ｌａｓｅｒの一種である。
【００３３】
ＳＯＡ４１５から出力された光は、光ファイバ４１６を進み、ポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂに入り、ここで波長選択された光は、ＳＯＡ４１５で増幅され、最終的にｃｏｕｐｌｅｒ４１４から出力される。
【００３４】
ポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂでは、光を分光する回折格子４１２とポリゴンミラー４０９との組み合わせで波長を選択する。具体的には、回折格子４１２により分光された光を２枚のレンズ（４１０、４１１）によりポリゴンミラー４０９の表面に集光させる。これによりポリゴンミラー４０９と直交する波長の光のみが同一の光路を戻り、ポリゴンスキャニングフィルタ４０８ｂから出力されることとなる。つまり、ポリゴンミラー４０９を回転させることで、波長の時間掃引を行うことができる。
【００３５】
ポリゴンミラー４０９は、例えば、３２面体のミラーが使用され、回転数が５００００ｒｐｍ程度である。ポリゴンミラー４０９と回折格子４１２とを組み合わせた波長掃引方式により、高速、高出力の波長掃引が可能である。
【００３６】
Ｃｏｕｐｌｅｒ４１４から出力された波長掃引光源４０８の光は、第１のシングルモードファイバ４４０の一端に入射され、先端側に伝送される。第１のシングルモードファイバ４４０は、途中の光カップラ部４４１において第２のシングルモードファイバ４４５及び第３のシングルモードファイバ４４４と光学的に結合されている。
【００３７】
第１のシングルモードファイバ４４０の光カップラ部４４１より先端側には、非回転部（固定部）と回転部（回転駆動部）との間を結合し、光を伝送する光ロータリジョイント（光カップリング部）４０３が回転駆動装置４０４内に設けられている。
【００３８】
更に、光ロータリジョイント（光カップリング部）４０３内の第４のシングルモードファイバ４４２の先端側には、プローブ部１０１の第５のシングルモードファイバ４４３がアダプタ４０２を介して着脱自在に接続されている。これによりイメージングコア２２０内に挿通され回転駆動可能な第５のシングルモードファイバ４４３に、波長掃引光源４０８からの光が伝送される。
【００３９】
伝送された光は、イメージングコア２２０の光送受信部２２１から血管内の生体組織に対して回転動作及び軸方向動作しながら照射される。そして、生体組織の表面あるいは内部で散乱した反射光の一部がイメージングコア２２０の光送受信部２２１により取り込まれ、逆の光路を経て第１のシングルモードファイバ４４０側に戻る。さらに、光カップラ部４４１によりその一部が第２のシングルモードファイバ４４５側に移り、第２のシングルモードファイバ４４５の一端から出射された後、光検出器（例えばフォトダイオード４２４）にて受光される。
【００４０】
なお、光ロータリジョイント４０３の回転駆動部側は回転駆動装置４０４のラジアル走査モータ４０５により回転駆動される。
【００４１】
一方、第３のシングルモードファイバ４４４の光カップラ部４４１と反対側の先端には、参照光の光路長を微調整する光路長の可変機構４３２が設けられている。
【００４２】
この光路長の可変機構４３２はプローブ部１０１を交換して使用した場合の個々のプローブ部１０１の長さのばらつきを吸収できるよう、その長さのばらつきに相当する光路長を変化させる光路長変化手段を備えている。
【００４３】
第３のシングルモードファイバ４４４およびコリメートレンズ４１８は、その光軸方向に矢印４２３で示すように移動自在な１軸ステージ４２２上に設けられており、光路長変化手段を形成している。
【００４４】
具体的には、１軸ステージ４２２はプローブ部１０１を交換した場合に、プローブ部１０１の光路長のばらつきを吸収できるだけの光路長の可変範囲を有する光路長変化手段として機能する。さらに、１軸ステージ４２２はオフセットを調整する調整手段としての機能も備えている。例えば、プローブ部１０１の先端が生体組織の表面に密着していない場合でも、１軸ステージにより光路長を微小変化させることにより、生体組織の表面位置からの反射光と干渉させる状態に設定することが可能である。
【００４５】
１軸ステージ４２２で光路長が微調整され、グレーティング４１９、レンズ４２０を介してミラー４２１にて反射された光は第３のシングルモードファイバ４４４の途中に設けられた光カップラ部４４１で第１のシングルモードファイバ４４０側から得られた光と混合されて、フォトダイオード４２４にて受光される。
【００４６】
このようにしてフォトダイオード４２４にて受光された干渉光は光電変換され、アンプ４２５により増幅された後、復調器４２６に入力される。この復調器４２６では干渉した光の信号部分のみを抽出する復調処理を行い、その出力は干渉光信号としてＡ／Ｄ変換器４２７に入力される。
【００４７】
Ａ／Ｄ変換器４２７では、干渉光信号を例えば９０ＭＨｚで２０４８ポイント分サンプリングして、１ラインのデジタルデータ（干渉光データ）を生成する。なお、サンプリング周波数を９０ＭＨｚとしたのは、波長掃引の繰り返し周波数を４０ｋＨｚにした場合に、波長掃引の周期（２５μｓｅｃ）の９０％程度を２０４８点のデジタルデータとして抽出することを前提としたものであり、特にこれに限定されるものではない。
【００４８】
Ａ／Ｄ変換器４２７にて生成されたライン単位の干渉光データは、信号処理部４２８に入力される。信号処理部４２８では干渉光データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）により周波数分解して深さ方向のデータ（ラインデータ）を生成し、これを座標変換することにより、血管内の各位置での光断面画像を構築し、所定のフレームレートでＬＣＤモニタ１１３に出力する（詳細後述）。
【００４９】
信号処理部４２８は、更に光路長調整手段制御装置４３０と接続されている。信号処理部４２８は光路長調整手段制御装置４３０を介して１軸ステージ４２２の位置の制御を行う。
【００５０】
なお、信号処理部４２８におけるこれらの処理も、所定のプログラムがコンピュータによって実行されることで実現されるものとする。
【００５１】
４．断面画像の回転処理
上記構成において、ユーザが操作制御装置１０３を操作して、スキャン開始の指示を入力すると、信号処理部４２８は、スキャナ及びプルバック部１０２を制御し、イメージングコア２２０の回転、並びに、イメージコア２２０を所定速度で引っ張って、血管の長手方向への移動を行なわせる。この結果、先に説明したように、Ａ／Ｄ変換器４２７はデジタルの干渉光データを出力してくるので、信号処理部４２８はイメージングコア２２０の移動方向に沿った各位置の光断面画像を、信号処理部４２８が有するメモリ４２８ａに構築していく。
【００５２】
ここで、１枚の光断面画像の生成に係る処理を図４を用いて説明する。図４はイメージングコア２２０が位置する血管４０１の断面画像の再構成処理を説明するための図である。イメージングコア２２０の１回転（３６０度）する間に、複数回の測定光の送信、受信を行う。１回の光の送受信により、その光を照射した方向の１ラインのデータを得ることができる。従って、１回転の間に、例えば５１２回の光の送受信を行うことで、回転中心４０２から放射線状に延びる５１２個のラインデータを得ることができる。この５１２個のラインデータは、回転中心位置の近傍では密で、回転中心位置から離れるにつれて互いに疎になっていく。そこで、この各ラインの空いた空間における画素については、周知の補間処理を行なって生成していき、人間が視覚できる２次元の断面画像を生成することになる。なお、断面画像の中心位置は、イメージングコア２２０の回転中心位置と一致するが、血管断面の中心位置ではない点に注意されたい。
【００５３】
光の送受信の際には、カテーテルシース２０１自身からの反射もあるので、図示の如く、断面画像にはカテーテルシース２０１の影４０３が形成される。また、図示の符号４０４は、ガイドワイヤ２５０の影である。実際には、ガイドワイヤ２５０は金属製であり、光を透過しないので、回転中心位置から見てガイドワイヤ２５０の裏側部分の画像を得ることができない。図示はあくまで概念図であると認識されたい。
【００５４】
さて、ユーザが操作制御装置１０３を操作して、スキャン開始の指示を入力すると、信号処理部４２８は、スキャナ及びプルバック部１０２を制御し、イメージングコア２２０の回転並びに、イメージングコア２２０を所定速度で引っ張って、血管の長手方向への移動を行なわせる（プルバック処理）。この結果、信号処理部４２８は、自身のメモリ４２８ａに、イメージングコア２２０の引っ張り方向に沿った複数の断面画像を構築していく。
【００５５】
図５Ａの符号５００は、プルバック処理にて、メモリ４２８ａに構築された複数の断面画像の例を示している。ここで、プルバック処理中のイメージングコア２２０が理想とする一定速度、もしくは許容範囲内の速度で回転している場合には、これらの画像を順に連結するだけで血管内壁の３次元画像を構成することができる。しかし、プルバック中にイメージングコア２２０の回転速度に一定とはならず、許容範囲を超える変動が発生した場合、隣接する断面画像における向き（回転角）に違いが発生する。その結果、血管の長手方向に隣接する２枚の画像５０２、５０３が互いに捩じれた関係になってしまう。この結果、同図の実線と破線で示す如く、その中心位置が共通であっても、画像５０２、５０３それぞれの血管内壁は不連続になってしまう。イメージングコア２２０の回転速度の変動が、プルバック期間中に発生しつづけた場合の、各断面画像を連結した際に形成される血管内腔面を、外部から見た場合には、図５Ｂに示すように不自然な画像になってしまう。当然、図５Ｂの線分５５０で切り開いた２次元画像を生成する場合でも、各断面画像の回転方向のずれがあるので、その画像も滑らかな画像とはならない。
【００５６】
本実施形態では、上記の３次元画像を構成する際に、各断面画像の回転角を補正して、滑らかに連続する３次元画像を生成する。
【００５７】
ここでの問題は、イメージングコア２２０の回転速度の変動を正確に知ることができないし、それ故、現実の血管の状態に一致させるために、各断面画像の補正のための正確な回転角を求めることはできないという点である。
【００５８】
本願発明者は、各断面画像にはガイドワイヤ２５０が横切る部分（図４の符号４０４）が必ず存在する点に着目した。ガイドワイヤ２５０は、物理的な一本のワイヤである。従って、隣接する２つの断面画像におけるガイドワイヤ２５０の存在方向（図４で言えば、何番目のラインの方向にあるか）は互いに同じになると見なしてよい。また、ガイドワイヤ２５０は生体組織よりも光の反射率が十分に高いので、５１２ラインの中で最も高い反射光を得た方向にガイドワイヤが存在するものと判定すれば良いであろう。つまり、最も反射率の高いラインがｊライン目であった場合、その角度θは次式で与えられる。
θ＝３６０×（ｊ／総ライン数）
（ここで、実施形態における総ライン数は５１２である）
【００５９】
または、ガイドワイヤの後方は光が透過しないため、高輝度層を有する表面から光照射方向後方は低輝度層が広がる。この高輝度層の直後に輝度均一な非常に低い低輝度層が存在することを検出し、角度θを求めても良い。
【００６０】
なお、治療後の血管にはステントが留置されていることが多い。ステントは一般に金属で構成されているため光はその表面で全反射し、透過はしない。つまり、ステントが存在するラインの輝度分布は前記ガイドワイヤの輝度分布と類似する。よって、１断面画像に対して前記の手法を用いてガイドワイヤを検出した場合、ステントをガイドワイヤとして誤検出する可能性がある。
【００６１】
通常、ステントは治療対象領域のみに留置され、プルバックは当該治療対象領域全域を観察するために、治療対象領域を超える範囲でプルバックが実施される。つまり、プルバック全域にわたりガイドワイヤは検出され、ステント等はプルバック中の範囲の両端を除外した特定の領域にしか現れない。この特性を利用して下記の通り、ガイドワイヤとステントの区別する処理を実行する。
【００６２】
まず、プルバック全域にわたり、各断層画像に対して先に説明した金属として判定しても良いラインをガイドワイヤ候補点を求める。注目する断面画像にて求めた候補点と隣接する断面画像で検出された候補点を比較し候補点の位置が最も近い候補点を検出しグルーピングする。この処理をプルバック開始位置、もしくはプルバック終了位置から繰り返し実行することでプルバック全領域にわたり候補点が算出される。これらの候補点をガイドワイヤとして認識するものとした。
【００６３】
ここで、上記の処理を用いた場合位置として光の照射方向rと角度方向θを用いると、ステントが留置されており、かつ、回転現象が発生している断面画像に対して検出された最も近い候補点をステントと間違えて検出する可能性がある。この問題を避けるために、回転軸に最も近い位置を検出する際に、ｒの距離とθの距離にそれぞれ重みをつけて計算する。
【００６４】
【数１】
2014136137.tif 000003
ただし、a = 0〜m であり、mはi番目のフレームにおいて検出されたガイドワイヤ候補点数であり、ｒi,j、θi,jはプルバック開始フレームからiフレーム目にて検出された複数のガイドワイヤ候補点のj番目の位置座標、すなわち、径方向位置、角度位置を示す。Ｋ1,Ｋ2は重み係数である。
【００６５】
上式の通り計算されたΔＬiを評価関数とし、ΔＬiが最小値を取るａの値、例えば(a = b)とすると（ｒi,b，θi,b）を求め、当該ガイドワイヤ候補点をガイドワイヤ代表点として確定する。iをプルバック開始フレームからプルバック終了フレームに至るまで実行することで、全フレームにおけるガイドワイヤ代表点の位置集合（Ｒ,θ）が求まる。プルバック開始位置は通常ステントは存在していないためガイドワイヤ候補点は一意に決まる。通常、ステントは血管に密着されるように留置されており、ガイドワイヤは血管内腔の任意の点に存在している。つまり、ガイドワイヤはステントよりもイメージングコアの近傍に存在することが多い。また断面画像は心拍等の影響により隣り合うフレーム同士で画像の回転が発生する。以上より、隣り合うフレームにおけるガイドワイヤ位置の相関性はθ方向に比べてｒ方向の方が高い。この点を考慮し、重み係数をＫ1＞Ｋ2と設定することで、より高いガイドワイヤの検出率を得る事ができる。
【００６６】
また、断面画像の回転補正を行う場合、第ｉ番目の断面画像をＦ（ｉ）、その断面画像Ｆ（ｉ）のガイドワイヤ２５０の存在する角度をθ（ｉ）と表わしたとき、ガイドワイヤ２５０が予め設定された目的角度θstとなるように回転補正する。その際の回転角度Δθは次式で与えられる。
Δθ＝θst−θ（ｉ）
例えば、目標角度θｓｔ＝９０°（時計の０時方向を０°とする）とし、着目断面画像の中心位置に対するガイドワイヤ２５０の存在する方向への角度が８０°であった場合、着目断面画像を１０°（＝９０−８０）だけ回転させる。
【００６７】
実際、図６に示すように、プルバックによって得られた複数の断面画像の全てについて、ガイドワイヤ２５９の存在する方向を予め設定した方向とすべく、回転補正を行い、それらを連結して得られた３次元画像は、図５Ｂと比較して、遥かに滑らかで、自然な像となって再現された。これが何を意味するのかというと、上記のように回転補正を経た３次元画像は、少なくとも図５Ｂの３次元画像よりも、現実の血管の状態に近かづくことを示し、正しい診断に寄与できることに他ならない。
【００６８】
更に、上記のように回転補正後の血管の３次元画像が生成された場合、各断面画像のガイドワイヤ２５０の影（ガイドワイヤ像）の方向が一致するわけであるから、得られる３次元画像は図７の符号７０１のようになり、ガイドワイヤ像も円筒形の軸に平行な直線状になる。従って、このガイドワイヤを切り口に押し広げて画像７０２を経て画像７０３を再構成した場合、その画像は表示画面の形状と同様の実質的に矩形となり、しかも切り口は矩形の上辺と下辺に押しやることができる。それ故、画像７０３を見たユーザに対して、診断の際の目ざわりなガイドワイヤ像が除去されたかのように提示させることもできる。
【００６９】
５．処理手順の説明
プルバック処理を経た信号処理部４２８は結局のところ、図８のフローチャートに従って各断面画像に生成していけば良い。以下、同図に従って信号処理部４２８の処理を説明する。なお、同図のフローチャートに係る処理手順を実際には、信号処理部が実行するプログラムとしてハードディスク装置等に格納されているものある。
【００７０】
先ず、ステップＳ８０１にて、プルバック処理による１枚の断面画像を再構成する。再構成処理そのものは公知であるので、ここでの詳述は省略する。
【００７１】
次に、ステップＳ８０２にて、再構成した断面画像の中心位置（イメージングコア２２０の回転軸の位置に相当する）に対するガイドワイヤの存在する方向の角度θを求める。先に説明したように、ガイドワイヤ２５０は、生体組織と比較して光の反射率が非常に高いので、断面画像を再構成する際に利用した各ラインデータ（実施形態では５１２ライン）の中の、最も強い反射光を示すデータの存在したラインに基づいて、その角度θを求めれば良い。なお、ステントが血管内に配置されている場合には、先に説明した式を評価し、ガイドワイヤ２５０の位置を特定した上で、各断層画像におけるガイドワイヤの存在する方向の角度θを求めればよい。
【００７２】
次にステップＳ８０３にて、予め設置された目標角度θstに対する求めたθの差分Δθを算出する。そして、ステップＳ８０４にて、先のステップＳ８０１で再構成した断面画像を、その中心位置を回転中心とし、算出したΔθだけ回転させる。
【００７３】
この後、ステップＳ８０５にて、プルバックにて再構成するべき全断面画像に対して上記処理をおこなったか否かを判定し、否の場合にはステップＳ８０１乃至Ｓ８０５の処理を繰り返す。
【００７４】
全断面画像についての回転補正処理を終えたと判断した場合には、処理はステップＳ８０６に進み、回転補正後の各断面画像それぞれを、回転中心位置を一致させるように互いに連結し、３次元画像を構築し、本処理を終える。
【００７５】
この後、各種ユーザインタフェースを介して、３次元画像の表示や、各断面画像の表示等を行うが、それらは上記の回転補正後の断面画像、回転補正後の断面画像で得られた３次元画像に基づいて行えば良いので、これ以降の説明は省略する。ただし、先に説明したが、本実施形態によれば、図７を用いて説明したようにガイドワイヤ像は、３次元の血管像の軸に平行な直線として得ることができる。従って、血管の長手方向に切り開いた二次元画像を表示する際には、このガイワイヤ像上に沿って切り開いた画像を表示することが望ましい。
【００７６】
以上説明したように本実施形態によれば、断面画像を得るためのスキャンを行うイメージングコア２２０の回転速度の変動に起因する３次元画像の画質劣化を抑制し、これまでよりも高い品位の３次元画像を生成することが可能になる。
【００７７】
なお、実施形態では、ＯＣＴを例に説明したが、ＩＶＵＳにも同様に適用できる。ＩＶＵＳにおいても、ガイドワイヤは生体組織と比較して、超音波の反射強度が高いので、上記と同様にガイドワイヤと生体組織との区別は可能である。それ故、各断面画像の回転補正は可能となる。
【００７８】
また、上記実施形態からもわかるように、断面画像の再構成、並びに、３次元画像の再構成処理は、マイクロプロセッサで構成される信号処理部４２８によるものである。マイクロプロセッサはプログラムを実行することで、その機能を実現するわけであるから、当然、そのプログラムも本願発明の範疇になる。また、通常プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ−ＲＯＭ等のコンピュータ可読記憶媒体に格納されており、それのコンピュータが有する読み取り装置（ＣＤ−ＲＯＭドライブ等）にセットし、システムにコピーもしくはインストールすることで実行可能になるわけであるから、係るコンピュータ可読記憶媒体も本願発明の範疇に入ることも明らかである。
【００７９】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の要旨及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
【図１】
2014136137.tif 000004
【図２】
2014136137.tif 000005
【図３】
2014136137.tif 000006
【図４】
2014136137.tif 000007
【図５Ａ】
2014136137.tif 000008
【図５Ｂ】
2014136137.tif 000009
【図６】
2014136137.tif 000010
【図７】
2014136137.tif 000011
【図８】
2014136137.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月23日(2016.9.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤルーメンとを有するプローブと前記ガイドワイヤルーメン内を通るガイドワイヤを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させることで、前記生体組織の３次元画像を再構成する画像診断装置であって、
前記イメージングコアの前記シース内での移動と回転によって、当該イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成手段と、
前記断面画像のそれぞれについて、断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置から見て前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を、当該着目断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置を回転中心にして回転する処理を、各断面画像について実行する回転手段と、
該回転手段による回転後の各断面画像を、それぞれの前記回転中心の位置を通る軸上に沿って並べることで、前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
を有することを特徴とする画像診断装置。
【請求項２】
前記検出手段は、前記イメージングコアの回転動作で得られたデータを参照し、反射信号強度を示す値に基づいて前記ガイドワイヤが存在する方向を検出することを特徴とする請求項１に記載の画像診断装置。
【請求項３】
前記３次元画像における前記ガイドワイヤを表わす線分で切り開いた２次元画像を生成する２次元画像生成手段を更に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像診断装置。
【請求項４】
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤルーメンとを有するプローブと前記ガイドワイヤルーメン内を通るガイドワイヤを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させることで、前記生体組織の３次元画像を再構成する画像診断装置の作動方法であって、
前記イメージングコアの前記シース内での移動と回転によって、当該イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成工程と、
前記断面画像のそれぞれについて、断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置から見て前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出工程と、
該検出工程で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を、当該着目断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置を回転中心にして回転する処理を、各断面画像について実行する回転工程と、
該回転工程による回転後の各断面画像を、それぞれの前記回転中心の位置を通る軸上に沿って並べることで、前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成工程と、
を有することを特徴とする画像診断装置の作動方法。
【請求項５】
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤルーメンとを有するプローブと前記ガイドワイヤルーメン内を通るガイドワイヤを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させる画像診断装置より得られた前記イメージングコアからのデータに基づき、３次元画像を生成する情報処理装置であって、
前記イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成手段と、
前記断面画像のそれぞれについて、断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置から見て前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を、当該着目断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置を回転中心にして回転する処理を、各断面画像について実行する回転手段と、
該回転手段による回転後の各断面画像を、それぞれの前記回転中心の位置を通る軸上に沿って並べることで、前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、
を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項６】
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤとを有するプローブを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させる画像診断装置より得られた前記イメージングコアからのデータに基づき、３次元画像を生成する情報処理装置の作動方法であって、
前記イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成工程と、
前記断面画像のそれぞれについて、断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置から見て前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出工程と、
該検出工程で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を、当該着目断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置を回転中心にして回転する処理を、各断面画像について実行する回転工程と、
該回転工程による回転後の各断面画像を、それぞれの前記回転中心の位置を通る軸上に沿って並べることで、前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成工程と、
を有することを特徴とする情報処理装置の作動方法。
【請求項７】
コンピュータに読み込ませ実行させることで、前記コンピュータに請求項６に記載の方法の各工程を実行させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムを格納したことを特徴とするコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は超音波或いは光による生体組織の断層画像生成する画像診断装置及び情報処理装置及びそれらの作動方法、プログラム及びコンピュータ可読記憶媒体に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本明細書では以下のような構成を有する画像診断装置を開示する。すなわち、
生体組織に向けて信号を出射し、その反射信号を検出するイメージングコアを収容するためのシース及び先端に生体組織に案内するためのガイドワイヤルーメンとを有するプローブと前記ガイドワイヤルーメン内を通るガイドワイヤを用い、前記イメージングコアをシースに沿って移動させると共に回転させることで、前記生体組織の３次元画像を再構成する画像診断装置であって、
前記イメージングコアの前記シース内での移動と回転によって、当該イメージングコアを介して得られたデータに基づき、前記移動の軸上の各位置における断面画像を生成する断面画像生成手段と、
前記断面画像のそれぞれについて、断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置から見て前記ガイドワイヤが存在する方向を検出する検出手段と、
該検出手段で検出された着目断面画像における前記ガイドワイヤが存在する方向と予め設定した方向との角度差に従って当該着目断面画像を、当該着目断面画像内の前記イメージングコアが存在する位置を回転中心にして回転する処理を、各断面画像について実行する回転手段と、
該回転手段による回転後の各断面画像を、それぞれの前記回転中心の位置を通る軸上に沿って並べることで、前記移動の方向の沿った３次元画像を生成する３次元画像生成手段と、を有する。
【国際調査報告】
2014136137.tif 000013
2014136137.tif 000014
2014136137.tif 000015
2014136137.tif 000016
2014136137.tif 000017
2014136137.tif 000018
2014136137.tif 000019