(57)【要約】【課題】４次元セグメンテーションにおいて１対多方式でセグメントデータを保持する場合にも正確にマスク処理を行うこと。【解決手段】領域抽出部１３０が最初のボリュームデータからセグメントデータを抽出し、各ボリュームに対するセグメントデータの位置合わせを行うための補正情報を位置合わせ部１５０が作成し、セグメントデータ変換部１４０が位置合わせ部１５０が作成した補正情報を用いて各ボリュームに対するセグメントデータの補正を行い、４Ｄ画像処理部１６０がセグメントデータ変換部１４０によって補正されたセグメントデータを用いてマスク処理を行うよう構成する。【選択図】        図１
2008220494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画像表示を行う医用画像処理装置であって、
動画像を構成する複数のフレームに共通に使用するセグメントデータを抽出するセグメントデータ抽出手段と、
前記セグメントデータ抽出手段によりセグメントデータが抽出されたセグメントと表示するフレームのセグメントとの位置合わせを行ってセグメントデータの補正情報を作成する補正情報作成手段と、
前記補正情報作成手段により作成された補正情報に基づいて前記セグメントデータを補正するセグメントデータ補正手段と、
前記セグメントデータ補正手段により補正されたセグメントデータを用いてマスク処理を行ってフレームを表示するフレーム表示手段と
を備えたことを特徴とする医用画像処理装置。
【請求項２】
前記補正情報作成手段は、セグメントの移動量および回転量を補正情報として作成することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項３】
前記フレーム表示手段は、マスク処理としてセグメント領域のみの表示処理またはセグメント領域の非表示処理を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の医用画像処理装置。
【請求項４】
前記フレーム表示手段は、セグメント領域に対して膨張処理または縮小処理を行ってフレームを表示することを特徴とする請求項１、２または３に記載の医用画像処理装置。
【請求項５】
動画像データを収集する動画像データ収集手段と、
前記動画像データ収集手段により収集された動画像データを再構成してフレームデータを生成する再構成手段をさらに備え、
前記セグメントデータ抽出手段は、前記再構成手段により生成されたフレームデータからセグメントデータを抽出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
動画像を構成するフレームは３次元画像であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記フレーム表示手段は、ＳＶＲ処理、ＵＶＲ処理、ＳＳＲ処理、ＭＩＰ処理、ＸＩＰ処理またはＰＶＲ処理のうちの少なくとも一つの投影処理によってフレームを表示することを特徴とする請求項６に記載の医用画像処理装置。
【請求項８】
動画像表示を行う医用画像処理装置による医用画像処理方法であって、
動画像を構成する複数のフレームに共通に使用するセグメントデータを抽出するセグメントデータ抽出ステップと、
前記セグメントデータ抽出ステップによりセグメントデータが抽出されたセグメントと表示するフレームのセグメントとの位置合わせを行ってセグメントデータの補正情報を作成する補正情報作成ステップと、
前記補正情報作成ステップにより作成された補正情報に基づいて前記セグメントデータを補正するセグメントデータ補正ステップと、
前記セグメントデータ補正ステップにより補正されたセグメントデータを用いてマスク処理を行ってフレームを表示するフレーム表示ステップと
を含んだことを特徴とする医用画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、４次元画像表示など動画像表示を行う医用画像処理装置のセグメンテーション技術に関する。ここで、４次元画像表示とは、３次元画像を表示する複数のフレームから構成される動画像表示である。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線ＣＴ装置などの医用画像処理装置の３次元画像表示では、３次元画像データにセグメンテーション（領域抽出）処理を行い、抽出したセグメント領域についてマスク処理を行って３次元画像を表示することが行われている。ここで、マスク処理とは、セグメント領域のみを表示する処理、あるいはセグメント領域を非表示とする処理である。
【０００３】
このようなセグメンテーションおよびマスク処理を４次元画像表示で行う場合には、セグメントデータの保持方式として、個々のボリューム（３次元画像）ごとにセグメントデータを持つ１対１方式と、１つのセグメントデータを複数のボリュームに適用する１対多方式とがある。
【０００４】
なお、４次元画像に関する技術としては、特許文献１に４次元ＣＴ画像を用いて正確な関節動作情報を取得する関節動作解析装置が記載されている。また、特許文献１および特許文献２には、本発明に係る医用画像処理装置が利用する３次元画像間位置合わせ技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０２３５３号公報
【特許文献２】特開平１０−１３７１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
４次元画像表示において、セグメントデータを１対１方式で保持することとすると、セグメンテーション処理に多くの時間がかかるとともに、セグメントデータの保持に多くのメモリ容量が必要となるという問題がある。また、セグメントデータを１対多方式で保持することとすると、多くの処理時間およびメモリ容量が必要であるという問題は解決することができるが、例えばセグメントが骨である場合に、呼吸、心拍等によりセグメント領域が動くことから正確なマスク処理を行うことができないという問題がある。
【０００７】
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、セグメントデータを１対多方式で保持する場合でも正確なマスク処理を行うことができる医用画像処理装置および医用画像処理方法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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１記載の本発明は、動画像表示を行う医用画像処理装置であって、動画像を構成する複数のフレームに共通に使用するセグメントデータを抽出するセグメントデータ抽出手段と、前記セグメントデータ抽出手段によりセグメントデータが抽出されたセグメントと表示するフレームのセグメントとの位置合わせを行ってセグメントデータの補正情報を作成する補正情報作成手段と、前記補正情報作成手段により作成された補正情報に基づいて前記セグメントデータを補正するセグメントデータ補正手段と、前記セグメントデータ補正手段により補正されたセグメントデータを用いてマスク処理を行ってフレームを表示するフレーム表示手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項８記載の本発明は、動画像表示を行う医用画像処理装置による医用画像処理方法であって、動画像を構成する複数のフレームに共通に使用するセグメントデータを抽出するセグメントデータ抽出ステップと、前記セグメントデータ抽出ステップによりセグメントデータが抽出されたセグメントと表示するフレームのセグメントとの位置合わせを行ってセグメントデータの補正情報を作成する補正情報作成ステップと、前記補正情報作成ステップにより作成された補正情報に基づいて前記セグメントデータを補正するセグメントデータ補正ステップと、前記セグメントデータ補正ステップにより補正されたセグメントデータを用いてマスク処理を行ってフレームを表示するフレーム表示ステップとを含んだことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１または８記載の本発明によれば、セグメントデータを１対多方式で保持する場合でも正確なマスク処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る医用画像処理装置および医用画像処理方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、本実施例では、本発明をＸ線ＣＴ装置に適用した場合を中心に説明する。
【実施例】
【００１２】
まず、本実施例に係るＸ線ＣＴ装置の構成について説明する。図１は、本実施例に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す機能ブロック図である。同図に示すように、このＸ線ＣＴ装置１０は、スキャンユニット部１０ａおよびコンソール部１０ｂからなる。
【００１３】
スキャンユニット部１０ａは、被検体ＰにＸ線を照射するとともに被検体Ｐを透過したＸ線を検出し、検出データとしてコンソール部１０ｂに出力する装置であり、Ｘ線管１と、高電圧発生装置２と、Ｘ線検出器３と、データ収集部４（ＤＡＳ；Data Acquisition System）とを有する。
【００１４】
Ｘ線管１は、被検体Ｐに対して照射するＸ線を発生する装置であり、Ｘ線検出器３は、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する装置である。なお、Ｘ線管１とＸ線検出器３は、高速で且つ連続的に回転する図示しない回転リング上の被検体Ｐを挟んで互いに対向する位置に搭載される。
【００１５】
高電圧発生装置２は、コンソール部１０ｂからの制御信号によりＸ線管１に管電流や管電圧を供給してＸ線を発生させる装置である。データ収集部４は、Ｘ線検出器３で検出されたＸ線検出信号をデジタル化する装置であり、デジタル化された検出データは、生データとしてコンソール部１０ｂに対して出力される。
【００１６】
コンソール部１０ｂは、スキャンユニット部１０ａから生データを受け取り、被検体Ｐの画像を作成して表示する装置であり、画像処理装置１００と、表示装置１１と、入力装置１２とを有する。表示装置１１は、液晶パネルやディスプレイ等の表示デバイスであり、画像処理装置１００によって作成された画像などを表示する。入力装置１２は、キーボードやマウス等の入力デバイスであり、画像の表示条件や表示領域の指定等に利用される。
【００１７】
画像処理装置１００は、スキャンユニット部１０ａにより収集された生データを処理し、被検体Ｐの画像データを作成して表示する装置であり、画像データ記憶部１１０と、再構成部１２０と、領域抽出部１３０と、セグメントデータ変換部１４０と、位置合わせ部１５０と、４Ｄ画像処理部１６０と、画像表示部１７０と、表示設定部１８０とを有する。
【００１８】
画像データ記憶部１１０は、スキャンユニット部１０ａにより収集された生データや再構成部１２０により生成されたボリュームデータを記憶する記憶部である。再構成部１２０は、生データからボリュームデータを再構成する処理部であり、断面スライスごとに再構成して生成したデータを複数スライス分組み合わせてボリュームデータを生成する場合と、生データから直接ボリュームデータを生成する場合がある。
【００１９】
領域抽出部１３０は、表示設定部１８０から抽出情報（オパシティ指定など）を受け取って領域抽出処理を行う処理部であり、１つの４次元画像データ（複数のボリュームデータ）に対して１つのボリュームデータだけからセグメントデータを抽出する。すなわち、画像処理装置１００は、１対多方式でセグメントデータを保持する。
【００２０】
また、この領域抽出部１３０は、造影剤を用いて血管や臓器を造影した画像の場合、オパシティによる設定だけでは骨と造影部位、特に血管がうまく分離できないときは、連結領域抽出処理、領域の切断処理、膨張処理あるいは縮小処理を行う。
【００２１】
セグメントデータ変換部１４０は、領域抽出部１３０が抽出したセグメントデータを位置合わせ部１５０から受け取った補正情報に基づいて補正して４Ｄ画像処理部１６０に渡す処理部である。具体的には、このセグメントデータ変換部１４０は、補正情報に基づいてセグメントの回転および移動を行う。
【００２２】
位置合わせ部１５０は、領域抽出部１３０によって抽出されたセグメントデータを他のボリューム（セグメントデータが抽出されたボリューム以外のボリューム）に適用するために、抽出されたセグメントと他のボリュームのセグメントとの間で位置合わせを行い、他のボリュームを表示する際に必要なセグメントの回転および移動のための情報を作成して、補正情報としてセグメントデータ変換部１４０に出力する処理部である。
【００２３】
この位置合わせ部１５０は、例えば、シネ画像の表示において骨領域がセグメント領域として抽出された場合に、特許文献１に記載された方法によって補正情報を作成する。具体的には、この位置合わせ部１５０は、骨領域のボリュームデータに対して最尤法や最小２乗法を用いて３次元の重回帰式を求め、３次元の重回帰式に示される直線をこの骨領域のｚ軸とし、このｚ軸に垂直で解剖学的特徴点（大結節や小結節、上腕骨頭先端など）を通る直線をｘ軸とし、ｘ軸とｚ軸の外積からｙ軸を算出することによって、骨領域のローカル座標系を算出する。そして、この位置合わせ部１５０は、セグメントを抽出したボリュームでのローカル座標系Ｌsと他のボリュームでのローカル座標系Ｌoを用いて、セグメントを抽出したボリュームでのローカル座標系から他のボリュームでのローカル座標系への座標変換行列Ｔ＝Ｌo・Ｌs-1を算出する。この座標変換行列Ｔには、セグメントの回転および移動のための補正情報が含まれる。
【００２４】
なお、この位置合わせ部１５０は、特許文献１に記載された方法の代わりに特許文献２に記載されたサーフェスフィット方式によって補正情報を作成することもできる。具体的には、この位置合わせ部１５０は、セグメントを抽出したボリュームのセグメント領域の表面形状と他のボリュームのセグメント領域の表面形状を一致させるような座標変換行列Ｔを算出する。
【００２５】
すなわち、セグメントを抽出したボリュームのセグメント領域の表面形状と、これに対応する他のボリュームのセグメント領域の表面形状とは、セグメントを抽出したボリュームのセグメント領域の表面にある各画素の座標から一番近い他のボリュームのセグメント領域の表面座標までの距離の平均値或いは二乗平均値が小さい程、２つの表面形状が一致していることとなるので、位置合わせ部１５０は、以下の式１あるいは式２に基づいて最小二乗法により、セグメントを抽出したボリュームのセグメント領域内の一点ＰBi（ｉ＝１〜ｎ）と、この点に一番近い他のボリュームのセグメント領域内の点ＰMi（ｉ＝１〜ｎ）との間の距離（ＰBiＰMi）の平均値あるいは二乗平均値（ＰBiＰMi2）が最小となるような座標変換行列Ｔを算出する。
【００２６】
【数１】
2008220494.tif 000003
【数２】
2008220494.tif 000004
【００２７】
この座標変換行列Ｔは、ｘｙｚの各軸についての回転成分と平行成分とからなり、以下の式で表すことができる。
Ｔ＝Ｒｘ（α）・Ｒｙ（β）・Ｒｚ（γ）・Ｔｘ（tx）・Ｔｙ（ty）・Ｔｚ（tz）
Ｒｘ（α） ：Ｘ軸回り角度αの回転行列
Ｒｙ（β） ：Ｙ軸回り角度βの回転行列
Ｒｚ（γ） ：Ｚ軸回り角度γの回転行列
Ｔｘ（tx） ：Ｘ軸方向への移動量ｔｘの平行移動行列
Ｔｙ（ty） ：Ｙ軸方向への移動量ｔｙの平行移動行列
Ｔｚ（tz） ：Ｚ軸方向への移動量ｔｚの平行移動行列
【００２８】
このように、位置合わせ部１５０が、抽出されたセグメントと他のボリュームのセグメントとの間で位置合わせを行って補正情報を作成し、セグメントデータ変換部１４０が、位置合わせ部１５０によって作成された補正情報を用いてセグメントデータを変換して４Ｄ画像処理部１６０に渡すことによって、各ボリュームデータに対して正確なマスク処理を行うことができる。
【００２９】
また、この位置合わせ部１５０は、ライブ画像を表示する場合には、ローカル座標を計算する方式やサーフェスフィット方式に基づいてボリュームデータ間で位置合わせを行う代わりに、各ボリュームデータに対してセグメント領域の各軸の範囲を求めてその重心を計算し、重心の移動量に基づいて補正情報を作成する。
【００３０】
図２は、位置合わせ部１５０が重心の移動量に基づいて作成する補正情報を説明するための説明図である。同図は、ボリュームが肋骨２１と心臓２２から構成され、肋骨２１がセグメントである場合を２次元で示している。同図に示すように、位置合わせ部１５０は、ボリュームデータのセグメント領域の範囲２３としてボリュームデータの肋骨２１の範囲を求め、セグメント領域の範囲２４からボリュームデータのセグメント領域の範囲２３への移動量を補正情報２５として作成する。ただし、この場合には、セグメントの回転に関しては正確にマスク処理を行うことはできない。
【００３１】
４Ｄ画像処理部１６０は、画像データ記憶部１１０からボリュームデータを読み出し、表示設定部１８０から受け取った表示条件に基づいて４次元画像（３次元画像の動画）を生成する処理部であり、生成した画像を画像表示部１７０に渡す（シネ表示）。また、この４Ｄ画像処理部１６０は、再構成部１２０からボリュームデータを受け取って表示条件に基づいて４次元画像を生成し、生成した画像を画像表示部１７０に渡す（ライブ表示）。
【００３２】
また、この４Ｄ画像処理部１６０は、セグメントデータ変換部１４０から受け取ったセグメントデータを用いてマスク処理を行って４次元画像を生成する。すなわち、この４Ｄ画像処理部１６０は、位置合わせ部１５０によって作成された補正情報を用いて補正されたセグメントデータを用いて正確なマスク処理を行い、４次元画像を生成する。
【００３３】
なお、この４Ｄ画像処理部１６０は、操作者の指示に基づいて、ＳＶＲ（Shaded  Volume  Rendering）画像、ＵＶＲ（Unshaded  Volume  Rendering）画像、ＳＳＲ（Shaded  Surface  Rendering）画像、ＭＩＰ（Maximum  Intensity  ProjectionまたはMinimum  Intensity  Projection）画像、ＸＩＰ（X-ray(  sum)  Intensity  Projection）画像、またはＰＶＲ（Perspective  Volume  Rendering）画像を生成する。
【００３４】
画像表示部１７０は、４Ｄ画像処理部１６０によって生成された画像を表示装置１１に表示する処理部である。
【００３５】
表示設定部１８０は、セグメントの抽出に用いる抽出情報（しきい値など）を操作者から受け付けて領域抽出部１３０に渡す処理部である。また、この表示設定部１８０は、４次元画像の生成に用いる表示条件（しきい値、オパシティ、カラーなど）を操作者から受け付けて４Ｄ画像処理部１６０に渡す。
【００３６】
次に、本実施例に係るＸ線ＣＴ装置１０による４次元画像表示処理の処理手順について説明する。図３は、本実施例に係るＸ線ＣＴ装置１０による４次元画像表示処理の処理手順を示すフローチャートである。
【００３７】
同図に示すように、このＸ線ＣＴ装置１０は、スキャンユニット部１０ａが被検体ＰのＣＴ画像を４Ｄ（４次元）撮影する（ステップＳ１）。そして、再構成部１２０がスキャンユニット部１０ａから生データを受け取って４Ｄ画像を生成し、生成した画像および生データを画像データ記憶部１１０に保管する（ステップＳ２）。
【００３８】
そして、領域抽出部１３０が画像データ記憶部１１０から最初のボリュームデータを読み出してセグメント領域を抽出し（ステップＳ３）、表示するボリュームに対しセグメントデータの位置合わせをセグメントデータ変換部１４０が位置合わせ部１５０によって作成された補正情報を用いて行う（ステップＳ４）。
【００３９】
そして、４Ｄ画像処理部１６０が位置合わせが行われたセグメントデータを用いてマスク処理を行ってボリュームを表示し（ステップＳ５）、全てのボリュームを表示したか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００４０】
その結果、表示する次のボリュームがある場合には、ステップＳ４に戻ってセグメントデータ変換部１４０が次のボリュームに対してセグメントデータの位置合わせを行い、全ての３Ｄボリュームを表示した場合には、４次元画像表示処理を終了する。
【００４１】
このように、セグメントデータ変換部１４０が各ボリュームに対し位置合わせ部１５０によって作成された補正情報を用いてセグメントデータの位置合わせを行うことによって、正確なマスク処理を行うことができる。なお、ここでは、最初のボリュームデータからセグメントデータを抽出することとしたが、他のボリュームデータからセグメントデータを抽出することもできる。
【００４２】
図４は、Ｘ線ＣＴ装置１０が表示する４Ｄ画像イメージを示す図である。同図において横方向は時間軸をあらわし、同図は時間軸上に複数のボリュームがあることを示している。また、各ボリュームには心臓、肋骨および胸骨が含まれる。
【００４３】
同図は、Ｘ線ＣＴ装置１０が、最初の３Ｄ画像から骨をセグメントとして抽出し、抽出したセグメントを各３Ｄ画像に対して位置合わせして非表示マスク処理を行うことによって、心臓の動作にともなって肋骨と胸骨が動く場合にも肋骨と胸骨が正確に除かれた心臓の４Ｄ画像を表示することができることを示している。
【００４４】
上述してきたように、本実施例では、領域抽出部１３０が最初のボリュームデータからセグメントデータを抽出し、各ボリュームに対するセグメントデータの位置合わせを行うための補正情報を位置合わせ部１５０が作成し、セグメントデータ変換部１４０が位置合わせ部１５０が作成した補正情報を用いて各ボリュームに対するセグメントデータの補正を行い、４Ｄ画像処理部１６０がセグメントデータ変換部１４０によって補正されたセグメントデータを用いてマスク処理を行うこととしたので、セグメントが移動や回転する場合にも正確にマスク処理を行って４Ｄ画像を表示することができる。
【００４５】
なお、本実施例では、動画像を構成する各フレームが３次元画像である場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各フレームが２次元画像である場合にも同様に適用することができる。
【００４６】
また、本実施例では、Ｘ線ＣＴ装置について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ＭＲＩ装置、超音波装置などの医用画像処理装置にも同様に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明は、心臓周辺の骨領域など動きのある領域に対してセグメンテーション処理を行って４次元画像を表示する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施例に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】位置合わせ部が重心の移動量に基づいて作成する補正情報を説明するための説明図である。
【図３】本実施例に係るＸ線ＣＴ装置による４次元画像表示処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】Ｘ線ＣＴ装置が表示する４Ｄ画像イメージを示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    Ｘ線管
２    高電圧発生装置
３    Ｘ線検出器
４    データ収集部（ＤＡＳ）
１０    Ｘ線ＣＴ装置
１０ａ    スキャンユニット部
１０ｂ    コンソール部
１１    表示装置
１２    入力装置
２１    肋骨
２２    心臓
２３    ボリュームデータのセグメント領域の範囲
２４    セグメント領域の範囲
２５    補正情報
１００    画像処理装置
１１０    画像データ記憶部
１２０    再構成部
１３０    領域抽出部
１４０    セグメントデータ変換部
１５０    位置合わせ部
１６０    ４Ｄ画像処理部
１７０    画像表示部
１８０    表示設定部
【図１】
2008220494.tif 000005
【図２】
2008220494.tif 000006
【図３】
2008220494.tif 000007
【図４】
2008220494.tif 000008