(57)【要約】【課題】  動態観察に適した医用画像処理装置及び医用画像処理方法を提供する。【解決手段】ボリュームデータから関心領域のデータを抽出し、抽出された関心領域のデータを用いてボリュームレンダリング処理を行い、２次元投影面に所定の視野方向から見た関心領域の３次元的な画像を得る第１の画像生成部と、時間的に前後する時相のボリュームデータを基に、視線方向に沿って２次元投影面から関心領域の境界面までの距離を算出し、それぞれの時相毎に距離情報を生成する距離情報生成部と、時間的に前後する２つの時相の前記距離情報を入手し、それぞれの距離情報の差分値を算出する差分値算出部と、算出した差分値の大きさに応じて濃淡が変化する付加画像を生成する第２の画像生成部と、第１の画像生成部で得られた３次元的な画像に付加画像を合成する合成処理部を有する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のボクセルからなるボリュームデータを処理して観察対象の画像を生成する医用画像処理装置であって、
前記ボリュームデータから関心領域のデータを抽出する関心領域抽出部と、
前記抽出された関心領域のデータを用いてボリュームレンダリング処理を行い、２次元投影面に所定の視野方向から見た前記関心領域の３次元的な画像を得る第１の画像生成部と、
時間的に前後する時相のボリュームデータを基に、前記視線方向に沿って前記２次元投影面から前記関心領域の境界面までの距離を算出し、それぞれの時相毎に距離情報を生成する距離情報生成部と、
前記距離情報生成部から時間的に前後する２つの時相の前記距離情報を入手し、それぞれの距離情報の差分値を算出する差分値算出部と、
前記差分値算出部によって算出した差分値の大きさに応じて濃淡が変化する付加画像を生成する第２の画像生成部と、
前記第１の画像生成部で得られた３次元的な画像に前記付加画像を合成する合成処理部と、を具備したことを特徴とする医用画像処理装置。
【請求項２】
前記距離情報生成部は、前記２次元投影面から前記関心領域の境界面までの距離を、前記２次元投影面のピクセル毎に算出する距離算出部と、時間的に先行する時相の距離情報を保存するメモリとを含み、
前記差分値算出部は、前記距離算出部からの距離情報と、前記メモリから読み出した距離情報との差を算出す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】
前記第１の画像生成部、及び前記距離情報生成部における前記視線方向を設定するため、ユーザ操作が可能な視線方向設定部を有す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４】
前記第２の画像生成部は、前記差分値算出部によって算出した差分値の大きさに応じて色の濃淡が変化する付加画像を生成す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５】
前記色の濃淡を設定するため、ユーザ操作が可能なカラーマップ設定部を有することを特徴とする請求項４記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
複数のボクセルからなるボリュームデータを用いて、観察対象の画像を生成する医用画像処理装置であって、
前記ボリュームデータを生成する手段と、
前記ボリュームデータから関心領域のデータを抽出する関心領域抽出部と、
前記抽出された関心領域のデータを用いてボリュームレンダリング処理を行い、２次元投影面に所定の視野方向から見た前記関心領域の３次元的な画像を得る第１の画像生成部と、
時間的に前後する時相のボリュームデータを基に、前記視線方向に沿って前記２次元投影面の各ピクセルから前記関心領域の境界面までの距離を算出し、それぞれの時相毎に距離情報を算出する距離算出部と、
前記距離算出部によって算出され、時間的に先行する時相の距離情報を保存するメモリと、
前記距離算出部からの距離情報と、前記メモリから読み出した距離情報からそれぞれの距離情報の差分値を算出する差分値算出部と、
前記差分値算出部によって算出した差分値の大きさに応じて色の濃淡が変化する付加画像を生成する第２の画像生成部と、
前記第１の画像生成部で得られた３次元的な画像に前記付加画像を合成する合成処理部と、
前記合成処理した画像を表示する表示部と、を具備したことを特徴とする医用画像処理装置。
【請求項７】
複数のボクセルからなるボリュームデータを処理して観察対象の画像を生成する医用画像処理方法であって、
前記ボリュームデータから関心領域のデータを抽出し、
前記抽出された関心領域のデータを用いてボリュームレンダリング処理を行い、２次元投影面に所定の視野方向から見た前記関心領域の３次元的な第１の画像を生成し、
時間的に前後する時相のボリュームデータを基に、前記視線方向に沿って前記２次元投影面から前記関心領域の境界面までの距離を算出し、それぞれの時相毎に距離情報を生成し、
前記生成された距離情報から時間的に前後する２つの時相の前記距離情報を入手し、それぞれの距離情報の差分値を算出し、
前記差分値算出部によって算出した差分値の大きさに応じて濃淡が変化する第２の画像を生成し、
前記第１の画像と前記第２の画像を合成する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】
本発明は、医用画像診断装置によって収集された医用画像データを用いて診断を行う際に、関心領域の動態観察を容易に行えるようした医用画像処理装置及び医用画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｘ線ＣＴ装置（Ｘ線コンピュータトモグラフィ装置）、ＭＲＩ装置（磁気共鳴イメージング装置）、超音波診断装置等の医用画像診断装置を用いて被検体を撮影し、医用画像診断装置で作成した画像を利用して３次元的な画像を表示し、疾病等の診断を行う画像診断が多用されている。
【０００３】
また被検体内部の病変部等を、体軸方向に切れ目のない連続データ（ボリュームデータ）を用いて画像を３次元表示するため、ＶＲ法（ボリュームレンダリング法）等の手法が用いられている。３次元計測で得たデータから再構成した画像はボリューム画像と言われ、各種の画像処理により、医用画像をユーザ（医師）に対してより分かりやすく提示することができる。
【０００４】
例えばＸ線撮影されたＣＴ画像データは、ボクセルと呼ばれる画素群からなり、ＶＲ（ボリュームレンダリング）では、コンピュータ装置内で仮想の光源を設定して視線方向から１本の光線（レイ）を当て、ボクセル毎に光の吸収・反射の計算を行うことで２次元投影面に画像を生成し、オパシティ（不透明度）等を設定することで各種の画像を表示することができる。
【０００５】
また、ＳＶＲ（Shaded Volume Rendering）は、関心のある対象の表面の閾値を選択し、ある範囲のＣＴ値のみを抽出し、仮想の点光源から対象に光線を当てて投影し、光源からの距離に応じて輝度を設定し、対象に陰影をつけて立体的に表示するようにしている。ＳＶＲ法は、動態観察に適しており、例えば心臓の壁運動の動画表示を行うことができる。
【０００６】
ところで、ＳＶＲ法は、３次元的な位置関係を把握するのに有効な表現手法であるが、関心領域の動きを把握するには横方向から観察しないと動きが分かりにくく、視野方向から見たときの動き、即ち、観察者から対象物を見たときの垂直方向の動きが把握しづらいという課題があった。
【０００７】
特許文献１には、対象組織の異常運動を診断可能にした３次元超音波装置について記載されており、時相毎に３次元超音波画像を形成する手段と、対象組織表面上の各部位毎に変位量を演算して変位顕在画像を形成する手段とを備えた例が示されている。この例の変位顕在画像形成手段は、時相毎の３次元超音波画像において、対象組織表面上の各部位と基準点との間の距離を演算し、距離についての時相間の変化に基いて変位量を演算するようにしており、変位顕在画像を２次元表示することで心臓部等の診断を行うものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献１の例では、組織表面上の変位を２次元的に表示するだけであり、対象物に動きがある場合に、時々刻々と変化する動きを表示することはできない。また、視野方向に対する動きを把握しにくいという難点があり、さらに回路構成も複雑であるという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−１９５０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の医用画像処理装置及び特許文献１では、視野方向から対象物を見たときの動きが把握しづらいという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、動態観察に適した医用画像処理装置及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】
【００１１】
本発明の請求項１記載の医用画像処理装置は、複数のボクセルからなるボリュームデータを処理して観察対象の画像を生成する医用画像処理装置であって、前記ボリュームデータから関心領域のデータを抽出する関心領域抽出部と、前記抽出された関心領域のデータを用いてボリュームレンダリング処理を行い、２次元投影面に所定の視野方向から見た前記関心領域の３次元的な画像を得る第１の画像生成部と、時間的に前後する時相のボリュームデータを基に、前記視線方向に沿って前記２次元投影面から前記関心領域の境界面までの距離を算出し、それぞれの時相毎に距離情報を生成する距離情報生成部と、前記距離情報生成部から時間的に前後する２つの時相の前記距離情報を入手し、それぞれの距離情報の差分値を算出する差分値算出部と、前記差分値算出部によって算出した差分値の大きさに応じて濃淡が変化する付加画像を生成する第２の画像生成部と、前記第１の画像生成部で得られた３次元的な画像に前記付加画像を合成する合成処理部と、を具備したことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項６記載の医用画像処理装置は、複数のボクセルからなるボリュームデータを用いて、観察対象の画像を生成する医用画像処理装置であって、前記ボリュームデータを生成する手段と、前記ボリュームデータから関心領域のデータを抽出する関心領域抽出部と、前記抽出された関心領域のデータを用いてボリュームレンダリング処理を行い、２次元投影面に所定の視野方向から見た前記関心領域の３次元的な画像を得る第１の画像生成部と、時間的に前後する時相のボリュームデータを基に、前記視線方向に沿って前記２次元投影面の各ピクセルから前記関心領域の境界面までの距離を算出し、それぞれの時相毎に距離情報を算出する距離算出部と、前記距離算出部によって算出され、時間的に先行する時相の距離情報を保存するメモリと、前記距離算出部からの距離情報と、前記メモリから読み出した距離情報からそれぞれの距離情報の差分値を算出する差分値算出部と、前記差分値算出部によって算出した差分値の大きさに応じて色の濃淡が変化する付加画像を生成する第２の画像生成部と、前記第１の画像生成部で得られた３次元的な画像に前記付加画像を合成する合成処理部と、前記合成処理した画像を表示する表示部とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項7記載の医用画像処理方法は、複数のボクセルからなるボリュームデータを処理して観察対象の画像を生成する医用画像処理方法であって、前記ボリュームデータから関心領域のデータを抽出し、前記抽出された関心領域のデータを用いてボリュームレンダリング処理を行い、２次元投影面に所定の視野方向から見た前記関心領域の３次元的な第１の画像を生成し、時間的に前後する時相のボリュームデータを基に、前記視線方向に沿って前記２次元投影面から前記関心領域の境界面までの距離を算出し、それぞれの時相毎に距離情報を生成し、前記生成された距離情報から時間的に前後する２つの時相の前記距離情報を入手し、それぞれの距離情報の差分値を算出し、前記差分値算出部によって算出した差分値の大きさに応じて濃淡が変化する第２の画像を生成し、前記第１の画像と前記第２の画像を合成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、現時相と前時相の差分値を用いて動画表示することにより、視野方向から見て時系列的に変化の大きい部位を明確に表示することができ、関心領域の動態観察に適した医用画像処理装置及び医用画像処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は本発明の医用画像処理装置の一実施形態の全体構成を示す構成図である。図１において、１０は医用画像診断装置であり、例えばＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等で成る。Ｘ線ＣＴ装置を例に説明すると、ガントリ１１を有し、このガントリ１１内には回転リング１２が設けられ、図示しない回転機構によって回転する。回転リング１２内には、Ｘ線管１３と、Ｘ線検出器１４が対向して配置されており、回転リング１２の中心部分は開口して、そこに寝台の天板１５に載置された被検体Ｐが挿入される。
【００１７】
被検体Ｐを透過したＸ線はＸ線検出器１４で電気信号に変換され、データ収集部１６で増幅され、デジタルデータに変換される。データ伝送装置１７は、データ収集部１６からのデジタルデータ（投影データ）をコンピュータシステム２０へ伝送する。また、ガントリ１１には、ガントリ駆動部１８及びＸ線制御部１９が設けられている。
【００１８】
コンピュータシステム２０は、データ伝送装置１７からのデータが送られる前処理部２１を有し、前処理部２１では、信号強度の補正や信号欠落の補正等を行い、投影データをバスライン２０１上に出力する。バスライン２０１にはシステム制御部２２、操作部２３、データ保存部２４、データ処理部２５、表示部２６等が接続されている。
【００１９】
システム制御部２２はコンピュータシステム２０の各部の動作や、ガントリ駆動部１８及びＸ線制御部１９を制御するものである。データ保存部２４は断層画像等のデータを記憶するものであり、データ処理部２５はデータ保存部２４に保存されたデータを用いてデータ処理を行い、表示部２６はデータ処理によって得られた医用画像等を表示する。
【００２０】
操作部２３はキーボード、マウス等を有し、ユーザ（医師等）によって操作され、データ処理する上で各種の設定、例えば関心領域の設定や、視線方向の設定等を行う。また、患者の状態や検査方法等の各種情報を入力するものである。
【００２１】
図２は、本発明の主要部であるデータ処理部２５の具体構成を示すブロック図である。図２において、３１はデータ入力部であり、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、超音波診断装置等で取得した医用画像データを入力するものである。例えば図１のデータ保存部２４に保存された医用画像データが順次入力される。
【００２２】
データ入力部３１から入力された医用画像データは、ボリュームデータ生成部３２に供給される。ボリュームデータ生成部３２では、同じ時相の医用画像データを処理して、スライス位置や画像の向きの情報をもとにボリュームデータ（３次元データ）を生成する。
【００２３】
ボリュームデータ生成部３２からのボリュームデータは、関心領域抽出部３３に供給される。関心領域抽出部３３には、関心領域設定部３４が結合しており、関心領域設定部３４では、ユーザが操作部２３を操作することで関心領域を指定することができる。関心領域抽出部３３では、ボリュームデータからユーザが指定した関心領域のデータを抽出する。
【００２４】
関心領域抽出部３３で抽出されたボリュームデータは、距離情報生成部３５及びボリュームレンダリング画像生成部３６（以下、ＶＲ画像生成部３６と称す）に供給される。距離情報生成部３５及びＶＲ画像生成部３６には、視線方向設定部３７が結合しており、ユーザが操作部２３を操作することで視線方向を設定することができる。視線方向設定部３７は、例えばユーザがマウスを操作することで、３次元の関心領域に対する視線方向を設定することができる。
【００２５】
３次元データから２次元投影面（スクリーン）に立体感のある画像を作り出すために、一般的にボリュームレンダリング処理が行われ、ＶＲ画像生成部３６では、例えばレイキャスティング法によってボリュームレンダリング画像を生成する。
【００２６】
一方、距離情報生成部３５は、視線方向設定部３７で設定された視線方向から見た関心領域の境界面までの距離をスクリーンのピクセル毎に算出するもので、距離算出部３８と、距離算出部３８で計算した距離情報を一時的に保存するメモリ３９を有する。
【００２７】
さらに、距離算出部３８からの距離情報とメモリ３９に保存された距離情報は、差分値算出部４０に供給され、それぞれの距離情報の差分値を抽出する。差分値算出部４０では、スクリーン上の各画像における、１つ前の時相における距離情報をメモリ３９から読み出し、距離算出部３８からの現時相の距離情報との差分値を算出する。また、１つ前だけでなく複数の時相前の距離情報を利用しても良い。
【００２８】
差分値算出部４０の出力は付加画像生成部４１に供給される。付加画像生成部４１は差分値の大きさに応じて濃淡が変化する付加画像を生成する。付加画像生成部４１には、カラーマップ設定部４２が結合しており、ユーザが操作部２３を操作することで任意の色で付加画像を表示するように設定できる。
【００２９】
付加画像生成部４１の出力とＶＲ画像生成部３６の出力は、合成処理部４３に供給され、合成処理部４３では、ＶＲ画像（第１の画像）に、ユーザがカラーマップ設定部４２により設定した色調で付加画像（第２の画像）を上書きして合成し、表示部２６に表示する。
【００３０】
次に図２のデータ処理部２５の動作について、図３、図４を参照して説明する。
【００３１】
図２において、データ入力部３１から入力された医用画像データは、ボリュームデータ生成部３２に供給され、３次元データの集まりであるボリュームデータが生成される。
【００３２】
このボリュームデータは、関心領域抽出部３３に供給され、関心領域設定部３４によって設定された関心領域のボリュームデータを抽出する。関心領域抽出部３３で抽出されたボリュームデータは、距離情報生成部３５及びＶＲ画像生成部３６に供給される。
【００３３】
ＶＲ画像生成部３６では、例えばコンピュータ装置内で仮想の点光源を設定して、視線方向から１本の光線（レイ）をボクセルに当ててレイキャスティングを行い、ボクセル毎に反射光を演算することで２次元投影面（スクリーン）に３次元的な画像（ボリュームレンダリング画像）を生成する。また、オパシティ（不透明度）等を設定することで関心領域（例えば心臓部）のボリュームレンダリング画像を生成する。
【００３４】
また、ＶＲ画像生成部３６では、仮想の点光源から対象に光線を当てて投影し、光源からの距離に応じて輝度を設定し、対象に陰影をつけて立体的なＳＶＲ（Shaded Volume Rendering）画像を生成する。さらにＶＲ画像生成部３６は、視線方向設定部３７で設定された任意の視線方向から見たときのボリュームレンダリング画像を生成する。
【００３５】
尚、ＶＲ画像生成部３６は、レイキャスティング法に限らず、レイトレーシング法により、任意の視点からボクセル追跡を行い、ボクセルにおける明るさを求め、この明るさに基く画像情報を投影面に投影するようにしても良い。
【００３６】
図３は距離情報生成部３５と差分値算出部４０の動作を説明する説明図である。図３は、関心領域の現時相の画像（ｂ）と、１つ前の時相の画像（ａ）を説明するもので、視線方向をＡで示し、スクリーンをＢで示し、関心領域の対象物（オブジェクト）をＣで示している。
【００３７】
上述したようにＶＲ画像生成部３６では、コンピュータ装置内で仮想の光源を設定して、視線方向（矢印Ａ）から１本の光線（レイ）をボクセルに当ててレイキャスティングを行い、スクリーンＢにオブジェクトＣ（例えば心臓部）の画像を生成するが、距離算出部３８は、スクリーンＢからオブジェクトＣの境界面までの距離をスクリーンＢのピクセル（画素）毎に求め、それぞれの距離データを差分値算出部４０に供給する。
【００３８】
オブジェクトＣの境界面とは、スクリーンＢから見てレイが最初に当たる面を意味し、１つ前の時相（時刻Ｔ−１）の距離情報を（Ｄｔ−１）とし、現時相（時刻Ｔ）の距離情報を（Ｄｔ）とする。距離算出部３８で算出したそれぞれの時相での距離情報は、一時的にメモリ３９に保存される。
【００３９】
差分値算出部４０では、スクリーンＢ上の各画像における、１つ前の時相の距離情報（Ｄｔ−１）をメモリ３９から読み出し、距離算出部３８からの現時相の距離情報（Ｄｔ）との差分値を計算する。この各時相の差分値を時間差分値Ｓとする。
【００４０】
また、１つ前だけでなく複数の時相前の距離データを利用しても良い。即ち、時間的に前後する同一領域の２つの時相の画像から、距離情報の差分を求めることで、ピクセル毎に視線方向に沿った変化量を算出することができる。
【００４１】
差分値算出部４０からの時間差分値Ｓは、付加画像生成部４１に供給され、カラーマップ設定部４２によって設定されたカラーデータに変換され、任意の色で付加画像を生成する。例えば時間差分値Ｓが大きいピクセルは濃い色で表現した画像を生成し、時間差分値Ｓが小さいピクセルは淡い色で表現した画像を生成し、差分値がない（変化のない）ピクセルについては何もない画像を生成する。
【００４２】
付加画像生成部４１の出力は、合成処理部４３に供給される。合成処理部４３では、ＶＲ画像生成部３６で生成したＳＶＲ画像上に、ユーザがカラーマップ設定部４２により設定した色調で付加画像を上書きして合成し、表示部２６に表示する。図４は、ＳＶＲ画像に時間差分値Ｓに基く付加画像Ｓ１，Ｓ２がマッピングされた例を示している。
【００４３】
合成処理部４３には、順次にＳＶＲ画像が送られ、かつ時相の異なる画像から生成した付加画像が送られてくるため、立体画像上に時間的に変化する付加画像がマッピングされた４Ｄ画像が得られ、表示部２６には医用画像を４Ｄで表示することができる。また、表示画像は視線方向設定部３７により、任意の視線方向から見た画像を表示することができる。
【００４４】
図４は、視線方向（紙面に垂直の方向）から見たオブジェクトＣの画像を示しており、付加画像Ｓ１，Ｓ２がオブジェクトＣの色と異なる色でマッピング表示された例である。図４の凡例Ｅに示すように、差分値が大きいピクセルは濃い色で表示され、差分値が小さいピクセルは淡い色で表示される。
【００４５】
この図から分かるように、異なる時相の２つの画像の距離情報に差がある場合、その差分は視線方向の動きとして表示されるため、心臓等の動きのある部分を観察する際は、視線方向から見た動きを的確に把握することができる。また、視線方向から見たときの動きの大きい部分と小さい部分を色の濃淡で表示できるため、動態観察を行う上でより一層適している。
【００４６】
このように本発明によれば、現時相と前時相の差分値を用いて動画表示することにより、視野方向から見て時系列的に変化の大きい部位を明確に表示することができ、関心領域の動態観察に適した医用画像処理装置、医用画像処理方法を提供することができる。また回路構成も複雑な構成を必要とせず、簡単な構成で実現することができる。
【００４７】
尚、医用画像診断装置としてＸ線ＣＴ装置を例に説明したがＭＲＩや超音波診断装置等を利用することも可能であり、特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の医用画像処理装置の一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態におけるデータ処理部の構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態におけるデータ処理部の動作を説明する動作説明図。
【図４】同実施形態における医用画像の表示例を示す説明図。
【符号の説明】
【００４９】
１０…医用画像診断装置（Ｘ線ＣＴ装置）
２０…コンピュータシステム
２１…前処理部
２２…システムコントローラ
２３…操作部
２４…データ保存部
２５…データ処理部
２６…表示部
３１…データ入力部
３２…ボリュームデータ生成部
３３…関心領域抽出部
３４…関心領域設定部
３５…距離情報生成部
３６…ＶＲ画像生成部
３７…視線方向設定部
３８…距離算出部
３９…メモリ
４０…差分値算出部
４１…付加画像生成部
４２…カラーマップ設定部
４３…合成処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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