(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から供給される画像情報に基づいて、平行投影法を用いて対象物の３次元画像を作成する平行投影画像作成手段と、この平行投影画像作成手段により作成された３次元画像における所望の管状体における任意の点を開始点として指定すると共に、目標とする所望の目標物を終点として指定するための指定手段と、この指定手段により指定された管状体から目標物に向かって直線を形成し、この直線が管状体の内管に当接した箇所から放線ベクトルを形成すると共にこの放線ベクトルに平行な平面を検出し、この平面の中心を前記中心点として検出すると共に、各管状体の各中心点同士を線で接続することにより、前記指定手段により指定された管状体から目標物に到達するまでの間の管状体の形に沿った複数の経路を検出する経路検出手段と、この経路検出手段により検出された複数の経路のうち、最短の経路を検出する最短経路検出手段と、少なくとも、前記最短経路検出手段により検出された最短経路を、前記平行投影画像作成手段により作成された対象物の３次元画像に合成して表示する合成表示手段とを有することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
前記経路検出手段は、複数の管状体が集中する箇所である分岐部においては、前記指定された管状体から目標物に向かって形成された直線が当接する管状体の内管の複数の箇所から、それぞれ放線ベクトルを形成すると共に、この各放線ベクトルに平行な平面をそれぞれ検出し、この各平面の中心を前記中心点としてそれぞれ検出することを特徴とする請求項１記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記外部から供給される画像情報に基づいて、透視投影法を用いて対象物の３次元画像を作成する透視投影画像作成手段と、少なくとも、前記最短経路検出手段により検出された最短経路に沿った管状体の内管画像を、所定の間隔毎に形成するように前記透視投影画像作成手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項１および請求項２のうちいずれか１項記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＸ線ＣＴ装置や核磁気共鳴装置（ＭＲＩ装置）等の撮影装置から得られた３次元ボリュームデータに基づいて管腔臓器等の内腔表示を行う画像診断システム等に設けて好適な画像処理装置に関し、特に複雑に絡み合った管腔臓器の所望の始点から目標とする臓器までの最短経路を探索して表示することにより、画像診断システムの操作性の向上等を図った画像処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等から得られた断層画像に基づいて、例えば気管支の内腔等の臓器の輪郭情報のみを抽出すると共に、この臓器の内部の画像を、平行投影法ではなく、透視投影法（パースペクティブ）を使用する事によって作成することにより、あたかも内視鏡を挿入して実際に内部を覗いているかのような立体画像を表示する画像診断システムが知られている。
【０００３】
この画像診断システムは、例えば腫瘍が発生している臓器等の目標臓器の観察を行う場合、目標臓器の入口から腫瘍等の目標部位に到達するまでの間の内腔画像を順次作成して表示する。これにより、目標部位に到達するまでの内腔内を視点が順次移動するかたちで内腔画像が表示される。
【０００４】
或いは、操作者によりその目標臓器を外側から見た画像上で目標部位が指定されると、画像診断システムは、その目標部位を含む内腔画像を作成して表示する。これにより、目標部位に直接視点を移動させたかたちで目標部位の観察を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の画像診断システムは、目標臓器の観察を行う場合に、目標部位に到達するまでの間の内腔画像を順次作成して表示することから、例えば血管や気管支等の複雑に入り組んだ臓器に関しては、実際に目標部位の画像が表示されるまでに時間を要する問題があった。
【０００６】
この問題は、前述のように目標部位を指定して直接的に表示させることで解決することができるが、この場合、その目標部位に到達するまでの経路は表示することができない。この目標部位に到達するまでの経路を示す情報は、手術計画の立案に必要とされる情報であり表示可能とすることが望まれている。
【０００７】
本発明は、上述の課題の鑑みてなされたものであり、目標部位までの最短経路を短時間に探索して表示することができると共に、この最短経路に沿って内腔画像を順次表示することにより、目標部位の画像を表示するまでに要する時間を短縮化することができるような画像処理装置の提供を目的とする。
【０００８】
本発明の係る画像処理装置は、上述の課題を解決するために、外部から供給される画像情報に基づいて、平行投影法を用いて対象物の３次元画像を作成する平行投影画像作成手段と、この平行投影画像作成手段により作成された３次元画像における所望の管状体における任意の点を開始点として指定すると共に、目標とする所望の目標物を終点として指定するための指定手段と、この指定手段により指定された管状体から目標物に向かって直線を形成し、この直線が管状体の内管に当接した箇所から放線ベクトルを形成すると共にこの放線ベクトルに平行な平面を検出し、この平面の中心を前記中心点として検出すると共に、各管状体の各中心点同士を線で接続することにより、前記指定手段により指定された管状体から目標物に到達するまでの間の管状体の形に沿った複数の経路を検出する経路検出手段と、この経路検出手段により検出された複数の経路のうち、最短の経路を検出する最短経路検出手段と、少なくとも、前記最短経路検出手段により検出された最短経路を、前記平行投影画像作成手段により作成された対象物の３次元画像に合成して表示する合成表示手段とを有する構成となっている。
【０００９】
このような画像処理装置は、経路検出手段が、前記指定手段により指定された管状体から目標物に到達するまでの間の管状体の形に沿った複数の経路を検出し、最短経路検出手段が、前記経路検出手段により検出された複数の経路のうち、最短の経路を検出する。そして、合成表示手段が、少なくとも前記最短経路検出手段により検出された最短経路を、平行投影画像作成手段により作成された対象物の３次元画像に合成して表示する。これにより、前記指定手段により指定された管状体から目標物に到達するまでの間の最短の経路を、前記対象物の３次元画像に合成して表示することができ、医師による手術計画の立案等に有効な情報を迅速に提供することができる。
【００１０】
また、本発明に係る画像処理装置は、上述の課題を解決するために前記外部から供給される画像情報に基づいて、透視投影法を用いて対象物の３次元画像を作成する透視投影画像作成手段と、少なくとも、前記最短経路検出手段により検出された最短経路に沿った管状体の内管画像を、所定の間隔毎に作成するように前記透視投影画像作成手段を制御する制御手段とを有する構成となっている。
【００１１】
このような画像処理装置は、制御手段が、前記最短経路検出手段により検出された最短経路に沿った管状体の内管画像を、所定の間隔毎に作成するように透視投影画像作成手段を制御する。これにより、前記最短経路に沿って内管画像を作成して表示することができることから、前記指定手段により指定された管状体から目標物に到達するまでの間の管状体の内管画像を迅速に作成して表示することができ、該内管画像の表示までに要する時間を短縮化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る画像処理装置の好ましい実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１３】
本発明に係る画像処理装置は、例えば画像診断システムに適用することができる。図１は、この実施の形態の画像診断システムの要部を示すブロック図であり、例えばＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の撮影装置からの画像データ（ボリュームデータ）、或いはこれら撮影装置から光磁気ディスク等の記憶媒体に記録され再生された画像データに基づいて抽出された臓器表面の輪郭データが入力端子１を介して供給されるようになっている。
【００１４】
具体的には、この輪郭データは、図２に概念的に示すようにＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の撮影装置から得られた複数の断層像に基づいて３次元画像を作成し、この３次元画像から対象臓器の画像を抽出し、この画像の輪郭を抽出することで作成され前記入力端子１に供給される。この入力端子１を介して供給された輪郭データは、中心線抽出部２、パースペクティブ画像作成部３、平行投影画像作成部７にそれぞれ供給される。
【００１５】
パースペクティブ画像作成部３は、この供給された輪郭データに基づいて、図３（ｂ）に示すようないわゆる透視投影法による管腔臓器の内部の３次元画像である内腔画像を作成し、これを画像切り替え部９及び画像セーブ部１１に供給する。また、平行投影画像作成部７は、前記輪郭データに基づいて、図３（ａ）に示すようないわゆる平行投影法による管腔臓器の外観を示す３次元画像である外形表示画像を作成し、これを探索経路合成部８及びこの探索経路合成部８を介して画像切り替え部９に供給する。画像切り替え部９は、この内腔画像及び外形表示画像のうち、操作者により指定された方の画像を選択し、これを画像表示モニタ１０に表示供給する。これにより、図３（ａ）、（ｂ）に示すような外形表示画像或いは内腔画像がモニタ表示されることとなる。
【００１６】
なお、この内腔画像或いは外形表示画像は、回転角度や視点位置を指定すると、これに対応して表示画像が変更表示されるようになっている。また、外形表示画像上で、例えばマウス装置を用いて任意の点をクリックすると、パースペクティブ画像作成部３が、このクリックした位置に対応する内腔画像を作成してモニタ表示するようになっている。
【００１７】
ここで、操作者は、目標臓器に通ずる複数の管腔臓器の任意の管腔臓器から該目標臓器までの最短経路を知りたい場合、図３（ａ）に示すように画像表示モニタ１０上に外形表示画像を表示操作すると共に、始点終点指定部６を操作して所望の管腔臓器上の任意の点を開始点Ｓとして指定すると共に、目標臓器を終点として指定する。
【００１８】
この指定がなされると、中心線抽出部２は、まず、図４（ａ）に示すように前記開始点Ｓから、目標臓器の奥の方に向かって直線状に探索点を進める。次に、このように直線状に探索点を進めると内腔臓器の壁に衝突するため、図４（ｂ）に示すようにこの衝突した内腔臓器の壁面からの放線ベクトルを算出し、この放線ベクトルに対して平行な面を作成（想定）する。これにより、臓器内腔の輪郭と前記平面とが交差する点が求まるため、内腔の輪郭からその平面の中心点を求める。次に、図４（ｃ）に示すように、この中心点と前記開始点Ｓとを直線で結び、これを臓器内腔に沿った中心線とする。
【００１９】
なお、前記中心点は、放線ベクトルと平行な面の中心点を求めるのではなく、前記探索点が衝突した内腔臓器の壁面に当接する円を作成し、この円の中心を前記中心点として求めるようにしてもよい。
【００２０】
このような作業を順次繰り返して行い、各中心点同士を順次結ぶことにより、目標臓器に通ずる全ての管腔臓器に対応する探索ベクトルを求めることができるのであるが、図４（ｄ）、（ｅ）に示すように管腔臓器が分岐している場合がある。この場合、中心線抽出部２は、以下に説明する分岐処理を行う。
【００２１】
すなわち、この分岐部分において中心線を求めようとすると、探索ベクトル上に複数の内壁面が接点として現れる。このため、この場合は分岐処理として、全ての接点について放線ベクトルを算出して各中心点を求め、図４（ｆ）に示すようにこの求めた全ての中心点が開始点Ｓと接続されるように探索ベクトルを形成する。これにより、図５（ａ）に示すように目標臓器に通ずる全ての管腔臓器に対応する探索ベクトルＡ〜Ｃを求めることができる。中心線抽出部２は、このようにして各探索ベクトルＡ〜Ｃを求めると、これらを示す探索ベクトルデータを図１に示す最短経路算出部４に供給する。
【００２２】
最短経路算出部４は、各探索ベクトルデータが供給されると、この各探索ベクトルデータに基づいて、抽出した内腔臓器の中心線に沿って、開始点Ｓから目標臓器までの長さ（距離）を検出するトラッキング処理を行う。そして、このトラッキング処理により開始点Ｓから目標臓器までの長さが検出された各探索ベクトルデータのうち、例えば図５（ｂ）に示すように開始点Ｓから目標臓器までの長さが最短の探索ベクトルデータ（中心線の長さが一番小さくなる経路の探索ベクトルデータ）を検出し、この探索ベクトルデータを目標臓器までの最短経路を示す探索ベクトルデータ（最短経路データ）として探索経路合成部８に供給する。
【００２３】
探索経路合成部８には、この最短経路データの他に、平行投影画像作成部７からの外形表示画像が供給されている。探索経路合成部８は、この外形表示画像に、最短経路データをマッピング処理し、これを画像切り替え部９を介して画像表示モニタ１０に供給する。これにより、図３（ａ）に示すように外形表示画像の対応する管腔臓器上に、操作者の指定した開始点Ｓから目標臓器に通ずる最短経路を示す矢印が表示されることとなる。
【００２４】
このように、当該実施の形態の画像診断システムは、操作者が、モニタ表示された外形表示画像上で所望の点を開始点として指定すると共に、所望の目標臓器を終点として指定することにより、中心線抽出部及び最短経路算出部が、開始点から目標臓器までの最短経路を探索し、この最短経路を示す矢印を外形表示画像に重ねて表示することができる。このため、医師等は、この最短経路を示す矢印を見ながら手術計画の立案等をすることができ、今後の医用に大きく貢献することができる。
【００２５】
次に、当該実施の形態の画像診断システムは、前述の最短経路に沿った内腔画像の表示が可能となっている。
【００２６】
すなわち、操作者は、この最短経路の探索後に、例えばピクセル数やｍｍ、インチ等の所望の間隔と共に内腔画像の表示を指定すると、探索経路自動トレース部５が、この指定されたピクセル数や所望の間隔毎に、前記最短経路に対応する内腔臓器の内腔画像を作成するようにパースペクティブ画像作成部３を制御する。パースペクティブ画像作成部３は、この所望の間隔等毎に内腔画像を順次作成すると、これらを画像切り替え部９を介して画像表示モニタ１０に供給する（自動トレース）。これにより、前記最短経路に対応する内腔臓器の内腔画像を、該最短経路に沿って順次モニタ表示することができる。
【００２７】
このように、当該実施の形態の画像診断システムは、前記最短経路に沿って所定間隔毎に作成した内腔画像を順次自動的に表示することができるのであるが、この自動トレース中に、操作者により自動トレースの一時停止の指示等がなされると、パースペクティブ画像作成部３は、この指示に対応して最短経路に沿った内腔画像の作成を一時停止し、再度、内腔画像の作成の指示がなされるまで待機状態となる。
【００２８】
また、自動トレース中に表示方向の変更の指示がなされると、パースペクティブ画像作成部３は、この指示された表示方向に対応した内腔画像を作成し、これをモニタ表示する。また、前記最短経路以外の経路に沿った内腔画像の作成の指示がなされると、パースペクティブ画像作成部３は、この指定された経路に沿って内腔画像を作成し、これをモニタ表示する。これにより、一旦決定された処理（前記最短経路に沿った内腔画像の作成処理）の途中であっても、表示方向の変更、異なる経路に沿った内腔画像の作成等を可能とすることができ、当該画像診断システムの操作性の向上を図ることができる。
【００２９】
さらに、当該実施の形態の画像診断システムは、前記最短経路や最短経路以外の経路に沿って作成された内腔画像（及び外形表示画像）の記録再生が可能となっている。
【００３０】
すなわち、操作者により内腔画像の記録が指示されると、パースペクティブ画像作成部３は、最短経路に沿って作成した内腔画像、或いは最短経路以外の経路に沿って作成した内腔画像を画像セーブ部１１に供給する。画像セーブ部１１は、この内腔画像が作成されると、例えば患者の識別番号、撮影日時、患者名、その内腔画像に連続的に付された画像番号等の付加情報と共に、この内腔画像を光磁気ディスク等の記録媒体に記録する。
【００３１】
当該画像診断システムには、例えば操作者により前記画像番号が入力されることにより指定された内腔画像を１枚のみ再生する第１の再生モードと、前記最短経路に沿って作成され記録された内腔画像を順に所定の時間毎に再生する第２の再生モードと、前記最短経路に沿って作成され記録された内腔画像の全部或いは一部を一度に一つの画面に表示する第３の再生モード等が設けられている。
【００３２】
まず、操作者は、所望の１枚の内腔画像の表示を行いたい場合、前記第１の再生モードを指定すると共に、その所望の内腔画像の画像番号等の入力を行う。この指定及び入力が行われると、画像セーブ部１１は、記録媒体に記録された複数の内腔画像のうち、操作者により入力された画像番号に対応する内腔画像を再生し、これを画像表示モニタ１０に表示制御する。これにより、操作者が所望する１枚の内腔画像をモニタ表示することができる。
【００３３】
また、操作者は、最短経路に沿って作成され記録された内腔画像を所定の時間毎に連続的に再生したい場合、前記第２の再生モードを指定する。この指定が行われると、画像セーブ部１１は、記録媒体に記録された前記最短経路に沿って作成された内腔画像を所定の時間毎に順次再生し、これらを画像表示モニタ１０に表示制御する。これにより、最短経路に沿った一連の内腔画像を連続的に表示することができる。なお、この連続再生における前後の画像再生の間隔は、システム側で予め定められた時間としてもよいし、操作者が任意に選択可能としてもよい。
【００３４】
また、操作者は、最短経路に沿って作成され記録された内腔画像の全部或いは一部を一度に一つの画面に表示したい場合、前記第３の再生モードを指定する。この指定が行われると、画像セーブ部１１は、記録媒体に記録された最短経路に沿って作成された内腔画像の全部、或いは一部（２枚以上）を再生し、これを間引き処理等により１画面分の画像情報として画像表示モニタ１０に表示制御する。これにより、最短経路に沿った一連の内腔画像を分割して一つの画面に表示することができる（マルチ画面表示）。なお、このマルチ画面表示においては、例えば操作者が画像番号を入力することで、複数の内腔画像を選択し、これらを一度に表示するようにしてもよい。
【００３５】
管腔臓器が複雑に絡み合っていたりすると、内腔画像を再生していても現在の表示部分が全体のどの部分に対応するものであるか解らなくなってしまうのであるが、当該画像診断システムは、所望の管腔臓器の部位を開始点Ｓとして指定すると共に、目標臓器を終点として指定することにより、開始点Ｓから目標臓器までの最短経路を自動的に探索して表示すると共に、この最短経路に沿って所定の間隔毎に自動的に内腔画像を作成して表示することができる。このため、現在再生されている内腔画像が、全体のどの部位に相当するのかを認識しながら再生を行うことができる。
【００３６】
また、このように作成される内腔画像は、前記探索された最短経路に沿って作成されるため、目標とする部位の内腔画像が作成されるまでに要する時間を短縮化することができ、手術計画の立案に要する時間の短縮化に貢献することができる。
【００３７】
最後に、上述の実施の形態の説明では、作成した内腔画像をモニタ表示し、記録媒体に記録することとしたが、これは、作成した内腔画像をカラープリンタ装置やＸ線フィルム等の出力媒体に出力し、印刷或いは記録等を行うようにしてもよく、この他、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る画像処理装置は、例えば血管や気管支等の複雑に入り組んだ臓器にであっても、目標部位までの最短経路を短時間に探索して表示することができる。このため、手術計画の立案等に貢献することができる。
【００３９】
また、この探索した最短経路に沿って内腔画像を順次表示することにより、目標部位の画像を表示するまでに要する時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る画像処理装置を適用した実施の形態の画像診断システムのブロック図である。
【図２】前記実施の形態の画像診断システムに供給される入力データを概念的に示した図である。
【図３】前記実施の形態の画像診断システムにおいて表示制御される内腔画像、外形表示画像、及び外形表示画像上にマッピングされて表示制御される目標臓器までの最短経路を示す図である。
【図４】前記目標臓器までの最短経路を探索の仕方を説明するための図である。
【図５】前記目標臓器までの複数の経路の中から最短経路が選択される様子を示す図である。
【符号の説明】
１…入力端子、２…中心線抽出部、３…パースペクティブ画像作成部
４…最短経路算出部、５…探索経路自動トレース部、６…始点終点指定部
７…平行投影画像作成部、８…探索経路合成部、９…画像切り替え部
１０…画像表示モニタ、１１…画像セーブ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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