JPH11120327A - 画像処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等の撮影装置から
得られたボリュームデータに基づいて作成される管腔臓
器等の内腔表示を行うシステムについて、臓器の入口か
ら目標部位までの最短経路を短時間で探索して表示す
る。 【解決手段】 始点終点部６を操作して管上のある位置
を始点として指定し、管上に存在するある任意の位置
（目標部位）を終点として指定すると、中心線抽出部２
が、前記目標部位に通じる複数の管の中心を通る線（中
心線）を抽出し、最短経路算出部４が、この複数の中心
線の中から最短のものを選択する。そして、探索経路合
成部８が、この最短の中心線を対応する管の外形表示画
像上に重ねて表示する。これにより、複雑に絡み合った
管腔臓器であっても短時間に目標部位までの最短経路を
探索して表示することができる。

Description

【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】

【課題を解決するための手段】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、前記平行投
影画像作成手段により作成された３次元画像上の任意の
管状体を開始点として指定すると共に、その管状体が通
づる目標物を終点として指定するための指定手段と、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
るまでの間に存在する各管状体の内管の中心点を検出す
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を有する。また、これら各手
段と共に、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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記平行投影画像作成手段により作成された３次元画像
   上の任意の管状体を開始点として指定すると共に、目標
   とする目標物を終点として指定するための指定手段と、 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
   するまでの間に存在する各管状体の内管の中心点を検出
   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、 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。
2. 【請求項２】 前記経路検出手段は、前記指定された管
   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ことを特徴と
   する請求項１記載の画像処理装置。
3. 【請求項３】 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２記載の画像処
   理装置。
4. 【請求項４】 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乃至請求項３
   のうちいずれか１項記載の画像処理装置。