特許 6188434 医用画像処理装置および医用画像処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6188434

(24)【登録日】2017年8月10日

(45)【発行日】2017年8月30日

(54)【発明の名称】医用画像処理装置および医用画像処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/03 20060101AFI20170821BHJP

   A61B 5/055 20060101ALI20170821BHJP

【ＦＩ】

   A61B6/03 360G

   A61B5/05 380

【請求項の数】9

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-121062(P2013-121062)

(22)【出願日】2013年6月7日

(65)【公開番号】特開2014-236862(P2014-236862A)

(43)【公開日】2014年12月18日

【審査請求日】2016年4月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】東芝メディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 匠真

【審査官】 原 俊文

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１１８１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／１１８１００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０５１１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７５２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１７４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０１４４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２６６２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５２１２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２４５１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ６／０３

Ａ６１Ｂ ５／０５５

Ｇ０１Ｔ １／００

Ｇ０６Ｔ １５／００−１５／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

医用３次元画像データから管状構造物の芯線を抽出する芯線抽出部と、
前記芯線に直交するとともに異常箇所を含む前記管状構造物の管断面である異常断面のそれぞれについて、前記芯線と交わるとともに前記異常断面に含まれる前記異常箇所を通る前記異常断面内の１本の直線を異常切断線として設定する切断線設定部と、
前記芯線と前記異常切断線とが含まれるようにねじれ曲面任意多断面再構成画像を生成する画像生成部と、
を備えた医用画像処理装置。

【請求項2】

前記切断線設定部は、
前記芯線に直交するとともに異常箇所を含まない前記管状構造物の管断面である正常断面のうち、２つの前記異常断面に挟まれた１または複数の前記正常断面について、前記２つの異常断面のそれぞれの前記異常切断線の前記芯線を中心とした回転角の差を補間するように正常切断線を設定し、
前記画像生成部は、
前記芯線と前記異常切断線と前記正常切断線とが含まれるように前記ねじれ曲面任意多断面再構成画像を生成する、
請求項１記載の医用画像処理装置。

【請求項3】

前記切断線設定部は、
前記２つの異常断面の一方と、前記２つの異常断面に挟まれた１または複数の前記正常断面と、について、隣接する断面の切断線どうしの前記芯線を中心とした回転角の差が閾値以内となるよう、前記２つの異常断面に挟まれた１または複数の前記正常断面の前記正常切断線を設定する、
請求項２記載の医用画像処理装置。

【請求項4】

前記切断線設定部は、
前記異常断面に複数の異常箇所が含まれると、前記芯線と交わる前記異常断面内の直線のうち最も異常箇所を横断する距離が長くなる直線を前記異常切断線として設定する、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。

【請求項5】

前記管状構造物は血管であり、
前記ねじれ曲面任意多断面再構成画像から得られた前記血管の形状情報にもとづいて２次元ＣＦＤ計算を行うことにより血流予備量比を求める指標算出部、
をさらに備えた請求項１ないし４のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。

【請求項6】

前記指標算出部は、
前記ねじれ曲面任意多断面再構成画像から得られた前記血管の形状情報および前記血管に挿入されるインプラント部材の形状情報にもとづいて２次元ＣＦＤ計算を行うことにより、前記インプラント部材を挿入した場合における仮想的な血流予備量比を求める、
請求項５記載の医用画像処理装置。

【請求項7】

前記画像生成部は、
前記ねじれ曲面任意多断面再構成画像に対して前記血流予備量比の情報を示す画像を重畳させる、
請求項５または６に記載の医用画像処理装置。

【請求項8】

前記切断線設定部は、
ユーザによる入力部を介した指示に応じて前記異常切断線を手動で設定可能に構成された、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の医用画像処理装置。

【請求項9】

コンピュータに、医用３次元画像データから管状構造物の芯線を抽出するステップ、
前記芯線に直交するとともに異常箇所を含む前記管状構造物の管断面である異常断面のそれぞれについて、前記芯線と交わるとともに前記異常断面に含まれる前記異常箇所を通る前記異常断面内の１本の直線を異常切断線として設定するステップ、
前記芯線と前記異常切断線とが含まれるようにねじれ曲面任意多断面再構成画像を生成するステップ、
を実行させるための医用画像処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、医用画像処理装置および医用画像処理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置や磁気共鳴イメージング装置（以下、ＭＲＩ装置という）等で得られたボリュームデータ（医用３次元画像データ）にもとづいて管状構造物を観察する方法として、ＭＰＲ（Multi-Planner Reconstruction）法や曲面任意他断面再構成法（ＣＰＲ（Curved multi-Planner Reconstruction）法）、伸張ＣＰＲ（Stretched CPR）法（以下、ＳＰＲ法という）と呼ばれる方法が知られている。

【0003】

ＭＰＲ法は、３次元データを任意方向の平面で切断し、この平面に垂直な方向から見た断面画像を再構成する方法である。一方、ＣＰＲ法は、主に３次元画像データ中の管状構造物を観察する場合に用いられる方法であり、管状構造物の芯線に沿って３次元画像データを切断し、この曲面を所定の投影面に投影することにより管状構造物の芯線に沿った断面画像を再構成する方法である。また、ＳＰＲ法は、ＣＰＲ法で抽出された芯線をさらに直線状に引き伸ばす方法である。これらの方法によれば、ユーザは管状構造物の断面を容易に観察することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−７５２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、これらの断面画像は、あくまで管状構造物の１断面の画像にすぎない。たとえばＣＰＲ法で得られる断面画像（以下、ＣＰＲ画像という）は、管状構造物の芯線に沿った特定の断面で捉えられる情報しか持たず、この断面に対して奥行き方向にずれた位置に存在する狭窄や肥厚などの異常箇所の画像は含まれ得ない。したがって、ユーザは、ＣＰＲ画像を観察する場合、ＣＰＲ画像に含まれない異常箇所を発見することが非常に困難である。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一実施形態に係る医用画像処理装置は、上述した課題を解決するために、医用３次元画像データから管状構造物の芯線を抽出する芯線抽出部と、芯線に直交するとともに異常箇所を含む管状構造物の管断面である異常断面のそれぞれについて、芯線と交わるとともに異常断面に含まれる異常箇所を通る異常断面内の１本の直線を異常切断線として設定する切断線設定部と、芯線と異常切断線とが含まれるようにねじれ曲面任意多断面再構成画像を生成する画像生成部と、を備えたものである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の一実施形態に係る医用画像処理装置の一構成例を示すブロック図。

【図2】制御部のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図。

【図3】従来のＣＰＲ画像の生成方法の一例を示す説明図。

【図4】従来のＣＰＲ画像と切断線との関係の一例を示す説明図。

【図5】ｔＣＰＲ画像の生成方法の一例を示す説明図。

【図6】ｔＣＰＲ画像と切断線（異常切断線を含む）との関係の一例を示す説明図。

【図7】２つの異常断面に挟まれた管断面の切断線の設定方法の一例を示す説明図。

【図8】異常切断線の設定方法の一例を示す説明図。

【図9】（ａ）は従来のＣＰＲ画像の一例を示す説明図、（ｂ）はｔＣＰＲ画像の一例を示す説明図。

【図10】血流予備量比（ＦＦＲ、Fractional Flow Reserve）について説明するための図。

【図11】インプラントを挿入するシミュレーションを行った場合のｔＣＰＲ画像の一例を示す説明図。

【図12】ＦＦＲがｔＣＰＲ画像に重畳された様子の一例を示す説明図。

【図13】制御部のＣＰＵにより、より多くの異常箇所画像を含むｔＣＰＲ画像を生成する際の手順を示すフローチャート。

【図14】制御部のＣＰＵにより、ｔＣＰＲ画像の形状情報にもとづいてＦＦＲを算出する際の手順を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明に係る医用画像処理装置および医用画像処理プログラムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

【0009】

図１は、本発明の一実施形態に係る医用画像処理装置１０の一構成例を示すブロック図である。

【0010】

医用画像処理装置１０は、図１に示すように、入力部１１、表示部１２、ネットワーク接続部１３、記憶部１４および制御部１５を有する。

【0011】

入力部１１は、少なくともポインティングデバイスを含み、たとえばマウス、トラックボール、キーボード、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を制御部１５に出力する。

【0012】

表示部１２は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、制御部１５の制御に従って医用画像などの各種画像を表示する。

【0013】

ネットワーク接続部１３は、ネットワーク１００の形態に応じた種々の情報通信用プロトコルを実装する。ネットワーク接続部１３は、この各種プロトコルに従って医用画像処理装置１０と他の電気機器とを接続する。ここでネットワーク１００とは、電気通信技術を利用した情報通信網全般を意味し、病院基幹ＬＡＮ（Local Area Network）などの無線／有線ＬＡＮやインターネット網のほか、電話通信回線網、光ファイバ通信ネットワーク、ケーブル通信ネットワークおよび衛星通信ネットワークなどを含む。

【0014】

記憶部１４は、モダリティ１０１から出力される医療用のボリュームデータ（医用３次元画像データ）や再構成画像データを記憶する。モダリティ１０１は、たとえばＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置やＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置、超音波診断装置、Ｘ線診断装置などの医用画像診断装置であって、被検体（患者）の撮像により得られた投影データにもとづいてボリュームデータ（３次元画像データ）を生成可能な装置により構成することができる。

【0015】

また、医用画像処理装置１０は、ネットワーク１００を介して接続されたモダリティ１０１や画像サーバ１０２から再構成画像やボリュームデータを受けてもよい。ネットワーク１００を介して受信した再構成画像やボリュームデータもまた、記憶部１４に記憶される。また、医用画像処理装置１０は、モダリティ１０１の構成要件としてモダリティ１０１に内包されてもよい。

【0016】

画像サーバ１０２は、たとえばＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System：医用画像保管通信システム）に備えられる画像の長期保管用のサーバであり、ネットワーク１００を介して接続されたＸ線ＣＴ(Computed Tomography)装置、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置、超音波診断装置などのモダリティ１０１で生成された再構成画像やボリュームデータなどを記憶する。

【0017】

制御部１５は、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って医用画像処理装置１０の動作を制御する。

【0018】

制御部１５のＣＰＵは、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体に記憶された医用画像処理プログラムおよびこのプログラムの実行のために必要なデータをＲＡＭへロードし、このプログラムに従って、より多くの異常箇所画像を含むねじれ曲面任意多断面再構成画像（ｔＣＰＲ画像）を生成するための処理を実行する。

【0019】

制御部１５のＲＡＭは、ＣＰＵが実行するプログラムおよびデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。制御部１５のＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、医用画像処理装置１０の起動プログラム、医用画像処理プログラムや、これらのプログラムを実行するために必要な各種データを記憶する。なお、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、ＣＰＵにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。

【0020】

図２は、制御部１５のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図である。なお、この機能実現部は、ＣＰＵを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって構成してもよい。

【0021】

図２に示すように、制御部１５のＣＰＵは、医用画像処理プログラムによって、少なくとも画像データ取得部２１、芯線抽出部２２、異常箇所検出部２３、切断線設定部２４、画像生成部２５、および指標算出部２６として機能する。この各部２１−２６は、ＲＡＭの所要のワークエリアをデータの一時的な格納場所として利用する。

【0022】

画像データ取得部２１は、少なくともモダリティ１０１により生成されたボリュームデータを取得し、記憶部１４に記憶させる。
ここで、従来のＣＰＲ画像について簡単に説明する。

【0023】

図３は、従来のＣＰＲ画像の生成方法の一例を示す説明図である。

【0024】

図３に示すように、従来のＣＰＲ画像を生成する場合には、まず、ボリュームデータにもとづいて、冠動脈などの血管、気管支、大腸、小腸など管状構造物３０の芯線３１に直交する複数の管断面３２_ｉ（ｉは正整数）が設定される。そして、複数の管断面３２_ｉのそれぞれについて、所定の投影面３３に対して平行かつこの管断面３２_ｉの中心を通る管断面３２_ｉ内の直線である切断線３４_ｉを設定する。そして、ボリュームデータからこの切断線３４_ｉに属するデータを抽出し、複数の切断線３４_ｉのデータを投影面３３に投影することにより、従来のＣＰＲ画像が生成される。

【0025】

このため、全ての切断線３４_ｉは、投影面３３に対して平行である。換言すれば、投影面３３に平行かつ芯線３１に直交する管断面３２_ｉ内の方向を基準とし芯線３１を回転中心とする回転角は、全ての切断線３４_ｉについて固定されて同一となる。したがって、たとえば図３に示す例では、切断線３４_ｉ−２、３４_ｉ−１、・・・、３４_ｉ＋３のそれぞれは、互いに平行となる。

【0026】

図４は、従来のＣＰＲ画像と切断線３４との関係の一例を示す説明図である。図４は、図３に示す例において、さらに管断面３２_ｉ−１および３２_ｉ＋３が狭窄箇所や肥厚箇所などの異常箇所４０を含む断面（以下、異常断面という）４１である場合の例について示した図である。

【0027】

異常断面４１_ｉ−１の切断線３４_ｉ−１は、この異常断面４１_ｉ−１に含まれる異常箇所４０を通るとともに異常断面４１_ｉ−１の中心を通る直線（以下、異常切断線という）４２_ｉ−１となっている。このため、この異常切断線４２_ｉ−１に捉えられた異常断面４１_ｉ−１に含まれる異常箇所４０の情報は、従来のＣＰＲ画像に反映されユーザにより視認可能である（図４右図参照）。

【0028】

一方、異常断面４１_ｉ＋３の切断線３４_ｉ＋３は、この異常断面４１_ｉ＋３に含まれる異常箇所４０を通ってはいない。このため、異常断面４１_ｉ＋３に含まれる異常箇所４０の情報は、切断線３４_ｉ＋３で捉えることができず、従来のＣＰＲ画像では反映することができない（図４右図参照）。

【0029】

このように、従来のＣＰＲ画像では、切断線３４_ｉのそれぞれが互いに平行であるために、切断線３４_ｉで捉えることができない異常箇所４０が多数存在してしまうおそれがある。

【0030】

そこで、本実施形態に係る医用画像処理装置１０は、切断線３４ｉの管断面３２ｉ内での回転角を固定せず、異常断面４１については異常切断線４２となるように切断線３４の芯線３１を中心とする回転角をねじったＣＰＲ画像（ねじれ曲面任意多断面再構成画像、以下、ツイステッドＣＰＲ画像（ｔｗｉｓｔｅｄ−ＣＰＲ画像）またはｔＣＰＲ画像という）を生成する。

【0031】

このために、まず、芯線抽出部２２は、ボリュームデータにもとづいて管状構造物３０の芯線３１を抽出する。たとえば、芯線抽出部２２は、まずボリュームデータを閾値処理することによりボリュームデータに含まれる管状構造物３０の領域を抽出する。そして、芯線抽出部２２は、この領域をたとえば細線化処理することで、芯線３１を抽出する。

【0032】

管状構造物３０は、ボリュームデータを閾値処理することにより全自動で抽出されてもよいし、モダリティ１０１から取得した再構成画像を表示部１２に表示しておき、ユーザがこの表示部１２に表示された再構成画像を確認しながら入力部１１を介して手動により領域設定されてもよい。また、ユーザにより入力部１１を介してユーザが管状構造物３０に属すると考える１点の情報をクリック操作などにより受け付け、この１点の位置からセグメンテーション（領域拡張）することにより半自動で抽出してもよい。

【0033】

また、管状構造物３０の芯線抽出方法としては細線化処理方法の他にも距離変換を用いる方法など従来種々の全自動による芯線抽出方法が知られており、これらのうち任意のものを使用することが可能である。また、たとえばモダリティ１０１から取得した再構成画像を表示部１２に表示しておき、ユーザがこの表示部１２に表示された再構成画像を確認しながら入力部１１を介して手動により芯線３１を設定してもよい。この場合、芯線抽出部２２はユーザにより手動で設定された芯線３１の情報を受け付ける。また、半自動で芯線３１を抽出する場合、芯線抽出部２２は、たとえばユーザにより入力部１１を介してユーザが芯線３１に属すると考える複数点の情報をクリック操作などにより受け付け、この複数点の間を自動補間することにより芯線３１を抽出する。

【0034】

手動による場合や半自動による場合には、芯線抽出部２２は管状構造物３０の領域を抽出する作業を省略してもよい。また、管状構造物３０の領域情報を必要としない芯線抽出アルゴリズムを用いる場合にも、芯線抽出部２２は管状構造物３０の領域を抽出する作業を省略してもよい。

【0035】

異常箇所検出部２３は、芯線３１上の所定間隔の点のそれぞれについて管断面３２を設定する。また、異常箇所検出部２３は、ボリュームデータから管断面３２のそれぞれを構成するボクセルデータ群を抽出し、これらのボクセルデータ値にもとづいて、管状構造物３０の外壁および内壁を抽出する。そして、異常箇所検出部２３は、抽出した内壁および外壁の情報にもとづいて平均値や最小径、面積などの情報を求め、これらの情報にもとづいて狭窄や肥厚などの異常箇所４０を検出する。

【0036】

切断線設定部２４は、管断面３２のそれぞれについて切断線３４を設定する。具体的には、切断線設定部２４は、まず芯線３１に直交するとともに異常箇所４０を含む管断面３２である異常断面４１のそれぞれについて、芯線３１と交わるとともに異常断面４１に含まれる異常箇所４０を通る異常断面４１内の直線を異常切断線４２として設定する。

【0037】

また、切断線設定部２４は、異常箇所４０を含まない管断面（正常断面）３２のうち、２つの異常断面４１に挟まれた１または複数の管断面３２については、２つの異常断面４１のそれぞれの異常切断線４２の芯線３１を中心とした回転角θの差を補間するように切断線（正常切断線、補間切断線）３４を設定する。

【0038】

画像生成部２５は、切断線設定部２４により設定された切断線３４（異常切断線４２を含む）を通るように、ｔＣＰＲ画像（ツイステッドＣＰＲ画像）を生成し、表示部１２に表示させる。

【0039】

図５は、ｔＣＰＲ画像の生成方法の一例を示す説明図である。図５に示すように、ｔＣＰＲ画像を生成する際には、まず切断線設定部２４により異常断面４１のそれぞれについて異常切断線４２が設定される。図５には、図４と同様に、管断面３２_ｉのうち、管断面３２_ｉ−１および３２_ｉ＋３がそれぞれ異常箇所４０を含む異常断面４１_ｉ−１および４１_ｉ＋３である場合の例について示した。

【0040】

図５に示すように、異常断面４１_ｉ−１および４１_ｉ＋３のそれぞれについて切断線設定部２４により、切断線３４ｉの管断面３２ｉ内での回転角θを固定することなく、異常箇所４０を通るように異常切断線４２_ｉ−１および４２_ｉ＋３が設定される。

【0041】

また、切断線設定部２４は、図５に示すように、異常箇所４０を含まない管断面（正常断面）３２のうち、２つの異常断面４１_ｉ−１および４１_ｉ＋３に挟まれた管断面３２_ｉ、３２_ｉ＋１、３２_ｉ＋２については、異常切断線４２_ｉ−１および４２_ｉ＋３の回転角θの差を補間するように切断線（正常切断線、補間切断線）３４_ｉ、３４_ｉ＋１、３４_ｉ＋２を設定する。なお、芯線３１を中心とする回転角θは、たとえば任意の所定の平面に平行かつ芯線３１に直交する管断面３２内の方向を基準（θ＝０度）とすることにより設定することができる。なお、任意の所定の平面としてボリュームレンダリング面を用いてもよいし、アキシャル面等の主要直交３断面のいずれかを用いてもよい。

【0042】

図６は、ｔＣＰＲ画像と切断線３４（異常切断線４２を含む）との関係の一例を示す説明図である。

【0043】

図６に示すように、画像生成部２５は、切断線設定部２４により設定された切断線３４（異常切断線４２を含む）を通るように、ｔＣＰＲ画像（ツイステッドＣＰＲ画像）を生成する。このため、ｔＣＰＲ画像は、従来のＣＰＲ画像に比べ非常に多くの異常箇所４０の画像を含むことができる。

【0044】

図７は、２つの異常断面４１に挟まれた管断面３２の切断線３４の設定方法の一例を示す説明図である。図７には、異常断面４１_ｉ−１の異常切断線４２_ｉ−１の回転角θをθ＝０度としたとき、異常断面４１_ｉ＋３の異常切断線４２_ｉ＋３の回転角θがθ＝９０度である場合の例について示した。

【0045】

図７に示す例のように、２つの異常断面４１に挟まれた１または複数の管断面３２の切断線３４は、２つの異常切断線４２の回転角θの差を補間するように切断線（正常切断線、補間切断線）３４を設定される。この結果、回転角θを固定せずにねじることにより生成されるｔＣＰＲ画像においても、内壁画像や外壁画像の連続性を保つことができる。

【0046】

なお、この連続性に鑑みて、隣接する管断面３２どうしの回転角θの差に閾値を設けてもよい。たとえば、距離が近いにもかかわらず回転角θの差が大きい場合、この２つの異常断面４１の間では、内壁画像や外壁画像の連続性を保つことが難しいほど回転角θがねじれてしまう場合がある。このため、補間を行うと隣接する管断面３２どうしの回転角θの差が閾値θｔｈを超えてしまう場合には、閾値θｔｈ以内となるようにするよい。

【0047】

たとえば、図７に示す例において閾値θｔｈ＝１５度である場合は、θ_ｉ−１、θ_ｉ、θ_ｉ＋１、θ_ｉ＋２をそれぞれ１５度、３０度、４５度、６０度とする。また、このとき、異常断面４１_ｉ＋３の異常切断線４２_ｉ＋３については、θ_ｉ＋３を９０度のままとしてもよいしθ_ｉ＋２との関係から７５度としてもよい。９０度のままにしておく場合、内壁画像や外壁画像の連続性は多少損なわれる場合があるものの、ｔＣＰＲ画像に確実に異常箇所４０の画像を含めることができる。一方、７５度とする場合、ｔＣＰＲ画像に表示される異常箇所４０の画像が小さくなってしまう場合があるものの、内壁画像や外壁画像の連続性を保つことができる。

【0048】

また、隣接する管断面３２どうしの距離が可変である場合に対応するため、この角度閾値θｔｈは、隣接する管断面３２どうしの距離に応じて決定されるとよい。

【0049】

図８は、異常切断線４２の設定方法の一例を示す説明図である。

【0050】

切断線設定部２４は、異常断面４１については異常箇所４０を通り芯線３１と交わるように異常切断線４２を設定する。このとき、切断線設定部２４は、たとえば図８に示すように、芯線３１と交わる異常断面４１内の直線のうち最も異常箇所４０を横断する距離の合計（図８に示す例ではｄ１＋ｄ２）が長くなる直線を異常切断線４２として設定するとよい。

【0051】

すなわち、切断線設定部２４は、異常箇所検出部２３により検出された異常箇所４０の情報にもとづいて、自動で異常切断線４２、正常切断線、補間切断線その他の切断線３４を設定することができる。したがって、画像生成部２５は、切断線設定部２４により設定された切断線３４（異常切断線４２を含む）を通るように、自動でｔＣＰＲ画像（ツイステッドＣＰＲ画像）を生成し、表示部１２に表示させることができる。

【0052】

また、半自動でｔＣＰＲ画像を生成してもよく、この場合、切断線設定部２４は、ユーザにより入力部１１を介して所定位置の切断線３４の設定を受け付ける。たとえば、ユーザにより入力部１１を介して２箇所の異常箇所４０に対して異常切断線４２が設定された場合、切断線設定部２４は、この２箇所の異常切断線４２の間の切断線３４を自動的に設定する。また、この２箇所の異常切断線４２の間に異常箇所４０がある場合には、切断線設定部２４はこの異常箇所４０を通る異常切断線４２を自動的に設定する。また、手動で全ての異常箇所４０を通る異常切断線４２がユーザにより手動で設定されてもよい。

【0053】

また、ユーザにより設定された切断線３４を受け付ける場合であっても、切断線設定部２４は、補間を行うと隣接する管断面３２どうしの回転角θの差が閾値θｔｈを超えてしまう場合には、閾値θｔｈ以内となるようにユーザにより設定された切断線３４の設定を変更してもよい。

【0054】

また、切断設定部２４は、全自動または半自動により設定された切断線３４にもとづくｔＣＰＲ画像が生成されて表示部１２に表示されたあとであっても、ユーザによる入力部１１を介した変更指示を受け付けると、この変更指示に応じて位置や回転角度その他の切断線３４の設定を変更する。この場合、画像生成部２５は、変更後の切断線３４にもとづいてｔＣＰＲ画像を生成して表示部１２に表示させる。このとき、変更前の切断線３４にもとづくｔＣＰＲ画像と並列表示させてもよい。

【0055】

図９（ａ）は従来のＣＰＲ画像の一例を示す説明図であり、（ｂ）はｔＣＰＲ画像の一例を示す説明図である。

【0056】

図９に示すように、ｔＣＰＲ画像は従来のＣＰＲ画像に比べ、より多くの異常箇所４０の情報を含むことができる。なお、図９に示すようなｔＣＰＲ画像を表示する際には、画像生成部２５は、ｔＣＰＲ画像に対して異常箇所４０の位置を示す強調画像を重畳表示させてもよい。強調画像としては、たとえば異常箇所を囲む図形や文字情報、異常レベルに応じた異常箇所を囲む図形の色分けや輝度わけ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。

【0057】

続いて、ｔＣＰＲ画像にもとづく血流予備量比の算出方法について説明する。

【0058】

図１０は、血流予備量比（ＦＦＲ、Fractional Flow Reserve）について説明するための図である。

【0059】

ＦＦＲは、医師がカテーテル手術を行うか薬物療法を行うかの選択を行うための指標に用いられる。狭窄などの異常箇所４０の異常の進行度の評価には、管状構造物３０内の圧力が用いられる。具体的には、カテーテルなどのプレッシャーワイヤー５１を直接管状構造物３０に通し、異常箇所４０の前部の圧力であるＰｉｎと後部の圧力であるＰｏｕｔを計測する。ＦＦＲの値はＦＦＲ＝Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎで定義される。そして、このＦＦＲの値は、たとえばＦＦＲが０．８より低いとカテーテル手術を行い、０．８より大きいと薬物療法で対応するなどの判断指標として用いられる。

【0060】

しかし、プレッシャーワイヤー５１を用いたＦＦＲ計測は侵襲的であり被検体に対する負担が大きい。このため、最近、流体解析を用いたシミュレーションベースのＦＦＲ算出法が開発されている。

【0061】

この種のＦＦＲ算出法の１つに、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）計算法がある。ＣＦＤ計算法は、管状構造物３０の形状と、管状構造物３０の内部を流れる流体の粘性などの物理パラメータと、を入力とし、ナビエ・ストークスの式を用いてＦＦＲの値を求める方法である。

【0062】

このＣＦＤ計算法は、管状構造物３０の形状が３次元である場合には、計算に多大な時間を要してしまう。一方、本実施形態に係る医用画像処理装置１０により生成されるｔＣＰＲ画像は、管状構造物３０の断面画像、すなわち２次元画像であるとともに、従来のＣＰＲ画像に比べ非常に多くの異常箇所４０の情報を含む画像である。したがって、ｔＣＰＲ画像の形状情報を用いて２次元ＣＦＤ計算を行えば、３次元ＣＦＤ計算よりも短い時間かつ軽い負荷で、従来のＣＰＲ画像を用いるよりも多くの異常箇所４０の情報を反映した正確なＦＦＲを求めることができる。

【0063】

そこで、制御部１５の指標算出部２６は、画像生成部２５により生成された管状構造物３０のｔＣＰＲ画像の形状情報にもとづいて２次元ＣＦＤ計算を行うことにより、ＦＦＲを求める。ｔＣＰＲ画像の形状情報を用いることにより、従来のＣＰＲ画像の形状情報を用いる場合に比べより多くの異常箇所４０の情報を反映することができるため、より正確なＦＦＲを求めることができる。

【0064】

図１１は、インプラント５２を挿入するシミュレーションを行った場合のｔＣＰＲ画像の一例を示す説明図である。

【0065】

ステントなどのインプラント５２を挿入する予定がある場合であって、インプラント５２のメッシュデータ（ポリゴンデータなど）の形状情報が取得可能である場合は、インプラント５２の形状情報にもとづいてインプラント５２の画像をｔＣＰＲ画像に重畳表示することにより挿入をシミュレートすることができる。また、インプラント５２のメッシュデータ（ポリゴンデータなど）の形状情報が取得可能である場合は、管状構造物３０の形状情報に対してインプラント５２を挿入した場合の形状情報を反映して２次元ＣＦＤ計算を行うことにより、インプラント５２を挿入した場合の仮想的なＦＦＲを求めることができる。

【0066】

なお、インプラント５２の形状情報は、記憶部１４にあらかじめ記憶されていてもよいし、ネットワーク１００からダウンロードされてもよいし、ユーザにより入力部１１を介して設定されてもよい。

【0067】

図１２は、ＦＦＲがｔＣＰＲ画像に重畳された様子の一例を示す説明図である。

【0068】

指標算出部２６により算出されたＦＦＲの情報を示す画像は、図１２に示すように管状構造物３０のｔＣＰＲ画像に重畳されてもよい。このとき、ＦＦＲの情報を示す画像は、たとえば濃淡や輝度、色付けによりＦＦＲ値をあらわす画像としてもよく、この場合図１２に示すように濃淡や輝度、色付けとＦＦＲ値とを対応付けるカラーバー５３をさらに表示するとよい。

【0069】

次に、本実施形態に係る医用画像処理装置および医用画像処理プログラムの動作の一例について説明する。

【0070】

図１３は、制御部１５のＣＰＵにより、より多くの異常箇所画像を含むｔＣＰＲ画像を生成する際の手順を示すフローチャートである。図１３において、Ｓに数字を付した符号は、フローチャートの各ステップを示す。

【0071】

まず、ステップＳ１において、画像データ取得部２１は、少なくともモダリティ１０１により生成されたボリュームデータを取得し、記憶部１４に記憶させる。

【0072】

次に、ステップＳ２において、芯線抽出部２２は、ボリュームデータを閾値処理することにより全自動で、または手動あるいは半自動により、ボリュームデータに含まれる管状構造物３０の領域を抽出する。

【0073】

次に、ステップＳ３において、芯線抽出部２２は、この領域をたとえば細線化処理することにより全自動で、または手動あるいは半自動により、芯線３１を抽出する。

【0074】

なお、ステップＳ３において手動あるいは半自動により芯線３１を抽出する場合や、管状構造物３０の領域情報を必要としない芯線抽出アルゴリズムを用いて芯線３１を抽出する場合は、ステップＳ２は省略されてもよい。

【0075】

次に、ステップＳ４において、異常箇所検出部２３は、管断面３２のそれぞれについて狭窄や肥厚などの異常箇所４０を検出する。具体的には、異常箇所検出部２３は、芯線３１上の所定間隔の点のそれぞれについて管断面３２を設定し、管断面３２のそれぞれを構成するボクセルデータ群を抽出し、これらのボクセルデータ値にもとづいて、管状構造物３０の外壁および内壁を抽出する。そして、異常箇所検出部２３は、抽出した内壁および外壁の情報にもとづいて平均値や最小径、面積などの情報を求め、これらの情報にもとづいて狭窄や肥厚などの異常箇所４０を検出する。

【0076】

次に、ステップＳ５において、切断線設定部２４は、芯線３１に直交するとともに異常箇所４０を含む管断面３２である異常断面４１のそれぞれについて、芯線３１と交わるとともに異常断面４１に含まれる異常箇所４０を通る異常断面４１内の直線を、全自動で、または手動あるいは半自動で、異常切断線４２として設定する。

【0077】

なお、ステップＳ５において、手動で全ての異常切断線４２が設定される場合、ステップＳ４は省略されてもよい。

【0078】

次に、ステップＳ６において、切断線設定部２４は、異常箇所４０を含まない管断面（正常断面）３２のうち、２つの異常断面４１に挟まれた１または複数の管断面３２については、２つの異常断面４１のそれぞれの異常切断線４２の芯線３１を中心とした回転角θの差を補間するように切断線（正常切断線、補間切断線）３４を設定する。

【0079】

次に、ステップＳ７において、画像生成部２５は、切断線設定部２４により設定された切断線３４（異常切断線４２を含む）を通るように、ｔＣＰＲ画像（ツイステッドＣＰＲ画像）を生成し、表示部１２に表示させる。

【0080】

以上の手順により、より多くの異常箇所画像を含むｔＣＰＲ画像を生成することができる。

【0081】

図１４は、制御部１５のＣＰＵにより、ｔＣＰＲ画像の形状情報にもとづいてＦＦＲを算出する際の手順を示すフローチャートである。図１４において、Ｓに数字を付した符号は、フローチャートの各ステップを示す。

【0082】

この手順は、画像生成部２５により管状構造物３０のｔＣＰＲ画像が生成されてスタートとなる。

【0083】

まず、ステップＳ１１において、画像生成部２５は、インプラント５２を挿入した場合のシミュレーションを行うか否かを判定する。このシミュレーションの実行指示は、たとえばユーザにより入力部１１を介して画像生成部２５に与えられる。インプラント５２の挿入シミュレーションを行う場合はステップＳ１２に進む。一方、インプラント５２の挿入シミュレーションを行わない場合はステップＳ１３に進む。

【0084】

次に、ステップＳ１２において、画像生成部２５は、インプラント５２の形状情報をｔＣＰＲ画像に反映させる。

【0085】

次に、ステップＳ１３において、指標算出部２５は、画像生成部２５により生成された管状構造物３０のｔＣＰＲ画像の形状情報を取得する。

【0086】

次に、ステップＳ１４において、指標算出部２６は、画像生成部２５により生成された管状構造物３０のｔＣＰＲ画像の形状情報にもとづいて２次元ＣＦＤ計算を行うことにより、ＦＦＲを求める。このとき、ステップＳ１２においてインプラント５２の形状情報がｔＣＰＲ画像に反映されている場合は、このステップＳ１４においてはインプラント５２を挿入した場合の仮想的なＦＦＲが求められることになる。

【0087】

次に、ステップＳ１５において、画像生成部２５は、ＦＦＲの情報を示す画像を管状構造物３０のｔＣＰＲ画像に重畳表示させる。

【0088】

以上の手順により、ｔＣＰＲ画像の形状情報にもとづいてＦＦＲを算出することができる。

【0089】

なお、画像生成部２５は、ｔＣＰＲ画像と同様にして、芯線３１に沿って伸長させたストレッチＣＰＲのような画像（ねじれＳＰＲ画像）を生成してもよい。

【0090】

また、異常箇所検出部２３は、異常箇所４０についてソフトプラークとハードプラークとに区分してもよく、この場合、画像生成部２５は、ソフトプラークとハードプラークとを互いに異なる態様でｔＣＰＲ画像に表示するとよい。また、この場合、切断線設定部２４は、ソフトプラークのみを異常箇所４０として異常切断線４２を設定してもよい。

【0091】

本実施形態に係る医用画像処理装置１０は、管状構造物３０の芯線３１に対して直交する断面のうち、異常箇所４０を含む管断面３２である異常断面４１のそれぞれについて、異常箇所４０を通るように異常切断線４２を設定し、この異常切断線４２を通るような管状構造物３０の断面としてｔＣＰＲ画像を生成することができる。このため、このｔＣＰＲ画像は、従来のＣＰＲ画像に比べ、より多くの異常箇所４０の情報を含んだ正確な画像ということができる。

【0092】

したがって、従来のＣＰＲ画像で全ての異常箇所４０を把握するためには芯線３１に沿った様々な断面でのＣＰＲ画像を生成する必要があったところ、本実施形態に係る医用画像処理装置１０により生成されるｔＣＰＲ画像によれば、ユーザは１つのｔＣＰＲ画像で全ての異常箇所４０を確認することができ、異常箇所４０を見落とす可能性を大幅に低下させることができる。

【0093】

また、２つの異常断面４１に挟まれた１または複数の管断面３２の切断線３４は、２つの異常切断線４２の回転角θの差を補間するように切断線（正常切断線、補間切断線）３４を設定される。この結果、回転角θを固定せずにねじることにより生成されるｔＣＰＲ画像においても、内壁画像や外壁画像の連続性を保つことができ、ユーザに与える違和感を低減することができる。

【0094】

また、本実施形態に係る医用画像処理装置１０は、このｔＣＰＲ画像の形状情報を用いて２次元ＣＦＤ計算を行うことによりＦＦＲを求めることができる。このため、３次元ＣＦＤ計算よりも短い時間かつ軽い負荷で、従来のＣＰＲ画像を用いるよりも多くの異常箇所４０の情報を反映した正確なＦＦＲを求めることができる。

【0095】

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0096】

また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。

【符号の説明】

【0097】

１０ 医用画像処理装置
１５ 制御部
２２ 芯線抽出部
２３ 異常箇所検出部
２４ 切断線設定部
２５ 画像生成部
２６ 指標算出部
３０ 管状構造物
３１ 芯線
３２ 管断面
３４ 切断線
４０ 異常箇所
４１ 異常断面
４２ 異常切断線
５２ インプラント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】