特開 2024-173395 医用画像処理装置、医用画像処理プログラム及びＸ線診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024173395

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】医用画像処理装置、医用画像処理プログラム及びＸ線診断装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/00 20240101AFI20241205BHJP

   A61B 6/46 20240101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

A61B6/00 370

A61B6/00 360B

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023091780

(22)【出願日】2023-06-02

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 真樹

(72)【発明者】

【氏名】斎藤 和代

(72)【発明者】

【氏名】安藤 広治

(72)【発明者】

【氏名】小倉 伸夫

【テーマコード（参考）】

4C093

【Ｆターム（参考）】

4C093AA01

4C093AA26

4C093CA21

4C093EE30

4C093FA35

4C093FA53

4C093FA55

4C093FF35

(57)【要約】

【課題】カテーテル治療を支援すること。
【解決手段】実施形態に係る医用画像処理装置は、取得部と、変位量算出部と、回転量算出部と、表示制御部とを具備する。取得部は、直線状の基部と、前記基部に対して湾曲した先端部とを含む挿入デバイスについて、前記基部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す基部回転量と、前記挿入デバイスのＸ線画像とを取得する。変位量算出部は、前記基部回転量ごとに、前記Ｘ線画像における前記基部に対する前記先端部の位置を示す先端部変位量を算出する。回転量算出部は、前記先端部変位量に基づいて、前記先端部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す先端部回転量を算出する。表示制御部は、前記先端部回転量に基づいて、前記Ｘ線画像における前記先端部の向きを表示部に表示する。
【選択図】図１１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直線状の基部と、前記基部に対して湾曲した先端部とを含む挿入デバイスについて、前記基部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す基部回転量と、前記挿入デバイスのＸ線画像とを取得する取得部と、
前記基部回転量ごとに、前記Ｘ線画像における前記基部に対する前記先端部の位置を示す先端部変位量を算出する変位量算出部と、
前記先端部変位量に基づいて、前記先端部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す先端部回転量を算出する回転量算出部と、
前記先端部回転量に基づいて、前記Ｘ線画像における前記先端部の向きを表示部に表示する表示制御部と、
を具備する医用画像処理装置。

【請求項2】

前記基部回転量及び前記先端部回転量を所定の関係式により対応付ける対応付け部と、
前記所定の関係式を用いて、前記基部回転量から前記先端部回転量を推定する推定部と、
を更に具備し、
前記表示制御部は、前記推定された先端部回転量を用いて、前記Ｘ線画像における前記先端部の向きを前記表示部に表示する、
請求項１に記載の医用画像処理装置。

【請求項3】

前記推定部は、前記Ｘ線画像が間欠的に取得される場合、前記所定の関係式を用いて、前記基部回転量から前記先端部回転量をリアルタイムに推定し、
前記表示制御部は、リアルタイムに推定された前記先端部回転量を用いて、前記Ｘ線画像が取得されない期間にわたり、前記期間の直前に取得された前記Ｘ線画像において前記先端部の向きをリアルタイムに表示する、
請求項２に記載の医用画像処理装置。

【請求項4】

前記表示制御部は、前記Ｘ線画像に前記挿入デバイスの三次元モデルを重畳し、前記推定された先端部回転量を用いて前記三次元モデルを回転させることで、前記Ｘ線画像における前記先端部の向きを表示する、
請求項２に記載の医用画像処理装置。

【請求項5】

前記表示制御部は、前記Ｘ線画像に対応するレンダリング画像に前記挿入デバイスの三次元モデルを重畳し、前記推定された先端部回転量を用いて前記三次元モデル又は前記レンダリング画像を回転させることで、前記レンダリング画像における前記先端部の向きを表示する、
請求項２に記載の医用画像処理装置。

【請求項6】

前記基部回転量は、前記基部に取り付けられた回転センサの出力値と、前記基部を回転させるロボットの出力値と、前記基部に取り付けられた操作ハンドルの動き量とのうち少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の医用画像処理装置。

【請求項7】

前記先端部変位量は、前記基部の軸から前記先端部の先端までの距離と、前記基部の軸に対する前記先端部の角度と、前記基部及び前記先端部が成す曲線の曲率半径又は曲率とのうち少なくとも１つを含む、
請求項１に記載の医用画像処理装置。

【請求項8】

前記取得部は、前記挿入デバイスを操作する操作者からのキャリブレーション指示に応じて、前記基部回転量と、前記Ｘ線画像とを取得する、
請求項１に記載の医用画像処理装置。

【請求項9】

コンピュータに、
直線状の基部と、前記基部に対して湾曲した先端部とを含む挿入デバイスについて、前記基部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す基部回転量と、前記挿入デバイスのＸ線画像とを取得する取得機能と、
前記基部回転量ごとに、前記Ｘ線画像における前記基部に対する前記先端部の位置を示す先端部変位量を算出する変位量算出機能と、
前記先端部変位量に基づいて、前記先端部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す先端部回転量を算出する回転量算出機能と、
前記先端部回転量に基づいて、前記Ｘ線画像における前記先端部の向きを表示部に表示する表示制御機能と、
を実現させる医用画像処理プログラム。

【請求項10】

直線状の基部と、前記基部に対して湾曲した先端部とを含む挿入デバイスについて、前記基部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す基部回転量と、前記挿入デバイスのＸ線画像とを取得する取得部と、
前記基部回転量ごとに、前記Ｘ線画像における前記基部に対する前記先端部の位置を示す先端部変位量を算出する変位量算出部と、
前記先端部変位量に基づいて、前記先端部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す先端部回転量を算出する回転量算出部と、
前記先端部回転量に基づいて、前記Ｘ線画像における前記先端部の向きを表示部に表示する表示制御部と、
を具備するＸ線診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用画像処理装置、医用画像処理プログラム及びＸ線診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

カテーテル治療は、被検体の管腔臓器（例：消化管、胆管、血管）の狭窄又は閉塞に対する治療法である。医師等の操作者は、被検体のＸ線透視画像上で挿入デバイス（例：ガイドワイヤ、カテーテル）の先端部の位置を確認しながら、目的の管腔臓器に挿入デバイスを誘導するといった手技を進める。

【0003】

しかしながら、操作者は、奥行き情報がない二次元のＸ線透視画像を見ながら手技を進めるため、当該画像上で挿入デバイスの先端部の向き（特に、奥行き方向の向き）を認識しがたい。一方、Ｘ線透視画像を表示するシステムは、当該画像を表示するのみでは、挿入デバイスの先端部の向きを認識できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開第２０１４／０２４４２２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、カテーテル治療を支援することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係る医用画像処理装置は、取得部と、変位量算出部と、回転量算出部と、表示制御部とを具備する。取得部は、直線状の基部と、前記基部に対して湾曲した先端部とを含む挿入デバイスについて、前記基部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す基部回転量と、前記挿入デバイスのＸ線画像とを取得する。変位量算出部は、前記基部回転量ごとに、前記Ｘ線画像における前記基部に対する前記先端部の位置を示す先端部変位量を算出する。回転量算出部は、前記先端部変位量に基づいて、前記先端部に係る前記基部の軸周りの回転量を示す先端部回転量を算出する。表示制御部は、前記先端部回転量に基づいて、前記Ｘ線画像における前記先端部の向きを表示部に表示する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本実施形態に係る医用画像処理システムの構成例を示すブロック図。

【図2】本実施形態に係る医用画像処理装置の構成例を示すブロック図。

【図3】本実施形態に係る医用画像処理装置の動作例を示すフローチャート。

【図4】本実施形態に係る先端部変位量の算出例を示す図。

【図5】本実施形態に係る複数の時刻における先端部変位量の算出例を示す図。

【図6】本実施形態に係る対応付けの第１過程の例を示す図。

【図7】本実施形態に係る対応付けの第２過程の例を示す図。

【図8】本実施形態に係る対応付けの第２過程の例を示す図。

【図9】本実施形態に係る対応付けの第３過程の例を示す図。

【図10】本実施形態に係る挿入デバイスの先端部の向きの第１表示例を示す図。

【図11】本実施形態に係る挿入デバイスの先端部の向きの第２表示例を示す図。

【図12】本実施形態に係る挿入デバイスの先端部の向きの第３表示例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照しながら本実施形態について説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作を行うとして、重複する説明を適宜、省略する。

【0009】

図１は、本実施形態に係る医用画像処理システム１００の構成例を示すブロック図である。医用画像処理システム１００は、カテーテル治療を支援するシステムである。医用画像処理システム１００は、各構成として、医用画像処理装置１、入力装置２、表示装置３、透視画像生成装置４及び透視画像記憶装置５を含む。各構成は、共通の信号通信路であるバス（ＢＵＳ）を介して、互いに通信可能に接続される。

【0010】

医用画像処理装置１は、カテーテル治療を支援する装置である。医用画像処理装置１は、デスクトップＰＣ、ノートＰＣ、スマートフォン、タブレット端末又はウェアラブル端末でもよいし、高速な情報処理を実行可能なワークステーションでもよい。

【0011】

入力装置２は、操作者から各種の操作を受け付ける装置である。入力装置２は、操作者から受け付けた各種の操作を電気信号に変換し、電気信号を医用画像処理装置１に送信する。入力装置２は、マウス、キーボード、ボタン、パネルスイッチ、スライダースイッチ、トラックボール、操作パネル又はタッチパネルでもよい。入力装置２は、入力部の一例である。

【0012】

表示装置３は、各種のデータ又は情報を表示する装置である。表示装置３は、液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ又はＬＥＤディスプレイでもよい。表示装置３は、入力装置２としての機能を兼ねるタッチパネル式ディスプレイでもよい。表示装置３は、表示部の一例である。

【0013】

透視画像生成装置４は、被検体のＸ線透視画像（以下、単に「透視画像」という。）を生成する装置である。例えば、透視画像生成装置４は、被検体をＸ線透視撮影するための
各構成（例：Ｘ線管球、Ｘ線検出器、寝台、コンソール装置）を有する。透視画像生成装置４は、「Ｘ線診断装置」とも換言される。透視画像生成装置４は、生成した透視画像を透視画像記憶装置５に送信する。透視画像生成装置４は、画像生成部の一例である。

【0014】

透視画像記憶装置５は、被検体の透視画像を記憶する装置である。透視画像記憶装置５は、記憶媒体（例：磁気的記憶媒体、電磁的記憶媒体、光学的記憶媒体、半導体メモリ）でもよいし、記憶媒体との間で情報を読み書きする駆動装置でもよい。透視画像記憶装置５は、透視画像生成装置４から送信された透視画像を記憶する。透視画像記憶装置５は、画像記憶部の一例である。

【0015】

本例によれば、医用画像処理装置１は、透視画像生成装置４とは別体として存在する。本例に限らず、医用画像処理装置１は、透視画像生成装置４に組み込まれてもよい。この場合、透視画像生成装置４は、医用画像処理装置１と同様な動作を実行してもよい。

【0016】

図２は、本実施形態に係る医用画像処理装置１の構成例を示すブロック図である。医用画像処理装置１は、各構成として、処理回路１１、メモリ１２及び通信ＩＦ１３を含む。各構成は、共通の信号通信路であるバス（ＢＵＳ）を介して、互いに通信可能に接続される。

【0017】

処理回路１１は、医用画像処理装置１の全体の動作を制御する回路である。処理回路１１は、少なくとも１つのプロセッサを含む。プロセッサは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ(Graphics Processing Unit)、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Application Specific Integrated Circuit）、プログラマブル論理デバイス（例：単純プログラマブル論理デバイス（ＳＰＬＤ：Simple Programmable Logic Device）、複合プログラマブル論理デバイス（ＣＰＬＤ：Complex Programmable Logic Device）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array））などの回路を意味する。プロセッサがＣＰＵである場合、ＣＰＵはメモリ１２に記憶された各プログラムを読み出して実行することで、各機能を実現する。プロセッサがＡＳＩＣである場合、各機能がＡＳＩＣの回路内に論理回路として直接、組み込まれる。プロセッサは、単一の回路として構成されてもよいし、独立した複数の回路を互いに組み合わせて構成されてもよい。処理回路１１は、各機能（取得機能１１１、変位量算出機能１１２、回転量算出機能１１３、対応付け機能１１４、推定機能１１５、表示制御機能１１６、システム制御機能１１７）を実現する。

【0018】

取得機能１１１は、各種のデータ又は情報を取得する機能である。例えば、取得機能１１１は、直線状の基部と、基部に対して湾曲した先端部とを含む挿入デバイスについて、基部に係る基部の軸周りの回転量を示す基部回転量θ（ｔ）と、挿入デバイスの透視画像Ｘ（ｔ）とを取得する。取得機能１１１は、挿入デバイスを操作する操作者からのキャリブレーション指示に応じて、基部回転量θ（ｔ）と、透視画像Ｘ（ｔ）とを取得してもよい。取得機能１１１は、取得部の一例である。

【0019】

変位量算出機能１１２は、各種の変位量を算出する機能である。例えば、変位量算出機能１１２は、基部回転量θ（ｔ）ごとに、透視画像Ｘ（ｔ）における挿入デバイスの基部に対する先端部の位置を示す先端部変位量Ｒ（θ）を算出する。変位量算出機能１１２は、変位量算出部の一例である。

【0020】

回転量算出機能１１３は、各種の回転量を算出する機能である。例えば、回転量算出機能１１３は、先端部変位量Ｒ（θ）に基づいて、挿入デバイスの先端部に係る基部の軸周りの回転量を示す先端部回転量Φ（θ）を算出する。回転量算出機能１１３は、回転量算出部の一例である。

【0021】

対応付け機能１１４は、各種の対応付けを行う機能である。例えば、対応付け機能１１４は、基部回転量θ（ｔ）及び先端部回転量Φ（θ）を所定の関係式により対応付ける。対応付け機能１１４は、この関係式を外部装置に送信してもよい。対応付け機能１１４は、対応付け部の一例である。

【0022】

推定機能１１５は、各種の推定を行う機能である。例えば、推定機能１１５は、所定の関係式を用いて、基部回転量θ（ｔ）から先端部回転量Φ（θ）を推定する。代わりに、外部装置は、対応付け機能１１４により送信された所定の関係式を用いて、上記の推定を行ってもよい。推定機能１１５は、推定部の一例である。

【0023】

表示制御機能１１６は、各種の表示を制御する機能である。例えば、表示制御機能１１６は、回転量算出機能１１３により算出された先端部回転量Φ（θ）に基づいて、透視画像Ｘ（ｔ）における挿入デバイスの先端部の向きを表示装置３に表示する。例えば、表示制御機能１１６は、推定機能１１５により推定された先端部回転量Φ（θ）を用いて、透視画像Ｘ（ｔ）における挿入デバイスの先端部の向きを表示装置３に表示する。代わりに、外部装置は、所定の関係式により推定された先端部回転量Φ（θ）を用いて、上記の表示を行ってもよい。表示制御機能１１６は、表示制御部の一例である。

【0024】

システム制御機能１１７は、処理回路１１が行う各種の動作を制御する機能である。例えば、システム制御機能１１７は、処理回路１１が各機能（取得機能１１１、変位量算出機能１１２、回転量算出機能１１３、対応付け機能１１４、推定機能１１５、表示制御機能１１６）を実現するためのオペレーティングシステム（ＯＳ）を提供する。システム制御機能１１７は、システム制御部の一例である。

【0025】

メモリ１２は、各種のデータ又は情報を記憶する装置である。メモリ１２は、プロセッサにより読取可能な記憶媒体（例：磁気的記憶媒体、電磁的記憶媒体、光学的記憶媒体、半導体メモリ）でもよいし、記憶媒体との間でデータ又は情報を読み書きする駆動装置でもよい。メモリ１２は、処理回路１１に各機能（取得機能１１１、変位量算出機能１１２、回転量算出機能１１３、対応付け機能１１４、推定機能１１５、表示制御機能１１６、システム制御機能１１７）を実現させる各プログラムを記憶する。メモリ１２は、記憶部の一例である。

【0026】

通信ＩＦ１３は、各種のデータ又は情報を通信するインタフェースである。例えば、通信ＩＦ１３は、入力装置２、表示装置３、透視画像生成装置４又は透視画像記憶装置５との間で、各種のデータ又は情報を通信する。通信ＩＦ１３は、通信部の一例である。

【0027】

図３は、本実施形態に係る医用画像処理装置１の動作例を示すフローチャートである。本動作例に係る前提として、操作者は、被検体の血管に挿入デバイスを挿入している。すなわち、被検体は、カテーテル治療を受けている最中である。このとき、透視画像生成装置４は、挿入デバイスの透視画像Ｘ（ｔ）をリアルタイムに生成し、生成した透視画像Ｘ（ｔ）を透視画像記憶装置５に順次、記憶する。

【0028】

（ステップＳ１）まず、医用画像処理装置１は、時刻ｔを「１」に設定する（ｔ＝１）。具体的には、医用画像処理装置１は取得機能１１１により、現在の時刻を「１」とみなし、時刻ｔを「１」に設定する。

【0029】

（ステップＳ２）次に、医用画像処理装置１は、基部回転量θ（ｔ）を取得する。具体的には、医用画像処理装置１は取得機能１１１により、時刻ｔにおける基部回転量θ（ｔ）を取得する。基部回転量θ（ｔ）は、挿入デバイスの基部に取り付けられた回転センサの出力値でもよいし、挿入デバイスの基部を回転させるロボットの出力値（例：トルク値）でもよい。回転センサの出力値は、操作者が挿入デバイスの基部を手で直接的に回転させる場合に使用され得る。ロボットの出力値は、操作者が経皮的冠動脈インターベンション（ＰＣＩ：Percutaneous Coronary Intervention）用の支援ロボットを用いて、挿入デバイスの基部を間接的に回転させる場合に使用され得る。さらに、基部回転量θ（ｔ）は、光学カメラ等により撮影された画像に基づく、挿入デバイスの基部に取り付けられた操作ハンドルの動き量でもよい。

【0030】

（ステップＳ３）続いて、医用画像処理装置１は、透視画像Ｘ（ｔ）を取得する。具体的には、医用画像処理装置１は取得機能１１１により、時刻ｔにおける挿入デバイスの透視画像Ｘ（ｔ）を取得する。このとき、取得機能１１１は、透視画像記憶装置５にアクセスすることで、透視画像Ｘ（ｔ）を取得する。

【0031】

（ステップＳ４）続いて、医用画像処理装置１は、先端部変位量Ｒ（θ）を算出数する。具体的には、医用画像処理装置１は変位量算出機能１１２により、ステップＳ２で取得された基部回転量θ（ｔ）における先端部変位量Ｒ（θ）を算出する。このとき、変位量算出機能１１２は、ステップＳ３で取得された透視画像Ｘ（ｔ）を画像処理することで、先端部変位量Ｒ（θ）を算出する（図４参照）。

【0032】

（ステップＳ５）ここで、医用画像処理装置１は、対応付けを行うか否かを判定する。具体的には、医用画像処理装置１は回転量算出機能１１３により、ステップＳ２で取得された基部回転量θ（ｔ）と、先端部回転量Φ（θ）との間の対応付けを行うか否かを判定する。対応付けが行われる場合（ステップＳ５－ＹＥＳ）、処理はステップＳ６Ｂに進む。対応付けが行われない場合（ステップＳ５－ＮＯ）、処理はステップＳ６Ａに進む。

【0033】

（ステップＳ６Ａ）この場合、医用画像処理装置１は、時刻ｔを「ｔ＋１」に設定する（ｔ＝ｔ＋１）。具体的には、医用画像処理装置１は取得機能１１１により、次の時刻を「ｔ＋１」とみなし、時刻ｔを「ｔ＋１」に設定する。ステップＳ６Ａの後、処理はステップＳ２に戻る。これにより、各時刻ｔにおいて、ステップＳ２、Ｓ３及びＳ４に係る一連の処理が繰り返される（図５参照）。

【0034】

（ステップＳ６Ｂ）この場合、医用画像処理装置１は、先端部回転量Φ（θ）を算出する。具体的には、医用画像処理装置１は回転量算出機能１１３により、ステップＳ４で算出された先端部変位量Ｒ（θ）に基づいて、先端部回転量Φ（θ）を算出する（図６、図７、図８及び図９参照）。

【0035】

（ステップＳ７）続いて、医用画像処理装置１は、基部回転量θ（ｔ）及び先端部回転量Φ（θ）を対応付ける。具体的には、医用画像処理装置１は対応付け機能１１４により、ステップＳ２で取得された基部回転量θ（ｔ）と、ステップＳ６Ｂで算出された先端部回転量Φ（θ）とを所定の関係式により対応付ける。所定の関係式は、基部回転量θ（ｔ）を先端部回転量Φ（θ）に対応付けるための任意の関数（例：線形関数、非線形関数）でもよい。なお、ステップＳ１からＳ７に係る一連の処理は、一度実行されれば、繰り返し実行されなくともよい（図６、図７、図８及び図９参照）。

【0036】

（ステップＳ８）続いて、医用画像処理装置１は、先端部回転量Φ（θ）を推定する。具体的には、医用画像処理装置１は推定機能１１５により、ステップＳ７で適用された所定の関係式を用いて、現在の基部回転量θ（ｔ）から現在の先端部回転量Φ（θ）を推定する。例えば、推定機能１１５は、所定の関係式に基部回転量θ（ｔ）を代入することで、先端部回転量Φ（θ）を推定する。

【0037】

（ステップＳ９）続いて、医用画像処理装置１は、挿入デバイスの先端部の向きを表示する。具体的には、医用画像処理装置１は表示制御機能１１６により、ステップＳ８で推定された先端部回転量Φ（θ）を用いて、現在の透視画像Ｘ（ｔ）における挿入デバイスの先端部の向きを表示装置３に表示する（図１０、図１１及び図１２参照）。

【0038】

（ステップＳ１０）ここで、医用画像処理装置１は、表示を終了するか否かを判定する。具体的には、医用画像処理装置１は表示制御機能１１６により、ステップＳ９に係る挿入デバイスの先端部の向きの表示を終了するか否かを判定する。表示が終了される場合（ステップＳ１０－ＹＥＳ）、医用画像処理装置１は一連の処理を終了する。表示が終了されない場合（ステップＳ１０－ＮＯ）、処理はステップＳ８に戻る。これにより、ステップＳ８及びＳ９に係る処理が繰り返し実行され、挿入デバイスの先端部の向きがリアルタイムに推定されて表示される。なお、表示制御機能１１６は、操作者から表示の終了指示を受けた場合に、表示を終了してもよい。

【0039】

図４は、本実施形態に係る先端部変位量Ｒ（θ）の算出例を示す図である。本例によれば、透視画像２００には、挿入デバイス３００の先端領域が写る。挿入デバイス３００は、直線状の基部３１０と、基部３１０に対して湾曲した先端部３２０とを含む。基部３１０及び先端部３２０は、略Ｙ字状を成す。先端部３２０に係る先端部変位量Ｒ（θ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示す３種類の方法により算出され得る。

【0040】

図４（Ａ）に示すように、先端部変位量Ｒ（θ）は、透視画像２００における基部３１０の軸４１０から先端部３２０の先端４２０までの距離でもよい。図４（Ｂ）に示すように、先端部変位量Ｒ（θ）は、透視画像２００における基部３１０の軸４１０に対する先端部３２０の角度でもよい。図４（Ｃ）に示すように、先端部変位量Ｒ（θ）は、透視画像２００における基部３１０及び先端部３２０が成す曲線の曲率半径又は曲率でもよい。この曲率半径は、この曲線に接する曲率円４３０の半径に相当する。曲率半径の逆数は、曲率に相当する。

【0041】

特に、先端部変位量Ｒ（θ）は、透視画像２００において先端部３２０が左又は右を向く場合には、その絶対値｜Ｒ（θ）｜が最大となるように定義される。一方、先端部変位量Ｒ（θ）は、透視画像２００において先端部３２０が正面又は奥を向く場合には、その絶対値｜Ｒ（θ）｜が「０」となるように定義される。後者の場合は、透視画像２００において基部３１０及び先端部３２０が同一の直線上に位置する場合に相当する。先端部３２０の各向き（左、右、正面、奥）は、透視画像２００における基部３１０の延長方向（図４では、上下方向）を基準として定義されるとよい。

【0042】

さらに、先端部変位量Ｒ（θ）は、透視画像２００において先端部３２０が「左」を向く場合には、負の値をとるように定義される。一方、先端部変位量Ｒ（θ）は、透視画像２００において先端部３２０が「右」を向く場合には、正の値をとるように定義される。もちろん、先端部変位量Ｒ（θ）は、先端部３２０が「右」を向く場合には負の値をとるように定義され、先端部３２０が「左」を向く場合には正の値を取るように定義されてもよい。上記のように先端変位量Ｒ（θ）が定義されることで、先端部変位量Ｒ（θ）は、透視画像２００における先端部３２０の立体的な向きを定量的に示す。

【0043】

図５は、本実施形態に係る複数の時刻ｔにおける先端部変位量Ｒ（θ）の算出例を示す図である。本例によれば、テーブル５００は、複数の時刻ｔにおける基部回転量θ（ｔ）、透視画像Ｘ（ｔ）及び先端部変位量Ｒ（θ）を互いに対応付ける。テーブル５００は、メモリ１２に記憶されてもよい。以下では、先端部変位量Ｒ（θ）は、図４（Ａ）に示す方法により算出された指標値（すなわち、画素間距離）である。

【0044】

時刻ｔ＝１について、取得機能１１１は、基部回転量θ（１）を取得し、透視画像Ｘ（１）として透視画像２１０を取得する。変位量算出機能１１２は、透視画像２１０を画像処理することで、基部３１０の軸４１０から先端部３２０の先端４２０までの距離を、先端部変位量Ｒ（θ（１））として算出する。

【0045】

時刻ｔ＝２、３、４、５、６、７…について、取得機能１１１及び変位量算出機能１１２は、上記と同様な処理を繰り返す。すなわち、取得機能１１１は、基部回転量θ（２）、θ（３）、θ（４）、θ（５）、θ（６）、θ（７）…を取得する。さらに、取得機能１１１は、透視画像Ｘ（２）、Ｘ（３）、Ｘ（４）、Ｘ（５）、Ｘ（６）、Ｘ（７）…として透視画像２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０…を取得する。変位量算出機能１１２は、透視画像２２０、２３０、２４０、２５０、２６０、２７０…を画像処理することで、基部３１０の軸４１０から先端部３２０の先端４２０までの距離を、先端部変位量Ｒ（θ（２））、Ｒ（θ（３））、Ｒ（θ（４））、Ｒ（θ（５））、Ｒ（θ（６））、Ｒ（θ（７））…として算出する。

【0046】

透視画像２１０に示すように、先端部３２０が左を向く場合、先端部変位量Ｒ（θ（１））は負の最大値（例：－１）をとる。透視画像２４０に示すように、先端部３２０が正面を向く場合、先端部変位量Ｒ（θ（４））は「０」をとる。透視画像２７０に示すように、先端部３２０が右を向く場合、先端部変位量Ｒ（θ（７））は正の最大値（例：１）をとる。すなわち、先端部変位量Ｒ（θ）は、時刻ｔ＝１からｔ＝７にかけて基部回転量θ（ｔ）がθ（１）からθ（７）まで連続的に変化するとき、負の最大値から正の最大値まで連続的に変化する。

【0047】

図６は、本実施形態に係る対応付けの第１過程の例を示す図である。以下では、回転量算出機能１１３及び対応付け機能１１４は、一連の過程（第１過程、第２過程、第３過程）を経て、基部回転量θ（ｔ）及び先端部回転量Φ（θ）を互いに対応付ける。ここでは、回転量算出機能１１３は、図５のテーブル５００に格納された基部回転量θ（ｔ）ごとの先端部変位量Ｒ（θ）を補外する。

【0048】

グラフ６１０は、テーブル５００に格納された基部回転量θ（ｔ）及び先端部変位量Ｒ（θ）の関係を示すグラフである。グラフ６１０の横軸は、基部回転量θ（ｔ）を度数単位（°）で示す。グラフ６１０の縦軸は、先端部変位量Ｒ（θ）を示す。グラフ６１０における曲線６１１は、基部回転量θ（ｔ）が「－１８０°」から「１８０°」の範囲の値を連続的にとる場合における、先端部変位量Ｒ（θ）の値の変化を示す。

【0049】

曲線６１１に示すように、基部回転量θ（ｔ）が「－１８０°」から「１８０°」の範囲で変化するとき、挿入デバイス３００の基部３１０は１回転する。回転量算出機能１１３は、基部３１０の１回転分の先端部変位量Ｒ（θ）を用いて、上記の範囲以外について先端部変位量Ｒ（θ）を補外する。このとき、回転量算出機能１１３は、先端部変位量Ｒ（θ）が基部３１０の１回転分の基部回転量θ（ｔ）ごとに周期的に変化するとみなし、先端部変位量Ｒ（θ）を補外する。

【0050】

グラフ６２０は、グラフ６１０と同様に、基部回転量θ（ｔ）及び先端部変位量Ｒ（θ）の関係を示すグラフである。グラフ６２０における曲線６２１は、基部回転量θ（ｔ）が「－２７０°」から「７２０°」の範囲の値を連続的にとる場合における、先端部変位量Ｒ（θ）の値の変化を示す。曲線６２１の破線部分は、曲線６１１から補外された部分を示す。

【0051】

図７及び図８は、本実施形態に係る対応付けの第２過程の例を示す図である。回転量算出機能１１３は、グラフ６２０の基部回転量θ（ｔ）＝０の付近において、先端部変位量Ｒ（θ）が負の最大値から正の最大値までの値をとる区間６３５Ａを特定する。回転量算出機能１１３は、区間６３５Ａにおける先端部変位量Ｒ（θ）に基づいて、先端部回転量Φ（θ）を算出する。例えば、回転量算出機能１１３は、先端部回転量Φ（θ）及び先端部変位量Ｒ（θ）の間に式（１）に示す関係が成り立つとみなし、先端部回転量Φ（θ）を定義する。

【0052】

【数1】

式（１）の右辺は、先端部変位量Ｒ（θ）をその絶対値｜Ｒ（θ）｜の最大値ｍａｘ（｜Ｒ（θ）｜）で除算することで、先端部変位量Ｒ（θ）を正規化することを含む。なお、Ａは係数である。

【0053】

グラフ６５０は、先端部変位量Ｒ（θ）及び先端部回転量Φ（θ）の関係を示すグラフである。グラフ６５０の横軸は、先端部変位量Ｒ（θ）を示す。グラフ６５０の縦軸は、先端部回転量Φ（θ）を示す。グラフ６５０における曲線６５１は、式（１）により定義された先端部回転量Φ（θ）を示す。回転量算出機能１１３は、曲線６５１に示す対応関係を用いて、区間６３５Ａにおける先端部変位量Ｒ（θ）を先端部回転量Φ（θ）に変換する。その後、対応付け機能１１４は、区間６３５Ａにおいて基部回転量θ（ｔ）及び先端部回転量Φ（θ）を所定の関係式により対応付ける。

【0054】

グラフ６４０は、基部回転量θ（ｔ）及び先端部回転量Φ（θ）の関係を示すグラフである。グラフ６４０の横軸は、基部回転量θ（ｔ）を示す。グラフ６４０の縦軸は、先端部回転量Φ（θ）を示す。グラフ６４０における直線６４１は、区間６３５Ａにおいて先端部回転量Φ（θ）が線形に増加することを示す。

【0055】

図９は、本実施形態に係る対応付けの第３過程の例を示す図である。回転量算出機能１１３は、グラフ６２０の基部回転量θ（ｔ）＝１８０の付近において、先端部変位量Ｒ（θ）が正の最大値から負の最大値までの値をとる区間６３５Ｂを特定する。回転量算出機能１１３は、区間６３５Ｂにおける先端部変位量Ｒ（θ）に基づいて、先端部回転量Φ（θ）を定義する。

【0056】

このとき、回転量算出機能１１３は、区間６３５Ａについて適用した上記の手法と同様に、区間６３５Ｂにおける先端部回転量Φ（θ）を定義すればよい。例えば、回転量算出機能１１３は、先端部回転量Φ（θ）及び先端部変位量Ｒ（θ）の間に式（２）に示す関係が成り立つとみなし、先端部回転量Φ（θ）を定義する。

【数2】

【0057】

グラフ６６０は、グラフ６４０と同様に、基部回転量θ（ｔ）及び先端部回転量Φ（θ）の関係を示すグラフである。グラフ６６０における直線６６１は、区間６３５Ｂにおいて先端部回転量Φ（θ）が線形に増加することを示す。なお、グラフ６４０の直線６４１と、グラフ６６０の直線６６１は、同一の直線でもよい。

【0058】

以下、回転量算出機能１１３及び対応付け機能１１４は、区間６３５Ａ及び６３５Ｂ以外の各区間について、上記と同様な処理を繰り返す。これにより、グラフ６２０の基部回転量θ（ｔ）が「－２７０°」から「７２０°」まで変化する場合において、基部回転量θ（ｔ）及び先端部回転量Φ（θ）が対応付けられる。

【0059】

図１０は、本実施形態に係る挿入デバイス３００の先端部３２０の向きの第１表示例を示す図である。本例によれば、透視画像７１０には、被検体の背骨領域と、挿入デバイス３００の一例としてガイドワイヤ８１０とが写る。ガイドワイヤ８１０の先端領域には、ガイドワイヤ８１０の基部及び先端部に対応する三次元モデル８２０が重畳される。三次元モデル８２０は、透視画像７１０におけるガイドワイヤ８１０の先端部の向きを立体的に表示する。透視画像７１０において、三次元モデル８２０は、ガイドワイヤ８１０の先端部がガイドワイヤ８１０の延長方向（図１０では、左右方向）に対して「右」を向くことを示す。

【0060】

ある時刻ｔにおける透視画像７１０は、次の時刻ｔ＋１における透視画像７２０により更新される。更新の際、表示制御機能１１６は、推定機能１１５により推定された先端部回転量Φ（θ）を用いて、透視画像７１０における三次元モデル８２０を回転し、回転後の三次元モデル８２０を透視画像７２０に表示する。透視画像７２０において、三次元モデル８２０は、ガイドワイヤ８１０の先端部がガイドワイヤ８１０の延長方向に対して「左手前」を向くことを示す。これにより、透視画像７２０は、現在のガイドワイヤ８１０の先端部の向き（特に、奥行き方向の向き）をリアルタイムに表示できる。

【0061】

図１１は、本実施形態に係る挿入デバイス３００の先端部３２０の向きの第２表示例を示す図である。本例によれば、表示画面８００には、透視画像７１０及び７５０と、レンダリング画像９１０とが表示される。概略的には、表示画面８００の右半分の領域には透視画像７１０が配置される。一方、表示画面８００の左半分の領域は上下方向に分割され、上半分の領域には透視画像７５０が配置され、下半分の領域にはレンダリング画像９１０が配置される。各領域には、透視画像７１０及び７５０と、レンダリング画像９１０とが任意の順序で配置され得る。なお、透視画像７１０及び７５０と、レンダリング画像９１０とは、透視画像生成装置４が取得した同一のボリュームデータから生成され得る。レンダリング画像９１０は、三次元（３Ｄ）ボリュームデータからレンダリングされた画像でもよい。

【0062】

図１０と同様に、図１１の透視画像７１０には、ガイドワイヤ８１０及び三次元モデル８２０が写る。ただし、図１１の透視画像７１０には、カテーテル８３０が更に写る。すなわち、図１０の透視画像７１０をズームアウトする（画角を広げる）ことで、図１１の透視画像７１０が得られる。図１１の透視画像７１０において、ガイドワイヤ８１０及びカテーテル８３０は、後述する血管８５０の形状に合わせて、逆Ｓ字状に湾曲する。

【0063】

透視画像７５０は、透視画像７１０に含まれる血管群を造影剤により強調した画像（造影画像）である。透視画像７５０は、透視画像７１０に先立って取得されていてもよい。透視画像７５０には、逆Ｓ字状に湾曲する太い血管８５０と、血管８５０から分岐する２本の細い血管８５１及び８５２とが写る。血管８５０及び８５１の分岐点８６０の位置は、透視画像７１０における三次元モデル８２０の位置に相当し、レンダリング画像９１０の描画位置に相当する。

【0064】

レンダリング画像９１０は、ガイドワイヤ８１０又は三次元モデル８２０の基部から見た、分岐点８６０における血管８５０及び８５１の内部の外観を立体的に示す画像である。レンダリング画像９１０には、左側に血管８５０の経路と、右側に血管８５１の経路とが写る。レンダリング画像９１０に重畳された三次元モデル８２０は、血管８５１の経路を向いている。なお、実際のレンダリング画像９１０は、血管８５０及び８５１と、三次元モデル８２０との奥行き方向が容易に感知され得るように、各種の陰影表現等が施されてレンダリングされる。レンダリング画像９１０は、既知の３Ｄロードマップ機能により、透視画像７１０及び７５０に位置合わせされ得る。レンダリング画像９１０の枠線の形状は、矩形又は円形でもよい。

【0065】

図１２は、本実施形態に係る挿入デバイス３００の先端部３２０の向きの第３表示例を示す図である。図１２（Ａ）又は図１２（Ｂ）のいずれの態様でレンダリング画像９１０又は９５０が更新されるかは、操作者により選択され得る。

【0066】

図１２（Ａ）に示すように、ある時刻ｔにおけるレンダリング画像９１０は、次の時刻ｔ＋１におけるレンダリング画像９２０により更新される。更新の際、表示制御機能１１６は、推定機能１１５により推定された先端部回転量Φ（θ）を用いて、レンダリング画像９１０における三次元モデル８２０を矢印９２５の方向に回転し、回転後の三次元モデル８２０をレンダリング画像９２０に表示する。レンダリング画像９２０において、三次元モデル８２０は、血管８５０の経路を向く。

【0067】

図１２（Ｂ）に示すように、ある時刻ｔにおけるレンダリング画像９５０は、次の時刻ｔ＋１におけるレンダリング画像９６０により更新される。更新の際、表示制御機能１１６は、推定機能１１５により推定された先端部回転量Φ（θ）を用いて、レンダリング画像９５０を矢印９６５の方向に回転し、回転後のレンダリング画像９６０を表示する。レンダリング画像９６０において、三次元モデル８２０は、血管８５０の経路と、血管８５１の経路との間の方向を向く。

【0068】

なお、図１０、図１１及び図１２に示す表示例において、表示制御機能１１６は、以下に示す各種の表示制御を行ってもよい。第一に、表示制御機能１１６は、透視画像又はレンダリング画像に、挿入デバイス３００の先端部３２０の向きを「数値」により定量的に表示してもよい。すなわち、表示制御機能１１６は、先端部回転量Φ（θ）の数値を画像中の任意の箇所に表示してもよい。第二に、表示制御機能１１６は、挿入デバイス３００の先端部３２０の向きが見やすいＸ線の投影方向を「数値」により定量的に表示してもよい。特に、表示制御機能１１６は、透視画像生成装置４を制御することで、この投影方向に合わせてＸ線管球の位置を自動的に調整してもよい。第三に、表示制御機能１１６は、レンダリング画像にプラーク又は石灰化領域に関する情報を表示してもよい。

【0069】

以上、本実施形態に係る医用画像処理システム１００及び医用画像処理装置１について説明した。本実施形態によれば、医用画像処理装置１は、操作者が操作している挿入デバイス３００の先端部３２０の向きを表示できる。これにより、操作者は、挿入デバイス３００及び管腔臓器の間の位置関係を認識しやすくなるため、効率良く手技を進めることができる。さらに、医用画像処理装置１は、操作者が操作している挿入デバイス３００の先端部３２０の向きを認識できるため、この向きに応じた表示の制御を行うことができる。

【0070】

加えて、医用画像処理装置１は、挿入デバイス３００の基部回転量θ（ｔ）と、一方向から投影された透視画像２００とに基づいて、挿入デバイス３００の先端部３２０の向きを表示する。これにより、透視画像２００を生成する透視画像生成装置４は、Ｘ線管球を移動させる必要がなく、２つのＸ線管球を使用する必要もない。すなわち、医用画像処理装置１は、１つのＸ線管球を定位置で使用する各種の透視画像生成装置４に適用できる。

【0071】

（変形例）
第一に、医用画像処理装置１は、操作者が入力装置２を用いて入力したキャリブレーション指示に応じて、基部回転量θ（ｔ）及び透視画像Ｘ（ｔ）を取得してもよい（図５のステップＳ２及びＳ３に関連）。例えば、操作者が入力装置２としてキャリブレーション開始ボタンを押下した場合、医用画像処理装置１は、基部回転量θ（ｔ）及び透視画像Ｘ（ｔ）を取得し始める。その後、医用画像処理装置１は、取得された基部回転量θ（ｔ）及び透視画像Ｘ（ｔ）を用いて、基部回転量θ（ｔ）及び先端部回転量Φ（θ）を対応付けてもよい。

【0072】

第二に、医用画像処理装置１は、透視画像生成装置４が被検体の心臓を間欠的に撮影する場合（心電図同期撮影）にも適用され得る。具体的には、透視画像生成装置４は、被検体の心臓の拍動に同期して、特定の心位相（例：収縮期、拡張期）において心臓を間欠的に撮影する。これにより、撮影された透視画像２００における心臓の拍動の影響が低減されるため、操作者は、カテーテル治療に係る手技を進めやすくなる。

【0073】

しかしながら、上記の撮影手法では、撮影される透視画像２００のフレームレートが低下するため、操作者は、透視画像２００が取得されない期間（ギャップ期間）においては、挿入デバイス３００の先端部３２０の向きに注意する必要がある。

【0074】

そこで、医用画像処理装置１は、事前に、挿入デバイス３００の基部３１０に係る基部回転量θ（ｔ）と、挿入デバイス３００の先端部３２０に係る先端部回転量Φ（θ）とを所定の関係式により対応付ける。これにより、医用画像処理装置１は、透視画像２００が取得されない期間においても、この関係式を用いて基部回転量θ（ｔ）から先端部回転量Φ（θ）をリアルタイムに推定できる。さらに、医用画像処理装置１は、リアルタイムに推定された先端部回転量Φ（θ）を用いて、上記の期間にわたり、この期間の直前に取得された透視画像２００において三次元モデル８２０を回転させる。したがって、医用画像処理装置１は、上記の期間においても、挿入デバイス３００の先端部３２０の向きをリアルタイムに表示し、操作者による手技を支援できる。

【0075】

第三に、医用画像処理装置１は、操作者が挿入デバイス３００の基部３１０を「時計回りに」回転した場合における基部回転量θ（ｔ）と、基部３１０を「反時計回りに」回転した場合における基部回転量θ（ｔ）とを取得してもよい。さらに、医用画像処理装置１は、取得された両方向の基部回転量θ（ｔ）に対応する先端部変位量Ｒ（θ）の変化に基づいて、どの基部回転量θ（ｔ）の区間において挿入デバイス３００の先端部３２０が血管壁等に引っ掛かるかを推定してもよい。例えば、医用画像処理装置１は、先端部変位量Ｒ（θ）が不規則的に変化する基部回転量θ（ｔ）の区間を特定する。医用画像処理装置１が特定された区間を表示することで、操作者は、この区間において先端部３２０が血管壁等に引っ掛かることを認識できる。

【0076】

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、カテーテル治療を支援することができる。

【0077】

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、実施形態同士の組み合わせ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同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0078】

１ 医用画像処理装置
２ 入力装置
３ 表示装置
４ 透視画像生成装置
５ 透視画像記憶装置
１１ 処理回路
１２ メモリ
１３ 通信ＩＦ
１００ 医用画像処理システム
１１１ 取得機能
１１２ 変位量算出機能
１１３ 回転量算出機能
１１４ 対応付け機能
１１５ 推定機能
１１６ 表示制御機能
１１７ システム制御機能
２００，２１０，２２０，２３０，２４０，２５０，２６０，２７０，７１０，７２０，７５０ 透視画像
３００ 挿入デバイス
３１０ 基部
３２０ 先端部
４１０ 軸
４２０ 先端
４３０ 曲率円
５００ テーブル
６１０，６２０，６４０，６５０，６６０ グラフ
６１１，６２１，６５１ 曲線
６３５Ａ，６３５Ｂ 区間
６４１，６６１ 直線
８００ 表示画面
８１０ ガイドワイヤ
８２０ 三次元モデル
８３０ カテーテル
８５０，８５１，８５２ 血管
８６０ 分岐点
９１０，９２０，９５０，９６０ レンダリング画像
９２５，９６５ 矢印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】