JP6381998B2 - 医用画像処理装置及び医用画像処理方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、医用画像処理装置及び医用画像処理方法に関する。

近年、被検体の３次元画像データ（ボリュームデータ）に基づいて臓器などの模型を作製し、その模型を用いて手術シミュレーションを行うことが考えられている。このような模型を作製する装置として、例えば、高速造形法（ラピッドプロトタイピング）を用いた立体造形装置（いわゆる３Ｄプリンタ）が知られている。立体造形装置は、３次元画像データに対応した形状の模型を作製する。それにより、被検体の手術対象の臓器形状を表す模型が作製される。例えば、医師は、模型に対して、臓器の部分切除手術等の加工を手術シミュレーションとして行う。医師は、加工が施された模型を検討することによって、手術シミュレーションの結果を評価する。

この様に用いられる模型は、被検体の一部分を表すものである。したがって、加工が施された後の模型形状、すなわち手術シミュレーションによる臓器形状と、その周辺部位との関係性を確認しながら手術シミュレーションの結果を評価することが困難であった。

特開２００５−１４８５７８号公報

本発明が解決しようとする課題は、手術シミュレーションの結果の評価を支援することができる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である。

実施形態の医用画像処理装置は、付加部と、付加済情報記憶部と、出力部と、検出部と、位置合わせ処理部と、表示制御部とを有する。付加部は、被検体を表す被検体ボリュームデータのうち、被検体ボリュームデータの部分データであり且つ対象部位を表す部位ボリュームデータに、識別可能なマーカを表す識別マーカボリュームデータを付加する。付加済情報記憶部は、付加された識別マーカボリュームデータが識別されるための識別情報及び識別マーカボリュームデータが付加された位置を表す座標情報を記憶する。出力部は、マーカを含む対象部位の模型を造形するために、識別マーカボリュームデータが付加された部位ボリュームデータを立体造形装置へ出力する。検出部は、識別情報に基づいて、マーカを含んで造形され加工を施された手術シミュレーションの後の模型を撮影装置によって撮影することで模型ボリュームデータを取得し、模型ボリュームデータから、マーカに相当する模型マーカボリュームデータを検出する。位置合わせ処理部は、座標情報と模型マーカボリュームデータとに基づいて、被検体ボリュームデータと模型ボリュームデータとの位置合わせを行う。表示制御部は、手術シミュレーションの結果の評価を支援するための、位置合わせ処理部によって位置合わせされた被検体ボリュームデータと模型ボリュームデータとを合成した画像を表示デバイスに表示させる。

実施形態の医用画像処理装置の機能構成を表すブロック図。 実施形態の被検体ボリュームデータ及びそれに含まれる部位ボリュームデータの概略を表す模式図。 実施形態の部位ボリュームデータ及び識別マーカボリュームデータの概略を表す模式図。 実施形態の模型ボリュームデータ及び模型マーカボリュームデータの概略を表す模式図。 実施形態の部位ボリュームデータの部分が非表示となった被検体ボリュームデータの画像と模型ボリュームデータの画像とが位置合わせされ且つ重畳されて表示された画像の概略を表す模式図。 実施形態の模型マーカボリュームデータの部分が非表示となった画像の概略を表す模式図。 実施形態の医用画像処理装置の動作を表すフローチャート。

［構成］
実施形態の医用画像処理装置について図面を参照しながら説明する。

図１は、実施形態の医用画像処理装置１の構成を表すブロック図である。医用画像処理装置１は、医用画像データベース２及び立体造形装置３と通信可能に接続される。医用画像処理装置１及び医用画像データベース２は、例えば、ＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）規格に準拠したシステムを形成する。

医用画像データベース２は、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置等の医用画像診断装置により撮影された医用３次元画像の画像データ（被検体を表す被検体ボリュームデータ）を格納するハードディスクドライブ等の記憶装置と、この記憶装置に記憶される画像データを管理するシステムとを含んで構成される。このシステムとしては、例えば、ＰＡＣＳ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ａｒｃｈｉｖｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が適用される。

画像データ読出部１０１は、医用画像データベース２から、被検体ボリュームデータを読み出す。画像データ読出部１０１は、一般的な通信インターフェースを含んで構成される。画像データ読出部１０１が読み出す被検体ボリュームデータには、付帯情報が付帯されている。付帯情報は、患者情報、座標情報、縮尺情報及びデータ識別情報を含む。患者情報は、被検体である患者の氏名や患者ＩＤを表す情報である。座標情報は、各種ボリュームデータに定義された座標系及び座標を表す情報である。縮尺情報は、実体の被検体の大きさと被検体ボリュームデータに描出された被検体の大きさとの縮尺を表す情報である。データ識別情報は、被検体ボリュームデータを一意に識別可能な検査ＵＩＤ（Ｕｎｉｑｕｅ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）や画像ＵＩＤを表す情報である。画像データ読出部１０１は、読み出した被検体ボリュームデータを画像データ記憶部１０２へ出力する。

画像データ記憶部１０２は、メモリ領域を有する記憶装置を含んで構成される。画像データ記憶部１０２は、画像データ読出部１０１から受けた被検体ボリュームデータを記憶する。

セグメンテーション処理部１０３は、画像データ記憶部１０２から被検体ボリュームデータを読み出す。セグメンテーション処理部１０３は、被検体ボリュームデータを、複数の部位に分解する。この部位の例としては、骨、臓器、血管などが挙げられる。例えば、セグメンテーション処理部１０３は、一般的なリージョングローイング法を用いてこの分解を行う。このとき、セグメンテーション処理部１０３は、操作部６を介して、対象部位の内部点の指定を受ける。セグメンテーション処理部１０３は、指定された内部点をリージョングローイングの開始点として、対象部位を表す３次元領域を抽出する。抽出された領域に含まれるボリュームデータは、被検体ボリュームデータの部分データであり、且つ、対象部位を表すボリュームデータである。以下、該ボリュームデータを部位ボリュームデータと称する。

図２は、被検体ボリュームデータＶ１及びそれに含まれる部位ボリュームデータＶ２の概略を表す模式図である。ここでは、被検体ボリュームデータＶ１の一例として、被検体の腹部を撮影して得られたボリュームデータを模式的に示す。また、部位ボリュームデータＶ２の一例として、対象部位としての肝臓を表すボリュームデータを模式的に示す。但し、部位ボリュームデータＶ２に表される対象部位は、１つの部位であってもよく、複数の部位の組み合わせであってもよい。操作者は、操作部６を介して、手術シミュレーションに応じた１つ又は複数の部位を選択する。セグメンテーション処理部１０３は、選択された１つ又は複数の部位について領域を抽出する。

セグメンテーション処理部１０３は、抽出された部位ボリュームデータＶ２を表示制御部１１０に出力する。表示制御部１１０は、該部位ボリュームデータＶ２の画像を表示デバイス５に表示させる。それにより、操作者は、所望の対象部位について抽出された領域を視認しながら確認することができる。操作者は、該抽出をやり直させたい場合、リージョングローイング法の拡張条件などを適宜再設定し、再度、対象部位の領域を抽出させてもよい。

セグメンテーション処理部１０３は、部位ボリュームデータＶ２を画像データ記憶部１０２へ出力する。画像データ記憶部１０２は、セグメンテーション処理部１０３から受けた部位ボリュームデータＶ２を記憶する。なお、セグメンテーション処理部１０３は、被検体ボリュームデータＶ１のうち、部位ボリュームデータＶ２の領域とその他の領域とを分解するための情報を画像データ記憶部１０２へ出力してもよい。例えば、セグメンテーション処理部１０３は、被検体ボリュームデータＶ１のうち、部位ボリュームデータＶ２の領域とその他の領域との境界面の座標を表す境界面情報を画像データ記憶部１０２へ出力する。この場合、画像データ記憶部１０２は、セグメンテーション処理部１０３から受けた境界面情報を記憶する。

付加部１０４は、被検体を表す被検体ボリュームデータＶ１のうち、被検体ボリュームデータＶ１の部分データであり且つ対象部位を表す部位ボリュームデータＶ２に、識別可能なマーカを表す識別マーカボリュームデータを付加する。図３は、部位ボリュームデータＶ２及び識別マーカボリュームデータＶ３の概略を表す模式図である。例えば、付加部１０４は、画像データ記憶部１０２から部位ボリュームデータＶ２を読み出す。なお、付加部１０４は、画像データ記憶部１０２に記憶された境界面情報を読み、該境界面情報に表される境界面の内側のボリュームデータを部位ボリュームデータＶ２として読み出してもよい。なお、図３の例では、部位ボリュームデータＶ２の表面の３箇所に識別マーカボリュームデータＶ３が付加された場合を示したが、この場合に限定されず、４箇所以上の位置に識別マーカボリュームデータＶ３が付加されてもよい。

付加部１０４は、部位ボリュームデータＶ２を表示制御部１１０へ出力する。表示制御部１１０は、該部位ボリュームデータＶ２の画像を表示デバイス５に表示させる。操作者は、表示された画像を視認しながら、操作部６を介して、関心領域を指定する。例えば、操作者は、手術シミュレーションによって行われる切除加工後に残る領域を関心領域として指定する。なお、操作者は、手術シミュレーションによって行われる切除加工によって切除される領域を関心領域として指定してもよい。操作者は、指定した関心領域に応じて、関心領域の内側と外側とのどちらに識別マーカボリュームデータＶ３を付加させるか指定する。例えば、操作者は、切除加工後に残る領域を関心領域として指定した場合など関心領域の内側に識別マーカボリュームデータＶ３を付加させたい場合、関心領域の内側に識別マーカボリュームデータＶ３を付加させる指定を行う。また、操作者は、切除加工によって切除される領域を関心領域として指定した場合など関心領域の外側に識別マーカボリュームデータＶ３を付加させたい場合、関心領域の外側に識別マーカボリュームデータＶ３を付加させる指定を行う。

付加部１０４は、付加予定情報記憶部１０４１を含む。付加予定情報記憶部１０４１は、付加する識別マーカボリュームデータＶ３の数を表す数情報と前記識別マーカボリュームデータＶ３同士の間隔を表す間隔情報とを予め記憶する。例えば、識別マーカボリュームデータＶ３が互いに辺の長さが異なる三角形を形成するように、数「３」を表す数情報、及び、間隔「ｄ１」「ｄ２」「ｄ３」を表す間隔情報が付加予定情報記憶部１０４１に予め記憶されてもよい。数情報に表される数及び間隔情報に表される間隔は適宜設定されてもよい。識別マーカボリュームデータＶ３は、後述する位置合わせ処理部１０９が位置合わせ処理を行うための標識となる。そのために、付加部１０４は、少なくとも３つ以上の識別マーカボリュームデータＶ３を付加する。

なお、識別マーカボリュームデータＶ３は、操作者による位置の指定を受けて、手動によって付加されてもよい。この場合、操作者は、表示された部位ボリュームデータＶ２の画像を視認しながら、操作部６を介して、識別マーカボリュームデータＶ３を付加する位置を指定する。付加部１０４は、このように指定された位置に識別マーカボリュームデータＶ３を付加する。

識別マーカボリュームデータＶ３は、部位ボリュームデータＶ２すなわち対象部位に相当する部分に対して識別可能な識別情報を表すボリュームデータである。識別情報は、対象部位に相当する部分に対して識別可能な形状を表す形状情報、材質を表す材質情報、又は色（無色を含む）を表す色情報を含む。識別情報は、付加予定情報記憶部１０４１に予め記憶される。この識別情報により、識別マーカボリュームデータＶ３に相当するマーカは、部位ボリュームデータＶ２と識別される。識別マーカボリュームデータＶ３は、後述する立体造形装置３によって、部位ボリュームデータＶ２とともに模型の一部に識別情報を有するマーカとして造形される。このように造形されたマーカは、模型において、対象部位を表す部分に対して識別される標識の役割を担う。

付加部１０４は、部位ボリュームデータＶ２に対する関心領域の指定を受け、数情報及び間隔情報に基づいて、関心領域の内側又は外側に識別マーカボリュームデータＶ３を付加する。例えば、付加部１０４は、操作者による、関心領域の内側と外側とのどちらに識別マーカボリュームデータＶ３を付加させるか指定を受ける。この指定された領域（内側又は外側）が識別マーカボリュームデータＶ３を付加する領域である。付加部１０４は、付加予定情報記憶部１０４１に予め記憶された数情報及び間隔情報を読む。付加部１０４は、間隔情報に表される間隔ごとに、数情報に表される数の識別マーカボリュームデータＶ３を部位ボリュームデータＶ２に付加する。このとき、付加部１０４は、部位ボリュームデータＶ２に表される対象部位の表面を検出し、検出した表面に識別マーカボリュームデータＶ３を付加する。なお、識別情報が材質情報を含む場合、付加部１０４は、部位ボリュームデータＶ２の内部に識別マーカボリュームデータＶ３を付加してもよい。

付加部１０４は、付加した識別マーカボリュームデータＶ３が識別されるための識別情報及び識別マーカボリュームデータＶ３が付加された位置を表す座標情報を付加済情報記憶部１０５へ出力する。なお、付加部１０４は、識別情報及び座標情報に、当該部位ボリュームデータＶ２及び当該被検体ボリュームデータＶ１を一意に特定する付帯情報を付帯して、これら識別情報及び座標情報を付加済情報記憶部１０５へ出力する。付加部１０４は、識別マーカボリュームデータＶ３が付加された部位ボリュームデータＶ２を出力部１０６へ出力する。

なお、付加部１０４は、全ての識別マーカボリュームデータＶ３が同じ識別情報（形状方法、材質情報、色情報）を有するように付加してもよく、それぞれの識別マーカボリュームデータＶ３が個別の識別情報を有するように付加してもよい。

付加済情報記憶部１０５は、付加部１０４から受けた識別情報及び座標情報を記憶する。該座標情報は、各種ボリュームデータにおける所定の絶対座標系によって表されてもよく、部位ボリュームデータＶ２に対する相対座標によって表されてもよい。

出力部１０６は、一般的な通信インターフェースを含んで構成され、立体造形装置３と通信可能に接続される。出力部１０６は、マーカを含む対象部位の模型を造形するために、識別マーカボリュームデータＶ３が付加された部位ボリュームデータＶ２を立体造形装置３へ出力する。

立体造形装置３は、マーカを含む対象部位の模型を造形する。立体造形装置３は、いわゆる３Ｄプリンタである。立体造形装置３は、出力部１０６からの識別マーカボリュームデータＶ３が付加された部位ボリュームデータＶ２に基づいて、この模型を造形する。立体造形装置３が用いる造形法の例としては、光硬化法、熱溶解積層法、粉末固着法などが挙げられる。立体造形装置３により作製された模型は、識別マーカボリュームデータＶ３及び部位ボリュームデータＶ２を一体的に表す模型である。模型において、識別マーカボリュームデータＶ３はマーカとして造形され、部位ボリュームデータＶ２は対象部位として造形される。

医師は、立体造形装置３により作製された模型を用いて手術シミュレーションを行う。例えば、対象部位の一部を切除する手術シミュレーションが行われる場合、医師は、模型を対象部位として想定し、切除部分に相当する模型の部分を切除する加工を行う。手術シミュレーションにおける加工よって、模型は、手術シミュレーションの前後で、形状が異なる。

撮影装置４は、手術シミュレーション後の模型すなわち造形されたマーカを含み加工が施された模型の３次元画像を撮影する。撮影装置４は、Ｘ線ＣＴ装置などの医用画像診断装置又は３次元スキャナなどの３次元画像撮影装置によって構成される。撮影装置４は、模型ボリュームデータ読出部１０７と通信可能に接続される。

模型ボリュームデータ読出部１０７は、撮影装置４から模型ボリュームデータを読み出す。例えば、模型ボリュームデータ読出部１０７は、操作部６を介して、読み出した模型ボリュームデータと画像データ記憶部１０２に記憶された被検体ボリュームデータＶ１との関連付け指示を受ける。模型ボリュームデータ読出部１０７は、関連付けられた被検体ボリュームデータＶ１を表す付帯情報を模型ボリュームデータに付帯して、該模型ボリュームデータを画像データ記憶部１０２へ出力する。画像データ記憶部１０２は、模型ボリュームデータ読出部１０７から出力された模型ボリュームデータを記憶する。

また、付加部１０４は、識別マーカボリュームデータＶ３が患者ＩＤを表すように付加してよい。例えばこの場合、付加部１０４は、バーコード化技術等の所定の符号化技術によって患者ＩＤを表す符号の配列で識別マーカボリュームデータＶ３を付加する。模型ボリュームデータ読出部１０７は、バーコード抽出及びバーコード解読技術等の所定の符号抽出及び符号解読技術よって、模型ボリュームデータに付加された符号を抽出及び解読することによって患者ＩＤを特定する。模型ボリュームデータ読出部１０７は、特定された患者ＩＤを含む被検体ボリュームデータＶ１を画像データ記憶部１０２から検索し、検索された被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータとを関連付けてもよい。

検出部１０８は、画像データ記憶部１０２から模型ボリュームデータを読み出す。図４は、模型ボリュームデータＶ４及び模型マーカボリュームデータＶ５の概略を表す模式図である。検出部１０８は、読み出した模型ボリュームデータＶ４の付帯情報に基づいて、該模型ボリュームデータＶ４に関連付けられた被検体ボリュームデータＶ１を画像データ記憶部１０２から読み出す。検出部１０８は、読み出した被検体ボリュームデータＶ１を一意に特定する付帯情報が付帯された識別情報を付加済情報記憶部１０５から読み出す。

検出部１０８は、付加部１０４により付加された識別マーカボリュームデータの識別情報に基づいて、造形されたマーカを含み加工が施された模型の模型ボリュームデータから、マーカに相当する模型マーカボリュームデータＶ４を検出する。このとき、検出部１０８は、識別情報と模型ボリュームデータＶ４とに基づいて、模型ボリュームデータＶ４のうち、形状情報、材質情報、又は色情報に相当する部分データを模型マーカボリュームデータＶ５として検出する。

識別情報が形状情報を含む場合、検出部１０８は、模型ボリュームデータＶ４の形状を解析し、形状情報に表される形状の領域を模型マーカボリュームデータＶ５として検出する。識別情報が材質情報を含む場合、検出部１０８は、材質情報に表される材質のＣＴ値に対応した画素値の画素の集合領域を模型マーカボリュームデータＶ５として検出する。識別情報が色情報を含む場合、検出部１０８は、色情報に表される色に対応した画素値の画素の集合領域を模型マーカボリュームデータＶ５として検出する。検出部１０８は、検出した模型マーカボリュームデータＶ５の座標情報を位置合わせ処理部１０９へ出力する。

位置合わせ処理部１０９は、識別マーカボリュームデータＶ３の座標情報と模型マーカボリュームデータＶ５の座標情報とに基づいて、被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータＶ４との位置合わせを行う。位置合わせ処理部１０９は、模型マーカボリュームデータＶ５の配列に対する識別マーカボリュームデータＶ３の配列の平行移動関係、回転移動関係若しくは拡大縮小関係又はこれらの複数を求めることによって、位置合わせを行う。

ここで、識別マーカボリュームデータＶ３の配列は、被検体ボリュームデータＶ１の座標系にて定められる。したがって、識別マーカボリュームデータＶ３の配列は、該座標系における３次元配列を表す点群に相当する。一方、模型マーカボリュームデータＶ５の配列は、模型ボリュームデータＶ４の座標系にて定められる。したがって、模型ボリュームデータＶ４の配列は、該座標系における３次元配列を表す点群に相当する。

位置合わせ処理部１０９は、模型ボリュームデータＶ４の縮尺情報と被検体ボリュームデータＶ１の縮尺情報とを参照して識別マーカボリュームデータＶ３の配列と模型マーカボリュームデータＶ５の配列との拡大縮小関係を求める。位置合わせ処理部１０９は、求めた拡大縮小関係に基づいて、模型マーカボリュームデータＶ５の配列のサイズを識別マーカボリュームデータＶ３の配列のサイズに合わせる。

そして、例えば、位置合わせ処理部１０９は、３次元位置合わせ法によって、識別マーカボリュームデータＶ３の配列と模型マーカボリュームデータＶ５の配列との平行移動関係及び回転移動関係を求める。３次元位置合わせ方法の具体的なアルゴリズムは、例えば、一般的な３次元ＩＣＰ（Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）法などによって適宜設計されてよい。位置合わせ処理部１０９は、求めた拡大縮小関係、平行移動関係及び回転移動関係を模型ボリュームデータＶ４の各画素の座標に適用する。それにより、模型ボリュームデータＶ４が被検体ボリュームデータＶ１の座標系において位置合わせされる。位置合わせ処理部１０９は、位置合わせされた模型ボリュームデータＶ４及び被検体ボリュームデータＶ１を表示制御部１１０へ出力する。このように、位置合わせ処理部１０９は、識別マーカボリュームデータＶ３の配列と模型マーカボリュームデータＶ５の配列とに対して位置合わせを行う。それにより、部位ボリュームデータＶ２が表す形状と模型ボリュームデータＶ４が表す形状とが異なっていても、上記位置合わせを行うことができる。

表示制御部１１０は、位置合わせ処理部１０９によって位置合わせされた被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータＶ４とを合成した画像を表示デバイス５に表示させる。このとき、例えば、表示制御部１１０は、被検体ボリュームデータＶ１及び部位ボリュームデータＶ２に基づいて、被検体ボリュームデータＶ１から部位ボリュームデータＶ２を除外する除外処理を行う。この除外処理は、被検体ボリュームデータＶ１及び部位ボリュームデータＶ２の座標情報に基づいて、被検体ボリュームデータＶ１に含まれる部位ボリュームデータＶ２の座標を特定することにより行われる。そして、表示制御部１１０は、部位ボリュームデータＶ２が除外された被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータＶ４とを合成する。被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータＶ４とは、位置合わせ処理部１０９によって位置合わせされている。従って、このように合成されたボリュームデータの画像は、手術後の対象部位を含む被検体を想定した画像となる。

また、例えば、表示制御部１１０は、被検体ボリュームデータＶ１及び部位ボリュームデータＶ２に基づいて、被検体ボリュームデータＶ１のうち部位ボリュームデータＶ２の画素値を低減した画像を表示させる。

表示制御部１１０は、セグメンテーション処理部１０３から、部位ボリュームデータＶ２の座標情報を読み出し、該座標情報に基づいて、被検体ボリュームデータＶ１に含まれる部位ボリュームデータＶ２の領域を求める。表示制御部１１０は、求めた該領域内の画素の画素値を低減する。この低減率は、操作者によって指定されてもよく、プリセットされてもよい。例えば、低減率が１００％である場合、被検体ボリュームデータＶ１の画像のうち、部位ボリュームデータＶ２の部分が非表示となる。また、この場合に操作者が視認する画像は、その見え方が、被検体ボリュームデータＶ１から部位ボリュームデータＶ２が除外されたボリュームデータと模型ボリュームデータＶ４とが合成された画像と同様である。

図５は、部位ボリュームデータＶ２の部分が非表示となった被検体ボリュームデータＶ１の画像と模型ボリュームデータＶ４の画像とが位置合わせされ且つ重畳されて表示された画像の概略を表す模式図である。この画像は、手術後の対象部位を含む被検体を想定した画像となる。医師は、この画像によって、手術後を想定した対象部位とその周辺部位との関係を視認することができる。このように、医師は、手術シミュレーションの結果を評価することができる。それにより、医用画像処理装置１は、手術シミュレーションの結果の評価を支援することができる。

なお、表示制御部１１０は、部位ボリュームデータＶ２の画素値と模型ボリュームデータＶ４の画素値とに異なるＲＧＢ（Ｒｅｄ−Ｇｒｅｅｎ−Ｂｌｕｅ）情報を付与し、これらＲＧＢ情報を所定の比率で加算した画像を表示させてもよい。このように表示された画像は、部位ボリュームデータＶ２に表される画像すなわち手術前の対象部位の画像と、模型ボリュームデータＶ４に表される画像すなわち手術後を想定した対象部位の画像とが透かし表示された画像となる。この画像によっても、医師は、手術後を想定した対象部位とその周辺部位との関係を視認することができる。さらに、透かし表示により、医師は、手術前の対象部位の形状と手術後を想定した対象部位の形状との関係を視認することができる。このように、医師は、手術シミュレーションの結果を手術前後の対象部位の形状の比較をしながら評価することができる。それにより、医用画像処理装置１は、手術シミュレーションの結果の評価を支援することができる。

また、表示制御部１１０は、模型ボリュームデータＶ４及び模型マーカボリュームデータＶ５に基づいて、模型ボリュームデータＶ４から模型マーカボリュームデータＶ５を除外する除外処理を行う。この除外処理は、模型ボリュームデータＶ４及び模型マーカボリュームデータＶ５の座標情報に基づいて、模型ボリュームデータＶ４に含まれる模型マーカボリュームデータＶ５の座標を特定することにより行われる。そして、表示制御部１１０は、模型マーカボリュームデータＶ５が除外された模型ボリュームデータＶ４と被検体ボリュームデータＶ１とを合成した画像を表示デバイス５に表示させる。

なお、表示制御部１１０は、模型ボリュームデータＶ４及び模型マーカボリュームデータＶ５に基づいて、模型ボリュームデータＶ４のうち模型マーカボリュームデータＶ５の画素値を低減した画像を表示させてもよい。このとき、表示制御部１１０は、検出部１０８から模型マーカボリュームデータＶ５の座標情報を読み出し、該座標情報に基づいて、模型ボリュームデータＶ４に含まれる模型マーカボリュームデータＶ５の領域を求める。表示制御部１１０は、求めた該領域内の画素の画素値を低減する。この低減率は、操作者によって指定されてもよく、プリセットされてもよい。例えば、低減率が１００％であるとき、模型ボリュームデータＶ４のうち、模型マーカボリュームデータＶ５の部分が非表示となる。また、この場合に操作者が視認する画像は、その見え方が、模型ボリュームデータＶ４から模型マーカボリュームデータＶ５が除外されたボリュームデータと被検体ボリュームデータＶ１とが合成された画像と同様である。

模型マーカボリュームデータＶ５は、被検体ボリュームデータＶ１との位置合わせのために付加されたデータであるので、手術後の対象部位の形状とは異なる形状である。模型マーカボリュームデータＶ５を非表示にせずに、被検体ボリュームデータＶ１の画像と重畳させると、模型マーカボリュームデータＶ５の部分とその周辺部位との関係を視認し難い場合がある。図６は、模型マーカボリュームデータＶ５の部分が非表示となった画像の概略を表す模式図である。この画像は、手術後の対象部位の形状を模型マーカボリュームデータＶ５の部分についても表した画像となる。したがって、模型マーカボリュームデータＶ５の部分が非表示となった模型ボリュームデータＶ４の画像と被検体ボリュームデータＶ１の画像とが位置合され且つ重畳されて表示された画像は、手術後を想定した対象部位とその周辺部位との関係をさらに視認しやすい画像となる。

表示デバイス５は、表示制御部１１０からの制御信号に基づいて各種画像を表示する。表示デバイス５は、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示装置によって構成される。

操作部６は、医用画像処理装置１に対する各種の指示入力や情報入力に用いられる。操作部６は、キーボード、マウス、トラックボール、ジョイスティック等により構成される。操作部６は、表示デバイス５に表示されたＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を含んでもよい。

システム制御部１１１は、医用画像処理装置１の各部を制御する。システム制御部１１１は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）等の一般的な記憶デバイスを含み、医用画像処理装置１の各部を制御するためのコンピュータプログラムを記憶する。システム制御部１１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の一般的な処理デバイスを含み、記憶されたコンピュータプログラムを実行することにより、医用画像処理装置１の各部を制御する。例えば、システム制御部１１１は、以下に示す動作を表すコンピュータプログラムを記憶し且つ実行する。

なお、立体造形装置３、撮影装置４、表示デバイス５及び操作部６と医用画像処理装置１とは、使用時に通信可能に接続されればよい。例えば、立体造形装置３、撮影装置４、表示デバイス５及び操作部６と医用画像処理装置１とのハードウエア構成は、個別の装置として構成され、使用時に通信可能に接続される構成でもよく、一体の装置として構成されてもよい。

［動作］
図７は、実施形態の医用画像処理装置１の動作を表すフローチャートである。

ステップＳ１０１：画像データ読出部１０１は、医用画像データベース２から、被検体ボリュームデータＶ１を読み出す。画像データ読出部１０１は、読み出した被検体ボリュームデータＶ１を画像データ記憶部１０２へ出力する。

ステップＳ１０２：セグメンテーション処理部１０３は、画像データ記憶部１０２から被検体ボリュームデータＶ１を読み出す。セグメンテーション処理部１０３は、対象部位を表す３次元領域を抽出する。セグメンテーション処理部１０３は、抽出された領域に含まれるボリュームデータを部位ボリュームデータＶ２として画像データ記憶部１０２へ出力する。

ステップＳ１０３：付加部１０４は、被検体を表す被検体ボリュームデータＶ１のうち、被検体ボリュームデータＶ１の部分データであり且つ対象部位を表す部位ボリュームデータＶ２に、識別可能なマーカを表す識別マーカボリュームデータＶ３を付加する。

なお、ステップＳ１０３は、医用画像処理方法の実施形態における「付加ステップ」の一例に相当する。

ステップＳ１０４：付加部１０４は、付加した識別マーカボリュームデータＶ３が識別されるための識別情報及び識別マーカボリュームデータＶ３が付加された位置を表す座標情報を付加済情報記憶部１０５へ出力する。付加済情報記憶部１０５は、付加部１０４から受けた識別情報及び座標情報を記憶する。

なお、ステップＳ１０４は、医用画像処理方法の実施形態における「付加済情報記憶ステップ」の一例に相当する。

ステップＳ１０５：付加部１０４は、識別マーカボリュームデータＶ３が付加された部位ボリュームデータＶ２を出力部１０６へ出力する。出力部１０６は、マーカを含む対象部位の模型を造形するために、識別マーカボリュームデータＶ３が付加された部位ボリュームデータＶ２を立体造形装置３へ出力する。

なお、ステップＳ１０５は、医用画像処理方法の実施形態における「出力ステップ」の一例に相当する。

ステップＳ１０６：模型ボリュームデータＶ４読込処理部は、撮影装置４から模型ボリュームデータＶ４を読み込む。模型ボリュームデータＶ４読込処理部は、該模型ボリュームデータＶ４を画像データ記憶部１０２へ出力する。

ステップＳ１０７：検出部１０８は、付加部１０４により付加された識別マーカボリュームデータの識別情報に基づいて、造形されたマーカを含み加工が施された模型の模型ボリュームデータＶ４から、マーカに相当する模型マーカボリュームデータＶ５を検出する。検出部１０８は、検出した模型マーカボリュームデータＶ５の座標情報を位置合わせ処理部１０９へ出力する。

なお、ステップＳ１０７は、医用画像処理方法の実施形態における「検出ステップ」の一例に相当する。

ステップＳ１０８：位置合わせ処理部１０９は、識別マーカボリュームデータＶ３の座標情報と模型マーカボリュームデータＶ５の座標情報とに基づいて、被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータＶ４との位置合わせを行う。位置合わせ処理部１０９は、位置合わせされた模型ボリュームデータＶ４及び被検体ボリュームデータＶ１を表示制御部１１０へ出力する。

なお、ステップＳ１０８は、医用画像処理方法の実施形態における「位置合わせ処理ステップ」の一例に相当する。

ステップＳ１０９：表示制御部１１０は、位置合わせ処理部１０９によって位置合わせされた被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータＶ４とを合成した画像を表示デバイス５に表示させる。

なお、ステップＳ１０９は、医用画像処理方法の実施形態における「表示制御ステップ」の一例に相当する。

［効果］
実施形態の医用画像処理装置１の効果について説明する。

医用画像処理装置１は、付加部１０４と、付加済情報記憶部１０５と、出力部１０６と、検出部１０８と、位置合わせ処理部１０９と、表示制御部１１０とを有する。付加部１０４は、被検体を表す被検体ボリュームデータＶ１のうち、被検体ボリュームデータＶ１の部分データであり且つ対象部位を表す部位ボリュームデータＶ２に、識別可能なマーカを表す識別マーカボリュームデータＶ３を付加する。付加済情報記憶部１０５は、付加された識別マーカボリュームデータＶ３が識別されるための識別情報及び識別マーカボリュームデータＶ３が付加された位置を表す座標情報を記憶する。出力部１０６は、マーカを含む対象部位の模型を造形するために、識別マーカボリュームデータＶ３が付加された部位ボリュームデータＶ２を立体造形装置３へ出力する。検出部１０８は、識別情報に基づいて、造形されたマーカを含み加工が施された模型の模型ボリュームデータＶ４から、マーカに相当する模型マーカボリュームデータＶ５を検出する。位置合わせ処理部１０９は、座標情報と模型マーカボリュームデータＶ５とに基づいて、被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータＶ４との位置合わせを行う。表示制御部１１０は、位置合わせ処理部１０９によって位置合わせされた被検体ボリュームデータＶ１と模型ボリュームデータＶ４とを合成した画像を表示デバイス５に表示させる。このように、医用画像処理装置１は、対象部位に付加した識別マーカボリュームデータＶ３の座標情報と、識別マーカボリュームデータＶ３とともに造形された模型の模型ボリュームデータＶ４から検出した模型マーカボリュームデータＶ５とを位置合わせする。それにより、互いに独立関係にある被検体ボリュームデータＶ１と部位ボリュームデータＶ２とが位置合わせされる。

医用画像処理装置１は、識別マーカボリュームデータＶ３及び模型マーカボリュームデータＶ５に基づいて位置合わせを行うので、部位ボリュームデータＶ２と模型ボリュームデータＶ４との形状が変化していても位置合わせが可能である。それにより、手術シミュレーションの加工によって形状が変化した模型の模型ボリュームデータＶ４であっても、医用画像処理装置１は、該模型ボリュームデータＶ４と被検体ボリュームデータＶ１との位置合わせを行うことができる。したがって、手術シミュレーションの結果の評価を支援することができる医用画像処理装置１を提供することができる。

なお、付加部１０４は、付加予定情報記憶部１０４１を含む。付加予定情報記憶部１０４１は、付加する識別マーカボリュームデータＶ３の数を表す数情報と識別マーカボリュームデータＶ３同士の間隔を表す間隔情報とを予め記憶する。付加部１０４は、部位ボリュームデータＶ２に対する関心領域の指定を受け、数情報及び間隔情報に基づいて、関心領域の内側又は外側に識別マーカボリュームデータＶ３を付加する。それにより、例えば、操作者が、手術シミュレーションにより切除されずに残る模型部分を関心領域として指定したとき、医用画像処理装置１は、この関心領域の内側に自動的に識別マーカボリュームデータＶ３を付加することができる。また、操作者が、手術シミュレーションにより切除される模型部分を関心領域として指定したとき、医用画像処理装置１は、この関心領域の外側に自動的に識別マーカボリュームデータＶ３を付加することができる。したがって、医用画像処理装置１は、手術シミュレーション後の模型において残る範囲に識別マーカボリュームデータＶ３を簡便に付加することができる。

なお、識別情報は、対象部位に相当する部分に対して識別可能な形状を表す形状情報、材質を表す材質情報、又は色を表す色情報を含む。検出部１０８は、付加された識別マーカボリュームデータＶ３の識別情報と模型ボリュームデータＶ４とに基づいて、模型ボリュームデータＶ４のうち、マーカに相当する部分データを模型マーカボリュームデータＶ５として検出する。それにより、医用画像処理装置１は、識別マーカボリュームデータＶ３の部分が造形されたマーカを表すボリュームデータを模型ボリュームデータＶ４から検出することができる。ここで、模型は、手術シミュレーションによって加工が施され、形状が変化する場合がある。それにより、部位ボリュームデータＶ２と模型ボリュームデータＶ４とは互いにその表す形状が異なる場合がある。この場合においても医用画像処理装置１は、医用画像処理装置１は、識別マーカボリュームデータＶ３の部分が造形されたマーカを表すボリュームデータを模型ボリュームデータＶ４から検出することができる。

なお、位置合わせ処理部１０９は、模型マーカボリュームデータＶ５の配列に対する識別マーカボリュームデータＶ３の配列の平行移動関係、回転移動関係及び拡大縮小関係を求めることによって、位置合わせを行う。このように、医用画像処理装置１は、模型マーカボリュームデータＶ５の配列と識別マーカボリュームデータＶ３の配列との位置合わせを行う。それにより、医用画像処理装置１は、模型ボリュームデータＶ４の形状と部位ボリュームデータＶ２の形状とが互いに異なる場合であっても、模型ボリュームデータＶ４と被検体ボリュームデータＶ１との位置合わせを行うことができる。

なお、表示制御部１１０は、被検体ボリュームデータＶ１及び部位ボリュームデータＶ２に基づいて、被検体ボリュームデータＶ１のうち部位ボリュームデータＶ２の画素値を低減した画像を表示させる。このように表示された画像は、手術後の対象部位を含む被検体を想定した画像となる。医師は、この画像によって、手術後を想定した対象部位とその周辺部位との関係を視認することができる。それにより、医用画像処理装置１は、手術シミュレーションの結果の評価を支援することができる。

なお、表示制御部１１０は、模型ボリュームデータＶ４及び模型マーカボリュームデータＶ５に基づいて、模型ボリュームデータＶ４のうち模型マーカボリュームデータＶ５の画素値を低減した画像を重畳して表示させる。模型マーカボリュームデータＶ５の部分が非表示となった模型ボリュームデータＶ４の画像と被検体ボリュームデータＶ１の画像とが位置合され且つ重畳されて表示された画像は、手術後を想定した対象部位とその周辺部位との関係をさらに視認しやすい画像となる。医師は、この画像によって、手術後を想定した対象部位とその周辺部位との関係をさらに容易に視認することできる。それにより、医用画像処理装置１は、手術シミュレーションの結果の評価をさらに支援することができる。

上記のいずれかの実施形態を実現するための医用画像処理方法を表すコンピュータプログラムを、コンピュータによって読み取り可能な任意の記録媒体に記憶させることができる。この記録媒体としては、たとえば、半導体メモリ、光ディスク、光磁気ディスク、磁気記憶媒体などを用いることが可能である。また、インターネットやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークを通じてこのプログラムを送受信することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら実施形態は、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。

１ 医用画像処理装置
２ 医用画像データベース
３ 立体造形装置
４ 撮影装置
５ 表示デバイス
６ 操作部
１０１ 画像データ読出部
１０２ 画像データ記憶部
１０３ セグメンテーション処理部
１０４ 付加部
１０５ 付加済情報記憶部
１０６ 出力部
１０７ 模型ボリュームデータ読出部
１０８ 検出部
１０９ 位置合わせ処理部
１１０ 表示制御部
１１１ システム制御部
１０４１ 付加予定情報記憶部

Claims (9)

1. 被検体を表す被検体ボリュームデータのうち、前記被検体ボリュームデータの部分データであり且つ対象部位を表す部位ボリュームデータに、識別可能なマーカを表す識別マーカボリュームデータを付加する付加部と、
   付加された前記識別マーカボリュームデータが識別されるための識別情報及び前記識別マーカボリュームデータが付加された位置を表す座標情報を記憶する付加済情報記憶部と、
   前記マーカを含む前記対象部位の模型を造形するために、前記識別マーカボリュームデータが付加された前記部位ボリュームデータを立体造形装置へ出力する出力部と、
   前記識別情報に基づいて、前記マーカを含んで造形され加工を施された手術シミュレーションの後の模型を撮影装置によって撮影することで模型ボリュームデータを取得し、前記模型ボリュームデータから、前記マーカに相当する模型マーカボリュームデータを検出する検出部と、
   前記座標情報と前記模型マーカボリュームデータとに基づいて、前記被検体ボリュームデータと前記模型ボリュームデータとの位置合わせを行う位置合わせ処理部と、
   前記手術シミュレーションの結果の評価を支援するための、前記位置合わせ処理部によって位置合わせされた前記被検体ボリュームデータと前記模型ボリュームデータとを合成した画像を表示デバイスに表示させる表示制御部と
   を有する医用画像処理装置。
2. 前記付加部は、
   付加する前記識別マーカボリュームデータの数を表す数情報と前記識別マーカボリュームデータ同士の間隔を表す間隔情報とを予め記憶する付加予定情報記憶部を含み、
   前記部位ボリュームデータに対する関心領域の指定を受け、前記数情報及び間隔情報に基づいて、前記関心領域の内側又は外側に前記識別マーカボリュームデータを付加する
   ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記識別情報は、前記対象部位に相当する部分に対して識別可能な形状を表す形状情報、材質を表す材質情報、又は色を表す色情報を含み、
   前記検出部は、付加された前記識別マーカボリュームデータの前記識別情報と前記模型ボリュームデータとに基づいて、前記模型ボリュームデータのうち、前記マーカに相当する部分データを前記模型マーカボリュームデータとして検出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
4. 前記位置合わせ処理部は、前記模型マーカボリュームデータの配列に対する前記識別マーカボリュームデータの配列の平行移動関係、回転移動関係及び拡大縮小関係を求めることによって、前記位置合わせを行うことを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
5. 前記表示制御部は、前記被検体ボリュームデータ及び前記部位ボリュームデータに基づいて前記被検体ボリュームデータから前記部位ボリュームデータを除外し、前記部位ボリュームデータが除外された前記被検体ボリュームデータと前記模型ボリュームデータとを合成した画像を表示させることを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
6. 前記表示制御部は、前記模型ボリュームデータ及び前記模型マーカボリュームデータに基づいて前記模型ボリュームデータから前記模型マーカボリュームデータを除外し、前記模型マーカボリュームデータが除外された前記模型ボリュームデータと前記被検体ボリュームデータとを合成した画像を表示させることを特徴とする請求項１又は請求項５に記載の医用画像処理装置。
7. 前記表示制御部は、前記被検体ボリュームデータ及び前記部位ボリュームデータに基づいて、前記被検体ボリュームデータのうち前記部位ボリュームデータの画素値を低減した画像を表示させることを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
8. 前記表示制御部は、前記模型ボリュームデータ及び前記模型マーカボリュームデータに基づいて、前記模型ボリュームデータのうち前記模型マーカボリュームデータの画素値を低減した画像を表示させることを特徴とする請求項１又は請求項７に記載の医用画像処理装置。
9. 被検体を表す被検体ボリュームデータのうち、前記被検体ボリュームデータの部分データであり且つ対象部位を表す部位ボリュームデータに、識別可能なマーカを表す識別マーカボリュームデータを付加する付加ステップと、
   付加された前記識別マーカボリュームデータが識別されるための識別情報及び前記識別マーカボリュームデータが付加された位置を表す座標情報を記憶する付加済情報記憶ステップと、
   前記マーカを含む前記対象部位の模型を造形するために、前記識別マーカボリュームデータが付加された前記部位ボリュームデータを立体造形装置へ出力する出力ステップと、
   前記識別情報に基づいて、前記マーカを含んで造形され加工を施された手術シミュレーションの後の模型を撮影装置によって撮影することで模型ボリュームデータを取得し、前記模型ボリュームデータから、前記マーカに相当する模型マーカボリュームデータを検出する検出ステップと、
   前記座標情報と前記模型マーカボリュームデータとに基づいて、前記被検体ボリュームデータと前記模型ボリュームデータとの位置合わせを行う位置合わせ処理ステップと、
   前記手術シミュレーションの結果の評価を支援するための、前記位置合わせ処理ステップによって位置合わせされた前記被検体ボリュームデータと前記模型ボリュームデータとを合成した画像を表示デバイスに表示させる表示制御ステップと
   を有する医用画像処理方法。

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