JP2013052121A - 医用画像処理装置及び医用画像処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】脊椎（特に椎体や椎孔）を読影するために好適な画像を自動的に作成し、表示する医用画像処理装置等を提供する。
【解決手段】医用画像処理装置１は、各断層像に対して、被検体の前後方向に延伸し、椎孔４を通る直線Ｌを算出し（Ｓ２）、直線Ｌ上における椎体３の端点のＹ座標Ｙａ、Ｙｂを算出し（Ｓ３）、直線Ｌ上における腹側に位置する、椎体３の２つの端点間を外分する点αを算出し（Ｓ４）、直線Ｌ上における背側に位置する、椎体３の２つの端点間を外分する点βを算出し（Ｓ５）、α及びβの中点γを算出し（Ｓ６）、全てのαを通る基準線Ｌα、全てのβを通る基準線Ｌβ、全てのγを通る基準線Ｌγ、を算出し（Ｓ９）、基準線Ｌα、Ｌβ、Ｌγのいずれかを用いて、脊椎画像を作成する（Ｓ１０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＴ画像、ＭＲ画像、ＵＳ画像等の医用画像に対する画像処理を行う医用画像処理装置等に関する。詳細には、脊椎に関する画像を作成し、表示する画像処理技術に関する。

従来から、ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）画像、ＭＲ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）画像、ＵＳ（Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）画像等の医用画像を用いた診断が行われている。また、近年、所望の組織を読影する為に好適な画像を作成し、表示する画像処理技術が開発、研究されている。

例えば、非特許文献１では、椎間板ヘルニア、脊柱管狭窄症、脊椎分離症・すべり症などには、背骨（脊椎骨）の中を通る神経の様子をみる検査が有効であることが記載されている。椎間板ヘルニアでは、脊椎骨の間にある椎間板の変性により、後方に突出してきた椎間板の一部（髄核や線維輪）が、神経（根）を圧迫するために痛みが出る。また脊柱管狭窄症では、いろいろな原因によって、硬膜のチューブに包まれた脊椎の椎孔の神経が通る場所（脊柱管）が狭くなってしまい、腰下肢の痛みやしびれ、歩行障害が起こる。非特許文献１に記載の医療技術（ミエログラフィーと呼ばれる。）は、脳脊椎の椎孔液の所にレントゲンに写る造影剤を入れて、陰影の変化を調べるというものである。

また、特許文献１には、医用画像から椎体領域を抽出する画像処理装置が記載されている。特許文献１に記載の画像処理装置では、被検体の一連の断層画像からそれぞれ体領域を抽出し、抽出した体領域から椎体領域を含む関心領域を設定する。そして、関心領域内の各画素について、閾値を海綿骨のＣＴ値とした閾値処理を行うことにより、椎体（骨）領域を抽出する。

特開２０１０−２４６６６２号公報

成尾整形外科病院著 「ミエログラフィー（脊髄腔造影）でわかる代表的な病気」はくざん通信第２０号 ２００１年（http://www.naruoseikei.com/hakuzan/20/20.html ２０１１年８月２４日検索）

しかしながら、従来のミエログラフィーにおいて撮影されるレントゲン画像では、所望の対象物以外の臓器や部位も一緒に撮影されてしまい、診断しにくいものであった。

ここで、本願における所望の対象物は、特に、椎体や椎孔等である。椎体は、椎骨の前方（腹側）に位置する円柱状の部分である。椎孔は、人体の正面から見て、椎体の背後に位置する空間である。いくつもの椎体が連結し、椎孔が重なると管になる。この管を脊柱管といい、脊柱管の中を脊髄や馬尾神経が通っている。

仮に、特許文献１に記載の技術を椎孔の画像作成処理に適用する場合、閾値を椎孔のＣＴ値とした閾値処理を行うことにより、椎孔領域を抽出することになる。しかしながら、各断層画像において、椎孔領域と他の組織や部位との境界が判別できない箇所が存在する場合があり、椎孔領域を閉領域として自動的に抽出できない場合がある。

また、脊椎（特に椎体や椎孔）を読影するために好適な画像を自動的に作成し、表示する画像処理技術は、未だ確立されていない。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、脊椎（特に椎体や椎孔）を読影するために好適な画像を自動的に作成し、表示する医用画像処理装置等を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、複数の断層像から脊椎画像を作成する医用画像処理装置であって、単一の断層像において、被検体の前後方向に延伸し、椎孔を通る第１直線を算出する手段と、前記第１直線上における椎体の第１端点及び第２端点を算出する手段と、前記第１端点及び前記第２端点に基づいて基準点を算出する手段と、複数の断層像において前記基準点を算出し、全ての前記基準点を通る基準線を算出する手段と、前記基準線を用いて、前記脊椎画像を作成する手段と、を具備することを特徴とする医用画像処理装置である。

第２の発明は、複数の断層像から脊椎画像を作成する医用画像処理装置であって、複数の断層像において、被検体の前後方向に延伸し、椎孔を通る第１直線を算出する手段と、複数の前記第１直線群の画素からなる曲断面再構成画像において、複数の椎体の中心を通る中心線を算出する手段と、前記中心線の各点において、前記中心線の垂直方向又は被検体の前後方向に延伸する第２直線を算出する手段と、前記第２直線上における椎体の第１端点及び第２端点を算出する手段と、前記第１端点及び前記第２端点に基づいて基準点を算出する手段と、複数の断層像において前記基準点を算出し、全ての前記基準点を通る基準線を算出する手段と、前記基準線を用いて、前記脊椎画像を作成する手段と、を具備することを特徴とする医用画像処理装置である。

第３の発明は、複数の断層像から脊椎画像を作成する医用画像処理方法であって、単一の断層像において、被検体の前後方向に延伸し、椎孔を通る第１直線を算出するステップと、前記第１直線上における椎体の第１端点及び第２端点を算出するステップと、前記第１端点及び前記第２端点に基づいて基準点を算出するステップと、複数の断層像において前記基準点を算出し、全ての前記基準点を通る基準線を算出するステップと、前記基準線を用いて、前記脊椎画像を作成するステップと、を含むことを特徴とする医用画像処理方法である。

第４の発明は、複数の断層像から脊椎画像を作成する医用画像処理方法であって、複数の断層像において、被検体の前後方向に延伸し、椎孔を通る第１直線を算出するステップと、複数の前記第１直線群の画素からなる曲断面再構成画像において、複数の椎体の中心を通る中心線を算出するステップと、前記中心線の各点において、前記中心線の垂直方向又は被検体の前後方向に延伸する第２直線を算出するステップと、前記第２直線上における椎体の第１端点及び第２端点を算出するステップと、前記第１端点及び前記第２端点に基づいて基準点を算出するステップと、複数の断層像において前記基準点を算出し、全ての前記基準点を通る基準線を算出するステップと、前記基準線を用いて、前記脊椎画像を作成するステップと、を含むことを特徴とする医用画像処理方法である。

本発明により、脊椎（特に椎体や椎孔）を読影するために好適な画像を自動的に作成し、表示する医用画像処理装置等を提供することができる。

医用画像処理装置のハードウエア構成を示す図 第１の脊椎画像作成処理を示すフローチャート 第１の脊椎画像作成処理を説明する図 第２の脊椎画像作成処理を示すフローチャート 第２の脊椎画像作成処理を説明する図 最小値投影画像の作成処理を説明する図 近似投影面を用いた最小値投画影像の作成処理を説明する図 脊椎画像の例 脊椎画像の例 展開画像の作成処理を説明する図 近似投影面を用いた展開画像の作成処理を説明する図 展開画像の例 表示画面の例 基準線の表示例 基準線の表示例 第１の基準線修正処理を説明する図 第１の基準線修正処理を説明する図 第２の基準線修正処理を説明する図

以下図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、図１を参照して、本発明の医用画像処理装置１のハードウエア構成について説明する。

図１に示すように、医用画像処理装置１には、表示装置１７、マウス１８やキーボード１９などの入力装置等が接続される。また、医用画像処理装置１には、ネットワーク２０を介して画像データベース２１、医用画像撮影装置２２等が接続されても良い。

医用画像処理装置１は、画像生成、画像解析等の処理を行うコンピュータである。
医用画像処理装置１は、図１に示すように、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、主メモリ１２、記憶装置１３、通信インタフェース（通信Ｉ／Ｆ）１４、表示メモリ１５、マウス１８及びキーボード１９等の外部機器とのインタフェース（Ｉ／Ｆ）１６を備え、各部はバス１０を介して接続されている。

ＣＰＵ１１は、主メモリ１２または記憶装置１３等に格納されるプログラムを主メモリ１２のＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス１０を介して接続された各部を駆動制御し、医用画像処理装置１が行う各種処理を実現する。

主メモリ１２は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等により構成される。ＲＯＭは、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。また、ＲＡＭは、ＲＯＭ、記憶装置１３等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、ＣＰＵ１１が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。

記憶装置１３は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）や他の記録媒体へのデータの読み書きを行う装置であり、ＣＰＵ１１が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳに相当する制御プログラムや、アプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、ＣＰＵ１１により必要に応じて読み出されて主メモリ１２のＲＡＭに移され、各種の手段として実行される。

通信Ｉ／Ｆ１４は、通信制御装置、通信ポート等を有し、医用画像処理装置１とネットワーク２０との通信を媒介する。また通信Ｉ／Ｆ１４は、ネットワーク２０を介して、画像データベース２１や、他のコンピュータ、或いは、Ｘ線ＣＴ装置、ＭＲＩ装置等の医用画像撮影装置２２との通信制御を行う。
Ｉ／Ｆ１６は、周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器とのデータの送受信を行う。

表示メモリ１５は、ＣＰＵ１１から入力される表示データを一時的に蓄積するバッファである。蓄積された表示データは所定のタイミングで表示装置１７に出力される。

表示装置１７は、液晶パネル等のディスプレイ装置と、ディスプレイ装置と連携して表示処理を実行するための論理回路で構成され、表示メモリ１５を介してＣＰＵ１１に接続される。表示装置１７はＣＰＵ１１の制御により表示メモリ１５に蓄積された表示データを表示する。

マウス１８及びキーボード１９は、操作者によって入力される各種の指示や情報をＣＰＵ１１に出力する。操作者は、マウス１８及びキーボード１９等の外部機器を使用して対話的に医用画像処理装置１を操作する。
なお、表示装置１７及び入力装置（マウス１８やキーボード１９）は、例えば、タッチパネル付ディスプレイのように一体となっていてもよい。この場合、キーボード１９のキーボード配列がタッチパネル付ディスプレイに表示されるようにしても良い。

ネットワーク２０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、イントラネット、インターネット等の各種通信網を含み、画像データベース２１や他の情報機器等と医用画像処理装置１との通信接続を媒介する。

画像データベース２１は、医用画像撮影装置２２によって撮影された画像データを蓄積して記憶するものである。図１に示す例では、画像データベース２１はネットワーク２０を介して医用画像処理装置１に接続される構成であるが、医用画像処理装置１内の例えば記憶装置１３に画像データベース２１を設けるようにしてもよい。

ここで、図５（ａ）を参照しながら、脊椎の各部の位置関係について説明する。本発明の実施の形態では、医用画像として、ＣＴ画像を例に説明する。図５（ａ）は、横軸を被検体の前後方向（Ｙ軸方向）、縦軸を体軸方向（スライス方向）としたＣＰＲ（Ｃｕｒｖｅｄ Ｐｌａｎａｒ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：曲断面再構成）画像である。図５（ａ）では、骨（椎体、椎弓及び棘突起等を含む。）と同程度のＣＴ値を有する画素が灰色、それ以外が白色として図示されている。尚、図５（ａ）に示す画像の作成処理の詳細は後述する。

脊椎は、椎骨２が連結したものである。椎骨２は、頭側から頸椎７個、胸椎１２個、腰椎５個が連結し、その下に、仙椎、尾骨がある。各椎骨２は、椎体３、椎孔４、椎弓５及び棘突起（きょくとっき）６等からなる。椎体３は、椎骨２の前方（腹側）に位置する円柱状の部分である。椎孔４は、人体の前方（腹側）から見て、椎体３の背後に位置する空間である。いくつもの椎体３が連結し、椎孔４が重なると管になる。この管を脊柱管といい、脊柱管の中を脊髄や馬尾神経が通っている。椎弓５は、椎骨２の後方（背側）に位置するアーチ状の部分である。椎体３は単純な形状をしているが、椎弓５の形状は複雑である。椎弓５には上下の他の椎体３との関節面があり、左右の上関節突起、下関節突起、横突起と、一つの後下方に延びる棘突起６がある。隣接する椎体３同士の関節は５つ（椎弓５に４つ、椎体３に１つ）あり、椎体３同士の接する関節（椎間関節）には弾性に富んだ椎間板７が存在する。

本実施の形態における医用画像処理装置１は、特に、椎体３や椎孔４とその周辺の組織読影するために好適な画像を作成するものである。以下では、主に脊椎を含む画像を「脊椎画像」と呼ぶことにする。脊椎画像には、前述した椎体３、椎孔４、椎弓５、棘突起６、椎間板７等の一部又は全部が含まれる。

図２、図３を参照しながら、第１の脊椎画像作成処理について説明する。第１の脊椎画像作成処理では、複数の断層像に対して処理を行い、断層像ごとに基準点α、β、γを算出する。基準点とは、脊椎画像を作成する際に基準となる基準線や基準面を定義するための点である。

以下に示す医用画像処理装置１のＣＰＵ１１の処理では、各断層像において、椎体３、椎孔４、椎弓５、棘突起６などの領域を抽出する処理が含まれている。一般に、椎体３、椎弓５、棘突起６などの骨と同程度のＣＴ値を有する部位は、周辺の組織とのＣＴ値の差が大きい為、閉領域として抽出することが容易である。また、椎孔４は、周囲が全て骨に囲まれていれば、閉領域として抽出することができる。一方、椎孔４は、周囲の一部が骨以外に囲まれている場合、閉領域として抽出することは困難となる。

図２に示すように、医用画像処理装置１のＣＰＵ１１は、最初の画像（断層像）を決定する（Ｓ１）。そして、ＣＰＵ１１は、被検体の前後方向（図３のＹ軸方向）に延伸し、椎孔４を通る直線Ｌを算出する（Ｓ２）。

図３（ａ）では、直線Ｌの一例として、直線Ｌ１（実線にて図示）及び直線Ｌ２（点線にて図示）を図示している。直線Ｌ１は、椎骨２の中心（例えば、重心位置）を通り、被検体の前後方向（図３のＹ軸方向）に延伸する直線である。直線Ｌ２は、椎孔４の領域の中心（例えば、重心位置）を通り、被検体の前後方向（図３のＹ軸方向）に延伸する直線である。いずれの場合も、被検体の前後方向（図３のＹ軸方向）に延伸し、椎孔４を通る直線となる。

また、図３（ｂ）では、直線Ｌの一例として、直線Ｌ３（実線にて図示）を図示している。直線Ｌ３は、椎孔４の後方（背側）に尖った部分（すなわち棘突起６）の中心（例えば、棘突起６の重心位置や棘突起６の中で最も背側に位置する点）を通り、被検体の前後方向（図３のＹ軸方向）に延伸する直線である。被検体が撮影時に左右に傾いていない限り、直線Ｌ３も、被検体の前後方向（図３のＹ軸方向）に延伸し、椎孔４を通る直線となる。

図３（ａ）の画像では、椎孔４の周囲が全て骨（椎体３、椎弓５等の白い部分）に囲まれており、椎孔４を閉領域として抽出することが可能である。従って、椎孔４の領域の重心位置を算出することも可能となり、ひいては、前述した直線Ｌ２を算出することが可能となる。

一方、図３（ｂ）の画像では、椎孔４の周囲の一部が骨以外（灰色〜黒色の部分）に囲まれており、椎孔４を閉領域として抽出することができない。従って、椎孔４の領域の重心位置を算出することができず、ひいては、前述した直線Ｌ２を算出することもできない。

そこで、図３（ｂ）のような画像の場合、直線Ｌ３を算出することが望ましい。直線Ｌ３であれば、棘突起６を基準としているので、椎孔４の周囲の一部が骨以外（灰色〜黒色の部分）に囲まれている場合であっても、算出することができる。

次に、ＣＰＵ１１は、直線Ｌ上における椎体３の端点のＹ座標Ｙａ、Ｙｂを算出する（Ｓ３）。図３（ａ）では、直線Ｌ１を例にとり、椎体３の端点を図示している。直線Ｙ１ａ、Ｙ１ｂが、椎体３の端点のＹ座標の位置を示している。また、Ｘ１が、椎体３の端点のＸ座標である。また、図３（ｂ）では、直線Ｌ３を例にとり、椎体３の端点を図示している。直線Ｙ３ａ、Ｙ３ｂが、椎体３の端点のＹ座標の位置を示している。また、Ｘ３が、椎体３の端点のＸ座標である。

次に、ＣＰＵ１１は、直線Ｌ上における腹側に位置する、椎体３の２つの端点間を外分する点αを算出する（Ｓ４）。具体的には、ＣＰＵ１１は、点αの座標をα（Ｘ、Ｙａ−Ｃａ×Ｗ）とする。ここで、Ｗは、２つの端点同士の距離であり、Ｗ＝Ｙｂ−Ｙａである。また、Ｃａは、正の定数（例えば１．２等）である。Ｃａの値は、必要に応じて、操作者が、マウス１８やキーボード１９等を介して変更可能である。また、この場合、操作者は、Ｃａの値に代えて、Ｃａ×Ｗに相当する値を入力しても良い。

次に、ＣＰＵ１１は、直線Ｌ上における背側に位置する、椎体３の２つの端点間を外分する点βを算出する（Ｓ５）。具体的には、ＣＰＵ１１は、点βの座標をβ（Ｘ、Ｙｂ＋Ｃｂ×Ｗ）とする。Ｗは、αの場合と同様である。Ｃｂも、αの場合におけるＣａと同様であるが、Ｃａと異なる値としても良いし、同じ値としても良い。

図３（ａ）では、直線Ｌ１を例にとり、α及びβを図示している。図３（ａ）の場合、α（Ｘ１、Ｙ１ａ−Ｃａ×Ｗ１）、β（Ｘ１、Ｙ１ｂ＋Ｃｂ×Ｗ１）である。また、図３（ｂ）では、直線Ｌ３を例にとり、α及びβを図示している。図３（ｂ）の場合、α（Ｘ３、Ｙ３ａ−Ｃａ×Ｗ３）、β（Ｘ３、Ｙ３ｂ＋Ｃｂ×Ｗ３）である。

次に、ＣＰＵ１１は、α及びβの中点γを算出する（Ｓ６）。図３（ａ）では、直線Ｌ１を例にとり、γを図示している。また、図３（ｂ）では、直線Ｌ３を例にとり、γを図示している。

次に、ＣＰＵ１１は、全ての画像を決定したか否か、すなわち全ての画像に対してα、β及びγを算出したか否か確認する（Ｓ７）。

全ての画像を決定していない場合（Ｓ７のＮＯ）、ＣＰＵ１１は、次の画像を決定し（Ｓ８）、Ｓ２〜Ｓ７を繰り返す。

全ての画像を決定している場合（Ｓ７のＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、断層像ごとに算出された全てのαを通る基準線Ｌα、全てのβを通る基準線Ｌβ、全てのγを通る基準線Ｌγ、を算出する（Ｓ９）。そして、ＣＰＵ１１は、操作者の指示に応じて、基準線Ｌα、Ｌβ、Ｌγのいずれかを用いて、脊椎画像を作成する（Ｓ１０）。例えば、ＣＰＵ１１は、基準線Ｌα、Ｌβ、Ｌγのいずれかを用いて、基準面Ｐα、Ｐβ、Ｐγのいずれかを算出し、基準面Ｐα、Ｐβ、Ｐγの１つ又は複数に基づいて脊椎画像を作成する。

脊椎画像の作成手法としては、サーフェイスレンダリング法、ボリュームレンダリング法、最小値投影法、最大値投影法、曲断面再構成法、展開画像作成法など、様々な公知の技術を用いることができる。脊椎画像の作成手法の一例は、図６以降を参照しながら後述する。

次に、図４、図５を参照しながら、第２の脊椎画像作成処理について説明する。第２の脊椎画像作成処理では、複数の断層像に基づいてＣＰＲ画像を作成し、ＣＰＲ画像から複数の基準点α、β、γ、δを算出する。基準点の定義は、第１の脊椎画像作成処理と同様である。

図４に示すように、医用画像処理装置１のＣＰＵ１１は、最初の画像（断層像）を決定する（Ｓ２１）。そして、ＣＰＵ１１は、被検体の前後方向（図３のＹ軸方向）に延伸し、椎孔４を通る直線Ｌを算出する（Ｓ２２）。Ｓ２２の処理は、図２のＳ２と同様である。

次に、ＣＰＵ１１は、全ての画像を決定したか否か、すなわち全ての画像に対して直線Ｌを算出したか否か確認する（Ｓ２３）。

全ての画像を決定していない場合（Ｓ２３のＮＯ）、ＣＰＵ１１は、次の画像を決定し（Ｓ２４）、Ｓ２２及びＳ２３を繰り返す。

全ての画像を決定している場合（Ｓ２３のＹＥＳ）、ＣＰＵ１１は、直線Ｌ群からなるＣＰＲ画像を作成する（Ｓ２５）。そして、ＣＰＵ１１は、ＣＰＲ画像を閾値処理し、２値化する（Ｓ２６）。閾値処理における閾値は、骨（椎体３、椎弓５等）と、骨以外の部分（椎孔４、椎間板７等を含む）とを分けることが可能なＣＴ値とする。図５（ａ）は、このようにして２値化したＣＰＲ画像を示している。骨（椎体３、椎弓５等）が灰色、骨以外の部分（椎孔４、椎間板７等を含む）が白色となっている。

次に、ＣＰＵ１１は、被検体の体軸方向（スライス方向）に隙間を埋めて、長い方から２番目までの連結領域を残す（Ｓ２７）。ここで、隙間とは、骨以外の部分であり、図５（ａ）の灰色の部分である。ＣＰＵ１１は、例えば、スライス方向に連続する画素列（例えば、１０個等）を１単位として、画像全体を走査していき、画素列の最前列及び最後列が灰色、かつ、中間の画素の少なくとも１つが白色の場合、隙間と判断して、灰色に変える。例えば、画素列が１０個の場合、（灰色、灰色、灰色、灰色、白色、白色、白色、白色、白色、灰色）であれば、ＣＰＵ１１は、白色の画素を全て灰色に変える。尚、白色の画素を全て灰色に変えることに代えて、白色の画素を除外し、スライス方向に圧縮するような処理を行っても良い。

隙間を埋める処理を行うと、いくつかの連結領域（灰色の画素が連接している領域）に集約される。これらの連結領域に対して、ＣＰＵ１１は、被検体の体軸方向（スライス方向）の最大長を算出し、最大長が２番目までの連結領域のみを残し、それ以外の連結領域を白色に変える。最大長が１番目及び２番目までの連結領域は、一方が椎体３の連結領域であり、もう一方が椎弓５及び棘突起６の連結領域である。そして、腹側の連結領域が椎体３の連結領域、背側の連結領域が椎弓５及び棘突起６の連結領域である。

次に、ＣＰＵ１１は、椎体３の連結領域に対して長手方向に沿った中心線（複数の椎体３の中心を通る中心線）を算出する（Ｓ２８）。図５（ｂ）には、中心線Ｌｃ（点線にて図示）が示されている。ＣＰＵ１１は、例えば、スライス方向の各位置において、椎体３の連結領域のＹ軸方向の中心点を順次算出し、これらの中心点を結ぶことによって中心線を算出する。また、ＣＰＵ１１は、例えば、公知の技術である管腔臓器の芯線の算出処理を用いて、中心線Ｌｃを算出しても良い。

次に、ＣＰＵ１１は、中心線Ｌｃの各点ｉにおいて、中心線Ｌｃの垂直方向に延伸する直線Ｍ（ｉ）上における椎体３の端点のＹ座標Ｙａ（ｉ）、Ｙｂ（ｉ）を算出し（Ｓ２９）、Ｙａ（ｉ）とＹｂ（ｉ）に基づいて、α（ｉ）、β（ｉ）、γ（ｉ）、δ（ｉ）を算出する（Ｓ３０）。

Ｓ２９及びＳ３０では、中心線Ｌｃの全ての点ｉに対して処理を行う。Ｓ２９のＹａ（ｉ）及びＹｂ（ｉ）の処理、並びにＳ３０のα（ｉ）、β（ｉ）及びγ（ｉ）の算出処理は、図２のＳ３〜Ｓ６の処理と同様である。

また、ＣＰＵ１１は、δ（ｉ）として、椎体３の端点を通る直線（＝直線Ｍ（ｉ））上における椎弓５の端点を算出する。

尚、前述の説明における、「中心線Ｌｃの各点ｉにおいて、中心線Ｌｃの垂直方向に延伸する直線Ｍ（ｉ）」に代えて、「中心線Ｌｃの各点ｉにおいて、Ｙ軸方向に延伸する直線Ｍ２（ｉ）」としても良い。これは、中心線Ｌｃがスライス方向とほぼ平行である為、中心線Ｌｃの垂直方向もＹ軸方向とほぼ平行となるからである。直線Ｍ２（ｉ）の場合、中心線Ｌｃの垂直方向を算出する必要がない為、処理が容易である。

また、直線Ｍ（ｉ）の場合、ｉのスライス方向の座標＜ｉ＋１のスライス方向の座標としたとき、β（ｉ）のスライス方向の座標＞β（ｉ）のスライス方向の座標となってしまい、基準点のスライス方向の位置が入れ替わってしまうことがある。一方、Ｍ２（ｉ）の場合、基準点のスライス方向の位置が入れ替わってしまうことがなく、後続の処理が容易となる。

図５（ｂ）では、直線３０が、前述した直線Ｍ（ｉ）の一例である。Ｙａ及びＹｂは「●」、α、β及びγは「×」にて図示している。また、直線３１が、前述した直線Ｍ２（ｉ）の一例である。

次に、ＣＰＵ１１は、全てのα（ｉ）を通る基準線Ｌα、全てのβ（ｉ）を通る基準線Ｌβ、全てのγ（ｉ）を通る基準線Ｌγ、全てのδ（ｉ）を通る基準線Ｌδ、を算出する（Ｓ３１）。そして、ＣＰＵ１１は、操作者の指示に応じて、基準線Ｌα、Ｌβ、Ｌγ、Ｌδのいずれかを用いて、脊椎画像を作成する（Ｓ３２）。例えば、ＣＰＵ１１は、基準線Ｌα、Ｌβ、Ｌγ、Ｌδのいずれかを用いて、基準面Ｐα、Ｐβ、Ｐγ、Ｐδのいずれかを算出し、基準面Ｐα、Ｐβ、Ｐγ、Ｐδの１つ又は複数に基づいて脊椎画像を作成する。

図５（ｂ）では、基準線Ｌα、Ｌβ（実線にて図示）を図示している。尚、可読性を高める為、基準線Ｌγ、Ｌδは図示していない。

脊椎画像の作成手法としては、サーフェイスレンダリング法、ボリュームレンダリング法、最小値投影法、最大値投影法、曲断面再構成法、展開画像作成法など、様々な公知の技術を用いることができる。脊椎画像の作成手法の一例は、図６以降を参照しながら後述する。

次に、図６〜図９を参照しながら、脊椎画像の作成手法の一例として、最小値投影法を用いる場合を説明する。

図６では、各スライス位置の断層像４０をスライス方向に積層した状態を模式的に示している。ＣＰＲ画像４１は、図５のＳ２５において作成される、直線Ｌ群からなるＣＰＲ画像である。尚、図６では、視認性を高める為に、閾値処理した２値化画像を図示している。また、ＣＰＲ画像４１は、第２の脊椎画像作成処理によって作成されるものに限らず、第１の脊椎画像作成処理又は第２の脊椎画像作成処理によって算出される基準線に基づいて作成されるものであっても良い。

基準線Ｌβは、第１の脊椎画像作成処理又は第２の脊椎画像作成処理によって算出される基準線である。基準面Ｐβは、基準線ＬβをＸ軸方向に引き伸ばしたものである。つまり、基準線Ｌβの各点の座標の集合を｛（Ｘ^＊、Ｙ１、Ｚ１）、・・・・、（Ｘ^＊、Ｙｎ、Ｚｎ）｝とすると、ＣＰＵ１１は、この集合に対して、Ｘ^＊＝Ｘ１、・・・、Ｘｎ（Ｘ軸方向のサンプリング点）を代入し、｛（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、・・・・、（Ｘ１、Ｙｎ、Ｚｎ）、・・・、（Ｘｎ、Ｙ１、Ｚ１）、・・・・、（Ｘｎ、Ｙｎ、Ｚｎ）｝を、基準面Ｐβの各点の座標の集合とする。

そして、ＣＰＵ１１は、最小値投影法によって、基準面Ｐβの各点から、各点の垂直方向に投影線を発し、投影面４２に投影線上の最小値を投影する。

図７は、図６の投影面４２に代えて、近似的な投影面４３を利用する場合を図示している。図６の投影面４２は、Ｙ軸に略垂直なので、演算時間の短縮等を目的として、Ｙ軸に垂直な投影面４３を利用することも好適である。

図７も、図６と同様、各スライス位置の断層像４０をスライス方向に積層した状態を模式的に示している。ＣＰＲ画像４１は、図５のＳ２５において作成される、直線Ｌ群からなるＣＰＲ画像である。尚、図７でも、視認性を高める為に、閾値処理した２値化画像を図示している。

基準線Ｌα、Ｌβは、第１の脊椎画像作成処理又は第２の脊椎画像作成処理によって算出される基準線である。基準面Ｐα、Ｐβは、基準線Ｌα、ＬβをＸ軸方向に引き伸ばしたものである。

そして、ＣＰＵ１１は、最小値投影法によって、基準面Ｐβの各点から、基準面Ｐαに向かってＹ軸方向に投影線を発し、投影面４３に、基準面Ｐαから基準面Ｐβまでの間に位置する投影線上の最小値を投影する。この場合、椎体３とその前後の組織（椎孔４を含む。）に着目した脊椎画像が得られる。

図８は、図７に示す作成処理によって作成された脊椎画像を示している。つまり、図８に示す脊椎画像は、Ｐβから前方向（腹側）への最小値投影像であり、特に、基準面Ｐβから投影線を発して、基準面Ｐαまでの投影線上の最小値を投影面４３に投影した演算結果である。

円６０の内部は、正常の被検者であれば椎孔４の領域であり、灰色として表示されるはずである。しかしながら、円６０の内部には、白色の領域（高濃度領域）が存在しており、異常候補と考えられる。

図９は、図８の異常候補の領域を含み、基準面に直交する断面画像である。楕円６１の内部は、正常の被検者であれば椎孔４の領域であり、灰色として表示されるはずである。しかしながら、楕円６０の内部には、白色の領域（高濃度領域）が存在しており、異常候補と考えられる。

図８、図９に示すように、図２又は図４によって算出される基準線や基準面に基づいて作成される脊椎画像は、脊椎（特に椎体３や椎孔４）を読影するために好適な画像である。

次に、図１０〜図１２を参照しながら、脊椎画像の作成手法の一例として、展開画像作成法を用いる場合を説明する。展開画像作成法自体は、公知の手法である為、詳細な説明を省略する。本発明の実施の形態では、第１の脊椎画像作成処理又は第２の脊椎画像作成処理によって算出される基準線の周囲全体にわたって最小値投影を行い、展開画像を作成する。

図１０も、図６、図７と同様、各スライス位置の断層像４０をスライス方向に積層した状態を模式的に示している。ＣＰＲ画像４１は、図５のＳ２５において作成される、直線Ｌ群からなるＣＰＲ画像である。尚、図１０でも、視認性を高める為に、閾値処理した２値化画像を図示している。基準線Ｌβは、第１の脊椎画像作成処理又は第２の脊椎画像作成処理によって算出される基準線である。

そして、ＣＰＵ１１は、最小値投影法によって、基準線Ｌβの周囲全体（θ＝０〜３６０度）にわたって、基準線Ｌβと直交する動径４５上の最小値を筒状の投影面４４に投影する。投影面４４に投影された演算結果は、平面に展開され、展開画像となる。

図１１は、図１０の投影面４４に代えて、近似的な投影面４６を利用する場合を図示している。図１０の投影面４４は、全体としてスライス軸にほぼ平行なので、演算時間の短縮等を目的として、スライス軸に平行な筒状の投影面４６を利用することも好適である。

図１１も、図１０と同様、各スライス位置の断層像４０をスライス方向に積層した状態を模式的に示している。ＣＰＲ画像４１は、図５のＳ２５において作成される、直線Ｌ群からなるＣＰＲ画像である。尚、図１１でも、視認性を高める為に、閾値処理した２値化画像を図示している。基準線Ｌβは、第１の脊椎画像作成処理又は第２の脊椎画像作成処理によって算出される基準線である。

そして、ＣＰＵ１１は、最小値投影法によって、基準線Ｌβの周囲全体（θ＝０〜３６０度）にわたって、スライス軸と直交する動径４７上の最小値を筒状の投影面４６に投影する。投影面４６に投影された演算結果は、平面に展開され、展開画像となる。

図１２は、図１１に示す作成処理によって作成された脊椎の展開画像を示している。展開画像であれば、図８に示す脊椎画像よりも広範囲にわたって読影が可能となる。一方、図８に示す脊椎画像は、部位や組織を把握し易いというメリットがある。

次に、図１３〜図１８を参照しながら、ＣＰＵ１１が自動的に算出した基準線を表示し、表示された基準線を修正するためのユーザインタフェースについて説明する。

図１３は、ユーザインタフェースのメイン画面の１例を示している。図１３では、画像表示領域５１、画像表示領域５２、基準位置指定ラジオボタン５３、視線指定ラジオボタン５４、画像作成手法指定ラジオボタン５５、平行移動の移動量指定スライドバー５６等が図示されている。

画像表示領域５１には、正中面を断面とする脊椎の断面画像に、基準線Ｌα、Ｌβ、Ｌγ、Ｌδが重畳表示されている。

基準位置指定ラジオボタン５３は、画像表示領域５２に表示する脊椎画像の基準位置を指定する為のラジオボタンである。図１３の例では、基準位置が「β」に指定されている。基準位置が「β」の場合、ＣＰＵ１１は、基準線Ｌβ又は基準面Ｐβを基準として脊椎画像を作成する。基準位置が「α」、「γ」及び「δ」の場合も同様である。

視線指定ラジオボタン５４は、画像表示領域５２に表示する脊椎画像の視線を指定する為のラジオボタンである。図１３の例では、視線が「後方」に指定されている。視線が「後方」の場合、ＣＰＵ１１は、基準線又は基準面から後方（背側）に向けて投影線を発し、脊椎画像を作成する。視線が「前方」の場合、ＣＰＵ１１は、基準線又は基準面から前方（腹側）に向けて投影線を発し、脊椎画像を作成する。

画像作成手法指定ラジオボタン５５は、画像表示領域５２に表示する脊椎画像の作成手法を指定する為のラジオボタンである。図１３の例では、作成手法が「ｓｕｒｆａｃｅ ３Ｄ」に指定されている。作成手法が「ｓｕｒｆａｃｅ ３Ｄ」の場合、ＣＰＵ１１は、サーフェイスレンダリング法によって、物体の表面が３次元的に表示される脊椎画像を作成する。作成手法が「Ｖｏｌ． Ｒｅｎ ３Ｄ」の場合、ＣＰＵ１１は、ボリュームレンダリング法によって、物体の表面形状及び内面形状が３次元的に表示される脊椎画像を作成する。作成手法が「最大値投影」の場合、ＣＰＵ１１は、最大値投影法によって、投影経路の中で最大のＣＴ値が投影面に投影される脊椎画像を作成する。作成手法が「最小値投影」の場合、ＣＰＵ１１は、最小値投影法によって、投影経路の中で最小のＣＴ値が投影面に投影される脊椎画像を作成する。

画像表示領域５２には、指定された基準位置、視線及び画像作成手法によって作成された脊椎画像が表示される。図１３の例では、各ラジオボタンによって指定された通り、ＣＰＵ１１は、基準面Ｐβから後方（背側）に向けて投影線を発し、サーフェイスレンダリング法によって脊椎画像を作成し、画像表示領域５２に表示している。

平行移動の移動量指定スライドバー５６は、基準線の平行移動量を指定する為のスライドバーである。ユーザが、マウス１８等を介して、平行移動の移動量指定スライドバー５６の位置をスライドさせると、ＣＰＵ１１は、その移動量に応じて基準線の平行移動量の入力を受け付けて、受け付けた平行移動量に応じて基準線の位置を平行移動して表示する。図１３の例では、ユーザが、平行移動の移動量指定スライドバー５６の位置をスライドさせると、ＣＰＵ１１は、画像表示領域５１に表示されている基準線Ｌα、Ｌβ、Ｌγ、Ｌδを被検体の前後方向に平行移動して表示する。また、ＣＰＵ１１は、基準線Ｌα、Ｌβ、Ｌγ、Ｌδの移動に応じて、画像表示領域５２に表示されている脊椎画像を再作成し、表示する。

図１４は、画像表示領域５１に表示されている断面画像の拡大図となっている。ＣＰＵ１１は、後述するように、ユーザによって選択された基準線の形状変更量の入力を受け付けて、形状変更量に応じて、選択された基準線の形状を変更するとともに、他の基準線の形状も合わせて変更する。そこで、ユーザが、基準線を識別し易くすることを目的として、矩形７１に示すように、ＣＰＵ１１は、基準線を断面画像の外部まで延長して表示する。断面画像の外部は、基準線のみが表示されていて視認し易いので、ユーザは、基準線を容易に識別することができる。

図１５は、基準線の演算結果が正しくない場合の断面画像の拡大図となっている。基準線Ｌα、Ｌβ及びＬγの下部が、左側に大きく蛇行しており、異常な形状となっていることが分かる。このような場合、ユーザは、後述する画面例において、基準線の位置変更を指示する。

図１６、図１７は、第１の基準線修正処理を説明する図である。ユーザは、まず、図１６の画面において、基準線Ｌα〜Ｌδの中から、修正したい基準線を示すボタンと修正ボタンを押下し、表示されている基準線の一部をドラックし、所望の位置に移動する。図１６の例では、基準線Ｌβを示すボタンと修正ボタンが押下されている。

図１７では、図１６と比較して、基準線Ｌβの位置が変更されている。ＣＰＵ１１は、変更後の基準線Ｌβの座標から、元の座標を引き算し、基準線Ｌβの形状変更量として主メモリ１２に記憶しておく。

ユーザは、次に、図１７の画面において、基準線Ｌα〜Ｌδ（但し、修正済の基準線を除く。）の中から、一緒に修正したい基準線を示すチェックボックスをチェックし、同修正ボタンを押下する。図１の例では、基準線α及びγを示すチェックボックスがチェックされ、同修正ボタンが押下されている。

これに対して、ＣＰＵ１１は、チェックされた基準線の位置を、修正済の基準線と同じように移動する。より詳細には、ＣＰＵ１１は、主メモリ１２に記憶されている基準線Ｌβの形状変更量を用いて、チェックされた基準線の位置を移動する。これによって、ユーザは、最初の基準線に対する形状変更量を、他の基準線に対する形状変更量として容易に指示することができ、便利である。

図１８は、第２の基準線修正処理を説明する図である。第１の基準線修正処理では、操作代表の基準線と、同様に修正する基準線を別々の画面にて選択する画面構成であったが、第２の基準線修正処理では、両者を同じ画面にて選択する画面構成とする。

ユーザは、図１８の画面において、基準線Ｌα〜Ｌδの中から、修正したい基準線を示すチェックボックスをチェックし、操作代表の基準線を示すボタンを押下し、修正ボタンを押下し、操作代表の基準線の一部をドラックし、所望の位置に移動する。図１８の例では、「α」、「γ」、「β」が修正したい基準線としてチェックされ、操作代表の基準線として基準線Ｌβを示すボタンが押下され、修正ボタンが押下されている。

図１８の状態で、ユーザが、操作代表の基準線の一部をドラックし、所望の位置に移動すると、ＣＰＵ１１は、変更後の基準線Ｌβの座標から、元の座標を引き算し、基準線Ｌβの形状変更量として主メモリ１２に記憶する。更に、ＣＰＵ１１は、主メモリ１２に記憶されている基準線Ｌβの形状変更量を用いて、チェックされた基準線の位置を移動する。尚、ＣＰＵ１１は、操作代表の基準線の移動に追従して、その他の修正したい基準線を同時に移動するようにしても良い。これによって、ユーザは、複数の基準線に対する形状変更量として容易に指示することができ、便利である。

以上、本発明の実施の形態における医用画像処理装置１は、脊椎（特に椎体３や椎孔４）を読影するために好適な画像を自動的に作成し、表示することができる。

前述した基準線Ｌα、Ｌβは、それぞれ、椎体３の２つの端点間を外分する点α、βの集合によって定義される曲線である。例えば、図１４に示すように、基準線Ｌα及びＬβは、脊椎に沿って、各椎体３を挟み込むように延伸している曲線である。このような基準線Ｌα及びＬβに基づいて脊椎画像を作成することによって、各椎体３、各椎孔４及びその周辺の組織を読影するために好適な画像を作成することができる。

また、前述した基準線Ｌγは、椎体３の２つの端点間を外分する点α及びβの中点γの集合によって定義される曲線である。例えば、図１４に示すように、基準線Ｌγは、脊椎に沿って、ほぼ脊椎の中心線を通るように延伸している曲線である。このような基準線Ｌγに基づいて脊椎画像を作成することによって、各椎体３及びその周辺の組織を読影するために好適な画像を作成することができる。

また、前述した基準線Ｌδは、椎体３の端点を通る直線上における椎弓５の端点を算出する。例えば、図１４に示すように、基準線Ｌδは、椎孔４と椎弓５の境界に沿って延伸している曲線である。このような基準線Ｌγに基づいて脊椎画像を作成することによって、各椎孔４及びその周辺の組織を読影するために好適な画像を作成することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る医用画像処理装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………医用画像処理装置
２………椎骨
３………椎体
４………椎孔
５………椎弓
６………棘突起
７………椎間板

Claims (11)

1. 複数の断層像から脊椎画像を作成する医用画像処理装置であって、
   単一の断層像において、被検体の前後方向に延伸し、椎孔を通る第１直線を算出する手段と、
   前記第１直線上における椎体の第１端点及び第２端点を算出する手段と、
   前記第１端点及び前記第２端点に基づいて基準点を算出する手段と、
   複数の断層像において前記基準点を算出し、全ての前記基準点を通る基準線を算出する手段と、
   前記基準線を用いて、前記脊椎画像を作成する手段と、
   を具備することを特徴とする医用画像処理装置。
2. 複数の断層像から脊椎画像を作成する医用画像処理装置であって、
   複数の断層像において、被検体の前後方向に延伸し、椎孔を通る第１直線を算出する手段と、
   複数の前記第１直線群の画素からなる曲断面再構成画像において、複数の椎体の中心を通る中心線を算出する手段と、
   前記中心線の各点において、前記中心線の垂直方向又は被検体の前後方向に延伸する第２直線を算出する手段と、
   前記第２直線上における椎体の第１端点及び第２端点を算出する手段と、
   前記第１端点及び前記第２端点に基づいて基準点を算出する手段と、
   複数の断層像において前記基準点を算出し、全ての前記基準点を通る基準線を算出する手段と、
   前記基準線を用いて、前記脊椎画像を作成する手段と、
   を具備することを特徴とする医用画像処理装置。
3. 前記第１直線として、棘突起の中心を通り、被検体の前後方向に延伸する直線を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の医用画像処理装置。
4. 前記基準点として、前記第１端点及び前記第２端点の間を外分する点を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の医用画像処理装置。
5. 前記基準点として、前記第１端点及び前記第２端点の間を外分する第１の点と、前記第１の点と異なり、前記第１端点及び前記第２端点の間を外分する第２の点との中点を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の医用画像処理装置。
6. 前記基準点として、前記第１端点及び前記第２端点を通る直線上における椎弓の端点を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の医用画像処理装置。
7. 複数の前記第１直線群の画素からなる断面画像を作成する手段と、
   前記基準線を前記断面画像に重ねて表示する手段と、
   前記基準線の平行移動量の入力を受け付けて、前記平行移動量に応じて前記基準線の位置を平行移動して表示する手段と、
   を更に具備することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の医用画像処理装置。
8. 前記基準線を複数本算出し、前記断面画像に重ねて表示する場合において、
   選択された前記基準線の形状変更量の入力を受け付けて、前記形状変更量に応じて、選択された前記基準線の形状を変更するとともに、他の前記基準線の形状も合わせて変更する
   ことを特徴とする請求項７に記載の医用画像処理装置。
9. 前記基準線を前記断面画像の外部まで延長して表示する
   ことを特徴とする請求項８に記載の医用画像処理装置。
10. 複数の断層像から脊椎画像を作成する医用画像処理方法であって、
    単一の断層像において、被検体の前後方向に延伸し、椎孔を通る第１直線を算出するステップと、
    前記第１直線上における椎体の第１端点及び第２端点を算出するステップと、
    前記第１端点及び前記第２端点に基づいて基準点を算出するステップと、
    複数の断層像において前記基準点を算出し、全ての前記基準点を通る基準線を算出するステップと、
    前記基準線を用いて、前記脊椎画像を作成するステップと、
    を含むことを特徴とする医用画像処理方法。
11. 複数の断層像から脊椎画像を作成する医用画像処理方法であって、
    複数の断層像において、被検体の前後方向に延伸し、椎孔を通る第１直線を算出するステップと、
    複数の前記第１直線群の画素からなる曲断面再構成画像において、複数の椎体の中心を通る中心線を算出するステップと、
    前記中心線の各点において、前記中心線の垂直方向又は被検体の前後方向に延伸する第２直線を算出するステップと、
    前記第２直線上における椎体の第１端点及び第２端点を算出するステップと、
    前記第１端点及び前記第２端点に基づいて基準点を算出するステップと、
    複数の断層像において前記基準点を算出し、全ての前記基準点を通る基準線を算出するステップと、
    前記基準線を用いて、前記脊椎画像を作成するステップと、
    を含むことを特徴とする医用画像処理方法。