JP5361439B2 - 医用画像処理装置及び医用画像処理方法 - Google Patents

医用画像処理装置及び医用画像処理方法 Download PDF

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Description

本発明は、医用画像処理装置及び医用画像処理方法に関する。
脳梗塞の診断においてはブレインパーフュージョン（Ｂｒａｉｎ Ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ）技術が有用であり、造影剤を注入して撮影した脳の断層像から血液の還流状態を表す画像であるブレインパーフュージョン画像が、脳梗塞の診断に多く用いられている。
近年、血管と病変との位置関係を立体的に把握する為に、デジタルサブトラクションアンギオグラフィ(Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ；ＤＳＡ)においては、一方向からのみの撮影ではなく多方向からの撮影や回転ＤＳＡ撮影等による三次元的な撮影方法を採用した３Ｄ−ＤＳＡが多く用いられている。
３Ｄ−ＤＳＡに関連する技術として、例えば特許文献１に次のような技術が開示されている。すなわち、特許文献１には、被検体の所要部位を造影剤の像を含まないで撮影してＸ線画像であるマスク像の画像データを収集し、次に所要部位を造影剤の像を含んで撮影してＸ線画像であるコントラスト像の画像データを収集し、投影角度が互いに同じであるマスク画像とコントラスト画像とをサブトラクションし、その後サブトラクション画像から造影血管像三次元画像データを再構成している。さらにマスク像と濃度ムラ補正用画像データをサブトラクトし、その後サブトラクション画像から人体構造像三次元画像データを再構成している。造影血管像三次元画像データと人体構造像三次元画像データとを合成して表示することで、血管の詳細な情報だけでなく、血管と人体構造、特に骨との関係を明瞭に把握することが可能となる。
特開２００５−８０２８５号公報
近年のインターベンショナルラジオロジ(Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ；ＩＶＲ)の技術進歩に伴い、血管の病気の診断または治療の為に、Ｘ線インターベンションが用いられることが多い。Ｘ線インターベンションにおいては、狭窄をバルーンで広げる処置により、プラーク等の物質が末梢側に飛んでしまい、その結果末梢血管が詰まってしまう場合がある。このような場合には、速やかに血栓溶解療法を行うことが求められる。また、血栓が溶解して当該末梢血管における血流が回復するまでの時間が、脳にどの程度の機能障害を残すかを示す指標となる。
現在、Ｘ線インターベンションで用いることが可能な臨床的に確立されたブレインパーフュージョン技術は存在しない。従って、Ｘ線インターベンションの終了に当たっては、あくまでもそれなりの太さを有する動脈が詰まっているか否かを確認するにとどまっている。
なお、Ｘ線インターベンションの終了後に実施されるＣＴ検査によって、非常に細い動脈や毛細血管を血栓が詰まらせてしまったケース等の異常を発見することはある。しかしながら、ＣＴ検査は一般的にＸ線インターベンションの終了後最低２、３時間後、通常は翌日実施されることが多い為、発見後速やかに血栓溶解療法を行っても脳機能にそれなりのレベルの障害を残すこと場合がある。
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたものであり、例えばＸ線インターベンションにおける処置により末梢血管等を詰まらせたことに起因して脳血流の還流に異常を来たした部位を速やかに検出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を目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明の第１の態様による医用画像処理装置は、Ｘ線回転撮影機構により収集されたデータを処理する医用画像処理装置であって、造影剤を注入する前の被検体について複数の投影角度による撮影で収集された複数のマスク画像データと、造影剤を注入した後の前記被検体について前記複数の投影角度による撮影で収集された複数のコントラスト画像データと、前記複数の投影角度による撮影で収集された複数の濃度ムラ補正用画像データと、を記憶する記憶部と、前記投影角度が互いに同じである前記画像データ同士の各々について、前記コントラスト画像データから前記マスク画像データをサブトラクトして造影血管像データを生成する第１のサブトラクション部と、前記投影角度が互いに同じである前記画像データ同士の各々について、前記マスク画像データから前記濃度ムラ補正用画像データをサブトラクトして人体構造像データを生成する第２のサブトラクション部と、前記複数の造影血管像データから造影血管像三次元画像データ（ボリュームデータ）を再構成する第１の再構成部と、前記複数の人体構造像データから人体構造像三次元画像データ（ボリュームデータ）を再構成する第２の再構成部と、前記造影血管像三次元画像データを白黒反転処理して非血流像三次元画像データを生成する反転処理部と、前記人体構造像三次元画像データと、前記非血流像三次元画像データと、を合成して合成画像データを生成する合成処理部と、を具備することを特徴とする。
前記の目的を達成するために、本発明の第２の態様による医用画像処理装置は、Ｘ線回転撮影機構により収集されたデータを処理する医用画像処理装置であって、造影剤を注入する前の被検体について複数の投影角度による撮影で収集された複数のマスク画像データと、造影剤を注入した後の前記被検体について前記複数の投影角度による撮影で収集された複数のコントラスト画像データと、前記複数の投影角度による撮影で収集された複数の濃度ムラ補正用画像データと、を記憶する記憶部と、Ｘ線回転撮影による収集と同じ幾何学的条件で収集されたＣＴ画像データを記憶するＣＴ画像記憶部と、前記投影角度が互いに同じである前記画像データ同士の各々について、前記コントラスト画像データから前記マスク画像データをサブトラクトして造影血管像データを生成し、前記マスク画像データから前記濃度ムラ補正用画像データをサブトラクトして人体構造像データを生成するサブトラクション部と、前記複数の造影血管像データから造影血管像三次元画像データ（ボリュームデータ）を再構成し、前記複数の人体構造像データから人体構造像三次元画像データ（ボリュームデータ）を再構成する再構成部と、前記造影血管像三次元画像データを白黒反転処理して非血流像三次元画像データを生成する反転処理部と、同じ投影方向で収集された画像データ同士について、前記人体構造像三次元画像データと前記ＣＴ画像データとに基づいて位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて前記ＣＴ画像データと前記非血流像三次元画像データとの三次元的な位置ズレを同定して補正する位置ズレ補正部と、前記非血流像三次元画像データと、前記ＣＴ画像データと、を合成して合成画像データを生成する合成処理部と、を具備することを特徴とする。
本発明によれば、例えばＸ線インターベンションにおける処置により末梢血管等を詰まらせたことに起因して脳血流の還流に異常を来たした部位を速やかに検出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ができる。
［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法について説明する。
図１は、本第１実施形態に係る医用画像処理装置を適用した三次元Ｘ線診断装置の一構成例を示す図である。図１に示すように、三次元Ｘ線診断装置は、Ｘ線撮影機構１０と、本第１実施形態に係る医用画像処理装置１と、を具備する。
前記Ｘ線撮影機構１０は、Ｘ線管球１２を含むＸ線発生部と、検出システム１４と、Ｃ形アーム１６０と、Ｃ形アーム１６０の移動を行う為の機構部と、を有する。前記検出システム１４は、マトリクス状に配置された複数の半導体検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）で構成される。前記Ｘ線管球１２は、検出システム１４と共に、Ｃ形アーム１６０にマウントされる。寝台の天板上に載置された被検体（不図示）は、Ｘ線管球１２と検出システム１４との間に配置される。Ｃ形アーム１６０は、天井から吊り下げられる支柱に支持される。Ｃ形アーム１６０は、直交３軸Ａ，Ｂ，Ｃに関して回転可能である。
前記Ｘ線発生部は、被検体（不図示）にＸ線を照射するＸ線管球１２と、Ｘ線の吸収差を緩和するための補償フィルタ（不図示）と、Ｘ線管球１２から照射されたＸ線の照射範囲を設定するＸ線絞り器（不図示）と、を備えている。
補償フィルタは、Ｘ線管球１２と被検体との間に配置され、フィルタと、このフィルタを移動するフィルタ駆動機構とを備え、このフィルタ駆動機構が、撮影条件の位置にフィルタを設定することにより、フィルタを透過するＸ線の一部が吸収される。
Ｘ線絞り器は、Ｘ線管球１２と被検体の間に配置され、上羽根及び下羽根と、この上羽根及び下羽根を移動するＸ線絞り開度駆動機構とを備え、このＸ線絞り開度駆動機構が、撮影条件の位置に上羽根及び下羽根を設定することにより、Ｘ線の照射範囲が設定される。
前記機構部（不図示）は、Ｃ形アーム１６０を回動及びスライドするＣ形アーム回動・移動機構と、天板を長手方向、巾方向、及び上下方向への移動や、水平状態での回動を行う天板移動機構と、Ｃ形アーム１６０を保持する支柱を回動及び移動する支柱回動・移動機構と、Ｃ形アーム回動・移動機構、天板移動機構、及び支柱回動・移動機構を制御するＣ形アーム・天板機構制御部と、を備えている。
医用画像処理装置１は、制御部３７と、Ａ／Ｄ変換器２１と、３Ｄ画像メモリ２３と、２Ｄ画像メモリ２４と、サブトラクション部３１と、アフィン変換部３６と、三次元再構成処理部３３と、三次元画像処理部３５と、Ｄ／Ａ変換器３８と、表示部４１と、ルックアップテーブル（以降、ＬＵＴと称する）４５と、を有する。
前記制御部３７は、医用画像処理装置１の各部を統括的に制御する。
前記Ａ／Ｄ変換器２１は、Ｘ線撮影機構１０に接続されており、Ｘ線撮影機構１０からアナログ情報として供給される投影データをデジタル化する。
前記Ｄ／Ａ変換器３８は、表示部４１に接続されており、表示部４１に供給する画像データをアナログ化する。
前記２Ｄ画像メモリ２４は、Ｘ線撮影機構１０から供給され、Ａ／Ｄ変換器２１によりデジタル化された投影データを記憶する。
前記３Ｄ画像メモリ２３は、後述する処理で再構成された画像データを記憶する。
前記サブトラクション部３１は、画像データのサブトラクト（ＤＳＡ；Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）を実行する。
前記フィルタリング部３２は、例えば高周波強調処理等のフィルタリング処理を行う。
前記三次元再構成処理部３３は、複数の投影方向にそれぞれ対応する複数の画像のデータから、三次元画像データを再構成する。
前記三次元画像処理部３５は、例えばサーフェスレンダリング等のレンダリング処理や合成処理を行う。
前記アフィン変換部３６は、画像データに対して拡大処理、移動処理を行う。
前記ＬＵＴ４５は、画像データに対して階調変換を行う。
以下、本第１実施形態に係る医用画像処理装置の制御部３７の制御による処理について説明する。図２は、制御部３７による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図である。
まず、制御部３７は、Ｘ線撮影機構１０によって、被検体の血管に対して造影剤を注入する前及び造影剤を注入した後の合計２回、複数の投影方向にそれぞれ対応する複数の画像データを収集する。そして、このように取得した画像データを、前記２Ｄ画像メモリに記憶させる。
ここで、造影剤注入前に取得した画像データをマスク画像データと称する。マスク画像データには、骨の像及び軟部組織の像が含まれる。各像内の画素値は、骨、軟部組織それぞれが固有するＸ線透過率を反映している。一方、造影剤注入後に取得した画像データをコントラスト画像と称する。コントラスト画像データには、骨の像、軟部組織の像、及び造影された血管の像が含まれる。骨の像内の画素値は、骨が固有するＸ線透過率を反映している。軟部組織の像内の画素値は、軟部組織が固有するＸ線透過率を反映している。そして、造影された血管の像内の画素値は、血管が固有するＸ線透過率ではなく、血管内を流れる造影剤が固有するＸ線透過率を反映している。なお、造影剤のＸ線透過率は、血管のＸ線透過率よりも非常に低い。
実際には、Ｃ形アーム１６０が高速に回転（Ａ又はＢ）する間に、撮影が例えば１°間隔で２００回繰り返される。それにより２００枚（２００フレーム）のマスク画像が得られる。２００枚のマスク画像は、２００種類の投影方向に対応している。造影剤注入後に撮影された２００枚のコントラスト画像は、２００種類の投影方向に対応している。２００枚のコントラスト画像は、２００枚のマスク画像にそれぞれ対応している。ある１枚のマスク画像と、それに対応する１枚のコントラスト画像とは、投影方向が同じである。
上述した処理によりマスク画像データ及びコントラスト画像データを生成した後、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、マスク画像データとコントラスト画像データとで対応する角度同士の投影データに対してサブトラクションを行い、生成したＤＳＡ画像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ１）。
具体的には、サブトラクション部３１によって、投影方向の異なる複数枚のコントラスト画像データから、投影方向の異なる複数枚のマスク画像データがそれぞれサブトラクション処理される。より詳細には、各コントラスト画像データからそれと同じ投影方向のマスク画像データがサブトラクション処理される。これにより複数枚のＤＳＡ画像データが生成される。各ＤＳＡ画像データには、本質的に、造影された血管の像だけが含まれる。
そして、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚のＤＳＡ画像データを三次元再構成処理してＤＳＡ三次元画像データを生成する（ステップＳ２）。ＤＳＡ三次元画像データには、造影された血管の立体構造像だけが含まれる。
具体的には、再構成方法としては、Ｆｅｌｄｋａｍｐ等によって提案されたフィルタードバックプロジェクション法が一般的である。２００枚のＤＳＡ画像に対して、例えばＳｈｅｐｐ＆ＬｏｇａｎやＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎのような適当なコンボリューションフィルタをかける。コンボリューションフィルタをかけた２００枚のＤＳＡ画像を逆投影演算処理にかけて、ＤＳＡ三次元画像データを生成する。
ここで再構成領域は、典型的には、Ｘ線管球１２の全方向へのＸ線束に内接する円筒として定義される。この円筒内は、例えばディテクタである検出システム１４の１検出素子の幅に投影される再構成領域中心部での長さｄで三次元的に離散化され、離散点のデータの再構成像を得る必要がある。但しここでは離散間隔の１例を示したが、これは装置やメーカーによって違うこともあるので、基本的には装置によって定義された離散間隔を用いれば良い。
上述した処理によりＤＳＡ三次元画像データを生成した後、制御部３７は、ＤＳＡ三次元画像データをＬＵＴ４５に転送し、ＬＵＴ４５によってＤＳＡ三次元画像データを白黒反転処理する（ステップＳ３）。詳細には、例えば図３Ａに示す特性曲線（ボクセル値−ＬＵＴ変換後の値）に基づいて、白黒反転処理を行う。
ここで、ＬＵＴ４５による反転処理前のＤＳＡ三次元画像データには、動脈、静脈、及び毛細血管の像が含まれている。一方、ＬＵＴ４５による反転処理後のＤＳＡ三次元画像データにおいては、動脈及び静脈の像は無視できるほどの表示となり、毛細血管の像はうっすらと見える程度の表示となり、逆に、血流が無い部位が非常に明るく表示される。このＬＵＴ４５による反転処理後のＤＳＡ三次元画像データを非血流像三次元画像データと称する。
ところで、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、マスク画像データと濃度ムラ補正用画像データとでサブトラクションを行い、生成した人体構造像画像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ４）。
ここで、濃度ムラ補正用画像データとは、Ｘ線管球１２と検出システム１４との間に空気以外の何も存在させない状態での撮影で収集した画像データである。
続いて、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の人体構造像画像データを三次元再構成処理して人体構造像三次元画像データを生成する（ステップＳ５）。なお、三次元再構成処理の詳細は上述した通りである。人体構造像三次元画像データには、前記非血流像三次元画像データの像に対応する部位の人体構造の像が含まれている。
なお、マップで処理した非血流像三次元画像データ及び人体構造像三次元画像データには、画像合成処理を行う対象の画像データである旨が付帯情報に記されている。三次元画像処理部３５は、画像合成処理を行う対象の画像データである旨が記された付帯情報を有する画像データ同士を合成処理し、表示可能な画像データを生成する。
制御部３７は、三次元画像処理部３５により、非血流像三次元画像データと人体構造像三次元画像データとを合成し、ボリュームレンダリング処理を施して、ボリュームレンダリング合成画像を作成する。作成されたボリュームレンダリング合成画像は、Ｄ／Ａ変換器３８を介して表示部４１へ出力して表示させる。
詳細には、非血流像三次元画像データをＶ１（ｘ，ｙ，ｚ）、人体構造像三次元画像データをＶ２（ｘ，ｙ，ｚ）とし、さらにそれぞれ非血流像三次元画像データを反射率などの光学パラメータに変換するオパシティカーブＯ１（ｄ）、人体構造像三次元画像データを光学パラメータに変換するオパシティカーブＯ２（ｄ）を設定する。例えばオパシティカーブは以下のような形状で定義される。ウィンドウ幅（ＷＷ）、ウィンドウレベル（ＷＬ）を調整することで、どの組織情報を表示するかを選択することができる（図３Ｂ参照）。
非血流像三次元画像データからの反射光、人体構造三次元画像データからの反射光にそれぞれ異なる色を設定する。例えば非血流像三次元画像データからの反射光を黄緑色、人体構造像三次元画像データからの反射光に白色を割り当てる。光源の位置、強度を決定すると、光源での光強度分布と光の進行軌跡、反射光の軌跡に応じてボリュームレンダリング像が計算できる。ここでは簡単のために光の進行軌跡を一定強度Ｉ０の平行光であるとすると、
Figure 0005361439
Figure 0005361439
Figure 0005361439
ここで、Ｓ（ａ）は三次元画像データにおける濃度勾配を算出する関数であり、例えば同じ濃度が光の進行に対して垂直であれば勾配値は高く、光の進行に対して平行に近くなると０に近くなる。さらにＩＭは以下のように計算される。
Figure 0005361439
これらの計算を光の進行軌跡（ここではＭ）に沿って繰り返し実行することでボリュームレンダリング画像ＶＬ（ｕ，ｖ）が作成される。
ここで、制御部３７は、表示部４１に３Ｄ合成画像データを表示させる際に、３Ｄ非血流像画像データ由来の像と３Ｄ人体構造像画像データ由来の像とで表示色を変えることで、人体構造と非血流画像との位置関係を分かり易く表示させる。また、それぞれの三次元画像データの表示条件（色、光学的パラメータ、ＷＬ／ＷＷなど）については個別に変更することが可能である。さらに、それぞれの三次元画像データに対し、個別にカッティングなどの画像処理を施すことが可能である。さらには、表示切り替えスイッチを設け、該表示切り替えスイッチが押圧操作されると、それぞれの三次元画像データを単独で表示させるように構成しても勿論よい。
なお、表示部４１に表示された３Ｄ合成画像データを参照して、ユーザが血流の観察領域をマニュアルで同定し、非血流像画像における観察領域以外の領域の画素値を０にセットすることで、注目していない部位の非血流情報（例えば骨部、頭蓋外、エアー部など）を省くことができる。
本第１実施形態によれば、Ｘ線インターベンションにおける処置により末梢血管等を詰まらせたことに起因して脳血流の還流に異常を来たした部位を速やかに検出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ができる。
なお、非血流画像に示される血流が無い部位は、Ｘ線インターベンションにおける処置により末梢血管等を詰まらせたことに起因して生じる場合以外に、人体構造上元々血流が殆どない（少ない）ことに起因して生じる場合も存在する。本第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法によれば、３Ｄ合成画像データの表示上で人体構造を元に非血流部位の結果を抑制することにより、上述した２つの場合を区別することが可能となる。
［第１変形例]
以下、第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法の“第１変形例”について説明する。なお、説明の重複を避ける為に、第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法との相違点を説明する。本第１変形例においては、人体構造を示す画像としてＣＴ画像を利用する。この場合、ＣＴ画像と非血流像画像との位置合わせを行う必要がある。この位置合わせは、以下説明するステップＳ１１及びステップＳ１２において行う。
図４は、制御部３７の制御による処理を処理内容の観点から捉えたチャートを示す図である。ステップＳ１乃至ステップＳ５までの処理は、第１実施形態で説明した同様のステップ番号の処理と同様の処理である。
前記ステップＳ５における処理の後、例えば患者正面方向と患者側面方向において、回転撮影により画像データを収集した時と同じ幾何学的条件でＣＴ画像データを投影してＣＴ投影画像データを作成し、該ＣＴ投影画像データと、回転撮影により収集した画像データのうち同じ投影方向で収集した画像データと、に基づいて位置ズレを検出する。同様にして、これとは別の投影方向で収集した画像データと、同様に同じ幾何学的条件でＣＴ画像データを投影して作成したＣＴ投影画像データとに基づいて位置ズレを検出する（ステップＳ１１）。なお、実際に用いる投影方向としては患者正面方向及び患者側面方向が適している。そして、これら２つの位置ズレデータに基づいて、ＣＴ画像データと非血流像画像データとの三次元的な位置ズレを同定して補正する（ステップＳ１２）。
そして、制御部３７は、三次元画像処理部３５によってＣＴ画像データとマップで処理した非血流像三次元画像データとを合成処理し（ステップＳ１３）、該合成処理にて生成した合成画像データを表示部４１に表示させる（ステップＳ１４）。この合成処理及び表示処理の詳細に関しては、第１実施形態で説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。
以上説明したように、本第１変形例によれば、第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法と同様の効果を奏する上に、脳構造と血流量との関係をより詳細且つ見やすく表示可能な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ができる。
なお、造影剤注入前に回転撮影により収集した画像データを元に再構成した画像とＣＴ画像とで三次元的に位置ズレを同定し、該同定した位置ズレに基づいてＣＴ画像の位置ズレ補正を行っても勿論よい。
[第２変形例]
以下、第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法の“第２変形例”について説明する。なお、説明の重複を避ける為に、第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法との相違点を説明する。第１実施形態においてはマニュアル操作により観察領域を同定しているが、本第２変形例においては、或る程度自動的に観察領域を同定する。
図５は、制御部３７による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図である。ステップＳ１乃至ステップＳ７までの処理は、第１実施形態で説明した同様のステップ番号の処理と同様の処理である。
造影剤注入前の回転撮影画像を元に人体構造像三次元画像データを再構成し、人体構造像三次元画像データから骨の画素値領域を同定し、該同定した骨の画素値領域の内部に当たる領域を頭蓋領域として同定する（ステップＳ２１）。そして、このようにして同定した頭蓋領域以外の部位に相当する非血流像三次元画像データの非血流像情報を削除する。なお、人体構造像画像としてはＣＴ画像を用いても勿論良い。
続いて、ステップＳ２２において次のような画像処理を行う。
（画像処理例１）
前記同定した頭蓋領域を標準的な頭蓋モデルと比較し、標準的な頭蓋モデルを当該同定した頭蓋領域にマッチするよう変形（ワーピング）し、該変形に係る頭蓋モデルの脳構造を所定のメモリに記憶させ、前記変形に係る頭蓋モデルの脳構造に基づいて本来血流が殆どない部位については、非血流像三次元画像データにおける画素値を減衰させる処理を行う（ステップＳ２２）。
（画像処理例２）
造影剤注入前の回転撮影により収集した画像データを元に人体構造像三次元画像データを再構成し、人体構造像三次元画像データ上で軟組織レベルの画素値を同定し、該同定した画素値から外れれば外れるだけ、非血流像三次元画像データにおける対応部位の画素値を減衰させる処理を行う（ステップＳ２２）。
（画像処理例３）
ＣＴ画像を元に脳組織部とそれ以外の部位とを区分し、脳組織部以外の非血流像三次元画像データにおける画素値を減衰させる処理を行う（ステップＳ２２）。
（画像処理例４）
投影画像のサブトラクション画像上で、血流部とそれ以外の部位とを閾値処理により抽出し、これを元に患者正面方向、患者側面方向に非血流像三次元画像データの画素を投影し、投影点が血流部以外の部位であれば、その部位の画素値を減衰させる処理を行う（ステップＳ２２）。
（画像処理例５）
投影画像のサブトラクション画像上で、血流部とそれ以外を閾値処理により抽出する。抽出した情報を元にすべての方向に非血流画像の画素を投影し、投影点が血流部以外である投影角度範囲を同定する。その角度の大きさに従ってその画素値を減衰させる処理を行う（ステップＳ２２）。
以上説明したように、本第３実施形態によれば、第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法と同様の効果を奏する上に、３Ｄ合成画像データを表示する際に、所望の観察領域を自動的に強調した表示をす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ができる。
[第２実施形態]
以下、本発明の第２実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法について説明する。なお、説明の重複を避ける為に、第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法との相違点を説明する。第１実施形態においては、制御部３７はＸ線撮影機構１０によって被検体の血管に対して造影剤(ｃｏｎｔｒａｓｔ ｍｅｄｉａ)を注入する前及び造影剤を注入した後の合計２回、複数の投影方向にそれぞれ対応する複数の画像データを収集する。一方、本第２実施形態においては、例えば血栓を溶かす等の“所定の治療や薬剤注入等の処置”の前後において、それぞれ造影剤注入を行う前後に１回ずつ、画像データの収集を実行する。つまり、本第２実施形態においては、合計４回の画像データ収集を行う。なお、濃度ムラ補正用画像データの収集は、上述した通り被検体についての撮影ではない為、撮影回数には算入していない。
すなわち、それぞれ下記の条件で合計４回の画像データ収集を行う。
（収集１）所定の治療や薬剤注入等の処置の前であって、造影剤注入の前
（収集２）所定の治療や薬剤注入等の処置の前であって、造影剤注入の後
（収集３）所定の治療や薬剤注入等の処置の後であって、造影剤注入の前
（収集４）所定の治療や薬剤注入等の処置の後であって、造影剤注入の後
本第２実施形態においては、
（収集１）において収集したマスク画像データを第１のマスク画像データと称し、
（収集２）において収集したコントラスト画像データを第１のコントラスト画像データと称し、
（収集３）において収集したマスク画像データを第２のマスク画像データと称し
（収集４）において収集したコントラスト画像データを第２のコントラスト画像データと称する。
図６は、制御部３７による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図である。
まず、第１実施形態にて説明した通りの処理で、マスク画像データ及びコントラスト画像データを生成した後、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第１のマスク画像データと第１のコントラスト画像データとで対応する角度同士の投影データに対してサブトラクションを行い、生成した第１のＤＳＡ画像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ３１）。
続いて、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の第１のＤＳＡ画像データを三次元再構成処理して第１のＤＳＡ三次元画像データを生成する（ステップＳ３２）。第１のＤＳＡ三次元画像データには、造影された血管の立体構造だけが含まれる。
そして、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第１のマスク画像データと濃度ムラ補正用画像データとで対応する角度同士の投影データに対してサブトラクションを行い、生成した第１の人体構造像画像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ３３）。
さらに、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の人体構造像画像データを三次元再構成処理して第１の人体構造像三次元画像データを生成する（ステップＳ３４）。
ここで、被検体に対して、所定の治療や薬剤注入等の処置を施す。
そして、第１実施形態にて説明した通りの処理で、第２のマスク画像データ及び第２のコントラスト画像データを生成した後、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第２のマスク画像データと第２のコントラスト画像データとで対応する角度同士の投影データに対してサブトラクションを行い、生成した第２のＤＳＡ画像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ３５）。
続いて、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の第２のＤＳＡ画像データを三次元再構成処理して第２のＤＳＡ三次元画像データを生成する（ステップＳ３６）。第２のＤＳＡ三次元画像データには、造影された血管の立体構造像だけが含まれる。
そして、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第２のマスク画像データと濃度ムラ補正用画像データとで対応する角度同士の投影データに対してサブトラクションを行い、生成した第２の人体構造像画像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ３７）。
さらに、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の人体構造像画像データを三次元再構成処理して第２の人体構造像三次元画像データを生成する（ステップＳ３８）。
ここで、制御部３７は、第１の人体構造像三次元画像データと、第２の人体構造像三次元画像データと、を比較参照して、被検体の位置ズレを同定する（ステップＳ３９）。続いて、該ステップＳ３９において同定した位置ズレに基づいて、第１のＤＳＡ三次元画像データについて位置ズレ補正を施す（ステップＳ４０）。その後、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第１のＤＳＡボリュームと第２のＤＳＡ三次元画像データとで対応する角度同士の投影データに対してサブトラクションを行い、血流変化像三次元画像データを生成する（ステップＳ４１）。
この血流変化像三次元画像データによれば、所定の治療や薬剤注入等を行う前後での血流の差が像として示される。換言すれば、血流変化像三次元画像データによれば、所定の治療や薬剤注入等による血流の改善具合が像として示される。
制御部３７は、三次元画像処理部３５により、血流変化像三次元画像データと人体構造像三次元画像データとを合成し、ボリュームレンダリング処理を施して、ボリュームレンダリング合成画像を作成する。作成されたボリュームレンダリング合成画像は、Ｄ／Ａ変換器３８を介して表示部４１へ出力して表示させる。
以上説明したように、本第２実施形態によれば、第１実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法と同様の効果を奏する上に、例えば血栓を溶かす等の所定の治療や薬剤注入等を行う前後での血流の差が像として示されるので、所定の治療や薬剤注入等による血流の改善具合を視認可能な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ができる。
[第３実施形態]
以下、本発明の第３実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法について説明する。なお、説明の重複を避ける為に、第２実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法との相違点を説明する。第２実施形態においては、例えば血栓を溶かす等の“所定の治療や薬剤注入等の処置”の前後において、それぞれ造影剤注入を行う前後に１回ずつ画像データの収集を実行する。つまり、本第２実施形態においては、合計４回の画像データ収集を行う。本第３実施形態においては、第１のマスク画像データ及び第２のマスク画像データの収集を行わない為、画像データの収集回数が第２実施形態に比べて２回少ない。なお、濃度ムラ補正用画像データの収集は、上述した通り被検体についての撮影ではない為、撮影回数には算入していない。
すなわち、それぞれ下記の条件で合計３回の画像データ収集を行う。
（収集１）所定の治療や薬剤注入等の処置の前であって、造影剤注入の後；第１のコントラスト画像データの収集
（収集２）所定の治療や薬剤注入等の処置の後であって、造影剤注入の後；第２のコントラスト画像データの収集
図７は、制御部３７による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図である。
まず、第１のコントラスト画像データ生成した後、制御部３７は、複数枚の第１のコントラスト画像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ５１）。
続いて、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の第１のコントラスト画像データを三次元再構成処理して第１の人体構造・造影血管像三次元画像データを生成する（ステップＳ５２）。この第１の人体構造・造影血管像三次元画像データには、所定の治療や薬剤注入等の処置を施す前の時点における人体構造像及び血管造影像が含まれている。
ここで、被検体に対して、所定の治療や薬剤注入等の処置を施す。
そして、第２のコントラスト画像データ生成した後、制御部３７は、複数枚の第２のコントラスト画像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ５３）。
さらに、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の第２のコントラスト画像データを三次元再構成処理して第２の人体構造・造影血管像三次元画像データを生成する（ステップＳ５４）。この第２の人体構造・造影血管像三次元画像データには、所定の治療や薬剤注入等の処置を施した後の時点における人体構造像及び血管造影像が含まれている。
ここで、制御部３７は、第１の人体構造・造影血管像三次元画像データと、第２の人体構造像三次元画像データと、を比較参照して、被検体の位置ズレを検出する（ステップＳ５５）。続いて、該ステップＳ５５において検出した位置ズレに基づいて、第１の人体構造・造影血管像三次元画像データについて位置ズレ補正を施す（ステップＳ５６）。
その後、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第１の人体構造・造影血管像三次元画像データと第２の人体構造・造影血管像三次元画像データとで対応する角度同士の投影データに対してサブトラクションを行い、血流変化像三次元画像データを生成する（ステップＳ５７）。
そして、制御部３７は、三次元画像処理部３５により、血流変化像三次元画像データと第２の人体構造像三次元画像データとを合成し（ステップＳ５８）、ボリュームレンダリング処理を施して、ボリュームレンダリング合成画像を作成する。作成されたボリュームレンダリング合成画像は、Ｄ／Ａ変換器３８を介して表示部４１へ出力して表示させる（ステップＳ５９）。
以上説明したように、本第３実施形態によれば、第２実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法と同様の効果を奏する上に、被検体におけるＸ線被曝量を軽減させた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ができる。
[第４実施形態]
以下、本発明の第４実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法について説明する。なお、説明の重複を避ける為に、第３実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法との相違点を説明する。第３実施形態においては、画像データの収集を３回実行する。本第４実施形態においては、第２のマスク画像データの収集を行わない為、画像データの収集回数が第３実施形態に比べて１回少ない。なお、濃度ムラ補正用画像データの収集は、上述した通り被検体についての撮影ではない為、撮影回数には算入していない。
すなわち、それぞれ下記の条件で合計２回の画像データ収集を行う。
（収集１）所定の治療や薬剤注入等の処置の前であって、造影剤注入の後
（収集２）所定の治療や薬剤注入等の処置の後であって、造影剤注入の後
図８は、制御部３７による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図である。
まず、第１のコントラスト画像データ及び濃度ムラ補正用画像データを生成した後、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第１のコントラスト画像データと濃度ムラ補正用画像データとでサブトラクションを行い、生成した第１の人体構造・造影血管像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ７１）。
さらに、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の人体構造・造影血管像データを三次元再構成処理して第１の人体構造・造影血管像三次元画像データを生成する（ステップＳ７２）。この人体構造・造影血管像三次元画像データには、所定の治療や薬剤注入等の処置を施す前の時点における人体構造像及び血管造影像が含まれている。
ここで、被検体に対して、所定の治療や薬剤注入等の処置を施す。
そして、第２のコントラスト画像データを生成した後、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第２のコントラスト画像データと濃度ムラ補正用画像データとでサブトラクションを行い、生成した第２の人体構造・造影血管像データを三次元再構成処理ユニットに送る（ステップＳ７３）。
続いて、制御部３７は、三次元再構成処理部３３により、複数枚の第２の人体構造・造影血管像データを三次元再構成処理して第２の人体構造・造影血管像三次元画像データを生成する（ステップＳ７４）。この第２の人体構造・造影血管像三次元画像データには、所定の治療や薬剤注入等の処置を施した後の時点における人体構造像及び血管造影像が含まれている。
ここで、制御部３７は、第１の人体構造・造影血管像三次元画像データと、第２の人体構造・造影血管像三次元画像データと、を比較参照して、被検体の位置ズレを同定する（ステップＳ７５）。続いて、該ステップＳ７５において同定した位置ズレに基づいて、第１の人体構造・造影血管像三次元画像データについて位置ズレ補正を施す（ステップＳ７６）。その後、制御部３７は、サブトラクション部３１によって、第１の人体構造・造影血管像ボリュームと第２の人体構造・造影血管像三次元画像データとで対応する角度同士の投影データに対してサブトラクションを行い、血流変化像三次元画像データを生成する（ステップＳ７７）。
制御部３７は、三次元画像処理部３５により、血流変化像三次元画像データと人体構造・造影血管像三次元画像データとを合成し、ボリュームレンダリング処理を施して、ボリュームレンダリング合成画像を作成する。作成されたボリュームレンダリング合成画像は、Ｄ／Ａ変換器３８を介して表示部４１へ出力して表示させる。
以上説明したように、本第４実施形態によれば、第３実施形態に係る医用画像処理装置及び医用画像処理方法と同様の効果を奏する上に、被検体におけるＸ線被曝量をより軽減させた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ができる。
以上、第１実施形態乃至第４実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形及び応用が可能なことは勿論である。
さらに、上述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適当な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成も発明として抽出され得る。
本発明の第１実施形態に係る三次元Ｘ線診断装置の一構成例を示す図。 第１実施形態における制御部による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図。 ＬＵＴによるＤＳＡ三次元画像データの白黒反転処理における“ボクセル値−ＬＵＴ変換後の値”の特性曲線を示す図。 画素値と反射率との関係の一例を示す図。 第１実施形態の第１変形例における制御部による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図。 第１実施形態の第２変形例における制御部による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図。 第２実施形態における制御部による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図。 第３実施形態における制御部による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図。 第４実施形態における制御部による処理を処理内容の観点から捉えた処理の流れを示す図。
１…医用画像処理装置、 １０…Ｘ線撮影機構、 １２…Ｘ線管球、 １４…検出システム、 ２１…Ａ／Ｄ変換器、 ２３…３Ｄ画像メモリ、 ２４…２Ｄ画像メモリ、 ３１…サブトラクション部、 ３２…フィルタリング部、 ３３…三次元再構成処理部、 ３５…三次元画像処理部、 ３６…アフィン変換部、 ３７…制御部、 ３８…Ｄ／Ａ変換器、 ４１…表示部、 ４５…ルックアップテーブル、 １６０…Ｃ形アーム。

Claims (12)

  1. Ｘ線回転撮影機構により収集されたデータを処理する医用画像処理装置であって、
    造影剤を注入する前の被検体について複数の投影角度による撮影で収集された複数のマスク画像データと、造影剤を注入した後の前記被検体について前記複数の投影角度による撮影で収集された複数のコントラスト画像データと、前記複数の投影角度による撮影で収集された複数の濃度ムラ補正用画像データと、を記憶する記憶部と、
    前記投影角度が互いに同じである前記画像データ同士の各々について、前記コントラスト画像データから前記マスク画像データをサブトラクトして造影血管像データを生成する第１のサブトラクション部と、
    前記投影角度が互いに同じである前記画像データ同士の各々について、前記マスク画像データから前記濃度ムラ補正用画像データをサブトラクトして人体構造像データを生成する第２のサブトラクション部と、
    前記複数の造影血管像データから造影血管像三次元画像データを再構成する第１の再構成部と、
    前記複数の人体構造像データから人体構造像三次元画像データを再構成する第２の再構成部と、
    前記造影血管像三次元画像データを白黒反転処理して非血流像三次元画像データを生成する反転処理部と、
    前記人体構造像三次元画像データと、前記非血流像三次元画像データと、を合成して合成画像データを生成する合成処理部と、
    を具備することを特徴とする医用画像処理装置。
  2. 前記人体構造像三次元画像データにおいて観察対象領域を同定し、前記非血流像三次元画像データにおいて前記観察対象領域に相当する領域以外の領域を削除する非関心領域削除部を含む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. 前記非関心領域削除部は、前記人体構造像三次元画像データにおいて画素値に基づいて観察対象領域を同定し、前記非血流像三次元画像データにおいて前記観察対象領域に相当する領域以外の領域の画素値を減衰させることを特徴とする請求項２に記載の医用画像処理装置。
  4. 前記観察対象領域の画素値は軟組織レベルを示す画素値であることを特徴とする請求項３に記載の医用画像処理装置。
  5. 前記非関心領域削除部は、ＣＴ画像に基づいて、観察対象領域を同定し、前記非血流像三次元画像データにおいて前記観察対象領域に相当する領域以外の領域を削除する非関心領域削除部を含むことを特徴とする請求項２に記載の医用画像処理装置。
  6. Ｘ線回転撮影機構により収集されたデータを処理する医用画像処理装置であって、
    造影剤を注入する前の被検体について複数の投影角度による撮影で収集された複数のマスク画像データと、造影剤を注入した後の前記被検体について前記複数の投影角度による撮影で収集された複数のコントラスト画像データと、前記複数の投影角度による撮影で収集された複数の濃度ムラ補正用画像データと、を記憶する記憶部と、
    Ｘ線回転撮影による収集と同じ幾何学的条件で収集されたＣＴ画像データを記憶するＣＴ画像記憶部と、
    前記投影角度が互いに同じである前記画像データ同士の各々について、前記コントラスト画像データから前記マスク画像データをサブトラクトして造影血管像データを生成し、前記マスク画像データから前記濃度ムラ補正用画像データをサブトラクトして人体構造像データを生成するサブトラクション部と、
    前記複数の造影血管像データから造影血管像三次元画像データを再構成し、前記複数の人体構造像データから人体構造像三次元画像データを再構成する再構成部と、
    前記造影血管像三次元画像データを白黒反転処理して非血流像三次元画像データを生成する反転処理部と、
    同じ投影方向で収集された画像データ同士について、前記人体構造像三次元画像データと前記ＣＴ画像データとに基づいて位置ズレを検出し、該検出結果に基づいて前記ＣＴ画像データと前記非血流像三次元画像データとの三次元的な位置ズレを同定して補正する位置ズレ補正部と、
    前記非血流像三次元画像データと、前記ＣＴ画像データと、を合成して合成画像データを生成する合成処理部と、
    を具備することを特徴とする医用画像処理装置。
  7. 前記人体構造像三次元画像データまたは前記ＣＴ画像データにおいて頭蓋内部に相当する部位を抽出し、該抽出した頭蓋モデルから脳構造を推定し、該推定した脳構造に基いて前記非血流像三次元画像データにおける頭蓋内部以外を示す領域の画素値を減衰させる非観察対象領域削除手段を含むことを特徴とする請求項６に記載の医用画像処理装置。
  8. Ｘ線回転撮影機構により収集されたデータを処理する医用画像処理方法であって、
    造影剤を注入する前の被検体について複数の投影角度による撮影で収集された複数のマスク画像データと、造影剤を注入した後の前記被検体について前記複数の投影角度による撮影で収集された複数のコントラスト画像データと、前記複数の投影角度による撮影で収集された複数の濃度ムラ補正用画像データと、を記憶する記憶ステップと、
    前記投影角度が互いに同じである前記画像データ同士の各々について、前記コントラスト画像データから前記マスク画像データをサブトラクトして造影血管像データを生成する第１のサブトラクションステップと、
    前記投影角度が互いに同じである前記画像データ同士の各々について、前記マスク画像データから前記濃度ムラ補正用画像データをサブトラクトして人体構造像データを生成する第２のサブトラクションステップと、
    前記複数の造影血管像データから造影血管像三次元画像データを再構成する第１の再構成ステップと、
    前記複数の人体構造像データから人体構造像三次元画像データを再構成する第２の再構成ステップと、
    前記造影血管像データを白黒反転処理して非血流像三次元画像データを生成する反転処理ステップと、
    前記人体構造像三次元画像データと、前記非血流像三次元画像データと、を合成して合成画像データを生成する合成処理ステップと、
    を具備することを特徴とする医用画像処理方法。
  9. 前記再構成ステップで生成された前記人体構造像三次元画像データにおいて観察対象領域を同定し、前記非血流像三次元画像データにおいて前記観察対象領域に相当する領域以外の領域を削除する非関心領域削除ステップを含むことを特徴とする請求項８に記載の医用画像処理方法。
  10. 前記非関心領域削除ステップにおいては、前記人体構造像三次元画像データにおいて画素値に基づいて観察対象領域を同定し、前記非血流像三次元画像データにおいて前記観察対象領域に相当する領域以外の領域の画素値を減衰させることを特徴とする請求項９に記載の医用画像処理方法。
  11. 前記観察対象領域の画素値は軟組織レベルを示す画素値であることを特徴とする請求項１０に記載の医用画像処理方法。
  12. 前記非関心領域削除ステップにおいては、ＣＴ画像に基づいて、観察対象領域を同定し、前記非血流像三次元画像データにおいて前記観察対象領域に相当する領域以外の領域を削除することを特徴とする請求項９に記載の医用画像処理方法。
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