JP7179527B2 - Ｘ線診断装置、医用画像処理装置、医用画像処理システム、及び医用画像処理プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、Ｘ線診断装置、医用画像処理装置、医用画像処理システム、及び医用画像処理プログラムに関する。

従来、カテーテルを用いた治療（手術）では、Ｘ線診断装置により撮影したＸ線画像（透視画像）上でカテーテルの位置を確認しながら手技を行うことが一般的である。また、この手技において、医師を支援するための技術が種々提案されている。

カテーテルを用いた治療を行う操作者（医師）を支援するための技術として、カテーテルを目標部位まで挿入するための経路を事前にシミュレーションする技術がある。例えば、この技術では、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置により撮影した３次元のＣＴ画像データから、被検体内の血管構造を抽出し、目標部位へ通ずる血管の適切な経路を決定する。決定された経路は、カテーテル治療が行われる際に操作者に提示される。操作者は、提示された経路を画面上で確認しながら、目標部位へカテーテルを誘致することができる。

特開２００９－０７２３１７号公報

本発明が解決しようとする課題は、カテーテルの誘致を支援することができるＸ線診断装置、医用画像処理装置、医用画像処理システム、及び医用画像処理プログラムを提供することである。

実施形態のＸ線診断装置は、抽出部と、決定部と、出力制御部とを備える。抽出部は、手術デバイスを挿入するための経路の決定に用いられた医用画像データから、前記手術デバイスを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出する。決定部は、前記特徴部位に基づいて、前記経路上の各位置において、前記手術デバイスの先端部の湾曲形状に応じて定義される先端方向を決定する。出力制御部は、前記経路上の各位置における前記先端方向を含む経路情報を出力する。

図１は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置の構成の一例を示すブロック図である。 図２Ａは、第１の実施形態に係るガイドワイヤの先端部の形状の一例を示す図である。 図２Ｂは、第１の実施形態に係るガイドワイヤの先端部の形状の一例を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置における経路推定処理の処理手順を示すフローチャートである。 図４は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置における経路推定処理を説明するための図である。 図５Ａは、第１の実施形態に係るＸ線診断装置における経路推定処理を説明するための図である。 図５Ｂは、第１の実施形態に係るＸ線診断装置における経路推定処理を説明するための図である。 図６Ａは、第１の実施形態に係るＸ線診断装置における経路推定処理を説明するための図である。 図６Ｂは、第１の実施形態に係るＸ線診断装置における経路推定処理を説明するための図である。 図６Ｃは、第１の実施形態に係るＸ線診断装置における経路推定処理を説明するための図である。 図７は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置における経路推定処理を説明するための図である。 図８は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置におけるガイド処理の処理手順を示すフローチャートである。 図９は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置におけるガイド処理を説明するための図である。 図１０は、その他の実施形態に係る医用情報処理システムの構成の一例を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係るＸ線診断装置、医用画像処理装置、医用画像処理システム、及び医用画像処理プログラムを説明する。なお、実施形態は、以下の実施形態に限られるものではない。また、一つの実施形態に記載した内容は、原則として他の実施形態にも同様に適用される。

（第１の実施形態）
まず、図１を用いて、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００の構成の一例を説明する。図１は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００の構成の一例を示すブロック図である。

図１に示すように、Ｘ線診断装置１００は、撮影装置１０とコンソール装置２０とを備える。撮影装置１０及びコンソール装置２０は、互いに通信可能に接続される。

撮影装置１０は、Ｘ線高電圧装置１１と、Ｘ線管１２と、Ｘ線絞り１３と、天板１４と、Ｃアーム１５と、Ｘ線検出器１６と、Ｃアーム回転・移動機構１７と、天板移動機構１８と、制御回路１９とを備える。Ｘ線高電圧装置１１、Ｘ線管１２、Ｘ線絞り１３、天板１４、Ｃアーム１５、Ｘ線検出器１６、Ｃアーム回転・移動機構１７、天板移動機構１８、及び制御回路１９は、必要に応じて互いに通信可能に接続される。

Ｘ線高電圧装置１１は、後述する処理回路２５による制御の下、高電圧を発生し、発生した高電圧をＸ線管１２に供給する高電圧電源である。例えば、Ｘ線高電圧装置１１は、インバータ回路、高電圧を生成する高電圧トランス、及び高圧整流回路などにより構成される。

Ｘ線管１２は、Ｘ線高電圧装置１１から供給される高電圧を用いて、Ｘ線を発生する装置である。Ｘ線管１２は、Ｘ線高電圧装置１１から高電圧の供給を受けて、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射する真空管から構成される。

Ｘ線絞り１３は、後述する制御回路１９による制御の下、Ｘ線管１２が発生したＸ線を、被検体Ｐにおける撮影対象領域に選択的に照射されるよう絞り込む部材である。例えば、Ｘ線絞り１３は、絞り羽根及びフィルタにより構成される。絞り羽根は、例えば、スライド可能な４枚の板状部材であり、制御回路１９によりスライドされることで、Ｘ線管１２が発生したＸ線を絞り込む。また、フィルタは、被検体Ｐに対して照射されるＸ線を調節（減衰）するためのＸ線フィルタである。例えば、フィルタは、その材質や厚みによって透過するＸ線の線質を変化させることで、Ｘ線管１２が発生したＸ線を調節する。

天板１４は、被検体Ｐを載せるベッドであり、図示しない寝台の上に配置される。なお、被検体Ｐは、Ｘ線診断装置１００に含まれない。

Ｃアーム１５は、Ｘ線管１２、Ｘ線絞り１３、及びＸ線検出器１６を支持する支持部材である。Ｘ線管１２及びＸ線絞り１３と、Ｘ線検出器１６とは、Ｃアーム１５により被検体Ｐを挟んで対向するように配置される。

Ｘ線検出器１６は、マトリックス状に配列された検出素子を有し、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。例えば、Ｘ線検出器１６は、検出素子として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）やＣＣＤ（Charge Coupled Device）を有する。各検出素子は、被検体Ｐを透過したＸ線を電気信号に変換して蓄積し、蓄積した電気信号を生成回路２３に送信する。

Ｃアーム回転・移動機構１７は、Ｃアーム１５を回転及び移動させるための動力機構である。例えば、Ｃアーム回転・移動機構１７は、モータ等のアクチュエータが発生させた動力を用いて、Ｃアーム１５を回転及び移動させる。

天板移動機構１８は、天板１４を移動させるための動力機構である。例えば、天板移動機構１８は、アクチュエータが発生させた動力を用いて、天板１４を移動させる。

制御回路１９は、撮影装置１０の動作を制御する電子回路である。例えば、制御回路１９は、処理回路２５による制御の下、Ｃアーム回転・移動機構１７及び天板移動機構１８を制御する。例えば、制御回路１９は、Ｃアーム回転・移動機構１７及び天板移動機構１８を制御することで、Ｃアーム１５の回転や移動、天板１４の移動を調整する。

また、制御回路１９は、処理回路２５による制御の下、Ｘ線絞り１３の動作を制御する。例えば、制御回路１９は、Ｘ線絞り１３が有する絞り羽根をスライドさせることで、被検体Ｐに対して照射されるＸ線の照射範囲を制御する。また、制御回路１９は、Ｘ線絞り１３が有するフィルタの位置を調整することで、被検体Ｐに対して照射されるＸ線の線量の分布を制御する。

また、コンソール装置２０は、入力回路２１と、ディスプレイ２２と、生成回路２３と、記憶回路２４と、処理回路２５とを備える。入力回路２１、ディスプレイ２２、生成回路２３、記憶回路２４、及び処理回路２５は、互いに通信可能に接続される。

入力回路２１は、各種指示や各種設定などを行うためのトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等によって実現される。入力回路２１は、処理回路２５に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し処理回路２５へと出力する。

ディスプレイ２２は、操作者の指示を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）やＸ線画像を表示する表示装置である。例えば、ディスプレイ２２は、処理回路２５によるフィルタ処理後のＸ線画像を表示する。

生成回路２３は、医用画像データを生成する電子回路である。例えば、生成回路２３は、Ｘ線検出器１６によってＸ線から変換された電気信号を用いてＸ線画像データを生成し、生成したＸ線画像データを記憶回路２４に格納する。例えば、生成回路２３は、Ｘ線検出器１６から受信した電気信号に対して、電流・電圧変換やＡ（Analog）／Ｄ（Digital）変換、パラレル・シリアル変換を行い、Ｘ線画像データ（透視画像など）を生成する。そして、生成回路２３は、生成したＸ線画像データを記憶回路２４に格納する。なお、生成回路２３は、生成部の一例である。

記憶回路２４は、生成回路２３によって生成されたＸ線画像データを受け付けて記憶する記憶装置である。また、記憶回路２４は、処理回路２５によるフィルタ処理後のＸ線画像データを記憶する。また、記憶回路２４は、図１に示す各回路によって読み出されて実行される各種機能に対応するプログラムを記憶する。

処理回路２５は、Ｘ線診断装置１００全体の動作を制御する電子回路である。例えば、処理回路２５は、入力回路２１から転送された操作者の指示に従ってＸ線高電圧装置１１を制御し、Ｘ線管１２に供給する電圧を調整することで、被検体Ｐに照射するＸ線の線量やＯＮ／ＯＦＦを制御する。また、例えば、処理回路２５は、操作者の指示に従って制御回路１９を制御し、Ｃアーム１５の回転や移動、天板１４の移動を調整する。また、処理回路２５は、制御回路１９の制御を通じて、Ｘ線の線量の分布を制御する。また、処理回路２５は、生成回路２３を制御することにより、Ｘ線検出器１６によってＸ線から変換された電気信号に基づく画像データ生成処理を制御することで、Ｘ線画像データを収集する。また、処理回路２５は、フィルタ処理後のＸ線画像をディスプレイ２２に表示させたり、操作者の指示を受け付けるためのＧＵＩをディスプレイ２２に表示させたりする。

また、例えば、処理回路２５は、Ｘ線診断装置１００以外の医用画像診断装置により撮像された医用画像データ（ＣＴ（Computed Tomography）画像データやＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）画像データ等）をネットワーク経由で受信する。そして、処理回路２５は、受信した医用画像データを、記憶回路２４に格納する。また、処理回路２５は、受信した医用画像データを、自装置が撮像したＸ線画像データとともにディスプレイ２２に表示させる。なお、表示される医用画像データは、画像処理（レンダリング処理）された画像であってもよい。また、Ｘ線画像データとともに表示される医用画像データは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等の記憶媒体を介して取得される場合であっても良い。

また、処理回路２５は、抽出機能２５Ａと、決定機能２５Ｂと、検出機能２５Ｃと、位置合わせ機能２５Ｄと、出力制御機能２５Ｅとを実行する。なお、抽出機能２５Ａは、抽出部の一例である。また、決定機能２５Ｂは、決定部の一例である。また、検出機能２５Ｃは、検出部の一例である。また、位置合わせ機能２５Ｄは、位置合わせ部の一例である。また、出力制御機能２５Ｅは、出力制御部の一例である。また、処理回路２５が実行する抽出機能２５Ａ、決定機能２５Ｂ、検出機能２５Ｃ、位置合わせ機能２５Ｄ、及び出力制御機能２５Ｅの処理内容については、後述する。

ここで、例えば、図１に示す処理回路２５の構成要素である抽出機能２５Ａ、決定機能２５Ｂ、検出機能２５Ｃ、位置合わせ機能２５Ｄ、及び出力制御機能２５Ｅが実行する各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路２４に記録されている。処理回路２５は、各プログラムを記憶回路２４から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路２５は、図１の処理回路２５内に示された各機能を有することとなる。

ところで、カテーテルを用いた治療では、目標部位へカテーテルを誘致するために、カテーテルに先行してガイドワイヤが挿入されることがある。ガイドワイヤは、管状に形成されるカテーテルの内部を通過して被検体内に挿入される器具（手術デバイス）であり、先端部が湾曲した形状を有する。

図２Ａ及び図２Ｂを用いて、ガイドワイヤの先端部の形状について説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、第１の実施形態に係るガイドワイヤの先端部の形状の一例を示す図である。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、ガイドワイヤ４０は、本体部４１と、先端部４２とを有する。なお、ガイドワイヤ４０は、手術デバイスの一例である。

本体部４１は、ガイドワイヤ４０が挿入される血管の形状に沿って変形（湾曲）可能な程度の可撓性を有する材料により構成される。本体部４１は、その先端において先端部４２と連結される。先端部４２は、形状を記憶することが可能な程度の強度（剛性）を有する材料により構成される。例えば、操作者は、被検体Ｐにカテーテルを挿入する前に、先端部４２を任意の形状に湾曲させる。この結果、ガイドワイヤ４０は、軸（中心軸）に対して先端部が湾曲した形状となる。これにより、先端部４２は、カテーテルに被覆されたとしてもほとんど変形せず、操作者により規定された湾曲形状を維持することができる。

ここで、先端部４２の湾曲形状を利用して、ガイドワイヤ４０の「先端方向」を定義することができる。例えば、図２Ａでは、先端部４２が本体部４１の中心軸（破線部）に対して上方に位置している。この場合、ガイドワイヤ４０の先端方向は、矢印４３で示される方向（図中の上方向）であると定義できる。また、図２Ｂでは、先端部４２が本体部４１の中心軸（破線部）に対して下方に位置している。この場合、ガイドワイヤ４０の先端方向は、矢印４４で示される方向（図中の下方向）であると定義できる。

例えば、操作者（医師）は、ガイドワイヤ４０の先端方向を利用して、カテーテルを任意の方向に進入させることができる。例えば、操作者は、カテーテルに先行して、ガイドワイヤ４０を血管内に進入させる。操作者は、血管の分岐部など、所望の位置にガイドワイヤ４０が到達すると、ガイドワイヤ４０の位置を固定して、カテーテルを挿入する。挿入されたカテーテルは、本体部４１を覆ったままの状態で、本体部４１に沿って血管内を進行する。そして、カテーテルは、本体部４１から先端部４２へ到達すると、先端部４２の形状に沿って湾曲（変形）して進行する。

例えば、ガイドワイヤ４０の先端方向が上方向である場合（図２Ａの場合）において、操作者がカテーテルを挿入すると、カテーテルは、先端部４２の湾曲形状に沿って矢印４３の方向へ湾曲する。つまり、操作者は、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印４３の方向に向けることで、カテーテルを矢印４３の方向に進入させることができる。

また、ガイドワイヤ４０の先端方向が下方向である場合（図２Ｂの場合）において、操作者がカテーテルを挿入すると、カテーテルは、先端部４２の湾曲形状に沿って矢印４４の方向へ湾曲する。つまり、操作者は、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印４４の方向に向けることで、カテーテルを矢印４４の方向に進入させることができる。

このように、操作者は、先端部４２の湾曲形状を利用して、ガイドワイヤ４０の先端方向に沿った方向へカテーテルを進入させることができる。これにより、操作者は、様々な方向に湾曲或いは分岐する血管内において任意の方向へカテーテルを進入させることができ、目標部位へカテーテルを誘致することができる。

しかしながら、冠動脈などのように、分岐が複雑であり、かつ、細い血管にカテーテルを誘致する場合には、Ｘ線画像のみでは分岐部の方向がわかり難く、先端方向をどの向きに向けるべきかがわからない。このため、目標部位へのカテーテルの誘致に時間がかかってしまうと、Ｘ線の被爆量や造影剤の投与量が増大してしまう。

そこで、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００は、カテーテルの誘致を支援するために、以下の処理機能を実行する。

なお、以下では、「先端方向」は、図２Ａ及び図２Ｂにて説明した定義を用いて説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。「先端方向」については様々な定義が可能であると考えられるが、先端方向がどのように定義されようとも、以下の実施形態の適用可否に影響を与えるものではない。

例えば、図２Ａ及び図２Ｂでは、先端方向が、本体部４１の軸方向に沿った方向（図中の破線部）に対して直交する場合を例示したが、必ずしも直交している必要は無い。先端部４２の湾曲形状は操作者が任意に変更可能であるので、例えば、操作者が先端部を浅い角度で湾曲させた場合には、先端方向は、軸方向に沿った方向に対して浅い角度と定義されても良い。また、操作者が先端部を深い角度で湾曲させた場合には、先端方向は、軸方向に沿った方向に対して深い角度と定義されても良い。

すなわち、本実施形態にて説明するガイドワイヤ４０の先端方向は、先端部４２の湾曲形状に応じて定義される方向である。具体的には、ガイドワイヤ４０の先端方向は、ガイドワイヤ４０（本体部４１）の軸方向に沿った方向に対して交わる方向である。換言すると、ガイドワイヤ４０の先端方向は、少なくとも本体部４１の軸方向に対する直交断面（例えば、後述する直行断面６２，６５等）上で提示可能な方向である。

また、本体部４１は、先端部４２に連なる主軸部に対応する。つまり、ガイドワイヤ４０は、主軸部である本体部４１と、先端部４２とを有する。ここで、本体部４１は、常に直線状とは限らず、被検体内の管状部位の形状に合わせて曲がりくねった形で体内に配置される可能性が高い。この場合、ガイドワイヤ４０の先端方向は、本体部４１（主軸部）が伸びる方向（延長方向）に対して交わる方向であると言える。なお、本体部４１が伸びる方向とは、例えば、曲がりくねった本体部４１の曲線形状を数学的に延長させた方向であっても良いし、先端部４２と本体部４１との連結部分における本体部４１に対する接線方向であっても良い。また、本体部４１が伸びる方向とは、ガイドワイヤ４０が挿入されている血管肢の延在方向であっても良い。

以下、第１の実施形態では、経路推定処理と、ガイド処理とを順に説明する。ここで、経路推定処理とは、目標部位へ通ずる経路上の各位置におけるガイドワイヤ４０の先端方向を決定するシミュレーション処理である。また、ガイド処理とは、カテーテルの誘致を支援するために、カテーテルの進行に応じて、適切なガイドワイヤ４０の先端方向を提示する処理（ナビゲーション処理）である。

（経路推定処理）
まず、経路推定処理について説明する。Ｘ線診断装置１００は、経路推定処理として、次の処理機能を実行する。つまり、抽出機能２５Ａは、先端部４２が湾曲したガイドワイヤ４０を挿入するための経路の決定に用いられた３次元医用画像データから、ガイドワイヤ４０を挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出する。また、決定機能２５Ｂは、特徴部位に基づいて、経路上の各位置において、先端部４２の湾曲形状に応じて定義される先端方向を決定する。

なお、第１の実施形態では、経路推定処理がＸ線診断装置１００（コンソール装置２０）において実行される場合を説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、経路推定処理は、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置等、他の医用画像診断装置において実行されてもよい。また、経路推定処理は、ワークステーション等の医用画像処理装置において実行されてもよい。

図３を用いて、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００における経路推定処理について説明する。図３は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００における経路推定処理の処理手順を示すフローチャートである。図３に示す処理手順は、経路推定処理を開始する旨の入力を操作者から受け付けた場合に開始される。

図３では、図４、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図７を参照しつつ説明する。図４、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図７は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００における経路推定処理を説明するための図である。

なお、以下の経路推定処理の説明では、ＣＴ画像データ上で経路推定処理を実行する場合を説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、Ｘ線診断装置１００は、ＣＴ画像データに限らず、任意の医用画像診断装置にて被検体Ｐが撮像された３次元の医用画像データ上で経路推定処理を実行可能である。例えば、Ｘ線診断装置１００は、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置によって撮像されたＭＲ画像データ上で経路推定処理を実行しても良い。

ステップＳ１０１において、処理回路２５は、経路推定処理を開始する旨の入力を操作者から受け付けたか否かを判定する。例えば、操作者は、入力回路２１を用いて、経路推定処理を開始する旨の入力を行う。入力回路２１は、操作者により入力された経路推定処理を開始する旨の情報を、処理回路２５へ出力する。処理回路２５は、経路推定処理を開始する旨の情報を入力回路２１から受け付けた場合に、経路推定処理を開始する旨の入力を受け付けたと判定し（ステップＳ１０１肯定）、ステップＳ１０２以降の処理を開始する。なお、処理回路２５は、経路推定処理を開始する旨の入力を受け付けるまで（ステップＳ１０１否定）、ステップＳ１０２以降の処理を開始せず、待機状態である。

ステップＳ１０２において、処理回路２５は、ＣＴ画像データを読み出す。例えば、処理回路２５は、ＣＴ画像データを記憶回路２４から読み出す。ここで、このＣＴ画像データは、例えば、Ｘ線ＣＴ装置により被検体Ｐの心臓を含む領域（例えば胸部）が撮像された画像データである。ＣＴ画像データが記憶回路２４に記憶されていない場合には、処理回路２５は、ネットワークを介して接続された、Ｘ線ＣＴ装置、又は、医用画像データ保管用の外部記憶装置などから取得することも可能である。

ステップＳ１０３において、処理回路２５は、ＣＴ画像データを用いて、カテーテルを挿入するための経路を決定する。なお、ここで決定される経路とは、カテーテルを目標部位まで挿入するための血管（血管肢）を示す情報であり、経路上の各位置におけるガイドワイヤ４０の先端方向を含まない情報である。つまり、ここで処理回路２５が実行する処理は、目標部位へ通ずる血管（血管肢）を特定する処理である。

例えば、図４に示すように、処理回路２５は、セグメンテーション処理により、被検体内を走行する冠動脈の血管構造をＣＴ画像データ５０から抽出する。ここで、血管構造は、例えば、複数の血管肢により構成される構造として抽出される。そして、処理回路２５は、操作者により指定された目標部位へ通ずる血管（血管肢）を示す経路５１を決定する。なお、目標部位へ通ずる経路５１を決定する処理は、上述した処理内容に限らず、従来の如何なる技術が適用されても良い。

なお、図４及び以下の実施形態では、一例として、カテーテルが冠動脈に挿入される場合を説明するが、実施形態はこれに限定されるものではない。本実施形態は、カテーテルを挿入可能な任意の管状部位に挿入される治療（手術）に対して広く適用可能である。

ステップＳ１０４において、抽出機能２５Ａは、経路（例えば、図４の経路５１）上で、カテーテルを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出する。例えば、抽出機能２５Ａは、特徴部位として、カテーテルが挿入される血管の分岐部及び湾曲部、血管内に形成された構造物、並びに、血管壁の薄い部分のうち、少なくとも一つを抽出する。

例えば、抽出機能２５Ａは、分岐部、湾曲部、プラーク、及び血管壁の薄い部分などの画像上の特徴（特徴情報）を用いたパターンマッチング処理により、分岐部、湾曲部、プラーク、及び血管壁の薄い部分をＣＴ画像データから抽出する。なお、パターンマッチングに用いられる特徴情報は、例えば、一部の画像領域のテンプレート、又は特徴に応じたＣＴ値等の情報であり、記憶回路２４に予め記憶されている。また、ここでは、構造物の一例としてプラークを挙げて説明したが、これに限らず、結石や石灰化部位、神経なども同様に抽出可能である。

ステップＳ１０５において、決定機能２５Ｂは、経路上での特徴部位の分布に基づいて、経路上の各位置におけるガイドワイヤ４０の先端方向を決定する。例えば、決定機能２５Ｂは、特徴部位として分岐部又は湾曲部が抽出された場合には、ガイドワイヤ４０の先端部４２が進行方向に向くように、先端方向を決定する。また、決定機能２５Ｂは、特徴部位として構造物（プラークなど）又は血管壁の薄い部分が抽出された場合には、ガイドワイヤ４０が構造物又は血管壁の薄い部分に当たらないように、先端方向を決定する。

図５Ａ及び図５Ｂを用いて、プラークを避けて分岐血管に進行する場合の処理を説明する。図５Ａ及び図５Ｂでは、血管肢Ｖ１の位置Ｐ１においてプラーク６０が存在し、位置Ｐ２において血管肢Ｖ２に分岐する場合を例示する。なお、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、上方向は、実空間における鉛直方向の上方向として定義されても良いし、被検体Ｐの頭部が存在する方向として定義されても良い。

図５Ａに示すように、プラーク６０が存在する場合、ガイドワイヤ４０は、矢印６１に示すようにプラーク６０に当たらないように挿入される。そこで、決定機能２５Ｂは、位置Ｐ１における血管肢Ｖ１の直交断面６２において、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印６３の方向に決定する。

具体例を挙げると、決定機能２５Ｂは、先端部４２の幅の長さを用いて、ガイドワイヤ４０の先端方向を決定する。先端部４２の幅の長さとは、例えば、ガイドワイヤ４０の軸方向の直交断面に対して先端部４２の形状を投影した投影像の長軸の長さに対応する。ここで、矢印６３の長さは、先端部４２の幅の長さに対応する。また、矢印６３の先端（矢先）は、先端部４２の先端に対応する。また、矢印６３の末端（先端の逆側の端部）は、先端部４２の背側部分（先端部４２と本体部４１との連結部分に相当する部分）に対応する。

一例としては、決定機能２５Ｂは、直交断面６２において、矢印６３が血管肢Ｖ１の血管壁及びプラーク６０から最も離れた位置に配置されるように、矢印６３の位置を決定する。そして、決定機能２５Ｂは、決定した矢印６３の方向を、ガイドワイヤ４０の先端方向として決定する。

図５Ａに示す例では、操作者は、ガイドワイヤ４０の先端位置が位置Ｐ１に到達する前までに、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印６３の方向へ向けておく。そして、操作者は、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印６３の方向に向けた状態で、位置Ｐ１を通過させる。これにより、操作者は、プラーク６０を避けてガイドワイヤ４０を進入させることができる。

なお、矢印６３の方向の決定方法は、これに限らず、例えば、プラーク６０との位置関係により決定しても良い。例えば、図５Ａでは、プラーク６０が血管肢Ｖ１の下方に位置するので、プラーク６０が位置する方向から９０度回転させた方向（つまり、水平方向）をガイドワイヤ４０の先端方向として決定しても良い。

次に、図５Ｂに示すように、血管肢Ｖ１から分岐した血管肢Ｖ２へカテーテルを挿入する場合、ガイドワイヤ４０は、矢印６４に示すように血管肢Ｖ２の方向に向けて挿入される。そこで、決定機能２５Ｂは、位置Ｐ２における血管肢Ｖ１の直交断面６５において、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印６６の方向に決定する。

図５Ｂに示す例では、操作者は、位置Ｐ２において、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印６６の方向へ向ける。そして、操作者は、ガイドワイヤ４０の位置を固定して、カテーテルを挿入する。これにより、操作者は、カテーテルを血管肢Ｖ２へ挿入させることができる。なお、ここでは説明を省略したが、決定機能２５Ｂは、湾曲部においても分岐部と同様に、ガイドワイヤ４０の先端方向を進行方向である血管肢の方向へ向けることで、カテーテルの挿入を支援することができる。

また、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃを用いて、プラークと分岐部が近い場合の処理を説明する。図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃでは、血管肢Ｖ３の位置Ｐ３においてプラーク６７が存在し、位置Ｐ５において血管肢Ｖ４に分岐する場合を例示する。なお、図６Ａ、図６Ｂ、及び図６Ｃにおいて、上方向は、実空間における鉛直方向の上方向として定義されても良いし、被検体Ｐの頭部が存在する方向として定義されても良い。

図６Ａに示すように、プラーク６７が存在する場合、ガイドワイヤ４０は、矢印６８に示すようにプラーク６７に当たらないように挿入される。そこで、決定機能２５Ｂは、位置Ｐ３における血管肢Ｖ３の直交断面６９において、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印７０の方向に決定する。なお、この決定処理は、図５Ａにて説明した処理と同様である。

次に、図６Ｂに示すように、決定機能２５Ｂは、矢印７１に示すようにプラーク６７から十分離れた位置Ｐ４まで、ガイドワイヤ４０の先端部４２の位置を誘導する。これは、プラーク６７の付近でガイドワイヤ４０を回転させると、先端部４２が誤ってプラーク６７に当たってしまう可能性があるからである。そこで、決定機能２５Ｂは、例えば、プラーク６７の位置（位置Ｐ３）と血管肢Ｖ４への分岐位置（位置Ｐ５）との間の距離が閾値未満である場合には、プラーク６７に当たってしまう可能性が低いと考えられる程度に十分に離れた位置Ｐ４へ、先端部４２の位置を誘導する。そして、決定機能２５Ｂは、位置Ｐ４における血管肢Ｖ３の直交断面７２においてガイドワイヤ４０の先端が血管肢Ｖ４の方向に向くように、先端方向を矢印７３の方向に決定する。

そして、図６Ｃに示すように、決定機能２５Ｂは、矢印７４に示すようにガイドワイヤ４０を位置Ｐ５まで引くように誘導する。これにより、操作者は、ガイドワイヤ４０がプラーク６７に当たってしまう可能性を抑えつつ、直交断面７５に示すように、分岐した血管肢Ｖ４へカテーテルを誘致することが可能となる。

また、図７を用いて、血管壁の薄い部分を避けて分岐血管に進行する場合の処理を説明する。図７では、血管肢Ｖ５の位置Ｐ６において、血管壁の薄い部分である部分領域７６が存在する場合を例示する。なお、図７において、上方向は、実空間における鉛直方向の上方向として定義されても良いし、被検体Ｐの頭部が存在する方向として定義されても良い。

図７に示すように、矢印７７に沿って進行してきたガイドワイヤ４０の前方に部分領域７６が存在する場合、決定機能２５Ｂは、位置Ｐ６における血管肢Ｖ５の直交断面７８において、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印７９の方向に決定する。ここで、矢印７９の長さは、先端部４２の幅の長さに対応する。また、矢印７９の先端（矢先）は、先端部４２の先端に対応する。また、矢印７９の末端（先端の逆側の端部）は、先端部４２の背側部分（先端部４２と本体部４１との連結部分に相当する部分）に対応する。

一例としては、決定機能２５Ｂは、直交断面７８において、ガイドワイヤ４０の先端部４２が部分領域７６から最も離れた位置に配置されるように、矢印７９の位置を決定する。そして、決定機能２５Ｂは、決定した矢印７９の方向を、ガイドワイヤ４０の先端方向として決定する。

図７に示す例では、操作者は、ガイドワイヤ４０の先端位置が位置Ｐ６に到達する前までに、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印７９の方向へ向けておく。そして、操作者は、ガイドワイヤ４０の先端方向を矢印７９の方向に向けた状態で、位置Ｐ６を通過させる。これにより、操作者は、血管壁の薄い部分である部分領域７６を避けてガイドワイヤ４０を進入させることができる。

なお、矢印７９の方向の決定方法は、これに限らず、例えば、血管壁の薄い部分との位置関係により決定しても良い。例えば、図７では、部分領域７６が血管肢Ｖ５の下方に位置するので、部分領域７６が位置する方向から９０度回転させた方向（つまり、水平方向）をガイドワイヤ４０の先端方向として決定しても良い。言い換えると、決定機能２５Ｂは、先端方向として、先端部４２の湾曲形状に応じて定義される軸回転の角度（方向）を決定する。ここで、軸回転の角度とは、例えば、軸（中心軸）まわりの方向であり、ある代表的な方向（鉛直方向又は水平方向）を基準（０度）とした角度で表される。

このように、決定機能２５Ｂは、経路上における特徴部位に基づいて、経路上の各位置におけるガイドワイヤ４０の先端方向を決定する。なお、図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ、及び図７にて説明した先端方向を決定する処理はあくまで一例であり、上述した内容に限定されるものではない。

図３の説明に戻る。ステップＳ１０６において、出力制御機能２５Ｅは、経路上の各位置におけるガイドワイヤ４０の先端方向を含む経路情報を記憶回路２４に格納する。例えば、出力制御機能２５Ｅは、経路５１を示す情報と、決定機能２５Ｂにより決定された経路上の各位置におけるガイドワイヤ４０の先端方向を示す情報とを含む情報を、経路情報として記憶回路２４に格納する。記憶回路２４に格納された経路情報は、必要に応じて適宜読み出され、後述するガイド処理に利用される。なお、経路情報は、「経路ガイド」とも呼ばれる。

（ガイド処理）
次に、ガイド処理について説明する。Ｘ線診断装置１００は、ガイド処理として、次の処理機能を実行する。つまり、検出機能２５Ｃは、Ｘ線画像から、被検体に挿入されている手術デバイスの先端位置及び先端方向を検出する。また、位置合わせ機能２５Ｄは、Ｘ線画像と、３次元医用画像データとの位置合わせを行う。出力制御機能２５Ｅは、位置合わせの結果に基づいて、３次元医用画像データに基づくレンダリング画像上に、先端位置及び先端方向を表示させる。

図８を用いて、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００におけるガイド処理について説明する。図８は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００におけるガイド処理の処理手順を示すフローチャートである。図８に示す処理手順は、ガイド処理を開始する旨の入力を操作者から受け付けた場合に開始される。図８では、図９を参照しつつ説明する。図９は、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００におけるガイド処理を説明するための図である。

ステップＳ２０１において、処理回路２５は、ガイド処理を開始する旨の入力を操作者から受け付けたか否かを判定する。例えば、操作者は、入力回路２１を用いて、ガイド処理を開始する旨の入力を行う。入力回路２１は、操作者により入力されたガイド処理を開始する旨の情報を、処理回路２５へ出力する。処理回路２５は、ガイド処理を開始する旨の情報を入力回路２１から受け付けた場合に、ガイド処理を開始する旨の入力を受け付けたと判定し（ステップＳ２０１肯定）、ステップＳ２０２以降のガイド処理を開始する。なお、処理回路２５は、ガイド処理を開始する旨の入力を受け付けるまで（ステップＳ２０１否定）、ステップＳ２０２以降のガイド処理を開始せず、ガイド処理については待機状態である。

ステップＳ２０２において、出力制御機能２５Ｅは、レンダリング画像及びカラースケール画像を表示させる。例えば、図９に示すように、出力制御機能２５Ｅは、経路推定処理により決定された経路情報に基づいて、レンダリング画像８０及びカラースケール画像９０をディスプレイ２２に表示させる。

ここで、出力制御機能２５Ｅは、経路情報として、経路上の各位置に対してガイドワイヤ４０の先端方向に応じた画素値が割り当てられた３次元医用画像データのレンダリング画像８０を表示させる。例えば、レンダリング画像８０は、ＣＴ画像データに基づいて生成されるボリュームレンダリング画像である。また、レンダリング画像８０には、経路５１が描出される。拡大図８１に示すように、経路５１は、部分領域８２，８３，８４，８５を含む。各部分領域８２，８３，８４，８５には、ガイドワイヤ４０の先端方向に応じた画素値が割り当てられている。なお、拡大図８１は、レンダリング画像８０内に描出される破線で囲まれた矩形領域に含まれる経路５１を拡大した図である。また、レンダリング画像８０は、ボリュームレンダリング画像に限らず、サーフェスレンダリング画像などの任意のレンダリング画像であってもよい。

また、出力制御機能２５Ｅは、画素値に応じた方向を示すカラースケール画像９０を表示させる。カラースケール画像９０は、円周方向に沿って画素値が段階的に変化するリング状の領域９１を含む。この領域９１における画素値は、レンダリング画像８０の経路上に割り当てられた画素値と対応しており、ガイドワイヤ４０の先端方向を示す指標（スケール）となる。

図９において、部分領域８２の画素値は、領域９１の部分領域９２の画素値と一致している。これは、ガイドワイヤ４０の先端部４２が部分領域８２に存在する場合には、ガイドワイヤ４０の先端方向を、部分領域９２によって示される方向（つまり、図中の上方向）に向けることが適切であることを示す。また、部分領域８３の画素値は、領域９１の部分領域９３の画素値と一致している。これは、ガイドワイヤ４０の先端部４２が部分領域８３に存在する場合には、ガイドワイヤ４０の先端方向を、部分領域９３によって示される方向（つまり、図中の右方向）に向けることが適切であることを示す。また、部分領域８４の画素値は、領域９１の部分領域９４の画素値と一致している。これは、ガイドワイヤ４０の先端部４２が部分領域８４に存在する場合には、ガイドワイヤ４０の先端方向を、部分領域９４によって示される方向（つまり、図中の下方向）に向けることが適切であることを示す。また、部分領域８５の画素値は、領域９１の部分領域９５の画素値と一致している。これは、ガイドワイヤ４０の先端部４２が部分領域８５に存在する場合には、ガイドワイヤ４０の先端方向を、部分領域９５によって示される方向（つまり、図中の左方向）に向けることが適切であることを示す。

また、出力制御機能２５Ｅは、カラースケール画像９０上に、特徴部位の模式図を表示させる。例えば、図９に示すように、出力制御機能２５Ｅは、ガイドワイヤ４０の現在の先端位置に対応する位置において、ＣＴ画像データからプラークが抽出されていた場合には、当該位置にプラーク画像９７を表示させる。

ステップＳ２０３において、生成回路２３は、Ｘ線画像データを生成する。例えば、生成回路２３は、Ｘ線検出器１６により検出されたＸ線に基づいて、Ｘ線画像データを生成する。なお、カテーテルを用いた治療では、通常、造影剤を用いて血管を造影した造影画像が撮影されるが、造影の有無は本実施形態の適用可否に影響を与えるものではない。

ステップＳ２０４において、出力制御機能２５Ｅは、Ｘ線画像を表示させる。例えば、出力制御機能２５Ｅは、図９に示すように、生成回路２３により生成されたＸ線画像データに基づいて、Ｘ線画像９９を表示させる。つまり、出力制御機能２５Ｅは、レンダリング画像８０及びカラースケール画像９０とともに、Ｘ線画像９９を表示させる。なお、リアルタイムによるＸ線撮影（透視）が行われる場合、出力制御機能２５Ｅは、最新のＸ線画像がディスプレイ２２に表示されるように逐次更新する。

ステップＳ２０５において、検出機能２５Ｃは、Ｘ線画像データから、ガイドワイヤ４０の先端位置及び先端方向を検出する。例えば、検出機能２５Ｃは、パターンマッチング処理を用いて、Ｘ線画像データからガイドワイヤ４０の先端位置及び先端方向を検出する。なお、ガイドワイヤ４０の先端位置及び先端方向については、一方向から投影されたＸ線画像や２方向から投影されたＸ線画像（例えばステレオ表示画像）等を用いて検出する種々の技術が存在する。検出機能２５Ｃは、従来の如何なる技術により先端位置及び先端方向を検出しても良い。

ステップＳ２０６において、位置合わせ機能２５Ｄは、Ｘ線画像データとＣＴ画像データとを位置合わせする。例えば、位置合わせ機能２５Ｄは、Ｘ線画像に描出される血管及び心臓の構造的な特徴のパターンを用いたパターンマッチング処理を用いて、Ｘ線画像データとＣＴ画像データとの位置合わせを行う。

ステップＳ２０７において、出力制御機能２５Ｅは、レンダリング画像上に、先端位置を示すマーカを表示させる。例えば、図９に示すように、出力制御機能２５Ｅは、位置合わせ機能２５Ｄによる位置合わせの結果に基づいて、レンダリング画像８０上において、検出機能２５Ｃにより検出されたガイドワイヤ４０の現在の先端位置に対応する位置を特定する。そして、出力制御機能２５Ｅは、特定した位置にマーカ８６を表示させる。なお、リアルタイムによるＸ線撮影（透視）が行われる場合、出力制御機能２５Ｅは、最新の位置にマーカ８６が表示されるように逐次更新する。

ステップＳ２０８において、出力制御機能２５Ｅは、カラースケール画像上に、先端方向を示すマーカを表示させる。例えば、図９に示すように、出力制御機能２５Ｅは、位置合わせ機能２５Ｄによる位置合わせの結果に基づいて、カラースケール画像９０上において、検出機能２５Ｃにより検出されたガイドワイヤ４０の現在の先端方向に対応する方向を特定する。そして、出力制御機能２５Ｅは、特定した方向にマーカ９６を表示させる。なお、リアルタイムによるＸ線撮影（透視）が行われる場合、出力制御機能２５Ｅは、最新の方向にマーカ９６が表示されるように逐次更新する。

図９に示す例では、現在の先端位置を示すマーカ８６は、部分領域８３上に存在する。この部分領域８３の画素値は、カラースケール画像９０の部分領域９３の画素値と同程度である。これにより、操作者は、現在の先端位置において適切なガイドワイヤ４０の先端方向が、部分領域９３により示される方向（図中の右方向）であると把握することができる。具体的には、操作者は、マーカ９６により示される現在の先端方向を、右方向に回転させる必要があることを把握することができる。

ステップＳ２０９において、処理回路２５は、ガイド処理を終了するか否かを判定する。例えば、操作者は、入力回路２１を用いて、ガイド処理を終了する旨の入力を行う。入力回路２１は、操作者により入力されたガイド処理を終了する旨の情報を、処理回路２５へ出力する。処理回路２５は、ガイド処理を終了する旨の情報を入力回路２１から受け付けた場合に、ガイド処理を終了すると判定し（ステップＳ２０９肯定）、ガイド処理を終了する。一方、処理回路２５は、ガイド処理を終了すると判定するまで（ステップＳ２０９否定）、ステップＳ２０３の処理へ移行し、ステップＳ２０３～ステップＳ２０８の処理を繰り返し実行する。

なお、図８に示した処理手順はあくまで一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述した処理手順は、処理内容に矛盾が生じない範囲で適宜変更可能である。

また、図９に示した内容はあくまで一例であり、実施形態はこれに限定されるものではない。ディスプレイ２２に表示される表示内容は、図９に示した内容に限らず、適宜変更可能である。例えば、図９では、ガイドワイヤ４０の先端方向に応じた画素値が、レンダリング画像８０に描出される場合を説明したが、Ｘ線画像９９に描出されても良い。つまり、Ｘ線画像９９上の経路５１に対応する位置に、ガイドワイヤ４０の先端方向に応じた画素値が割り当てられても良い。

また、例えば、出力制御機能２５Ｅは、血管モデルを表示してもよい。ここで、血管モデルとは、例えば、図５Ａ～図７に示したような血管肢のイラストである。血管モデルには、例えば、ガイドワイヤ４０の進行方向を示す矢印（例えば、矢印６１）や、プラーク６０等、図５Ａ～図７にて説明した各腫のオブジェクトが描出可能である。

上述したように、第１の実施形態に係るＸ線診断装置１００において、抽出機能２５Ａは、先端部４２が湾曲したガイドワイヤ４０を挿入するための経路の決定に用いられた３次元医用画像データから、ガイドワイヤ４０を挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出する。また、決定機能２５Ｂは、特徴部位に基づいて、経路上の各位置において、先端部４２の湾曲形状に応じて定義される先端方向を決定する。また、出力制御機能２５Ｅは、経路上の各位置における先端方向を含む経路情報を出力する。これによれば、Ｘ線診断装置１００は、カテーテルの誘致を支援することができる。

例えば、Ｘ線診断装置１００は、冠動脈などのように、分岐が複雑であり、かつ、細い血管にカテーテルを誘致する場合においても、ガイドワイヤ４０の現在の先端位置に応じた先端方向を提示することができる。このため、操作者は、進行方向の血管肢が画像上で見え難かったとしても、正しい進行方向へカテーテルを挿入することができる。また、操作者は、画像上でプラークや薄い部分が見え難かったとしても、それらを避けてカテーテルを誘致することができる。したがって、操作者は、目標部位へのカテーテルの誘致をより短時間で行えることが可能となるので、Ｘ線の被爆量や造影剤の投与量を低減させることができる。

（第１の実施形態の変形例１）
本実施形態は、上述した実施形態以外にも、種々の形態にて実現可能である。例えば、図８にて説明したステップＳ２０５～２０８の処理は、必ずしも実行されなくてもよい。この場合、図９において、マーカ８６とマーカ９６が表示されない。しかしながら、操作者は、Ｘ線画像９９上でガイドワイヤ４０の現在の先端位置を把握することができるので、Ｘ線画像９９とレンダリング画像８０とを照らし合わせることにより、レンダリング画像８０上での現在の先端位置も概ね把握することができる。そして、操作者は、レンダリング画像８０上での現在の先端位置に応じた画素値を把握することができるので、カラースケール画像９０を参照することで、その画素値に応じた現在の先端方向も把握することができる。なお、この場合、Ｘ線診断装置１００は、検出機能２５Ｃ及び位置合わせ機能２５Ｄを有していなくても良い。

（第１の実施形態の変形例２）
また、例えば、Ｘ線診断装置１００は、検出された現在の先端方向を適切な先端方向へ向けるためのガイドワイヤ４０の回転方向を、カラースケール画像９０上に表示させてもよい。

例えば、出力制御機能２５Ｅは、検出された現在の先端方向と、経路情報に含まれる先端方向との違いに基づいて、ガイドワイヤ４０を回転させる回転方向を示すマーカをカラースケール画像９０上に表示させる。具体的には、出力制御機能２５Ｅは、経路情報から読み出した先端位置に対応する先端方向（角度）から、検出機能２５Ｃにより検出された現在の先端方向（角度）を差分することで、回転角度を算出する。出力制御機能２５Ｅは、算出した回転角度の符号（正負）に基づいて、回転方向を決定する。

なお、決定機能２５Ｂは、ガイドワイヤ４０の回転により、ガイドワイヤ４０がプラークや血管壁の薄い部分に当たってしまう場合には、ガイドワイヤ４０の先端部及び当該先端の背側部分がプラーク又は血管壁の薄い部分に当たらないように、ガイドワイヤ４０を回転させる回転方向を決定してもよい。また、決定機能２５Ｂは、ガイドワイヤ４０がプラークや血管壁の薄い部分に当たらない場合には、先端方向を回転させる角度が小さくなるように、回転方向を決定すればよい。

（第２の実施形態）
例えば、第２の実施形態では、レンダリング画像８０に描出される心臓が、被検体Ｐの心拍に伴って拍動しているかのように表示することが可能である。

例えば、第２の実施形態に係るＸ線診断装置１００において、処理回路２５は、時系列に沿った複数のボリュームデータを撮像するダイナミックボリュームスキャン（「ダイナミックスキャン」とも称される）により収集された４次元ＣＴ画像データ（「４ＤＣＴ画像データ」とも称される）を、Ｘ線ＣＴ装置から取得する。ここで、４次元ＣＴ画像データは、少なくとも１心拍分に対応する複数時相のＣＴ画像データを含む画像データである。

そして、処理回路２５は、４次元ＣＴ画像データに含まれる複数時相のＣＴ画像データ同士の間で、位置合わせを行う。これにより、処理回路２５は、複数時相のＣＴ画像データのうち、一時相のＣＴ画像データを用いて経路情報が決定されれば、他の時相のＣＴ画像データに対しても決定された経路情報を適用することができる。つまり、処理回路２５は、複数時相のレンダリング画像のそれぞれにおいて、経路上の各位置に対してガイドワイヤ４０の先端方向に応じた画素値を割り当てることができる。

そして、出力制御機能２５Ｅは、少なくとも１心拍分に対応する複数時相の３次元医用画像データそれぞれから生成される複数時相のレンダリング画像を、被検体Ｐの心電信号に応じて切り替えながら表示させる。例えば、出力制御機能２５Ｅは、Ｘ線診断装置１００に接続された心電計から心電信号を受信する。そして、出力制御機能２５Ｅは、受信した心電信号を解析し、現在の心時相を特定する。そして、出力制御機能２５Ｅは、特定した心時相に対応するＣＴ画像データのレンダリング画像を、ディスプレイ２２に表示させる。なお、いずれの時相のレンダリング画像が表示されたとしても、そのレンダリング画像の経路上の各位置に対して、ガイドワイヤ４０の先端方向に応じた画素値が割り当てられている。これにより、出力制御機能２５Ｅは、図９に示したレンダリング画像８０に描出される心臓を、被検体Ｐの心拍に伴って拍動しているかのように表示することが可能となる。

（その他の実施形態）
上述した実施形態以外にも、種々の異なる形態にて実施されてもよい。

（カテーテルの利用）
上記の実施形態では、ガイドワイヤ４０の先端方向を決定したり、ガイドワイヤ４０の先端方向を提示したりする場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、Ｘ線診断装置１００は、カテーテルの先端方向を定義可能な場合には、カテーテルの先端方向を決定したり、カテーテルの先端方向を提示したりすることも可能である。

（カテーテルの利用例１）
例えば、予め先端部が湾曲した形状を有するタイプのカテーテル（例えば、ガイディングカテーテル）が知られている。このカテーテルは、上述したガイドワイヤ４０と同様に先端方向を定義することができる。例えば、カテーテルの中心軸に対して先端部が存在している方向を、先端方向を定義する。

Ｘ線診断装置１００は、予め先端部が湾曲した形状を有するタイプのカテーテルが利用される場合において、経路推定処理及びガイド処理を実行する。なお、ここで実行される経路推定処理及びガイド処理は、ガイドワイヤ４０に代えてカテーテルが利用される点を除き、上述した経路推定処理及びガイド処理と同様である。

これにより、操作者は、予め先端部が湾曲した形状を有するタイプのカテーテルが利用される場合において、カテーテルの湾曲した先端部をどの方向に向けるのが適切であるかを把握することができる。

（カテーテルの利用例２）
また、被検体内で先端部を自在に湾曲可能なタイプのカテーテルが知られている。このカテーテルは、先端部の湾曲後の方向を先端方向として定義することができる。例えば、決定機能２５Ｂは、先端方向として、先端部の湾曲後の方向を決定する。具体的には、決定機能２５Ｂは、湾曲後において、カテーテルの中心軸に対して先端部が存在している方向を、先端方向を定義する。

Ｘ線診断装置１００は、被検体内で先端部を自在に湾曲可能なタイプのカテーテルが利用される場合において、経路推定処理及びガイド処理を実行する。なお、ここで実行される経路推定処理及びガイド処理は、ガイドワイヤ４０に代えてカテーテルが利用される点を除き、上述した経路推定処理及びガイド処理と同様である。

例えば、Ｘ線診断装置１００は、ガイド処理の結果、図９に例示した表示画面と同様の表示画面をディスプレイ２２に表示させる。図９に示す例では、現在の先端位置を示すマーカ８６は、部分領域８３上に存在する。この部分領域８３の画素値は、カラースケール画像９０の部分領域９３の画素値と同程度である。これにより、操作者は、現在の先端位置において適切なカテーテルの先端方向が、部分領域９３により示される方向（図中の右方向）であると把握することができる。この場合、操作者は、カテーテルの先端を、右方向に湾曲させる。

これにより、操作者は、被検体内で先端部を自在に湾曲可能なタイプのカテーテルが利用される場合において、カテーテルの先端部をどの方向に湾曲させるのが適切であるかを把握することができる。

（カテーテルの利用例３）
また、被検体内で先端部を所定方向にのみ湾曲可能なタイプのカテーテルが知られている。このカテーテルは、先端部の湾曲後の方向を先端方向として定義することができる。例えば、決定機能２５Ｂは、先端方向として、先端部の湾曲後の方向を決定する。具体的には、決定機能２５Ｂは、湾曲後において、カテーテルの中心軸に対して先端部が存在している方向を、先端方向を定義する。

Ｘ線診断装置１００は、被検体内で先端部を所定方向にのみ湾曲可能なタイプのカテーテルが利用される場合において、経路推定処理及びガイド処理を実行する。なお、ここで実行される経路推定処理及びガイド処理は、ガイドワイヤ４０に代えてカテーテルが利用される点を除き、上述した経路推定処理及びガイド処理と同様である。

例えば、Ｘ線診断装置１００は、ガイド処理の結果、図９に例示した表示画面と同様の表示画面をディスプレイ２２に表示させる。図９に示す例では、現在の先端位置を示すマーカ８６は、部分領域８３上に存在する。この部分領域８３の画素値は、カラースケール画像９０の部分領域９３の画素値と同程度である。これにより、操作者は、現在の先端位置において適切なカテーテルの先端方向が、部分領域９３により示される方向（図中の右方向）であると把握することができる。この場合、操作者は、右方向に湾曲可能になるようにカテーテルを軸回転させてから、カテーテルの先端を右方向に湾曲させる。

これにより、操作者は、被検体内で先端部を所定方向にのみ湾曲可能なタイプのカテーテルが利用される場合において、カテーテルの先端部をどの方向に湾曲させるのが適切であるかを把握することができる。

（医用情報処理システム）
例えば、上述した実施形態にて説明した各種の処理機能は、医用情報処理システムに適用可能である。

図１０を用いて、その他の実施形態に係る医用情報処理システム２００の構成の一例を説明する。図１０は、その他の実施形態に係る医用情報処理システム２００の構成の一例を示すブロック図である。

図１０に示すように、医用情報処理システム２００は、Ｘ線診断装置１００と、医用画像処理装置３０とを備える。Ｘ線診断装置１００及び医用画像処理装置３０は、ネットワークを介して相互に通信可能に接続される。

Ｘ線診断装置１００において、処理回路２５は、例えば、検出機能２５Ｃと、位置合わせ機能２５Ｄと、出力制御機能２５Ｅとを実行する。検出機能２５Ｃ、位置合わせ機能２５Ｄ、及び出力制御機能２５Ｅは、第１の実施形態にて説明した検出機能２５Ｃ、位置合わせ機能２５Ｄ、及び出力制御機能２５Ｅと同様であるので、説明を省略する。また、Ｘ線診断装置１００は、処理回路２５以外の構成については、図１に示したＸ線診断装置１００の構成と同様であるので説明を省略する。

医用画像処理装置３０は、例えば、パーソナルコンピュータやワークステーション等の情報処理装置、又は、Ｘ線ＣＴ装置に含まれるコンソール装置等の医用画像診断装置の制御装置に対応する。医用画像処理装置３０は、入力回路３１、ディスプレイ３２、記憶回路３３、及び処理回路３４を備える。入力回路３１、ディスプレイ３２、記憶回路３３、及び処理回路３４は、相互に通信可能に接続される。

入力回路３１は、マウス、キーボード、タッチパネル等、操作者からの各種の指示や設定要求を受け付けるための入力装置である。ディスプレイ３２は、医用画像を表示したり、操作者が入力回路３１を用いて各種設定要求を入力するためのＧＵＩを表示したりする表示装置である。

記憶回路３３は、例えば、ＮＡＮＤ（Not AND）型フラッシュメモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）であり、医用画像データやＧＵＩを表示するための各種のプログラムや、当該プログラムによって用いられる情報を記憶する。

処理回路３４は、医用画像処理装置３０における処理全体を制御する電子機器（プロセッサ）である。処理回路３４は、抽出機能３４Ａと、決定機能３４Ｂと、出力制御機能３４Ｃとを実行する。処理回路３４が実行する各処理機能は、例えば、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で記憶回路３３内に記録されている。処理回路３４は、各プログラムを読み出し、実行することで読み出した各プログラムに対応する機能を実現する。

例えば、抽出機能３４Ａは、図１に示した抽出機能２５Ａと基本的に同様の処理を実行可能である。つまり、抽出機能３４Ａは、先端部４２が湾曲したガイドワイヤ４０を挿入するための経路の決定に用いられた３次元医用画像データから、ガイドワイヤ４０を挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出する。また、決定機能３４Ｂは、図１に示した決定機能２５Ｂと基本的に同様の処理を実行可能である。つまり、決定機能３４Ｂは、特徴部位に基づいて、経路上の各位置において、先端部４２の湾曲形状に応じて定義される先端方向を決定する。また、出力制御機能３４Ｃは、図１に示した出力制御機能２５Ｅと基本的に同様の処理を実行可能である。つまり、出力制御機能３４Ｃは、経路上の各位置におけるガイドワイヤ４０の先端方向を含む経路情報を記憶回路２４に格納する。

つまり、医用画像処理装置３０は、抽出機能３４Ａ、決定機能３４Ｂ、及び出力制御機能３４Ｃにより、図３に示した経路推定処理を実行する。そして、医用画像処理装置３０は、経路推定処理により決定した経路情報を、Ｘ線診断装置１００へ送信する。Ｘ線診断装置１００は、医用画像処理装置３０により送信された経路情報に基づいて、図８に示したガイド処理を実行する。これにより、医用情報処理システム２００は、カテーテルの誘致を支援することができる。

（造影剤量に応じた経路の決定）
また、例えば、ステップＳ１０３では、目標部位に応じて経路が一意に決定される場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、冠動脈では、狭窄などの影響によって血管の迂回路が形成された結果、目標部位へ通ずる経路が複数存在する場合が考えられる。このような場合には、処理回路２５は、それぞれの経路において造影剤の使用量を算出し、造影剤の使用量が少ない経路を決定しても良い。この場合、処理回路２５は、各経路に含まれる血管肢の太さ及び長さをＣＴ画像データから算出し、太さ×長さによって各経路の血管体積を求めることにより、造影剤の使用量を算出する。

（仮想内視鏡表示との組み合わせ）
また、例えば、仮想内視鏡表示と組み合わせることができる。

例えば、出力制御機能２５Ｅは、ＣＴ画像データに基づいて、先端位置を視点として管腔内を投影した投影画像データを生成する。具体的には、出力制御機能２５Ｅは、検出機能２５Ｃにより検出された先端位置を視点とし、ガイドワイヤ４０の進行方向を視線方向とした投影により、投影画像データを生成する。そして、出力制御機能２５Ｅは、生成した投影画像データを、図９に示したカラースケール画像９０の内周側に表示させる。具体的には、出力制御機能２５Ｅは、投影画像データを、リング状の領域９１の内周側に重畳表示させる。これにより、操作者は、ガイドワイヤ４０の先端位置から進行方向を内視鏡で見たかのような画像を閲覧することができる。また、操作者は、投影画像上で適切な先端方向を示すマーカ９６を閲覧することができるので、適切な先端方向を容易に把握することが可能となる。

（バイプレーン撮像方式の利用）
また、上記の実施形態では、３次元医用画像データ（ＣＴ画像データ）を利用する場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、バイプレーン（Ｂｉ－ｐｌａｎｅ）撮像方式を用いて撮像されたバイプレーン画像データを利用しても良い。

例えば、Ｘ線診断装置１００は、バイプレーン画像データとして、Frontal側画像データ及びLateral側画像データを撮像する。そして、Ｘ線診断装置１００は、Frontal側画像データ及びLateral側画像データを用いて、上述した経路推定処理及びガイド処理を実行する。これにより、Ｘ線診断装置１００は、カテーテルの誘致を支援することができる。

なお、必ずしもFrontal側画像データ及びLateral側画像データに限定されるものではない。例えば、Ｘ線診断装置１００は、投影方向が互いに異なる複数の投影画像データを用いて、上述した経路推定処理及びガイド処理を実行することができる。

なお、本実施形態においては、単一の処理回路２５にて、以下に説明する各処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは記憶回路２４に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、記憶回路２４にプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路内にプログラムを直接組み込むよう構成しても構わない。この場合、プロセッサは回路内に組み込まれたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。更に、各図における複数の構成要素を１つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

また、上述した実施形態において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

また、上述した実施形態で説明した画像処理方法は、予め用意された画像処理プログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この画像処理方法は、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この画像処理方法は、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

また、上記の実施形態及び変形例において、リアルタイムとは、処理対象となる各データが発生するたびに、即時に各処理を行うことを意味する。例えば、リアルタイムで画像を表示する処理は、被検体が撮像される時刻と画像が表示される時刻とが完全に一致する場合に限らず、画像処理などの各処理に要する時間によって画像がやや遅れて表示される場合を含む概念である。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、カテーテルの誘致を支援することができる。

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。

１００ Ｘ線診断装置
２０ コンソール装置
２５ 処理回路
２５Ａ 抽出機能
２５Ｂ 決定機能
２５Ｃ 検出機能
２５Ｄ 位置合わせ機能
２５Ｅ 出力制御機能

Claims (21)

1. 手術デバイスを挿入するための経路の決定に用いられた医用画像データから、前記手術デバイスを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出する抽出部と、
   前記特徴部位に基づいて、前記経路上の各位置において、前記手術デバイスの先端方向を決定する決定部と、
   前記経路上の各位置における前記先端方向を含む経路情報を出力する出力制御部と
   を備える、Ｘ線診断装置。
2. 前記手術デバイスは、軸に対して先端部が湾曲したガイドワイヤ又はカテーテルであり、
   前記決定部は、前記先端方向として、前記先端部の湾曲形状に応じて定義される軸回転の角度を決定する、
   請求項１に記載のＸ線診断装置。
3. 前記手術デバイスは、軸に対して先端部を被検体内で自在又は所定方向に湾曲可能なカテーテルであり、
   前記決定部は、前記先端方向として、前記被検体内で前記先端部が湾曲された場合の前記先端部の湾曲後の方向を決定する、
   請求項１に記載のＸ線診断装置。
4. 前記先端方向は、前記手術デバイスの先端部に連なる主軸部が伸びる方向に対して交わる方向である、
   請求項１に記載のＸ線診断装置。
5. 前記出力制御部は、
   前記経路情報として、前記経路上の各位置に対して前記先端方向に応じた画素値が割り当てられた前記医用画像データのレンダリング画像を表示させるとともに、
   前記画素値に応じた方向を示す方向スケールを表示させる、
   請求項１～４のいずれか一つに記載のＸ線診断装置。
6. Ｘ線画像を生成する生成部を更に備え、
   前記出力制御部は、前記レンダリング画像及び前記方向スケールとともに、前記Ｘ線画像を表示させる、
   請求項５に記載のＸ線診断装置。
7. 前記Ｘ線画像から、被検体に挿入されている手術デバイスの先端位置を検出する検出部と、
   前記Ｘ線画像と、前記医用画像データとの位置合わせを行う位置合わせ部と
   を更に備え、
   前記出力制御部は、前記位置合わせの結果に基づいて、前記レンダリング画像において前記先端位置に対応する位置に、前記先端位置を示すマーカを表示させる、
   請求項６に記載のＸ線診断装置。
8. 前記検出部は、更に、前記Ｘ線画像から、前記被検体に挿入されている手術デバイスの現在の先端方向を検出し、
   前記出力制御部は、検出された前記現在の先端方向を示すマーカを前記方向スケール上に表示させる、
   請求項７に記載のＸ線診断装置。
9. 前記出力制御部は、検出された前記現在の先端方向と、前記経路情報に含まれる前記先端方向との違いに基づいて、前記手術デバイスを回転させる回転方向を示すマーカを前記方向スケール上に表示させる、
   請求項８に記載のＸ線診断装置。
10. 前記出力制御部は、前記方向スケール上に、前記特徴部位の模式図を表示させる、
    請求項５～９のいずれか一つに記載のＸ線診断装置。
11. 前記特徴部位は、前記手術デバイスが挿入される血管の分岐部及び湾曲部、血管内に形成された構造物、並びに、血管壁の薄い部分のうち、少なくとも一つである、
    請求項１～１０のいずれか一つに記載のＸ線診断装置。
12. 前記決定部は、前記特徴部位として前記分岐部又は前記湾曲部が抽出された場合には、前記手術デバイスの先端が進行方向に向くように、前記先端方向を決定する、
    請求項１１に記載のＸ線診断装置。
13. 前記決定部は、前記特徴部位として前記構造物又は前記血管壁の薄い部分が抽出された場合には、前記手術デバイスが前記構造物又は前記血管壁の薄い部分に当たらないように、前記先端方向を決定する、
    請求項１１又は１２に記載のＸ線診断装置。
14. 前記出力制御部は、少なくとも１心拍分に対応する複数時相の前記医用画像データそれぞれから生成される複数時相のレンダリング画像を、被検体の心電信号に応じて切り替えながら表示させる、
    請求項１～１３のいずれか一つに記載のＸ線診断装置。
15. 前記医用画像データは、３次元の画像データ、又は、投影方向が互いに異なる複数の投影画像データである、
    請求項１～１４のいずれか一つに記載のＸ線診断装置。
16. 手術デバイスを挿入するための経路の決定に用いられた医用画像データから、前記手術デバイスを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出する抽出部と、
    前記特徴部位に基づいて、前記経路上の各位置において、前記手術デバイスの先端部の湾曲形状に応じて定義される先端方向を決定する決定部と、
    前記経路上の各位置における前記先端方向を含む経路情報を出力する出力制御部と
    を備える、医用画像処理装置。
17. 手術デバイスを挿入するための経路の決定に用いられた医用画像データから、前記手術デバイスを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出する抽出部と、
    前記特徴部位に基づいて、前記経路上の各位置において、前記手術デバイスの先端部の湾曲形状に応じて定義される先端方向を決定する決定部と
    を備える、医用画像処理装置と、
    前記経路上の各位置における前記先端方向を含む経路情報を出力する出力制御部を備える、Ｘ線診断装置と
    を含む、医用画像処理システム。
18. 手術デバイスを挿入するための経路の決定に用いられた医用画像データから、前記手術デバイスを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を抽出し、
    前記特徴部位に基づいて、前記経路上の各位置において、前記手術デバイスの先端部の湾曲形状に応じて定義される先端方向を決定し、
    前記経路上の各位置における前記先端方向を含む経路情報を出力する
    各処理をコンピュータに実行させる、医用画像処理プログラム。
19. 手術デバイスを挿入するための経路の決定に用いられた医用画像データから、前記手術デバイスを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を、前記特徴部位の画像上の特徴情報に基づいて抽出する抽出部と、
    前記特徴部位に基づいて、前記経路上の各位置において、前記手術デバイスの先端部の湾曲形状又は湾曲後の形状に応じて定義される軸回転の角度である好適な先端方向を決定する決定部と、
    経路情報として、前記経路上の各位置における前記軸回転の角度を出力する出力制御部と
    を備える、Ｘ線診断装置。
20. 手術デバイスを挿入するための経路の決定に用いられた医用画像データから、前記手術デバイスを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を、前記特徴部位の画像上の特徴情報に基づいて抽出する抽出部と、
    前記特徴部位に基づいて、前記経路上の各位置において、前記手術デバイスの先端部の湾曲形状又は湾曲後の形状に応じて定義される軸回転の角度である好適な先端方向を決定する決定部と、
    経路情報として、前記経路上の各位置における前記軸回転の角度を出力する出力制御部と
    を備える、医用画像処理装置。
21. 手術デバイスを挿入するための経路の決定に用いられた医用画像データから、前記手術デバイスを挿入する上での制約となる管腔内の特徴部位を、前記特徴部位の画像上の特徴情報に基づいて抽出する抽出部と、
    前記特徴部位に基づいて、前記経路上の各位置において、前記手術デバイスの先端部の湾曲形状又は湾曲後の形状に応じて定義される軸回転の角度である好適な先端方向を決定する決定部と
    を備える、医用画像処理装置と、
    経路情報として、前記経路上の各位置における前記軸回転の角度を出力する出力制御部を備える、Ｘ線診断装置と
    を含む、医用画像処理システム。

Images