CN111093505A - 放射线拍摄装置、图像处理方法以及图像处理程序 - Google Patents

放射线拍摄装置、图像处理方法以及图像处理程序 Download PDF

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Abstract

本发明高精度地检测医疗器具的三维位置并高精度地显示到图像上。提供一种放射线拍摄装置，其具备：图像取得部，其取得拍摄角度不同的多个二维拍摄图像、预先拍摄的处理对象的三维图像；计算投影图像制作部，其与各二维拍摄图像对应地，根据三维图像制作二维的计算投影图像；特征部位提取部，其提取出表示在二维拍摄图像中描绘出的医疗器具的特征部位；图像对齐部，其将二维拍摄图像和计算投影图像对齐；变形量计算/修正部，其对二维拍摄图像和计算投影图像进行比较，计算出二维拍摄图像中的处理对象的变形量，修正特征部位的位置；三维位置计算部，其计算特征部位的三维位置；解剖构造位置修正部，其根据处理对象的解剖构造信息，修正特征部位的三维位置；位置映射部，其使修正后的特征部位的三维位置重叠到三维图像上并显示到显示装置。

Description

放射线拍摄装置、图像处理方法以及图像处理程序
技术领域
本发明涉及放射线拍摄装置、图像处理方法和图像处理程序，具体涉及取得向被检体插入医疗器具进行检查或治疗时的投影图像的放射线拍摄装置、图像处理方法和图像处理程序。
背景技术
已知一种放射线拍摄装置(以下简称为“X射线拍摄装置”)，其相对地设置X射线源和二维X射线检测器，一边使X射线源、二维X射线检测器、被检体固定或移动，一边取得被检体的静止图像、动画图像。另外，已知在向体内插入内窥镜、导管而进行检查、治疗时使用通过X射线拍摄装置得到的投影X射线图像的技术。在该技术中，具有能够一边在投影X射线图像上实时地确认器具的位置、方向，一边进行检查或治疗的优点。
例如，在进行用于进行肺癌的确定诊断的检查、即使用支气管内窥镜采集检体的所谓“活检”时，也使用该投影X射线图像。在该检查中，在支气管内窥镜下朝向肺末梢部插入引导套管。特别对于无法插入支气管内窥镜的肺末梢的支气管，一边参照投影X射线图像确认器具的位置、方向，一边将引导套管引导到肺末梢病变部并留置，经由引导套管使活检钳、细胞刷到达病变部，由此采集标本。在这样的使用投影X射线图像的活检中，必须从病变部采集检体，因此医生必须特别高精度地掌握作为病变部的患部与医疗器具的位置关系。
但是，医生虽然能够在投影X射线图像中掌握活检钳、细胞刷等医疗器具的位置，但投影X射线图像是二维图像，因此无法准确地掌握投影方向的位置。即，在考虑到将X射线拍摄装置的X射线管和检测器(中心)连接起来的轴的情况下，医生能够在投影X射线图像中容易地识别与轴垂直的方向上的医疗器具的位置、方向。另一方面，对于与轴平行的方向(以下称为深度方向)上的医疗器具的位置、方向，深度方向和投影方向是一致的，因此难以准确地识别医疗器具的位置。即，即使在投影X射线图像上重叠地看到(描绘在图像上)病变部和医疗器具的情况下，医疗器具也不一定到达了病变部。
另外，投影X射线图像对X射线通过的体内物质的吸收量的不同进行图像化，因此容易在图像上描绘出吸收量高的骨等，而难以在图像上描绘出吸收量低的软组织等。即，在投影X射线图像中，骨等具有高的对比度，但包含肿瘤等的软组织为低对比度，不容易识别。在肺癌中，也难以在投影X射线图像上识别被称为毛玻璃阴影(Ground Glass Opacity：GGO)的种类的癌。由于同样的理由，也难以在投影X射线图像上识别医疗器具穿过的血管、支气管。这样，X射线拍摄图像上的病变部本来就识别性低，进而难以掌握病变部与医疗器具的位置关系、血管、支气管与医疗器具的位置关系。
为了提高各医疗器具在图像中的识别性，例如在专利文献1中提出了一种医疗用X射线装置，其使基于三维图像的立体图像与在X射线拍摄装置中取得的投影X射线图像重叠，而显示目标物的位置。更详细地说，在专利文献1的医疗用X射线装置中，使用事先拍摄的三维图像、在检查中取得的X射线拍摄图像，检测医疗器具的三维位置，针对检测出的三维位置，将被检体的体动看作为固定的偏移，而修正医疗器具的三维位置，由此检测出医疗器具的位置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5787030号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，特别在使用了支气管内窥镜的活检等检查中，以被检体的体动为代表的运动成为问题。被检体的体动例如在肺部有呼吸性的移动，在心脏周边有心跳动。另外，肺内形成气管、支气管、肺泡等复杂构造，并且是软组织，因此产生因病变、血管、医疗器具的插入造成的复杂的运动。因此，必须考虑到这些复杂运动地掌握三维位置。
但是，在专利文献1的医疗用X射线装置中，只不过将被检体的体动看作为固定的偏移而修正医疗器具的三维位置，而无法修正上述那样的气管、支气管、肺泡等的复杂运动、因插入医疗器具造成的变形(偏移)。即，在专利文献1的医疗用X射线装置中，只不过主要设想了因呼吸造成的体动作为被检体的体动，而对于呼吸，在局部关注区域中能够无视通过呼吸产生的体内的组织/构造的变动，并将变动的大小看作为固定。即，在专利文献1中，将因呼吸造成的被检体的运动看作为固定的大小，另外完全没有考虑到呼吸以外的复杂运动。
特别地，对于上述因医疗器具的插入造成的变形，可以认为与事先拍摄的三维图像的支气管形状不同，有可能产生与从投影X射线图像识别出的医疗器具的三维位置产生偏差，因此只根据因呼吸造成的体动而修正偏移，难以掌握医疗器具的准确位置。
本发明就是鉴于上述状况而提出的，其目的在于：高精度地检测出医疗器具的三维位置，并在图像上高精度地进行显示。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明提供以下的办法。
本发明提供一种放射线拍摄装置，其具备：拍摄部，其通过使放射线源和检测器的位置移动，而对拍摄角度不同的多个二维拍摄图像进行拍摄；图像取得部，其取得预先拍摄的上述处理对象的三维图像；计算投影图像制作部，其与各上述二维拍摄图像对应地，根据上述三维图像、拍摄了上述二维拍摄图像的上述放射线源和上述检测器的各位置，从上述三维图像制作出二维的计算投影图像；特征部位提取部，其提取出在各上述二维拍摄图像中描绘出的表示医疗器具的特征部位；图像对齐部，其将各上述二维拍摄图像和该二维图像所对应的各上述计算投影图像对齐；变形量计算/修正部，其将各上述二维拍摄图像与该二维图像所对应的各上述计算投影图像进行比较，计算出上述二维拍摄图像中的上述处理对象的变形量，并根据该变形量修正上述特征部位的位置；三维位置计算部，其根据在各上述二维拍摄图像中进行修正后的上述特征部位的位置、拍摄了上述二维拍摄图像的上述放射线源和上述检测器的各位置，计算出上述特征部位的三维位置；解剖构造位置修正部，其根据从上述三维图像取得的上述处理对象的解剖构造信息，修正上述特征部位的三维位置；位置映射部，其使通过上述解剖构造位置修正部进行修正后的特征部位的上述三维位置重叠于上述三维图像上，并将重叠了修正后的特征部位的上述三维位置的上述三维图像显示于显示装置。
发明效果
根据本发明，能够高精度地检测出医疗器具的三维位置并高精度地显示到图像上。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的X射线拍摄装置的概要结构的框图。
图2是表示在本发明的实施方式的X射线拍摄装置中模拟地配置了三维图像、X射线源、检测器的模拟体型的一个例子的说明图。
图3是表示在本发明的实施方式的X射线拍摄装置中在将医疗器具插入到被检体的状态下拍摄的X射线拍摄图像的一个例子的参考图。
图4是表示本发明的实施方式的X射线拍摄装置的变形量计算/修正部的概要结构的框图。
图5是说明基于本发明的实施方式的X射线拍摄装置的变形量计算/修正部的非刚体变形的说明图。
图6是说明本发明的实施方式的X射线拍摄装置的疑似构造附加部的疑似构造的附加的说明图。
图7是说明在本发明的实施方式的X射线拍摄装置中计算医疗器具的三维位置的处理的一个例子的说明图。
图8是说明在本发明的实施方式的X射线拍摄装置中根据解剖构造信息修正医疗器具的三维位置的处理的一个例子的说明图。
图9是说明在本发明的实施方式的X射线拍摄装置中将检测出的医疗器具的位置重叠到三维图像上并显示重叠后的图像的情况下的显示画面的一个例子的参考图。
图10是表示本发明的实施方式的X射线拍摄装置的描绘出医疗器具等的三维位置的图像的显示有关的处理的流程的流程图。
图11是表示本发明的实施方式的X射线拍摄装置的变形量计算/修正部修正因体动造成的变形的处理的流程的流程图。
图12是表示本发明的实施方式的X射线拍摄装置的变形量计算/修正部修正因向体内插入医疗器具造成的变形的处理的流程的流程图。
具体实施方式
本发明的实施方式的放射线拍摄装置具备：拍摄部，其通过使放射线源和检测器的位置移动，而对拍摄角度不同的多个二维拍摄图像进行拍摄；图像取得部，其取得预先拍摄的处理对象的三维图像；计算投影图像制作部，其与各二维拍摄图像对应地，根据三维图像、拍摄了二维拍摄图像的放射线源和检测器的各位置，从三维图像制作出二维的计算投影图像；特征部位提取部，其提取出在各二维拍摄图像中描绘出的表示医疗器具的特征部位；图像对齐部，其将各二维拍摄图像和该二维图像所对应的各计算投影图像对齐；变形量计算/修正部，其将各二维拍摄图像与二维图像所对应的各计算投影图像进行比较，计算出二维拍摄图像中的处理对象的变形量，并根据变形量修正特征部位的位置；三维位置计算部，其根据在各二维拍摄图像中进行修正后的特征部位的位置、拍摄了二维拍摄图像的放射线源和检测器的各位置，计算出特征部位的三维位置；解剖构造位置修正部，其根据从上述三维图像取得的上述处理对象的解剖构造信息，修正上述特征部位的三维位置；以及位置映射部，其使通过上述解剖构造位置修正部进行修正后的特征部位的上述三维位置重叠于上述三维图像上，并将重叠了修正后的特征部位的上述三维位置的上述三维图像显示于显示装置。
以下，参照附图更详细地说明本发明的实施方式。
在本实施方式中，作为一个实施方式说明了将放射线拍摄装置应用于X射线拍摄装置的例子。以下，参照附图说明本实施方式的X射线拍摄装置。
此外，本实施方式的X射线拍摄装置是放射线拍摄装置的一个例子，也能够应用于通过X射线以外的方式取得图像的放射线拍摄装置。
如图1所示，X射线拍摄装置101经由有线或无线的网络、或直接与医用图像服务器110连接，能够相互进行通信。在此，医用图像服务器110例如保存CT图像、MRI图像、PET图像、或超声波图像等各种医用图像。例如，通过使用在医疗领域中普遍使用的DICOM格式，能够实现经由网络对这些图像和信息进行的通信、保存。另外，医用图像服务器110可以与外部的图像处理系统111连接，保存作为图像处理系统111处理的结果的图像、信息，将保存的图像、信息输出到X射线拍摄装置101。
X射线拍摄装置101具备X射线源102、检测器103、装置控制部104、显示部107、存储部108、以及数据处理部109。
检测器103检测从X射线源102照射并透过了被检体的X射线。装置控制部104具备用于驱动X射线源102和检测器103的驱动部105、收集由检测器103检测出的数据的数据收集部106。显示部107显示数据收集部106收集到的以及通过数据处理部109处理的结果。存储部108存储通过数据收集部106收集到的各种数据、通过数据处理部109处理的结果等。
数据处理部109具备三维图像取得部112、计算投影图像制作部113、图像对齐部114、特征部位提取部115、变形量计算/修正部116、三维位置计算部117、解剖构造位置修正部118、以及映射部119。
三维图像取得部112从医用图像服务器110取得预定的三维图像，并且取得解剖构造信息。作为三维图像，例如预先应用病变部的诊断、为了计划将医疗器具插入到病变部的路径等而使用的图像。一般，作为三维图像，可以使用CT图像、MRI图像、以及PET图像等，除此以外，也可以应用适合于病变部的诊断、检查的三维图像。在以下的说明中，作为一个例子，说明了将CT图像作为三维图像而使用的例子。
在此，解剖构造信息是表示被检体内的脏器等的构造的信息，例如有支气管树等支气管构造等。这是从三维图像得到的信息。
计算投影图像制作部113根据由三维图像取得部112取得的三维图像，生成二维的计算投影图像。更具体地说，计算投影图像制作部113使用三维图像取得部112取得的三维图像，根据X射线源102和检测器103的位置，计算出二维的计算投影图像。
在此，计算投影图像是在将图2所示那样的通过三维图像取得部112取得的三维图像配置到X射线拍摄装置101中的X射线源101和检测器102的空间配置中而得的模拟体系中，从X射线源102向检测器103投影模拟X射线(ray)，计算(光线跟踪)出基于模拟X射线的检测器103中的检测图像(例如，通过距离和像素值等)而得的图像。另外，计算投影图像例如也被称为DRR(数字重建放射图像：Digital Reconstructed Radiograph)图像。
能够根据X射线拍摄装置的结构掌握取得X射线拍摄图像时的X射线源102和检测器103的三维位置，X射线拍摄图像的拍摄角度也是已知的。因此，考虑到后述的对齐，根据X射线源102、检测器103、以及它们的旋转角度，按照模拟了各个位置关系的配置，计算出计算投影图像。例如，使用上述那样的光线跟踪法，作为将作为三维图像的图像的像素值相加到光线方向上而得的数值，来计算计算投影图像。并且，在取得X射线拍摄图像的各角度计算出计算投影图像。
图像对齐部114首先将X射线拍摄图像和计算投影图像进行对齐。即，图像对齐部114进行由X射线拍摄装置101取得的二维的X射线拍摄图像和由计算投影图像制作部113生成的计算投影图像的对齐(参照图2)。
由于2个图像都是二维图像，因此图像对齐部114使计算投影图像移动/旋转，计算出计算投影图像与X射线拍摄图像的类似度(例如，相互信息量等)，求出表示类似度的值最大或最小的移动/旋转参数作为刚体对齐参数。另外，除了类似度以外，也可以计算出使图像中的基准部位对应起来的移动/旋转参数，将其用作刚体对齐参数。
图像对齐部114例如根据从三维图像制作的计算投影图像与X射线拍摄图像的对齐，计算出平行移动的3个自由度、以及以拍摄方向为轴的旋转(平面内旋转)的2个自由度，作为用于对齐的刚体对齐参数。使用计算出的参数，对X射线拍摄图像和计算投影图像进行对齐。
对于三维图像和二维图像的对齐的刚体对齐参数的计算，也可以根据上述三维图像求出计算投影图像，与X射线拍摄图像进行对齐的方法也可以用其他方法进行。例如，可以使三维图像移动/旋转来制作计算投影图像，反复进行计算投影图像与X射线拍摄图像的像素值的比较，搜索类似度最大或最小的参数，由此计算出平行移动(正交轴)的3个自由度以及围绕正交的各轴的旋转的3个自由度，共计6个自由度。
在本实施方式的图像对齐中，既可以使用任意的对齐方法，也可以应用各种方法。此外，对齐是在三维图像中使移动、旋转的6个参数对齐的所谓的刚体对齐，因此主要适合于骨头等刚体区域的对齐。
特征部位提取部115提取X射线拍摄图像中的表示医疗器具等的一个以上的特征区域作为特征部位。作为特别部位，可以使用表示设置在医疗器具的标记、医疗器具的前端等的区域。
在图3中示出了在将医疗器具插入到被检体的状态下拍摄的X射线拍摄图像的例子。医疗器具是X射线的高吸收区域，因此如图3所示，在X射线拍摄图像上，具有比人体构造物高的对比度。根据这样的X射线拍摄图像上的表示人体构造物的区域与表示医疗器具的区域的对比度的差异，提取出高对比度区域，由此例如检测出作为医疗器具的钳子的前端作为特征部位。
另外，在医疗器具是导向鞘(guide sheath)的情况下，设置于导向鞘的标记在X射线拍摄图像中被描绘为表示与人体构造物、导向鞘主体不同的亮度的区域，因此可以将标记作为医疗器具的特征部位而提取。
变形量计算/修正部116根据X射线拍摄图像和计算投影图像，计算出被检体的变形量，修正通过特征部位提取部115提取的特征部位在拍摄面内的位置。
对于通过X射线拍摄装置取得的X射线拍摄图像、事先拍摄的三维图像，当然进行拍摄的装置不同，不是在同一时刻拍摄的，通常拍摄时的身体姿势、环境等不同。另外，由于被检体的体动、例如心脏的运动、呼吸等，人体非刚体地变形，因此在拍摄时刻不同的2个以上的图像之间，大多包含因上述体动造成的变形。
并且，在将医疗器具插入到体内的情况下，体内的软组织区域一般比医疗器具柔软，因此有时体内的组织由于插入而产生变形。这些变形几乎都不产生在骨头等坚固的区域、所谓的刚体区域中，但容易在软组织区域那样的柔软的区域中产生。另外，医疗器具等插入到管状组织的内部，因此也与软组织一起受到体动的影响。因此，在将医疗器具插入到体内的情况下，有时在X射线拍摄图像与X射线拍摄图像之间，包含因医疗器具造成的变形。
也就是说，在被检体中产生的变形大致区分，例如可以考虑因心脏的运动、呼吸等体动造成的变形、由于医疗器具插入到体内而产生的变形这2种。因此，变形量计算/修正部116根据需要修正这2种变形。
变形量计算/修正部116为了修正这样的变形，如图4所示，变形量计算/修正部116具备非刚体变形部501、图像比较部502、变形参数计算部503、拍摄面内位置修正部504、以及模拟构造附加部505。
非刚体变形部501使X射线拍摄图像进行非刚体变形。更详细地说，非刚体变形部501首先如图5所示那样在X射线拍摄图像上设定格子状的网格，假定格子状的各点例如沿着样条函数(spline function)等平滑的曲线移动，而使格子状的各点移动。并且，非刚体变形部501与格子状的各点的移动对应地变换像素，由此进行非刚体变形。此外，能够预先适当地设定移动的一个或多个格子点的选择、移动量、移动方向。
图像比较部502对通过非刚体变形部501进行非刚体变换后的X射线拍摄图像与计算投影图像进行比较，计算出两者的类似度。在此，与图像对齐部114的类似度的计算同样地，2个图像都是二维图像，因此使计算投影图像移动/旋转，计算出进行了非刚体变形的X射线拍摄图像与减弱了刚体区域的计算投影图像的类似度(例如，相互信息量等)。
变形参数计算部503计算出在图像比较部502中计算出的类似度中的表示类似度的值最大(或差异度最小)的参数作为非刚体变形参数。
拍摄面内位置修正部504根据非刚体变形参数，计算表示特征部位在二维图像上的位置怎样程度地移动的变形移动量，修正X射线拍摄图像的面内的特征部位的位置。能够根据非刚体对齐之前的特征部位的位置、非刚体对齐之后的特征部位的位置，求出作为变形移动量而计算出的移动向量。另外，也可以计算出将对齐前的位置与对齐后的位置连接起来的向量。
疑似构造附加部505取得通过三维图像取得部112取得的三维图像，并且取得通过图像处理系统111预先计算出的存储在医用数据服务器110中的基于被检体的体内构造的形状、例如气管和支气管区域、医疗器具的插入路径，如图6所示，将取得的医疗器具路径作为疑似构造而附加。
在三维图像中，体内构造是清楚的，因此容易掌握气管和支气管等的管状构造，能够事先计划气管和支气管数据的制作、医疗器具插入到病变部为止的路径，生成并保存沿着气管、支气管的医疗器具路径作为点集合、线集合的数据。因此，通过将这样的数据预先存储到医用图像服务器110等存储装置中，能够简单地取得医疗器具的路径。
在图6中的左上表示出从医用图像服务器110取得的三维图像和与医疗器具路径有关的数据的例子。即，疑似构造附加部505将与医疗器具路径有关的信息作为模拟构造而附加、重叠到三维图像，由此在比较计算投影图像和X射线投影图像的情况下，能够比较计算投影图像中的模拟构造的位置和实际的特征部位的位置(医疗器具的位置)。由此，能够根据模拟构造与特征部位的位置的偏差，掌握是否由于插入了医疗器具而在被检体中产生了变形。
三维位置计算部117根据X射线源的位置、在X射线拍摄图像内确定的特征部位的位置，计算出特征部位的三维位置。
具体地说，例如求出在X射线拍摄图像中提取出的作为特征部位的医疗器具前端位置、与医疗器具前端位置对应的检测器103的位置。根据X射线拍摄装置101上的检测器103的装置结构，求出对应的检测器103的三维位置。这是因为X射线拍摄图像上的医疗器具前端位置从X射线源向检测器103投影，因此医疗器具前端位于将X射线源和X射线拍摄图像上的医疗器具前端连接起来的直线上的三维位置。其结果是，三维位置计算部113例如能够计算出所提取出的钳子前端位置在检测器103上(X射线拍摄图像上)的三维位置(图7的D1、D2)。
并且，对于医疗器具而言具有多个特征部位的情况下，三维位置计算部117针对每个特征部位根据检测器103上(X射线拍摄图像上)的三维位置和X射线源的三维位置，计算出连接2点的直线。能够根据X射线拍摄装置101中的X射线源102的装置结构求出X射线源102的三维位置，因此例如能够根据作为特征部位的钳子前端位置在检测器103上(二维X射线拍摄图像上)的三维位置、X射线源102的三维位置，计算出连接该2点的直线。
在X射线拍摄装置中，使角度不同地对被摄体进行多次拍摄，因此取得多个X射线拍摄图像。因此，三维位置计算部117例如针对在不同的2个角度拍摄的X射线拍摄图像，对各特征部位分别得到将X射线源的三维位置和钳子前端或导向鞘的标记等特征部位的位置在检测器103上(X射线拍摄图像上)的三维位置连接起来的2条直线。三维位置计算部117根据针对在不同的角度拍摄的多个X射线拍摄图像中的医疗器具的各特征部位计算出的2条直线的位置关系，计算出表示医疗器具的特征部位的三维位置。
以下，说明射线拍摄装置的实施方式中的计算医疗器具的三维位置的例子。
如图7所示，将X射线源的三维位置S1和X射线拍摄图像1中的特征部位的三维位置D1连接起来的直线L1、将旋转后的X射线源的三维位置S2和X射线拍摄图像2中的特征部位的三维位置D2连接起来的直线L2是投影了同一钳子前端等特征部位而得的。因此，直线L1和L2理想的是在一点相交，但实际上由于测量误差等，并不一定限于在1点相交。因此，可以求出2个直线的距离最近的直线S1-D1上的点Q1、直线S2-D2上的点Q2，例如将该2点的中点作为钳子前端位置。
能够依照以下的公式求出图7所示的点Q1和点Q2。
Q1＝S1+(D1-D2*Dv)/(1-Dv*Dv)*v1
Q2＝S2+(D2-D1*Dv)/(Dv*Dv-1)*v2
其中，
D1＝(S2-S1)v1
D2＝(S2-S1)v2
Dv＝v1·v2
能够根据通过上述公式求出的点Q1和点Q2的三维位置，使用下式计算出钳子前端位置的三维位置。
(Q1+Q2)/2
解剖构造位置修正部118根据被检体的解剖构造信息，修正通过三维位置计算部117计算出的特征部位的三维位置。
如下这样进行解剖构造位置修正部118对特征部位的三维位置的修正。
在此，存储在医用图像服务器110中的三维图像保存了被检体的全部三维构造，因此作为解剖构造信息，例如能够从三维图像取得插入内窥镜、医疗器具的支气管构造。在本实施方式中，将从三维图像得到的解剖构造信息与该三维图像对应起来预先存储在医用图像服务器110中，三维图像取得部112从医用图像服务器110取得三维图像以及解剖构造信息。
图8表示对从三维图像得到的作为解剖构造信息的与支气管树相关的信息进行体绘制(volume rendering)的例子。以下，说明向支气管插入医疗器具的例子。
在图8的情况下，向支气管内插入医疗器具，因此表示医疗器具的特征部位应该存在于解剖构造内即支气管内。根据它进行修正，使得医疗器具的特征部位的三维位置位于解剖构造内。更具体地说，例如计算出预先取得的解剖构造信息即支气管构造与表示医疗器具的特征部位的三维位置的距离，使其移动使得特征部位的三维位置位于从支气管构造离得最短的距离，由此能够将三维位置修正得位于解剖构造内。
位置映射部119将通过解剖构造位置修正部118修正后的特征部位的三维位置附加、即重叠到通过三维图像取得部111取得的三维图像上。
通过图像对齐部114对X射线拍摄图像中的被检体的位置和从医用图像服务器110取得的三维图像中的被检体的位置进行对齐。
因此，例如能够使X射线拍摄图像中的作为特征部位的医疗器具前端的三维位置重叠到三维图像上。同样，在特征部位是导向鞘的标记的情况下，能够使该标记的三维位置重叠到三维图像上。位置映射部119将重叠了特征部位的三维图像输出到显示部107和存储部108，例如如图9所示那样显示到显示部107，并且存储到存储部108中。
此外，在图9的例子中，示出了断层图像作为三维图像，但也能够应用其他二维图像、立体图像等三维图像。
图9的例子是显示出拍摄方向不同的2张X射线拍摄图像1和X射线拍摄图像2、以及在从医用图像服务器110取得的三维图像中重叠了特征部位(医疗器具)的位置的图像、在解剖构造的体绘制图像上重叠了特征部位(医疗器具)的三维位置的图像的例子。另外，在三维图像和体绘制图像中，示出了针对变形量的修正的有无。
依照图10的流程图，说明在这样构成的X射线拍摄装置中描绘出医疗器具等的三维位置而得的图像的显示有关的处理的流程。
此外，在X射线拍摄图像中，需要使拍摄角度不同地拍摄的多个X射线拍摄图像，但在此为了说明的方便，说明取得2张X射线拍摄图像的情况。
在步骤S201中，X射线拍摄装置101取得2张X射线拍摄图像。
X射线拍摄装置101通过装置控制部104的驱动部105驱动X射线源102和检测器103使其移动到希望的位置，通过检测器103检测出从X射线源102的X射线管照射并透过了被检体的X射线，通过数据收集部106收集所检测出的数据，取得二维的X射线拍摄图像。X射线拍摄图像从数据收集部106发送到数据处理部109。并且，通过驱动部105变更角度或方向，进行同样的拍摄，与前面的处理一起取得合计2张的X射线拍摄图像。
此外，在步骤S201中，通过X射线拍摄装置101使拍摄角度不同地拍摄多个二维图像，但图像的取得并不一定必须是拍摄，例如也可以由数据处理部109从预定的数据库等取得在其他放射线拍摄装置中拍摄的拍摄角度不同的多个二维图像。
接着，在步骤S202中，通过三维图像取得部112从医用图像服务器110取得预定的三维图像，根据该三维图像，通过计算投影图像制作部113生成二维的计算投影图像。
在步骤S203中，通过图像对齐部114进行由X射线拍摄装置101取得的二维的X射线拍摄图像与由计算投影图像制作部113生成的计算投影图像的对齐，在下一个步骤S204中，通过特征部位提取部115提取出X射线拍摄图像中的特征部位。
在下一个步骤S205中，通过变形量计算/修正部116从X射线拍摄图像和计算投影图像计算出被检体的变形量。对于与变形量的计算相关的处理的流程予以后述。在步骤S206中，使用在步骤S205中通过变形量计算/修正部116计算出的被检体的变形量、在步骤S204中通过特征部位提取部115提取出的X射线拍摄图像中的特征部位，修正X射线拍摄图像上的特征部位的位置。
在下一个步骤S207中，通过三维位置计算部117计算出在X射线拍摄图像中提取并且根据变形量修正了位置的特征部位在X射线拍摄图像上的三维位置。接着，在步骤S208中，计算出将在步骤S207中得到的X射线拍摄图像中的特征部位的三维位置和X射线源的三维位置连接起来的直线(参照图7)。此外，在有多处特征部位的情况下，对每个特征部位计算出将该特征部位在X射线拍摄图像上的三维位置和X射线源的三维位置连接起来的直线。
在本实施方式中，在上述步骤S201中取得了2张X射线拍摄图像，因此在步骤S202～步骤S208中，对每个X射线拍摄图像进行各处理。因此，针对1个特征部位，得到2条将该特征部位在X射线拍摄图像上的三维位置和X射线源的三维位置连接起来的直线。在取得了多个X射线拍摄图像的情况下，得到拍摄张数量的直线。
在步骤S209中，通过三维位置计算部117根据在上述步骤S208中得到的与特征部位对应的2条直线的位置关系，计算出特征部位的三维位置。在下一个步骤S210中，通过解剖构造位置修正部118根据从医用图像服务器110取得的被检体的解剖构造信息，修正在步骤S209中得到的特征部位的三维位置(参照图8)。
然后，在下一个步骤S211中，通过位置映射部119使特征部位的三维位置重叠到三维图像上，将重叠的图像数据输出到显示部10和存储部108。在步骤S212中，将从位置映射部119取得的重叠了特征部位的三维位置的三维图像显示到显示部108(参照图9)，并存储到存储部108中。
接着，依照图11和图12的流程图，说明变形量计算/修正部116对在被检体中产生的因体动造成的变形、由于医疗器具被插入到体内而产生的变形进行修正的处理的流程。
(因体动造成的变形的修正)
图11是表示变形量计算/修正部116对因体动造成的变形进行修正的处理的流程的流程图。
在步骤S601中，非刚体变形部501取得在图10的步骤S204中进行了对齐的X射线投影图像，在步骤S602中使X射线拍摄图像进行非刚体变形。在下一个步骤S603中，图像比较部502对通过非刚体变形部501进行了非刚体变换的X射线拍摄图像和刚体区域的计算投影图像进行比较，计算出两者的类似度。
在步骤S604中，变形参数计算部503根据在图像比较部502中计算出的类似度，计算出非刚体变形参数。步骤S604的处理中，判定在步骤S603中计算出的类似度是否是最大，如果不是最大，则返回到步骤S602，反复进行处理。在类似度是最大的情况下，计算出表示类似度的值最大(或差异度最小)的参数作为非刚体变形参数，前进到步骤S605。
在步骤S605中，拍摄面内位置修正部504根据非刚体变形参数，计算出表示特征部位在二维图像上的位置移动了何种程度的变形移动量。
(由于医疗器具被插入到体内而产生的变形的修正)
图12是表示变形量计算/修正部116对由于医疗器具被插入到体内而产生的变形进行修正的处理流程的流程图。
通过疑似构造附加部505，在步骤S801中取得三维图像取得部112从医用图像服务器110取得的三维图像，并且在步骤S802中取得医疗器具路径(步骤802)。
在步骤S803中，通过疑似构造附加部505将医疗器具路径作为疑似构造附加到三维图像。接着，在步骤S804中，针对通过疑似构造附加部505附加了疑似构造的三维图像，通过计算投影图像制作部113生成疑似计算投影图像。根据该附加了疑似构造的三维图像制作疑似计算投影图像，由此能够描绘出在基于没有附加疑似构造的三维图像的计算投影图像中没有描绘出的、根据医疗器具路径制作的疑似的医疗器具的投影像。
在下一个步骤S805中，通过非刚体变形部501使X射线拍摄图像进行非刚体变形，在步骤S806中，通过图像比较部502对X射线拍摄图像和附加了疑似构造的疑似计算投影图像进行比较，计算出两者的类似度。
在步骤S807中，变形参数计算部503根据在步骤S806中由图像比较部502计算出的类似度，计算出非刚体变形参数。步骤S807的处理判定在步骤S807中计算出的类似度是否是最大，如果不是最大，则返回到步骤S805，反复进行处理。在类似度最大的情况下，计算出表示类似度的值最大(或差异度最小)的参数作为非刚体变形参数，前进到步骤S808。
此外，在步骤S807中，对X射线投影图像和附加了疑似构造的疑似计算投影图像进行比较，因此不只是体动，还能够求出考虑到因插入医疗器具造成的被检体的变形的非刚体变换参数。
在下一个步骤S808中，拍摄面内位置修正部504使用在步骤S807中计算出的非刚体变形参数，计算出拍摄面内的变形量。
这样，使用预先将医疗器具路径作为疑似构造而附加的图像，计算被检体的变形，因此不只是体动，还能够修正因插入医疗器具造成的被检体的变形。
这样，根据本实施方式，能够高精度地检测出医疗器具的三维位置并高精度地显示到图像上。即，在本实施方式中，通过使用X射线拍摄图像和预先取得的CT图像等三维图像，能够检测出医疗器具的三维位置。特别地，通过将与预先取得的三维图像进行比较，而修正由于因呼吸、心跳动等体动、插入医疗器具造成的被检体的体内变形而在X射线拍摄图像上识别出的医疗器具位置，因此能够高精度地检测出医疗器具的三维位置，并描绘到图像上并显示这些。
另外，根据三维图像，例如取得与医疗器具的插入路径有关的信息并描绘、显示这些，由此用户能够容易地确认医疗器具位置和插入路径。
此外，能够作为包含CPU(中央处理装置)、存储器、以及主存储部的系统来构筑数据处理部109的一部分或全部，能够通过CPU将预先存储在存储部中的程序装载到存储器中并执行，来实现构成数据处理部109的各部的功能。另外，也能够用ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等硬件来构成功能的一部分或全部。
符号说明
101：X射线拍摄装置；102：X射线源；103：检测器；104：装置控制部；105：驱动部；106：数据收集部；107：显示部；108：存储部；109：数据处理部；110：医用图像服务器；111：图像处理系统；112：三维图像(解剖构造/医疗器具路径)取得部；113：计算投影图像制作部；114：图像对齐部；115：特征部位提取部；116：变形量计算/修正部；117：三维位置计算部；118：解剖构造位置修正部；119：位置映射部；501：非刚体变形部；502：图像比较部；503：变形参数计算部；504：拍摄面内位置修正部；505：疑似构造附加部。

Claims (8)

1.一种放射线拍摄装置，其特征在于，具备：
拍摄部，其通过使放射线源和检测器的位置移动，而对拍摄角度不同的多个二维拍摄图像进行拍摄；
图像取得部，其取得预先拍摄的上述处理对象的三维图像；
计算投影图像制作部，其与各上述二维拍摄图像对应地，根据上述三维图像、拍摄了上述二维拍摄图像的上述放射线源和上述检测器的各位置，从上述三维图像制作出二维的计算投影图像；
特征部位提取部，其提取出在各上述二维拍摄图像中描绘出的表示医疗器具的特征部位；
图像对齐部，其将各上述二维拍摄图像和该二维图像所对应的各上述计算投影图像对齐；
变形量计算/修正部，其将各上述二维拍摄图像与该二维图像所对应的各上述计算投影图像进行比较，计算出上述二维拍摄图像中的上述处理对象的变形量，并根据该变形量修正上述特征部位的位置；
三维位置计算部，其根据在各上述二维拍摄图像中进行修正后的上述特征部位的位置、拍摄了上述二维拍摄图像的上述放射线源和上述检测器的各位置，计算出上述特征部位的三维位置；
解剖构造位置修正部，其根据从上述三维图像取得的上述处理对象的解剖构造信息，修正上述特征部位的三维位置；以及
位置映射部，其使通过上述解剖构造位置修正部进行修正后的特征部位的上述三维位置重叠于上述三维图像上，并将重叠了修正后的特征部位的上述三维位置的上述三维图像显示于显示装置。
2.根据权利要求1所述的放射线拍摄装置，其特征在于，
上述位置映射部使通过上述三维位置计算部计算出的特征部位的上述三维位置与修正后的特征部位的上述三维位置一起重叠于三维图像上。
3.根据权利要求1所述的放射线拍摄装置，其特征在于，
上述变形量计算/修正部具备：
非刚体变形部，其使上述二维拍摄图像进行非刚体变形；
图像比较部，其将进行非刚体变换后的上述二维拍摄图像与上述计算投影图像进行比较，计算出类似度；
变形参数计算部，其计算出上述类似度最大的参数作为非刚体变形参数；以及
拍摄面内位置修正部，其根据上述变形参数，计算出上述二维拍摄图像内的上述特征部位的变形移动量，并修正上述特征部位的位置。
4.根据权利要求2所述的放射线拍摄装置，其特征在于，
上述变形量计算/修正部具备：
非刚体变形部，其使上述二维拍摄图像进行非刚体变形；
图像比较部，其将进行非刚体变换后的上述二维拍摄图像与上述计算投影图像进行比较，计算出类似度；
变形参数计算部，其计算出上述类似度最大的参数作为非刚体变形参数；以及
拍摄面内位置修正部，其根据上述变形参数，计算出上述二维拍摄图像内的上述特征部位的变形移动量，并修正上述特征部位的位置。
5.根据权利要求3所述的放射线拍摄装置，其特征在于，
上述变形量计算/修正部还具备：疑似构造附加部，其使表示基于上述处理对象的体内构造的形状的疑似构造重叠于上述三维图像上。
6.根据权利要求4所述的放射线拍摄装置，其特征在于，
上述变形量计算/修正部还具备：疑似构造附加部，其使表示基于上述处理对象的体内构造的形状的疑似构造重叠于上述三维图像上。
7.一种图像处理方法，其特征在于，包括：
图像取得步骤，取得使放射线源和检测器的位置不同地拍摄了处理对象而得的拍摄角度不同的多个二维拍摄图像、预先拍摄的上述处理对象的三维图像；
计算投影图像制作步骤，与各上述二维拍摄图像对应地，根据上述三维图像、拍摄了上述二维拍摄图像的上述放射线源和上述检测器的各位置，从上述三维图像制作出二维的计算投影图像；
特征部位提取步骤，提取出在各上述二维拍摄图像中描绘出的表示医疗器具的特征部位；
图像对齐步骤，将各上述二维拍摄图像和该二维图像所对应的各上述计算投影图像对齐；
变形量计算/修正步骤，将各上述二维拍摄图像与该二维图像所对应的各上述计算投影图像进行比较，计算出上述二维拍摄图像中的上述处理对象的变形量，并根据该变形量修正上述特征部位的位置；
三维位置计算步骤，根据在各上述二维拍摄图像中进行修正后的上述特征部位的位置、拍摄了上述二维拍摄图像的上述放射线源和上述检测器的各位置，计算出上述特征部位的三维位置；
解剖构造位置修正步骤，根据从上述三维图像取得的上述处理对象的解剖构造信息，修正上述特征部位的三维位置；以及
位置映射步骤，使修正后的上述特征部位的三维位置重叠于上述三维图像上，并将重叠了修正后的特征部位的上述三维位置的上述三维图像显示于显示装置。
8.一种图像处理程序，其特征在于，使计算机执行以下的步骤：
图像取得步骤，取得使放射线源和检测器的位置不同地拍摄了处理对象而得的拍摄角度不同的多个二维拍摄图像、预先拍摄的上述处理对象的三维图像；
计算投影图像制作步骤，与各上述二维拍摄图像的每一个对应地，根据上述三维图像、拍摄了上述二维拍摄图像的上述放射线源和上述检测器的各位置，从上述三维图像制作出二维的计算投影图像；
特征部位提取步骤，提取出在各上述二维拍摄图像中描绘出的表示医疗器具的特征部位；
图像对齐步骤，将各上述二维拍摄图像和该二维图像所对应的各上述计算投影图像对齐；
变形量计算/修正步骤，将各上述二维拍摄图像与该二维图像所对应的各上述计算投影图像进行比较，计算出上述二维拍摄图像中的上述处理对象的变形量，并根据该变形量修正上述特征部位的位置；
三维位置计算步骤，根据在各上述二维拍摄图像中进行修正后的上述特征部位的位置、拍摄了上述二维拍摄图像的上述放射线源和上述检测器的各位置，计算出上述特征部位的三维位置；
解剖构造位置修正步骤，根据从上述三维图像取得的上述处理对象的解剖构造信息，修正上述特征部位的三维位置；以及
位置映射步骤，使修正后的上述特征部位的三维位置重叠于上述三维图像上，并将重叠了修正后的特征部位的上述三维位置的上述三维图像显示于显示装置。
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