JP2007325920A - ３次元画像処理装置及び再構成領域指定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な操作で短時間に再構成領域を制限して指定することができる３次元画像処理装置及びこのような再構成領域指定方法を提供すること。
【解決手段】Ｘ線撮影によって得られた撮影方向毎のＤＳＡ画像が画像表示部２３に動画表示される。操作者は、画像表示部２３に表示された動画像を観察し、例えば動脈瘤や狭窄などの目的の構造が観察し易い角度を見つけた時点で、位置指定部１８を操作する。この操作を受けて、その時点で画像表示部２３に表示されているＤＳＡ画像とその前後３０度のＤＳＡ画像の３画像が画像表示部２３に表示される。操作者は、この３画像のうちの２画像から、目的の構造の位置を指定することにより、再構成領域を同定するために必要な情報を指定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、患者の周囲を撮影して得られた複数の画像から３次元画像を得ることが可能な３次元画像処理装置及びこのような３次元画像処理装置における再構成領域指定方法に関する。

３次元アンギオグラフィ（3D-Angiography）は、患者の回りを、Ｘ線管等を回転させながら撮影を繰り返すことで撮影方向の異なる複数の画像を造影剤注入の前と後とでそれぞれ収集し、収集した造影剤注入の前後の画像を引き算することで、造影された血管部分を主に抽出し、さらに血管部分が抽出された画像を再構成して血管の精細な３次元画像を生成する技術である。３次元アンギオグラフィで生成される画像は、例えば血管を任意の角度から観察することができ、脳神経領域、特に動脈瘤の診断及び治療を行う上で特に有用であると言われている。３次元アンギオグラフィで生成される動脈瘤の画像には以下のような臨床的な有用性がある。

１． 動脈瘤を見やすい角度を同定できる。
動脈瘤の診断及び治療を行うためには、動脈瘤のネックが見やすい角度からの情報が非常に重要である。しかしながら、Ｘ線画像は２次元情報しか持っていないため、動脈瘤のネックが見やすい角度の画像を同定することは容易ではない。３次元アンギオグラフィ装置が開発されるまでは、同定作業は全てトライアンドエラーで行われてきた。具体的には、観察角度を（適当に）良いと思われる角度に振ってみて観察し、動脈瘤のネックが見えなければ別の角度から再度観察すると言う手順である。このような手順による観察角度の同定は、検査時間を増加させるだけでなく、患者への被曝線量や造影剤量などを増加させることになり、患者の負担が大きくなってしまう。これに対し、３次元アンギオグラフィでは、患者の周囲のあらゆる角度からの精細な画像を得ることができるので、動脈瘤画像の観察角度の同定を従来に比べて短時間で行うことが可能である。

２． 動脈瘤のネックとドームの関係を容易に把握できる画像を得ることができる。
動脈瘤のネックとドームとの関係は治療方針を決定する上で非常に重要である。例えば、コイル塞栓術によって動脈瘤の治療を行う場合、ネックがドームに対して十分小さい時はコイルが動脈瘤の中で安定するが、そうでない場合はコイルを動脈瘤の中に留置しても親血管に逸脱し、末梢側の血管を不幸にも塞栓してしまう危険性がある。したがって、後者の場合では、動脈瘤の治療にコイル塞栓術を用いるリスクが高いとされ、外科的な治療（クリッピング術）が適用されることが多い。３次元アンギオグラフィで生成される動脈瘤画像ではこのような判断を下しやすい。

３． 動脈瘤付近から出ている細い血管の分岐部を同定できる画像を得ることができる。
動脈瘤付近から出ている細い血管は、その血管がどこから出ているかを確認するのが困難である。もしこの細い血管が動脈瘤のドームから出ている場合、コイル塞栓術を適用するとこの細い血管まで塞栓してしまう。もしこの血管が脳機能に重要な役割を果たしていた場合、大きなダメージを与えることになる。したがって細い血管が動脈瘤のドームから出ている場合、その血管が動脈瘤から出ているか、それとも他の血管から出ているかを知ることが非常に重要である。一般的にはその血管が動脈瘤から出ている場合、コイル塞栓術のリスクが高いとされ、外科的な治療（クリッピング術）が適用されることが多い。

また、３次元アンギオグラフィで生成される動脈瘤の画像には、上述した各種の情報以外にも解剖学的な位置をも確認することができる。例えば動脈瘤が脳底部付近にあれば外科的なアプローチが困難であると判断できる。

以上のような判断（特に２や３の判断）を下すためには精細な情報が必要となる。精細な情報を再構成するためには多くの時間が必要となるが、このような情報は診断と治療とを略同時に行うインターベンション中に必要となることを考えると短時間での提供が望まれる。一般的には１分以内での画像表示が望まれている。しかしながら精細な情報を１分以内に表示するのは、最先端の高速演算チップを用いても難しい。

ここで、再構成時間を短縮する方法の１つとして、再構成を行う領域（ＲＯＩと呼ばれる）を制限する手法がある。再構成手法として一般的なフィルタ補正逆投影（Filtered Backprojection）法を用いたとすると、再構成時間の中で支配的なのは逆投影演算であるから、ボクセルサイズを１辺につき半分に制限できれば、再構成時間は約１/８ですむことになる。実際の臨床的には血管全体の情報が必要な場合は殆どなく、例えば動脈瘤の症例では、動脈瘤とその親血管及びその周囲の血管が描出されていれば良いので、この再構成領域の制限は有効な、臨床上も受け入れられ易い制限である。
特開２００２−２２４０９７号公報

上述した再構成領域を制限する方法の１つとして、正面と側面（９０度離れた）の画像を並べて表示し、その各々の画像においてそれぞれ中心と大きさを指定することで円又は長方型の再構成領域を指定する方法がある。しかしこのような方法では再構成を行うために最低４つのデータ（２データ×２画像）を入力する必要がある。また正面と側面とでそれぞれ目的の構造がクリアに観察できていれば良いが、どちらか一方が他の血管と重なってしまい、目的の構造がどこにあるのか判別し難い場合がある。このような場合、目的の構造が判別し難い画像から比較的近い方向の、クリアに判別できる画像を選択し、その新たに選択した画像において改めて中心と大きさを指定することとなる。この場合には、さらに余分な操作が必要となる。

しかしながら先に説明したように、３次元アンギオグラフィは、特にインターベンション中に必要とされる機能であり、上述したような多くの工程を要する操作は受け入れ難い。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡易な操作で短時間に再構成領域を制限して指定することができる３次元画像処理装置及びこのような再構成領域指定方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１による３次元画像処理装置は、患者の周囲を回転しながら複数回の撮影を行って得られた前記患者に関する撮影方向の異なる複数の画像から３次元画像を得る３次元画像処理装置において、前記撮影方向の異なる複数の画像のうちの１枚の１点を指定するための位置指定手段と、前記指定された１点から、前記撮影方向の異なる複数の画像で再構成可能な領域の１/８以下の領域を再構成領域として同定する再構成領域同定手段と、前記同定された再構成領域内の画像を再構成して３次元画像を得る再構成手段とを具備することを特徴とする。

また、上記の目的を達成するために、本発明の請求項１７による３次元画像処理装置は、患者の周囲を回転しながら複数回の撮影を行って得られた前記患者に関する撮影方向の異なる複数の画像から３次元画像を得る３次元画像処理装置において、前記撮影方向の異なる複数の画像のうちの１枚の点を指定するための位置指定部と、前記指定された点から、前記撮影方向の異なる複数の画像で前記指定した点に対応する点を探索する探索部と、前記指定した点及び探索した点を用いて再構成可能な領域の一部分の領域を再構成領域として同定する再構成領域同定部と、前記同定された再構成領域内の画像を再構成して３次元画像を得る再構成部とを具備することを特徴とする。

さらに、上記の目的を達成するために、本発明の請求項２３による再構成領域指定方法は、患者の周囲を回転しながら複数回の撮影を行って得られた前記患者に関する撮影方向の異なる複数の画像から３次元画像を再構成するための再構成領域指定方法において、前記撮影方向の異なる複数の画像のうちの１枚の１点を指定し、前記指定された１点から、前記撮影方向の異なる複数の画像で再構成可能な領域の１/８以下の領域を再構成領域として同定することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な操作で短時間に再構成領域を制限して指定することができる３次元画像処理装置及びこのような再構成領域指定方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る３次元画像処理装置の一例としてのＸ線診断装置の構成を示すブロック図である。図１に示すＸ線診断装置は、Ｘ線撮影部１と、Ｘ線診断装置本体１０とから主に構成されている。そして、Ｘ線撮影部１において得られる撮影方向の異なる複数の造影剤注入前後の画像を、Ｘ線診断装置本体１０において再構成して３次元画像を表示する機能を有する。

Ｘ線撮影部１は、図２に示すように、Ｘ線管球２とＸ線検出器３とを有している。Ｘ線管球２は患者ＰにＸ線を照射する。Ｘ線検出器３は、例えばマトリクス状に配列された半導体検出素子からなるフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ：平面型Ｘ線検出器）で構成されており、Ｘ線管球２から照射され、被検体Ｐを透過したＸ線を検出する。なお、Ｘ線検出器３はＦＰＤに限らず、例えばイメージインテンシファイアとＴＶカメラとから構成されるような検出器であっても良い。

図２に示すＸ線管球２とＸ線検出器３とは略Ｃ型のアーム（Ｃ型アーム）４にマウントされている。さらに、Ｃ型アーム４は、例えば天井に設けられた土台５から吊り下げられている支柱６によって支持されている。そして、Ｃ型アーム４は、図２に示す直交３軸Ａ、Ｂ、Ｃに関して回転可能である。また、患者Ｐを寝かせるための寝台７は、Ｘ線管球２とＸ線検出器３との間に配置される。

Ｘ線診断装置本体１０は、制御部１１と、Ａ/Ｄ変換部１２と、記憶部１３と、サブトラクション処理部１４と、フィルタ処理部１５と、階調変換部１６と、アフィン変換部１７と、位置指定部１８と、再構成領域同定部１９と、再構成部２０と、３次元画像処理部２１と、Ｄ/Ａ変換部２２と、画像表示部２３とから構成されている。

制御部１１は、Ｘ線管球２、Ｘ線検出器３、Ｃ型アーム４の動作制御、画像表示部２３の表示制御等を行う。Ａ/Ｄ変換部１２はＸ線撮影部１に接続され、Ｘ線撮影部１によって撮影された投影画像をデジタルデータに変換する。記憶部１３は、Ａ/Ｄ変換部１２から入力された２次元画像データ、３次元画像処理部２１によって生成された３次元画像データ等の様々なデータを記憶する。サブトラクション処理部１４は、Ａ/Ｄ変換部１２を介して記憶部１３に記憶された造影剤注入前後の画像を同じ角度（同じ撮影方向）同士で引き算（ＤＳＡ：Digital Subtraction Angiography）し、ＤＳＡ画像を生成する。フィルタ処理部１５は、サブトラクション処理部１４で生成されたＤＳＡ画像等に対して高周波強調（輪郭強調）処理を行う。階調変換部１６は、フィルタ処理部１５で処理された画像等の階調を画像表示部２３における表示に適するように変換する階調変換を行うためのルックアップテーブル（ＬＵＴ）である。アフィン変換部１７は、画像表示部２３に表示された２次元画像若しくは３次元画像を拡大や移動等させるための変換処理を行う。

位置指定部１８は、例えばマウス等のポインティングデバイスから構成された操作部材である。以後、位置指定部１８をマウスとして説明を続ける。再構成領域同定部１９は、位置指定部１８による操作（詳細は後述する）を受けて再構成領域を同定する。再構成部２０は、Ｘ線撮影部１によって撮影される複数の異なる撮影方向からの投影画像から、再構成領域同定部１９によって同定された結果に基づいて、３次元画像を再構成する。３次元画像処理部２１は、再構成部２０によって再構成されて得られた３次元画像を表示するためのデータを生成する。Ｄ/Ａ変換部２２は、サブトラクション処理部１４において生成されたＤＳＡ画像のデータや３次元画像処理部２１において生成された３次元画像のデータをアナログ信号（映像信号）に変換する。画像表示部２３は、Ｄ/Ａ変換部２２から出力される映像信号に基づいて画像を表示する。

次に本実施形態に係るＸ線診断装置の動作を説明する。Ｃ型アーム４は例えばモータで高速にプロペラのように回転可能に構成され、これにより患者の周り１８０度以上（１８０度＋ファン角）の角度を短時間で回転することができる。このようにしてＣ型アーム４を回転しつつ、例えば１度間隔でＸ線撮影を繰り返す。このＸ線撮影は、例えば撮影方向を０度から２００度までにかけて行い、これによって回転角度が２００度分の２００枚の投影画像を収集する。収集された２００枚の投影画像は、Ａ/Ｄ変換部１２において例えば５１２×５１２のデジタル信号（２次元画像データ）に変換されて、記憶部１３に記憶される。２次元画像データの収集は、造影剤注入前と注入後の２回行われる。まず、造影剤注入前に２００枚の画像データが収集されて記憶部１３に記憶される。その後、撮影方向が０度に戻され、患者に造影剤が注入された後、撮影部位に応じた好適な遅れ時間が経過してから、同一の条件で撮影が繰り返され、造影剤注入後の２００枚の画像データが収集され、記憶部１３に記憶される。

記憶部１３に造影剤注入前の２００枚の画像データと造影剤注入後の２００枚の画像データとが記憶された時点で、双方の画像データがサブトラクション処理部１４に転送される。サブトラクション処理部１４では、造影剤注入前の画像データと注入後の画像データとでそれぞれ対応する撮影方向（同一の角度）同士の画像データが引き算される。これにより、造影剤によって造影された血管部分が主に抽出されたＤＳＡ画像が生成される。本実施形態では、サブトラクション処理部１４で得られたＤＳＡ画像から、再構成の際の再構成領域を指定する。

以下、本実施形態に係る再構成領域の指定方法について説明する。図３はＤＳＡ画像が生成されてから３次元画像が表示されるまでの概略的な処理の流れについて示すフローチャートである。また、図４は図３のステップＳ１における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。なお、これらのフローチャートの処理は制御部１１によって制御される。

サブトラクション処理部１４において、撮影方向毎のＤＳＡ画像が得られた後、制御部１１は、位置指定処理を実行する（ステップＳ１）。この位置指定処理について図４を参照して説明する。まず、制御部１１は、サブトラクション処理部１４において撮影方向毎のＤＳＡ画像が得られた直後に、撮影方向毎のＤＳＡ画像を１枚ずつ順次、画像表示部２３に表示させる（ステップＳ１１）。これにより、画像表示部２３には、Ｃ型アーム４の回転によって撮影される撮影方向の異なるＤＳＡ画像が動画像として表示される。

Ｘ線診断装置の操作者は、画像表示部２３に表示された動画像を観察し、例えば動脈瘤や狭窄などの目的の構造が観察し易い角度を見つけた時点で、位置指定部１８であるマウスの確定ボタン（例えば左クリックボタン）を押す。この操作を受けて制御部１１は、動画像の表示を停止させる（ステップＳ１２）。その後に、操作者が確定ボタンを押した時点で画像表示部２３に表示されているＤＳＡ画像とその前後３０度のＤＳＡ画像の３画像を画像表示部２３に静止画として表示させる（ステップＳ１３）。これら３画像を表示させた後、画像表示部２３に表示させた３画像の内、操作者によって選択されたＤＳＡ画像（つまり、動画像の停止時に表示されていたＤＳＡ画像）の中心位置に、例えば図５（ａ）に示すようなポインタ３０を表示させる（ステップＳ１４）。

この状態で操作者によりマウス操作がなされると、その操作に応じてポインタ３０が移動する。操作者は、ポインタ３０を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ１５）。これにより、後述する再構成領域の同定に必要な１点目の位置が指定される。

ステップＳ１５の後、制御部１１は、操作者によって選択されていない、残りの２枚のＤＳＡ画像の中心位置に、例えば図５（ｂ）のようなポインタ３１を交互に表示させる（ステップＳ１６）。このポインタ３１の交互表示は、例えば３秒毎に切り替える。

操作者は、目的の構造が見易い方のＤＳＡ画像上にポインタ３１が表示された時に、マウス操作（例えばマウスの移動操作や確定ボタンの操作等）を行うと、その時点でポインタ３１の交互表示が終了され、そのとき選択されているＤＳＡ画像内でポインタ３１を移動させることが可能になる（ステップＳ１７）。操作者は、ポインタ３１を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ１８）。これにより、後述する再構成領域の同定に必要な２点目の位置が指定され、図４の位置指定処理が終了する。

ステップＳ１の位置指定処理の終了後、操作者によって選択された２枚の画像情報と２点の位置情報とが再構成領域同定部１９に送られる。これを受けて再構成領域同定部１９は、再構成領域を同定する（ステップＳ２）。この再構成領域の同定の際には、ステップＳ１の位置指定処理の結果として得られた２枚のＤＳＡ画像における目的の構造の位置情報から、目的の構造の３次元上の位置を計算する。具体的には、最初に指定された位置とそのときのＸ線管球２の位置とを結ぶ直線の式を計算し、さらに２番目に指定された位置とそのときのＸ線管球２の位置とを結ぶ直線の式を計算する。そして２つの直線式上でそれぞれお互いの直線に最も近づく２点を導出し、その２点の交点を再構成領域の中心位置として同定する。

ステップＳ２の再構成領域の同定後、得られた中心位置の情報は、再構成部２０に送られる。これを受けて再構成部２０は、撮影方向の異なる２００枚のＤＳＡ画像から、３次元画像を再構成する（ステップＳ３）。ここで、再構成方法の１例として、Feldkamp等によって提案されたフィルタ補正逆投影（Filtered Backprojection）法の場合を示す。この手法は、まず撮影方向の異なる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ーをかける。次に逆投影演算を行うことにより再構成領域の中心位置を中心とした再構成データが得られる。一般的に、再構成領域は、Ｘ線管球２から全方向へのＸ線束に内接する円筒として定義される。そして、３次元画像は円筒に外接する立方体として定義される。この立方体内は、例えばＸ線検出器３を構成する隣接検出素子間の幅を、Ｘ線投影系の拡大率を考慮して補正した長さｄで３次元的に離散化される。投影画像が５１２×５１２の場合、従来では３次元画像のボクセルマトリックスサイズは５１２×５１２×５１２となる。しかしながら、本実施形態では、再構成領域同定部１９で同定された中心位置を中心とした制限された再構成領域内でのみ再構成が行われる。この領域は、例えば中心位置を中心とし、従来における３次元画像の１/８以下の領域とする。例えば、再構成が可能な領域のボクセルマトリックスサイズを５１２^３とすると、再構成領域同定部１９で同定された中心位置を中心とした２５６^３の領域が最終的な再構成領域であり、再構成が可能な領域のボクセルマトリックスサイズが１０２４^３である場合には再構成領域の中心位置を中心とした５１２^３の領域が最終的な再構成領域となる。再構成領域をこのように制限することにより、再構成時間を通常の約１/８にすることが可能である。

再構成部２０によって再構成された３次元画像は３次元画像処理部２１に送られる。３次元画像処理部２１は、例えばボリュームレンダリングなどの方法により３次元表示のための表示データを生成する。この表示データはＤ/Ａ２２を介して画像表示部２３に送られる。そして、画像表示部２３に３次元の血管画像が表示される（ステップＳ４）。

以上説明したように、第１の実施形態によれば、操作者は、目的の構造が観察し易い２枚の画像の１点ずつを指定するだけで、再構成領域を制限して指定することが可能である。これにより、簡易な操作で再構成領域を指定し、再構成時間を短縮することができる。

また、撮影方向の異なるＤＳＡ画像を動画像として順次画像表示部２３に表示させることにより、目的の構造が観察し易い画像を見つけることが容易である。また、操作者は、図４に示す全ての操作を、単一の位置指定部（マウス）１８の操作のみによって行うことができ、再構成領域を指定するためのデータ入力も容易である。

なお、図４に示した例では、動画像表示が停止された後、そのとき画像表示部２３に表示されていたＤＳＡ画像とその前後３０度のＤＳＡ画像を表示させているが、この角度はあくまでも一例である。ただし、前後３０度程度の画像であれば、２画像の撮影方向がある程度異なり、かつ目的の構造が他の血管と重なって見えなくなることが殆どないため、同定の精度が高くなることが期待できる。

また、図４のステップＳ１３においては３画像を同時に表示させるようにしているが、動画像表示が停止された後で、そのとき画像表示部２３に表示されていたＤＳＡ画像をまず静止画表示し、この画像内で１点目が指定された後で、前後３０度のＤＳＡ画像を表示させるようにしても良い。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、図３のステップＳ１の位置指定処理及びＳ２の再構成領域同定処理の第１の変形例である。なお、装置の構成及び図３のステップＳ３以降の処理については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

図６は、第２の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。まず、制御部１１は、サブトラクション処理部１４において撮影方向毎のＤＳＡ画像が得られた直後に、撮影方向毎のＤＳＡ画像を１枚ずつ順次、画像表示部２３に表示させる（ステップＳ２１）。操作者は、画像表示部２３に表示された動画像を観察し、例えば動脈瘤や狭窄などの目的の構造が観察し易い角度を見つけた時点で、位置指定部１８であるマウスの確定ボタン（例えば左クリックボタン）を押す。この操作を受けて制御部１１は、動画像の表示を停止させる（ステップＳ２２）。ここで、上述した第１の実施形態では動画表示が停止されると、その時点で表示されていたＤＳＡ画像と、その前後３０度のＤＳＡ画像の３画像が表示されるが、第２の実施形態では、動画表示が停止された時点ではそのとき表示されていたＤＳＡ画像のみを静止画として表示し、さらにこのＤＳＡ画像の中心位置に、例えば図５（ａ）に示すようなポインタ３０を表示させる（ステップＳ２３）。

この状態で操作者によりマウス操作がなされると、その操作に応じてポインタ３０が移動する。操作者は、ポインタ３０を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ２４）。これにより、再構成領域の同定に必要な１点目の位置が指定される。

１点目の位置が指定された後、制御部１１は、ステップＳ２２で停止させた動画像の表示を再開する（ステップＳ２５）。操作者は、この動画像を観察しながら、例えば動脈瘤や狭窄などの目的の構造が観察し易い、最初の角度とは異なる角度のＤＳＡ画像が表示された時点で確定ボタンを押す。これを受けて制御部１１は、動画像の表示を再停止させる（ステップＳ２６）。この後、ステップＳ２４と同様に、制御部１１は、画像表示部２３に表示されているＤＳＡ画像の中心にポインタ３１を表示させる（ステップＳ２７）。操作者はポインタ３１を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ２８）。これにより、再構成領域の同定に必要な２点目の位置が指定される。

以上説明したような第２の実施形態の位置指定処理によっても第１の実施形態と同様の効果が得られる。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態は、図３のステップＳ１の位置指定処理及びＳ２の再構成領域同定処理の第２の変形例である。なお、装置の構成及び図３のステップＳ３以降の処理については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

図７は、第３の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。まず、制御部１１は、サブトラクション処理部１４において撮影方向毎のＤＳＡ画像が得られた直後に、撮影方向毎のＤＳＡ画像を１枚ずつ順次、画像表示部２３に表示させる（ステップＳ３１）。操作者は、画像表示部２３に表示された動画像を観察し、例えば動脈瘤や狭窄などの目的の構造が観察し易い角度を見つけた時点で、位置指定部１８であるマウスの確定ボタン（例えば左クリックボタン）を押す。この操作を受けて制御部１１は、動画像の表示を停止させる（ステップＳ３２）。そして、その停止された時点で表示されていたＤＳＡ画像の中心位置に、例えば図５（ａ）に示すようなポインタ３０を表示させる（ステップＳ３３）。この状態で操作者によりマウス操作がなされると、その操作に応じてポインタ３０が移動する。操作者は、ポインタ３０を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ３４）。これにより、再構成領域の同定に必要な１点目の位置が指定される。ここまでの処理は、第２の実施形態と同様である。

次に、制御部１１は、操作者により指定された１点目の情報をもとにして２点目を探索するために、操作者によって指定された画像内の点（x₀,y₀）を中心とし、サイズがＤｃｍ×Ｄｃｍの領域を注目領域として設定する（ステップＳ３５）。そして、図８に示すトラッキングを行う（ステップＳ３６）。

ここで、図８のトラッキングについて説明する前に、ステップＳ３２で停止されたＤＳＡ画像がｍ枚目の画像であるとし、またステップＳ３４において指定された１点目の位置を（x₀,y₀）とする。ステップＳ３６のトラッキングにおいて、制御部１１は、まず、変数ｉをｍとする（ステップＳ３６１）。次に、以下の式（１）の計算を行う（ステップＳ３６２）。

ここで式（１）のf_i(x,y)はｉ番目の画像、f_i+1(x,y)は(ｉ＋１)番目の画像を示す。また、Δx及びΔyはシフト量を示す。ステップＳ４２においては、Δx及びΔyをそれぞれ−Ｌｃｍ〜Ｌｃｍの間で変化させながら式（１）を計算し、その中で最小となる点C(Δx₀,Δy₀)の位置を同定する（ステップＳ３６３）。

次に、制御部１１は、x₀をx₀-Δx₀、y₀をy₀-Δy₀に更新し（ステップＳ３６４）、さらにｉ＝ｉ＋１（＝ｍ＋１）とし、注目領域を新たに（ｉ＋１）番目の画像から抽出する（ステップＳ３６５）。次に、制御部１１は、ｉ番目の画像がｍ番目の画像から３０度以上離れた画像であるかを判定する（ステップＳ３６６）。ステップＳ３６６の判定において、ｉ番目の画像がｍ番目の画像から３０度以上離れていない場合には、ステップＳ３６２に戻り、更新されたｉ番目と（ｉ＋１）番目との間で同様の式（１）の計算を行う。

ステップＳ３６６の判定において、ｉ番目の画像がｍ番目の画像から３０度以上離れている場合には、このｍ＋３０番目の画像で同定された点とｍ番目の画像で指定された点の位置情報及び双方の画像情報を再構成領域同定部１９に送り、トラッキングが終了する。

これを受けて、再構成領域同定部１９は、３次元位置上での目的の構造の位置を計算する。具体的には、最初に指定されたｍ番目の画像内の点とそのときのＸ線管球２の位置とを結ぶ直線の式を計算し、さらにｍ＋３０番目の画像内で同定した点とそのときのＸ線管球２の位置とを結ぶ直線の式を計算する。そして２つの直線式上でそれぞれお互いの直線に最も近づく２点を導出し、その２点の交点を再構成領域の中心位置として同定する。

再構成領域の中心位置が同定された後、制御部１１は動画表示を再開し、さらに、この動画像に、図９に示すようにして、再構成領域４０を重ねて表示する（ステップＳ３７）。ここで、再構成領域は、再構成領域同定部１９によって同定された中心位置の投影点を中心として再構成領域の大きさの正方形（例えば、２５６^２又は５１２^２のサイズの正方形）を描くことにより表示する。なお、中心位置の投影点は、再構成領域同定部１９によって同定された中心位置を、図示しない投影変換部に送信し、投影角度毎に投影することにより算出される。

操作者は、動画像及びそれに重ねて表示された再構成領域をある角度範囲で確認し、再構成領域が適切に設定されていれば動画表示を最終フレームまで表示させる。この後、制御部１１は動画像表示を停止する。そして、再構成領域同定部１９から再構成部２０に再構成領域の中心位置が送られる。これを受けて、再構成部２０は、再構成領域の中心を中心とした２５６^３若しくは５１２^３の３次元画像を再構成する。

操作者は、動画像及びそれに重ねて表示された再構成領域をある角度範囲で確認する（ステップＳ３８）。再構成領域が適切に設定されていなければ再度確定ボタンを押す。これを受けて制御部１１は、動画像の表示を再停止させる（ステップＳ３９）。この後、ステップＳ２８と同様に、制御部１１は、画像表示部２３に表示されているＤＳＡ画像の中心にポインタ３１を表示させる（ステップＳ４０）。操作者はポインタ３１を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ４１）。これにより、再構成領域の同定に必要な２点目の位置が修正される。この修正により、再度再構成領域同定部１９は、３次元位置上での目的の構造の位置を再計算し、再構成領域の中心位置を修正する。自動的にトラッキングする場合、目的の構造が他の血管などと重なり合うことなどの要因で、正確なトラッキングができない場合がある。ステップＳ３９〜Ｓ４１の処理はそのような場合の回避的な処理である。

以上説明したように、第３の実施形態の位置指定処理では、操作者が目的の構造が観察し易い画像の１点を指定するだけで、再構成領域の中心位置が同定されるので、第１及び第２の実施形態よりも操作がさらに簡略化される。

また、トラッキングの結果として求められた再構成領域を動画表示に重ね合わせて表示することで、操作者は実際に再構成される領域を確認することが可能である。なお、第３の実施形態で示したような再構成領域の確認表示を、図４や図６の処理後に行うようにしても良いことは言うまでもない。

また、第３の実施形態においては、相関演算のみで対応する領域をトラッキングしたが、ステップＳ３４において指定された点とそのときのＸ線管球２の焦点とを結ぶ直線を同定し、その直線をそれぞれの角度のＸ線管球２で投影することで、図１０に示すようなエピポーララインを求め、図１１に示すようにして、エピポーララインの周辺に注目領域を設定して、この注目領域内でのみ相関演算を行うようにしても良い。これにより、２点目の探索時間を短縮しつつ誤ったトラッキングを防ぐことが期待できる。

さらに、ある一定角度範囲で目的の領域をトラッキングせず、例えば１０度毎に最初に設定された注目領域と最も似ている領域をエピポーラライン上で探索し、この中からサイノグラム上に乗るものを信頼できるデータとして採用するようにしても良い。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態は、図３のステップＳ１の位置指定処理及びＳ２の再構成領域同定処理の第３の変形例である。なお、装置の構成及び図３のステップＳ３以降の処理については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

図１２は、第４の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。まず、制御部１１は、サブトラクション処理部１４において撮影方向毎のＤＳＡ画像が得られた直後に、撮影方向毎のＤＳＡ画像を１枚ずつ順次、画像表示部２３に表示させる（ステップＳ５１）。操作者は、画像表示部２３に表示された動画像を観察し、例えば動脈瘤や狭窄などの目的の構造が観察し易い角度を見つけた時点で、位置指定部１８であるマウスの確定ボタン（例えば左クリックボタン）を押す。この操作を受けて制御部１１は、動画像の表示を停止させる（ステップＳ５２）。ここで、第４の実施形態では第２の実施形態と同様に、動画表示が停止され時点ではそのとき表示されていたＤＳＡ画像のみを静止画として表示し、さらにこのＤＳＡ画像の中心位置に、例えば図５（ａ）に示すようなポインタ３０を表示させる（ステップＳ５３）。

この状態で操作者によりマウス操作がなされると、その操作に応じてポインタ３０が移動する。操作者は、ポインタ３０を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ５４）。これにより、再構成領域の同定に必要な点の位置が指定される。

再構成領域同定部１９は、指定された位置とそのときのＸ線管球２の位置とを結ぶ直線の式を計算し、Ｘ線撮影系の概回転中心を通る平面の中で前記直線と垂直に交わる平面の式を導出する。その後、平面と直線との交点の座標を導出し、この交点を再構成領域の中心位置と定義する。再構成領域は、従来例では５１２×５１２×５１２となるところ、この中心座標を中心とした５１２×２５６×２５６の領域として定義される。ここで長軸である５１２は、直線式と平行な軸と一致するように定義する。

以上説明したような第４の実施形態の位置指定処理によって再構成領域を制限することにより、再構成時間を通常の約１/４にすることが可能である。

［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態は、図３のステップＳ１の位置指定処理及びＳ２の再構成領域同定処理の第４の変形例である。なお、装置の構成及び図３のステップＳ３以降の処理については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

図１３は、第５の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。まず、制御部１１は、サブトラクション処理部１４において撮影方向毎のＤＳＡ画像が得られた直後に、撮影方向毎のＤＳＡ画像を１枚ずつ順次、画像表示部２３に表示させる（ステップＳ６１）。操作者は、画像表示部２３に表示された動画像を観察し、例えば動脈瘤や狭窄などの目的の構造が観察し易い角度を見つけた時点で、位置指定部１８であるマウスの確定ボタン（例えば左クリックボタン）を押す。この操作を受けて制御部１１は、動画像の表示を停止させる（ステップＳ６２）。そして、その停止された時点で表示されていたＤＳＡ画像の中心位置に、例えば図５（ａ）に示すようなポインタ３０を表示させる（ステップＳ６３）。この状態で操作者によりマウス操作がなされると、その操作に応じてポインタ３０が移動する。操作者は、ポインタ３０を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ６４）。ここで、第５の実施形態においては、再構成領域の同定に必要な１点の位置を指定した後、操作者は、再構成領域の同定に必要な２点目をトラッキングによって探索する際に必要な注目領域の大きさＤを指定する（ステップＳ６５）。これを受けて、制御部１１は、操作者によって指定された画像内の点（x₀,y₀）を中心とし、操作者によって指定されたＤｃｍ×Ｄｃｍの領域を注目領域として設定する（ステップＳ６６）。その後、制御部１１は、図８に示すトラッキングを行う（ステップＳ６７）。トラッキングの終了後、再構成領域同定部１９は、３次元位置上での目的の構造の位置を計算し、再構成領域の中心位置を同定する。再構成領域の中心位置が同定された後、制御部１１は動画表示を再開し、さらに、この動画像に、図９に示すようにして、再構成領域４０を重ねて表示する（ステップＳ６８）。

以上説明したような第５の実施形態の位置指定処理によってトラッキングの際の注目領域の大きさを操作者が自由に設定することが可能である。これによりトラッキングに係る時間を短縮することが可能である。なお、図１３の例では注目領域の大きさを設定する際に、動脈瘤や狭窄などの目的の構造が存在する１点を１枚のＤＳＡ画像内において指定し、その後に注目領域の大きさを指定しているが、１枚のＤＳＡ画像内において２点以上の点を指定することでより直接的に注目領域を指定できるようにしても良い。この場合には、注目領域の形状は正方領域に限るものではない。

ここで、第５の実施形態においても、第３の実施形態のステップＳ３８〜Ｓ４１の２点目の位置修正の処理を行うようにしても良い。

［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態は、図３のステップＳ１の位置指定処理及びＳ２の再構成領域同定処理の第５の変形例である。なお、装置の構成及び図３のステップＳ３以降の処理については第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

図１４は、第６の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。まず、制御部１１は、サブトラクション処理部１４において撮影方向毎のＤＳＡ画像が得られた直後に、撮影方向毎のＤＳＡ画像を１枚ずつ順次、画像表示部２３に表示させる（ステップＳ７１）。操作者は、画像表示部２３に表示された動画像を観察し、例えば動脈瘤や狭窄などの目的の構造が観察し易い角度を見つけた時点で、位置指定部１８であるマウスの確定ボタン（例えば左クリックボタン）を押す。この操作を受けて制御部１１は、動画像の表示を停止させる（ステップＳ７２）。そして、その停止された時点で表示されていたＤＳＡ画像の中心位置に、例えば図５（ａ）に示すようなポインタ３０を表示させる（ステップＳ７３）。この状態で操作者によりマウス操作がなされると、その操作に応じてポインタ３０が移動する。操作者は、ポインタ３０を目的の構造の位置に移動させた時点で確定ボタンを押す（ステップＳ７４）。ここで、第６の実施形態においては、再構成領域の同定に必要な１点の位置を指定した後、操作者は、最終的に得られる再構成領域の大きさＮを指定する（ステップＳ７５）。この後、制御部１１は、操作者によって指定された画像内の点（x₀,y₀）を中心とし、サイズがＤｃｍ×Ｄｃｍの領域を注目領域として設定する（ステップＳ７６）。その後、制御部１１は、図８に示すトラッキングを行う（ステップＳ７７）。トラッキングの終了後、再構成領域同定部１９は、３次元位置上での目的の構造の位置を計算し、再構成領域の中心位置を同定する。

再構成領域の中心位置が同定された後、制御部１１は動画表示を再開し、さらに、この動画像に、図９に示すようにして、再構成領域４０を重ねて表示する（ステップＳ７８）。ここで、第６の実施形態において、再構成領域は、再構成領域同定部１９によって同定された中心位置の投影点を中心として、例えば操作者によって指定された再構成領域の大きさを有する正方形（Ｎ×Ｎのサイズの正方形）を描くことにより表示する。

操作者は、動画像及びそれに重ねて表示された再構成領域をある角度範囲で確認し、再構成領域が適切に設定されていれば動画表示を最終フレームまで表示させる。この後、制御部１１は動画像表示を停止する。そして、再構成領域同定部１９から再構成部２０に再構成領域の中心位置が送られる。これを受けて、再構成部２０は、再構成領域の中心を中心としたＮ^３の３次元画像を再構成する。ここで、第６の実施形態においても、第３の実施形態のステップＳ３８〜Ｓ４１の２点目の位置修正の処理を行うようにしても良い。

以上説明したような第６の実施形態の位置指定処理によって再構成領域の大きさを操作者が自由に設定することが可能である。なお、再構成領域の形状は立方体に限らず、再構成領域同定部１９によって同定された中心位置を中心として、操作者によって指定された半径を有する球状等であっても良い。また、図１４の例では、動脈瘤や狭窄などの目的の構造が存在する１点を１枚のＤＳＡ画像内において指定し、別の角度のＤＳＡ画像における対応する点をトラッキングによって探索しているが、図１５に示すようにして１枚のＤＳＡ画像内において２点５０、５１を指定し、その２点に対応する２点５０ａ、５１ａをトラッキングによって探索する、若しくは操作者に指定させることによって任意の大きさの再構成領域を設定できるようにしても良い。

以上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や応用が可能なことは勿論である。例えば、以上説明した各実施形態においては、３次元画像処理装置としてＸ線診断装置を示したがこれに限るものではない。

さらに、上記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合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、上述したような課題を解決でき、上述したような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の実施形態に係る３次元画像処理装置の一例としてのＸ線診断装置の構成を示すブロック図である。 Ｘ線撮影部の構成を示す図である。 ＤＳＡ画像が生成されてから３次元画像が表示されるまでの概略的な処理の流れについて示すフローチャートである。 第１の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。 ポインタの表示例について示す図である。 第２の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。 第３の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。 トラッキングの処理の流れにてついて示すフローチャートである。 再構成領域の表示例について示す図である。 第３の実施形態の変形例について示す図である。 エピポーラライン周辺部のみの抽出領域について示す図である。 第４の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。 第５の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。 第６の実施形態における位置指定処理の詳細について示すフローチャートである。 第６の実施形態における位置指定処理の変形例について示す図である。

符号の説明

１…Ｘ線撮影部、２…Ｘ線管球、３…Ｘ線検出器、４…Ｃ型アーム、５…土台、６…支柱、７…寝台、１０…Ｘ線診断装置本体、１１…制御部、１２…Ａ/Ｄ変換部、１３…記憶部、１４…サブトラクション処理部、１５…フィルタ処理部、１６…階調変換部、１７…アフィン変換部、１８…位置指定部、１９…再構成領域同定部、２０…再構成部、２１…３次元画像処理部、２２…Ｄ/Ａ変換部、２３…画像表示部

Claims (23)

1. 患者の周囲を回転しながら複数回の撮影を行って得られた前記患者に関する撮影方向の異なる複数の画像から３次元画像を得る３次元画像処理装置において、
   前記撮影方向の異なる複数の画像のうちの１枚の１点を指定するための位置指定手段と、
   前記指定された１点から、前記撮影方向の異なる複数の画像で再構成可能な領域の１/８以下の領域を再構成領域として同定する再構成領域同定手段と、
   前記同定された再構成領域内の画像を再構成して３次元画像を得る再構成手段と、
   を具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
2. 画像を表示する表示部と、
   前記撮影方向の異なる複数の画像を動画像として前記表示部に順次表示させる制御部と、
   をさらに具備し、
   前記位置指定部は、
   前記動画像の表示を停止させるための動画像停止部と、
   前記停止された時点で前記表示部に表示されている画像内の点を指定するための指定部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元画像処理装置。
3. 前記制御部は、前記撮影の直後に前記動画像を表示させることを特徴とする請求項２に記載の３次元画像処理装置。
4. 前記動画像停止部は、１操作で前記動画像の表示を停止させる操作部材を含むことを特徴とする請求項２に記載の３次元画像処理装置。
5. 前記指定部は、前記操作部材と同一の操作部材の操作を受けて前記１点を指定することを特徴とする請求項４に記載の３次元画像処理装置。
6. 前記再構成領域同定部は、前記位置指定部によって指定された点と前記１点を含む画像とは撮影方向の異なる画像内の１点とから前記再構成領域を同定することを特徴とする請求項２に記載の３次元画像処理装置。
7. 前記制御部は、前記指定部によって１点が指定された後、この１点を含む画像とは撮影方向の異なる画像を静止画像として前記表示部に表示させ、
   前記再構成領域同定部は、前記表示部に静止画表示された前記撮影方向の異なる画像内で指定された１点を、前記撮影方向の異なる画像内の１点とすることを特徴とする請求項６に記載の３次元画像処理装置。
8. 前記表示される静止画像は、前記位置指定部によって指定された１点を含む画像に対して３０度以内の角度にある画像であることを特徴とする請求項７に記載の３次元画像処理装置。
9. 前記制御部は、前記再構成領域同定部によって同定された再構成領域を前記静止画像に重ね合わせて前記表示部に表示させることを特徴とする請求項７に記載の３次元画像処理装置。
10. 前記制御部は、前記指定部によって１点が指定された後、前記動画像の表示を再開し、
    前記再構成領域同定部は、前記表示が再開された動画像が動画像停止部によって再停止され、再停止された時点で前記表示部に表示されている画像内の１点が指定部によって指定されたときに、該指定された１点を前記撮影方向の異なる画像内の１点とすることを特徴とする請求項６に記載の３次元画像処理装置。
11. 前記再構成領域同定部は、前記指定部によって指定された１点を中心とした領域を注目領域として抽出し、該抽出された注目領域の画像を元に前記撮影方向の異なる画像内で、前記指定部によって指定された１点と対応する点を探索して、その点を前記撮影方向の異なる画像内の１点とすることを特徴とする請求項６に記載の３次元画像処理装置。
12. 前記再構成領域同定部は、前記指定部によって指定された１点と対応する点を相関演算によって探索することを特徴とする請求項１１に記載の３次元画像処理装置。
13. 前記再構成領域同定部は、前記注目領域内でかつエピポーララインによって制限される領域内で前記相関演算を行うことを特徴とする請求項１１に記載の３次元画像処理装置。
14. 前記相関演算の範囲は前記指定部によって指定された１点の周辺の画像に基づいて決定することを特徴とする請求項１１に記載の３次元画像処理装置。
15. 前記制御部は、前記再構成領域同定部によって再構成領域が同定された後、前記動画像の表示を再開すると共に、前記再開した動画像の各フレームに前記同定された再構成領域を重ね合わせて前記表示部に表示させることを特徴とする請求項２に記載の３次元画像処理装置。
16. 前記再構成領域同定部は、前記重ね合わせ表示が終了された時点で最終的な再構成領域を確定することを特徴とする請求項２に記載の３次元画像処理装置。
17. 患者の周囲を回転しながら複数回の撮影を行って得られた前記患者に関する撮影方向の異なる複数の画像から３次元画像を得る３次元画像処理装置において、
    前記撮影方向の異なる複数の画像のうちの１枚の点を指定するための位置指定部と、
    前記指定された点から、前記撮影方向の異なる複数の画像で前記指定した点に対応する点を探索する探索部と、
    前記指定した点及び探索した点を用いて再構成可能な領域の一部分の領域を再構成領域として同定する再構成領域同定部と、
    前記同定された再構成領域内の画像を再構成して３次元画像を得る再構成部と、
    を具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
18. 前記探索部は、前記指定された点を中心とした領域を注目領域として抽出し、該抽出された注目領域の画像を元に前記撮影方向の異なる画像内で、前記指定した点に対応する点を探索することを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像処理装置。
19. 前記探索部は、前記注目領域の大きさを指定するための注目領域範囲指定部を有し、
    前記指定された点を中心とし、前記注目領域範囲指定部によって指定された大きさの領域を注目領域として抽出することを特徴とする特徴とする請求項１８に記載の３次元画像処理装置。
20. 前記探索部は、前記注目領域を指定するための複数の点を指定するための注目領域指定部を有し、
    前記注目領域指定部によって指定された大きさの領域を注目領域として抽出することを特徴とする請求項１８に記載の３次元画像処理装置。
21. 前記再構成領域の大きさを指定するための再構成範囲指定部をさらに具備し、
    前記再構成領域同定部は、前記指定した点及び探索した点を用いて同定される点を中心とし、前記再構成範囲指定部によって指定される大きさを有する領域を前記再構成領域として同定することを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像処理装置。
22. 前記再構成領域を指定するための複数の点を指定する再構成領域指定部をさらに具備し、
    前記再構成領域同定部は、再構成領域指定部によって指定された大きさを有する領域を前記再構成領域として同定することを特徴とする請求項１７に記載の３次元画像処理装置。
23. 患者の周囲を回転しながら複数回の撮影を行って得られた前記患者に関する撮影方向の異なる複数の画像から３次元画像を再構成するための再構成領域指定方法において、
    前記撮影方向の異なる複数の画像のうちの１枚の１点を指定し、
    前記指定された１点から、前記撮影方向の異なる複数の画像で再構成可能な領域の１/８以下の領域を再構成領域として同定する、
    ことを特徴とする再構成領域指定方法。

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