JP2011172782A - 医用画像処理装置および医用画像処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】高解像度で被検体を撮影して、その歪みを補正すること。
【解決手段】ステレオＸ線源１０２および平面検出器１０３は、２つの視点から被検体にＸ線を照射し、２つの視点に対応する透過Ｘ線を検出して第１断層画像を得る。電子スキャン装置１０１は、被検体を周囲の複数個所からＸ線撮影して、被検体について複数の第２断層画像を得る。歪み判定部３０６および歪み補正部３０７は、複数の第２断層画像に基づいて被検体の第３断層画像を生成し、第３断層画像の形状に合わせて第１断層画像の形状を補正する。画像形成部３０８は、補正された被検体の各断面についての各第１断層画像を組み合わせることにより、被検体の３次元画像を形成する。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数の視点から被検体を撮影し、撮影結果に基づいた画像を表示する医用画像処理装置および医用画像処理プログラムに関するものである。

一般に、医用画像の撮影にはＸ線管を用いたＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置が用いられており、被検体の周囲を１回転でスキャンすることにより撮影することが可能となっている。しかし、１回転にかかる時間の制約上、低被爆で質の良い動画像を得たい、という要求を満たすのは困難である。Ｘ線発生源および検出器が被検体の周りを一周することにより、１画像の撮影が完了するので、その回転速度にしたがって撮影されるフレーム数が決定されるからである。同一時間における撮影フレーム数を上げるために、回転速度をさらに１０倍に高める必要があるが、この場合機械的回転の遠心力が１００倍にもなる。また、動画像の解像度を上げるために平面検出器の解像度を縦方向に１０倍、横方向に１０倍とすると、それによってデータ量が１００倍になり、これに回転速度による分をかけ合わせると、データレートが約１０００倍にも至ってしまう。

以上の理由から、近年、特許文献１に示すように、機械的な回転機構を用いずに、被検体周囲の円周上でＸ線発生源を配置し、被検体に対してＸ線を照射する電子スキャン装置が提供されている。この電子スキャン装置は、被検体周囲の円周各部にＸ線発生部と、発生したＸ線を検出する検出部を多数配置している。それにより、機械的回転を必要とせずに、３次元的なＸ線によるＣＴ撮影を可能としている。

特開２００９−７７９０３号公報

この電子スキャン装置は、被検体周囲に電子源および検出器を多数配置しており、Ｘ線照射位置を電子的に高速で変化させることにより機構的な可動部がないため、従来のＸ線ＣＴ装置よりも撮影速度を向上させることができる。電子スキャン装置の場合は、シャッターによって各電子源によるＸ線の照射をオンオフすることで撮影することができるが、電子スキャン装置の電子源の照射強度には限度がある。その一方で撮影速度を向上させるためには、シャッター速度を向上させる必要があり、シャッター速度を向上させるに連れて、１回の撮影にかかる時間は減少する。したがって、１回の撮影にかかるＸ線照射の総量は減少する。つまり、検出されるＸ線の量が減り、高解像度で撮影するのが困難であるという問題がある。

特にＸ線量の少なさから、画像がノイズを含みやすいことが考えられる。その一方で、Ｘ線管を用い、高出力で照射することにより撮影する高解像度撮影の撮影装置によって被検体を撮影することもできるが、上述のようにＸ線ＣＴ装置や電子スキャン装置のように、被検体を取り囲む構造ではないので、多方面から同時に撮影することができない。

また、機構的に撮影を実現することができたとしても、上述のようにデータレートが回転により１０倍、平面検出器の利用により１００倍で合計１０００倍となってしまう。撮影により得られるデータ量が１０００倍にもなってしまうと、この膨大なデータ量をシステム的に処理しきれないという問題も発生する。

一方、高解像度の撮影を望む場合には、２視点からのＸ線管を用いた高解像度撮影を行い、その２視点の視差を利用して立体画像を得るという方式が考えられる。しかし、得られる立体画像の根拠となるのがたった２つの画像のみであるので、画像内部の各部の位置が前記視点から遠方になるほど正確に把握できないという問題がある。

つまり、同一対象に対して２つの照射位置から撮影した場合、三角測量と同様に、両者から対象を見た視差を利用するので、たとえばその視差がないような場合、その撮影対象の位置が正確に把握されず、その結果画像に歪みが生じる場合がある。そこで本発明者は、被検体を多視点から撮影し、位置の把握が比較的正確な電子スキャン装置と、高解像度の撮影装置の利点を組み合わせて画像の歪みを補正できることに着眼した。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高解像度で被検体を撮影して、画像の歪みを補正することができる技術を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる医用画像処理装置は、２つの視点から被検体にＸ線を照射し、前記２つの視点に対応する透過Ｘ線を検出して第１断層画像を得る第１撮影手段と、前記被検体を周囲の複数個所からＸ線撮影して、前記被検体について複数の第２断層画像を得る第２撮影手段と、前記第２撮影手段によって得られた複数の第２断層画像に基づいて前記被検体の第３断層画像を生成し、該第３断層画像の形状に合わせて前記第１断層画像の形状を補正する補正手段と、前記補正手段によって補正された前記被検体の各断面についての各第１断層画像を組み合わせることにより、前記被検体の３次元画像を形成する画像形成手段と、を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項９にかかる医用画像処理プログラムは、２つの視点から被検体にＸ線を照射し、前記２つの視点に対応する透過Ｘ線を検出して第１断層画像を得る第１撮影ステップと、前記被検体を周囲の複数個所からＸ線撮影して、前記被検体について複数の第２断層画像を得る第２撮影ステップと、前記第２撮影ステップによって得られた複数の第２断層画像に基づいて前記被検体の第３断層画像を生成し、該第３断層画像の形状に合わせて前記第１断層画像の形状を補正する補正ステップと、前記補正ステップによって補正された前記被検体の各断面についての各第１断層画像を組み合わせることにより、前記被検体の３次元画像を形成する画像形成ステップと、を特徴とする。

以上により、２つの視点から撮影を実行して高解像度の第１断層画像を得るとともに、被検体の周囲の複数個所からＸ線撮影することによって得られた第２断層画像を得て、２つの視点からの撮影により得られた第１断層画像の歪みを補正することができる。この第２断層画像に基づいて第３断層画像を生成し、これを用いて第１断層画像を補正することができる。この補正された第１断層画像を用いて３次元画像を生成するので、本実施形態によって、高分解能の３次元画像を生成することができる。

本実施形態の医用画像処理装置の外観構成図である。 電子スキャン装置の横の断面から見た構成を示す図である。 本実施形態の画像処理部の機能ブロック図である。 ステレオ撮影の場合の被検体に対する配置を説明する概略図である。 電子スキャン撮影による被検体の撮影方向を説明する概略図である。 ステレオ撮影による被検体の撮影方向を説明する概略図である。 ステレオ撮影による断面画像を説明する概略図である。 ステレオ撮影による断面画像の取得について説明する概略図である。 ステレオ撮影による撮影位置の歪みおよびその補正を説明する概略図である。 本実施形態の医用画像処理装置の処理動作を示すフローチャートである。 レンチキュラーレンズを用いて画像を表示するときの概略図である。 本発明の他の実施形態を説明するための概略図である。 本発明のさらに他の実施形態を説明するための概略図である。 ステレオ撮影による輪郭の歪みを説明する概略図である。 ステレオ撮影による輪郭の歪み補正を説明する概略図である。

［発明の実施の形態］
図１〜３をもとに、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本実施形態の医用画像処理装置における、電子スキャン装置１０１と、ステレオＸ線源１０２と、平面検出器１０３と、寝台装置１０４と、天板１０５と、アーム１０６を含む外観構成図である。

ステレオＸ線源１０２と平面検出器１０３は、第１撮影手段の一例として挙げられるが、アーム１０６に天板１０５上の被検体を挟んで対向して取り付けられている。アーム１０６は可動に構成されており、アーム１０６の動作により、アーム１０６に取り付けられているステレオＸ線源１０２と平面検出器１０３を所望の位置に配置することができる。このステレオＸ線源１０２と平面検出器１０３の組み合わせにより、高い空間分解能の画像を３０フレーム毎秒のレートで取得する。ステレオＸ線源１０２は、距離の離れた２つの焦点をもつステレオＸ線管から放射されるＸ線を交互に切り替え、平面検出器１０３で検出する画像データを、Ｘ線切り替えと同期して取得する。それにより、右と左の視点からの第１断層画像としてのステレオ画像を取得することができる。平面検出器１０３は、多数のＸ線検出器を行列状に配列して構成されている。

ステレオＸ線源１０２と平面検出器１０３により高解像度の画像が２つ得られ、この２つの画像により２つの目に映る像に視差が生じることで立体的に見える。距離が近いものは視差が大きく、距離が遠いものは視差が小さい。このようにしてステレオ撮影を実行する。視差は、２つの視点の中間になるほど、かつ２つの視点からより遠くになるほど小さくなる。そして、この視差が小さいほど、像の位置誤差が大きくなる。この点について、図８を用いて後述する。

電子スキャン装置１０１は、第２撮影手段の一例として挙げられる。電子スキャン装置１０１は、電子的な制御に基づいて被検体周囲の円周上でＸ線を発生させるとともに当該Ｘ線を被検体に対して照射し、被検体を透過したＸ線を検出して投影データを生成する装置である。この投影データは、空間分解能は高くないが、正確な３次元の静止画像として得られる。具体的には、電子スキャンリングを有し、電子スキャンリングを用いて被検体を撮影する。このようにして、電子スキャン撮影を実行し、第２断層画像としての電子スキャン画像を取得する。この電子スキャン装置１０１の構成を、図２を用いて説明する。

図２は、電子スキャン装置１０１の構成を示す図であって、横から見た断面図である。この電子スキャン装置１０１には、被検体を囲めるリングに配された複数の電子源１１２と、リングの中心を挟んで各電子源に対抗する位置に配され、被検体からの透過Ｘ線を検出する検出器１２１とが配置されている。

電子源１１２は、たとえばカーボン・ナノチューブによる電子源であり、ターゲットリング１１０に対して焦点１１１を形成するように電子ビームを照射する。ターゲットリング１１０は、それぞれリング状に形成された部材であり、各電子源１１２から同様に電子ビームが照射された焦点１１１から被検体に対してＸ線１１３を照射する。

検出器リング１２０は、多列の検出器１２１を同一円周上に配置することによって形成されたリング状の構造体である。検出器１２１は、ターゲットリング１１０により照射され、被検体を透過したＸ線１１３を検出する。この検出器１２１は、検出したＸ線１１３に基づいて、投影データを生成し、生成した投影データをコンソール装置に対して送信する。上記のように、電子スキャン装置１０１による撮影では、Ｘ線による照射量が小さいが、被検体の周囲、３６０度にわたって測定するため、画像の位置は正確に得られる。

図３は、本実施形態の画像処理装置の機能ブロック図である。図３において、画像処理部３００は、図１に示した電子スキャン装置１０１および平面検出器１０３からの入力を受け、本実施形態の各処理を実行する。画像処理部３００は、メモリ３０３，３０４、３次元画像生成部３０５、歪み判定部３０６、歪み補正部３０７、画像形成部３０８、表示制御部３０９、入力部３１０、制御部３１１、表示部３１２を含む。

図３の画像処理部３００の各部は、制御部３１１により制御される。具体的には、制御部３１１は、電子スキャン装置１０１の動作を制御したり、被検体の画像を表示したりする。制御部３１１は、操作者から各種操作を受け付け、操作者から受け付けた操作に基づいて、Ｘ線の照射や寝台装置１０４による天板１０５の移動などを制御し、生成された投影データから画像を再構成し、再構成された画像を出力する。その一方で、ステレオＸ線源１０２から、被検体に向けてＸ線を照射させ、平面検出器１０３によって投影データを検出させる。電子スキャン撮影とステレオ撮影は、本実施形態では連続して実行される。

そして撮影時には、制御部３１１が、操作者から受け付けた操作に基づいて電子スキャン装置１０１および天板１０５の動作を制御する。具体的には、寝台装置１０４は、まず、天板１０５を制御して、被検体が載置された天板１０５を電子スキャン装置１０１内へ移動する。続いて制御部３１１は、電子スキャン装置１０１を制御して、電子的な制御に基づいて被検体周囲の円周上でＸ線を発生させ、そのＸ線を被検体に対して照射させる。

メモリ３０３は電子スキャン装置１０１から送出された電子スキャン画像を保存する。メモリ３０４は、平面検出器１０３から送出された投影データ（ステレオ画像）を保存する。

３次元画像生成部３０５は、メモリ３０３に記憶された投影データから、３次元画像を生成する。電子スキャン装置１０１は、被検体を挟んで多数の検出器１２１を配しており、この多数の位置から撮影するので、被検体の撮影対象の各位置を正確に撮影することができる。３次元画像生成部３０５は、この正確な位置のもとで断層画像データをそれぞれ取得することができ、この取得された断層画像データから３次元画像を生成する。

歪み判定部３０６は、画像整合処理と歪み判定処理を実行する。まず、画像整合処理を説明する。歪み判定部３０６は、メモリ３０４から第１断層画像としてのステレオ画像を読み出す。ステレオ画像の生成については、図８を用いて後述する。また、歪み判定部３０６は、第２断層画像としての電子スキャン画像から得られた３次元画像を、３次元画像生成部３０５から読み出す。歪み判定部３０６は、この３次元画像から、ステレオ画像のそれぞれと同じ断面に沿った第３断層画像としての断層画像を生成する。

図４は、ステレオ撮影する場合の被検体に対する配置を説明する概略図である。図１に示したステレオＸ線源１０２は、Ｘ線源４０１とＸ線源４０２により構成される。この２つのＸ線源４０１とＸ線源４０２により被検体を照射することによりステレオ撮影を実行する。このときに被検体の体軸方向に垂直な面を形成する断面方向４０５と、被検体の体軸方向に沿った向きである断面方向４０６の２つから撮影画像の歪み補正を実行する。

図５は、電子スキャン撮影による被検体の撮影方向を説明する概略図である。図５は、図４に示した断面方向４０６の方向の断面に沿って図示している。歪み判定部３０６による画像整合処理に関して用いられる比較用画像を説明する。図１でも示したように、電子スキャン装置１０１が被検体を取り囲むように配置されている。電子スキャン装置１０１による被検体の照射方向は垂直である。電子スキャン装置１０１は、被検体に対して垂直に、そして被検体の体軸方向に沿って移動して撮影を実行し、被検体の断層画像を取得する。３次元画像生成部３０５は、このように取得された被検体の断層画像から３次元画像を生成し、この３次元画像から第３断層画像としての比較用画像を生成する。この比較用画像は、図５に示したような被検体に対する垂直方向の断面画像ではなく、図６に示したような、ステレオＸ線源１０２から放射方向の断面の画像となる。

図５に示したように、電子スキャン撮影は被検体に対して垂直になるが、後述の図６に示すようにステレオ撮影はステレオＸ線源１０２からの放射状の撮影となるので、被検体への照射は必ずしも垂直ではない。つまりそれぞれの投影データの座標体系が異なる。そこで両者が同一の座標体系の平面として比較の対象となるようにする。それにより、歪み判定部３０６は、３次元画像生成部３０５から読み出された３次元画像から、ステレオ画像と同一の平面となる各断層画像を生成する。この断層画像が比較用画像である。以上の画像整合処理により、電子スキャン撮影とステレオ撮影の両者で得られた画像は、同一座標体系で表されるので、比較対象となる。

図６は、ステレオ撮影による被検体の撮影方向を説明する概略図である。図６も、図５と同様に図４に示した断面方向４０６の方向の断面に沿って図示している。図５に引き続き、歪み判定部３０６による画像整合処理に関して用いられる比較用画像を説明する。図１に示したように、ステレオＸ線源１０２および平面検出器１０３は被検体に対して配置される。なおここでは被検体を横から見た場合を図示しているのでステレオＸ線源１０２をまとめているが、これを被検体の上または下から見た場合、図８および図９に示したように、Ｘ線源４０１および４０２の２つが配置されている。

このステレオＸ線源１０２からは、図６に示したように放射状に照射方向が広がる。したがって、ステレオ画像は図６に示したように放射方向に広がる断面画像が得られる。一方で電子スキャン画像は図５に示したように被検体に対して垂直方向に得られるので、そのままでは比較の対象として用いることはできない。そこで、歪み判定部３０６は、画像整合処理として、３次元画像生成部３０５によって得られた３次元画像から、図６に示された放射方向に上述の各比較用画像を切り出す。

図７は、ステレオ撮影による断面画像を説明する概略図である。図６では断面方向４０６に沿った断面で撮影方向を示したが、ステレオ画像を図４と同じ方向から示した場合、図７のようになる。図６に示したようにステレオＸ線源１０２から放射状にＸ線が照射されるが、それにより図７に示すように断面４０７の画像が形成される。この断面４０７の画像がステレオ画像となる。一方、電子スキャン撮影の場合、図５を用いて説明したように電子スキャン画像は被検体に垂直な方向に形成されるので、断面４０７のような斜めの方向ではない。したがって、歪み判定部３０６は、３次元画像生成部３０５によって電子スキャン画像から形成された３次元画像から、断面４０７に沿った断層画像を生成する。この断層画像が比較用画像となる。比較用画像は、断面４０７に沿った面の画像なので、ステレオ画像との比較の対象となりうる。

図８は、ステレオ撮影による断面画像の取得について説明する概略図である。図８は、図７の断面４０７を、図５〜図７と異なり、図４に示した断面方向４０５の方向の断面に沿って図示している。図８を用いて歪み判定部３０６による歪み判定処理を説明する。図１に示したステレオＸ線源１０２は２つによって構成されるので、図８では２点のＸ線源４０１およびＸ線源４０２として示している。この２点のＸ線源４０１、４０２から照射されたＸ線４００は、平面検出器１０３によって検出される。

ここでは、撮影位置４１１、４２１、４３１をそれぞれ撮影した場合について説明する。Ｘ線源４０１およびＸ線源４０２は、被検体内の撮影位置４１１、４２１、４３１に向けてそれぞれＸ線４００を照射する。照射されたＸ線は、平面検出器１０３でそれぞれ検出される。撮影位置４１１については、検出位置４１２および４１３で検出する。撮影位置４２１については、検出位置４２２および４２３で検出する。撮影位置４３１については、検出位置４３２および４３３で検出する。

以上のように同一の点を異なるＸ線源４０１および４０２のそれぞれで照射するので、この同一の点の画像が、それぞれ平面検出器１０３上の異なる位置で検出されることになる。この異なる位置で検出された同一の点について、いわゆる三角測量の原理を適用し、それにより各撮影位置４１１、４２１、４３１の奥行き方向の位置を求め、それにより立体的な配置を求める。三角測量とは、三角形の１辺の長さと２つの内角が分かっていると残りの１点の位置が確定できるということを利用した原理である。すなわち、平面検出器１０３の上の２点の間の距離と、その２点へのＸ線の入射角から各撮影位置４１１、４２１、４３１を求める方法である。

このように、撮影位置４１１、４２１、４３１を撮影する場合を例に挙げて説明するが、ステレオ画像内で撮影位置４１１、４２１、４３１と、Ｘ線源４０１およびＸ線源４０２から離れて平面検出器１０３に近づくにつれて歪みが増していく。すなわち、ステレオ画像内の各点の位置が比較用画像と一致する位置であるはずのところが、より遠くの位置へとずれていく。このズレを歪み判定部３０６で判定する。

撮影位置４１１、４２１、４３１の順にＸ線源４０１および４０２から遠くなり、すなわちｙ軸、奥行き方向に遠くなる。これにしたがって、Ｘ線源４０１および４０２からのＸ線４００が交差する角度が小さくなり、平面検出器１０３上の各検出位置間の距離が短くなる。すなわち、撮影位置４１１については、検出位置４１２および４１３の間の距離、撮影位置４２１については、検出位置４２２および４２３の間の距離、撮影位置４３１については、検出位置４３２および４３３の間の距離がそれぞれ短くなり、またそれぞれの２つの内角が直角に近くなる。それにより、撮影位置４１１、４２１、４３１の各位置が正確に求めにくくなる。

つまり、各撮影位置４１１、４２１、４３１について、Ｘ線源４０１および４０２からの距離の差が小さくなるほどに、また両光源から遠くなるほどに、ｙ軸方向、奥行き方向の距離を測定する精度が悪くなる。すなわちｙ軸方向の距離分解能が悪くなる。

次に、歪み判定処理について説明する。歪み判定部３０６は、以上のような画像整合処理によって得られた比較用画像を基準として、ステレオ画像の各部の歪みを求める。特に歪み判定部３０６は、被検体内の特徴点を比較用画像とステレオ画像内でそれぞれ特定し、両者の特徴点間のズレを求める。ステレオ画像内の特徴点と、比較用画像内の同一の特徴点を特定する。この場合、画素で構成される両者の特徴点の相関をとって特定する。この両者に共通する特徴点であるが、歪みや位置ズレが生じている場合、この特徴点の配置に両者でそれぞれズレが生ずる。この特徴点間のズレが、歪み判定部３０６で求められる。すなわち、ステレオＸ線源１０２の２つの中心から平面検出器１０３に向かう方向、すなわち奥行き方向をｙ軸と考えると、ステレオ画像は特にこのｙ軸方向にズレが生じる場合が予想される。そこで、この各特徴点のｙ軸方向、奥行き方向のズレを、比較用画像を基準にステレオ画像について求める。この歪み判定処理は図９を用いて後述する。歪み判定部３０６は、このように得られた歪み情報を歪み補正部３０７に出力する。

歪み補正部３０７は、歪み判定部３０６から歪み情報を、メモリ３０４からステレオ画像を読み出す。そして歪み情報によって示される歪みをなくす方向にステレオ画像を補正する。つまり、ステレオ画像中の各特徴点の位置を移動して、比較用画像上の同一となる特徴点の位置に合わせる。言い換えると、歪み補正部３０７は、画像整合処理によって得られた比較用画像の形状に合わせて、ステレオ画像の形状を補正する。すなわち図９に示すように、歪み補正部３０７は、両者の各特徴点の配置を一致させる方向にステレオ画像の形状を補正する。特に、ｙ軸方向、奥行き方向のズレがこのときに補正される。この形状を補正することは、ステレオ画像の位置を補正することを含む。この歪み補正処理については、図９を用いて説明する。

図９は、ステレオ撮影による撮影位置の歪みおよびその補正を説明する概略図である。図９は、図８と同様に図７の断面４０７を、図４に示した断面方向４０５の断面に沿って図示している。図９を用いて、図８に引き続いて歪み判定部３０６による歪み判定処理、そして歪み補正部３０７による歪み補正処理を説明する。図８を用いて説明したように、Ｘ線源４０１および４０２から照射することにより、ステレオ撮影を実行するが、それによりｙ軸方向に歪みが生じる。一方で電子スキャン装置１０１によって被検体が撮影され、それによる３次元画像が得られる。そこで、歪み判定部３０６は、この３次元画像に基づく比較用画像を生成し、歪み補正部３０７は、この比較用画像に合わせてステレオ画像を補正する。

上述の図８で説明したように、撮影位置に対するＸ線源４０１および４０２からの距離の差が大きいほど、そして両者と撮影位置によって形成される角度が大きくなればなるほど、三角測量の原理がよりよく適用されるようになり、したがってｙ軸方向の位置がより正確に把握されるようになるが、逆に距離の差が小さく、形成される角度が小さいほどｙ軸方向の歪みは大きくなる。話を単純化すると、ステレオＸ線源１０２に近づくほどステレオ画像の歪みは小さくなり、平面検出器１０３に近づくほどステレオ画像の歪みは大きくなる。そして、被検体内の位置によって歪みの大きい部分と小さい部分が生ずるので、その歪みの大きさに合わせて、歪み補正部３０７は補正処理を実行する。

たとえば、被検体内の撮影位置５０２および５０３を例にして説明する。これらはＸ線源４０１および４０２に比較的近く、また中心線からずれているのでＸ線源４０１−撮影位置５０２−Ｘ線源４０２、そしてＸ線源４０１−撮影位置５０３−Ｘ線源４０２によって形成される角度も大きくなる。したがって比較用画像に対するｙ軸方向のズレは小さくなり、撮影位置５０２および５０３の画像については、歪み補正部３０７による補正の幅は小さいか補正が不要ということになる。

一方で撮影位置５０４については、中心線上にあって、撮影位置５０２および５０３からさらにＸ線源４０１，４０２から遠ざかった位置にある。したがって、Ｘ線源４０１−撮影位置５０４−Ｘ線源４０２によって形成される角度も大きくなり、比較用画像に対するｙ軸方向のズレは大きくなる。すなわち、ステレオ撮影による撮影位置５０４に対して、比較用画像の同一の点は、ズレ５０５だけ離れた異なる位置となる。そこで、歪み判定部３０６はズレ５０５を求め、歪み補正部３０７はこのズレ５０５を補正する。

一方で撮影位置５０６，５０８については、中心線上からは離れるが、さらにＸ線源４０１，４０２から遠ざかった位置にある。したがって、Ｘ線源４０１−撮影位置５０６−Ｘ線源４０２、Ｘ線源４０１−撮影位置５０８−Ｘ線源４０２によって形成される角度も大きくなる。したがって、比較用画像に対するｙ軸方向のズレは同様に生じ、ステレオ撮影による撮影位置５０６，５０８に対して、それぞれ比較用画像の同一の点は、ズレ５０７，５０９だけ離れた異なる位置となる。そこで、歪み判定部３０６はそれぞれズレ５０７、５０９を求め、歪み補正部３０７はこのズレ５０７，５０９を補正する。

さらに撮影位置５１０については、中心線上にあって、さらにＸ線源４０１，４０２から遠ざかった位置にある。したがって、Ｘ線源４０１−撮影位置５１０−Ｘ線源４０２によって形成される角度も大きくなる。比較用画像に対するｙ軸方向のズレはさらに大きくなり、歪み判定部３０６はズレ５１１を求め、歪み補正部３０７はこのズレ５１１を補正する。なお、上記説明は、代表的な撮影位置５０２〜５０４、５０６、５０８について説明したが、より多くの点で補正することが好ましい。この場合、代表点を補正し、代表点間を補間するようにしてもよい。

画像形成部３０８は、歪み補正部３０７によって補正された被検体の各断面についての各ステレオ画像を組み合わせることにより、被検体の３次元画像を形成する。形成された３次元画像は表示制御部３０９に出力される。

また画像形成部３０８は、上述の３次元画像に基づいて動画を生成する。本実施形態では電子スキャン撮影とステレオ撮影をともに高速で連続して実行している。そこで、画像形成部３０８は、この撮影された順序に従った動画とする。形成された動画は表示制御部３０９に出力される。

入力部３１０は、表示制御部３０９に対する指示を入力する。ここで入力される指示は、左や右などの方向を示すものであり、たとえば一連の画像が表示部３１２に表示されているときに、表示される画像の視点を左に移したり、右に移したりするための指示である。表示制御部３０９は、画像形成部３０８から画像または動画を読み出して、表示部３１２に出力する信号に変換し、この信号を表示部３１２に出力する。また、入力部３１０からの方向を示す指示の入力を制御部３１１を介して受けて、表示される画像の視点を左、右に移す制御を表示部３１２に対して実行する。

一方で、入力部３１０は、所望の視点位置の入力を受け付けることができる。制御部３１１は、入力部３１０からの入力にしたがって、アーム１０６を制御する。アーム１０６は、制御部３１１からの制御にしたがって、入力部３１０によって入力された視点位置に合わせて、ステレオＸ線源１０２および平面検出器１０３を移動する。これにより、ステレオＸ線源１０２および平面検出器１０３によって定まる視点位置が変更される。このように制御部３１１によってアーム１０６が制御されるので、入力部３１０から入力された所望の視点位置からの撮影をすることができる。これにより、入力部３１０から入力された所望の視点位置から見たステレオ画像を取得することができ、上述の実施の形態で説明したように、このステレオ画像の歪みが補正される。

表示部３１２は、表示制御部３０９から出力された信号に基づいて画像を表示するディスプレイであり、表示制御部３０９からの入力に基づいて画像を表示する。

画像処理部３００は、図１で説明したコンソール装置によって構成される。画像処理部３００は、情報処理装置（ＣＰＵ）と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどの記憶装置（図示しない）とを備えている。記憶装置には、画像処理部３００の各部の機能を実行するための処理プログラムが記憶されている。その処理プログラムには、３次元画像生成部３０５、歪み判定部３０６、歪み補正部３０７、画像形成部３０８、表示制御部３０９、入力部３１０、制御部３１１、表示部３１２の各処理を実行するためのプログラムが含まれる。そして、情報処理装置（ＣＰＵ）が各プログラムを実行することにより、各処理が実行される。

図１０は、本実施形態の画像処理部の処理動作を示すフローチャートである。まず、希望する視点からの各断面のステレオ撮影および電子スキャン撮影を実行する（ステップＳ８０１）。この撮影は、図１に示した電子スキャン装置１０１による電子スキャンの撮影と、ステレオＸ線源１０２および平面検出器１０３によるステレオ撮影とを連続して行うものである。また、それぞれ１度ではなく、一定の時間にわたってある程度の枚数分だけ撮影する。ステレオ撮影の撮影機能の方が電子スキャン撮影に比べて高速であるので、撮影枚数は多い。次に、電子スキャン画像が得られているので、３次元画像生成部３０５は、電子スキャン画像から３次元画像を生成する（ステップＳ８０２）。

そして、歪み判定部３０６は、画像整合処理を実行する（ステップＳ８０３）。すなわち、図５および図６に関連して説明したように、ステレオ画像と電子スキャン画像は方向が異なるので、電子スキャン画像から得られた３次元画像からステレオ画像と同じ向きの斜め方向に沿った断面画像を生成して比較用画像を取得する。そして、この比較用画像をステレオ画像に対応させる。

次に、歪み判定部３０６は、比較用画像とステレオ画像の中からそれぞれ特徴点を特定する（ステップＳ８０４）。特徴点は、図９に示した撮影位置５０２，５０３，５０４，５０６，５０８，５１０などの被検体内部の各点である。この特徴点は、図９においては示しやすい点をランダムに提示したが、被検体内部の機能的または構造的に特徴的な点を選ぶことができる。また、演算に用いやすい位置を選ぶこともできる。いずれにしても、歪み判定部３０６は、比較用画像とステレオ画像上で共通となる位置を特徴点として設定し、各画像内の特徴点を特定する。

次に、歪み判定部３０６は、比較用画像とステレオ画像のそれぞれの特徴点を比較し（ステップＳ８０５）、両者の画像の奥行き方向の座標のズレを求める（ステップＳ８０６）。両者のズレの判定については、図９に示したとおりである。そして歪み補正部３０７は、このズレを修正するようにステレオ画像を補正する（ステップＳ８０７）。そして画像形成部３０８は、補正されたステレオ画像を組み合わせて３次元画像を生成し（ステップＳ８０８）、一連の処理を終了する。以上のように得られた３次元画像は表示制御部３０９に入力され、表示部３１２により各種表示処理が実行される。

以上、ステレオ画像の補正処理について説明した。このように生成された３次元画像について、単一の視点からの２次元画像を生成して表示することもできるが、３次元画像として利用者に提示する表示形式も考えられる。映像を３Ｄに見せるための形式として、メガネ式と裸眼式が挙げられる。メガネ式の場合、たとえば一方を赤、もう一方を青として２つの異なる種類のレンズを利用者にかけさせ、赤のレンズで透過する映像と青のレンズで透過する映像を合成した合成映像を出力する。この合成映像は、赤のレンズで透過する映像と青のレンズで透過する映像とで異なる視差を有する映像を合成したものである。その結果、利用者は異なる視差を有する映像をそれぞれ別の目から見ることにより、立体視を実現することになる。

また、裸眼式も挙げられる。すなわちメガネのように映像の受け手の方で異なる映像を得られるようにするのではなく、ディスプレイ側で利用者の両眼に異なる映像を出力するようにする構成である。たとえば凹凸つきのレンズを提供し、その凹凸によって見る角度によって異なる映像を与える方式を採用することが考えられる。その方式として、レンズを一次元に並べるレンチキュラレンズ方式、レンズを２次元に並べるインテグラル方式、などが挙げられる。その他、レンズの代わりにスリットやピンホールを用いる視差バリア方式も挙げられる。

また、たとえばパララックスバリア方式が挙げられる。パララックスバリア方式は、一定間隔おきに視界を遮断するとともに、その間隔おきにすき間をあけた板を用意して、これを合成映像と利用者の間に配置するものである。利用者からは、このすき間を介して合成映像を見ることにより、合成映像を構成する１つ１つの映像を視点に応じて見ることができる。このように様々な３Ｄ表示方式が挙げられるが、その中でもレンチキュラレンズを例に挙げて後述する。

図１１は、レンチキュラーレンズを用いて、ステレオ画像を表示するときの概略図である。このステレオ画像については、様々な形で表示することができる。たとえば表示部３１２として、レンチキュラーレンズを用いることができる。

このレンチキュラーレンズは、複数並んだ半割円柱状の凸レンズ部によって構成され、この凸レンズ部の並び方向両側に分極して集光させることができるものである。一方、連続した場面を示す複数の画像をそれぞれ分割して合成された合成画像がスクリーン８０１上に表示される。このスクリーン８０１上の合成画像が、利用者８０２から見てレンチキュラーレンズの反対側に配置される。このレンチキュラーレンズを介して利用者８０２が合成画像を見ることで、この連続した場面を示す複数の画像をうちの１つを見ることができる。そして利用者８０２の視点にしたがったそれぞれ別々の画像を、利用者が見ることができる。

利用者８０２の位置、視点については、３つを例として示しており、たとえば利用者８０２が一番上の視点から見る場合は、画像８０３を見ることができる。利用者８０２の視点をずらして真ん中の視点から見る場合は、画像８０３と異なる画像８０４を見ることができる。そしてさらに利用者８０２の視点をずらして一番下の視点から見る場合は、画像８０３および画像８０４と異なる画像８０５を見ることができる。

さらに、他の表示形態として、表示部３１２として通常のディスプレイ装置を用いて、各画面を切りかえる構成にすることも考えられる。この場合、図３に示した入力部３１０からの入力を受け付ける。この入力部３１０は、たとえば左と右を示す方向キーとすることができる。そして入力部３１０から左の入力キーが押されたとき、表示制御部３０９は、表示されている画像に対して左隣となる視点からの画像を表示部３１２から表示するように切り替える。逆に右の入力キーが押されたとき、表示制御部３０９は、表示されている画像に対して右隣となる視点からの画像を表示部３１２から表示するように切り替える。このようにして、入力部３１０からの方向入力にしたがった視点からのステレオ画像を、表示部３１２により表示する。

従来の技術によって上述の機能を実現しようとする場合、Ｘ線ＣＴ装置または電子スキャン装置を高機能化させることによって課題を克服することになる。しかし、Ｘ線ＣＴ装置で動画を生成するために撮影フレーム数を上げる場合、回転速度を１０倍にも上げなければならず、きわめて困難である。本実施形態では電子スキャン装置を組み合わせるので、回転速度の問題を伴わずにフレーム数の問題を解消することができる。

一方で電子スキャン装置のみを用いる場合、回転速度の問題は解消されるが、撮影フレーム数を上げる場合、その分だけシャッターの速度を上げなければならない。したがって、Ｘ線強度に限界がある一方でシャッター速度の分だけ撮影時間は減少するので、撮影のＸ線総量は上がらず、暗い画像となってしまう。本実施形態によると、ステレオ撮影画像を電子スキャン装置で撮影したデータにより補正したものを用いるので、結果として明るい画像を用いることができる。また本実施形態では、明るい画像を得るために過度にＸ線強度を上げる必要がない。

また、電子スキャン装置のみを用いる場合、シャッター回数を１０倍として、さらに高解像度の平面検出器を組み合わせてデータ量をさらに１００倍すると、データレートが１０００倍にもなってしまうので、高解像度の動画撮影はシステム的に許容できなかった。本実施形態でも電子スキャン装置を組み合わせて使用するが、ステレオ撮影画像の補正に用いるに過ぎないので、電子スキャン装置を必要以上に高機能化させる必要はない。したがって、シャッター回数を大幅に増やす必要がなく、また電子スキャン装置のための平面検出器も採用する必要がないので、１０００倍もの膨大なデータレートを処理する必要がない。したがって、システム的に許容可能な範囲で高解像度の動画撮影を実現することができる。

以上の構成により、２つの視点から撮影を実行するステレオ撮影を用いて３次元画像を得ようとする場合でも、電子スキャン撮影によって得られた電子スキャン画像を用いてステレオ画像の歪みを補正することができる。ステレオ撮影では高分解能による撮影が可能となる一方で画像に歪みが生じやすいという不都合が生ずるが、この歪みを電子スキャン画像により得られる３次元画像を用いて補正することができる。したがって、本実施形態によって、高分解能の３次元画像を生成することができる。

また、上述のように歪みを補正する一方で、ステレオ撮影により得られるステレオ画像の形状と、電子スキャン撮影により得られる電子スキャン画像の形状を合わせることができる。すなわち、たとえばＸ線発射位置から放射方向に広がる断面として得られるステレオ断層画像と、被検体に垂直な断面として得られる電子スキャン画像との違いを調整することができる。したがって、ステレオ画像と電子スキャン画像との向きの違いを一致させるだけのために、ステレオＸ線源１０２と電子スキャン装置１０１のＸ線発射位置を一致させる必要がなく、両者をそのまま組み合わせることにより、たとえば両画像の補正処理を実行することができる。

[変形例１]
上述の構成では、電子スキャン装置１０１、ステレオＸ線源１０２、平面検出器１０３を図１に示したように配置することにより、電子スキャン撮影とステレオ撮影を組み合わせた。この配置を変化させた変形例も考えられる。そこで、この変形例を図１２および図１３を用いて説明する。

図１２は、電子スキャン装置をアームに組み込んだ場合の構成を示す概略図である。図１では電子スキャン装置１０１と別に、ステレオ撮影のための装置としてアーム１０６にステレオＸ線源１０２と、平面検出器１０３を取り付けた構成とした。図１２では、電子スキャン装置１０１と同等の構成である電子スキャン装置９０１が、アーム１０６の内部に沿って配置されている。

電子スキャン装置１０１と異なり、アーム１０６およびこれに取り付けられた電子スキャン装置９０１は半円形となる。したがって、電子スキャン撮影にあたってアーム１０６は静止状態でなく、被検体を取り囲んで一周する。アーム１０６は高速に移動する構成となっており、半円状に電子源１１２が配置されるので、１断面のスキャンは高速に実行される。このようにアームに取り付けられた電子スキャン装置９０１によって電子スキャン撮影をした後、アームを所定の位置に移動して、ステレオＸ線源１０２と、平面検出器１０３を用いたステレオ撮影を実行する。電子スキャン撮影およびステレオ撮影実行後は、図３〜図１１を用いて説明した処理と同一である。図１０に示したフローチャートでは、ステップＳ８０２以降を同様に実行する。以上の構成により、電子スキャン撮影のための装置と、ステレオ撮影のための装置を一体化することができ、それにより省スペース化を図ることができる。

図１３は、ステレオ撮影のための装置を２組用意した構成を示す概略図である。図１では電子スキャン装置１０１と別に、ステレオ撮影のための装置としてアーム１０６にステレオＸ線源１０２と、平面検出器１０３を取り付けた構成とした。図１３の構成ではこのステレオ撮影のための装置をもう１組用意する。すなわち、アーム９０６に、ステレオＸ線源９０２と、平面検出器９０３とを取り付け、２組の装置によってそれぞれステレオ撮影を実行する。

図１３の実施の形態では、図１〜図１１を用いた実施の形態に加えて、２組のステレオ撮影のための装置によって、２つの視点からステレオ撮影を同時に行う。２つの視点からのステレオ画像をそれぞれ電子スキャン画像に基づいて修正するが、この画像整合処理は、図３〜図７を用いて説明したものと同じであり、図１０のステップＳ８０２のタイミングで同様に行われる。ただし、電子スキャン画像に基づく３次元画像が、２つの視点のステレオ画像の修正に共通して用いられる点が異なる。その後は、図１０のステップＳ８０４〜Ｓ８０８を各視点のステレオ画像に対して実行し、各視点について被検体の補正された３次元画像を得ることができる。

これにより精度の高い画像、または動画を２視点から同時に得ることができ、被検体の立体的な位置関係をより正確に知ることができる。たとえば穿刺のように、Ｘ線透視下で動画像を確認しながら、目的の部位まで針先を導入する場合により効果的に利用することができる。すなわち、異なるアングルの２つの画像により、針先の正確な位置を把握することができる。

[変形例２]
ステレオ撮影による撮影位置の歪みおよびその補正に関しては、図９を用いて特徴点を抽出してそのずれを補正する方法を例として説明した。被検体中に特徴的な部位がある場合は、このように特徴点を対象とした補正処理が有効である。一方で、被検体の撮影対象はそれぞれ連続的なつながりを有しているものがほとんどである。たとえば血管は途中で突然途切れるものではなく、つながった状態で連続している。そのような相関が、電子スキャン撮影とステレオ撮影の画像にそれぞれ含まれているので、その相関をとることにより、双方の対応する画像を特定し、その画像どうしを比較することで互いの画像のずれを歪みとして求め、そして補正することも可能である。その被写体の相関の一例として、被写体の輪郭を例として説明する。

図１４は、ステレオ撮影による輪郭の歪みを説明する概略図である。図１４も、図９と同じように図７の断面４０７を、図４に示した断面方向４０５の断面に沿って図示している。図１４は、図９を用いて説明したように、Ｘ線源４０１および４０２から照射し、平面検出器１０３によって検出する場合の配置を示している。図１４を用いて、図９と同様に輪郭を対象として歪み判定部３０６による歪み判定処理、そして歪み補正部３０７による歪み補正処理を説明する。

図１４（ａ）は、被検体を電子スキャン撮影した場合の位置関係を示す。電子スキャン装置１０１によると、図９に関連して説明したように被検体の位置関係を正確に撮影することができるので、正確な輪郭５５０を得ることができる。一方図１４（ｂ）は、被検体をステレオ撮影した場合の位置関係を示す。ステレオ撮影した場合、図９に関連して説明したように、ｙ軸方向に歪みが生ずる。したがって、輪郭上部５５１には歪みがほとんど生じないが、平面検出器１０３側になるにつれて、歪みが大きくなる。図９の特徴点による説明では、特徴点がずれる場合を説明したが、輪郭がぶれて幅を持つ場合も考えられる。その結果、図１４（ｂ）に示すように輪郭の平面検出器１０３側では、第１輪郭下部５５２から第２輪郭下部５５３までの幅でぶれを持つということになる。

図１５は、ステレオ撮影による輪郭の歪み補正を説明する概略図である。図１４（ｂ）に示すように輪郭の平面検出器１０３側では、第１輪郭下部５５２から第２輪郭下部５５３までの幅でぶれを持つ。そこで、図１４（ａ）と（ｂ）の画像の画素値を基に相関をとって（相関演算して）相関が一番よくとれた点を探して連続的に結ぶ（あるいは連続する点を相関で探す）ことにより、図１５の輪郭５５４を得る。そして輪郭５５４を輪郭５５０の位置に補正する。このように、被写体に特徴的な部位がない場合でも、たとえば輪郭などの被写体の連続性に着目して、ステレオ画像の歪みを補正することができる。

なお、被検体の所定部位の動画を次々に得るとき、撮影のたびにステレオ撮影による画像を電子スキャン撮影による画像で相関をとって補正する。そのとき、最初に撮影したときは、ほぼ画像全面にわたって相関をとる必要が生ずるが、２度目以降は、上記の所定部位が変動すると予測された範囲で相関を取って補正することにより、簡便に補正が可能である。

以上、本実施例をまとめてみると次のようになる。被検体の所定の部位の動画を撮影しようとするとき、ある観察点から撮影すれば十分な場合がある。たとえば、心臓のように同じ位置に鼓動する動きを撮影する場合は、同一観察点から撮影すれば十分となる場合がある。本実施形態はこのような点に着眼し、観察しようとする部位を所望の観察点からステレオ撮影し、その画像を部位の周囲に電子スキャンにより撮影した画像を補正することとした。もし、別の観察点から動画を得たい場合は、ステレオ撮影位置を変えてもよい。

１０１ 電子スキャン装置
１０２ ステレオＸ線源
１０３ 平面検出器
１０４ 寝台装置
１０５ 天板
３０３，３０４ メモリ
３０５ ３次元画像生成部
３０６ 歪み判定部
３０７ 歪み補正部
３０８ 画像形成部
３０９ 表示制御部
３１０ 入力部
３１１ 制御部
３１２ 表示部

Claims (9)

1. ２つの視点から被検体にＸ線を照射し、前記２つの視点に対応する透過Ｘ線を検出して第１断層画像を得る第１撮影手段と、
   前記被検体を周囲の複数個所からＸ線撮影して、前記被検体について複数の第２断層画像を得る第２撮影手段と、
   前記第２撮影手段によって得られた複数の第２断層画像に基づいて前記被検体の第３断層画像を生成し、該第３断層画像の形状に合わせて前記第１断層画像の形状を補正する補正手段と、
   前記補正手段によって補正された前記被検体の各断面についての各第１断層画像を組み合わせることにより、前記被検体の３次元画像を形成する画像形成手段と、
   を備えることを特徴とする医用画像処理装置。
2. 前記第１撮影手段は、前記少なくとも２つの視点からＸ線を放射するステレオＸ線源と、前記被検体を挟んで配置されて前記透過Ｘ線を検出する平面検出器と、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. 前記第２撮影手段は、前記被検体を円周状に囲む複数のＸ線放射素子および検出素子を有し、前記被検体を撮影することを特徴とする請求項１または２に記載の医用画像処理装置。
4. 前記補正手段は、前記第２断層画像から、前記第１断層画像のそれぞれと同じ断面に沿った前記第３断層画像をそれぞれ生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
5. 前記補正手段は、前記被検体内の特徴点を前記第１断層画像と前記第３断層画像内でそれぞれ特定し、各特徴点を対応させるように前記第１断層画像の形状を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
6. 前記補正手段は、前記第１断層画像の形状を、前記第１撮影手段から見て奥行き方向の座標を補正することによって変更することを特徴する請求項１〜５のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
7. 視点位置の入力を受け付ける入力手段をさらに備え、
   前記第１の撮影手段は、前記入力手段を介して入力された前記視点位置から見た前記第１の断層画像を得ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
8. 前記画像形成手段は、前記３次元画像に基づいて複数の視点位置からの前記被検体の画像を生成し、
   複数の視点位置からの前記被検体の画像を、それぞれの視点に対応させて表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の医用画像処理装置。
9. ２つの視点から被検体にＸ線を照射し、前記２つの視点に対応する透過Ｘ線を検出して第１断層画像を得る第１撮影ステップと、
   前記被検体を周囲の複数個所からＸ線撮影して、前記被検体について複数の第２断層画像を得る第２撮影ステップと、
   前記第２撮影ステップによって得られた複数の第２断層画像に基づいて前記被検体の第３断層画像を生成し、該第３断層画像の形状に合わせて前記第１断層画像の形状を補正する補正ステップと、
   前記補正ステップによって補正された前記被検体の各断面についての各第１断層画像を組み合わせることにより、前記被検体の３次元画像を形成する画像形成ステップと、
   をコンピュータに実行させることを特徴とする医用画像処理プログラム。

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