JP2018138071A - マッピング画像生成装置、方法およびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】関節を表す形態画像に機能画像をマッピングしたマッピング画像を生成するマッピング画像生成装置、方法およびプログラムにおいて、軟骨の状態を正確に表すことができるようにする。
【解決手段】領域抽出部２２が、形態画像Ｇ０から軟骨領域を抽出する。位置合わせ部２３が、形態画像Ｇ０と機能画像Ｆ０との位置合わせを行う。マッピング部２４が、機能画像Ｆ０を形態画像Ｇ０にマッピングしたマッピング画像Ｍ０を生成する。表示制御部２５がマッピング画像Ｍ０をディスプレイ１４に表示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、関節を表す形態画像に機能画像をマッピングしたマッピング画像を生成するマッピング画像生成装置、方法およびプログラムに関するものである。

近年、ＣＴ（Computed Tomography）装置およびＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置等の医療機器の進歩により、質の高い高解像度の３次元画像が画像診断に用いられるようになってきている。ここで、３次元画像は多数の２次元画像から構成され情報量が多いため、医師が所望の観察部位を見つけ診断することに時間を要する場合がある。そこで、注目する臓器を認識し、注目する臓器を含む３次元画像から、例えば最大値投影法（ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）法）および最小値投影法（ＭｉｎＩＰ（Minimum Intensity Projection）法）等の方法を用いて、注目する臓器を抽出してＭＩＰ表示等を行ったり、３次元画像のボリュームレンダリング（ＶＲ（Volume Rendaring））表示を行ったりすることにより、臓器全体や病変の視認性を高め、診断の効率化を図ることが行われている。

一方、変形性関節症は、高齢者に多く発症する疾病であり、とくに変形性膝関節症は、膝関節の痛みおよび動作範囲の減少を引き起こし、症状が進行すると歩けなくなることもある。このような変形性関節症の診断には、膝関節の軟骨を質的に評価する必要がある。膝関節の軟骨を質的に評価するための画像として、ＭＲＩ画像の機能画像が公知である。機能画像の１つであるＴ２マップ画像は、組織における水との相関性を信号値として表した画像である。このような機能画像を参照することにより、関節の軟骨の質的な評価を行うことが可能となる。

また、このような機能画像を、関節の形態を表す形態画像であるＭＲＩ画像に重畳することにより、軟骨の質的変化を視覚的に診断可能とする手法が提案されている。例えば、特許文献１においては、Ｔ２マップ画像から軟骨を抽出する際に、軟骨と同じＴ２値を持つ筋肉等の部位も軟骨とともに抽出されてしまうことを防止するために、骨から所定距離離れた部分を軟骨の分布範囲として抽出してＴ２マップを作成し、ＭＲＩ画像にマッピングする手法が提案されている。

特開２０１０−２１３８９９号公報

一方、膝関節の機能画像を形態画像に重畳することにより得られる画像は、膝関節の表面の画像である。ここで、機能画像に軟骨と隣接する組織が含まれてしまうと、その部分の値が軟骨の値と異なるものとなる。そのように軟骨と値が異なる部分は、疾患と判断される可能性がある。また、機能画像と形態画像との位置合わせが精度よく行われたとしても、機能画像は形態画像と比較して解像度が低いため、機能画像と形態画像とを正確に対応づけて、軟骨の正確な状態を形態画像にマッピングさせることは困難である。

ここで、上記特許文献１に記載された手法は、機能画像であるＴ２マップ画像における位置を基準とした軟骨のＴ２値を形態画像にマッピングしている。しかしながら、特許文献１に記載された手法は、骨の表面から年齢等に応じて定められた距離離れた位置を基準として軟骨の値を決定している。このため、患者の軟骨の厚さが基準から外れている場合、軟骨の状態を正確に表すＴ２マップを作成することができない。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、機能画像を形態画像にマッピングするに際し、軟骨の状態を正確に表すことができるようにすることを目的とする。

本発明によるマッピング画像生成装置は、被検体の関節を表す形態画像から軟骨領域を抽出する領域抽出手段と、
被検体の関節についての機能画像と形態画像との位置合わせを行う位置合わせ手段と、
軟骨領域の厚さ方向における中間位置および位置合わせ結果に基づいて、機能画像を形態画像にマッピングしたマッピング画像を生成するマッピング手段とを備えたことを特徴とするものである。

「形態画像」とは、被検体の関節の形状が現れている画像である。具体的には、ＭＲＩにより取得されるＴ１画像、Ｔ２画像、およびＴ２＊画像等を形態画像として用いることができる。

「機能画像」とは、被検体の関節において、水およびコラーゲン等の含有される物質の量または相関性等に応じた信号値を有する画像である。具体的には、ＭＲＩにより取得されるＴ１マップ、Ｔ２マップ、Ｔ２＊マップ、Ｔ１ρマップ、およびＣＥＳＴ等を機能画像として用いることができる。

関節においては、軟骨の一方の面は関節に付着されており、軟骨の他方の面は、他方の関節の軟骨に面している。「軟骨領域の厚さ方向における中間位置」とは、軟骨の２つの面の間の位置を意味する。

なお、本発明によるマッピング画像生成装置においては、マッピング手段は、中間位置として、軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、中間面に対応する機能画像の信号値を、形態画像にマッピングしてマッピング画像を生成するものであってもよい。

また、本発明によるマッピング画像生成装置においては、マッピング手段は、中間位置として、軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、中間面を含む軟骨領域の厚さ方向の特定範囲における機能画像の信号値の代表値を算出し、代表値を形態画像にマッピングしてマッピング画像を生成するものであってもよい。

「代表値」とは、機能画像の信号値を代表する値であれば任意の値を用いることができる。例えば、機能画像の信号値の平均値、中間値、最大値および最小値等を代表値として用いることができる。

また、本発明によるマッピング画像生成装置においては、マッピング手段は、軟骨領域を複数の小領域に区分し、小領域ごとに機能画像の信号値の代表値を算出し、代表値を形態画像にマッピングしてマッピング画像を生成するものであってもよい。

また、本発明によるマッピング画像生成装置においては、領域抽出手段は、形態画像から骨領域を抽出し、
マッピング手段は、骨領域に基づいて軟骨領域を複数の小領域に区分するものであってもよい。

また、本発明によるマッピング画像生成装置においては、マッピング手段は、中間位置として、軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、中間面に対応する機能画像の信号値の代表値を小領域ごとに算出するものであってもよい。

また、本発明によるマッピング画像生成装置においては、マッピング手段は、中間位置として、軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、中間面を含む軟骨領域の厚さ方向の特定範囲における機能画像の信号値の代表値を算出し、代表値のさらなる代表値を小領域ごとに算出するものであってもよい。

また、本発明によるマッピング画像生成装置においては、マッピング画像を表示手段に表示する表示制御手段をさらに備えるものであってもよい。

また、本発明によるマッピング画像生成装置においては、被検体と同一の被検体についての過去のマッピング画像を記憶する記憶手段をさらに備えるものとし、
表示制御手段は、撮影時期が異なる複数のマッピング画像を表示手段に表示するものであってもよい。

本発明によるマッピング画像生成方法は、被検体の関節を表す形態画像から軟骨領域を抽出し、
被検体の関節についての機能画像と形態画像との位置合わせを行い、
軟骨領域の厚さ方向における中間位置および位置合わせ結果に基づいて、機能画像を形態画像にマッピングしたマッピング画像を生成することを特徴とするものである。

なお、本発明によるマッピング画像表示方法をコンピュータに実行させるためのプログラムとして提供してもよい。

本発明による他のマッピング画像生成装置は、
コンピュータに実行させるための命令を記憶するメモリと、
記憶された命令を実行するよう構成されたプロセッサとを備え、プロセッサは、
被検体の関節を表す形態画像から軟骨領域を抽出する領域抽出処理と、
被検体の関節についての機能画像と形態画像との位置合わせを行う位置合わせ処理と、
軟骨領域の厚さ方向における中間位置および位置合わせ結果に基づいて、機能画像を形態画像にマッピングしたマッピング画像を生成するマッピング処理とを実行することを特徴とするものである。

本発明によれば、被検体の関節を表す形態画像から軟骨領域が抽出され、被検体の関節についての機能画像と形態画像との位置合わせが行われ、軟骨領域の厚さ方向における中間位置および位置合わせ結果に基づいて、機能画像を形態画像にマッピングしたマッピング画像が生成される。このように、本発明においては、軟骨領域の厚さ方向における中間位置に基づいて機能画像を形態画像にマッピングしているため、軟骨に確実に対応する機能画像の信号値を形態画像にマッピングすることができる。したがって、マッピング画像において、軟骨の状態を正確に表すことができる。

本発明の第１の実施形態によるマッピング画像生成装置を適用した、診断支援システムの概要を示すハードウェア構成図 第１の実施形態によるマッピング画像生成装置の構成を示す概略ブロック図 膝関節の形態画像を示す図 軟骨領域における中間面の設定を説明するための図 マッピングを説明するための図 マッピング画像の例を示す図 第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャート 中間面を含む軟骨領域の厚さ方向の特定範囲における機能画像の信号値の代表値の算出を説明するための図 軟骨領域の小領域への区分を説明するための図 軟骨領域の小領域への区分を説明するための図 軟骨領域の小領域への区分を説明するための図 小領域に区分された軟骨領域を示す図 小領域に区分された軟骨領域を示す図 第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャート

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態によるマッピング画像生成装置を適用した、診断支援システムの概要を示すハードウェア構成図である。図１に示すように、診断支援システムでは、本実施形態によるマッピング画像生成装置１、３次元画像撮影装置２、および画像保管サーバ３が、ネットワーク４を経由して通信可能な状態で接続されている。そして、マッピング画像生成装置１において、被検体の関節を表す３次元画像からマッピング画像を生成する。

３次元画像撮影装置２は、被検体の診断対象となる部位を撮影することにより、その部位を表す３次元画像を生成する装置であり、具体的には、ＣＴ装置、ＭＲＩ装置、およびＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置等である。この３次元画像撮影装置２により生成された３次元画像は画像保管サーバ３に送信され、保存される。なお、本実施形態においては、被検体である患者の診断対象部位は膝関節であり、３次元画像撮影装置２はＭＲＩ装置であり、被検体の膝関節のＭＲＩ画像を３次元画像として生成する。とくに本実施形態においては、膝関節の形態画像Ｇ０であるＴ２＊画像および膝関節の機能画像Ｆ０であるＴ２マップ画像が生成されるものとする。なお、Ｔ２マップ画像は膝関節における水との相関性を信号値として表したものであり、例えば、水との相関性が高いほど各画素における信号値が大きくなる画像である。

ここで、形態画像Ｇ０は、１枚当たりの画素サイズが０．３ｍｍ×０．３ｍｍの画像を３００枚程度撮影することにより生成される。一方、機能画像Ｆ０は、１枚当たりの画素サイズが１．５ｍｍ×１．５ｍｍの画像を６０枚程度撮影することにより生成される。このため、形態画像Ｇ０の方が機能画像Ｆ０よりも解像度が高いものとなっている。

画像保管サーバ３は、各種データを保存して管理するコンピュータであり、大容量外部記憶装置およびデータベース管理用ソフトウェアを備えている。画像保管サーバ３は、有線あるいは無線のネットワーク４を介して他の装置と通信を行い、画像データ等を送受信する。具体的には３次元画像撮影装置２で生成された形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０の画像データを含む各種データをネットワーク経由で取得し、大容量外部記憶装置等の記録媒体に保存して管理する。なお、画像データの格納形式およびネットワーク４経由での各装置間の通信は、ＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）等のプロトコルに基づいている。

マッピング画像生成装置１は、１台のコンピュータに、本発明のマッピング画像生成プログラムをインストールしたものである。コンピュータは、診断を行う医師が直接操作するワークステーションまたはパーソナルコンピュータでもよいし、それらとネットワークを介して接続されたサーバコンピュータでもよい。マッピング画像生成プログラムは、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）あるいはＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）等の記録媒体に記録されて配布され、その記録媒体からコンピュータにインストールされる。または、ネットワークに接続されたサーバコンピュータの記憶装置、もしくはネットワークストレージに、外部からアクセス可能な状態で記憶され、要求に応じて医師が使用するコンピュータにダウンロードされ、インストールされる。

図２は、コンピュータにマッピング画像生成プログラムをインストールすることにより実現されるマッピング画像生成装置の概略構成を示す図である。図２に示すように、マッピング画像生成装置１は、標準的なワークステーションの構成として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１１、メモリ１２およびストレージ１３を備えている。また、マッピング画像生成装置１には、ディスプレイ１４および、マウス等の入力部１５が接続されている。

ストレージ１３には、ネットワーク４を経由して画像保管サーバ３から取得した、被検体の３次元画像、並びに処理に必要な情報を含む各種情報が記憶されている。なお、本実施形態においては、被検体についての膝関節を診断対象部位とする形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０が記憶されているものとする。

また、メモリ１２には、マッピング画像生成プログラムが記憶されている。マッピング画像生成プログラムは、ＣＰＵ１１に実行させる処理として、３次元画像撮影装置２が取得した、形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０を取得する画像取得処理、形態画像Ｇ０から膝関節内の軟骨領域を抽出する領域抽出処理、機能画像Ｆ０と形態画像Ｇ０との位置合わせを行う位置合わせ処理、軟骨領域の厚さ方向における中間位置および位置合わせ結果に基づいて、機能画像Ｆ０を形態画像Ｇ０にマッピングしたマッピング画像Ｍ０を生成するマッピング処理、並びにマッピング画像Ｍ０をディスプレイ１４に３次元表示する表示制御処理を規定する。

そして、ＣＰＵ１１がプログラムに従いこれらの処理を実行することで、コンピュータは、画像取得部２１、領域抽出部２２、位置合わせ部２３、マッピング部２４および表示制御部２５として機能する。なお、マッピング画像生成装置１は、画像取得処理、領域抽出処理、位置合わせ処理、マッピング処理および表示制御処理をそれぞれ行う複数のプロセッサまたは処理回路を備えるものであってもよい。なお、本実施形態のマッピング画像生成装置１は、領域抽出部２２、位置合わせ部２３、マッピング部２４および表示制御部２５のみから構成されるものであってもよい。

画像取得部２１は、被検体の膝関節の形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０を画像保管サーバ３から取得する。なお、形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０が既にストレージ１３に記憶されている場合には、画像取得部２１は、ストレージ１３から形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０を取得するようにしてもよい。

領域抽出部２２は、形態画像Ｇ０から膝関節内の軟骨領域を抽出する。また、軟骨領域と併せて骨領域も抽出する。図３は膝関節の形態画像Ｇ０を示す図である。図３に示すように、膝の形態画像Ｇ０には、大腿骨３０および脛骨３１が含まれている。なお、図３においては、説明のために膝蓋骨は省略している。大腿骨３０の脛骨３１と面する部分には軟骨３２が、脛骨３１の大腿骨３０と面する部分には軟骨３３が存在する。また、軟骨３２と軟骨３３との間には半月板３４が存在する。本実施形態においては、形態画像Ｇ０はＭＲＩ画像の一種であり、骨、軟骨、半月板、並びにこれら以外の筋肉および脂肪等領域のそれぞれにおいて、形態画像Ｇ０における画素値（ボクセル値）の範囲が異なるものとなる。領域抽出部２２は、しきい値処理により形態画像Ｇ０から骨領域および軟骨領域を抽出する。具体的には、形態画像Ｇ０において、骨の画素値となる範囲の領域を骨領域として抽出する。また、形態画像Ｇ０において、軟骨の画素値となる範囲の領域を軟骨領域として抽出する。なお、骨領域には大腿骨３０および脛骨３１が含まれ、軟骨領域には軟骨３２，３３が含まれる。

なお、本実施形態においては、大腿骨３０の軟骨３２および脛骨３１の軟骨３３のそれぞれを軟骨領域として抽出し、後述するようにそのそれぞれについてのマッピング画像Ｍ０を生成する。ここで、マッピング画像Ｍ０の生成は、大腿骨３０および脛骨３１のそれぞれで同一の処理により行われる。このため、以降では、大腿骨３０についてのみ、マッピング画像Ｍ０の生成を行うものとして説明する。

ここで、形態画像Ｇ０と機能画像Ｆ０とでは、含まれる部位は同一の膝関節であるが、撮影時間が異なる。このため、位置合わせ部２３が、形態画像Ｇ０と機能画像Ｆ０との位置合わせを行う。位置合わせの手法としては、剛体位置合わせおよび非剛体位置合わせ等、周知の任意の手法を用いることができる。なお、位置合わせ部２３は、機能画像Ｆ０を形態画像Ｇ０に一致するように変形して位置合わせを行うものであってもよく、形態画像Ｇ０を機能画像Ｆ０に一致するように変形して位置合わせを行うものであってもよい。本実施形態においては、解像度が低い機能画像Ｆ０を変形して形態画像Ｇ０に位置合せするものとする。これにより、形態画像Ｇ０を変形する場合と比較して、位置合わせのための演算量を低減することができる。

マッピング部２４は、機能画像Ｆ０を形態画像Ｇ０にマッピングしたマッピング画像Ｍ０を生成する。以下、マッピング画像Ｍ０の生成について説明する。本実施形態においては、マッピング部２４は、形態画像Ｇ０から抽出した軟骨領域の厚さ方向に中間面を設定し、中間面に対応する機能画像Ｆ０の信号値を、形態画像Ｇ０にマッピングしてマッピング画像Ｍ０を生成する。図４は軟骨領域における中間面の設定を説明するための図である。図４に示すように、マッピング部２４は、領域抽出部２２が抽出した軟骨３２について、厚さを二等分する面を中間面４０として設定する。なお、中間面４０は、軟骨３２における大腿骨３０と接する面と、その反対側の面である軟骨３２の表面との間の面であれば、厚さを二等分する面に限定されるものではない。

そしてマッピング部２４は、設定した中間面４０の各画素位置に対応する機能画像Ｆ０の画素位置の信号値を、形態画像Ｇ０にマッピングしてマッピング画像Ｍ０を生成する。この際、設定した中間面４０と軟骨３２の表面とでは画素位置が異なる。このため、本実施形態においては、図５に示すように、中間面４０における各画素位置の法線（図５において矢印で示す）を設定し、各法線と軟骨３２の表面とが交わる位置に、各法線を設定した中間面４０の画素位置の信号値をマッピングする。なお、各法線と軟骨３２の表面とが交わる位置が、軟骨３２の表面における画素位置の間に位置する場合には、補間演算により軟骨３２の表面における画素位置の信号値を算出して、その画素位置に算出した信号値をマッピングすればよい。

表示制御部２５は、マッピング画像Ｍ０を、あらかじめ定められた方向に投影してマッピング画像Ｍ０をディスプレイ１４に表示する。なお、投影方向としては、大腿骨３０の中心線が延在する方向、または体軸方向とすることができる。

図６は表示されたマッピング画像の例を示す図である。図６に示すように、マッピング画像Ｍ０は、大腿骨３０の軟骨３２における水との相関性の大きさが６段階の色により示されている。マッピング画像Ｍ０においては、色が濃いほど水との相関性が低いことを示している。なお、図６においては色の相違をハッチングの相違により示している。また、マッピング画像Ｍ０には、色と水との相関性との関係を示すレファレンス５０が含まれる。レファレンス５０を参照することにより、軟骨３２の水との相関性を視覚的に容易に認識することができる。

次いで、第１の実施形態において行われる処理について説明する。図７は第１の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、画像取得部２１が、形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０を取得し（ステップＳＴ１）、領域抽出部２２が、形態画像Ｇ０から軟骨領域を抽出する（ステップＳＴ２）。次いで、位置合わせ部２３が、形態画像Ｇ０と機能画像Ｆ０との位置合わせを行う（ステップＳＴ３）。さらに、マッピング部２４が、機能画像Ｆ０を形態画像Ｇ０にマッピングしたマッピング画像Ｍ０を生成し（ステップＳＴ４）、表示制御部２５がマッピング画像Ｍ０をディスプレイ１４に表示し（ステップＳＴ５）、処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、軟骨領域の厚さ方向における中間位置に基づいて機能画像Ｆ０を形態画像Ｇ０にマッピングしているため、軟骨に確実に対応する機能画像Ｆ０の信号値を形態画像Ｇ０にマッピングすることができる。したがって、マッピング画像Ｍ０において、軟骨の状態を正確に表すことができる。

なお、上記実施形態においては、軟骨領域に設定した中間面４０の各画素位置に対応する機能画像Ｆ０の画素位置の信号値を、形態画像Ｇ０にマッピングしてマッピング画像Ｍ０を生成しているが、中間面４０を含む軟骨領域の厚さ方向の特定範囲における機能画像Ｆ０の信号値の代表値を算出し、算出した代表値を形態画像Ｇ０にマッピングしてマッピング画像Ｍ０を生成してもよい。この場合、マッピング部２４は、図８に示すように、中間面４０における各画素位置の法線Ｌ０を設定し、法線Ｌ０において中間面４０の位置を基準とする特定範囲４１を設定する。なお、特定範囲４１の大きさは、軟骨３２における大腿骨３０と接する面と、その反対側の面である軟骨３２の表面との間であれば、どのような大きさであってもよい。そして、マッピング部２４は、この特定範囲４１における機能画像Ｆ０の信号値の代表値を算出する。なお、代表値としては、平均値、中間値、最大値および最小値等を用いることができる。そして、算出した代表値を、形態画像Ｇ０にマッピングしてマッピング画像Ｍ０を生成する。

このように、中間面４０を含む軟骨領域の厚さ方向の特定範囲４１における機能画像Ｆ０の信号値の代表値を算出し、算出した代表値を形態画像Ｇ０にマッピングしてマッピング画像Ｍ０を生成することにより、軟骨により確実に対応する機能画像Ｆ０の信号値の代表値を対応する形態画像Ｇ０の位置にマッピングすることができる。

また、軟骨領域を複数の小領域に区分し、小領域ごとに機能画像Ｆ０の信号値の代表値を算出し、算出した代表値を形態画像にマッピングしてマッピング画像Ｍ０を生成してもよい。図９〜図１１は軟骨領域の小領域への区分を説明するための図である。なお、図９は大腿骨３０を被検体の側方から見た図である。また、ここでは、図９に示すように、大腿骨３０の中心線Ｃ０が延びる方向にｚ軸を、被検体の左右方向（すなわち紙面に垂直な方向）にｙ軸を、ｚ軸およびｙ軸に直交する方向（すなわち紙面の左右方向）にｘ軸をそれぞれ設定するものとする。このため、図１０は大腿骨３０をｘ軸方向から見た図となっている。

まず、マッピング部２４は、大腿骨３０の中心線Ｃ０を通り、ｙ軸に直交する面６０を設定する。面６０は図１０において中心線Ｃ０と一致する。そしてマッピング部２４は、面６０と大腿骨３０の関節表面とが交わる線上に複数の点を設定し、その点における法線の交点を求める。なお、図９においては、２つの点における法線Ｌ１，Ｌ２の交点６１を求めた状態を示している。そして、図１１に示すように、交点６１を通り、かつｙ軸に平行な面６２を設定し、交点６１を通り、ｙ軸方向に延びる直線の周りにおいて、面６２とそれぞれ６０度および１２０度の角度をなして交わる２つの面６３，６４を設定する。そして、面６０，６３，６４により軟骨領域を小領域に区分する。

図１２は小領域に区分された軟骨領域を示す図である。なお、図１２は形態画像Ｇ０を大腿骨３０の中心線Ｃ０の方向に投影した図である。図１２に示すように、３つの面６０，６３，６４により、軟骨領域が６つの小領域に分割されている。

マッピング部２４は、小領域ごとに機能画像Ｆ０の信号値の代表値を算出する。代表値は、上述した機能画像Ｆ０の中間面４０における信号値の代表値とすればよい。また、中間面４０における軟骨領域の厚さ方向の特定範囲４１における機能画像Ｆ０の信号値の代表値を算出し、さらにこの代表値のさらなる代表値を算出してもよい。

このように、軟骨領域を複数の小領域に区分し、小領域ごとに機能画像Ｆ０の信号値の代表値を算出し、代表値を形態画像Ｇ０にマッピングしてマッピング画像Ｍ０を生成することにより、マッピング画像Ｍ０において、小領域ごとに軟骨の状態を確認することができる。

なお、小領域への分割は上記手法に限定されるものではなく、周知の任意の手法を用いることができる。例えば、図１３に示すように、形態画像Ｇ０を大腿骨３０の中心線Ｃ０方向に投影した投影画像において、軟骨下骨領域を囲む矩形領域６６を設定し、この矩形領域を４等分するように小領域を設定してもよい。

また、上記実施形態においては、マッピング画像Ｍ０を画像保管サーバ３に保存してもよい。この場合、マッピング画像Ｍ０は、患者名、撮影日時、およびマッピングした機能画像Ｆ０の信号値の算出方法の情報等と併せて、形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０と対応づけられて画像保管サーバ３に送信され、保存される。なお、ストレージ１３に保存してもよい。このように、マッピング画像Ｍ０を画像保管サーバ３またはストレージ１３に保存することにより、同一被検体について過去に生成したマッピング画像Ｍ０と、最新の形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０から生成したマッピング画像Ｍ０とを用いた比較診断を行うことができる。以下、これを第２の実施形態として説明する。なお、第２の実施形態によるマッピング画像生成装置の構成は、図２に示す第１の実施形態によるマッピング画像生成装置の構成と同一であり、行われる処理のみが異なるため、ここでは装置についての詳細な説明は省略する。なお、画像保管サーバ３またはストレージ１３が記憶手段に対応する。

図１４は第２の実施形態において行われる処理を示すフローチャートである。まず、画像取得部２１が、形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０を取得し（ステップＳＴ１１）、領域抽出部２２が、形態画像Ｇ０から軟骨領域を抽出する（ステップＳＴ１２）。次いで、位置合わせ部２３が、形態画像Ｇ０と機能画像Ｆ０との位置合わせを行う（ステップＳＴ１３）。

次いで、マッピング部２４が、処理対象の形態画像Ｇ０および機能画像Ｆ０について、同一被検体の過去のマッピング画像Ｍ０が、その機能画像Ｆ０の信号値の算出方法の情報と併せて画像保管サーバ３またはストレージ１３に保存されているか否かを判定する（ステップＳＴ１４）。

ステップＳＴ１４が肯定されると、マッピング部２４は、画像保管サーバ３またはストレージ１３から、同一被検体の過去のマッピング画像Ｍ０と併せて保存された、機能画像Ｆ０の信号値の算出方法の情報を取得する（情報取得：ステップＳＴ１５）。次いで、マッピング部２４は、取得した情報に基づいて、過去のマッピング画像Ｍ０を生成した際と同一の手法により形態画像Ｇ０にマッピングする機能画像Ｆ０の信号値を算出してマッピング画像Ｍ０を生成する（ステップＳＴ１６）。そして、表示制御部２５が、生成したマッピング画像Ｍ０と過去のマッピング画像Ｍ０とをディスプレイ１４に表示し（ステップＳＴ１７）、処理を終了する。

一方、ステップＳＴ１４が否定された場合、上記第１の実施形態のステップＳＴ４に進み、上記第１の実施形態と同様に、マッピング画像Ｍ０の生成、およびディスプレイ１４への表示を行い、処理を終了する。

このように、第２の実施形態においては、同一被検体についての過去のマッピング画像Ｍ０を画像保管サーバ３またはストレージ１３に保存しておき、撮影時期が異なる複数のマッピング画像Ｍ０をディスプレイ１４に表示しているため、軟骨の状態の経時的な変化を確認することができる。とくに、過去のマッピング画像Ｍ０を生成した際と同一の手法により、形態画像Ｇ０にマッピングする機能画像Ｆ０の信号値を算出してマッピング画像Ｍ０を生成することにより、軟骨の経時的な変化をより正確に確認することができる。

なお、上記実施形態においては、膝関節のマッピング画像を生成しているが、これに限定されるものではなく、肘関節、股関節、肩関節または椎間関節等のマッピング画像を生成する際にも本発明を適用できることはもちろんである。

また、上記実施形態においては、形態画像Ｇ０としてＴ２＊画像を、機能画像Ｆ０としてＴ２マップ画像を用いているが、これに限定されるものではなく、Ｔ１画像またはＴ２画像等を形態画像Ｇ０として用いることができる。また、Ｔ１マップ画像、Ｔ２＊マップ画像、Ｔ１ρマップ画像、およびＣＥＳＴ等を機能画像Ｆ０として用いることができる。

以下、本実施形態の作用効果について説明する。

中間位置として、軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、中間面に対応する機能画像の信号値を、形態画像にマッピングしてマッピング画像を生成することにより、軟骨に確実に対応する機能画像の信号値を形態画像にマッピングすることができる。したがって、マッピング画像において、軟骨の状態をより正確に表すことができる。

中間位置として、軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、中間面を含む軟骨領域の厚さ方向の特定範囲における機能画像の信号値の代表値を算出し、代表値を形態画像にマッピングしてマッピング画像を生成することにより、軟骨により確実に対応する機能画像の信号値の代表値を対応する形態画像の位置にマッピングすることができる。

軟骨領域を複数の小領域に区分し、小領域ごとに機能画像の信号値の代表値を算出し、代表値を形態画像にマッピングしてマッピング画像を生成することにより、マッピング画像において、小領域ごとに軟骨の状態を確認することができる。

被検体と同一の被検体についての過去のマッピング画像を記憶し、撮影時期が異なる複数のマッピング画像を表示手段に表示することにより、軟骨の状態の経時的な変化を確認することができる。

１ マッピング画像生成装置
２ ３次元画像撮影装置
３ 画像保管サーバ
４ ネットワーク
１１ ＣＰＵ
１２ メモリ
１３ ストレージ
１４ ディスプレイ
１５ 入力部
２１ 画像取得部
２２ 領域抽出部
２３ 位置合わせ部
２４ マッピング部
２５ 表示制御部
３０ 大腿骨
３１ 脛骨
３２，３３ 軟骨
３４ 半月板
４０ 中間面
５０ レファレンス
６０，６２，６３，６４ 面
６１ 交点
６６ 矩形領域
Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２ 法線
Ｍ０ マッピング画像
Ｆ０ 機能画像
Ｇ０ 形態画像

Claims (11)

1. 被検体の関節を表す形態画像から軟骨領域を抽出する領域抽出手段と、
   前記被検体の前記関節についての機能画像と前記形態画像との位置合わせを行う位置合わせ手段と、
   前記軟骨領域の厚さ方向における中間位置および前記位置合わせ結果に基づいて、前記機能画像を前記形態画像にマッピングしたマッピング画像を生成するマッピング手段とを備えたことを特徴とするマッピング画像生成装置。
2. 前記マッピング手段は、前記中間位置として、前記軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、該中間面に対応する前記機能画像の信号値を、前記形態画像にマッピングして前記マッピング画像を生成する請求項１記載のマッピング画像生成装置。
3. 前記マッピング手段は、前記中間位置として、前記軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、該中間面を含む前記軟骨領域の厚さ方向の特定範囲における前記機能画像の信号値の代表値を算出し、該代表値を前記形態画像にマッピングして前記マッピング画像を生成する請求項１記載のマッピング画像生成装置。
4. 前記マッピング手段は、前記軟骨領域を複数の小領域に区分し、前記小領域ごとに前記機能画像の信号値の代表値を算出し、該代表値を前記形態画像にマッピングして前記マッピング画像を生成する請求項１記載のマッピング画像生成装置。
5. 前記領域抽出手段は、前記形態画像から骨領域を抽出し、
   前記マッピング手段は、前記骨領域に基づいて前記軟骨領域を複数の小領域に区分する請求項４記載のマッピング画像生成装置。
6. 前記マッピング手段は、前記中間位置として、前記軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、該中間面に対応する前記機能画像の信号値の代表値を前記小領域ごとに算出する請求項４または５記載のマッピング画像生成装置。
7. 前記マッピング手段は、前記中間位置として、前記軟骨領域の厚さ方向における中間面を設定し、該中間面を含む前記軟骨領域の厚さ方向の特定範囲における前記機能画像の信号値の代表値を算出し、該代表値のさらなる代表値を前記小領域ごとに算出する請求項４または５記載のマッピング画像生成装置。
8. 前記マッピング画像を表示手段に表示する表示制御手段をさらに備えた請求項１から７のいずれか１項記載のマッピング画像生成装置。
9. 前記被検体と同一の被検体についての過去のマッピング画像を記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記表示制御手段は、撮影時期が異なる複数の前記マッピング画像を前記表示手段に表示する請求項８記載のマッピング画像生成装置。
10. 被検体の関節を表す形態画像から軟骨領域を抽出し、
    前記被検体の前記関節についての機能画像と前記形態画像との位置合わせを行い、
    前記軟骨領域の厚さ方向における中間位置および前記位置合わせ結果に基づいて、前記機能画像を前記形態画像にマッピングしたマッピング画像を生成することを特徴とするマッピング画像生成方法。
11. 被検体の関節を表す形態画像から軟骨領域を抽出する手順と、
    前記被検体の前記関節についての機能画像と前記形態画像との位置合わせを行う手順と、
    前記軟骨領域の厚さ方向における中間位置および前記位置合わせ結果に基づいて、前記機能画像を前記形態画像にマッピングしたマッピング画像を生成する手順とをコンピュータに実行させることを特徴とするマッピング画像生成プログラム。