JP2019000403A - 医用画像診断装置及び画像処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なるモダリティで撮像された複数の画像データや異なる時間に撮像された複数の画像データに基づき、効率的にこれらの画像データの位置合わせを行うことができる医用画像診断装置及び画像処理装置を提供する。【解決手段】医用画像診断装置のデータ取得部は、被検体内の３次元領域を対象とする第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとを取得する。設定部は、少なくとも前記第１のボリュームデータに基づく画像に対する操作入力に従って位置合わせ対象とする対象部位を設定する。位置調整部は、対象部位に基づき位置合わせ用のテンプレートを作成する。また位置調整部は、当該テンプレートに基づき第２のボリュームデータにおけるテンプレートに対応する照合領域を求める。また位置調整部は、テンプレートと前記照合領域とに基づいて、第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとの位置合わせを行う。【選択図】図８

Description

本発明の実施形態は、医用画像診断装置及び画像処理装置に関する。

種々の医用画像診断装置（モダリティ；例えば、Ｘ線ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ；磁気共鳴イメージング装置）、ＸＲ（Ｘ−Ｒａｙ；Ｘ線診断装置）及び超音波診断装置）によって取得された画像は、現在の医療にとって中心的な役割を果たしている。例えば医用画像診断装置によりボリュームデータを生成し、医療従事者に提供することが可能となってきている。また複数のボリュームデータを、ブロックマッチング（例えば、引用文献１）等の位置合わせ手法により位置合わせすることも行われている。

特開２０１４−１４６５９号公報

本実施形態は、異なるモダリティで撮像された複数の画像データや異なる時間に撮像された複数の画像データに基づき、効率的にこれらの画像データの位置合わせを行うことができる医用画像診断装置及び画像処理装置を提供することである。

上記課題を解決するため、実施形態の医用画像診断装置は、データ取得部、設定部及び位置調整部を備える。データ取得部は、被検体内の３次元領域を対象とする第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとを取得する。設定部は、少なくとも第１のボリュームデータに基づく画像に対する操作入力に従って位置合わせ対象とする対象部位を設定する。位置調整部は、対象部位に基づき位置合わせ用のテンプレートを作成する。また位置調整部は、当該テンプレートに基づき第２のボリュームデータにおけるテンプレートに対応する照合領域を求める。また位置調整部は、テンプレートと照合領域とに基づいて、第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとの位置合わせを行う。

第１実施形態に係る医用画像診断装置の構成例を示す概略ブロック図。 第１実施形態に係るテンプレート生成過程の説明図。 第１実施形態に係るテンプレート生成過程の説明図。 第１実施形態に係るテンプレート生成過程の説明図。 第１実施形態に係る照合領域生成過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第１実施形態に係る医用画像診断装置の動作例を説明するフローチャート。 第１実施形態に係る医用画像診断装置の動作例を説明するフローチャート。 第１実施形態に係る医用画像診断装置の動作例を説明するフローチャート。 第１実施形態に係る医用画像診断装置の位置合わせ結果の説明図。 第２実施形態に係る医用画像診断装置を示す概略ブロック図。 第２実施形態に係るテンプレート生成過程の説明図。 第２実施形態に係るテンプレート生成過程の説明図。 第２実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第２実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第２実施形態に係る位置合わせ過程の説明図。 第２実施形態に係る医用画像診断装置の動作例を説明するフローチャート。 第２実施形態に係る医用画像診断装置の動作例を説明するフローチャート。 第２実施形態に係る医用画像診断装置の動作例を説明するフローチャート。 第２実施形態に係る医用画像診断装置の位置合わせ結果の説明図。

＜第１実施形態＞
まず本実施形態の一例の概略を説明し、その後、本実施形態の具体的内容について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、３種の位置合わせ手法を適宜段階的に追加することにより、異なるタイミングで取得された第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとを相対的に移動してこれらの位置合わせを行う。

第１段階として２つのボリュームデータにおいて対応する領域の関係（類似度、相関等）に基づいて位置合わせを行う。その上で、第２段階として位置合わせ用のテンプレートをマニュアル操作で一方のボリュームデータに設定して他方のボリュームデータとの位置合わせを行う。更に追加して位置合わせが必要であれば、第３段階として、テンプレートの周辺の関連するボクセルを用いる。なお、以下において説明の便宜上、第１のボリュームデータを「ボリュームデータＶ１」とし、第２のボリュームデータを「ボリュームデータＶ２」として説明する（各ボリュームデータの図示は省略する。）。

そして、ボリュームデータＶ１における位置合わせ前の座標点と位置合わせ後の座標点の相対的な変位を、例えば一つの変換行列で表現し、位置合わせ変換行列を求める。ボリュームデータＶ１を構成する全座標点に対し、この位置合わせ変換行列を作用させ、ボリュームデータＶ１を位置合わせ変換した後のボリュームデータＶ１５とボリュームデータＶ２とを表示する。

なお、以下の説明におけるボリュームデータは、Ｘ線ＣＴ装置、Ｘ線診断装置、超音波診断装置、ＭＲＩ等のいずれの医用画像診断装置によるものであってもよく、位置合わせ対象のボリュームデータが、それぞれ同種の医用画像診断装置によって生成されたものでなくてもよい。また、Ｘ線診断装置の場合であって、取得した医用画像からボリュームデータを再構成する際には、複数の方向から撮影することでボリュームデータを再構成する手法を用いる必要がある。

また本実施形態では、位置合わせ変換行列の一例として、３次元アフィン変換行列（ボリュームデータの、回転・並進・拡大縮小・せん断変形を含む）を採用しても良い。また、「画像」と「画像データ」とは一対一に対応するので、以下の説明においては同一視することがある。また、複数のボリュームデータとは、解剖学的に同一の部位を含むものとする。

［構成］
図１により、本実施形態の医用画像診断装置１０の構成を説明する。医用画像診断装置１０は、記憶回路１０１、ディスプレイ１０２、入力回路１０３、データ取得回路１０４及びデータ処理回路１０５を備え、ネットワークＮ１に接続される。

ネットワークＮ１の通信プロトコル（通信手順）として、例えば、公知技術であるＴＣＰ／ＩＰ通信、更に医療用通信規格であるＤＩＣＯＭ（ＤｉｇｉｔａｌＩｍａｇｉｎｇａｎｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｎＭｅｄｉｃｉｎｅ）通信を利用できる。

（記憶回路）
記憶回路１０１は、入力回路１０３、データ取得回路１０４及びデータ処理回路１０５等からの出力を記憶する。例えば記憶回路１０１は、データ取得回路１０４（後述）から送信されたボリュームデータを記憶することができる。また、記憶回路１０１に、ボリュームデータを予め記憶しておくことも可能である。更に、記憶回路１０１は、ネットワークＮ１からの各種入力データを記憶することができる。このような記憶回路１０１としては、例えば主記憶装置としてのダイナミックＲＡＭ或いはスタティックＲＡＭで構成されてもよく、或いは、補助記憶装置としての内蔵ハードディスクを含んでもよい。

（ディスプレイ）
ディスプレイ１０２は、記憶回路１０１に記憶されたボリュームデータに基づく投影画像や断層画像、データ処理回路１０５（後述）によって新たに処理された合成画像及び処理用パラメータ等のテキストデータを表示できる。ディスプレイ１０２は、データ処理回路１０５の出力を表示することもできる。ディスプレイ１０２は、例えば、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）や有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ等の表示デバイスである。また、ディスプレイ１０２は、その全面或いは一部を入力回路１０３（後述）と兼用したタッチパネルとして構成されてもよい。

（入力回路）
入力回路１０３はデータ処理回路１０５等に接続されており、操作者から受け取った入力操作を電気信号へ変換し、データ処理回路１０５等へと出力する。また、入力回路１０３は、記憶回路１０１及びデータ取得回路１０４等に接続されてもよく、同様に操作者からの入力を受付け、それらを入力に応じた回路へ送信する。

例えば、入力回路１０３により、データ取得回路１０４及びデータ処理回路１０５によって行われるデータ処理に用いるパラメータ設定等を入力できる。またユーザは、入力回路１０３を介し、複数のボリュームデータに対して基準位置の入力（詳細は後述）を行うことができる。データ処理回路１０５は、入力回路１０３からの入力に基づき、ボリュームデータ同士を相対的に移動させ、位置合わせを行うことができる。

入力回路１０３は、例えば、トラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等の少なくとも１つによって構成される。なお、ディスプレイ１０２の全面或いは一部がタッチパネルとして構成される場合、当該タッチパネルは入力回路１０３としても機能する。

（データ取得回路）
データ取得回路１０４は、ネットワークＮ１と接続され、ネットワークＮ１を介したデータの入出力を制御するプロセッサである。データ取得回路１０４は、記憶回路１０１及びデータ処理回路１０５等に接続される。また、データ取得回路１０４は、ネットワークＮ１に接続された、他の医用画像診断装置や画像処理装置の記憶媒体、又はネットワークストレージ等から複数のボリュームデータを取得し、記憶回路１０１に記憶させることができる。また、データ取得回路１０４は、入力回路１０３に対する操作入力に応じて、記憶回路１０１に記憶された、例えば、被検体内の３次元領域を対象とするボリュームデータから複数のボリュームデータを取得し、データ処理回路１０５に送信する。

更に、データ取得回路１０４は、入力回路１０３に対する操作入力に応じて、記憶回路１０１に記憶されたボリュームデータに基づく画像（例えば、ボリュームレンダリング画像）をディスプレイ１０２に表示させることができる。

（データ処理回路）
データ処理回路１０５は、記憶回路１０１、ディスプレイ１０２、入力回路１０３及びデータ取得回路１０４に接続され、これらから出力されたデータを処理し、或いは制御するプロセッサである。また、データ処理回路１０５は、データ取得回路１０４から送信された複数のボリュームデータ（本実施形態では、ボリュームデータＶ１，Ｖ２）間の解剖学的に同一に見なせる部位が整合するように位置合わせを行う。なお、整合とは、双方の代表値の差が許容範囲に収まっている状態とする。

またデータ処理回路１０５は、例えば位置合わせされたボリュームデータに基づく画像（合成画像等）をディスプレイ１０２に表示させる。また、データ処理回路１０５は、合成画像等を記憶回路１０１に記憶させる。

データ処理回路１０５は、３種の位置合わせ手法を適宜段階的に追加することによって、ボリュームデータＶ１とボリュームデータＶ２との位置合わせを行う。第１段階では公知の位置合わせ法（本実施形態では、一例として、ブロックマッチング法を適用する。）により位置合わせを行い、所定の評価基準に基づいて位置合わせの程度を評価する。なお、ブロックマッチング法と「所定の評価基準」については、後述する。そして、第１段階の位置合わせ結果が所定の評価基準に満たない場合は、第２段階の位置合わせを行う。更に、第２段階の位置合わせによる移動量（以下、「位置合わせ移動量」という。）が一意に決まらなければ、第３段階の位置合わせを行う。

［位置合わせ処理］
次に、図２〜図１８を適宜用いて、本実施形態のデータ処理回路１０５による位置合わせ処理について説明する。

（第１段階の位置合わせ）
第１段階は、公知の位置合わせ手法を使い、ボリュームデータＶ１及びボリュームデータＶ２との間で位置合わせを行う。第１段階の位置合わせで採用する、公知技術としてのブロックマッチング法の一例を説明する。

まず、データ処理回路１０５は、２つのボリュームデータ（Ｖ１，Ｖ２）の各々から任意の断面又は投影像である画像データを、１つずつ生成する。またデータ処理回路１０５は、生成した２つの画像データのうち、一方の画像データの一部（或いは全部）を参照ブロックとし、他方の画像データの一部（或いは全部）を被参照ブロック（参照ブロックと同形、同サイズ）とする。さらにデータ処理回路１０５は、参照ブロックを他方の画像データ上で２次元方向に１画素単位毎に移動する度に、参照ブロックと新たな被参照ブロックとの重なり部分の画像間類似度を計算する。このようなブロックマッチング法においては、一般に、参照ブロックと被参照ブロックとの画像類似度が最大となる参照ブロックの移動量を求める。

《ユーザによる処理継続の判定》
この時点でデータ処理回路１０５は、ディスプレイ１０２に表示された両画像データに基づき、第１段階の位置合わせによって位置合わせ処理を完了させるか、継続して第２段階の位置合わせ処理を行うかユーザに選択を促す処理を行う。例えば、データ処理回路１０５は、記憶回路１０１から位置合わせ処理の継続を選択するための画面データを読み出す。データ処理回路１０５は、位置合わせ結果（例えばボリュームデータＶ１，Ｖ２の合成画像等）とともに、読み出した画面データを基に位置合わせ処理を継続するか否かについてユーザに選択を促す表示処理を行う。その結果、ディスプレイ１０２には、合成画像等と処理完了の有無をユーザに問うメッセージ表示等がなされる。ユーザは、入力回路１０３等により、処理継続の有無を入力することができ、データ処理回路１０５は入力結果に応じて継続して以下の処理を行うか、或いは、位置合わせ処理を完了させるか判断する。

《処理継続の自動判定》
これに対し、第２段階の位置合わせ処理への移行については、データ処理回路１０５が自動判定を行う構成であってもよい。その場合、例えばデータ処理回路１０５は画像間類似度を求め、求めた結果に応じて継続して第２段階の位置合わせ処理を行うかの判定を行う。

画像間類似度の計算方法として、例えば、対応する画素間の輝度値の差の２乗値を全画素に対し合計するＳＳＤ法、対応する画素間の輝度値の差の絶対値を全画素に対し合計するＳＡＤ法或いは両ブロックを構成する画素間の輝度値同士の相互相関を正規化した正規化相互相関法等の、公知の手法を用いればよい。また、比較する２つのボリュームデータが異なるモダリティによって得られた場合は、２つのボリュームデータを構成する値（例えば、輝度値）の分布が、異なることがある。その場合は、輝度値自体を比較するＳＳＤ法、ＳＡＤ法などを適用するのではなく、輝度値の分布同士を比較する相互相関を利用する手法（例えば、正規化相互相関法等）を適用すればよい。

データ処理回路１０５は、求めた画像間類似度が所定値を超えるかどうか判断し、超えると判断した場合は継続して第２段階の位置合わせ処理に移行する。この所定値は、あらかじめ記憶回路１０１等の記憶手段に記憶されており、データ処理回路１０５はこの所定値を読み出して求められた画像間類似度と比較する。一方、画像間類似度が所定値を超えないと判断された場合、データ処理回路１０５は位置合わせ処理を終了する。このとき、データ処理回路１０５は、位置合わせ前後の、対応するボクセルの座標値を使って現時点での移動量（相対位置）に基づき、その位置合わせによる変換行列を求める。そして当該求めた変換行列をボリュームデータＶ１を構成する全点に作用させ、新たなボリュームデータとする。さらに新たなボリュームデータとボリュームデータＶ２との合成画像を表示してもよい（この画像の表示に関しては後述する。）。

なお、画像間類似度が所定値を超えないと判断した場合には、データ処理回路１０５が第１段階の位置合わせ処理を終了させると記載したが、画像間類似度が所定値を超えない場合であっても、データ処理回路１０５が自動的に処理を終了させることなく、例えば、第１段階の位置合わせ処理から第２段階の位置合わせ処理に移行するか否かをユーザが選択可能とする表示処理（上記と同様）を行ってもよい。

（第２段階の位置合わせ）
次に、第２段階の位置合わせ手法について図２〜図４を参照して説明する。なお、第２段階及び第３段階の位置合わせ手法は、３次元空間内での位置合わせである。図２〜図４は、３次元空間内（例えば、ＸＹＺ直交座標系）での位置合わせを同一な２次元平面（例えば、ＸＹ平面）に投影した概念図である。

《テンプレートの作成》
第１段階の位置合わせの結果に基づく第２段階の位置合わせへの移行の指示にしたがい、データ処理回路１０５が第２段階の位置合わせ処理を開始する。第２段階の位置合わせ処理では、ユーザによる画像上の領域指定に基づき、ボリュームデータの位置合わせ用のテンプレートが作成される。このテンプレートについては後述し、まず、ユーザによる画像上の領域指定について説明する。

第２段階の位置合わせ処理が開始されると、データ処理回路１０５は、ボリュームデータＶ１に基づく医用画像（テンプレート設定用画像）をディスプレイ１０２に表示させる。この画像は、例えば新たに生成される３次元投影画像でもよく、あるいは第１段階の位置合わせ処理で利用された画像であってもよい。なお、図２には３次元投影画像Ｐｒ１１の概略が示されており、例えばこれは最大値投影処理により生成されたＭＩＰ画像である。以下、表示される医用画像を３次元投影画像Ｐｒ１１として説明する。

このディスプレイ１０２に表示された３次元投影画像Ｐｒ１１に対し、ユーザが入力回路１０３等により領域指定を行う。この領域指定は、後述の第２段階の位置合わせ処理に利用されるテンプレートを作成するために行われる。指定される領域は位置合わせに利用されるものであるため、例えば３次元投影画像Ｐｒ１１に示される特徴的な領域となる。一例として図２における管状領域Ｄｕ１１が挙げられる。

なお領域指定の方法は任意の方法でよいが、一例として位置合わせ対象のボリュームデータ双方において特徴部位として血管等の管状領域が含まれる場合は、図２の符号Ｄｕ１１に示すように、ユーザが入力回路１０３を用いて管状領域に沿ってなぞるように線状に領域指定する方法が採られる。この処理において、入力回路１０３としてマウスやトラックボールのようなポインティングデバイスが用いられてもよく、或いはディスプレイ１０２と入力回路１０３とが一体となったタッチパネル等であれば、ユーザはタッチペンや手指等により領域指定を行う。

また、領域指定の方法は上述したような管状領域に沿ってなぞるように線状に指定するのではなく、矩形等を用いて管状領域、或いは、当該管状領域を含む領域を指定する方法であってもよい。またデータ処理回路１０５は、ボリュームデータの付帯情報における撮影部位を参照し、撮影部位ごとにボリュームデータに含まれる特徴部位に応じて領域指定の方法を変更するように構成されていてもよい。この場合、記憶回路１０１等にあらかじめ撮影部位ごとに推奨される領域指定の方法が記憶されており、データ処理回路１０５により、当該方法が適宜読み出されて領域指定方法として設定される。またデータ処理回路１０５は、領域指定の方法をユーザに対し、文字表示あるいは音声出力によりガイドしてもよい。

次に、テンプレートの作成について説明する。データ処理回路１０５は、管状領域Ｄｕ１１を目安として、管状領域Ｄｕ１１を含む領域から芯線Ｃｏ１１を生成する。そのために、データ処理回路１０５は、３次元投影画像Ｐｒ１１から、指定された管状領域Ｄｕ１１を含み且つ所定の範囲のボクセル値を持つ領域を閾値内領域Ｔｈ１１として生成する。データ処理回路１０５は、閾値内領域Ｔｈ１１内で、ボクセル値を段階的に変えながら、閾値内領域Ｔｈ１１をディスプレイ１０２に表示する（図３参照）。

さらにデータ処理回路１０５は管状領域Ｄｕ１１に対して細線化処理を施すことにより芯線Ｃｏ１１を抽出する（図４参照）。或いは、データ処理回路１０５が芯線となる候補を複数作成してディスプレイ１０２に選択可能に表示させる構成であってもよい。この場合ユーザが入力回路１０３によって、ディスプレイ１０２に表示された複数の線状構造（芯線の候補）から１つを選択することにより、データ処理回路１０５が芯線Ｃｏ１１を特定してもよい。

このようにして芯線Ｃｏ１１が抽出、或いは、特定された後、データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ１１の特徴量として、芯線Ｃｏ１１を構成する複数点の空間座標とボクセル値とを、テンプレートとして記憶回路１０１に記憶させる。

《照合領域の作成》
データ処理回路１０５は、ディスプレイ１０２に表示されたボリュームデータＶ２の３次元投影画像Ｐｒ２から、照合領域として、管状領域Ｄｕ１１の芯線Ｃｏ１１に対応する管状領域の芯線Ｃｏ２を生成する（図５）。その際、芯線Ｃｏ１１を求めた過程と同様な過程を行ってもよい。

また、データ処理回路１０５は、データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ１１の持つボクセル値及び形状と近似したボクセル値分布を芯線Ｃｏ２とみなしても良い。すなわち、記憶回路１０１には、上記したテンプレートとして芯線Ｃｏ１１を構成するボクセル値が記憶されている。データ処理回路１０５は当該テンプレートを読み出し、第１段階の位置合わせにより特定されたボリュームデータＶ２の領域から、当該読み出したテンプレートの形状に近似する対応領域（例えば特徴領域点）を探索する。

なお、異なるモダリティ、或いは、異なる検査時期に撮像した場合、３次元投影画像Ｐｒ１１において芯線Ｃｏ１１を構成するボクセルのボクセル値は、３次元投影画像Ｐｒ２において芯線Ｃｏ２を構成するボクセルのボクセル値とは対応しないことがある。その場合、データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ１１（テンプレート）の持つボクセル値と近似したボクセル値分布を芯線Ｃｏ２とみなすのではなく、芯線Ｃｏ１１の持つボクセル値分布パターンと類似したパターンを探す（例えば、相互相関を利用する）手法により、芯線Ｃｏ２を検出してもよい。

つまり、上記した３次元投影画像Ｐｒ２におけるテンプレートの対応領域（芯線Ｃｏ２）の探索は、両画像が備えるボクセル値の範囲が同様とみなせる場合（例えば、同じモダリティで同じ検査回において撮像された画像）において行われるものである。この場合は、上記の通り芯線Ｃｏ１１のボクセル値の分布を基準に芯線Ｃｏ２を生成する。

また、芯線Ｃｏ２を生成する手法として、既存の血管等の特徴部位生成法を採用してもよい。例えば、ボリュームデータＶ２の２次元投影画像から濃淡情報の隆線を検出し血管等の境界線を推定する手法、モルフォロジーフィルタをボリュームデータＶ２に適用する血管生成手法等、様々な公知の手法が適用できる。また、それらの手法を適宜組み合わせてもよい。

このようにして芯線Ｃｏ２が特定された後、データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ２の特徴量として、芯線Ｃｏ２を構成する複数点の空間座標とボクセル値とを、照合領域として記憶回路１０１に記憶させる。

《テンプレートと照合領域による位置合わせ処理》
上記芯線生成過程により、芯線Ｃｏ１１（テンプレート）と芯線Ｃｏ２（照合領域）とを構成する空間座標点とそのボクセル値とが各々記憶回路１０１に記憶されている。その上で、第２段階の位置合わせとして、データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ１１と芯線Ｃｏ２との位置合わせを行う。具体的には、例えば、二芯線間の最短距離が定義され、最短距離を与えるボリュームデータＶ１のボリュームデータＶ２に対する位置合わせ移動量Ｄ１１が求められる。以下、二芯線間の最短距離の定義等について一例を説明する。

３次元空間内の２曲線である、ボリュームデータＶ１から生成した芯線Ｃｏ１１とボリュームデータＶ２から生成した芯線Ｃｏ２とが最短距離にある事に関し、説明する。まず、芯線Ｃｏ１１と芯線Ｃｏ２との距離を二芯線間距離Ｆとする（図６参照）。二芯線間距離Ｆは、様々な定義が可能である。例えば、芯線Ｃｏ１１を構成するボクセル全点の座標の平均値をとり芯線Ｃｏ１１の代表点（重心）とする。また、芯線Ｃｏ２を構成するボクセル全点の座標の平均値をとり芯線Ｃｏ２の代表点（重心）とする。二芯線間距離Ｆは、例えば、芯線Ｃｏ１１の代表点と芯線Ｃｏ２の代表点との距離、と定義してもよい。この場合の二芯線間距離Ｆの算出方法に関しては、様々な公知の数学的手法を適用すればよい。そして、二芯線間距離Ｆが最小とは、例えば、芯線Ｃｏ１１の代表点から芯線Ｃｏ２の代表点への距離が最小となると、定義すればよい。

次に、図７を参照して、二芯線間距離Ｆが最小となる位置合わせ移動量Ｄ１１を求める手法の一例を説明する。二芯線間距離Ｆにいずれの定義を採用しても、芯線Ｃｏ１１は、ボリュームデータＶ１の移動に伴って移動するので、その二芯線間距離Ｆは、位置合わせ移動量Ｄ１１の関数ｆとなる（例えば、Ｆ＝ｆ（Ｄ１１））。また、図７に示すように、二芯線間距離Ｆは、位置合わせ移動量Ｄ１１の非線形関数となる場合がある。最適な位置合わせ移動量Ｄ１１を求めることは、位置合わせ移動量Ｄ１１を変えながら、非線形関数ｆ（Ｄ１１）が最小となる位置合わせ移動量Ｄ１１を探すことに該当する。

本実施形態で二芯線間距離Ｆ（＝ｆ（Ｄ１１））が最小となる位置合わせ移動量Ｄ１１を求める最適化手法は、公知の手法である最急降下法、共役勾配法、準ニュートン法或いは勾配を利用しないモンテカルロ法等を、関数の性質、計算資源等に合わせて、適宜用いればよい。

次にデータ処理回路１０５は、求めた位置合わせ移動量が一意に決まるかどうか判定する。芯線Ｃｏ１１、芯線Ｃｏ２の配置によっては、二芯線間距離Ｆの候補が最小となる位置合わせ移動量Ｄ１１が一意に決まらず、複数現れることがある。（例えば、図７に示す移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４、並びに図８〜１３）。また、二芯線間距離Ｆの測定に、測定限界（例えば、図７のＦｃｒｔ；その値以下では二芯線間距離Ｆの測定値を区別できない。）がある場合、第２段階の位置合わせでは、移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４を区別できない可能性もある。

データ処理回路１０５は、これら移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４のいずれかをｆ（Ｄ１１）が最小となる位置合わせ移動量Ｄ１１として絞り込むことができるか（一意に決まるか）判定する。例えば、記憶回路１０１には、図７のＦｃｒｔのような測定限界に相当する閾値と、位置合わせ誤差（各移動量の差）の閾値とが記憶されている。データ処理回路１０５は、これら移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４が測定限界の閾値を超えた場合、または位置合わせ誤差の閾値を超えた場合、複数の位置合わせ結果（図７における移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４、並びに図８（例えば、移動量Ｄ１２の場合）、図９（例えば、移動量Ｄ１３の場合）、図１０（例えば、移動量Ｄ１４の場合））のいずれかをｆ（Ｄ１１）が最小となる位置合わせ移動量Ｄ１１として絞り込むことができない（一意に決まらない）と判定し、それ以外の場合は絞り込むことができる（一意に決まるか）と判定する。

求めた位置合わせ移動量が一意に決まる場合は、位置合わせの過程は終了する。その結果、データ処理回路１０５は位置合わせ結果（合成画像等）と位置合わせ誤差（例えば数値情報）とをディスプレイ１０２に表示させる。

一方、求めた位置合わせ移動量Ｄ１１が一意に決まらない場合、データ処理回路１０５は、複数ある位置合わせ結果（移動後の芯線Ｃｏ１１と芯線Ｃｏ２の重畳状態；図８〜図１０参照）の中から第３段階の位置合わせを行う候補を選択し、位置合わせの処理を継続するべく第３段階の位置合わせへの移行を決定する。

なお、データ処理回路１０５は、複数の位置合わせ結果をディスプレイ１０２に表示させて、その中から最適な位置合わせ結果の選択をユーザに促し、ユーザが選択すれば、位置合わせの過程は終了する構成であってもよい。さらに、データ処理回路１０５は、次の段階である第３段階の位置合わせに移行するかについて、ユーザの入力に応じて決定する構成であってもよい。また、入力回路１０３からの操作入力により、ユーザによる判定を優先させてもよい。

（第３段階の位置合わせ）
第３段階の位置合わせでは、データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ１１（テンプレート）だけでなく、少なくとも芯線Ｃｏ１１の周囲の情報も用いて位置合わせを行う。すなわち、第３段階の位置合わせでは、既に第２段階の位置合わせで得た複数の位置合わせ結果（移動量）を、一意に決める判定処理を行う。

第２段階の位置合わせでは、データ処理回路１０５は、閾値内領域Ｔｈ１１からは芯線Ｃｏ１１を、３次元投影画像Ｐｒ２からは芯線Ｃｏ２を各々生成し、位置合わせに利用した。本実施形態の第３段階の位置合わせでは、データ処理回路１０５は、閾値内領域Ｔｈ１１から、更に、芯線Ｃｏ１１に近いボクセル値を備え、芯線Ｃｏ１１と解剖学的に同じ組織とみなせる複数の点状のボクセルを含む、スポット領域Ｃｏ１２を生成する。データ処理回路１０５は、スポット領域Ｃｏ１２を、位置合わせに追加利用する（図１１）。一方、３次元投影画像Ｐｒ２においては、３次元投影画像Ｐｒ２において対応する領域（図３参照）を芯線Ｃｏ２２として、そのまま利用する。

一例として、データ処理回路１０５は、例えば、図１２ないし図１４に示すように、位置合わせに応じて芯線Ｃｏ２２と重なるスポット領域Ｃｏ１２の数により、位置合わせ移動量Ｄ１１を評価する。データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ２２と重なるスポット領域Ｃｏ１２の数が多いほど、位置合わせの整合性が高いと評価する（例えば図１３）。

このように、第３段階の位置合わせで、データ処理回路１０５は、第２段階の位置合わせ移動量の複数の候補から、最適な移動量を選択している。なお、データ処理回路１０５は、第２段階の位置合わせ結果の位置から、更にボリュームデータＶ１を移動させ、重なるスポット領域Ｃｏ１２の数が増加する移動量を求めてもよい。その中から、再度最適な移動量を選択してもよい。

（変換行列の算定）
３段階による位置合わせが終了後、データ処理回路１０５は、以下の手順で位置合わせ変換行列を求める。まず、第１段階である公知の位置合わせ手法に対応した変換行列Ｔ１１を求める。次に、第２段階の位置合わせ前後の、芯線Ｃｏ１１を構成するボクセルの座標値を使って、データ処理回路１０５は、その位置合わせによる変換行列Ｔ１２を求める。もし、第２段階の位置合わせ結果が複数（例えば移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４の３通り）ある場合は、その中から第３段階で選択された移動量に対応した、変換行列Ｔ１２を求める。この際、変換行列Ｔ１２は、例えば、アフィン変換行列を用いてもよい。よって、位置合わせ変換行列Ｔｆ１は、Ｔｆ１＝Ｔ１１＊Ｔ１２となる。

第３段階の位置合わせで、データ処理回路１０５が、更にボリュームデータＶ１を移動させる構成の場合、データ処理回路１０５は、第３段階の位置合わせによる変換行列Ｔ１３を、変換行列Ｔ１２と同様に求める。そして、位置合わせ変換行列Ｔｆ１は、Ｔｆ１＝Ｔ１１＊Ｔ１２＊Ｔ１３とすればよい。また、変換行列Ｔ１３は、例えば、アフィン変換行列を用いてもよい。

また、第２段階或いは第３段階の位置合わせを行わない場合は、変換行列Ｔ１２またはＴ１３を単位行列とすればよい。

更に、データ処理回路１０５は、ボリュームデータＶ１を構成する全座標点に対し、位置合わせ変換行列Ｔｆ１を適用させ、変換後のボリュームデータＶ１５を求める。更に、変換されたボリュームデータＶ１５と基準となったボリュームデータＶ２とを比較し、位置合わせの評価を行う。第３段階の位置合わせは本実施形態の最終段階の位置合わせであり、ユーザに提供する結果となるものである。したがって、データ処理回路１０５は、ディスプレイ１０２にボリュームデータＶ１５、ボリュームデータＶ２を重畳表示し、ユーザに整合性の判断を任せてもよい。或いは、データ処理回路１０５は、本実施形態の第２段階の位置合わせ評価と同様に、両ボリュームデータＶ１５，Ｖ２の距離を定義して整合性の評価を行ってもよい。その際、評価結果をディスプレイ１０２に、両ボリュームデータＶ１５，Ｖ２の重畳表示と合わせて、表示してもよい。

上述のように、二芯線間距離Ｆが最小となる位置合わせ移動量Ｄ１１が一意に決まらず、複数現れることがあり、またその二芯線間距離Ｆの測定に、測定限界がある場合、移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４を区別できない可能性もある。本実施形態は、これらの移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４のいずれかを最適な移動量として絞り込むために、医用画像情報からの条件を付加する（第３段階の位置合わせ手法に対応する。）構成を備えている。すなわち、本実施形態は、芯線Ｃｏ１１の周辺から得た医用画像情報（スポット領域Ｃｏ１２；図１１参照）及び芯線Ｃｏ２の周辺から得た医用画像情報（芯線Ｃｏ２２；図１２〜図１４参照）を追加し、ｆ（Ｄ１１）が最小となる位置合わせ移動量Ｄ１１を探索する範囲を定め、移動量Ｄ１１をより迅速且つ正確に選択できる、という構成を備えている。

また、上記処理は、負荷がかかる場合がある。本実施形態においては、この処理の条件として、予め芯線Ｃｏ１１及び芯線Ｃｏ２の周辺から得た医用画像情報を追加する。このことは、位置合わせの精度を高めるためにも、その際の負荷を軽減する上でも、効果が期待できる。

次に、本実施形態における位置合わせ及びその変換行列について補足する。本実施形態では、第１段階の位置合わせ手法としてブロックマッチング法を適用した。この手法に限らず、様々な公知の手法を適用できる。また、第２段階、第３段階の位置合わせによる変換行列Ｔ１２及びＴ１３を求める際に、一例として、回転、並進、拡大縮小及びせん断変形を伴う画像の変換が表現可能であり、変換画像の歪み等も表現できるアフィン変換行列の適用を説明した。しかし、本実施形態の位置合わせ変換は、アフィン変換に限るものではなく、画像変換に用いられている他の公知の手法及びその組み合わせを用いることもできる。

本明細書において用いる「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）、およ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１０１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１０１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。さらに、図１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。

本実施形態の入力回路１０３及びデータ処理回路１０５は、特許請求の範囲に記載の設定部の一例に相当する。同様に、データ取得回路１０４はデータ取得部の一例に相当し、データ処理回路１０５は位置調整部の一例に相当する。管状領域Ｄｕ１１は、位置合わせ対象部位の一例に相当する。また、管状領域Ｄｕ１１は、管状構造物の一例に相当する。ここから対象部位は、管状構造物に対応する領域である。すなわち、第１のボリュームデータ及び第２のボリュームデータは、管状構造物を含む。芯線Ｃｏ１１は、テンプレートの一例に相当する。芯線Ｃｏ２は、照合領域の一例に相当する。すなわち照合領域は、第２のボリュームデータ中に含まれる管状構造物の領域に対応する領域である。

［動作］
第１実施形態に係る医用画像診断装置の動作例を説明するフローチャート（図１５〜図１７）を参照し、以下に、本実施形態の位置合わせ処理を説明する。当該位置合わせ処理は、２つのボリュームデータＶ１，Ｖ２を取得し、ボリュームデータＶ１を移動させ、ボリュームデータＶ２に合わせる位置合わせを行い、結果を表示する。

（Ｓ１）
データ取得回路１０４は、２つのボリュームデータＶ１，Ｖ２を読み込み、データ処理回路１０５に送信する。これら複数ボリュームデータは、医用画像診断装置１０により取得され記憶回路１０１に予め保存されていてもよいし、ネットワークＮ１を介して他の記憶装置から収集されてもよい。

（Ｓ２）
データ処理回路１０５は、ボリュームデータＶ１，Ｖ２各々から生成した２つの２次元画像に対し、公知の位置合わせ手法（ブロックマッチング法等）を適用し、第１段階の位置合わせを行う。その位置合わせによる変換行列をＴ１１とする。位置合わせ後のボリュームデータＶ１をここでは改めてボリュームデータＶ１とする。

（Ｓ３）
データ処理回路１０５は、位置合わせ結果として、位置合わせに利用した２つの所定２次元断面の重畳画像と位置合わせ誤差とをディスプレイ１０２に表示させる。ここで、位置合わせ誤差とは、例えば、対応するブロック間の画素値の差を全てのブロックで総和した値を指す。

（Ｓ４；Ｎｏ）
データ処理回路１０５は、位置合わせ結果を判定し、位置合わせの処理を継続するかどうか判断する。その際、上述したように、予め定めた位置合わせ誤差の閾値と実際の位置合わせ誤差とを比較して、自動判定を行う。あるいは、入力回路１０３からの操作入力により、ユーザによる判定を優先させてもよい。データ処理回路１０５は、位置合わせ誤差が所定値を超えない場合、ボリュームデータＶ１，Ｖ２の位置合わせを終了し、結果としての重畳画像と位置合わせ誤差とをディスプレイ１０２に表示させる。

（Ｓ４；Ｙｅｓ）
データ処理回路１０５は、位置合わせ誤差が所定値を超える場合、位置合わせの処理を継続して第２段階の位置合わせ過程を開始する。

（Ｓ５）
データ処理回路１０５は、更なる位置合わせを行う２つのボリュームデータＶ１，Ｖ２に関し、少なくとも一方の３次元投影画像である３次元投影画像Ｐｒ１１を、ディスプレイ１０２に表示させる（図２〜図４参照）。

（Ｓ６）
ディスプレイ１０２に表示された３次元投影画像Ｐｒ１１に対するユーザによる入力回路１０３への操作入力に応じて、データ処理回路１０５は位置合わせに利用する管状領域Ｄｕ１１を設定する（図２参照）。

（Ｓ７）
データ処理回路１０５は、３次元投影画像Ｐｒ１１からボクセル値が所定の数値範囲に含まれる閾値内領域Ｔｈ１１を生成し、ディスプレイ１０２に表示させる（図３参照）。

（Ｓ８）
データ処理回路１０５は、入力回路１０３からの入力に応じて、閾値内領域Ｔｈ１１から芯線Ｃｏ１１を抽出する（図４等参照）。データ処理回路１０５は、併せて抽出された芯線の特徴量として、芯線を構成する複数の空間座標とボクセル値をテンプレートとして、記憶回路１０１に記憶させる。

（Ｓ９）
データ処理回路１０５は、ディスプレイ１０２に、抽出した芯線Ｃｏ１１と閾値内領域Ｔｈ１１とを重畳表示させる。

（Ｓ１０）
データ処理回路１０５は、他方のボリュームデータＶ２に対し照合領域を生成し、閾値内領域Ｔｈ１１に対応する閾値内領域Ｔｈ２及び芯線Ｃｏ１１に対応する芯線Ｃｏ２を生成する（図５参照）。

（Ｓ１１）
データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ１１と芯線Ｃｏ２とが重なるように、位置合わせを行う。ボリュームデータＶ１を移動させ、芯線Ｃｏ１１と芯線Ｃｏ２との二芯線間距離Ｆが所定の最小値以下となる３次元空間内でのボリュームデータＶ１の位置合わせ移動量Ｄ１１を求める（図６等参照）。

（Ｓ１２）
データ処理回路１０５は、位置合わせ結果を判定し、位置合わせの処理を継続するかどうか判断する。データ処理回路１０５は、位置合わせ移動量Ｄ１１が１つに決まった場合は（Ｓ１２；Ｎｏ）、ボリュームデータＶ１，Ｖ２の位置合わせを終了し、Ｓ１８に進む。その位置合わせによる変換行列をＴ１２とする。

データ処理回路１０５は、複数の移動量（例えば、移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４；図７等参照）が得られ、その中から適切な移動量を絞り込む事ができない場合、（Ｓ１２；Ｙｅｓ）、対応する位置合わせによる３つの変換行列を求める。データ処理回路１０５は、これら３つの変換行列から、最適な変換行列Ｔ２を決めるために、位置合わせの処理を継続して第３段階の位置合わせを開始する。

（Ｓ１３）
ステップＳ１２で得られた各移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４に対応した移動後の芯線Ｃｏ１１と芯線Ｃｏ２との重畳状態を、ディスプレイ１０２に、各々表示させる（図８〜図１０等参照）。

（Ｓ１４）
データ処理回路１０５は、芯線Ｃｏ１１の周囲にあり、且つ芯線Ｃｏ１１のボクセル値に近い値を備え、所定の大きさを持つ複数のスポット領域Ｃｏ１２を指定する（図１１等参照）。

（Ｓ１５）
データ処理回路１０５は、閾値内領域Ｔｈ２から芯線Ｃｏ２２を生成する。或いは、３次元投影画像Ｐｒ２を芯線Ｃｏ２２とする。

（Ｓ１６）
データ処理回路１０５は、ステップＳ１３終了時点での複数位置（移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４に対応）から、芯線Ｃｏ１１及び複数のスポット領域Ｃｏ１２と、芯線２２との位置合わせを行う（図１２〜図１４等参照）。

（Ｓ１７）
データ処理回路１０５は、各移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４から、芯線Ｃｏ２２と重なる複数のスポット領域Ｃｏ１２の数（以下、「重畳数」という。）が最も多い場合の位置合わせの移動量を選択する。その移動量を最適な位置合わせ移動量Ｄ１８とする（例えば、図７のＤ１３）。その際、予めスポット領域Ｃｏ１２毎に重み付けを行い、データ処理回路１０５は、重畳数を集計する際にその重みを反映させてもよい。更に、データ処理回路１０５は、各移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４に対応する位置から、移動を伴う位置合わせを行い、重畳数が最大となる、最適な位置合わせ移動量Ｄ１８を選択してもよい。

（Ｓ１８）
データ処理回路１０５は、移動量Ｄ１８で移動させた芯線Ｃｏ１１と芯線Ｃｏ２とを重畳した重畳画像と、その場合の位置合わせ誤差とをディスプレイ１０２に表示させる（図１８）。

（Ｓ１９）
データ処理回路１０５は、位置合わせによるボリュームデータＶ１の空間移動を３次元アフィン変換で表現し、位置合わせ前後のボリュームデータＶ１を構成する各ボリュームの座標から、３次元アフィン変換行列Ｔ１２を求める。

（Ｓ２０）
データ処理回路１０５は、３次元アフィン変換行列Ｔ１２と公知手法に基づく変換行列Ｔ１１とから、位置合わせ変換行列Ｔｆ１＝Ｔ１１＊Ｔ１２を求める。或いは、第３段階の位置合わせで、更に移動を伴う位置合わせを行い、最適な移動量を選択した場合は、データ処理回路１０５は、その変換行列Ｔ１３から、位置合わせ変換行列Ｔｆ１＝Ｔ１１＊Ｔ１２＊Ｔ１３を求めてもよい。

（Ｓ２１）
データ処理回路１０５は、変換行列Ｔｆ１をボリュームデータＶ１を構成する全点に適用させ、新たなボリュームデータＶ１５を求める。

（Ｓ２２）
データ処理回路１０５は、ボリュームデータＶ２の３次元投影画像Ｐｒ２と、ボリュームデータＶ１５の３次元投影画像Ｐｒ１５とを、重畳表示する。

（マニュアルモード）
なお、上記位置合わせ結果の表示ステップ（Ｓ３、Ｓ１３、Ｓ１８及びＳ２２）において、データ処理回路１０５は、入力回路１０３からの操作入力により、位置合わせ移動量（Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３、Ｄ１４及びＤ１８）を修正できる構成としてもよい。その結果、上記表示ステップにおいて、データ処理回路１０５は、入力回路１０３からの操作入力により、位置合わせを更に変更できる構成としてもよい。

［効果］
本実施形態に示した構成、処理を行うことにより、異なるモダリティで撮像された（ボクセル値の分布範囲が異なる）複数の画像や異なる時間に撮像された複数の画像との間で、正しく位置合わせができる。更に、画像間の位置合わせを行う時間を短縮し、位置合わせの精度を改善することができる。また、本実施形態は、位置合わせの対象となる部位を選択して位置合わせができるので、ボリュームデータにノイズ、一部欠損或いは３次元投影画像に歪みがある場所等、画像全体のマッチングでは位置合わせが正常に行えない場合であっても、それらを避けて位置合わせを行うことができる。また、本実施形態は、２つのボリュームデータに共通した注目領域を整合させることで、両ボリュームデータが別々にカバーする２つの領域を１つの領域として合成することができる。よって、本実施形態は、より広範囲の領域から複数の医用情報を生成することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、第１段階の位置合わせとして、ボリュームデータＶ１に公知の位置合わせ手法を適用し、ボリュームデータＶ１求め、その３次元投影画像Ｐｒ１１とした。更に、３次元投影画像Ｐｒ１１とボリュームデータＶ２の３次元投影画像Ｐｒ２とに対し、第２段階、第３段階の位置合わせを実施した。特に、第３段階の位置合わせでは、第２段階の位置合わせ結果位置で３次元投影画像Ｐｒ１１からスポット領域Ｃｏ１２を生成し、芯線Ｃｏ２２（３次元投影画像Ｐｒ２）と位置合わせを行った。そして、芯線Ｃｏ２２に重なるスポット領域Ｃｏ１２の数を基準として、第２段階の位置合わせ結果の評価を行った。

本実施形態では、第１実施形態と同様に、まず２つのボリュームデータである第１のボリュームデータ（以下、適宜「ボリュームデータＶ３」と表わす。）、及び第２のボリュームデータ（以下、適宜「ボリュームデータＶ４」と表わす。）を取得する。次にボリュームデータＶ３に、第１段階の位置合わせとして、公知の位置合わせ手法を適用し、ボリュームデータＶ３１を得る。ボリュームデータＶ３１の３次元投影画像Ｐｒ３１とボリュームデータＶ４の３次元投影画像Ｐｒ４とに対し、第２段階、第３段階の位置合わせを実施する。なお、本実施形態における第３段階の位置合わせは、第１実施形態と同様に、第２段階の位置合わせ結果の評価を行うことである。

第１実施形態と本実施形態との差異は、第３段階の位置合わせ方法にある。本実施形態の第３段階の位置合わせ方法は、まず、既存の血管生成手法等によりボリュームデータＶ３１に基づき生成された芯線Ｃｏ３１を連続的に延長、或いは、当該芯線Ｃｏ３１に新たな小芯線Ｃｏ３２を追加し、新たな芯線Ｃｏ３３を作成する方法である（図２０）。同様にボリュームデータＶ４に基づき生成された芯線Ｃｏ４を連続的に延長、或いは、当該芯線Ｃｏ４に小芯線Ｃｏ４２を追加した新たな芯線Ｃｏ４３を作成する（図２１）。そして、複数ある第２段階の位置合わせ結果位置で、新たな芯線Ｃｏ３３と芯線Ｃｏ４３との重なり度合いを評価し、第２段階の位置合わせでの最適な結果を選択する。その評価は、芯線Ｃｏ３３と芯線Ｃｏ４３との重畳部分のボクセル数の多さを基準に判定する。以上のように、本実施形態は、第１実施形態と同様な構成、同様な作用を備える場合があり、共通する構成、作用については、説明を省略する場合がある。

［構成］
図１９により、本実施形態の医用画像診断装置２０の構成を説明する。医用画像診断装置２０は、第１実施形態における医用画像診断装置１０と同様な構成を備えおり、それらの詳細な説明は省略する。すなわち、医用画像診断装置２０は、記憶回路２０１、ディスプレイ２０２、入力回路２０３、データ取得回路２０４及びデータ処理回路２０５を備え、ネットワークＮ２に接続される。各構成要素の果たす機能は、データ処理回路２０５を除いて、第１実施形態における医用画像診断装置１０の各構成要素の果たす機能と同様であり、同様な機能に関して、その説明は省略する。また、ネットワークＮ２は、ネットワークＮ１と同様なネットワークである。

本実施形態のデータ処理回路２０５は、第１実施形態のデータ処理回路１０５と同様の構成を備えている。すなわち、データ処理回路２０５は、記憶回路２０１、ディスプレイ２０２、入力回路２０３及びデータ取得回路２０４に接続され、これらから出力されたデータを処理し、或いは制御するプロセッサである。また、データ処理回路２０５は、第３段階の位置合わせを実施する時点までは、データ処理回路１０５と同様の機能を備えている。従って、第３段階の位置合わせを実施するまでの機能に関する説明は省略する。

本実施形態においても、第２段階の位置合わせで得られた芯線Ｃｏ３１の移動量を、一例として３つ存在するものとして説明する。その移動量を移動量Ｄ３２、Ｄ３３及びＤ３４とする（例えば、図７の移動量Ｄ１２、Ｄ１３及びＤ１４に対応。）。第３段階の位置合わせの処理を行うに当たって、データ処理回路２０５は、まず、領域拡張法や細線化処理法等により、芯線Ｃｏ３１を延長或いは複数芯線に拡張する。

ここでデータ処理回路２０５は、第３段階の位置合わせでは、第２段階の位置合わせ処理において読み出したボクセル値の設定値を用いる。つまり設定値は、テンプレート（芯線Ｃｏ３１）に対応したボクセル値である。テンプレートの拡張において、データ処理回路２０５は当該ボクセル値の設定値と、近傍の各ボクセルのボクセル値とを対比する。その処理は概ね次の通りである。

データ処理回路２０５は、領域拡張により、芯線Ｃｏ３１の各端部から上記対比により対応する連結領域を順次取り込みながら領域拡張を行う。データ処理回路２０５は、領域の連結性を、開始点である各端部を中心として設定値の範囲内にあるか否かで判定する。

なお、データ処理回路２０５が領域拡張を行う方法は、設定値と近傍ボクセルのボクセル値とを対比する方法だけに限られない。例えば、データ処理回路２０５は領域拡張条件である設定値を、領域拡張処理の過程における周囲のボクセルのボクセル値の変化の状態に応じて変更することが可能である。具体的な一例として、データ処理回路２０５は、領域拡張の処理（探索処理）の過程において周囲のボクセルのボクセル値の変化を示す数値を求める。さらにデータ処理回路２０５は、求めた変化を示す数値の状態に基づき、領域拡張条件である設定値を変更する。

またデータ処理回路２０５は、あらかじめ設定された領域拡張ステップ数に達するまで拡張を行う。設定ステップ数を完了したと判断されると、次にデータ処理回路２０５は、拡張した範囲において細線化処理を行う。これによって、データ処理回路２０５は、拡張領域で細線化されたボクセルを芯線Ｃｏ３１の延長線とし、これを小芯線Ｃｏ３２として特定する。ただし、この細線化処理により特定される小芯線Ｃｏ３２は、芯線Ｃｏ３１の各端部と隣り合うボクセルから開始され、芯線Ｃｏ３１から離隔する方向に派生するものとする

さらにデータ処理回路２０５は、小芯線Ｃｏ３２と芯線Ｃｏ３１とを合わせた、新たな芯線Ｃｏ３３を求める（図２０）。同様に、データ処理回路２０５は、ボリュームデータＶ４における芯線Ｃｏ４とその延長或いは複数芯線に拡張した小芯線Ｃｏ４２とを合わせた、新たな芯線Ｃｏ４３を求める（図２１）。データ処理回路２０５は、芯線Ｃｏ３３と芯線Ｃｏ４３との位置合わせを行う。

本実施形態の第３段階の位置合わせでは、データ処理回路２０５は、移動量Ｄ３２、Ｄ３３及びＤ３４に対応する３つの位置合わせ開始位置において、位置合わせを行い（図２２〜図２４等参照）、第２段階の位置合わせにおける移動量Ｄ３２、Ｄ３３及びＤ３４を算出する。データ処理回路２０５は、移動量Ｄ３２、Ｄ３３及びＤ３４から、最適な移動量を選択する。

なお、芯線Ｃｏ３１から芯線Ｃｏ３３へ、及び芯線Ｃｏ４から芯線Ｃｏ４３へ、延長或いは拡張する際には、あらかじめ設定された領域拡張ステップ数でなく、延長する長さ、拡張する範囲に制限（例えば、延長距離１０ｍｍまで）を設けてもよい。この制限により、画像全体の中の限定された領域で位置合わせが可能となる。またこの制限は、画像全体の位置ずれや画像撮影時の画像の部分的な歪み等の影響を低下させ、位置合わせ精度の向上に貢献できる。

データ処理回路２０５は、第２段階の位置合わせ結果である移動量Ｄ３２、Ｄ３３及びＤ３４に対応する各開始位置での位置合わせ結果を、以下の基準で評価する。位置合わせ結果の評価は、例えば、芯線Ｃｏ３３と芯線Ｃｏ４３とが所定の太さ（例えば、１ボクセル）を持つものとして、芯線Ｃｏ３３と芯線Ｃｏ４３との重なり部分のボクセル数の多さ（重畳領域の広さ）で評価する。すなわち、各開始位置からの位置合わせのうち、最も重なる部分のボクセル数が多い（重畳領域が最大となる）場合の位置合わせを最適な位置合わせとし、その移動量（Ｄ３２、Ｄ３３及びＤ３４のうちの一つ）を最適な位置合わせ移動量Ｄ３８とする。或いは、この他、重なり部分のボクセル数と芯線Ｃｏ４３を構成する全ボクセル数との比（含有率）等、様々な評価基準を設けて評価してもよい。

このように、本実施形態では、第３段階の位置合わせで、データ処理回路２０５は、第２段階の位置合わせ移動量から、最適な移動量を選択している。なお、データ処理回路２０５は、第２段階の位置合わせ結果の位置から、更にボリュームデータＶ３１を移動させ、重なり部分のボクセル数が増加する移動量を求めてもよい。その中から、再度最適な移動量を選択してもよい。

［作用］
第２実施形態に係る医用画像診断装置２０の動作例を説明するフローチャート（図２５〜図２７）を参照し、以下に、本実施形態の位置合わせ処理を説明する。第３段階の位置合わせを開始する処理（ステップＳ３１からＳ４３）までは、第１実施形態の処理（ステップＳ１からＳ１３）と共通であるので、その説明は省略する。本実施形態は、第１実施形態のステップＳ１４に対応するステップからその作用が第１実施形態とは異なる。そのステップＳ４４から、説明を行う。

なお、第１段階における公知の位置合わせ手法に対応した変換行列を、変換行列Ｔ２１とする。

（Ｓ４４）
データ処理回路２０５は、領域拡張法や細線化処理法等により、芯線Ｃｏ３１を延長或いは複数芯線に拡張した、芯線Ｃｏ３３を求める（例えば、図２０参照）。

（Ｓ４５）
データ処理回路２０５は、小芯線Ｃｏ３２の生成過程と同様に、芯線Ｃｏ４を延長或いは複数芯線に拡張した、新たな芯線Ｃｏ４３を求める（図２１参照）。

（Ｓ４６）
データ処理回路２０５は、移動量Ｄ３２、Ｄ３３及びＤ３４に対応する３つの位置合わせ開始位置から、位置合わせを実施する（図２２〜図２４等参照）。

（Ｓ４７）
データ処理回路２０５は、３つの位置合わせ開始位置から実施する位置合わせを、芯線Ｃｏ３３と芯線Ｃｏ４３との重なり部分のボクセル数で評価する。重なり部分のボクセル数が最大の場合（図２３参照）の移動量を、最適な位置合わせ移動量Ｄ３８とする。

（Ｓ４８）
データ処理回路２０５は、芯線Ｃｏ３１を最適な位置合わせ移動量Ｄ３８で移動させた芯線Ｃｏ３３と芯線Ｃｏ４３とを重畳した重畳画像（図２３参照）と、その場合の位置合わせ誤差とをディスプレイ２０２に表示させる。

（Ｓ４９）
データ処理回路２０５は、位置合わせによるボリュームデータＶ３１の空間移動を、例えば、３次元アフィン変換で表現し、位置合わせ前後のボリュームデータＶ３１を構成する各ボリュームの座標から、３次元アフィン変換行列Ｔ２２を求める。

（Ｓ５０）
データ処理回路２０５は、公知手法に基づく変換行列Ｔ２１と３次元アフィン変換行列Ｔ２２とから、位置合わせ変換行列Ｔｆ２＝Ｔ２１＊Ｔ２２を求める。

（Ｓ５１）
データ処理回路２０５は、ボリュームデータＶ３１を構成する全点に位置合わせ変換行列Ｔｆ２を作用させ、新たなボリュームデータＶ３５とする。

（Ｓ５２）
データ処理回路２０５は、ボリュームデータＶ３５の３次元投影画像Ｐｒ３５と、ボリュームデータＶ４の３次元投影画像Ｐｒ４とを、重畳表示する（例えば、図２８参照）。

第３段階の位置合わせでデータ処理回路２０５が更なるボリュームデータＶ３１の移動量を求めている場合、データ処理回路２０５は、第３段階の位置合わせによる変換行列Ｔ２３を、変換行列Ｔ２２と同様に求める。そして、データ処理回路２０５は、位置合わせ変換行列Ｔｆ２を、Ｔｆ２＝Ｔ２１＊Ｔ２２＊Ｔ２３とすればよい。また、変換行列Ｔ２３は、アフィン変換行列を用いてもよい。

［効果］
本実施形態によれば、異なるモダリティで撮像された複数の画像や異なる時間に撮像された複数の画像との間で、正しく位置合わせをすることができる。更に、本実施形態に係る医用画像診断装置は、画像中からユーザが特定した領域に基づき位置合わせを行うことができるので、より正確に位置合わせが可能となる。また、本実施形態は、芯線を自動的に延長、拡大して位置合わせを行えるので、迅速に且つ広範囲の医療情報を提供することができる。

また、一般に、２つのボリュームデータ間で位置合わせをする場合、一方のボリュームデータから３点をマニュアル操作により生成して、他方のボリュームデータの対応する３点と合わせることで、位置合わせをする手法（以下、「３点位置合わせ手法」という。）が知られている。以下に、この３点位置合わせ手法と、本発明の第１及び第２実施形態とを比較して、本発明の第１及び第２実施形態が備える効果の一例を説明する。

特徴的な部位の選択に関して、３点位置合わせ手法では、ユーザは、２つのボリュームデータ間で判別可能な特徴的な３点を、双方のボリュームで見つけて特定する必要がある。その際、ユーザにとって、多くの場合、離れた特徴点を設定するため、マウスの移動量も多く、時間もかかる。また、点と特徴部位との誤差も生まれやすい。一方、本発明の第１及び第２実施形態では、２つのボリュームデータ間で判別可能な特徴的な線状領域を一箇所特定すればよい。特徴的な部位に線を引くだけなので、マウスの移動も少なく、位置合わせ結果に影響をあたえるような誤差も出にくい。

特徴的な部位選択の誤差に関して、３点位置合わせ手法では、特徴部位のどの点を特定するかによって誤差が生まれ、その誤差が位置合わせ結果に反映される可能性も否定できない。特に、画像上の特徴点（ランドマーク）を点により正確に指定するのは困難であるため、点指定により双方の画像のランドマーク同士を正確に一致させる位置合わせを行うのは、実質的に難しい。一方、本発明の第１及び第２実施形態では、ユーザのマニュアル操作により管状領域を設定し、そこから芯線を自動生成し、更に位置合わせ領域を自動拡張するので、ユーザのマニュアル操作による誤差は、自動プロセスの中で吸収される。したがって、途中にマニュアル操作があっても、位置合わせ結果にその誤差が反映されることを防いでいる。

第１実施形態及び第２実施形態において、医用画像診断装置および画像処理装置は、データ取得回路と、ディスプレイと、入力回路と、データ処理回路と、を少なくとも備える。そして、第１実施形態及び第２実施形態における医用画像診断装置および画像処理装置は、画像中からユーザが選択した特定領域を利用して位置合わせができるので、ユーザの注目する特定領域に対して、より正確かつ迅速な位置合わせを行うことが可能となる、という共通の効果がある。

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、発明の範囲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。

１０ 医用画像診断装置
１０１ 記憶回路
１０２ ディスプレイ
１０３ 入力回路
１０４ データ取得回路
１０５ データ処理回路
Ｖ１，Ｖ２ ボリュームデータ
Ｐｒ１１ ３次元投影画像
Ｄｕ１１ 管状領域
Ｔｈ１１ 生成領域
Ｃｏ１１ 芯線
Ｄ１１ 移動量
Ｄ１８ 最適移動量
Ｔ１１ 公知の変換行列
Ｔ１２ ３次元アフィン変換行列
Ｔｆ１ 位置合わせ変換行列

Claims (8)

1. 被検体内の３次元領域を対象とする第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとを取得するデータ取得部と、
   少なくとも前記第１のボリュームデータに基づく画像に対する操作入力に従って位置合わせ対象とする対象部位を設定する設定部と、
   前記対象部位に基づき位置合わせ用のテンプレートを作成し、当該テンプレートに基づき前記第２のボリュームデータにおける前記テンプレートに対応する照合領域を求め、前記第１のボリュームデータに設定された前記対象部位の位置と前記照合領域とに基づいて、前記第１のボリュームデータと前記第２のボリュームデータとの位置合わせを行う位置調整部と、
   を備えた医用画像診断装置。
2. 前記位置調整部は、
   前記テンプレートを、前記第１のボリュームデータにおける前記対象部位の前記テンプレートの周囲に位置する、前記テンプレートのボクセル値と近似するボクセル値を持つ複数の点状のボクセルで表わされるスポット領域を特定して作成し、
   作成された前記テンプレートと前記照合領域との位置合わせにおいて、前記スポット領域のうち、前記照合領域と重畳するボクセル数が最大となるように前記テンプレートの相対位置を求めること、
   を特徴とする請求項１に記載の医用画像診断装置。
3. 前記位置調整部は、
   前記テンプレートを、前記第１のボリュームデータにおける前記テンプレートのボクセルを連続的に拡張することにより領域拡張を行って作成し、
   前記照合領域を、前記第２のボリュームデータにおける前記照合領域のボクセルを連続的に拡張することにより領域拡張を行って作成し、
   作成された前記テンプレートと前記照合領域との位置合わせにおいて、両者の重畳領域が最大となるように前記テンプレートの相対位置を求めること、
   を特徴とする請求項１に記載の医用画像診断装置。
4. 前記位置調整部は、
   前記テンプレートを、前記第１のボリュームデータにおける前記対象部位のボクセルに対し細線化処理することにより特定し、
   前記照合領域を、前記第２のボリュームデータにおけるボクセルのうち閾値に基づき特定した領域であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の医用画像診断装置。
5. 前記第１のボリュームデータ及び前記第２のボリュームデータは、管状構造物を含み、前記対象部位は前記管状構造物に対応する領域であり、前記照合領域は、前記第２のボリュームデータ中に含まれる前記管状構造物の領域に対応する領域であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の医用画像診断装置。
6. 前記対象部位は前記管状構造物に相当するボクセルであり、前記テンプレートは前記管状構造物の芯線を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の医用画像診断装置。
7. 前記設定部は、前記第１のボリュームデータに基づき生成されたＭＩＰ画像に対する操作入力に従って前記対象部位を設定することを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の医用画像診断装置。
8. ボリュームデータから生成される画像を表示する表示部と、
   被検体内の３次元領域を対象とする第１のボリュームデータと第２のボリュームデータとを取得するデータ取得部と、
   少なくとも前記第１のボリュームデータに基づく画像に対する操作入力に従って位置合わせ対象とする対象部位を設定する設定部と、
   前記対象部位に基づき位置合わせ用のテンプレートを作成し、当該テンプレートに基づき前記第２のボリュームデータにおける前記テンプレートに対応する照合領域を求め、前記テンプレートと前記照合領域とに基づいて、前記第１のボリュームデータと前記第２のボリュームデータとの位置合わせを行う位置調整部と、
   を備えた画像処理装置。