JP2023128337A - 医用画像処理装置、医用画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】機能画像の診断精度を向上すること。【解決手段】実施形態に係る医用画像処理装置は、第１，第２取得部、第１，第２分割部及び第１，第２レジストレーション部を備える。第１取得部は、被験者の少なくとも所定の解剖学的構造を含む形態画像及び機能画像を取得する。第２取得部は、形態画像及び機能画像にそれぞれ対応する基準形態データ及び基準機能データを取得する。第１分割部は、機能画像がイメージング対象とする機能に基づいて、形態画像と基準形態データとを分割する。第２分割部は、分割形態画像に基づいて機能画像を分割し、分割基準形態データに基づいて基準機能データを分割する。第１レジストレーション部は、分割形態画像と分割基準形態データとをレジストレーションする。第２レジストレーション部は、第１レジストレーション部によるレジストレーション結果に基づいて、分割機能画像と分割基準機能データとをレジストレーションする。【選択図】図１

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用画像処理装置、医用画像処理方法及びプログラムに関する。

従来、人体などの被検体を撮影して機能画像を得るなど、人体機能を画像化して診断などに利用する機能診断法が知られている。機能診断法としては、例えば、Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＥＴ）検査やＭａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ（ＭＲＩ）検査、蛍光イメージング、磁性ナノ粒子イメージング、ｐＨイメージングなど、目的に応じた多数の手法が存在する。

このような中、疾患の診断などを目的とした機能診断においては、取得した信号値が正常範囲であるか否か、あるいは当該信号値が疾患により低下、欠損又は亢進しているか否かなどを観察する必要がある。このため、機能診断においては、健常者と患者との間、あるいは同一患者の異なる複数時点の間での機能画像の対比が重要である。

機能画像の対比においては、例えば境界や特徴が明瞭な人体や臓器の外形などを基準として機能画像間の位置合わせが行われる場合があった。しかしながら、人体や臓器の外形などを基準として機能画像間の位置合わせが行われると、臓器内部の解剖学的構造レベルでは、位置合わせの精度が低い場合があった。このため、観察対象とする機能が臓器内で局在したり、機能の程度が場所によって変わったりする場合には、適切に機能画像を対比することができず、機能画像の診断精度が低下するおそれがあった。

特開２０１５－１３６４８０号公報

本明細書等に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、機能画像の診断精度を向上することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態に係る医用画像処理装置は、第１，第２取得部、第１，第２分割部及び第１，第２レジストレーション部を備える。前記第１取得部は、被験者の少なくとも所定の解剖学的構造を含む形態画像と当該形態画像に対応する機能画像とを取得する。前記第２取得部は、前記形態画像に対応する基準形態データと、前記機能画像に対応する基準機能データとを取得する。前記第１分割部は、前記機能画像がイメージング対象とする機能に基づいて、前記形態画像と前記基準形態データとを分割することで分割形態画像と分割基準形態データとを取得する。前記第２分割部は、前記分割形態画像に基づいて前記機能画像を分割することで分割機能画像を取得し、前記分割基準形態データに基づいて前記基準機能データを分割することで分割基準機能データを取得する。前記第１レジストレーション部は、前記分割形態画像と、前記分割基準形態データとをレジストレーションする。前記第２レジストレーション部は、前記第１レジストレーション部によるレジストレーション結果に基づいて、前記分割機能画像と前記分割基準機能データとをレジストレーションする。

図１は、実施形態に係る医用画像処理装置が搭載されたＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置の構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態に係る医用画像処理の概要を説明するための図である。 図３は、実施形態に係る医用画像処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら各実施形態に係る医用画像処理装置、医用画像処理方法及びプログラムを説明する。なお、以下の説明において、既出の図に関して前述したものと同一又は略同一の機能を有する構成要素については、同一符号を付し、必要な場合にのみ重複説明する。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表されている場合もある。また、例えば図面の視認性を確保する観点から、各図面の説明において主要又は代表的な構成要素だけに参照符号を付し、同一又は略同一の機能を有する構成要素であっても参照符号を付していない場合もある。

以下に説明する各実施形態では、各実施形態に係る医用画像処理装置がＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ：Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に搭載された場合を例示する。

なお、各実施形態に係る医用画像処理装置は、Ｘ線ＣＴ装置に搭載される場合に限らず、プロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとをハードウェア資源として有するコンピュータにより、独立した装置として実現されていてもよい。この場合、コンピュータに搭載されたプロセッサは、ＲＯＭ等から読み出してＲＡＭにロードしたプログラムを実行することにより、各実施形態に係る各種の機能を実現することができる。

また、各実施形態に係る医用画像処理装置は、Ｘ線ＣＴ装置の他の医用画像診断装置に搭載されて実現されても構わない。この場合、各医用画像診断装置に搭載されたプロセッサは、ＲＯＭ等から読み出してＲＡＭにロードしたプログラムを実行することにより、各実施形態に係る機能を実現することができる。各実施形態に係る各種の機能を実現することができる。他の医用画像診断装置としては、Ｘ線診断装置、ＭＲＩ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）装置、超音波診断装置、ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置、ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置、ＳＰＥＣＴ装置とＸ線ＣＴ装置とが一体化されたＳＰＥＣＴ－ＣＴ装置、ＰＥＴ装置とＸ線ＣＴ装置とが一体化されたＰＥＴ－ＣＴ装置などの種々の医用画像診断装置があり得る。

例えばＸ線ＣＴ装置には、第３世代ＣＴ、第４世代ＣＴ等様々なタイプがあるが、いずれのタイプでも各実施形態へ適用可能である。ここで、第３世代ＣＴは、Ｘ線管と検出器とが一体として被検体の周囲を回転するＲｏｔａｔｅ／Ｒｏｔａｔｅ－Ｔｙｐｅである。第４世代ＣＴは、リング状にアレイされた多数のＸ線検出素子が固定され、Ｘ線管のみが被検体の周囲を回転するＳｔａｔｉｏｎａｒｙ／Ｒｏｔａｔｅ－Ｔｙｐｅである。

図１は、実施形態に係る医用画像処理装置が搭載されたＸ線ＣＴ装置１の構成の一例を示す図である。Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線管１１から被検体Ｐに対してＸ線を照射し、照射されたＸ線をＸ線検出器１２で検出する。Ｘ線ＣＴ装置１は、Ｘ線検出器１２からの出力に基づいて被検体Ｐに関するＣＴ画像を生成する。ここで、被検体Ｐは、被験者及び当該被験者と機能状態を比較する対象であって、例えばＰＥＴ装置により取得される機能画像がイメージング対象とする機能に関する健常者の一例である。

図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、架台１０、寝台３０及びコンソール４０を有する。なお、図１では説明の都合上、架台１０が複数描画されている。架台１０は、被検体ＰをＸ線ＣＴ撮影するための構成を有するスキャン装置である。寝台３０は、Ｘ線ＣＴ撮影の対象となる被検体Ｐを載置し、被検体Ｐを位置決めするための搬送装置である。コンソール４０は、架台１０を制御するコンピュータである。例えば、架台１０及び寝台３０はＣＴ検査室に設置され、コンソール４０はＣＴ検査室に隣接する制御室に設置される。架台１０、寝台３０及びコンソール４０は、互いに通信可能に有線又は無線で接続されている。

なお、コンソール４０は、必ずしも制御室に設置されなくてもよい。例えば、コンソール４０は、架台１０及び寝台３０とともに同一の部屋に設置されてもよい。また、コンソール４０が架台１０に組み込まれてもよい。

なお、本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１３の回転軸又は寝台３０の天板３３の長手方向をＺ軸方向、Ｚ軸方向に直交し床面に対し水平である軸方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向に直交し床面に対し垂直である軸方向をＹ軸方向と定義する。

図１に示すように、架台１０は、Ｘ線管１１、Ｘ線検出器１２、回転フレーム１３、Ｘ線高電圧装置１４、制御装置１５、ウェッジ１６、コリメータ１７及びデータ収集回路（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：ＤＡＳ）１８を有する。

Ｘ線管１１は、熱電子を発生する陰極（フィラメント）と、熱電子の衝突を受けてＸ線を発生する陽極（ターゲット）とを有する真空管である。Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１４から供給される高電圧を用いて、陰極から陽極に向けて熱電子を照射することにより、被検体Ｐに対してＸ線を照射する。

なお、Ｘ線を発生させるハードウェアはＸ線管１１に限られない。例えば、Ｘ線管１１に代えて、第５世代方式を用いてＸ線を発生させることにしても構わない。第５世代方式は、電子銃から発生した電子ビームを集束させるフォーカスコイルと、電磁偏向させる偏向コイルと、被検体Ｐの半周を囲い偏向した電子ビームが衝突することによってＸ線を発生させるターゲットリングとを含む。

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から照射され被検体Ｐを通過したＸ線を検出し、検出されたＸ線の線量に対応した電気信号をＤＡＳ１８に出力する。Ｘ線検出器１２は、例えば、Ｘ線管１１の焦点を中心として１つの円弧に沿ってチャネル方向に複数のＸ線検出素子が配列されたＸ線検出素子列を有する。Ｘ線検出器１２は、例えば、チャネル方向に複数のＸ線検出素子がスライス方向（列方向，ｒｏｗ方向）に複数配列された構造を有する。また、Ｘ線検出器１２は、例えば、グリッド、シンチレータアレイ及び光センサアレイを有する間接変換型の検出器である。シンチレータアレイは、複数のシンチレータを有する。シンチレータは、入射Ｘ線量に応じた光量の光を出力するシンチレータ結晶を有する。グリッドは、シンチレータアレイのＸ線入射面側の面に配置され、散乱Ｘ線を吸収する機能を有するＸ線遮蔽板を有する。なお、グリッドは、コリメータ（１次元コリメータ又は２次元コリメータ）と呼ばれる場合もある。光センサアレイは、シンチレータからの光の光量に応じた電気信号に変換する機能を有する。光センサとしては、例えば、光電子増倍管（フォトマルチプアイヤー：ＰＭＴ）等が用いられる。なお、Ｘ線検出器１２は、入射したＸ線を電気信号に変換する半導体素子を有する直接変換型の検出器であっても構わない。

回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向支持し、後述する制御装置１５によってＸ線管１１とＸ線検出器１２とを回転させる円環状のフレームである。回転フレーム１３の開口部１９には、画像視野（ＦＯＶ）が設定される。例えば、回転フレーム１３は、アルミニウムを材料とした鋳物である。なお、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１及びＸ線検出器１２に加えて、Ｘ線高電圧装置１４やウェッジ１６、コリメータ１７及びＤＡＳ１８等をさらに支持することもできる。また、回転フレーム１３は、図１において図示しない種々の構成をさらに支持することもできる。

Ｘ線高電圧装置１４は、高電圧発生装置及びＸ線制御装置を有する。高電圧発生装置は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路を有し、Ｘ線管１１に印加する高電圧及びＸ線管１１に供給するフィラメント電流を発生する。Ｘ線制御装置は、Ｘ線管１１が照射するＸ線に応じた出力電圧の制御を行う。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。Ｘ線高電圧装置１４は、架台１０内の回転フレーム１３に設けられてもよいし、架台１０内の固定フレーム（図示しない）に設けられても構わない。なお、固定フレームは、回転フレーム１３を回転可能に支持するフレームである。

制御装置１５は、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構と、この駆動機構を制御するプロセッサ及びメモリ等を有する処理回路とを含む。制御装置１５は、入力インターフェース４３や架台１０に設けられた入力インターフェース等からの入力信号を受けて、架台１０及び寝台３０の動作制御を行う。制御装置１５による動作制御としては、例えば、回転フレーム１３を回転させる制御、架台１０をチルトさせる制御及び寝台３０を動作させる制御等がある。なお、架台１０をチルトさせる制御は、架台１０に取り付けられた入力インターフェースによって入力される傾斜角度（チルト角度）情報により、制御装置１５がＸ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１３を回転させることによって実現される。なお、制御装置１５は架台１０に設けられてもよいし、コンソール４０に設けられてもよい。

ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線量を調節するためのフィルタである。具体的には、ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から被検体Ｐへ照射されるＸ線が、予め定められた分布になるように、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を透過して減衰するフィルタである。例えば、ウェッジ１６は、ウェッジフィルタ（ｗｅｄｇｅ ｆｉｌｔｅｒ）やボウタイフィルタ（ｂｏｗ－ｔｉｅ ｆｉｌｔｅｒ）であり、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウム等を加工して構成される。

コリメータ１７は、ウェッジ１６を透過したＸ線の照射範囲を限定する。コリメータ１７は、Ｘ線を遮蔽する複数の鉛板をスライド可能に支持し、複数の鉛板により形成されるスリットの形態を調節する。なお、コリメータ１７は、Ｘ線絞りと呼ばれる場合もある。

ＤＡＳ１８は、Ｘ線検出器１２により検出されたＸ線の線量に応じた電気信号をＸ線検出器１２から読み出す。ＤＡＳ１８は、読み出した電気信号を増幅し、ビュー期間に亘り電気信号を積分（加算）することにより当該ビュー期間に亘るＸ線の線量に応じたデジタル値を有する検出データを収集する。検出データは、投影データと呼ばれる。ＤＡＳ１８は、例えば、投影データを生成可能な回路素子を搭載した特定用途向け集積回路（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）により実現される。投影データは、非接触データ伝送装置等を介してコンソール４０に伝送される。

なお、ＤＡＳ１８が生成した検出データは、回転フレーム１３に設けられた発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ： ＬＥＤ）を有する送信機から光通信によって架台１０の非回転部分（例えば固定フレーム。図１での図示は省略している。）に設けられた、フォトダイオードを有する受信機に送信され、コンソール４０へと転送される。なお、回転部分の回転フレーム１３から架台１０の非回転部分への検出データの送信方法は、前述の光通信に限らず、非接触型のデータ転送であれば如何なる方式を採用しても構わない。

なお、本実施形態では、積分型のＸ線検出器１２が搭載されたＸ線ＣＴ装置１を例として説明するが、本実施形態に係る技術は、光子計数型のＸ線検出器が搭載されたＸ線ＣＴ装置１として実現することもできる。

寝台３０は、スキャン対象の被検体Ｐを載置、移動させる装置である。寝台３０は、基台３１、寝台駆動装置３２、天板３３及び支持フレーム３４を有する。基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置３２は、被検体Ｐが載置された天板３３を、天板３３の長手方向に移動する駆動機構である。寝台駆動装置３２は、モータ及びアクチュエータ等を含む。天板３３は、被検体Ｐが載置される板である。天板３３は、支持フレーム３４の上面に設けられる。天板３３は、被検体Ｐの全身が撮影可能となるように、寝台３０から架台１０側へ突出することが可能である。天板３３は、例えば、Ｘ線の透過性と、剛性及び強度等の物理特性とが良好な炭素繊維強化樹脂（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｌａｓｔｉｃ；ＣＦＲＰ）により形成される。また、例えば、天板３３の内部は、空洞である。支持フレーム３４は、天板３３を、天板３３の長手方向に移動可能に支持する。なお、寝台駆動装置３２は、天板３３に加え、支持フレーム３４を天板３３の長手方向に移動してもよい。

コンソール４０は、メモリ４１、ディスプレイ４２、入力インターフェース４３及び処理回路４４を有する。メモリ４１とディスプレイ４２と入力インターフェース４３と処理回路４４との間のデータ通信は、バス（ＢＵＳ）を介して行われる。なお、コンソール４０は架台１０とは別体として説明するが、架台１０にコンソール４０又はコンソール４０の各構成要素の一部が含まれてもよい。

メモリ４１は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。例えば、メモリ４１は、投影データや再構成画像データを記憶する。また、例えば、メモリ４１は、各種のプログラムを記憶する。また、例えば、メモリ４１は、機能診断の対象とする機能と、当該機能を発現する臓器などの解剖学的構造と、形態画像及び基準形態画像を分割する分割単位との対応を示すテーブルを記憶する。なお、メモリ４１の保存領域は、Ｘ線ＣＴ装置１内にあってもよいし、ネットワークで接続された外部記憶装置内にあってもよい。ここで、メモリ４１は、記憶部の一例である。

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路４４によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、操作者からの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を表示する。ディスプレイ４２に表示される情報は、基準機能画像及び機能画像を解剖学的構造に基づいて比較可能に表示するための表示画面を含む。ディスプレイ４２としては、種々の任意のディスプレイが、適宜、使用可能となっている。例えばディスプレイ４２として、液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＬＣＤ）、Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ（ＣＲＴ）ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｄｉｓｐｌａｙ：ＯＥＬＤ）又はプラズマディスプレイが使用可能である。

なお、ディスプレイ４２は、制御室の如何なる場所に設けられてもよい。また、ディスプレイ４２は、架台１０に設けられてもよい。また、ディスプレイ４２は、デスクトップ型でもよいし、コンソール４０の本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしても構わない。また、ディスプレイ４２として、１又は２以上のプロジェクタが用いられてもよい。ここで、ディスプレイ４２は、表示部の一例である。

入力インターフェース４３は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路４４に出力する。例えば、入力インターフェース４３は、投影データを収集する際の収集条件や、ＣＴ画像を再構成する際の再構成条件、ＣＴ画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等を操作者から受け付ける。

入力インターフェース４３としては、例えば、マウス、キーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック、タッチパッド及びタッチパネルディスプレイ等が適宜、使用可能となっている。なお、本実施形態において、入力インターフェース４３は、これらの物理的な操作部品を備えるものに限られない。例えば、装置とは別体に設けられた外部の入力機器から入力操作に対応する電気信号を受け取り、この電気信号を処理回路４４へ出力する電気信号の処理回路も入力インターフェース４３の例に含まれる。また、入力インターフェース４３は、架台１０に設けられてもよい。また、入力インターフェース４３は、コンソール４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されることにしても構わない。ここで、入力インターフェース４３は、入力部の一例である。

処理回路４４は、Ｘ線ＣＴ装置１全体の動作を制御する。処理回路４４は、ハードウェア資源として、プロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとを有する。処理回路４４は、メモリに展開されたプログラムを実行するプロセッサにより、システム制御機能４４１、画像生成機能４４２、画像処理機能４４３、特定機能４４４、分割機能４４５、レジストレーション機能４４６及び表示制御機能４４７等を実行する。ここで、処理回路４４は、処理部の一例である。

システム制御機能４４１において処理回路４４は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路４４の各種機能を制御する。例えば処理回路４４は、架台１０で行なわれるＣＴスキャンを制御する。処理回路４４は、ＣＴスキャンで得られた検出データに基づいて、後述する画像生成機能４４２及び画像処理機能４４３により被検体Ｐに関するボリュームデータを取得する。また、処理回路４４は、被検体Ｐに関する機能画像及び基準機能画像を、メモリ４１又はＸ線ＣＴ装置１の外部から取得する。ここで、システム制御機能４４１を実現する処理回路４４は、第１取得部及び第２取得部の一例である。

本実施形態では、一例として、機能診断の対象である被験者（被検体Ｐ）と、当該被験者の機能状態に関する比較対象としての健常者（被検体Ｐ）とのそれぞれに関して、Ｘ線ＣＴ装置１により、少なくとも肺を含むボリュームデータが取得される場合を説明する。ここで、被験者に関するボリュームデータ又は当該ボリュームデータに基づいて生成されるＣＴ画像データは、形態画像の一例である。また、健常者に関するボリュームデータ又は当該ボリュームデータに基づいて生成されるＣＴ画像データは、基準形態画像であり、基準形態データの一例である。また、肺は、所定の臓器、あるいは所定の解剖学構造の一例である。

また、本実施形態では、被験者の肺における換気、血流、および呼吸運動の少なくとも１つの機能に関する機能診断を行う場合を例として、被験者と健常者とのそれぞれに関して、Ｘ線ＣＴ装置１の外部のＰＥＴ装置により、少なくとも肺を含むＰＥＴ画像データが取得される場合を説明する。ここで、被験者の少なくとも肺を含むＰＥＴ画像データは、被験者の形態画像に対応する機能画像の一例である。また、健常者の少なくとも肺を含むＰＥＴ画像データは、健常者の基準形態画像に対応する基準機能画像であり、基準機能データの一例である。また、肺における換気、血流、拡散、および呼吸運動の少なくとも１つの機能は、被験者の機能画像がイメージング対象とする機能の一例である。なお、ガス交換そのもの、すなわちガス交換に係る換気、血流及び拡散の相互作用を機能画像により捉えることができる場合には、肺のガス交換機能もまた、被験者の機能画像がイメージング対象とする機能の一例であると言える。

なお、本実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置１の外部のＰＥＴ装置から機能画像及び基準機能画像が取得される場合を例示するが、これに限らない。例えば、ＰＥＴ－ＣＴ装置において、被験者に関する形態画像及び機能画像を取得するとともに、健常者に関する基準形態画像及び基準機能画像を取得する場合もあり得る。この場合、形態画像及び機能画像の間、あるいは基準形態画像及び基準機能画像の間で被検体Ｐの位置を揃えることができるため、機能画像の診断精度をより向上することができる。

なお、被験者及び健常者の少なくとも一方に関するボリュームデータが、Ｘ線ＣＴ装置１の外部から取得されてもよい。

画像生成機能４４２において処理回路４４は、ＤＡＳ１８から出力された検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を施したデータを生成する。処理回路４４は、生成されたデータをメモリ４１に格納する。なお、前処理前のデータ（検出データ）及び前処理後のデータを総称して投影データと称する場合もある。処理回路４４は、生成された投影データ（前処理後の投影データ）に対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法、機械学習等を用いた再構成処理を行ってＣＴ画像データを生成する。処理回路４４は、生成されたＣＴ画像データをメモリ４１に格納する。

画像処理機能４４３において処理回路４４は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、画像生成機能４４２によって生成されたＣＴ画像データを公知の方法により、任意断面の断層像データや３次元画像データに変換する。例えば、処理回路４４は、当該ＣＴ画像データにボリュームレンダリングや、サーフェスレンダリング、画像値投影処理、ＭＰＲ（Ｍｕｌｔｉ－Ｐｌａｎａｒ Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）処理、ＣＰＲ（Ｃｕｒｖｅｄ ＭＰＲ）処理等の３次元画像処理を施して、任意視点方向のレンダリング画像データを生成する。なお、任意視点方向のレンダリング画像データ等の３次元画像データ、すなわちボリュームデータの生成は、画像生成機能４４２が直接行っても構わない。処理回路４４は、断層像データや３次元画像データをメモリ４１に格納する。

特定機能４４４において処理回路４４は、機能画像がイメージング対象とする機能、すなわち被験者の機能診断の対象機能を特定する。処理回路４４は、例えば入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、機能診断の対象機能を特定する。あるいは、処理回路４４は、被験者の形態画像及び機能画像の少なくとも一方に付された付帯情報に基づいて、機能診断の対象機能を特定する。あるいは、処理回路４４は、被験者の形態画像及び機能画像の少なくとも一方を取得するための検査情報に基づいて、機能診断の対象機能を特定する。ここで、特定機能４４４を実現する処理回路４４は、特定部の一例である。

分割機能４４５において処理回路４４は、機能診断の対象機能に基づいて、被験者の形態画像と健常者の基準形態画像とをそれぞれ分割し、被験者の分割形態画像と健常者の分割基準形態画像とを取得する。一例として、処理回路４４は、診断対象の臓器が有する機能診断の対象機能が発現する当該臓器における位置に基づいて、形態画像及び基準形態画像を分割する。ここで、診断対象の臓器とは、上述したように、診断対象の解剖学構造の一例である。一例として、処理回路４４は、診断対象の臓器が有する機能を発現する解剖学的構造に基づく機能構成単位又は当該機能構成単位のグループごとに、形態画像及び基準形態画像を分割する。また、処理回路４４は、被験者の分割形態画像に基づいて被験者の機能画像を分割し、被験者の分割機能画像を取得する。また、処理回路４４は、健常者の分割基準形態画像に基づいて健常者の基準機能画像を分割し、健常者の分割基準機能画像を取得する。ここで、分割機能４４５を実現する処理回路４４は、第１分割部及び第２分割部の一例である。

レジストレーション機能４４６において処理回路４４は、被験者の分割形態画像と、健常者の分割基準形態画像とをレジストレーションする。また、処理回路４４は、被験者の分割形態画像と、健常者の分割基準形態画像とのレジストレーション結果に基づいて、被験者の分割機能画像と、健常者の分割基準機能画像とをレジストレーションする。ここで、レジストレーション機能４４６を実現する処理回路４４は、第１レジストレーション部及び第２レジストレーション部の一例である。

表示制御機能４４７において処理回路４４は、画像処理機能４４３により生成された各種画像データに基づいて、画像をディスプレイ４２に表示させる。ディスプレイ４２に表示させる画像は、被験者の分割機能画像と健常者の分割基準機能画像とを比較可能に表示する画像を含む。また、ディスプレイ４２に表示させる画像は、ＣＴ画像データに基づくＣＴ画像、任意断面の断面画像データに基づく断面画像、任意視点方向のレンダリング画像データに基づく任意視点方向のレンダリング画像等を含む。また、ディスプレイ４２に表示させる画像は、操作画面を表示するための画像や操作者への通知及び警告を表示するための画像を含む。

なお、被験者の分割機能画像と健常者の分割基準機能画像とを比較可能に表示する画像データは、画像生成機能４４２、画像処理機能４４３、分割機能４４５、レジストレーション機能４４６及び表示制御機能４４７のいずれの機能により生成されても構わない。

なお、各機能４４１～４４７は、単一の処理回路で実現される場合に限らない。複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路４４を構成し、各プロセッサが各プログラムを実行することにより各機能４４１～４４７を実現するものとしても構わない。ここで、各機能４４１～４４７は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。

なお、コンソール４０は、単一のコンソールにて複数の機能を実行するものとして説明したが、複数の機能を別々のコンソールが実行することにしても構わない。例えば、画像生成機能４４２、画像処理機能４４３、特定機能４４４、分割機能４４５、レジストレーション機能４４６等の処理回路４４の機能を分散して別々のコンソールが有しても構わない。

なお、処理回路４４の一部又は全部は、コンソール４０に含まれる場合に限らず、複数の医用画像診断装置にて取得された検出データに対する処理を一括して行う統合サーバに含まれてもよい。

なお、後処理、特定処理、分割処理、レジストレーション処理及び表示処理のうちの少なくとも１の処理は、コンソール４０又は外部のワークステーションのどちらで実施することにしても構わない。また、コンソール４０とワークステーションの両方で同時に処理することにしても構わない。ワークステーションとしては、例えば各処理に対応する機能を実現するプロセッサと、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリとをハードウェア資源として有するコンピュータ等が適宜利用可能である。

なお、Ｘ線ＣＴ画像データの再構成においては、フルスキャン再構成方式及びハーフスキャン再構成方式のいずれの再構成方式が適用されてもよい。例えば、画像生成機能４４２において処理回路４４は、フルスキャン再構成方式では、被検体Ｐの周囲一周、３６０度分の投影データを用いる。また、処理回路４４は、ハーフスキャン再構成方式では、１８０度＋ファン角度分の投影データを用いる。以下では、説明の簡単のため、処理回路４４は、被検体Ｐの周囲一周、３６０度分の投影データを用いて再構成するフルスキャン再構成方式を用いるものとする。

なお、本実施形態に係る技術は、一管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置にも、Ｘ線管と検出器との複数のペアを回転リングに搭載した、いわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置にも適用可能である。

なお、本実施形態に係る技術は、デュアルエネルギー方式で撮影できるように構成されたＸ線ＣＴ装置１にも適用可能である。このとき、Ｘ線高電圧装置１４は、例えば２種の電圧値の高速スイッチングにより、Ｘ線管１１から射出されるＸ線のエネルギースペクトルを交互に切り替えることができる。つまり、Ｘ線ＣＴ装置１は、管電圧変調の制御信号に従うタイミングで管電圧を変調しながら各収集ビューで投影データを収集できるように構成されている。被検体を異なる管電圧で撮影することにより、Ｘ線のエネルギースペクトルごとの物質のエネルギー透過性に基づいて、ＣＴ画像における濃淡のコントラストを向上させることができる。

なお、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、逐次読み出し方式でＸ線検出器１２から電気信号を読み出すように構成されているとする。

なお、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、立位ＣＴとして構成されていても構わない。この場合、天板３３の移動に代えて、立位の被検体Ｐを支持し、架台１０の回転部の回転軸に沿って移動可能に構成された患者支持機構が設けられていればよい。また、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、架台１０及び寝台３０が移動可能な移動型ＣＴとして構成されていても構わない。

図２は、実施形態に係る医用画像処理の概要を説明するための図である。図３は、実施形態に係る医用画像処理の一例を示すフローチャートである。ここでは、健常者の基準形態画像として、基準形態画像ＩＭＧ１１を例示する。また、健常者の基準機能画像として、基準機能画像ＩＭＧ１２を例示する。

まず、被験者の比較対象である健常者の画像を処理する（Ｓ１０１～Ｓ１０２）。

具体的には、処理回路４４は、健常者の機能画像である基準機能画像ＩＭＧ１２と、当該基準機能画像ＩＭＧ１２に対応する形態画像である基準形態画像ＩＭＧ１１との対を取得する（Ｓ１０１）。

また、処理回路４４は、基準機能画像ＩＭＧ１２と基準形態画像ＩＭＧ１１とをレジストレーションする位置合わせを行う（Ｓ１０２）。位置合わせには、公知の種々の手法が適宜利用可能である。この位置合わせにより、基準機能画像ＩＭＧ１２を基準形態画像ＩＭＧ１１に合わせるための変形場Ａが生成される。

同様にして、機能診断の対象である被験者の画像を処理する（Ｓ１０３～Ｓ１０８）。

具体的には、処理回路４４は、被験者の機能画像ＩＭＧ２２と、当該機能画像ＩＭＧ２２に対応する形態画像ＩＭＧ２１との対を取得する（Ｓ１０３）。

また、処理回路４４は、機能画像ＩＭＧ２２と形態画像ＩＭＧ２１とをレジストレーションする位置合わせを行う（Ｓ１０４）。位置合わせには、公知の種々の手法が適宜利用可能である。この位置合わせにより、機能画像ＩＭＧ２２を形態画像ＩＭＧ２１に合わせるための変形場Ｂが生成される。

また、処理回路４４は、機能画像ＩＭＧ２２がイメージング対象とする機能を特定し（Ｓ１０５）、対象機能に基づき分割単位とする機能構成単位を特定する（Ｓ１０６）。

例えば肺は、左右肺に分割される。また、分割された左右肺は、左肺が２つの肺葉に、右肺が３つの肺葉にそれぞれ分割される。さらに、それぞれの肺葉は、肺区域と呼ばれる小領域に分割される。また、肺区域の中では、実際のガス交換が行われる肺胞のある領域と、ガス交換をしていない気管支のある領域とに分割される。肺がんの切除術では、肺がんの属する肺葉を丸ごと切除するのが一般的であるが、切除の際には、残る肺葉が有する機能の程度を術前に評価することが重要である。換言すれば、肺葉を機能構成単位として機能画像ＩＭＧ２２を評価することが好ましい。あるいは、肺機能を温存するために縮小手術を行う場合には、肺葉が分割された肺区域を切除する場合もある。この場合には、肺区域を機能構成単位として機能画像ＩＭＧ２２を評価することが好ましい。また、肺葉や肺区域に限らず、小葉や細葉を機能構成単位として機能画像ＩＭＧ２２を評価することが好ましい場合もあり得る。このため、処理回路４４は、機能画像ＩＭＧ２２がイメージング対象とする機能が肺のガス交換機能における換気、血流、拡散、および呼吸運動の少なくとも１つの機能であるとき、肺葉、肺区域、小葉又は細葉を機能構成単位として特定する。なお、機能構成単位は、例えば機能画像を得る機能イメージングの分解能に応じて決定され得る。また、当該機能イメージングの分解能が高ければ、肺胞が機能構成単位として特定される仕様もあり得る。このように、機能構成単位は、治療計画や治療の内容に応じて異なり得る。

処理回路４４は、形態画像ＩＭＧ２１及び機能画像ＩＭＧ２２それぞれで診断対象の臓器を領域抽出する（Ｓ１０７）。

具体的には、処理回路４４は、形態画像ＩＭＧ２１において診断対象の臓器を領域抽出する。領域抽出には、公知の種々の手法が適宜利用可能である。そして、処理回路４４は、Ｓ１０４の処理で得られた変形場Ｂを用いて機能画像ＩＭＧ２２を形態画像ＩＭＧ２１にレジストレーションし、形態画像ＩＭＧ２１上での臓器の抽出領域を機能画像ＩＭＧ２２にコピーすることで、機能画像ＩＭＧ２２上で診断対象の臓器を領域抽出する。

処理回路４４は、形態画像ＩＭＧ２１及び機能画像ＩＭＧ２２それぞれで診断対象の臓器を機能構成単位に分割する（Ｓ１０８）。

具体的には、処理回路４４は、形態画像ＩＭＧ２１において診断対象の臓器を、特定された機能構成単位に分割し、分割形態画像ＩＭＧ２１５を生成する。一例として、領域抽出された肺領域を、機能構成単位として特定された肺葉単位に分割する。肺葉単位の分割など、領域抽出された臓器の機能構成単位への分割には公知の種々の手法が適宜利用可能である。

そして、処理回路４４は、Ｓ１０４の処理で得られた変形場Ｂを用いて機能画像ＩＭＧ２２を形態画像ＩＭＧ２１にレジストレーションし、形態画像ＩＭＧ２１上での機能構成単位の領域を機能画像ＩＭＧ２２にコピーすることで、機能画像ＩＭＧ２２上で機能構成単位の領域を抽出し、分割機能画像ＩＭＧ２２５を生成する。

処理回路４４は、Ｓ１０７の処理と同様にして、基準形態画像ＩＭＧ１１及び基準機能画像ＩＭＧ１２それぞれで診断対象の臓器を領域抽出する（Ｓ１０９）。具体的には、処理回路４４は、基準形態画像ＩＭＧ１１において診断対象の臓器を領域抽出し、Ｓ１０２の処理で得られた変形場Ａを用いて基準機能画像ＩＭＧ１２上で診断対象の臓器を領域抽出する。

処理回路４４は、Ｓ１０８の処理と同様にして、基準形態画像ＩＭＧ１１及び基準機能画像ＩＭＧ１２それぞれで診断対象の臓器を機能構成単位に分割する（Ｓ１１０）。具体的には、処理回路４４は、基準形態画像ＩＭＧ１１において診断対象の臓器を特定された機能構成単位に分割して分割基準形態画像ＩＭＧ１１５を生成するとともに、変形場Ａを用いて基準機能画像ＩＭＧ１２を機能構成単位に分割して分割基準機能画像ＩＭＧ１２５を生成する。

各分割画像が生成された後、処理回路４４は、被験者の画像と健常者の画像とを機能構成単位ごとにレジストレーションする位置合わせを行う（Ｓ１１１～Ｓ１１２）。

まず、処理回路４４は、機能構成単位ごとに基準形態画像ＩＭＧ１１及び形態画像ＩＭＧ２１の位置合わせを行う（Ｓ１１１）。

具体的には、処理回路４４は、健常者の基準形態画像ＩＭＧ１１上の各機能構成単位に対して、被験者の形態画像ＩＭＧ２１上の対応する機能構成単位をレジストレーションする位置合わせを行う。図２に示す例では、処理回路４４は、健常者の分割基準形態画像ＩＭＧ１１５に対して、被験者の分割形態画像ＩＭＧ２１５をレジストレーションする位置合わせを行う。位置合わせには、公知の種々の手法が適宜利用可能である。この位置合わせにより、被験者の形態画像ＩＭＧ２１での各機能構成単位を、健常者の基準形態画像ＩＭＧ１１での対応する機能構成単位に合わせるための機能構成単位ごとの変形場（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…）が生成される。図２に示す例では、被験者の分割形態画像ＩＭＧ２１５を、健常者の分割基準形態画像ＩＭＧ１１５に合わせるための変形場Ｃが生成される。

そして、処理回路４４は、機能構成単位ごとに基準機能画像ＩＭＧ１２及び機能画像ＩＭＧ２２の位置合わせを行う（Ｓ１１２）。

具体的には、処理回路４４は、変形場Ａ，Ｂ，Ｃを用いて機能構成単位ごとに被験者の機能画像ＩＭＧ２２上の各機能構成単位を、健常者の基準機能画像ＩＭＧ１２上の対応する機能構成単位にレジストレーションする位置合わせを行う。図２に示す例では、処理回路４４は、変形場Ａ，Ｂ，Ｃを用いて、被験者の分割機能画像ＩＭＧ２２５を健常者の分割基準機能画像ＩＭＧ１２５にレジストレーションする位置合わせを行う。この機能構成単位ごとの位置合わせにより、健常者の分割基準機能画像ＩＭＧ１２５にレジストレーションされた被験者の分割機能画像ＩＭＧ２２５１が生成される。

処理回路４４は、機能構成単位ごとにレジストレーションされた基準機能画像ＩＭＧ１２及び機能画像ＩＭＧ２２をディスプレイ４２に表示する（Ｓ１１３）。

具体的には、処理回路４４は、機能構成単位ごとにレジストレーションされた分割基準機能画像ＩＭＧ１２５及び分割機能画像ＩＭＧ２２５１を比較可能に表示する表示画像ＩＭＧ３を生成し、ディスプレイ４２に表示する。

一例として、表示画像ＩＭＧ３は、分割基準機能画像ＩＭＧ１２５及び分割機能画像ＩＭＧ２２５１を並べて表示する画像である。

別の一例として、表示画像ＩＭＧ３は、分割基準機能画像ＩＭＧ１２５及び分割機能画像ＩＭＧ２２５１の差分を示す画像である。

別の一例として、表示画像ＩＭＧ３は、分割基準機能画像ＩＭＧ１２５及び分割機能画像ＩＭＧ２２５１を交互に表示する画像である。

このように、分割基準機能画像ＩＭＧ１２５及び分割機能画像ＩＭＧ２２５１を比較可能に表示することで、被験者の各機能構成単位における機能状態が正常であるか異常であるか、異常である場合には機能低下しているのか機能亢進しているのかを把握し易くすることができる。

なお、本実施形態では、健常者に関する画像処理と、被験者に関する画像処理とが一連の流れとして行われる場合を例示したが、これに限らない。

例えば、健常者に関する基準機能画像及び基準形態画像の位置合わせ（Ｓ１０２）が、被験者に関する画像処理に先立って、予め行われていてもよい。この場合、健常者に関する基準機能画像及び基準形態画像とともに、生成された変形場Ａが例えばメモリ４１などから取得されればよい。

また、例えば、健常者に関する画像処理（Ｓ１０１～Ｓ１０２，Ｓ１０９～Ｓ１１０）が、被験者に関する画像処理（Ｓ１０３～Ｓ１０４，Ｓ１０７～Ｓ１０８）に先立って予め実行されていてもよい。この場合、健常者に関する基準機能画像及び基準形態画像とともに、変形場Ａが例えばメモリ４１などから取得されればよい。あるいは、機能構成単位ごとの分割基準機能画像及び分割基準形態画像が例えばメモリ４１などからさらに取得されてもよい。なお、機能構成単位、すなわち機能画像及び形態画像の分割単位は、診断対象の臓器や機能診断の対象機能、診療フェーズ、治療計画や治療の内容、機能画像の種類などに応じて異なり得る。このため、機能構成単位ごとの変形場（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，…）や分割基準機能画像、分割基準形態画像は、互いに異なる複数の分割単位について生成され得る。

なお、健常者の基準機能画像と基準形態画像とは、例えばＰＥＴ－ＣＴ装置により、位置合わせされた状態で同時に取得されてもよい。この場合、変形場Ａは不要であり、Ｓ１０２の処理は実行されなくてもよい。

なお、被験者の機能画像と形態画像とは、例えばＰＥＴ－ＣＴ装置により、位置合わせされた状態で同時に取得されてもよい。この場合、変形場Ｂは不要であり、Ｓ１０４の処理は実行されなくてもよい。

このように、実施形態に係る医用画像処理装置を搭載するＸ線ＣＴ装置１において、処理回路４４は、システム制御機能４４１、分割機能４４５及びレジストレーション機能４４６を実現可能に構成されている。

一例として、システム制御機能４４１において処理回路４４は、被験者の少なくとも所定の臓器を含む形態画像と当該形態画像に対応する機能画像とを取得する。また、処理回路４４は、被験者の形態画像に対応する健常者の基準形態画像と、被験者の機能画像に対応する健常者の基準機能画像とを取得する。分割機能４４５において処理回路４４は、被験者の機能画像がイメージング対象とする機能に基づいて、被験者の形態画像と健常者の基準形態画像とを分割することで被験者の分割形態画像と健常者の分割基準形態画像とを取得する。また、処理回路４４は、被験者の分割形態画像に基づいて機能画像を分割することで分割機能画像を取得し、健常者の分割基準形態画像に基づいて基準機能画像を分割することで分割基準機能画像を取得する。レジストレーション機能４４６において処理回路４４は、被験者の分割形態画像と、健常者の分割基準形態画像とをレジストレーションし、当該レジストレーションの結果に基づいて、被験者の分割機能画像と健常者の分割基準機能画像とをレジストレーションする。

この構成によれば、機能診断の対象である被験者の機能画像と、比較対象である健常者の機能画像とを、診断対象の臓器において機能が発現する場所に関して位置合わせを行うことができる。したがって、本実施形態に係る医用画像処理装置によれば、被験者と健常者との間における機能画像の対比を適切に実施することができるため、機能画像の診断精度を向上することができる。

一例として、肺においては、機能が一様に分布していると考えられるが、実際には例えば上葉、中葉及び下葉の間で機能の程度に違いがあることが知られている。このため、被験者の肺機能の局所的な低下や亢進などの異常については、被験者の機能画像だけでは診断が困難であった。また、健常者の機能画像との位置合わせを、例えば境界が明瞭な肺の外形に基づいて行う場合には、肺機能の局所的な低下や亢進などが生じている部位に関して位置合わせの精度が低下するおそれがあった。このような中、実施形態に係る医用画像処理によれば、例えば肺葉や肺区域、小葉、細葉といった機能構成単位ごとに健常者の機能画像との位置合わせを行うことができるため、局所的な機能異常を正確に評価することができる。

また、ＰＥＴ画像などの機能画像は、例えば形態画像に比して空間分解能に乏しいことが知られている。しかしながら、今後は、より空間分解能の高い機能画像を得る手法が登場することが想定される。このため、より空間分解能の高い機能画像が得られるようになると、機能の発現する位置同士で正確に比較することは、より重要になる。

なお、上述の実施形態では、図２に例示するように、基準形態画像ＩＭＧ１１の座標系を基準とした変形場Ａ，Ｂ，Ｃが用いられる場合を例示したが、これに限らない。変形場Ａ，Ｂ，Ｃは、他の画像の座標系を基準とした変形場として生成されても構わない。一例として、実施形態に係る医用画像処理において、変形場Ａは、基準形態画像ＩＭＧ１１を基準機能画像ＩＭＧ１２に合わせるための変形場として生成されても構わない。なお、各変形場の方向は、基準とする画像の座標系に応じて適宜決定されればよい。

なお、上述の実施形態では、被験者の機能画像ＩＭＧ２２を健常者の基準機能画像ＩＭＧ１２に位置合わせする場合を例示したが、これに限らない。実施形態に係る医用画像処理は、健常者の基準機能画像ＩＭＧ１２を被験者の機能画像ＩＭＧ２２にレジストレーションするように構成されていてもよい。この構成によれば、被験者の機能画像ＩＭＧ２２は、撮影時の状態のままであるから、被験者の機能画像ＩＭＧ２２を観察し易い状態としつつ、上述の実施形態と同様に健常者の機能画像との対比を行うことができる。

なお、上述の実施形態では、被験者の機能状態を診断するための比較対象として１人の健常者を用いる場合を例示したが、これに限らない。複数の健常者に関する複数の基準機能画像に基づく統計データを、基準機能データとして用いることもできる。同様に、複数の健常者に関する複数の基準形態画像に基づく統計データを、基準形態データとして用いることもできる。このように、複数の健常者の形態画像及び機能画像に基づいて作成された基準機能データ及び基準形態データは、健常者アトラスとして使用することができる。

なお、上述の実施形態では、被験者と健常者との間で機能画像の対比を行う場合を例示したが、これに限らない。同一の被験者に関する、診療フェーズにおいて互いに異なる時点で取得された２つの機能画像を対比することもできる。この構成によれば、被験者の機能状態の変化を適切に観察することができる。

なお、上述の実施形態では、診断対象の臓器が肺である場合に、肺区域、肺葉、小葉又は細葉を機能構成単位として機能画像のレジストレーションを行う場合を例示したが、機能構成単位は、診断対象の臓器を幾何学的に分割した領域ではなく、当該臓器の解剖学的構造に基づいて決定される領域である。したがって、機能構成単位は、診断対象の臓器ごとに異なる。

例えば、腎臓を例にとると、腎臓の実質は外表面に向かう腎皮質と内部に向かう腎髄質とを有する。腎皮質には尿のろ過機能があり、腎髄質には尿の濃縮機能がある。ここで、例えばろ過機能を画像化する手段があって、被験者の腎機能のうちのろ過機能を評価したい場合を想定する。この場合、被験者のろ過機能に関する機能画像と、健常者のろ過機能に関する機能画像とを対比することになる。しかしながら、被験者と健常者との間において機能画像上でそれぞれ腎臓領域が同定できていても、機能構成単位である腎皮質において適切に位置合わせできているとは限らない。つまり、機能構成単位である腎皮質同士の位置合わせができていないと、被験者と健常者とのろ過機能に関する機能画像を空間的に比較することはできない。このような中、実施形態に係る医用画像処理では、被験者の腎臓のろ過機能が機能診断の対象である場合、被験者と健常者との各機能画像において腎皮質を領域抽出し、機能構成単位である腎皮質同士を位置合わせすることで、被験者と健常者との間におけるろ過機能の機能状態の比較が可能になる。同様に、尿の濃縮機能が機能診断の対象である場合には、腎髄質を機能構成単位として機能画像を分割して位置合わせすることにより、被験者と健常者との間における濃縮機能の機能状態の比較が可能になる。なお、本実施形態に係る医用画像処理は、血圧調整機能などの腎臓の他の機能が機能診断の対象の場合にも適用可能である。例えば、血圧調整機能の機能診断に適した機能構成単位で比較対象の各機能画像が分割され、また、分割された各機能画像が位置合わせされればよい。

また、診断対象の臓器が同一の場合であっても、機能診断の対象機能や機能画像の種類、診療フェーズなどに応じて、適切な機能構成単位の粒度は異なり得る。このため、上述の実施形態に係る医用画像処理においては、診断対象の臓器、機能診断の対象機能、機能画像の種類及び診療フェーズのうちの少なくとも１つに基づいて、分割単位が変更可能である。

例えば、正常な肺の外側又は内側に異常な肺（分画肺）ができる肺分画症では、分画肺内の気管支が正常な気管支と交通せず、また、肺動脈から栄養される代わりに大動脈から分岐する異常血管から栄養される。このため、実施形態に係る医用画像処理では、解剖学的構造に基づく機能構成単位での分割において、当該分画肺を非機能構成単位と位置付け、機能画像を評価する上で除外する。このように、機能診断の対象機能などに応じて、分割単位に限らず、分割の対象とする領域と、分割の対象としない領域とを設定することもできる。

なお、上述の実施形態に係る医用画像処理は、肺や肝臓、甲状腺などの機能が比較的均質な臓器と、すい臓や腎臓、脳、眼球、耳などの機能分割されている臓器とのいずれに対しても適用可能である。

例えば、肝臓を例にとると、肝臓の機能評価においては、ガドキセト酸ナトリウムＧｄ－ＥＯＢ－ＤＴＰＡを用いた造影ＭＲＩが使われる。Ｇｄ－ＥＯＢ－ＤＴＰＡは、特異的に肝細胞に取り込まれたのちに胆汁に排泄されるため、薬物動態を画像化することで肝機能を評価できる。肝臓は、左葉及び右葉に分けられる。また、左葉及び右葉のそれぞれは、区域及び亜区域に分けられる。一例として、肝臓の機能構成単位は、肝小葉と呼ばれる構造である。つまり、実施形態に係る医用画像処理では、肝機能が機能診断の対象である場合には、肝小葉を機能構成単位として機能画像を分割して位置合わせすることにより、被験者と健常者との間における肝機能の機能状態の比較が可能になる。

なお、上述の実施形態では、形態画像及び機能画像として、それぞれ、ＣＴ画像及びＰＥＴ画像を用いる場合を例示したが、これに限らない。例えば、機能画像としては、１８Ｆ－ＦＤＧを使ったブドウ糖代謝機能の可視化など、体内に投与した放射性薬剤が腫瘍などの特定部位に集積する様子を体外から測定することによって画像化するＰＥＴ画像に限らず、種々の機能画像が適宜利用可能である。一例として、肺の換気機能をイメージング対象の機能とする場合、肺換気シンチグラフィや、Ｘｅｎｏｎ－ＣＴ、超偏極ＭＲＩ（ＨＰ－ＭＲＩ）、Ｏ_２ ＭＲＩなどで得られる機能画像が適宜利用可能である。一例として、肺の血流機能をイメージング対象の機能とする場合、肺血流シンチグラフィや、造影ダイナミックＣＴ、造影ダイナミックＭＲＩなどで得られる機能画像が適宜利用可能である。一例として、肺の拡散機能をイメージング対象の機能とする場合、１２９Ｘｅ ＭＲＩや、Ｏ_２ ＭＲＩなどで得られる機能画像が適宜利用可能である。一例として、肺の呼吸運動機能をイメージング対象の機能とする場合、４Ｄ ＣＴや、４Ｄ ＭＲＩ ｗｉｔｈ ＵＴＥ（Ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ ＴＥ）などで得られる機能画像が適宜利用可能である。また、例えば、脳活動に関連した血流動態を可視化する方法であるｆＭＲＩ（機能的ＭＲＩ）、脳梗塞部位などの水の拡散の度合いを可視化するＤＷＩ（拡散強調ＭＲＩ）、蛍光物質で標識する蛍光イメージング、磁性ナノ粒子イメージング、ｐＨイメージングなどで得られた機能画像もまた、機能診断の対象機能や診断対象の臓器などに応じて、適宜利用可能である。

なお、上述の実施形態では、解剖学的構造として診断対象の臓器を例示したが、これに限らない。例えば、消化管は、口腔から始まり、食道、胃、小腸及び大腸を経て肛門に至る、消化という機能をつかさどる解剖学的構造の一例である。ここで、消化管における機能の例としては、消化液の分泌による消化と吸収、免疫などがある。また、例えば、運動器も解剖学的構造の一例である。運動器は、骨や関節、筋肉、腱、神経、靭帯などが連携しあって身体運動をつかさどっている解剖学的構造であり、脚や腕などがその例である。腱は、筋と骨とをつなぐバネのような役割を果たしており、運動機能において重要な役割を果たす。腱は、例えばＭＲＩのＴ２＊強調画像で描出される。Ｔ２＊強調画像を機能画像ととらえ、形態画像で腱周囲の構造から分割形態画像を作成してレジストレーションし、例えば健常者と患者との間で腱のＴ２＊強調画像を比較することが可能である。このように、診断対象の消化管や運動器（脚や腕）もまた、診断対象の解剖学構造の一例である。

上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＡＳＩＣ、プログラマブル論理デバイス（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＰＬＤ）等の回路を意味する。ＰＬＤは、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）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）を含む。プロセッサは記憶回路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。プログラムが保存された記憶回路は、コンピュータ読取可能な非一時的記録媒体である。なお、記憶回路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。また、プログラムを実行するのではなく、論理回路の組合せにより当該プログラムに対応する機能を実現してもよい。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。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、機能画像の診断精度を向上することができる。

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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨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ともに、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。

１ Ｘ線ＣＴ装置
１０ 架台
１１ Ｘ線管
１２ Ｘ線検出器
１３ 回転フレーム
１４ Ｘ線高電圧装置
１５ 制御装置
１６ ウェッジ
１７ コリメータ
１８ データ収集回路
１９ 開口部
３０ 寝台
３１ 基台
３２ 寝台駆動装置
３３ 天板
３４ 支持フレーム
４０ コンソール
４１ メモリ（記憶部）
４２ ディスプレイ（表示部）
４３ 入力インターフェース
４４ 処理回路
４４１ システム制御機能（第１，第２取得部）
４４２ 画像生成機能
４４３ 画像処理機能
４４４ 特定機能（特定部）
４４５ 分割機能（第１，第２分割部）
４４６ レジストレーション機能（第１，第２レジストレーション部）
４４７ 表示制御機能（表示制御部）

Claims (14)

1. 被験者の少なくとも所定の解剖学的構造を含む形態画像と当該形態画像に対応する機能画像とを取得する第１取得部と、
   前記形態画像に対応する基準形態データと、前記機能画像に対応する基準機能データとを取得する第２取得部と、
   前記機能画像がイメージング対象とする機能に基づいて、前記形態画像と前記基準形態データとを分割することで分割形態画像と分割基準形態データとを取得する第１分割部と、
   前記分割形態画像に基づいて前記機能画像を分割することで分割機能画像を取得し、前記分割基準形態データに基づいて前記基準機能データを分割することで分割基準機能データを取得する第２分割部と、
   前記分割形態画像と、前記分割基準形態データとをレジストレーションする第１レジストレーション部と、
   前記第１レジストレーション部によるレジストレーション結果に基づいて、前記分割機能画像と前記分割基準機能データとをレジストレーションする第２レジストレーション部と
   を具備する医用画像処理装置。
2. 前記第１分割部は、前記機能画像がイメージング対象とする機能であって、前記所定の解剖学的構造が有する前記機能が発現する位置に基づいて前記形態画像と前記基準形態データとを分割する、請求項１に記載の医用画像処理装置。
3. 前記第１分割部は、前記機能画像がイメージング対象とする機能であって、前記所定の解剖学的構造が有する前記機能を発現する機能構成単位ごとに前記形態画像と前記基準形態データとを分割する、請求項１又は請求項２に記載の医用画像処理装置。
4. 前記第１分割部は、前記機能画像の種類に基づいて前記形態画像と前記基準形態データとを分割する、請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
5. 前記第１分割部は、前記所定の解剖学的構造及び前記機能に関する診療フェーズの少なくとも一方に基づいて前記形態画像と前記基準形態データとを分割する、請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
6. 前記第２取得部は、前記機能画像がイメージング対象とする機能に関する健常者の少なくとも前記所定の解剖学的構造を含む形態画像を前記基準形態データとして取得し、当該形態画像に対応する機能画像を前記基準機能データとして取得する、請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
7. 前記第２取得部は、前記機能画像がイメージング対象とする機能に関する複数の健常者の少なくとも前記所定の解剖学的構造を含む複数の形態画像に基づく統計データを前記基準形態データとして取得し、当該複数の形態画像に対応する複数の機能画像に基づく統計データを前記基準機能データとして取得する、請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
8. 前記第２取得部は、診療フェーズにおいて前記形態画像とは異なる時点の前記被験者の少なくとも前記所定の解剖学的構造を含む形態画像を前記基準形態データとして取得し、当該異なる時点の形態画像に対応する機能画像を前記基準機能データとして取得する、請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
9. ユーザ入力と、前記形態画像及び前記機能画像の少なくとも一方に付された付帯情報と、前記形態画像及び前記機能画像の少なくとも一方を取得するための検査情報とのうちの少なくとも１つに基づいて前記機能画像がイメージング対象とする機能を特定する特定部をさらに備える、請求項１から請求項８のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
10. 前記機能画像がイメージング対象とする機能又は前記所定の解剖学的構造と、前記形態画像及び前記基準形態データを分割する分割単位との対応を示すテーブルを記憶する記憶部をさらに備える、請求項１から請求項９のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
11. 前記第１分割部は、前記機能画像がイメージング対象とする機能が、前記所定の解剖学的構造としての肺における、換気、血流、拡散、および呼吸運動の少なくとも１つであるとき、前記肺の肺葉、肺区域、小葉又は細葉に基づいて前記形態画像と前記基準形態データとを分割する、請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
12. 前記第２レジストレーション部によるレジストレーション結果に基づいて、前記分割機能画像と前記分割基準機能データとを比較可能に表示部に表示する表示制御部をさらに備える、請求項１から請求項１１のうちのいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
13. 被験者の少なくとも所定の解剖学的構造を含む形態画像と当該形態画像に対応する機能画像とを取得することと、
    前記形態画像に対応する基準形態データと、前記機能画像に対応する基準機能データとを取得することと、
    前記機能画像がイメージング対象とする機能に基づいて、前記形態画像と前記基準形態データとを分割することで分割形態画像と分割基準形態データとを取得することと、
    前記分割形態画像に基づいて前記機能画像を分割することで分割機能画像を取得し、前記分割基準形態データに基づいて前記基準機能データを分割することで分割基準機能データを取得することと、
    前記分割形態画像と、前記分割基準形態データとをレジストレーションすることと、
    前記分割形態画像と、前記分割基準形態データとのレジストレーション結果に基づいて、前記分割機能画像と前記分割基準機能データとをレジストレーションすることと
    を含む医用画像処理方法。
14. 被験者の少なくとも所定の解剖学的構造を含む形態画像と当該形態画像に対応する機能画像とを取得することと、
    前記形態画像に対応する基準形態データと、前記機能画像に対応する基準機能データとを取得することと、
    前記機能画像がイメージング対象とする機能に基づいて、前記形態画像と前記基準形態データとを分割することで分割形態画像と分割基準形態データとを取得することと、
    前記分割形態画像に基づいて前記機能画像を分割することで分割機能画像を取得し、前記分割基準形態データに基づいて前記基準機能データを分割することで分割基準機能データを取得することと、
    前記分割形態画像と、前記分割基準形態データとをレジストレーションすることと、
    前記分割形態画像と、前記分割基準形態データとのレジストレーション結果に基づいて、前記分割機能画像と前記分割基準機能データとをレジストレーションすることと
    をコンピュータに実行させるためのプログラム。

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