JP4947745B2 - 医用画像位置合わせ装置、方法およびプログラム - Google Patents

Description

この発明は、椎骨が含まれる複数の三次元医用画像の位置の対応関係を決定する医用画像位置合わせ装置、方法およびプログラムに関する。

体軸方向に垂直なスライスによる複数の断面画像から構成される複数の３次元画像の比較読影を行う際に、各３次元画像に対して部位認識を行い、オペレータによって指定された１対の対応するスライス位置と、各３次元画像のスライス厚等に基づいて、各３次元画像中の各断面画像の対応関係を決定し、各３次元画像中の相対応する断面画像を並べて表示したいという要望がある。

このような要望に対し、特許文献１に示すような、医用画像に含まれる解剖学的構造物を認識し、認識した部位情報に基づいて、指定された部位の軸位断画像（axial）を表示させる技術を用いて、複数の断面画像から構成される複数の３次元画像から同じ部位を抽出することが考えられる。

特開２００８−６１８７号公報

しかし、特許文献１に記載された方法を用いた場合、スライス画像が、頭部、頸部、胸部、腹部、骨盤部、脚部のいずれを表すものかという認識は行えるため、例えば、複数の３次元画像からそれぞれ胸部の軸位断画像を抽出することは可能であるが、胸部中の特定の位置に対して、精密に対応する位置の軸位断画像を抽出することは難しい。

さらに、特許文献１に記載された方法を用いても、体軸方向に直交する断層画像により位置合わせを行うため体軸方向の位置合わせしか行うことができない。例えば、特許文献１に記載された方法では、椎骨の疾患を診察する場合のように、過去の３次元画像の特定の椎骨の中心線に直交する断面と現在の３次元画像の対応する位置の断面に対して、比較読影を行いたいというような要求には応えることができない。

本発明は上記事情を鑑みてなされたものであって、複数の三次元医用画像に対しても位置の対応関係を、より高い精度で自動的に決定することを実現する医用画像の位置合わせ装置、方法及びプログラムを提供することを目的とするものである。

本発明に係る医用画像位置合わせ装置は、椎骨を有する被写体を表す３次元画像と、前記３次元画像と比較するための、前記被写体を表す比較３次元画像とを位置合わせする位置合わせ装置であって、前記３次元画像および前記比較３次元画像を取得する３次元画像取得部と、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記被写体の各椎骨の中心軸に沿って、該中心軸に直交する複数の断層画像を生成する画像生成部と、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、該中心軸上の点毎に算出する第１特徴量算出部と、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、該中心軸上の点毎に算出する第２特徴量算出部と、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された前記第１特徴量および前記第２特徴量に基づいて前記中心軸上の点毎に算出する第３特徴量算出部と、前記３次元画像から算出された前記第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された前記第３特徴量の前記中心軸に沿った位置を位置合わせする椎骨位置合わせ部とを備えたことを特徴とすることを特徴とするものである。

本発明に係る医用画像位置合わせ方法は、椎骨を有する被写体を表す３次元画像と、前記３次元画像と比較するための、前記被写体を表す比較３次元画像とを位置合わせする位置合わせ方法であって、前記３次元画像および前記比較３次元画像を取得し、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記被写体の各椎骨の中心軸に沿って、該中心軸に直交する複数の断層画像を生成し、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、該中心軸上の点毎に算出し、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、該中心軸上の点毎に算出し、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された前記第１特徴量および前記第２特徴量に基づいて前記中心軸上の点毎に算出し、前記３次元画像から算出された前記第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された前記第３特徴量の前記中心軸に沿った位置を位置合わせすることを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、椎骨を有する被写体を表す３次元画像と、前記３次元画像と比較するための、前記被写体を表す比較３次元画像とを位置合わせする位置合わせプログラムであって、コンピュータを、前記３次元画像および前記比較３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記被写体の各椎骨の中心軸に沿って、該中心軸に直交する複数の断層画像を生成する画像生成手段と、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、該中心軸上の点毎に算出する第１特徴量算出手段と、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、該中心軸上の点毎に算出する第２特徴量算出手段と、前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された前記第１特徴量および前記第２特徴量に基づいて前記中心軸上の点毎に算出する第３特徴量算出手段と、前記３次元画像から算出された前記第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された前記第３特徴量の前記中心軸に沿った位置を位置合わせする椎骨位置合わせ手段として機能させることを特徴とする。

上記３次元画像および比較３次元画像は、本発明の第１特徴量、第２特徴量、第３特徴量を算出できるものであれば何でもよく、好ましくはＣＴ装置により撮影された３次元画像があげられる。また、例えば、３次元画像と比較３次元画像は、それぞれ現在の患者の３次元医用画像と疾患等の経過を確認するための同患者の過去の３次元医用画像である場合が考えられる。

ここで、椎骨は呼吸や経時的な変化によって大きく形状が変わることが少ないため、同じ患者を表す画像である３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の各第３特徴量は、中心軸Ｚ’上の各位置で同じような特徴を示すものとなる。このため、本発明による椎骨位置合わせ部は、３次元画像から算出した第３特徴量と比較３次元画像から算出した第３特徴量をマッチングすることにより、位置合わせを行うことができる。

前記第１特徴量は、前記中心軸に直交する方向のプロファイルを表すものであり、椎骨の中心軸に沿って各椎骨の皮質による円筒形状の模様の特徴を定量的に表すものである。

脊椎は、頚椎、胸椎、腰椎、仙骨、尾骨から構成され、そのうち、頚椎、胸椎、腰椎は外形が円柱形であり、表面が皮質（Cortical bone）、内部は海綿骨（Spongy bone）で構成され、椎体の円柱形状の両端はほぼ平らであり、椎体間に椎間板が存在するという特徴を有する。

このため、椎体の円柱形状の両端を除いた椎体の胴体部分において、椎骨の表面の皮質が円筒形状をなすという特徴に起因して、円筒形状に画素値（ＣＴ値）の高い領域が表れる。第１特徴量は、この円筒形状の模様を定量的に表すものであればよい。

例えば、円筒形状の模様を、椎骨中心線に直交する断層像に表れる円輪状の模様として捉え、この円輪状の模様を椎骨中心線を結ぶベクトルに直交する特徴量として定量化し、第１特徴量としてもよい。

また、前記第２特徴量は、前記中心軸方向のプロファイルを表すものであり、前記中心軸に沿って表れる円盤状の模様の特徴を定量的に表すものであれば、いかなるものでもよい。

第２特徴量は、椎骨が、両端が円盤状をした円柱形状であり、椎体間に椎間板が存在するという特徴に起因して、椎骨間に椎間板を表す円盤状（ディスク状）の画素値（ＣＴ値）の低い領域が表れる。なお、画素値の低い領域が表れる理由は、椎間板は椎骨に比して画素値が低いためである。第２特徴量は、この円盤状の模様を定量的に表すものであればよい。

例えば、各椎骨中心線に沿って、椎骨中心線に直交する断層像の椎骨中心線付近に表れる円盤上の模様を、椎骨中心線付近にZ軸に直交する断面の特徴量として定量化し、第２特徴量としてもよい。

第３特徴量は、前記第１特徴量および第２特徴量に基づいて中心軸上の点毎に算出されるものであるが、ここで「第１特徴量と第２特徴量に基づいて」とは、例えばヘッセ行列による固有値解析法を用いることができ、第３特徴量として、例えば、第１及び第２特徴量の加重和を用いることができる。

また、前記椎骨位置合わせ部は、ＳＳＤ（Sum of Squared Difference）法を用いて、３次元画像から算出された第３特徴量と比較３次元画像から算出された第３特徴量の差分の自乗和を最小化することによって、前記３次元画像から算出された第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された第３特徴量とを位置合わせするものであってもよく、動的計画法を用いて前記中心軸上の各点毎に、３次元画像から算出された第３特徴量と比較３次元画像から算出された第３特徴量の差分の自乗和を最小化することによって、前記３次元画像から算出された第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された第３特徴量とを位置合わせするものであってもよい。

また、本発明の医用画像位置合わせ装置は、前記画像生成部が生成した断層画像を表示装置に表示させる画像表示制御部をさらに備え、前記画像生成部が、前記３次元画像および前記比較３次元画像から、それぞれ互いに対応する位置における断層画像を生成するものであることが好ましい。この場合、前記各対応する位置における断層画像が、それぞれ前記３次元画像および前記比較３次元画像から抽出された前記中心軸に直交するものであることが好ましい。さらに、前記画像生成部は、前記対応する位置における断層画像を、前記中心軸に沿って複数生成するものであることが好ましい。

本発明に係る医用画像位置合わせ装置、方法およびプログラムによれば、３次元画像および比較３次元画像のそれぞれについて、被写体の各椎骨の中心軸に沿って、中心軸に直交する複数の断層画像を生成し、断層画像に基づいて中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、中心軸上の点毎に算出し、断層画像に基づいて中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、中心軸上の点毎に算出し、各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された第１特徴量および第２特徴量に基づいて中心軸上の点毎に算出し、３次元画像から算出された第３特徴量と比較３次元画像から算出された第３特徴量の中心軸に沿った位置を位置合わせするようにしたので、脊椎の形状が全体的又は局所的に変形している被写体の三次元医用画像に対しても、変形が少ない各椎骨について異なる２方向からの断面形状に基づいた定量的な濃度解析を行うことにより各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を算出し、第３特徴量による位置合わせを行うため、精度よく位置合わせを行うことができる。脊椎湾曲症等により全体的に脊椎の形状が変形している場合、特に効果がある。

また、第１特徴量が、中心軸上の点を中心とする円環状の模様を表すものである場合には、略円筒形状の皮質を有する各椎骨の中心軸方向に交差する断面形状（すなわち、円環状の模様）を適切に定量化することができる。

また、第２特徴量が、中心軸に直交する円盤状の模様を表すものである場合には、各椎骨間に存在する椎間板に起因する各椎骨の中心軸に直交する円盤形状を適切に定量化することができる。

また、椎骨位置合わせ部が、ＳＳＤ法を用いて３次元画像から算出された第３特徴量と比較３次元画像から算出された第３特徴量とを位置合わせするものである場合には、３次元画像の第３の特徴量と比較３次元画像の第３の特徴量が評価範囲の全体を通して最も一致する位置を、３次元画像の中心軸上の所定の位置と対応する比較３次元画像の中心軸上の位置として精度よく算出することができる。

また、椎骨位置合わせ部が、動的計画法（ＤＰ法）を用いて中心軸上の各点毎に３次元画像から算出された第３特徴量と比較３次元画像から算出された第３特徴量とを位置合わせするものである場合には、３次元画像の中心軸上の各位置ごとに、３次元画像の第３の特徴量と比較３次元画像の第３の特徴量が最も一致する比較３次元画像の中心軸上の位置をそれぞれ算出でき、３次元画像の中心軸上の各位置ごとにそれぞれ対応する比較３次元画像の中心軸上の位置を精度よく算出することができる。

また、本発明の医用画像位置合わせ装置が、画像生成部が生成した断層画像を表示装置に表示させる画像表示制御部をさらに備え、画像生成部が、３次元画像および比較３次元画像から、それぞれ互いに対応する位置における断層画像を生成するものである場合には、精度よく位置合わせされた画像を用いて比較読影を行えるため、精度よく画像診断をすることを支援できる。

さらに、上記の各対応する位置における断層画像が、それぞれ３次元画像および比較３次元画像から抽出された中心軸に直交するものである場合には、精度よく位置合わせされた椎骨中心軸に直交する画像を用いて比較読影を行えるため、精度よく画像診断をすることを支援できる。特に椎骨等の疾患の比較読影を行う場合特に有益である。

さらに、画像生成部が、対応する位置における断層画像を、中心軸に沿って複数生成するものである場合には、互いに対応する位置の複数の断層画像を中心軸に沿って対比可能に表示することができるため、表示された断層画像の脊椎における位置を捉えやすく、椎骨中心線に沿って順に椎骨の断層画像の比較読影を行うことが容易にでき、画像診断の効率を向上できる。

本実施の形態に係る医用画像位置合わせ装置の機能ブロック図 椎骨中心線検出部により各椎骨の中心線が検出された椎体の模式図 医用画像位置合わせ装置の動作を示すフローチャート 医用画像位置合わせ装置の特徴量の算出処理の流れを示すフローチャート 椎骨中央の断面位置における第１特徴量（被積分関数）の二次元分布を表す模式図 椎骨間の断面位置における第１特徴量（被積分関数）の二次元分布を表す模式図 椎体の三次元形状と、その内部点におけるヘッセ行列の固有ベクトルとの対応関係を示す模式図 Ｚ’軸方向における第１及び第２特徴量のプロファイルを表す図、第２特徴量にＬＯＧフィルタを作用させた後のプロファイルを表す図、’軸方向における第３特徴量のプロファイルを表す図をそれぞれ表す図 ３次元画像および比較３次元画像のそれぞれのＺ’軸方向における第３特徴量のプロファイルを表す図 第１の実施形態の３次元画像と比較３次元画像の各椎骨中心線上の互いに対応する位置を説明する図 第１の実施形態の互いに対応する位置における３次元画像と比較３次元画像の断層画像の表示画面の一例を表す図 第３の実施形態の３次元画像と比較３次元画像の各椎骨中心線上の互いに対応する位置を説明する図 第３の実施形態の互いに対応する位置における３次元画像と比較３次元画像の断層画像の表示画面の一例を表す図 第４の実施形態の３次元画像と比較３次元画像の各椎骨中心線上の互いに対応する位置を説明する図

本発明に係る医用画像位置合わせ方法について、それを実施する医用画像位置合わせ装置との関係において好適な実施の形態を掲げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。

図1は、本実施の形態に係る医用画像位置合わせ装置１の電気的な概略ブロック図である。医用画像位置合わせ装置１は、標準的なワークステーションの構成として、プロセッサおよびメモリ（いずれも図示せず）を備え、さらに、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ(Solid State Drive)等のストレージ２を備えている。また、画像表示装置１には、ディスプレイ３と、マウス、キーボード等の入力装置４が接続されている。

医用画像位置合わせプログラムと医用画像位置合わせプログラムが参照するデータ（後述する変換テーブル等）は、インストール時にストレージ２に記憶され、起動時にメモリにロードされる。医用画像位置合わせプログラムは、ＣＰＵに実行させる処理として、画像取得処理と、画像生成処理と、椎骨中心線検出処理と、第１特徴量算出処理と、第２特徴量算出処理と、第３特徴量算出処理と、位置合わせ処理と、表示制御処理を規定している。

そして、プログラムの規定にしたがって、ＣＰＵが上記各処理を実行することにより、汎用のワークステーションは、３次元画像および比較３次元画像を取得する３次元画像取得部１１と、３次元画像および比較３次元画像のそれぞれについて、被写体の各椎骨の中心軸に沿って、中心軸に直交する複数の断層画像を生成する画像生成部１２と、複数の断層画像から椎骨の中心線を検出する椎骨中心線検出部１３と、３次元画像および比較３次元画像のそれぞれについて、断層画像に基づいて中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、中心軸上の点毎に算出する第１特徴量算出部１４と、３次元画像および比較３次元画像のそれぞれについて、断層画像に基づいて中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、中心軸上の点毎に算出する第２特徴量算出部１５と、３次元画像および比較３次元画像のそれぞれについて、各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された第１特徴量および第２特徴量に基づいて中心軸上の点毎に算出する第３特徴量算出部１６と、３次元画像から算出された第３特徴量と比較３次元画像から算出された第３特徴量の中心軸に沿った位置を位置合わせする椎骨位置合わせ部１７と、画像生成部１２が生成した断層画像を表示装置に表示させる画像表示制御部１８として機能する。

ストレージ２には、撮影を担当する検査部門から転送された、３次元画像、もしくはデータベース検索により取得された３次元画像が記憶される。３次元画像は、マルチスライスＣＴ装置等から直接出力された３次元画像でもよいし、従来型のＣＴ装置等から出力された２次元のスライスデータ群を再構成することにより生成された３次元画像でもよい。

医用画像位置合わせ装置１は、選択メニューにおいて本実施形態の位置合わせ機能が選択されたことを検出すると、ユーザに、３次元画像の特定に必要な情報の選択または入力を促す。そして、ユーザの操作により、診断対象である患者の現在の３次元画像Ｖ１および同じ患者の過去の３次元画像である比較３次元画像Ｖ２が特定されると、ストレージ２からメモリに、該当する３次元画像Ｖ１およびＶ２をロードする。

ここでは、ある患者の検査において、マルチスライスＣＴ装置による撮影が行われ、患者の椎骨を含む３次元画像Ｖ１、Ｖ２が取得されて不図示のデータベースに記憶されているものとする。また、３次元画像Ｖ１、Ｖ２には患者の椎骨として、頚椎から、胸椎、腰椎、仙椎、尾椎までの椎骨が全て含まれているものとする。ユーザが位置合わせ機能を選択し、その患者の識別子や検査日を入力すると、該当する３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２が取得されてストレージ２に記憶され、本発明の画像表示方法が実行される。

画像取得部１１は、椎体を含む３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２を取得する。画像取得部１１は、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２として、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像、ＲＩ画像、ＰＥＴ画像、及びＸ線画像等の医用画像のみならず、後述する三次元の生成画像又は人工的に作成された三次元医用画像等、二次元又は三次元医用画像等を取得してよい。

画像生成部１２は、画像取得部１１が取得した椎体を含む三次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２のそれぞれについて、所定の軸方向（例えば、体軸方向）に沿った複数の第１断層画像（例えば、アキシャル断層画像）を生成する。画像生成部１２は、生成した複数の第１断層画像をメモリに記録する。なお、画像取得部１１が、椎体を含む三次元医用画像のアキシャル断面である複数の第１断層画像を直接取得した場合は、画像生成部１２は、そのまま、複数の第１断層画像を取得して、メモリに記録する。

また、画像生成部１２は、画像取得部１１が取得した３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２のそれぞれについて、後述する各３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の椎骨の中心軸Ｚ_１’、Ｚ_２’に沿って、椎骨の中心軸Ｚ_１’、Ｚ_２’に直交する複数の断層画像（第２断層画像）を生成する。さらに、画像生成部１２は、生成する画像空間領域の範囲を適宜変更できる。また、本実施形態による画像生成部１２は、後述するように、位置合わせ部１７によって位置合わせされた３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する位置のそれぞれの断層画像を生成する。さらに、このような３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する位置のそれぞれの断層画像のペアは、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_１’、Ｚ_２’に沿って複数生成する。なお、本明細書では、椎骨の中心線ＡをＺ’軸として設定したＸ’Ｙ’Ｚ’座標系を、３次元画像Ｖ１に対してはＸ_１’Ｙ_１’Ｚ_１’座標系、比較３次元画像Ｖ２に対してはＸ_２’Ｙ_２’Ｚ_２’座標系と場合により記す。また、椎骨の中心線ＡをＺ’軸として設定したＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を、３次元画像Ｖ１に対しては（ｘ_１’，ｙ_１’，ｚ_１’）、比較３次元画像Ｖ２に対しては（ｘ_２’，ｙ_２’，ｚ_２’）と場合により記す。

椎骨中心線検出部１３は、画像生成部１２が生成した複数の第１断層画像のそれぞれに含まれる各椎骨の中心線を検出する。

図２は、各椎骨の配列を表すサジタル画像の模式図である。椎体群４０は、略円筒状の皮質を有する１５個の椎骨４２から構成されている。各椎骨４２は、体軸（Ｚ軸）方向に対しＳ字状に湾曲するように配置されている。すなわち、各椎骨４２は、そのＳ字状の中心線Ａに沿って配置されているともいえる（以下、中心線Ａに沿った座標軸を「Ｚ’軸」という。）。

また、隣接する椎骨４２の間には椎間板４４が介在する。説明の便宜上、図２において椎間板４４の線図による表示を省略し、椎骨４２間の隙間として表現する。

さらに、椎骨４２、椎間板４４の区別をするため、これらの参照符号４２、４４の後にアルファベット文字をそれぞれ付加する。つまり、上方から順番に、椎骨４２ａ−４２ｏ、椎間板４４ａ−４４ｏとする。なお、最下部の椎間板４４ｏの下面側と骨盤４６とは接続されている。

複数の第１断層画像を用いて各椎骨４２の中心線Ａを直接的に検出するには、きわめて高度な画像処理技術を要する。そこで、椎体の構造的特徴に着目した種々の検出手法を採り得る。例えば、画像処理による検出が比較的容易である図示しない脊髄の中心線を予め求めておき、該脊髄と椎骨４２との相対的位置関係に基づいて、各椎骨４２の中心線Ａを正確に検出することができる（詳細は、特開２００９−２０７７２７号広報参照）。

なお、この脊髄の中心線の検出方法として、テンプレートマッチング手法や、画定手法を用いてもよいし、統合学習機械を作る手法であるＡｄａｂｏｏｓｔに基づいたラーニング手法を用いてもよい。

特徴量検出部２０を構成する第１特徴量算出部１４、第２特徴量算出部１５および第３特徴量算出部１６について説明する。

第１特徴量算出部１４は、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２のそれぞれについて、複数の第２断層画像に基づいて椎骨４２（図２参照）についての中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、中心軸上の点毎に算出する。第１特徴量として、例えば、Ｚ’軸上の所定の点Ｐを中心とする円環状の模様を抽出する特徴量を用いる。この特徴量の算出には、後述するヘッセ行列の固有値解析法を用いる。第１特徴量算出部１４は、算出した第１特徴量をメモリに記録する。

第２特徴量算出部１５は、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２のそれぞれについて、複数の第２断層画像に基づいて椎骨４２（図２参照）についての中心軸方向Ｚ’のプロファイルを表す第２特徴量を、中心軸上の点毎に算出する。第２特徴量として、例えば、Ｚ’軸上の所定の点Ｐを中心として該Ｚ’軸方向に延在する管状の模様を抽出する特徴量を用いる。この特徴量の算出には、後述するヘッセ行列の固有値解析法を用いる。第２特徴量算出部１５は、算出した第２特徴量をメモリに記録する。

第３特徴量算出部１６は、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２のそれぞれについて、各椎骨４２の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された第１特徴量および第２特徴量に基づいて中心軸上の点毎に算出する。第３特徴量として、例えば、第１及び第２特徴量の加重和を用いる。第３特徴量算出部１６は、算出した第３特徴量をメモリに記録する。

位置合わせ部１７は、３次元画像Ｖ１から算出された第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２から算出された第３特徴量の中心軸に沿った位置を位置合わせする。

ここで、図７は、３次元画像Ｖ１の第３特徴量のプロファイルを表すグラフ３１と比較３次元画像Ｖ２の第３特徴量のプロファイルを表すグラフ３２の一例である。第３特徴量は、椎骨の周期性を表すものであり、椎骨は呼吸や経時的な変化によって大きく形状が変わることが少ないため、同じ患者を表す画像である３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の各第３特徴量は、中心軸Ｚ’上の各位置で同じような特徴を示すものとなる。つまり、図７に示すように、各第３特徴量は、図７に示すように中心軸に沿って相似するものとなる。本実施形態では、３次元画像Ｖ１の第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２の第３特徴量とをマッチングし、３次元画像Ｖ１の第３特徴量および比較３次元画像Ｖ２の第３特徴量の互いに対応する中心軸Ｚ’の位置を以下に説明するように算出する。なお、図７に示す、３次元画像Ｖ１の第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２の第３特徴量とをマッチングの前処理として、３次元画像Ｖ１の第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２の第３特徴量に対して、Ｚ’軸方向の縮尺等を調整する等の前処理を必要に応じて行ってよい。

位置合わせ部１７は、ＳＳＤ法により、後述するコスト関数を最小化することによって３次元画像Ｖ１から算出された第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２から算出された第３特徴量が最も一致する３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ’（Ａ１）軸上の位置に対する比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ’（Ａ２）軸上の位置のシフト量ｓを決定する。そして、決定したシフト量ｓから、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する中心軸Ｚ’軸上の位置を決定し、該位置をＸＹＺ座標上の位置に変換する。位置合わせ部１７は変換した３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する中心軸Ｚ’軸上の位置および互いに対応するＸＹＺ座標上の位置をメモリに記録する。

表示制御部１８は、画像生成部１２が生成した断層画像を表示装置に表示させる。また、表示制御部１８は、位置合わせ部１７が位置合わせした３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する位置の断層画像をディスプレイ３に表示させる。本実施形態においては、画像生成部１２が、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２からそれぞれ互いに対応する位置における断層画像を生成する。また、このような３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２からそれぞれ互いに対応する位置における断層画像のペアを、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２のそれぞれの中心軸Ｚ_１’、Ｚ_２’に沿って複数生成する。表示制御部１８は、画像生成部１２が生成した互いに対応する位置における断層画像のペアを比較可能に表示する。なお、各対応する位置における断層画像は、それぞれ３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２から決定された中心軸Ｚ_１’、Ｚ_２’に直交するものであってもよい。比較可能に表示するとは、医師らのユーザが断層画像のペアを比較できる態様であればどのような方法で表示してもよいが、断増画像のペアを同サイズに並べて表示することが好ましく、対応する断層画像のペアを互いに切り替えて表示してもよい。

図３Ａ、３Ｂは、本実施形態の医用画像位置合わせ処理の流れを表すフローチャートである。次に、医用画像位置合わせ装置１の動作を図３Ａ、３Ｂのフローチャートに従って説明する。

先ず、画像取得部１１は、椎体を含む３次元医用画像Ｖ１および比較３次元医用画像Ｖ２を取得する（Ｓ０１）。

次いで、画像生成部１２は、画像取得部１１が取得した椎体を含む３次元医用画像Ｖ１に基づいて、体軸方向（Ｚ軸）に沿ったＸ−Ｙ断面画像、すなわち、複数の第１断層画像を生成する（Ｓ０２Ａ）。

なお、画像取得部１１がアキシャル断面である複数の第１断層画像を取得した場合は、画像生成部１２は、画像取得部１１が取得した複数の第１断層画像を取得する。

次いで、椎骨中心線検出部１３は、ステップＳ０１で取得した３次元画像Ｖ１の複数の第１断層画像から、それぞれに含まれる椎骨４２の中心線Ａ１を検出する（Ｓ０３Ａ）。椎骨中心線検出部１３は、上述した検出方法を用いて３次元画像Ｖ１の複数の第１断層画像から図２に示す椎骨４２の中心線Ａを検出する。（３次元画像Ｖ１の複数の第１断層画像から抽出した中心線Ａを、以降中心線Ａ１と記載する。）その後、中心線Ａ１は、３次元画像Ｖ１の新たな座標軸（Ｚ_１’軸）として設定される。なお、本明細書では、椎骨の中心線ＡをＺ’軸として設定したＸ’Ｙ’Ｚ’座標系を、３次元画像Ｖ１に対してはＸ_１’Ｙ_１’Ｚ_１’座標系、比較３次元画像Ｖ２に対してはＸ_２’Ｙ_２’Ｚ_２’座標系と場合により記す。また、椎骨の中心線ＡをＺ’軸として設定したＸ’Ｙ’Ｚ’座標系の位置（ｘ’，ｙ’，ｚ’）を、３次元画像Ｖ１に対しては（ｘ_１’，ｙ_１’，ｚ_１’）、比較３次元画像Ｖ２に対しては（ｘ_２’，ｙ_２’，ｚ_２’）と場合により記す。

次いで、画像生成部１２は、ステップＳ０１で取得した三次元医用画像Ｖ１に基づいて、ステップＳ０３で検出した中心線Ａ１（Ｚ_１’軸）に沿ったＸ_１’−Ｙ_１’断面画像、すなわち、複数の第２断層画像を生成する（Ｓ０４Ａ）。なお、画像生成部１２は、取得した三次元医用画像のうちすべての画像情報を用いることなく、椎体群４０の存在領域を網羅するＺ’軸周辺の一部領域において再構成可能な画像情報のみを用いて、複数の第２断層画像を生成すればよい。そうすれば、メモリの使用量や、制御部１４による演算時間を低減することができる。

次に、特徴量算出部２０は、ステップＳ０４で取得した複数の第２断層画像からＺ_１’軸の各点において第１から第３の特長量を算出する（Ｓ０５Ａ）。特徴量を算出する方法については後述する。

一方、画像生成部１２は、画像取得部１１が取得した椎体を含む比較３次元医用画像Ｖ２に基づいても、体軸方向（Ｚ軸）に沿ったＸ−Ｙ断面画像、すなわち、複数の第１断層画像を生成する（Ｓ０２Ｂ）。なお、画像取得部１１が比較３次元画像Ｖ２のアキシャル断面である複数の第１断層画像を取得した場合は、画像生成部１２は、画像取得部１１が取得した比較３次元画像Ｖ２の複数の第１断層画像を取得する。

次いで、椎骨中心線検出部１３は、図２に示すように、先ほどと同様に、Ｓ０１で取得した比較３次元画像Ｖ２の複数の第１断層画像から、それぞれに含まれる椎骨４２の中心線Ａ２を検出する（Ｓ０３Ｂ）。（比較３次元画像Ｖ２の複数の第１断層画像から抽出した中心線Ａを、以降中心線Ａ２と記載する。）その後、中心線Ａ２は、比較３次元画像Ｖ２の新たな座標軸（Ｚ_２’軸）として設定される。

次いで、画像生成部１２は、ステップＳ０１で取得した比較三次元医用画像Ｖ２に基づいて、ステップＳ０３で検出した中心線Ａ２（Ｚ_２’軸）に沿ったＸ_２’−Ｙ_２’断面画像、すなわち、複数の第２断層画像を生成する（Ｓ０４Ｂ）。

そして、特徴量算出部２０は、ステップＳ０４で取得した複数の第２断層画像からＺ２’軸の各点において第１から第３の特長量を算出する（Ｓ０５Ｂ）。

ここで、特徴量算出手段２０によるＳ０５ＡおよびＳ０５Ｂにおける第１から第３の特徴量のそれぞれの算出処理について、Ｓ２１からＳ２３まで段階を分けて詳細に説明する。

第１特長量算出手段１４は、第１特徴量を算出する（Ｓ２１）。第１特徴量は、次の（１）式で示される。

脊椎は、頚椎、胸椎、腰椎、仙骨、尾骨から構成され、そのうち、頚椎、胸椎、腰椎は外形が円柱形であり、表面が皮質（Cortical bone）、内部は海綿骨（Spongy bone）で構成され、椎体の円柱形状の両端はほぼ平らであり、椎体間に椎間板が存在するという特徴を有する。

このため、椎体の円柱形状の両端を除いた椎骨の胴部において、椎骨の表面の皮質が円筒形状をなすという特徴に起因して、円筒形状に画素値（ＣＴ値）の高い領域が表れる。第１特徴量は、この円筒形状の模様を定量的に表すものであればよく、本実施形態では、円筒形状の模様を、椎骨中心線に直交する断層像に表れる輪状の模様として捉え、椎骨中心線を結ぶベクトルに直交する特徴量として式（１）のように定量化し、第１特徴量とする。

なお、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）は、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系での位置を表す。また、積分領域Ｒは第２断層画像上の点であって、椎骨４２の皮質領域を表す。

さらに、３×３ヘッセ行列における固有値及び固有ベクトルは、それぞれ（λ1，λ2，λ3）、及び（Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3）とする。さらにまた、λ1≦λ2≦λ3である。ベクトルｄは、Ｚ’軸上の点（０，０，ｚ’）から（ｘ’，ｙ’，ｚ’）に向かうベクトルであり、ｄ＝（ｘ’，ｙ’，０）である。なお、εは、ゼロ割防止のために設けられた、微小な正の整数である。

図４Ａ及び図４Ｂは、各断面位置における第１特徴量（被積分関数）の二次元分布を表す模式図である。つまり、第２断層画像上での第１特徴量（被積分関数）の数値を画像の濃淡として可視化している。第１特徴量が大きい位置での濃度は濃く、第１特徴量が小さい位置での濃度は薄くなるように表示されている。

図４Ａは、断面位置Ｔ１（図２参照）における第１特徴量の算出値を表す可視画像５０の模式図である。断面位置Ｔ１は椎骨４２の中間位置であるから、その第２断層画像には椎骨４２の皮質の断面形状が含まれている。よって、可視画像５０上には、円環状の黒い模様５２が鮮明に現れている。その結果、積分領域Ｒ内での被積分関数の総和である第１特徴量は大きくなる。なお、積分領域Ｒ椎骨の表面（皮質）領域を表す。

一方、図４Ｂは、断面位置Ｔ２（図２参照）における第１特徴量の算出値を表す可視画像５４の模式図である。断面位置Ｔ２は椎間板４４ｍの位置であるから、その第２断層画像には椎骨４２の皮質の断面形状が含まれず、代わりに椎間板４４の辺縁部が含まれている。よって、可視画像５４上には、円環状の薄い模様５６が僅かに現れている。その結果、積分領域Ｒ内での被積分関数の総和である第１特徴量は小さくなる。

第１特徴量の別の算出例として、例えば、エッジの強度を検出するラプラシアンフィルタ（２次微分フィルタ）を用いてもよい。また、局所領域の画素にガウス分布の重み付けして平滑化した後、ラプラシアンを作用してそのゼロクロスをエッジとして検出するラプラシアンオブガウシアンフィルタ（Laplacian of Gaussian Filter；以下、「ＬＯＧフィルタ」という。）を用いてもよい。

次いで、第２特徴量算出部１５は、ステップＳ０４ＡまたはＳ０４Ｂで取得した複数の第２断層画像から第２特徴量を算出する（Ｓ２２）。

第２特徴量は、椎骨が、両端が円盤状をした円柱形状であり、椎体間に椎間板が存在するという特徴に起因して、椎骨間に椎間板を表す円盤状（ディスク状）の画素値（ＣＴ値）の低い領域が表れる。なお、画素値の低い領域として該模様が表れる理由は、椎間板は椎骨に比して画素値が低いためである。第２特徴量は、この円盤状の模様を定量的に表すものであればよい。

本実施形態では、各椎骨中心線に沿って、椎骨中心線に直交する断層像の椎骨中心線付近に表れる円盤上の模様を、椎骨中心線付近にZ軸に垂直する断面の特徴量として式（２）のように定量化し、第２特徴量とする。

第２特徴量は、次の（２）式で示される。

なお、（ｘ’，ｙ’，ｚ’）は、Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系での位置を表す。また、積分領域Ｃは中心線Ａ（Ｚ’軸）の周辺領域を表す。

（１）式と同様に、３×３ヘッセ行列における固有値及び固有ベクトルは、それぞれ（λ1，λ2，λ3）、及び（Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3）とする。また、λ1≦λ2≦λ3である。さらに、ｅｚは、Ｚ’軸における単位ベクトル（０，０，１）である。なお、εは、ゼロ割防止のために設けられた微小な正の整数である。

図５は、椎骨４２ｍの三次元形状と、その内部点Ｐにおけるヘッセ行列の固有ベクトルＥ1−Ｅ3との対応関係を示す模式図である。ヘッセ行列の最小固有値λ1に対応する固有ベクトルＥ1は、椎骨４２ｍの延在方向（Ｚ’軸方向）を指向する。したがって、（２）式の被積分関数の形状から諒解されるように、第２特徴量は、点Ｐを基準として濃度勾配がない平坦な形状、特にＺ’軸方向のベクトル成分のみを抽出する。すなわち、第２特徴量は、Ｚ’軸方向に延在する円盤状の模様を抽出する特徴量であるといえる。

次いで、第３特徴量算出部１６は、ステップＳ４で算出した第１特徴量と、ステップＳ５で算出した第２特徴量とに基づいて第３特徴量を算出する（ステップＳ２３）。

第１特徴量は椎体の円柱形上の胴部を明確に表し、第２特長量は椎間板部を明確に表すものであるため、両者を組み合わせることにより、椎体と椎間板の繰り返しの周期をより明確に表すことができる。さらに、第１特徴量及び第２特徴量は２つの特徴量の符号も相反するものであるため、両者を組み合わせることにより、その周期性をさらに顕著に表すことができる。

第３特徴量は、次の（３）式で示される。

なお、αは任意の重み付け係数であり、Ｇ（ｚ’，σ）は標準偏差をσとするガウス関数である。

図６Ａ−図６Ｃは、Ｚ’軸方向における第１−第３特徴量のプロファイルである。

図６Ａは、Ｚ’軸方向における第１及び第２特徴量のプロファイルである。第１特徴量（実線）及び第２特徴量（破線）は、椎骨４２の中央位置（図２に示す断面位置Ｔ１）で極大値をとり、椎間板４４の位置（図２に示す断面位置Ｔ２）で極小値をとる。

図６Ｂは、第２特徴量にＬＯＧフィルタを作用させた後のプロファイルである。第２特徴量のプロファイル（図６Ａ参照）のうち２次微分が０になっている箇所が抽出されるので、図６Ｂに示すプロファイルは周期的な関数形状を有している。このプロファイルは、椎骨４２の中央位置（図２に示す断面位置Ｔ１）で極大値をとり、椎間板４４の位置（図２に示す断面位置Ｔ２）で極小値をとる。

ところで、ガウス関数Ｇ（ｚ’，σ）におけるσの値に応じて、図６Ｂに示すプロファイルの形状が変化する。本実施の形態では、所定の範囲σ0−σ1において、そのプロファイルの値が最大となるσを選択する。

図６Ｃは、Ｚ’軸方向における第３特徴量のプロファイルである。第３特徴量は、第１特徴量ｆ１（ｚ’）と、第２特徴量ｆ２（ｚ’）にＬＯＧフィルタを作用した特徴量とを加算した値である。

これにより、各椎骨４２の配列の規則性を表す第３特徴量ｆ３（ｚ’）が生成される。この第３特徴量は、椎骨４２の中央位置（図２に示す断面位置Ｔ１）で極大値をとり、椎間板４４の位置（図２に示す断面位置Ｔ２）で極小値をとる。

本明細書においては、特徴量算出部２０は、ステップＳ０５ＡおよびＳ０５Ｂにおいて、三次元医用画像Ｖ１および比較三次元医用画像Ｖ２に対して上記のＳ２１からＳ２３の処理を行って、第１から第３の特徴量をそれぞれ算出し、図７に示すように、第３の特徴量ｆ３１（ｚ’）、ｆ３２（ｚ’）をそれぞれ取得する。

次に、位置合わせ部１７は、次元画像Ｖ１から算出した第３特徴量ｆ３１（ｚ’）と比較三次元画像Ｖ２から算出した第３特徴量ｆ３２（ｚ’）の中心軸Ｚ_１’、Ｚ_２’に沿った位置を位置合わせする（Ｓ０６）。

先述したように、３次元画像Ｖ１から算出した第３特徴量ｆ３１（ｚ’）と比較三次元画像Ｖ２から算出した第３特徴量ｆ３２（ｚ’）とは、同じ患者の椎骨について算出されたものであるので、各椎骨の互いに対応する位置における第３の特徴量は類似していると考えられる。そこで、本実施形態においては、椎骨位置合わせ部１７は、比較三次元画像Ｖ２から算出した第３特徴量ｆ３２（ｚ’）をＺ’軸上にシフトさせ、３次元画像Ｖ１から算出した第３特徴量ｆ３１（ｚ’）と比較三次元画像Ｖ２から算出した第３特徴量ｆ３２（ｚ’）が最も一致する位置でのシフト量ｓを算出する。

具体的には、位置合わせ部１７は、ＳＳＤ法により、以下の（４）式により表されるコスト関数が小さければ小さいほど３次元画像Ｖ１から算出した第３特徴量ｆ３１（ｚ’）と比較三次元画像Ｖ２から算出した第３特徴量ｆ３２（ｚ’）が高い相関を有すると判定し、（４）式により表されるコスト関数を最小化するシフト量ｓを算出してメモリに記憶する。

この方法によれば、３次元画像Ｖ１と比較三次元画像Ｖ２の各第３の特徴量の、０≦ｚ’≦Z’の範囲全体を最も一致させる、一つのシフト量ｓを取得することができる。

そして、位置合わせ部１７は、算出したシフト量ｓから、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する中心軸Ｚ’軸上の位置を決定する。具体的には、図７に示すように、上記の評価関数を最小化した比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_２’上の位置Ｐ２（０，０，ｚ’＋ｓ）が、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置Ｐ１（０，０，ｚ’）に対応する位置として算出する（Ｓ０７）。

図８は、第１の実施形態の３次元画像と比較３次元画像の各椎骨中心線上の互いに対応する位置を説明する図である。図８に示すように、本実施形態では、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ_１’軸上に、頚椎から尾椎に向かう方向に０≦ｚ’≦Z’の範囲で、等間隔にｎ個の位置Ｐ１_i（０≦i ＜n、ｉ，ｎは正の整数）を順番に設定するものとする。そして、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ_１’上の各位置Ｐ１_i（０≦i＜n）について、Ｐ１_i（０，０，ｚ_i’）に対応する比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_２’上の位置Ｐ２_i（０，０，ｚ_i’＋ｓ）を求める。

次いで、位置合わせ部１７は、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する中心軸Ｚ’軸上の位置をＸＹＺ座標上における各位置に変換する（Ｓ０８）。椎骨位置推定部３６は、ステップＳ８で推定した各椎骨４２のＺ’軸上の位置をＸＹＺ座標の位置に変換する。なお、Ｚ’軸上の点ＰとＸＹＺ座標との位置関係は既知であるので、このような座標変換は容易である。

本実施形態では、図８に示すように、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ_１’に沿って、０≦ｚ’≦Z’の範囲で等間隔に設定された３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ_１’の位置Ｐ１_i（０≦i＜ｎ）をそれぞれ変換し、対応する各ＸＹＺ座標Ｑ１_ｉ（０≦i＜ｎ）を取得する。また、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ_１’の位置Ｐ１_iに対応する比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_２’上の位置Ｐ２_i（０≦i＜ｎ）をそれぞれ変換し、対応する各ＸＹＺ座標Ｑ２_ｉ（０≦i＜ｎ）を取得する。

さらに、本実施形態においては、算出されたＸＹＺ座標の位置に基づいて、対応する位置の断層画像の生成および表示を行う。第１の実施形態では、算出された互いに対応する位置である、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置Ｑ１_ｉおよび比較３次元画像Ｖ２の中心軸上の位置Ｑ２_ｉ（０≦i＜ｎ）に対し、ＸＹＺ座標の位置に基づいて、３次元画像Ｖ１のＱ１_ｉを含むアキシャル断層画像Ｉｍｇ１_ｉおよび比較３次元画像Ｖ２のＱ２_ｉを含むアキシャル断層画像Ｉｍｇ２_ｉのペアをそれぞれ生成する。（Ｓ０９）。

図９は、互いに対応する位置の３次元画像のアキシャル断層画像Ｉｍｇ１_ｉとアキシャル断層画像Ｉｍｇ２_ｉを比較可能に表示した画像表示の一例である。最後に、表示制御装置１８は、図９に示すように、画像生成部１２が生成した、対応する位置のアキシャル断層画像Ｉｍｇ１_ｉとアキシャル断層画像Ｉｍｇ２_ｉを比較可能に表示する。

本実施形態においては、表示制御装置１８は、ＧＵＩ上に設けたボタン等によりユーザによる比較読影開始の指示を入力装置等から受け付けて、生成された複数のアキシャル断層画像Ｉｍｇ１_ｉおよびアキシャル断層画像Ｉｍｇ２_ｉのペアのうち、あらかじめ設定された位置のアキシャル断層画像Ｉｍｇ１₀とアキシャル断層画像Ｉｍｇ２₀を比較可能に表示する。

さらに、本実施形態では、表示制御装置１８は、図９に示すように、表示画面右に、断層画像の椎骨中心線を示す指標Ｍと、現在表示された断層画像の椎骨中心線上の位置を表すスライダＳを表示する。本実施形態では、このスライダＳをマウス等の入力装置を用いて移動可能に設け、ユーザがスライダＳをドラッグして中心線を表す指標Ｍに沿って移動することにより、中心線上のスライダＳの位置に応じて、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の頸骨中心線Ａ１、Ａ２に沿って複数のアキシャル断層画像Ｉｍｇ１_ｉおよびアキシャル断層画像Ｉｍｇ２_ｉ（０≦ｉ＜ｎ、ｉ，ｎは正の整数）のペアを順に表示する。

以上のように、本第１の実施形態によれば、３次元画像および比較３次元画像のそれぞれについて、被写体の各椎骨の中心軸に沿って、中心軸に直交する複数の断層画像を生成し、断層画像に基づいて中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、中心軸上の点毎に算出し、断層画像に基づいて中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、中心軸上の点毎に算出し、各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された第１特徴量および第２特徴量に基づいて中心軸上の点毎に算出し、３次元画像から算出された第３特徴量と比較３次元画像から算出された第３特徴量の中心軸に沿った位置を位置合わせするようにしたので、脊椎の形状が全体的又は局所的に変形している被写体の三次元医用画像に対しても、変形が少ない各椎骨について異なる２方向からの断面形状に基づいた定量的な濃度解析を行うことにより各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を算出し、第３特徴量による位置合わせを行うため、精度よく位置合わせを行うことができる。脊椎湾曲症等により全体的に脊椎の形状が変形している場合、特に効果がある。

また、従来の方法のようにＺ軸方向によって位置合わせした場合では、同じ中心線上の位置であっても、呼吸や脊椎の長さの経時的な伸縮等による誤差が生ずるところ、本実施形態のように呼吸や姿勢等の影響を受けにくい椎骨によって位置合わせをすることにより、より精度よく同じ位置の断層画像を表示することができる。このことにより、より精度のよい比較読影に資する。

また、第１特徴量が、中心軸上の点を中心とする円環状の模様を表すものであるため、略円筒形状の皮質を有する各椎骨の中心軸方向に交差する断面形状（すなわち、円環状の模様）を適切に定量化することができる。

また、第２特徴量が、中心軸に沿った模様を表すものであるため、略円筒形状の皮質を有する各椎骨の中心軸方向に平行する断面形状（すなわち、円盤状の模様）を適切に定量化することができる。

また、椎骨位置合わせ部１７が、ＳＳＤ法を用いて３次元画像Ｖ１から算出された第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２から算出された第３特徴量とを位置合わせするものであるため、３次元画像の第３の特徴量と比較３次元画像の第３の特徴量が評価範囲の全体を通して最も一致するような、精度よく３次元画像の中心軸上の所定の位置と対応する比較３次元画像の中心軸上の位置を算出することができる。

また、第１の実施形態では、画像生成部１２が生成した断層画像を表示装置に表示させる画像表示制御部１８をさらに備え、画像生成部１２が、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２から、それぞれ互いに対応する位置における断層画像を生成するものであるため、椎骨に基づいて精度よく位置合わせされた画像を用いて比較読影を行えるため、精度よく画像診断をすることを支援できる。

さらに、第１の実施形態においては画像生成部１２が、対応する位置における断層画像を、中心軸に沿って複数生成するものであるため、互いに対応する位置の複数の断層画像を中心軸に沿って対比可能に表示することができ、表示された断層画像の脊椎における位置を捉えやすく、椎骨中心線に沿って順に椎骨の断層画像の比較読影を行うことが容易にでき、画像診断の効率を向上できる。

第２の実施形態として、位置合わせ部１７の３次元画像Ｖ１から算出した第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２から算出した第３特徴量の位置合わせ方法の変形例を説明する。位置合わせ部１７の３次元画像Ｖ１から算出した第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２から算出した第３特徴量の位置合わせ方法以外の、各機能ブロックの構成および処理は第１の実施形態と同じである。

第２の実施形態では、上記ＳＳＤ法に替えて、動的計画法（ＤＰ）法により、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ１上の各位置ｚ’の第３の特徴量と、比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ２上の位置ｚ’からシフト量ｓ_ｚ’だけシフトした位置ｚ’＋ｓ_ｚ’の第３の特徴量との差分の自乗和を、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ１上の各ｚ’ごとに最小化し、最小化した位置のシフト量ｓ_ｚ’を取得する。具体的には、下記式（５）に示す評価関数を最小化するシフト量を求める。

この方法によれば、０≦ｚ’≦Z’の範囲の各位置ｚ’ごとに、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の第３の特徴量を最も一致させるシフト量ｓ_ｚ’をそれぞれ算出できる。

つまり、３次元画像Ｖ１の中心軸上の各位置ｚ’に対応する位置は、上記の評価関数を最小化した比較３次元画像Ｖ２の中心軸上の位置ｚ’＋ｓ_ｚ’としてそれぞれ算出できる。

第２の実施形態によれば、３次元画像の中心軸上の各位置ごとに、３次元画像の第３特徴量と比較３次元画像の第３特徴量が最も一致する比較３次元画像の中心軸上の位置をそれぞれ算出でき、精度よく３次元画像の中心軸上の各位置ごとにそれぞれ対応する比較３次元画像の中心軸上の位置を算出することができる。

第３の実施形態として、表示制御部１８の変形例を以下に説明する。表示制御部１８の断層画像の表示処理以外については、各機能ブロックの構成および処理は第１の実施形態と同じである。

第３の実施形態として、表示制御部１８は、中心軸に沿った各位置での中心軸に直交する断層画像（第２断層画像）を表示する。図１０は、脊椎湾曲症により全体的に湾曲変形した脊椎を含む被写体の３次元画像Ｖ１のサジタル画像と、これに対応する比較３次元画像Ｖ２のサジタル画像を模式的に表している。３次元画像Ｖ１は、比較読影を行う数日前にＣＴ撮影により被写体を撮影して取得したものであり、比較３次元画像Ｖ２は、比較読影を行う数ヶ月前にＣＴ撮影により同じ被写体を撮影して取得した画像であるものとする。

第３の実施形態では、図３ＡのＳ０１からＳ０８の処理は、第１の実施形態と同様である。すなわち、３次元画像Ｖ１およびＶ２を取得し、各３次元画像Ｖ１（Ｖ２）のそれぞれに対して、体軸方向に沿った第１の断層画像を生成して、椎骨中心線Ａ１（Ａ２）をそれぞれ検出し、椎骨中心線に沿った第２断層画像を生成し、中心軸Ａ１（Ａ２）の各点において第１から第３の特徴量を算出し、３次元画像Ｖ１から算出した第３の特徴量と比較３次元画像Ｖ２から算出した第３の特徴量を位置合わせする。そして、３次元画像Ｖ１のＺ_１’軸上の位置Ｐ１_ｉ（０≦ｉ＜ｎ）に対応する、比較３次元画像Ｖ２のＺ_２’軸上の位置Ｐ２_ｉ（０≦ｉ＜ｎ）を算出し、３次元画像Ｖ１のＺ_１’軸上の位置Ｐ１_ｉ（０≦ｉ＜ｎ）をＸＹＺ座標に変換したＱ１_ｉ（０≦ｉ＜ｎ）、比較３次元画像Ｖ２のＺ_２’軸上の位置Ｐ２_ｉ（０≦ｉ＜ｎ）をＸＹＺ座標に変換したＱ２_ｉ（０≦ｉ＜ｎ）を取得する。なお、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ_１’軸上に、頚椎から尾椎に向かう方向に０≦ｚ’≦Z’の範囲で、間隔αだけ離間してｎ個の位置Ｐ１_i（０≦i＜ｎ、ｉ，ｎは正の整数）を順番に設定したものとする。

そして、第３の実施形態ではＳ０９の処理として、表示制御手段１８は、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置Ｑ１_ｉ（０≦ｉ＜ｎ）を含み、中心軸Ａ１に直交する断層画像Ｉｍｇ１ｉを生成し、と比較３次元画像Ｖ２のＺ_２’軸上の位置Ｑ２_ｉ（０≦ｉ＜ｎ）を含み、中心軸Ａ２に直交する断層画像Ｉｍｇ２ｉを生成する。

本第３の実施形態では、Ｚ’軸に沿ってＱ１_iと隣り合う座標Ｑ１_i-1、Ｑ１_i+1を用いることで、３次元画像Ｖ１の中心軸Ａ１に直交する断層画像Ｉｍｇ１ｉの法線方向を求める。具体的には、表示制御手段１８は、位置Ｑ１_iを含み、ＸＹＺ座標系での座標Ｑ１_i-1からＱ１_i+1に向かうベクトルの方向を法線方向とする平面を、３次元画像Ｖ１の中心軸Ａ１に直交する断層画像Ｉｍｇ１ｉとして生成する。比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ａ２に直交する断層画像Ｉｍｇ２ｉも同様に、位置Ｑ２_iを含み、Ｑ２_i-1からＱ２_i+1に向かうベクトルの方向を法線方向とする平面として生成できる。なお、３次元画像Ｖ１の中心軸Ａ１または比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ａ２に直交する断層画像Ｉｍｇ１ｉ、Ｉｍｇ２ｉは、ステップＳ３で取得した第２断層画像に、各Ｑ１_iまたはＱ２_i（０≦ｉ＜ｎ）を含む断層画像がすでに含まれていれば、各Ｑ１_iまたはＱ２_i（０≦ｉ＜ｎ）を含む第２断層画像をＩｍｇ１ｉ、Ｉｍｇ２ｉとして用いてもよい。

また、第３の実施形態では、第１の実施形態と同様に、算出された互いに対応する位置である、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置Ｑ１_ｉおよび比較３次元画像Ｖ２の中心軸上の位置Ｑ２_ｉ（０≦i＜ｎ）に対し、ＸＹＺ座標の位置に基づいて、３次元画像Ｖ１のＱ１_ｉを含み、中心線Ａ１と直交する断層画像Ｉｍｇ１_ｉおよび比較３次元画像Ｖ２のＱ２_ｉを含み、中心線Ａ２と直交する断層画像Ｉｍｇ２_ｉのペアをそれぞれ生成する。（Ｓ０９）。

図１１は、互いに対応する位置の３次元画像の断層画像Ｉｍｇ１_ｉと断層画像Ｉｍｇ２_ｉを比較可能に表示した画像表示の一例である。最後に、表示制御装置１８は、図３のＳ１０と同様に、図１１に示すように、画像生成部１２が生成した、対応する位置の断層画像Ｉｍｇ１_ｉと断層画像Ｉｍｇ２_ｉを比較可能に表示する。図１１では、椎骨の疾患の比較読影を意図して、対応する位置の断層画像Ｉｍｇ１ｉ、Ｉｍｇ２ｉの表示範囲を椎骨断面のみに設定しているが、該椎骨断面を含む断層画像であれば、対比可能に表す断層画像の表示範囲は任意に設定してよく、例えば患者の腹部を完全に横断する範囲を表示範囲として設定してもよい。

図１１に示すように、本第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様、表示制御装置１８は、ＧＵＩ上に設けたボタン等によりユーザによる比較読影開始の指示を入力装置等から受け付けて、中心線上のスライダＳの位置に応じて、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の頸骨中心線Ａ１、Ａ２に沿って複数の断層画像Ｉｍｇ１_ｉおよび断層画像Ｉｍｇ２_ｉ（０≦ｉ＜ｎ、ｉ，ｎは正の整数）のペアを順に表示する（Ｓ１０）。

第３の実施形態によれば、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の頸骨中心線Ａ１、Ａ２に沿って対応する位置のそれぞれの断層画像として、アキシャル断層画像でなく、椎骨中心線に直交する断層画像を用いることで、読影効果が大きく向上する。特に、第３の実施形態のように、脊椎が湾曲した患者は、体軸が垂直方向から曲がっているため、アキシャル断層画像では、脊椎が湾曲していない患者と比較して垂直方向の内蔵等の解剖学的構造物の位置が把握しにくくなるが、椎骨中心線に沿って、椎骨中心線に直交する断層画像を表示することにより、椎骨中線と内蔵等の解剖学的構造物の相対的な位置は、おおむね維持されているため、内蔵等の解剖学的構造物の位置が把握しやすい。また、椎骨の疾患等を観察する際にも、椎骨に直交する断層画像による画像診断が必要であるため、本実施形態により、中心軸に沿って、より正確に位置合わせされた、互いに対応する位置の椎骨中心線に直交する断層画像を表示することにより、より正確な比較読影に資する。

また、第３の実施形態の変形例として、互いに対応するＺ’軸上の位置を基準としてＭＰＲ法（multiplanar reconstruction）により任意の断面を再構成して表示してもよい。呼吸や姿勢等の影響を受けにくい椎骨を基準として、対応する椎骨中心線上の位置に基づいて、医療現場の要望に応じた任意の断層画像による比較表示を精密に位置合わせして行うことができ、有用である。

第４の実施形態は、位置合わせ手段１７の変形例として３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２が被写体の互いに異なる範囲を撮影した画像である場合等、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の異なる範囲について第３特徴量が算出されている場合の位置合わせ方法を以下に説明する。位置合わせ手段１７の位置合わせ方法以外については、各機能ブロックの構成および処理は第１の実施形態と同じである。

第４の実施形態では、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２がそれぞれ患者の異なる範囲を撮影されているものとする。図１２は、第４の実施形態の、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２のそれぞれの中心線Ａ１，Ａ２を表している。そして、図１２に示すように、３次元画像Ｖ１の患者の椎骨を含む撮影範囲Ｗ１は、比較３次元画像Ｖ２患者の椎骨を含む撮影範囲Ｗ２２より体軸方向に大きいものとする。

まず、医用画像位置合わせ装置１は第１の実施形態のＳ０１からＳ０６に相当する処理を第１の実施例と同様に行い、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２から、３次元画像Ｖ１の全範囲Ｗ１と比較３次元画像Ｖ２の範囲Ｗ２２に対して、第３特徴量を算出する。

そして、位置合わせ部１７は、第１の実施形態のＳ０７に相当する処理として、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ’ 沿って重複する範囲に対して第１の実施形態と同様の位置合わせを行う。ここでは、図１２に示すように、３次元画像Ｖ１の患者の椎骨を含む撮影範囲Ｗ１と比較３次元画像Ｖ２患者の椎骨を含む撮影範囲Ｗ２２がそれぞれ異なる場合、３次元画像Ｖ１の患者の椎骨を含む撮影範囲Ｗ１が比較３次元画像Ｖ２患者の椎骨を含む撮影範囲Ｗ２２と重なる範囲Ｗ１２について第１の実施形態の位置合わせ処理と同じ方法により３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の位置合わせを行う。そして、位置合わせをした範囲１２について、第１の実施形態のＳ０８からＳ１０と同様に、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する位置の断層画像を生成し表示する。

第４の実施形態によれば、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の異なる範囲について第３特徴量が算出されている場合であっても、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２の第３特徴量が算出されている範囲が重なる部分があれば、本明細書の３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の第３特徴量の位置合わせ方法を適用することができる。そして、３次元画像Ｖ１および比較３次元画像Ｖ２のいずれかの必要な部分にのみ第３特徴量を算出することで、本実施形態の位置合わせを適用することができるため、計算負荷を抑制することができる。

なお、第４の実施形態の変形例として、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の各椎骨中心線Ａ１、Ａ２に沿った撮影範囲の重複する部分の一部のみについて第３特徴量が算出されている場合、第１の実施形態におけるＳＳＤ法または第２の実施形態における動的計画法により算出した各シフト量を用いて、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の各椎骨中心線Ａ１、Ａ２に沿った撮影範囲の重複する部分のうち、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２のいずれか一方もしくは両方に第３特長量が算出されていない部分についても３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ’の位置を互いに対応付けてもよい。

例えば、図１２において、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２が同じ撮影範囲Ｗ１で撮影されたものとする。そして、３次元画像Ｖ１については、撮影範囲Ｗ１の全範囲に対して第３特徴量が算出され、比較３次元画像Ｖ２については、撮影範囲Ｗ１の一部の範囲Ｗ２２だけ第３特徴量が算出されたとする。なお、比較３次元画像Ｖ２については、撮影範囲Ｗ１を構成する範囲Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ２３の全てに中心線Ａ２の抽出および、中心線Ａ２に沿ったＸ’Ｙ’Ｚ’座標系が設定されているものとする。

この場合、位置合わせ処理の過程で、位置合わせ部１７は、まず、Ｗ２２の範囲だけ、第２の実施形態における動的計画法により算出した中心軸Ｚ’上の各位置ｚ_i’ごとにそれぞれシフト量ｓ_ｚi’を算出し、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の互いに対応する中心軸Ｚ’軸上の位置を算出する。ここでは、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ_１’軸上に、Ｚ軸方向にＷ２２の範囲内、すなわち、頚椎から尾椎に向かう方向に０≦ｚ’≦Z’の範囲で、等間隔にｎ個の位置Ｐ１_i（０≦i＜n、ｉ，ｎは正の整数）を順番に設定するものとする。そして、３次元画像Ｖ１の中心軸Ｚ_１’上の各位置Ｐ１_i（０≦i＜n）について、Ｐ１_i（０，０，ｚ_i’）に対応する比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_２’上の位置Ｐ２_i（０，０，ｚ_i’＋ｓ_ｚi’）を求める。

すると、中心軸Ｚ’軸上の位置Ｐ２_０ではシフト量ｓ_ｚ０’が算出され、中心軸Ｚ’軸上の位置Ｐ２_ｎ−１ではシフト量ｓ_{ｚｎ−１’}が算出される。

ここで、第４の実施形態の変形例では、図１２に示すように、比較３次元画像Ｖ２では第３特徴量が算出されていない範囲Ｗ２１について、Ｐ１_０におけるシフト量ｓ_ｚ０’を用いて、比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_２’上の位置Ｐ２_―ｈ（０，０，ｚ’＋ｓ_ｚ０’）を、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置Ｐ１_―ｈ（０，０，ｚ’）に対応する位置として対応付ける。同様に、図１２に示すように、比較３次元画像Ｖ２では第３特徴量が算出されていない範囲Ｗ２３について、Ｐ１_０におけるシフト量ｓ_{ｚｎ−１’}を用いて、比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_２’上の位置Ｐ２_{ｎ−１＋ｋ}（０，０，ｚ’＋ｓ_{ｚｎ−１’}）が、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置Ｐ１_{ｎ−１＋ｋ}（０，０，ｚ’）に対応する位置として対応付ける。

このように、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の椎骨中心線Ａ１、Ａ２に沿った一部分についてのみ、本明細書の３次元画像Ｖ１から算出された第３特徴量と比較３次元画像Ｖ２から算出された第３特徴量による位置合わせ処理が行われた場合であっても、本明細書の位置合わせ部１７の位置合わせ処理により算出された、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置に対する比較３次元画像Ｖ２の中心軸上の位置のシフト量を用いることで、３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２のいずれか一方もしくは両方に第３特長量が算出されていない部分についても比較的精度よく位置合わせを行うことができる。

また、第４の実施形態の変形例のように、第３特徴量を用いた位置合わせ処理を行った境界の位置である、中心軸Ｚ’軸上の位置Ｐ２_０のシフト量ｓ_ｚ０’を、位置合わせ処理を行っていない範囲Ｗ１１，１３のうち、Ｐ２_０に近い範囲Ｗ１１について適用し、および中心軸Ｚ’軸上の位置Ｐ２_ｎ−１のシフト量ｓ_{ｚｎ−１’}を、位置合わせ処理を行っていない範囲Ｗ１１，１３のうち、Ｐ２_０に近い範囲Ｗ１３について適用することで、シフト量の誤差を小さく抑えることができる。また、首や腰以下については、重力によって経時的に長さが変動することが少ないため、境界のシフト量でも対応できると考えられる。なお、第１の実施形態と同様にＳＳＤ法による３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の中心線上の位置の位置合わせが行われた場合、図１２に示すような、比較３次元画像Ｖ２では第３特徴量が算出されていない範囲Ｗ２１、Ｗ２３について、シフト量ｓを用いて、比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_２’上の位置Ｐ２_―ｈ（０，０，ｚ’＋ｓ）が、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置Ｐ１_―ｈ（０，０，ｚ’）に対応する位置として対応付け、比較３次元画像Ｖ２の中心軸Ｚ_２’上の位置Ｐ２_{ｎ−１＋ｋ}（０，０，ｚ’＋ｓ）が、３次元画像Ｖ１の中心軸上の位置Ｐ１_{ｎ−１＋ｋ}（０，０，ｚ’）に対応する位置として対応付けてもよい。

医用画像位置合わせ装置１０は、複数のコンピュータにより、画像取得部と、画像生成部と、椎骨中心線検出部と、第１特徴量算出部と、第２特徴量算出部と、第３特徴量算出部と、位置合わせ部と、表示制御部としての機能を分担する構成としてもよい。また、入力装置、ディスプレイ等、システムを構成する装置としては、公知のあらゆる装置を採用することができる。例えば、マウスに代えてジョイスティックを採用したり、ディスプレイに代えてタッチパネルを採用したりすることができる。

なお、上記各実施形態では、医用画像位置合わせ装置１内で３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２の位置合わせが行われ、対応する位置の断層画像のペアが複数生成されて記憶された状態で、ユーザの中心線上の位置の指定を受け付けて、指定された位置に対応する３次元画像Ｖ１と比較３次元画像Ｖ２のそれぞれの断層画像を表示している。この場合、比較読影するための断層画像のペアが予め全て生成されているため、表示処理を高速に行うことができる。しかし、本医用画像位置合わせ処理を開始するタイミングは種々の実装方法が可能であり、これに限られない。例えば、３次元画像Ｖ１の断層画像の読影の際に、ＧＵＩに位置合わせボタンをユーザに選択可能に表示し、ユーザがマウス等の入力装置で位置合わせボタンをクリックすることにより、不図示のサーバから比較３次元画像Ｖ２を取得し、上記各実施形態の医用画像位置合わせ処理を開始してもよい。

３次元画像は、本発明の第１特徴量、第２特徴量、第３特徴量を算出できるものであれば何でもよく、好ましくはＣＴ装置により撮影された３次元画像があげられる。

なお、この発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。

１ 医用画像位置合わせ装置
２ 記憶装置
３ 表示装置
４ 入力装置
１１ 画像取得部
１２ 画像生成部
１３ 椎骨中心線検出部
１４ 第１特徴量算出部
１５ 第２特徴量算出部
１６ 第３特徴量算出部
１７ 椎骨位置合わせ部
１８ 表示制御部
４０…椎体群
４２、４２ａ−４２ｏ…椎骨 ４４、４４ａ−４４ｏ…椎間板
５０、５４…可視画像 ５２、５６…模様

Claims (10)

1. 椎骨を有する被写体を表す３次元画像と、前記３次元画像と比較するための、前記被写体を表す比較３次元画像とを位置合わせする位置合わせ装置であって、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像を取得する３次元画像取得部と、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記被写体の各椎骨の中心軸に沿って、該中心軸に直交する複数の断層画像を生成する画像生成部と、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、該中心軸上の点毎に算出する第１特徴量算出部と、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、該中心軸上の点毎に算出する第２特徴量算出部と、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された前記第１特徴量および前記第２特徴量に基づいて前記中心軸上の点毎に算出する第３特徴量算出部と、
   前記３次元画像から算出された前記第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された前記第３特徴量の前記中心軸に沿った位置を位置合わせする椎骨位置合わせ部とを備えたことを特徴とする医用画像位置合わせ装置。
2. 前記第１特徴量は、前記中心軸上の点を中心とする円環状の模様を表すものであることを特徴とする請求項１項記載の医用画像位置合わせ装置。
3. 前記第２特徴量は、前記中心軸に沿って表れる円盤状の模様を表すものであることを特徴とする請求項１または２項記載の医用画像位置合わせ装置。
4. 前記椎骨位置合わせ部が、ＳＳＤ法を用いて前記３次元画像から算出された第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された第３特徴量とを位置合わせするものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の医用画像位置合わせ装置。
5. 前記椎骨位置合わせ部が、動的計画法を用いて前記中心軸上の各点毎に前記３次元画像から算出された第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された第３特徴量とを位置合わせするものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の医用画像位置合わせ装置。
6. 前記画像生成部が生成した断層画像を表示装置に表示させる画像表示制御部をさらに備え、
   前記画像生成部が、前記３次元画像および前記比較３次元画像から、それぞれ互いに対応する位置における断層画像を生成するものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載の医用画像位置合わせ装置。
7. 前記各対応する位置における断層画像が、それぞれ前記３次元画像および前記比較３次元画像から抽出された前記中心軸に直交するものであることを特徴とする請求項６記載の医用画像位置合わせ装置。
8. 前記画像生成部が、前記対応する位置における断層画像を、前記中心軸に沿って複数生成するものであることを特徴とする請求項６または７記載の医用画像位置合わせ装置。
9. 椎骨を有する被写体を表す３次元画像と、前記３次元画像と比較するための、前記被写体を表す比較３次元画像とを位置合わせする位置合わせ方法であって、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像を取得し、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記被写体の各椎骨の中心軸に沿って、該中心軸に直交する複数の断層画像を生成し、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、該中心軸上の点毎に算出し、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、該中心軸上の点毎に算出し、
   前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された前記第１特徴量および前記第２特徴量に基づいて前記中心軸上の点毎に算出し、
   前記３次元画像から算出された前記第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された前記第３特徴量の前記中心軸に沿った位置を位置合わせすることを特徴とする医用画像位置合わせ方法。
10. 椎骨を有する被写体を表す３次元画像と、前記３次元画像と比較するための、前記被写体を表す比較３次元画像とを位置合わせする位置合わせプログラムであって、
    コンピュータを、
    前記３次元画像および前記比較３次元画像を取得する３次元画像取得手段と、
    前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記被写体の各椎骨の中心軸に沿って、該中心軸に直交する複数の断層画像を生成する画像生成手段と、
    前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸に直交する方向のプロファイルを表す第１特徴量を、該中心軸上の点毎に算出する第１特徴量算出手段と、
    前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記断層画像に基づいて前記中心軸方向のプロファイルを表す第２特徴量を、該中心軸上の点毎に算出する第２特徴量算出手段と、
    前記３次元画像および前記比較３次元画像のそれぞれについて、前記各椎骨の配列の規則性を表す第３特徴量を、算出された前記第１特徴量および前記第２特徴量に基づいて前記中心軸上の点毎に算出する第３特徴量算出手段と、
    前記３次元画像から算出された前記第３特徴量と前記比較３次元画像から算出された前記第３特徴量の前記中心軸に沿った位置を位置合わせする椎骨位置合わせ手段として機能させることを特徴とする医用画像位置合わせプログラム。