JP5624328B2 - 医用画像診断装置および画像処理装置 - Google Patents

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Description

この発明は、医用画像診断装置および画像処理装置に関する。
近年、脳外科領域や整形外科領域において、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）装置およびＸ線診断装置などの医用画像診断装置により手術中の患者を撮影した医用画像を取得することで、手術中における医師の画像診断を支援する術中画像支援が注目されている。医師は、術中画像支援により取得した手術中の医用画像と手術前に取得した患者の医用画像とを比較読影することで、治療の効果を判定したり、重篤な状態にある臓器、血管などの位置情報や腫瘍細胞の遺残などを確認したうえで治療方針を手術中で修正したりすることが可能となる。
ここで、実際の手術において患者は、手術を行なう医師が患部にアクセスしやすいように、仰臥位、横臥位、腹臥位など、様々な体位を取ることとなる。また、特に、脳外科手術においては、通常、手術中の患部からの出血を抑えるため心臓よりも頭部を高くなるように、患者が載置される手術台の背もたれを傾けたうえで手術が行なわれている。
しかし、医用画像診断装置による手術中の患者に対する撮影は、通常、手術台から標準寝台に患者を移載することで、手術中の患者を水平な体位にしたうえで行なわれていた。このため、術中画像支援を行なうためには、手術中の撮影のために患者を標準寝台へ移載し、さらに、撮影後に患者を手術中の体位となるように手術台へ移載することとなり、手術を行なう医師および患者双方にとって負担が大きい。また、標準寝台へ移載することで、手術中の患部の状態および形状は、例えば、ブレインシフトなどにより、変化してしまうこととなる。
そこで、手術台、患者の体位および周辺機器など手術中のセットアップを保ったままで医用画像の撮影が可能となる医用画像撮影システムが開発されている（例えば、特許文献１参照）。かかる医用画像撮影システムでは、例えば、投影データを収集するガントリの開口径を大きくすることで、手術中のセットアップを保ったままでＸ線ＣＴ画像の撮影が可能となる。また、かかる医用画像撮影システムでは、例えば、術前の撮影を行なうためのＣアームの他に、術中の撮影を行なうためのΩアームを取り付けることにより、手術中のセットアップを保ったままでアンギオ用のＸ線画像の撮影が可能となる。
特開２００９−２８１６０号公報
ところで、上記した従来の技術は、手術中の体位を維持したまま医用画像の撮影が行なわれるので、モニタにて表示される手術中の医用画像の断面方向が、比較読影の対象となる手術前の医用画像の断面方向と必ずしも一致しない。すなわち、手術前の撮影では、通常、寝台にて水平な体位で載置された患者に対して手術前の撮影が行なわれるため、上記した従来の技術により手術中の体位を維持したまま医用画像の撮影が行なわれると、手術前と手術中とで撮影された医用画像の断面方向は、必ずしも一致せず、表示される画像に描出される患部の形状も異なってしまう。
したがって、上記した従来の技術は、手術中に撮影された医用画像を参照して画像診断を行なう医師の負担を必ずしも軽減することができない場合があるといった課題があった。
そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、手術中に撮影された医用画像を参照して画像診断を行なう医師の負担を軽減することが可能となる医用画像診断装置および画像処理装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、手術中の被検体を撮影して３次元医用画像を生成する３次元医用画像生成手段と、前記被検体の前記手術中における体位の情報である体位情報を所定の入力部を介して取得する体位情報取得手段と、前記被検体を固定して載置する手術台および前記被検体の患部を固定する固定具の位置情報を検知するセンサと、前記体位情報取得手段が取得した前記体位情報と、前記センサが検知した前記手術台および前記固定具の位置情報とを、前記３次元医用画像生成手段によって生成された前記３次元医用画像が撮影された時点における前記被検体の手術中位置情報として取得する手術中位置情報取得手段と、前記手術中位置情報取得手段によって取得された前記手術中位置情報に基づいて、手術前に撮影された前記被検体の２次元医用画像と同一または同一に近い断面を前記３次元医用画像から生成するための画像生成パラメータを算出する画像生成パラメータ算出手段と、前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを用いて、前記３次元医用画像から断面画像を生成する断面画像生成手段と、前記断面画像生成手段によって生成された前記断面画像を所定の表示部にて表示するように制御する表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。また、本発明は、手術中の被検体を撮影して３次元医用画像を生成する３次元医用画像生成手段と、前記被検体を手術台に固定する固定具として、脳外科手術で用いられる頭部固定具が有するスカルピンの頭蓋固定位置を術式ごとに記憶する頭蓋固定位置記憶手段と、操作者から指定された術式に対応するスカルピンの頭蓋固定位置を前記頭蓋固定位置記憶手段から取得し、当該取得したスカルピンの頭蓋固定位置を、前記３次元医用画像生成手段によって生成された前記３次元医用画像が撮影された時点における前記被検体の手術中位置情報として取得する手術中位置情報取得手段と、前記手術中位置情報取得手段によって取得された前記手術中位置情報に基づいて、手術前に撮影された前記被検体の２次元医用画像と同一または同一に近い断面を前記３次元医用画像から生成するための画像生成パラメータを算出する画像生成パラメータ算出手段と、前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを用いて、前記３次元医用画像から断面画像を生成する断面画像生成手段と、前記断面画像生成手段によって生成された前記断面画像を所定の表示部にて表示するように制御する表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明は、被検体の手術中における体位の情報である体位情報を所定の入力部を介して取得する体位情報取得手段と、前記被検体を固定して載置する手術台および前記被検体の患部を固定する固定具の位置情報を検知するセンサと、前記体位情報取得手段が取得した前記体位情報と、前記センサが検知した前記手術台および前記固定具の位置情報とを、前記手術中の前記被検体の３次元医用画像が撮影された時点における前記被検体の位置情報として取得する位置情報取得手段と、前記位置情報取得手段によって取得された前記位置情報に基づいて、手術前に撮影された前記被検体の２次元医用画像と同一または同一に近い断面を前記３次元医用画像から生成するための画像生成パラメータを算出する画像生成パラメータ算出手段と、前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを用いて、前記３次元医用画像から断面画像を生成する断面画像生成手段と、前記断面画像生成手段によって生成された前記断面画像を所定の表示部にて表示するように制御する表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。また、本発明は、被検体を手術台に固定する固定具として、脳外科手術で用いられる頭部固定具が有するスカルピンの頭蓋固定位置を術式ごとに記憶する頭蓋固定位置記憶手段と、操作者から指定された術式に対応するスカルピンの頭蓋固定位置を前記頭蓋固定位置記憶手段から取得し、当該取得したスカルピンの頭蓋固定位置を、手術中の前記被検体の３次元医用画像が撮影された時点における前記被検体の手術中位置情報として取得する手術中位置情報取得手段と、前記手術中位置情報取得手段によって取得された前記手術中位置情報に基づいて、手術前に撮影された前記被検体の２次元医用画像と同一または同一に近い断面を前記３次元医用画像から生成するための画像生成パラメータを算出する画像生成パラメータ算出手段と、前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを用いて、前記３次元医用画像から断面画像を生成する断面画像生成手段と、前記断面画像生成手段によって生成された前記断面画像を所定の表示部にて表示するように制御する表示制御手段と、を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、手術中に撮影された医用画像を参照して画像診断を行なう医師の負担を軽減することが可能となる。
図１は、実施例１におけるＸ線ＣＴ装置の構成を説明するための図である。 図２は、実施例１におけるＸ線ＣＴ装置の架台装置を説明するための図である。 図３は、実施例１における画像生成部の構成を説明するための図である。 図４は、画像処理部による処理を説明するための図（１）である。 図５は、画像処理部による処理を説明するための図（２）である。 図６は、スカルピンに取り付けられるセンサについて説明するための図である。 図７は、実施例１におけるＸ線ＣＴ装置の処理を説明するためのフローチャートである。 図８は、実施例２における画像生成部を説明するための図である。 図９は、位置記憶部を説明するための図である。 図１０は、実施例３における画像生成部を説明するための図である。 図１１は、ランドマーク抽出部を説明するための図である。 図１２は、実施例３におけるＸ線ＣＴ装置の処理を説明するためのフローチャートである。 図１３は、実施例４における画像生成部を説明するための図である。
以下に添付図面を参照して、この発明に係る医用画像診断装置および画像処理装置の実施例を詳細に説明する。なお、以下では、医用画像診断装置であるＸ線ＣＴ装置に、本発明を適用した場合を実施例として説明する。
まず、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、実施例１におけるＸ線ＣＴ装置の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置は、架台装置１０と、手術台２０と、ヘッドフレーム２１と、エンコーダ２２と、コンソール装置３０とを有し、さらに、画像データベース４０と接続される。
ここで、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置は、手術中のセットアップを保ったままで手術中の患者Ｐを撮影してＸ線ＣＴ画像（術中ＣＴ画像）を生成し、生成した術中ＣＴ画像を表示する手術用のＸ線ＣＴ装置である。また、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置は、術中ＣＴ画像とともに、通常のＸ線ＣＴ装置により手術前の患者を撮影することで生成されたＸ線ＣＴ画像（術前ＣＴ画像）と術中ＣＴ画像とを表示する。なお、以下では、患者Ｐの頭部に対する脳神経外科手術中に、術中ＣＴ画像が撮影される場合について説明する。
画像データベース４０は、各種の医用画像のデータを管理するシステムであるＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）のデータベースや、医用画像が添付された電子カルテを管理する電子カルテシステムなどのデータベースである。具体的には、画像データベース４０は、通常のＸ線ＣＴ装置により撮影された患者Ｐの術前ＣＴ画像を記憶している。なお、術前ＣＴ画像は、２次元の断面画像である。
架台装置１０は、患者Ｐが挿入される撮影口となる空洞を有し、患者ＰにＸ線を照射して投影データを収集する装置であり、高電圧発生部１１と、Ｘ線管１２と、Ｘ線検出器１３と、データ収集部１４と、回転フレーム１５と、架台駆動部１６とを有する。
高電圧発生部１１は、Ｘ線管１２に高電圧を供給する装置であり、Ｘ線管１２は、高電圧発生部１１から供給される高電圧によりＸ線を発生する真空管である。Ｘ線検出器１３は、患者Ｐを透過したＸ線のＸ線強度分布データを検出する検出器である。
データ収集部１４は、Ｘ線検出器１３により検出されたＸ線強度分布データを用いて投影データを生成し、Ｘ線の照射方向ごとの投影データを収集するＤＡＳ（data acquisition system）であり、投影データを後述するコンソール装置３０に送信する。
回転フレーム１５は、高速でかつ連続的に回転する円環状のフレームであり、Ｘ線管１２とＸ線検出器１３とを患者Ｐを挟んで対向するように支持している。
架台駆動部１６は、回転フレーム１５を回転駆動させることによって、患者Ｐを中心とした円軌道上でＸ線管１２およびＸ線検出器１３を旋回させる駆動装置である。また、架台駆動部１６は、架台装置１０を後述する移動用レールに沿って移動させながら、回転フレーム１５を回転駆動させることによって、患者Ｐをらせん状にスキャンするヘリカルスキャンを行なう。これにより、データ収集部１４は、患者Ｐの患部における３次元投影データを収集する。
なお、本実施例では、ヘリカルスキャンにより患者Ｐの患部における３次元投影データを収集する場合について説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ｘ線強度分布データを広範囲に検出することができる２次元アレイ型検出器（面検出器）をＸ線検出器１３として用いることにより、コンベンショナルスキャンにより患者Ｐの患部における３次元投影データを収集する場合であってもよい。具体的には、面検出器としてのＸ線検出器１３は、チャンネル方向（図１に示すＹ軸方向）に配列されたＸ線検出素子である検出素子列が被検体Ｐの体軸方向（図１に示すＺ軸方向）に沿って、例えば、３２０列に配列された検出素子列を有する。
手術台２０は、図１に示すように、脳外科手術などで用いられる三つ折寝台であり、手術を行なう医師が患部にアクセスしやすいように、仰臥位、横臥位、腹臥位など、様々な体位を取った患者Ｐが固定されて載置される。また、手術台２０の背もたれの部分は、図１に示すように、手術を行なう医師が患部にアクセスしやすいように、また、患者Ｐの頭部が心臓より高くなるように、傾斜される。
ヘッドフレーム２１は、手術台２０に取り付けられる頭部固定用の治具であり、患者Ｐの頭部を固定するスカルピンを有する。すなわち、手術台２０に載置された患者Ｐの頭部は、開頭されたうえで、頭蓋骨がスカルピンにより固定される。
エンコーダ２２は、手術台２０の背もたれの部分や、ヘッドフレーム２１に取り付けられたセンサから、手術台２０の背もたれの角度、ヘッドフレーム２１の位置などを検知する。例えば、ヘッドフレーム２１においてセンサが取り付けられる位置は、図１に示すように、ヘッドフレーム２１が手術台２０と接続されるためのアームなどが挙げられる。なお、エンコーダ２２については、のちに詳述する。
ここで、図２を用いて、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置の架台装置１０について、改めて説明する。図２は、実施例１におけるＸ線ＣＴ装置の架台装置を説明するための図である。
図２に示すように、架台装置１０は、架台装置移動台に固定されており、架台装置移動台は、移動用レールにより、移動する。すなわち、架台駆動部１６は、架台装置移動台を移動用レールに沿って移動させることで、架台装置１０を手術台２０に載置された患者Ｐの患部（頭部）を撮影可能な位置まで移動させたり、ヘリカルスキャン実行中に、架台装置１０を患者Ｐの体軸方向に沿って移動させたりする。
ここで、手術中において、手術台２０やヘッドフレーム２１には、脳ベラなどの様々な治具が固定されるため、患者Ｐの頭部周辺は、ヘッドフレーム２１も合わせて５０ｃｍを超えるボリュームとなる。そこで、架台装置１０の撮影口の開口径は、通常の架台装置の撮影口の開口径が約７０ｃｍであるのに対して、８０ｃｍ以上となっている。
すなわち、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置は、架台装置１０を大口径とすることで、ヘッドフレーム２１で固定された脳外手術中の患者Ｐを、手術中の体位そのままで撮像することが出来るようになっている。
図１に戻って、コンソール装置３０は、操作者によるＸ線ＣＴ装置の操作を受け付けたり、架台装置１０によって収集された投影データからＸ線ＣＴ画像（術中ＣＴ画像）を生成したりする装置であり、入力装置３１と、表示装置３２と、スキャン制御部３３と、前処理部３４と、投影データ記憶部３５と、画像生成部３６と、画像記憶部３７と、システム制御部３８とを有する。
入力装置３１は、マウスやキーボードやマイクなどを有し、操作者がＸ線ＣＴ装置を操作するための各種設定情報を入力するために用いられる。
表示装置３２は、モニタなどを有し、入力装置３１を介して操作者から各種設定情報を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）や後述する画像記憶部３７が記憶する画像などを表示する。
スキャン制御部３３は、後述するシステム制御部３８による制御のもと高電圧発生部１１、データ収集部１４、架台駆動部１６の動作を制御することによって、患者Ｐの患部へのＸ線照射や投影データ（本実施例では、３次元投影データ）の収集処理などを制御する装置である。
前処理部３４は、データ収集部１４が収集した投影データに対して感度補正などの前処理を行う処理部であり、投影データ記憶部３５は、前処理部３４により前処理された投影データを記憶する記憶部である。
画像生成部３６は、後述するシステム制御部３８の制御により、投影データ記憶部３５が記憶する前処理済み投影データからＸ線ＣＴ画像を生成したり、生成したＸ線ＣＴ画像を画像処理したりする処理部である。
具体的には、画像生成部３６は、前処理済みの３次元投影データを逆投影処理することで、３次元Ｘ線ＣＴ画像（以下、ボリュームデータと記載する）を生成する。また、画像生成部３６は、ボリュームデータを画像処理することで、ＭＰＲ（Multi Plane Reformat）画像を生成する。なお、画像生成部３６については、のちに詳述する。
画像記憶部３７は、画像生成部３６により生成された各種画像を記憶する記憶部である。
システム制御部３８は、架台装置１０、寝台装置２０、コンソール装置３０の動作を制御することによって、Ｘ線ＣＴ装置の全体制御を行う。具体的には、システム制御部３８は、入力装置３１を介して操作者から受け付けた各種設定情報に基づいて、スキャン制御部３３を制御することで、架台装置１０から投影データを収集する。また、システム制御部３８は、前処理部３４、画像生成部３６を制御することで、コンソール装置３０における画像処理を制御する。また、システム制御部３８は、画像記憶部３７が記憶する各種画像を、表示装置３２のモニタに表示するように制御する。さらに、システム制御部３８は、画像データベースが記憶する患者Ｐの術前ＣＴ画像も、表示装置３２のモニタに表示するように制御する。また、システム制御部３８は、エンコーダ２０が検知した角度・位置の情報を画像生成部３６に転送する。
ここで、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置は、以下、詳細に説明するエンコーダ２０や画像生成部３６などの処理により、手術中に撮影されたＸ線ＣＴ画像（術中ＣＴ画像）を参照して画像診断を行なう医師の負担を軽減することが可能となることに主たる特徴がある。
以下、この主たる特徴について図３〜図６を用いて説明する。なお、図３は、実施例１における画像生成部の構成を説明するための図であり、図４および５は、画像処理部による処理を説明するための図であり、図６は、スカルピンに取り付けられるセンサについて説明するための図である。
図３に示すように、実施例１における画像生成部３６は、ボリュームデータ生成部３６１と画像処理部３６２とを有する。
ボリュームデータ生成部３６１は、前処理済みの３次元投影データを逆投影処理することで、ボリュームデータを生成し、生成したボリュームデータを画像記憶部３７に格納する。
画像処理部３６２は、ボリュームデータ生成部３６１が生成したボリュームデータから、ＭＰＲ画像を術中ＣＴ画像として生成する処理部であり、体位取得部３６２ａと、位置・角度取得部３６２ｂと、画像生成パラメータ算出部３６２ｃと、ＭＰＲ生成部３６２ｄとを有する。
ここで、術前ＣＴ画像は、通常のＸ線ＣＴ装置により水平な寝台に載置された患者Ｐの頭部を撮影されているので、図４の（Ａ）に示すように、水平な体位に固定された患者Ｐの頭部が、体軸方向に沿って一定間隔でスライスされたアキシャル（Axial）断面となっている。
しかし、脳神経外科手術中の撮影では、図４の（Ｂ）に示すように、患者Ｐの頭部が、例えば、傾斜角度「θ（シータ）」で傾斜された状態となっており、術中撮影時スライス面は、術前ＣＴ画像のスライス面と異なる。すなわち、脳外科手術中に患者Ｐを撮影することで生成されたボリュームデータから、術中撮影時スライス面によりＭＰＲ画像を生成すると、生成されたＭＰＲ画像は、術前ＣＴ画像と異なるスライス面となってしまう。
このため、画像処理部３６２は、図４の（Ｂ）に示すように、傾斜角度「θ（シータ）」などの情報を用いて、表示用スライス面を調整することで、術前ＣＴ画像とほぼ同一の断面のＭＰＲ画像を、ボリュームデータ生成部３６１が生成したボリュームデータから生成する。
かかる処理を行なうために、まず、画像処理部３６２は、図２に示す体位取得部３６２ａおよび位置・角度取得部３６２ｂにより、ボリュームデータが撮影された時点における患者Ｐの手術中位置情報を取得する。
具体的には、体位取得部３６２ａは、患者Ｐの手術中における体位の情報を、Ｘ線ＣＴ装置の操作者から入力装置３１を介して取得する。例えば、医師は、入力装置３１を用いて、患者Ｐの体位が「仰臥位」であるとする情報を入力する。これにより、体位取得部３６２ａは、システム制御部３８を介して「患者Ｐ：仰臥位」を取得する。なお、医師は、患者Ｐの体位をより詳細に示す情報として、手術中の患者Ｐの頭部が、例えば、右３０度に傾いていることを表す「右３０度」も、入力装置３１を用いて入力してもよい。これにより、体位取得部３６２ａは、図５に示すように、システム制御部３８を介して「患者Ｐ：仰臥位、右３０度」を取得する。
また、位置・角度取得部３６２ｂは、図１を用いて説明した手術台２０およびヘッドフレーム２１に取り付けられたセンサと接続されるエンコーダ２０から、手術台２０およびヘッドフレーム２１の手術中における位置および角度を取得する。例えば、位置・角度取得部３６２ｂは、図５に示すように、手術台２０の背もたれの部分に取り付けられた角度センサからエンコーダ２２が検知した背もたれの傾斜角度（θ）を取得し、さらに、ヘッドフレーム２１に取り付けられた位置センサからエンコーダ２２が検知したヘッドフレーム２１の空間位置における座標を取得する。
図３に戻って、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、体位取得部３６２ａが取得した患者Ｐの手術中の体位情報と、位置・角度取得部３６２ｂが取得した手術台２０およびヘッドフレーム２１の手術中における位置および角度とを手術中位置情報として受信する。
そして、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、受信した手術中位置情報に基づいて、術前ＣＴ画像と同一または同一に近いＭＰＲ画像をボリュームデータから生成するための画像生成パラメータを算出する。
具体的には、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、図５に示すように、画像生成パラメータとして、ＭＰＲ画像を生成する際に用いられる画像生成座標面の向きおよび間隔を設定する。例えば、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、患者Ｐの手術中の体位と、手術台２０の背もたれの傾斜角度（θ）と、ヘッドフレーム２１の空間位置における座標とから、ＭＰＲ画像を生成するための画像生成座標面の向き（傾き）を設定する。また、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、画像データベース４０に患者Ｐの術前ＣＴ画像の付帯情報として格納されていた「術前ＣＴ画像のスライス間隔の情報」から、ＭＰＲ画像を生成するための画像生成座標面の間隔を設定する。
また、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、図５に示すように、画像生成パラメータとして、ＭＰＲ画像にて描出される患者Ｐの患部の方向を、術前ＣＴ画像と一致させるための回転角度を設定する。例えば、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、図５に示すように、「患者Ｐ：仰臥位、右３０度」の体位情報から、「右３０度」を用いて回転角度「左３０度」を設定する。
なお、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、例えば、術前ＣＴ画像が撮影された際に患者Ｐが架台装置に挿入された方向と、ボリュームデータが撮影された際に患者Ｐが架台装置１０に挿入された方向とが逆であることが、術前ＣＴ画像の付帯情報、あるいは操作者から入力装置３１を介して取得した場合、回転角度「左右逆転」とする。
図３に戻って、ＭＰＲ生成部３６２ｄは、画像生成パラメータ算出部３６２ｃによって算出された画像生成パラメータを用いて、ボリュームデータからＭＰＲ画像を生成し、生成したＭＰＲ画像を患者Ｐの術中ＣＴ画像として画像記憶部３７に格納する。
すなわち、ＭＰＲ生成部３６２ｄは、「画像生成座標面の向き」および「画像生成座標面の間隔」を用いて、ボリュームデータを、術前ＣＴ画像のスライス面とほぼ同一のスライス面にて、術前ＣＴ画像のスライス間隔と同一間隔でスライスした複数のＭＰＲ画像を生成する。そして、ＭＰＲ生成部３６２ｄは、「回転角度」を用いて、複数のＭＰＲ画像の方向を修正する。
システム制御部３８は、患者Ｐの術中ＣＴ画像を画像記憶部３７から読み出して、表示装置３２のモニタにて表示するように制御する。具体的には、システム制御部３８は、画像データベース４０から読み出した患者Ｐの術前ＣＴ画像と、画像記憶部３７に患者Ｐの術中ＣＴ画像として格納されたＭＰＲ画像とを、対応するスライス面にて並列表示したり、重畳表示したりするように制御する。
なお、エンコーダ２２と接続されるセンサが取り付けられる位置は、上述したように、手術台２０の背もたれ部分や、ヘッドフレーム２１が手術台２０と接続されるためのアームに限定されるものではない。例えば、エンコーダ２２と接続されるセンサが取り付けられる位置は、ヘッドフレーム２１のスカルピンの位置や角度を検出可能な位置である場合であってもよい。
ここで、ヘッドフレーム２１は、スカルピンの本数により、３点固定式のヘッドフレーム（図６の（Ａ）参照）と、４点固定式のヘッドフレーム（図６の（Ｂ）参照）とが知られている。例えば、３点固定式のヘッドフレームでは、図６の（Ａ）に示すように、３本のスカルピンにより患者Ｐの頭蓋骨がおよその位置に固定されたのち、回転ねじにより２本のスカルピンが回転されて微調整されることで、患者Ｐの頭蓋骨が術式に応じて固定される。また、４点固定式のヘッドフレームでは、図６の（Ｂ）に示すように、スカルピンの挿入箇所が複数あり、例えば、２本のスカルピンにより患者Ｐの頭蓋骨がおよその位置に固定されたのち、さらに患者Ｐの頭部位置を微調整したのち他の２本のスカルピンで固定されることで、患者Ｐの頭蓋骨が術式に応じて固定される。
したがって、３点固定式のヘッドフレーム２１が用いられる場合、図６の（Ａ）に示すように、２本のスカルピンを回転するための回転ねじに角度センサを取り付け、残りの１本のスカルピンが固定される箇所に位置センサに取り付けることにより、エンコーダ２２は、患者Ｐの頭部が固定されている位置の情報を検知することができる。
また、４点固定式のヘッドフレーム２１が用いられる場合、図６の（Ｂ）に示すように、各スカルピンに位置センサに取り付けることにより、エンコーダ２２は、患者Ｐの頭部が固定されている位置の情報を検知することができる。
すなわち、図６に示すようにヘッドフレーム２１におけるスカルピンの位置や角度を検出可能なセンサを取り付けることで、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、手術台２０に取り付けた角度センサと、操作者から入力された体位（例えば、仰臥位）の情報とにより、より精度の高い画像生成パラメータを算出することができる。
続いて、図７を用いて、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置の処理の流れについて説明する。図７は、実施例１におけるＸ線ＣＴ装置の処理を説明するためのフローチャートである。
図７に示すように、実施例１におけるＸ線ＣＴ装置は、操作者から術中ＣＴ画像の撮影開始要求を受け付けると（ステップＳ１０１肯定）、ボリュームデータ生成部３６１は、架台装置１０が収集し、前処理部３４が前処理した３次元投影データから、ボリュームデータを生成する（ステップＳ１０２）。
そして、体位取得部３６２ａおよび位置・角度取得部３６２ｂは、ボリュームデータが撮影された時点における患者Ｐの手術中位置情報を取得する（ステップＳ１０３）。具体的には、体位取得部３６２ａは、患者Ｐの手術中における体位の情報を操作者から入力装置３１を介して取得し、位置・角度取得部３６２ｂは、手術台２０およびヘッドフレーム２１に取り付けられたセンサと接続されるエンコーダ２０から、手術台２０およびヘッドフレーム２１の手術中における位置および角度を取得する。
そののち、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、手術中位置情報に基づいて、患者Ｐの術前ＣＴ画像と同一または同一に近いＭＰＲ画像をボリュームデータから生成するための画像生成パラメータを算出する（ステップＳ１０４）。
続いて、ＭＰＲ生成部３６２ｄは、画像生成パラメータ算出部３６２ｃによって算出された画像生成パラメータを用いて、ボリュームデータからＭＰＲ画像を生成する（ステップＳ１０５）。
そして、システム制御部３８は、生成されたＭＰＲ画像を、術中ＣＴ画像として表示装置３２のモニタにて表示するように制御し（ステップＳ１０６）、処理を終了する。具体的には、システム制御部３８は、画像データベース４０から読み出した患者Ｐの術前ＣＴ画像と、患者Ｐの術中ＣＴ画像として生成されたＭＰＲ画像とを、対応するスライス面にて並列表示したり、重畳表示したりするように制御する。
上述してきたように、実施例１においては、ボリュームデータ生成部３６１は、手術中の患者Ｐの患部における３次元投影データから、ボリュームデータを生成する。体位取得部３６２ａは、患者Ｐの手術中における体位の情報を操作者から入力装置３１を介して取得し、位置・角度取得部３６２ｂは、手術台２０およびヘッドフレーム２１に取り付けられたセンサと接続されるエンコーダ２０から、手術台２０およびヘッドフレーム２１の手術中における位置および角度を取得する。画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、体位取得部３６２ａおよび位置・角度取得部３６２ｂが取得した情報を、患者Ｐの手術中位置情報とし、手術中位置情報に基づいて、患者Ｐの術前ＣＴ画像と同一または同一に近いＭＰＲ画像をボリュームデータから生成するための画像生成パラメータを算出する。
そして、ＭＰＲ生成部３６２ｄは、画像生成パラメータ算出部３６２ｃによって算出された画像生成パラメータを用いて、ボリュームデータからＭＰＲ画像を生成し、システム制御部３８は、画像生成されたＭＰＲ画像を、術中ＣＴ画像として表示装置３２のモニタにて表示するように制御する。
したがって、実施例１によれば、術前ＣＴ画像とほぼ同一スライス方向の術中ＣＴ画像を表示することができ、上記した主たる特徴の通り、手術中に撮影されたＸ線ＣＴ画像（術中ＣＴ画像）を参照して画像診断を行なう医師の負担を軽減することが可能となる。
また、実施例１においては、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、画像生成パラメータとして、ＭＰＲ画像にて描出される患者Ｐの患部の方向を、術前ＣＴ画像と一致させるための回転角度を設定するので、表示される術中ＣＴ画像の方向を術前ＣＴ画像の方向と一致させることができ、画像診断を行なう医師の負担をより軽減することが可能となることに主たる特徴がある。
実施例２では、上記した実施例１とは異なる方法で、手術中位置情報を取得する場合について、図８および図９を用いて説明する。なお、図８は、実施例２における画像生成部を説明するための図であり、図９は、位置記憶部を説明するための図である。
図８に示すように、実施例２における画像生成部３６は、図３を用いて説明した実施例１における画像生成部３６と比較して、体位取得部３６２ａおよび位置・角度取得部３６２ｂの代わりに位置記憶部３６２ｅを有する点が異なる。以下、これを中心に説明する。
ここで、脳神経外科手術で頭部を固定するために用いられるスカルピンの標準的な頭蓋固定位置は、利用施設において、術式ごとに標準的な位置が予め定められている。すなわち、スカルピンの標準的な頭蓋固定位置は、手術中位置情報として用いることができる。
そこで、位置記憶部３６２ｅは、ヘッドフレーム２１が有するスカルピンの頭蓋固定位置を術式ごとに記憶する。例えば、位置記憶部３６２ｅは、図９に示すように、「術式：１」と「スカルピン位置：Ｐ１」とを対応付けて記憶する。
そして、術中ＣＴ画像（ＭＰＲ画像）を生成する際に、操作者から入力装置３１を介して現在行なわれている術式が指定されると、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、指定された術式に対応するスカルピン位置を手術中位置情報として位置記憶部３６２ｅから取得して、画像生成パラメータの「画像生成座標面の向き」や「回転角度」を算出する。なお、画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、画像生成座標面の間隔に関しては、実施例１と同様に算出する。
なお、実施例２におけるＸ線ＣＴ装置による処理の流れは、図７を用いて説明した実施例１のＸ線ＣＴ装置による処理において、ステップＳ１０３における手術中位置情報の取得処理が、位置記憶部３６２ｅを用いた処理である以外は、同様であるので説明を省略する。
上述してきたように、実施例２では、術式ごとのスカルピン位置を記憶し、操作者から入力された術式に対応するスカルピン位置を手術中位置情報として取得して画像生成パラメータを算出するので、センサやエンコーダ２０の設置が不用とすることができ、術前ＣＴ画像とほぼ同一スライス方向の術中ＣＴ画像を簡易に生成することが可能となる。
なお、本実施例では、術式に対応付けられたスカルピン位置のみを手術中位置情報として画像生成パラメータを算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、位置記憶部３６２ｅから取得したスカルピン位置と、図６を用いて説明したセンサを介してエンコーダ２２が取得したスカルピン位置や角度とを手術中位置情報として画像生成パラメータを算出する場合であってもよい。
実施例３では、画像生成パラメータ算出部３６２ｃが算出した画像生成パラメータを修正する場合について、図１０および図１１を用いて説明する。なお、図１０は、実施例３における画像生成部を説明するための図であり、図１１は、ランドマーク抽出部を説明するための図である。
図１０に示すように、実施例２における画像生成部３６は、図３を用いて説明した実施例１における画像生成部３６と比較して、ランドマーク抽出部３６２ｆおよび画像生成パラメータ修正部３６２ｇをさらに有する点が異なる。以下、これらを中心に説明する。
実施例３においては、実施例１と同様に、体位取得部３６２ａおよび位置・角度取得部３６２ｂによって手術中位置情報が取得され、画像生成パラメータ算出部３６２ｃによって手術中位置情報から画像生成パラメータが算出される。
そして、実施例３において、ランドマーク抽出部３６２ｆは、ボリュームデータ生成部３６１によって生成されたボリュームデータにて描出されている患者Ｐの生体組織に由来するランドマークを抽出する。
例えば、ランドマーク抽出部３６２ｆは、図１１に示すように、ボリュームデータから頭蓋骨が描出されている領域（頭蓋骨領域）のみを抽出し、抽出した頭蓋骨領域において、鼻骨の頂点、耳の穴における面積重心、眼窩における面積重心、頭蓋骨の縫合線の交点などをランドマークとして抽出する。
図１０に戻って、画像生成パラメータ修正部３６２ｇは、画像生成パラメータ算出部３６２ｃによって算出された画像生成パラメータを、ランドマーク抽出部３６２ｆによって抽出されたランドマークのボリュームデータにおける位置情報に基づいて修正する。
そして、ＭＰＲ生成部３６２ｄは、画像生成パラメータ修正部３６２ｇによって修正された画像生成パラメータを用いて、ボリュームデータからＭＰＲ画像を生成する。
なお、ランドマーク抽出部３６２ｆによって抽出されるランドマークの個数が３個以上であるならば、画像生成パラメータ修正部３６２ｇは、画像生成パラメータの修正処理を精度よく実行することができる。
また、ランドマーク抽出部３６２ｆによって抽出されるランドマークは、上述したように、患者Ｐの生体組織に由来するものに限定されるものではなく、生体組織以外の人工マーカがランドマークとして抽出される場合であってもよい。例えば、人工マーカとしては、患者Ｐの頭蓋骨に塗られたＸ線不透過性のマーカや、上述したスカルピンなどが挙げられる。
また、ランドマークを用いた画像生成パラメータの修正処理は、実施例２で説明したスカルピン位置を手術中位置情報として用いる場合でも適用可能である。
続いて、図１２を用いて、本実施例におけるＸ線ＣＴ装置の処理の流れについて説明する。図１２は、実施例３におけるＸ線ＣＴ装置の処理を説明するためのフローチャートである。
なお、図１２に示すステップＳ２０１〜ステップＳ２０４の処理は、実施例１において図７を用いて説明したステップＳ１０１〜ステップＳ１０４の処理と同様であるので、説明を省略する。
ステップＳ２０４の処理ののち、ランドマーク抽出部３６２ｆは、ボリュームデータにて描出されている患者Ｐの生体組織または人工マーカに由来するランドマークを抽出する（ステップＳ２０５）。
そして、画像生成パラメータ修正部３６２ｇは、ランドマーク抽出部３６２ｆによって抽出されたランドマークのボリュームデータにおける位置情報に基づいて、ステップＳ２０４にて算出された画像生成パラメータを修正する（ステップＳ２０６）。
続いて、ＭＰＲ生成部３６２ｄは、画像生成パラメータ修正部３６２ｇによって修正された画像生成パラメータを用いて、ボリュームデータからＭＰＲ画像を生成する（ステップＳ２０７）。
そして、システム制御部３８は、生成されたＭＰＲ画像を、術中ＣＴ画像として表示装置３２のモニタにて表示するように制御し（ステップＳ２０８）、処理を終了する。
上述してきたように、実施例３では、ランドマークの位置情報を用いて画像生成パラメータを修正するので、術前ＣＴ画像とスライス方向が、実施例１および２の場合と比較して、より同一方向に近い術中ＣＴ画像を表示することができ、画像診断を行なう医師の負担をより軽減することが可能となる。
実施例４では、ランドマーク抽出部３６２ｆによって抽出されたランドマークのみを用いてＭＰＲ画像を生成する場合について、図１３を用いて説明する。なお、図１３は、実施例４における画像生成部を説明するための図である。
図１３に示すように、実施例４における画像生成部３６の画像処理部３６２は、ランドマーク抽出部３６２ｆと、画像生成パラメータ算出部３６２ｃと、ＭＰＲ生成部３６２ｄとを有する。
そして、実施例４におけるランドマーク抽出部３６２ｆは、実施例３と同様に、ボリュームデータにて描出されている患者Ｐの生体組織または人工マーカに由来するランドマークを抽出する。
さらに、ランドマーク抽出部３６２ｆは、抽出したランドマークのボリュームデータにおける位置情報を、手術中位置情報として取得する。
そして、実施例４における画像生成パラメータ算出部３６２ｃは、ランドマーク抽出部３６２ｆが取得した手術中位置情報（ランドマークの位置情報）に基づいて、画像生成パラメータを算出する。
なお、実施例４におけるＸ線ＣＴ装置による処理の流れは、図７を用いて説明した実施例１のＸ線ＣＴ装置による処理において、ステップＳ１０３における手術中位置情報の取得処理が、ランドマーク抽出部３６２ｆを用いた処理である以外は、同様であるので説明を省略する。
上述してきたように、実施例４では、ランドマークの位置情報を手術中位置情報として画像生成パラメータを算出するので、センサやエンコーダ２０の設置が不用とすることができ、術前ＣＴ画像とほぼ同一スライス方向の術中ＣＴ画像を簡易に生成することが可能となる。
なお、上記した実施例１〜４では、手術中のセットアップを保ったままで３次元のＸ線ＣＴ画像の撮影を行なうＸ線ＣＴ装置に本発明を適用した場合について説明した。しかし、本発明は、手術中のセットアップを保ったままで３次元のＭＲＩ画像の撮影を行なうＭＲＩ装置や、手術中のセットアップを保ったままで３次元のＸ線画像の撮影を行なうＸ線診断装置などの医用画像診断装置に対しても、適用可能である。
また、上記した実施例１〜４では、医用画像診断装置において術中のＭＰＲ画像を生成する場合について説明した。しかし、本発明は、画像処理部３６１の機能を有する画像処理装置が画像データベース４０に格納された術中のボリュームデータから術中のＭＰＲ画像を生成する場合であってもよい。
また、本発明は、脳神経外科手術における術中画像支援だけでなく、患者Ｐの手術中位置情報を取得することができるならば、整形外科手術などにおける術中画像支援においても適用可能である。
以上のように、本発明に係る医用画像診断装置および画像処理装置は、術中画像支援を行なう場合に有用であり、特に、手術中に撮影された医用画像を参照して画像診断を行なう医師の負担を軽減することに適する。
１０ 架台装置
１１ 高電圧発生部
１２ Ｘ線管
１３ Ｘ線検出器
１４ データ収集部
１５ 回転フレーム
１６ 架台駆動部
２０ 手術台
２１ ヘッドフレーム
２２ エンコーダ
３０ コンソール装置
３１ 入力装置
３２ 表示装置
３３ スキャン制御部
３４ 前処理部
３５ 投影データ記憶部
３６ 画像生成部
３６１ ボリュームデータ生成部
３６２ 画像処理部
３６２ａ 体位取得部
３６２ｂ 位置・角度取得部
３６２ｃ 画像生成パラメータ算出部
３６２ｄ ＭＰＲ生成部
３７ 画像記憶部
３８ システム制御部
４０ 画像データベース

Claims (6)

  1. 手術中の被検体を撮影して３次元医用画像を生成する３次元医用画像生成手段と、
    前記被検体の前記手術中における体位の情報である体位情報を所定の入力部を介して取得する体位情報取得手段と、
    前記被検体を固定して載置する手術台および前記被検体の患部を固定する固定具の位置情報を検知するセンサと、
    前記体位情報取得手段が取得した前記体位情報と、前記センサが検知した前記手術台および前記固定具の位置情報とを、前記３次元医用画像生成手段によって生成された前記３次元医用画像が撮影された時点における前記被検体の手術中位置情報として取得する手術中位置情報取得手段と、
    前記手術中位置情報取得手段によって取得された前記手術中位置情報に基づいて、手術前に撮影された前記被検体の２次元医用画像と同一または同一に近い断面を前記３次元医用画像から生成するための画像生成パラメータを算出する画像生成パラメータ算出手段と、
    前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを用いて、前記３次元医用画像から断面画像を生成する断面画像生成手段と、
    前記断面画像生成手段によって生成された前記断面画像を所定の表示部にて表示するように制御する表示制御手段と、
    を備えたことを特徴とする医用画像診断装置。
  2. 手術中の被検体を撮影して３次元医用画像を生成する３次元医用画像生成手段と、
    前記被検体を手術台に固定する固定具として、脳外科手術で用いられる頭部固定具が有するスカルピンの頭蓋固定位置を術式ごとに記憶する頭蓋固定位置記憶手段と、
    操作者から指定された術式に対応するスカルピンの頭蓋固定位置を前記頭蓋固定位置記憶手段から取得し、当該取得したスカルピンの頭蓋固定位置を、前記３次元医用画像生成手段によって生成された前記３次元医用画像が撮影された時点における前記被検体の手術中位置情報として取得する手術中位置情報取得手段と、
    前記手術中位置情報取得手段によって取得された前記手術中位置情報に基づいて、手術前に撮影された前記被検体の２次元医用画像と同一または同一に近い断面を前記３次元医用画像から生成するための画像生成パラメータを算出する画像生成パラメータ算出手段と、
    前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを用いて、前記３次元医用画像から断面画像を生成する断面画像生成手段と、
    前記断面画像生成手段によって生成された前記断面画像を所定の表示部にて表示するように制御する表示制御手段と、
    を備えたことを特徴とする医用画像診断装置。
  3. 前記画像生成パラメータ算出手段は、前記画像生成パラメータとして、前記断面画像を生成する際に用いられる画像生成座標面を設定するための第一のパラメータと、前記断面画像にて描出される前記被検体の患部の方向を、前記２次元医用画像と一致させるための回転角度を設定するための第二のパラメータとを算出し、
    前記断面画像生成手段は、前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記第一のパラメータを用いて前記３次元医用画像から生成した画像の方向を、前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記第二のパラメータを用いて修正したうえで、前記断面画像を生成することを特徴とする請求項１または２に記載の医用画像診断装置。
  4. 前記３次元医用画像生成手段によって生成された前記３次元医用画像にて描出されている前記被検体の生体組織に由来する特徴点、および／または、前記３次元医用画像生成手段によって生成された前記３次元医用画像にて描出されている前記被検体の生体組織以外の指標に由来する特徴点を抽出する特徴点抽出手段と、
    前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを、前記特徴点抽出手段によって抽出された前記特徴点の位置情報に基づいて修正する画像生成パラメータ修正手段と、
    をさらに備え、
    前記断面画像生成手段は、前記画像生成パラメータ修正手段によって修正された画像生成パラメータを用いて前記３次元医用画像から前記断面画像を生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の医用画像診断装置。
  5. 被検体の手術中における体位の情報である体位情報を所定の入力部を介して取得する体位情報取得手段と、
    前記被検体を固定して載置する手術台および前記被検体の患部を固定する固定具の位置情報を検知するセンサと、
    前記体位情報取得手段が取得した前記体位情報と、前記センサが検知した前記手術台および前記固定具の位置情報とを、前記手術中の前記被検体の３次元医用画像が撮影された時点における前記被検体の位置情報として取得する位置情報取得手段と、
    前記位置情報取得手段によって取得された前記位置情報に基づいて、手術前に撮影された前記被検体の２次元医用画像と同一または同一に近い断面を前記３次元医用画像から生成するための画像生成パラメータを算出する画像生成パラメータ算出手段と、
    前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを用いて、前記３次元医用画像から断面画像を生成する断面画像生成手段と、
    前記断面画像生成手段によって生成された前記断面画像を所定の表示部にて表示するように制御する表示制御手段と、
    を備えたことを特徴とする画像処理装置。
  6. 被検体を手術台に固定する固定具として、脳外科手術で用いられる頭部固定具が有するスカルピンの頭蓋固定位置を術式ごとに記憶する頭蓋固定位置記憶手段と、
    操作者から指定された術式に対応するスカルピンの頭蓋固定位置を前記頭蓋固定位置記憶手段から取得し、当該取得したスカルピンの頭蓋固定位置を、手術中の前記被検体の３次元医用画像が撮影された時点における前記被検体の手術中位置情報として取得する手術中位置情報取得手段と、
    前記手術中位置情報取得手段によって取得された前記手術中位置情報に基づいて、手術前に撮影された前記被検体の２次元医用画像と同一または同一に近い断面を前記３次元医用画像から生成するための画像生成パラメータを算出する画像生成パラメータ算出手段と、
    前記画像生成パラメータ算出手段によって算出された前記画像生成パラメータを用いて、前記３次元医用画像から断面画像を生成する断面画像生成手段と、
    前記断面画像生成手段によって生成された前記断面画像を所定の表示部にて表示するように制御する表示制御手段と、
    を備えたことを特徴とする画像処理装置。
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