JP6731870B2 - 医用断面表示装置及び断面画像表示方法 - Google Patents

医用断面表示装置及び断面画像表示方法 Download PDF

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Description

本発明は、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography：コンピュータ断層撮影）装置、ＭＲＩ（MagneticResonance Imaging：磁気共鳴診断）装置、又はＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）もしくはＰＥＴ（PositronEmission Tomography）を含む核医学装置などの各種断層撮影装置に適用される。特に、本発明は、各種断層撮影装置により得られた被験者の頭部のボリュームデータから、適切な基準面の断面画像を表示させる医用断面表示装置及び断面画像表示方法に関する。
断層撮影装置から取得された三次元の頭部画像データから多断面再構成像を得るためには、操作者が、多断面再構成法において三方向（横断面、矢状断面、冠状断面）の断面表示を適宜変えながら、目視で基準面を探して決定する必要があった。特に、取得された三次元画像内では、頭部の形状が被験者ごとに異なり、頭部が装置座標に対して傾いたり回転したりしており、操作者が手動で補正しなければならないことが多い。また、基準面を目視で設定することは難しく、操作者間で基準面の設定にばらつきが大きい問題もあった。
特許文献１は、簡単に基準面を設定する方法として、断層撮影装置に付属する線状の光を発する投光器によって被験者の頭部側面にラインを投光し、さらに被験者を乗せた天板の位置情報を取得し、両情報から三次元の頭部画像における基準面を設定する方法を提案している。
特開２０１５−３４７７９号公報
しかし、一般に、被験者の頭部は左右不均等であり、特許文献１で提案された画像断層撮影方法では、左右傾きのない多断面再構成像を得ることは困難であった。また操作者の操作が複雑になり、検査時間に余分な時間がかかってしまう問題があった。
本発明は、上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、被験者の頭部が左右不均等であっても操作者の手を煩わせることなく、任意の基準面の二次元断面画像を表示させる医用断面表示装置及び断面画像表示方法を提供することにある。
第１の観点の医用断面表示装置は、頭部の断面画像を表示する表示装置に接続される。医用断面表示装置は、被験者の頭部のボリュームデータと標準の頭部のボリュームデータとに基づいて、標準の頭部と被験者の頭部との形状の違いを表す変換パラメータを取得する変換パラメータ取得部と、変換パラメータ及び標準の頭部の解剖学的基準面に基づいて、被験者の頭部の解剖学的基準面を作成する被験者基準面作成部と、を備える。この装置は、被験者の頭部のボリュームデータに基づいて被験者の頭部の解剖学的基準面で断面画像を作成し、表示装置に断面画像を表示させる断面再構成部を備える。
別の観点の医用断面表示装置は、さらに標準の頭部の解剖学的基準面を作成する標準基準面作成部を含む。標準基準面作成部は、標準の頭部の三次元ボクセルデータのうち標準基準面となるボクセルに基準ボクセル値を入れて、標準基準面を作成する。
また、変換パラメータは、被験者の頭部のボリュームデータのボクセル値と標準の頭部のボリュームデータのボクセル値との誤差が最小となる線形変換、非線形変換、アフィン変換もしくはフーリエ変換に使用される変換パラメータを含む。
被験者の頭部及び標準の頭部は、脳実質、頭蓋骨及びこの頭蓋骨の外側の顔を含む皮膚の少なくとも１つである。
別の観点の医用断面表示装置は、さらに医用断面表示装置の面と被験者の頭部の解剖学的基準面との少なくとも二軸方向の角度を求め、この角度に基づいて被験者の頭部の解剖学的基準面を回転させて、医用断面表示装置の面に被験者の頭部の解剖学的基準面を合致する角度調整部を備える。
また医用断面表示装置は、被験者の頭部のボリュームデータに基づいて、断面画像を確認したい領域の第１端及び第２端を設定する断面端設定部を備える。また解剖学的基準面は、眼窩中心と外耳孔の中心を結ぶ眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む平面、眼窩上縁と外耳孔の中心を結ぶ眼窩上縁外耳孔線（ＳＭライン）を含む平面、又は外耳道の上縁と眼窩の下縁とを結ぶドイツ水平面を含む。
断面画像は、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging）、ＳＰＥＣＴ（SinglePhoton Emission Computed Tomography）画像、又はＰＥＴ（PositronEmission Tomography）画像に適用できる。
第２の観点の断面画像表示方法は、表示装置に接続される医用断面表示装置を用いて、表示装置に頭部の断面画像を表示する。断面画像表示方法は、被験者の頭部のボリュームデータと標準の頭部のボリュームデータとに基づいて、標準の頭部と被験者の頭部との形状の違いを表す変換パラメータを取得する変換パラメータ取得工程と、変換パラメータ及び標準の頭部の解剖学的基準面に基づいて、被験者の頭部の解剖学的基準面を作成する被験者基準面工程と、を備える。またこの方法は、被験者の頭部のボリュームデータに基づいて被験者の頭部の解剖学的基準面で断面画像を作成し、表示装置に断面画像を表示させる断面再構成工程、を備える。
本発明の医用断面表示装置及び断面画像表示方法は、操作者の手を煩わせることなく、被験者の頭部に合致した任意の基準面の二次元断面像の画像を表示させることができる。
Ｘ線ＣＴ装置１００の外観を示す斜視図である。 操作コンソール１０４を説明するためのブロック図である。 任意の解剖学的基準面に合わせて二次元断面画像を表示させるフローチャートである。 （Ａ）は、標準の頭部の三次元画像にＸ線ＣＴ装置１００の座標軸を示した図である。（Ｂ）は、標準の頭部に対してＯＭラインを含む平面を設定した一例を示す図である。 被験者の頭部に解剖学的基準面を作成した図である。 被験者の頭部に解剖学的基準面の回転角度α、β、θを示した図である。 （Ａ）は被験者の頭部の三次元画像を回転させる前のイメージ図であり、（Ｂ）は回転させた後のイメージ図である。 （Ａ）は、被験者の頭部の矢状平面に均等間隔の多断面位置を設定した図であり、（Ｂ）は漸次的な間隔の多断面位置を設定した図である。 （Ａ）は、標準の頭部の２次元画像に対してＸ線ＣＴ装置１００の座標軸を示した図である。（Ｂ）は、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む平面を設定した斜視図である。 （Ａ１）及び（Ａ２）は、標準の頭部の３次元画像に対して楕円形状の眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む平面を設定した図である。 （Ｂ１）及び（Ｂ２）は、標準の頭部の３次元画像に対して六角形状の眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む平面を設定した図である。 （Ｃ）は、ＸＹ平面に複数の六角形で点Ｅ及び点Ｆを設定した図である。 被験者の頭部ボリュームデータに基づく頭頂から頸部までの横断面画像と、その横断面画像を二値化した画像とを示した図である。 （Ａ）は、本実施形態を適用する前の，被験者の眼窩外耳孔線周辺の頭部を撮像した断面画像である。（Ｂ）は、（Ａ）を撮影したボリュームデータに基づいて、本実施形態を適用して、自動調整した被験者の頭部の眼窩外耳孔線に平行な面ＳＰの断面画像である。
本実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置を使って説明する。特に説明しないが、ＭＲＩ装置、ＰＥＴ装置等の医用断層撮影装置にも本実施形態の断面表示装置は同様に適用できる。
＜＜Ｘ線ＣＴ装置１００の概略＞＞
＜装置の構造＞
図１は、Ｘ線ＣＴ装置１００の外観を示す斜視図である。図１に示されたように、Ｘ線ＣＴ装置１００は、被験者をＸ線撮影して検出器で投影データを収集する走査ガントリ１０１と、被験者を載置して撮影空間であるボア１０３に入れ出しするクレードル１０２とを有している。さらに、Ｘ線ＣＴ装置１００は、Ｘ線ＣＴ装置１００の操作を行ったり、検出器で収集された投影データを基に三次元画像を再構成したりする操作コンソール１０４を具備している。
図１においては、クレードル１０２による被験者の体軸方向をＺ軸方向、地面に垂直方向をＹ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に直交する水平方向をＸ方向とする。
クレードル１０２は、その内部にモータを内蔵し、クレードル１０２昇降および水平直線移動される。そして、クレードル１０２は被験者を載せて走査ガントリ１０１のボア１０３に入れ出しする。
操作コンソール１０４は、操作者からの入力を受け付ける入力装置と画像を表示するモニタとを具備している。また、操作コンソール１０４はその内部に被験者の投影データを収集するための各部の制御や三次元画像再構成処理等を行う中央処理装置と、走査ガントリ１０１で取得したデータを収集するデータ収集バッファと、プログラムやデータ等を記憶する記憶装置とを備えている。操作コンソール１０４にはキーボードなどの入力装置や表示装置１０５を含んでいる。表示装置１０５は、再構成された三次元画像又は任意断面のＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）画像を表示する。
また、操作コンソール１０４に医用画像処理ワークステーション２００が接続されていてもよい。医用画像処理ワークステーション２００は、ＭＰＲ（multi-planar reconstruction）などの画像処理を行う。
図２は、表示装置１０５が接続された操作コンソール１０４内又は医用画像処理ワークステーション２００内のブロック図である。図２に示されたように、操作コンソール１０４又は医用画像処理ワークステーション２００の中央処理装置は、変換パラメータ取得部４１と、標準基準面作成部４２と、被験者基準面作成部４３とを含んでいる。また、操作コンソール１０４又は医用画像処理ワークステーション２００の中央処理装置は、角度調整部４４と、断面再構成部４５と、画像再構成部４６と、断面端設定部４９とを含んでいる。操作コンソール１０４又は医用画像処理ワークステーション２００の記憶装置は、ボリュームデータ記憶部４７と、解剖学的基準面記憶部４８とを含んでいる。
変換パラメータ取得部４１は、被験者の頭部のボリュームデータと標準の頭部のボリュームデータとに基づいて、標準の頭部と被験者の頭部との形状の違いを表す変換パラメータを取得する。標準の頭部のボリュームデータは、Ｘ線ＣＴ装置で何十何百人の被験者の頭部のボリュームデータを平均化したデータである。頭部のボリュームデータは、標準的な被験者の脳実質のボリュームデータ、頭蓋骨のボリュームデータ、並びにこの頭蓋骨の外側の皮膚（目、耳、鼻、口などの顔及び頭皮）のボリュームデータを含んでいる。操作者が標準の頭部のボリュームデータを作成しても良いが、この標準のボリュームデータは無料で利用できるデータもあるので、操作者はそれらのボリュームデータを記憶装置に記憶すればよい。
また、標準の頭部のボリュームデータは一般に成人の頭部のボリュームデータを平均化したデータであるが、例えば１歳未満の乳児の標準の頭部のボリュームデータを別に用意していてもよい。さらに、１歳から小学校就学までの幼児の標準の頭部のボリュームデータを別に用意していてもよい。
変換パラメータは、被験者の頭部のボリュームデータのボクセル値と標準の頭部のボリュームデータのボクセル値との誤差が最小となるように変換関数で使用されるパラメータである。変換関数は、アフィン変換などの線形変換、非線形変換、もしくはフーリエ変換などの関数が適用できる。また、線形変換関数と非線形変換関数等との組み合わせの変換関数も用いることができる。
例えば、変換パラメータ取得部４１は、変換関数にアフィン変換を適用する場合、被験者の脳実質のボリュームデータのボクセル値と標準の脳実質のボリュームデータのボクセル値との誤差が最小となるようにアフィン変換で使用される変換パラメータを取得する。頭部のボリュームデータは、脳実質、頭蓋骨又は皮膚大脳のいずれか一つを使用できる。また、脳実質、頭蓋骨及び皮膚の２以上の組み合わせのボリュームデータを使用することもできる。
標準基準面作成部４２は、標準の頭部の解剖学的基準面を作成する。解剖学的基準面は、眼窩中心と外耳孔の中心を結ぶ眼窩外耳孔線（ＯＭ（Orbitomeatal）ライン）を含む平面、眼窩上縁と外耳孔の中心を結ぶ眼窩上縁外耳孔線（ＳＭ（Supra Orbitomeatal）ライン）を含む平面、又は外耳道の上縁と眼窩の下縁とを結ぶドイツ水平面を含む。また、解剖学的基準面は、冠状（コロナル）平面，矢状（サジタル）平面も含む。これらの解剖学的基準面は、脳、副鼻腔、眼窩部等の頭部組織を含めることができる。
被験者基準面作成部４３は、変換パラメータ取得部４１が取得した変換パラメータ及び標準の頭部の解剖学的基準面に基づいて、被験者の頭部の解剖学的基準面を作成する。
角度調整部４４は、Ｘ線ＣＴ装置１００のＸＹ軸平面、ＸＺ軸平面又はＹＺ軸平面に、被験者の頭部の解剖学的基準面に角度調整する。角度調整は、操作者が表示装置１０５で断面画像を見易くするために処理している。操作者が見にくいと感じなければ必ずしも被験者の頭部の解剖学的基準面に角度調整する必要はない。
断面再構成部４５は、被験者の頭部のボリュームデータに基づいて被験者の頭部の解剖学的基準面で断面画像を作成し、表示装置１０５に断面画像を表示させる。
画像再構成部４６は、検出器で収集された投影データに基づいて三次元ＣＴ画像を再構成する。
ボリュームデータ記憶部４７は、検出器で収集された被験者の頭部の投影データに基づいて生成されたボリュームデータを記憶する。
解剖学的基準面記憶部４８は、標準基準面作成部４２で作成された標準の頭部の解剖学的基準面を記憶する。一旦、一又は複数の解剖学的基準面を記憶すれば、標準基準面作成部４２は、被験者の頭部の撮影毎に、標準の頭部の解剖学的基準面を作成する必要はない。
断面端設定部４９は、被験者の頭部の体軸断面（アキシャル平面）のＺ軸方向の範囲を設定する。つまり、断面端設定部４９は、操作者が診断などで横断面画像を確認したい領域の上端及び下端を設定する。また断面端設定部４９は、操作者が診断したい断面が頭部の矢状断面（サジタル平面）であれば、頭部の左端及び右端を設定し、操作者が診断したい断面が頭部の冠状断面（コロナル平面）であれば、頭部の前端（鼻側）及び後端（後頭部側）を設定する。
＜装置の動作＞
図３は、任意の解剖学的基準面に合わせて二次元断面画像を表示させるフローチャートである。なお、本フローチャートの説明では、頭部の解剖学的基準面を眼窩外耳孔線を含む平面（ＢＰ又はＳＰ）とした例で説明する。本実施形態では、操作コンソール１０４が適切な基準面の断面画像を表示させる例を説明する。しかし、医用画像処理ワークステーション２００が以下のステップＳ２からステップＳ６を行い、適切な基準面の断面画像を表示させてもよい。
ステップＳ１では、操作者は、クレードル１０２に載せられた被験者の頭部を撮影する。そしてボリュームデータ記憶部４７が、検出器で収集された投影データによって生成されたボリュームデータを記憶する。
なお、操作者は、被験者の頭部だけでなく、頭部から胸部もしくは頭部から脚部まで広範囲を撮影してもよい。この場合には、操作コンソール１０４の中央処理装置が自動的に頭部のボリュームデータを抽出する。例えば中央処理装置は、被験者の頭部のボリュームデータの開始位置から３０ｃｍまでを頭部として抽出する。又は中央処理装置は、被験者のボリュームデータから計算される断面積が２００ｃｍ２以上から２００ｃｍ２以下になり、さらに２００ｃｍ２以上と変化していったら、２００ｃｍ２以下の領域が頸部と判断し、ボリュームデータの開始位置から頸部までを頭部として抽出する。
ステップＳ２では、変換パラメータ取得部４１が、被験者の頭部のボリュームデータと標準の頭部のボリュームデータとに基づいて、標準の頭部と被験者の頭部との形状の違いを、ある変形関数を使いその変形関数の変換パラメータを取得する。
以下、ステップＳ３からステップＳ６は頭部の体軸断面（アキシャル平面）の断面画像を取得する工程である。頭部の矢状断面（サジタル平面）及び冠状断面（コロナル平面）の断面画像を取得する方法は、方向が変わるだけあり技術的に同じであるので説明を割愛する。
ステップＳ３では、標準基準面作成部４２が、標準の頭部の解剖学的基準面（眼窩外耳孔線を含む平面）を作成する。ここで図４を使って標準基準面作成部４２が、標準の頭部に眼窩外耳孔線を含む平面を作成する方法について説明する。
図４（Ａ）は、Ｘ線ＣＴ装置１００の座標軸を示した図である。クレードル１０２に載った被験者の体軸方向をＺ軸方向としている。（Ｂ）は、標準の頭部に対して眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む平面を設定した斜視図（ｂ−１）、ＸＹ軸平面図（ｂ−２）、ＹＺ軸平面図（ｂ−３）、及びＸＺ軸平面図（ｂ−４）の一例を示す図である。
＜標準基準面作成の一方法＞
まず１例において、標準基準面作成部４２は、図４（Ａ）に示されるような標準の頭部の三次元立体画像を表示装置１０５に表示させ、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）の４点を入力するように指示画像を表示装置１０５に表示させる。操作者は、標準の頭部の三次元立体画像に対して、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む面ＢＰを作成するため、マウス等の入力装置を使ってＡ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点を入力する。Ａ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点は、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む面ＢＰとなる。
図４（Ｂ）のｂ−１からｂ−４の各図は、三次元座標軸で、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点がどのように配置されているかを説明している。標準基準面作成部４２は、ＣＴ値とは別個に、Ａ点からＢ点、Ｂ点からＣ点、Ｃ点からＤ点及びＤ点からＡ点を結ぶ直線上の各ボクセルに所定のボクセル値（例えば２００）を入れる。これにより、標準の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＢＰが設定される。そして標準の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＢＰが他のボクセル値と区別できる。
この標準の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＢＰは、解剖学的基準面記憶部４８に記憶される。別の被験者の頭部を撮影する際には、標準基準面作成部４２で眼窩外耳孔線を含む面ＢＰを作成することなく、解剖学的基準面記憶部４８から眼窩外耳孔線を含む面ＢＰを取り出せばよい。
また標準基準面作成部４２は、Ａ点及びＢ点の中間点ＥとＣ点及びＤ点の中間点Ｆを算出し、中間点Ｅから中間点Ｆを結ぶ直線上の各ボクセルに所定のボクセル値（例えば３００）を入れる。これにより、標準の頭部の眼窩外耳孔線を含む面の回転軸ＥＦが設定される。そして回転軸ＥＦが他のボクセル値と区別できる。この回転軸ＥＦは、角度調整部４４が、Ｘ線ＣＴ装置１００のＸＹ軸平面等に、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＢＰに角度調整する際に使用される。なお、回転軸ＥＦの代わりに、Ｂ点からＣ点を結ぶ直線を回転軸ＢＤ、Ａ点からＤ点を結ぶ直線を回転軸ＡＤとしてもよい。
さらに標準基準面作成部４２は、回転軸ＥＦの中間点Ｇを算出する。この中間点Ｇは、眼窩外耳孔線を含む面ＢＰの中心点Ｇとなる。標準基準面作成部４２は、中心点Ｇに所定のボクセル値（例えば４００）を入れる。そして中心点Ｇが他のボクセル値と区別できる。この中心点Ｇは、断面再構成部４５が被験者の眼窩外耳孔線を含む面ＢＰで断面画像を作成し表示装置１０５に表示させる際に、表示装置１０５の中心に中心点Ｇが配置されるために使用される。
図４（Ａ）には示されていないが、操作者は、三次元立体画像に対してＶ点及びＷ点を、入力装置を使って入力することができる。図４（Ｂ）に示されるＶ点及びＷ点は，標準の頭部の三次元画像の上端及び下端を示す。上端Ｖ点及び下端Ｗ点は、断面再構成部４５が被験者の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰと平行である多断面の横断像を再構成するＺ方向の範囲を定める。すなわち操作者が診断などに必要だと考えて設定する被験者の頭部のＺ方向の範囲である。
なお、操作者が標準の頭部の三次元立体画像に対してＶ点及びＷ点を入力すれば、どの被験者の頭部に対しても三次元立体画像に対してＶ１点及びＷ１点を自動的に設定できる。操作者が標準の頭部の三次元立体画像に対してＶ点及びＷ点を入力しない場合，個々の被験者に対して自動的に断面端設定部４９がＶ１点及びＷ１点を設定する方法は、図１１を使って後述する。
再び図３のフローチャートに戻り、ステップＳ４では、被験者基準面作成部４３が、ステップＳ２で取得した変換パラメータ及び標準の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＢＰに基づいて、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰを作成する。図５のｃ−１からｃ−４の各図は、被験者基準面作成部４３が、被験者の頭部に眼窩外耳孔線を含む平面ＳＰを作成した図である。図５のｃ−１からｃ−４の各図は、ステップＳ２で線形変換して取得した変換パラメータを使って作成された、Ａ１点、Ｂ１点、Ｃ１点、Ｄ１点、中間点Ｅ１、中間点Ｆ１、中心点Ｇ１、上端Ｖ１点及び下端Ｗ１点である。なお、ステップＳ２でアフィン変換して取得した変換パラメータであれば、被験者基準面作成部４３は、眼窩外耳孔線を含む面ＢＰを取得した変換パラメータでアフィン変換して、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰを作成する。つまり、ステップＳ４で使用される変換関数は、ステップＳ２で使用された変換関数と同じである。
再び図３のフローチャートに戻り、ステップＳ５では、角度調整部４４がＸ線ＣＴ装置１００の座標軸（ＸＹ軸平面）と被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰとを合致させる。本実施形態では、眼窩外耳孔線を含む面ＳＰで説明しているため、ＸＹ軸平面に合致させている。しかし、解剖学的基準面が副鼻腔を通過する冠状（コロナル）平面であれば、ＸＺ軸平面に合致させ、解剖学的基準面が眼窩部を通過する矢状（サジタル）平面であれば、ＹＺ軸平面に合致させる。
角度調整部４４は、まず、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰとＸＹ水平面との角度計測を行う。図６のｄ−１からｄ−４の各図は、図５のｃ−１からｃ−４の各図と基本的に同じであり、異なる箇所は、上端Ｖ１点及び下端Ｗ１点の無くなっており、ｄ−２からｄ−４にそれぞれ角度θ、角度α、及び角度βの表示が加えられていることである。図６のｄ−２図において、角度調整部４４は、中間点Ｅ１から中間点Ｆ１までを結ぶ線とＹ軸との角度を求める。また角度調整部４４は、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰとＸ軸との角度α、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰとＹ軸との角度βを求める。
ステップＳ４で使用される変換関数が線形変換の関数であれば、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰは平面である。しかし、ステップＳ４で使用される変換関数が非線形変換であれば、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰが曲面となる。このため角度θ、角度α、及び角度βを求めにくくなる。このような場合には、角度調整部４４は、三次元最小二乗法（Ｚ ＝ａＸ＋ｂＹ＋ｃ）を用いて，曲面である眼窩外耳孔線を含む面ＳＰを近似化した平面を推定する。そして係数ａ、ｂ、ｃから，角度α及び角度βを求める。また角度調整部４４は、眼窩外耳孔線を含む面ＳＰの中間点Ｅ１から中間点Ｆ１までを結ぶ曲線を、二次元最小二乗法（Ｙ ＝ｄＸ＋ｅ）を用いて中間点Ｅ１から中間点Ｆ１を結ぶ直線を推定する。そして、係数ｄとｅから，角度θを求める。その他の方法として、角度調整部４４は、曲面である眼窩外耳孔線を含む面ＳＰのある箇所で微分値を求めて、角度θ、角度α、及び角度βを求めても良い。
次に角度調整部４４は、角度θ、角度α、及び角度βに基づいて被験者の頭部の三次元画像を回転させる。厳密にはボリュームデータに角度分の位置補正をしているが、理解を助けるため三次元画像を回転させる説明をする。すると、顔面が正面を向き、眼窩外耳孔線を含む面ＳＰが水平になる。図７（Ａ）は被験者の頭部の三次元画像を回転させる前のイメージ図であり、図７（Ｂ）は被験者の頭部の三次元画像を回転させた後のイメージ図である。このようにして、角度調整部４４は、Ｘ線ＣＴ装置１００のＸＹ軸平面と被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰとを合致させる。
ステップＳ５の角度調整をすることにより、表示装置１０５に表示させた際に、被験者の顔面が正面を向き、眼窩外耳孔線を含む面ＳＰが表示画面に水平になるため、操作者は画像を見易くなる。しかし、被験者の顔面が多少斜めを向いていたりしても気にならないならば、ステップＳ５の角度調整をスキップさせたり、角度θを回転させなくてもよい。
再び図３のフローチャートに戻り、ステップＳ６では、断面再構成部４５は、被験者の頭部のボリュームデータに基づいて被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰで断面画像を作成する。そして断面再構成部４５は、表示装置１０５に断面画像を表示させる。操作者は、予め横断面像の厚さと間隔とを入力装置を使って入力しておく。例えば操作者が厚さ１０ｍｍ均等間隔を設定すると、断面再構成部４５は、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰ及びその面ＳＰに平行な断面画像を上端Ｖ１点及び下端Ｗ１点まで作成する。図８（Ａ）は、被験者の頭部の矢状（サジタル）平面に、均等間隔の多断面位置を示した図である。例えば操作者が厚さ２０ｍｍから３ｍｍに漸次な間隔を設定すると、断面再構成部４５は、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰ及びその面ＳＰに平行な断面画像を上端Ｖ１点及び下端Ｗ１点まで作成する。上端Ｖ１点及び下端Ｗ１点は、図４（Ｂ）で示したように、操作者が被験者の頭部の診断で必要と判断して設定した範囲である。図８（Ｂ）は、被験者の頭部の矢状（サジタル）平面に、漸次的な間隔の多断面位置を示した図である。
＜標準基準面作成の別方法１＞
上記実施形態では、操作者は、図４（Ａ）に示される標準の頭部の三次元立体画像に対して、Ａ点、Ｂ点、Ｃ点及びＤ点の矩形形状を入力し、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む面ＢＰを作成した。
別方法１では、標準基準面作成部４２は標準の頭部の矢状（サジタル）平面の二次元立体画像を表示させ、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）の２点を入力するように指示画像を表示させる。
図９（Ａ）は、表示装置１０５に表示された標準の頭部の矢状（サジタル）平面の二次元立体画像である。標準基準面作成部４２は標準の頭部の矢状平面の二次元立体画像に、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）のＢ点及びＣ点を入力するように操作者に指示している。図９（Ｂ）は、標準基準面作成部４２が標準の頭部の矢状平面の二次元立体画像に、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む面ＢＰを作成する図である。操作者は、作成された面（図９では二次元であるため直線）ＢＰが問題なければ、確定ボタンをクリックする。
次に、標準基準面作成部４２は、このＢ点及びＣ点からＸ軸方向に所定距離移動させてＡ点及びＤ点として作成し、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む面ＢＰを作成する。以下、図４（Ｂ）で説明されたように、標準基準面作成部４２は、回転軸ＥＦ及び回転軸ＥＦの中間点Ｇを算出する。
＜標準基準面作成の別方法２＞
標準基準面作成の一方法及び別方法１では、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む面ＢＰは矩形形状であった。しかし、面ＢＰは矩形形状に限られない。
図１０（Ａ１）及び（Ａ２）は、表示装置１０５に表示された標準の頭部の３次元画像に対して、操作者が楕円の長軸の始点及び終点である点Ｅ及び点Ｆを設定した状態である。この点Ｅ及び点Ｆは、楕円の長軸でもあり図４（Ｂ）等で説明した回転軸ＥＦでもある。また、標準基準面作成部４２は、楕円の短軸を長軸の０．６〜１．０倍を設定して楕円（１．０倍は円）を描く。図９で示したように、標準基準面作成部４２が標準の頭部の矢状平面の二次元立体画像に、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）のＥ点及びＦ点を入力するように操作者に指示してもよい。
図１０（Ｂ１）及び（Ｂ２）は、表示装置１０５に表示された標準の頭部の３次元画像に対して、操作者が六角形状の対向する角である点Ｅ及び点Ｆを設定した状態である。この点Ｅ及び点Ｆは、六角形の長軸でもあり図４（Ｂ）等で説明した回転軸ＥＦでもある。図９で示したように、標準基準面作成部４２が標準の頭部の矢状平面の二次元立体画像に、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）のＥ点及びＦ点を入力するように操作者に指示してもよい。
図１０（Ｃ）は、ＸＹ平面に複数の六角形で点Ｅ及び点Ｆを設定した図である。表示装置１０５に表示された標準の頭部の３次元画像に対して、操作者が点Ｅ及び点Ｆを設定すると、図１０（Ｂ１）で示した六角形よりも小さな複数の六角形が形成され、眼窩外耳孔線（ＯＭライン）を含む面ＢＰが設定される。平面を複数の六角形で設定すると、線形データが増えるため、平面を最上二乗法で計算する場合などに精度が向上する。
＜Ｖ１点及びＷ１点の自動設定＞
図４（Ａ）及び（Ｂ）において、操作者が標準の頭部のＺ方向の範囲であるＶ点及びＷ点を設定して、被験者の頭部のＺ方向の範囲であるＶ１点及びＷ１点を自動的に設定した。ここでは、断面端設定部４９が自動的に被験者の頭部のＺ方向の範囲であるＶ１点及びＷ１点を設定する方法について説明する。
図１１の左図は、被験者の頭部ボリュームデータに基づく頭頂から頸部までの横断面画像である。図１１の右図は、その横断面画像の脳実質の領域を二値化した画像の図である。
断面端設定部４９は、被験者の頭部のボリュームデータに基づいて、頭頂から頸部までの複数の横断面画像を画像再構成する。左図に示されるように、脳実質の領域ＢＲが灰色に表示された横断面画像である。なお、図１１では６枚の横断面画像が表示されているが、実際には十数枚から数百枚ぐらいの横断面画像が作成される。
次に断面端設定部４９は、再構成された横断面画像からまず頭蓋骨の領域を除去する。図１１の左図から理解されるように、画像再構成された頭蓋骨はＣＴ値が高く白く表示されている。このため断面端設定部４９は、しきい値で処理して頭蓋骨の領域を削除する。次に断面端設定部４９は、頭蓋骨の領域の外側にあるＣＴ画像（小面積領域）を削除する。つまり頭蓋骨の領域の外側は皮膚領域でありこの皮膚領域を削除する。さらに断面端設定部４９は、残った領域に対してしきい値で二値化して、脳実質の領域を白く画像処理し、残りの領域を黒く画像処理する。右図が二値化した画像であり、脳実質の領域ＢＲが真っ白に表示される。そして断面端設定部４９は、白い脳領域の面積を計算し、頭頂部から脳実質の領域ＢＲが徐々に増えていく過程で例えば５ｃｍ２を超えた点をＶ１点と設定する。さらに断面端設定部４９は、脳実質の領域ＢＲが徐々に減少していく過程で１０ｃｍ２以下になった点をＷ１点と設定する。
本実施形態によれば、経験の浅い操作者が、被験者の頭部を撮影した場合であっても、操作者の手を煩わせることなく、操作者は自動的に被験者の頭部の解剖学的基準面の画像及びその基準面に平行な面の画像を表示画面に表示させることができる。
図１２（Ａ）は、本実施形態を適用する前で、且つ被験者の眼窩外耳孔線周辺の頭部を撮像した断面画像である。解剖学的基準面を考慮せずに、左右不均等に撮影されたデータ断面画像である。図１２（Ａ）では、正確に眼窩外耳孔線を含む面ＳＰが表示装置１０５に表示されていない。経験の浅い操作者が被験者の頭部を撮影した場合や、頭部の左右不均等が大きな被験者の頭部を撮影した場合である。一方、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）を撮影したボリュームデータに基づいて、本実施形態を適用し、表示装置１０５に表示された、被験者の頭部の眼窩外耳孔線を含む面ＳＰに平行な断面画像である。断面画像の中心点Ｇは、表示装置１０５の中心に配置される。操作者は、被験者の頭部を容易に診断できる。
以上、本発明の最適な実施形態について詳細に説明したが、当業者に明らかなように、その技術的範囲内において実施例に様々な変更・変形を加えて実施することができる。最初に説明したように、Ｘ線ＣＴ装置だけではく、ＭＲＩ装置、ＰＥＴ装置、ＳＰＥＣＴ装置にも適用できる。特開２０１２−１８９３６２に開示されるように、診断精度向上のために，ＣＴデータを用いてＰＥＴ画像又はＳＰＥＣＴ画像の放射線吸収補正を行う装置が提案され、商品化されている。例えば、又はＰＥＴとＣＴとを組み合わせた装置、ＳＰＥＣＴとＣＴとを組み合わせた装置、ＰＥＴとＣＴとを組み合わせた装置、又はＭＲＩとＣＴとを組み合わせた装置は、同一座標が使用できるため、本実施形態で説明したＣＴ画像に本実施形態を適用することで、同時にＰＥＴ画像、ＳＰＥＣＴ画像又はＭＲＩ画像にも基準面に応じた断面画像を得ることができる。
ＢＰ … 標準の頭部の解剖学的基準面
ＳＰ … 被験者の頭部の解剖学的基準面
４１ … 変換パラメータ取得部、 ４２ … 標準基準面作成部
４３ … 被験者基準面作成部、 ４４ … 角度調整部
４５ … 断面再構成部、 ４６ … 画像再構成部
４７ … ボリュームデータ記憶部、 ４８ … 解剖学的基準面記憶部
１００ … Ｘ線ＣＴ装置
１０１ … 走査ガントリ、 １０２ … クレードル
１０３ … ボア、 １０４ … 操作コンソール
Ｖ点 … 標準の頭部のサジタル画像における上端
Ｗ点 … 標準の頭部のサジタル画像における下端
Ｖ１点 … 被験者の頭部のサジタル画像における上端
Ｗ１点 … 被験者の頭部のサジタル画像における下端

Claims (7)

  1. 頭部の断面画像を表示する表示装置に接続される医用断面表示装置に使用されるプログラムであって、前記プログラムは、
    被験者の頭部のボリュームデータと標準の頭部のボリュームデータとに基づいて、前記標準の頭部と前記被験者の頭部との形状の違いを表す変換パラメータを取得する変換パラメータ取得する機能と、
    前記変換パラメータ及び前記標準の頭部の解剖学的基準面に基づいて、前記被験者の頭部の解剖学的基準面を作成する機能と、
    前記被験者の頭部のボリュームデータに基づいて前記被験者の頭部の解剖学的基準面で断面画像を作成し、前記表示装置に前記断面画像を表示させる機能と、
    を医用断面表示装置に実行させるプログラム。
  2. 前記標準の頭部の解剖学的基準面を標準基準面として作成する標準基準面を作成する機能を含み、
    前記標準基準面を作成する機能は、前記標準の頭部の三次元ボクセルデータのうち前記標準基準面となるボクセルに基準ボクセル値を入れて、前記医用断面表示装置に前記標準基準面を作成させる請求項１に記載のプログラム。
  3. 前記変換パラメータは、前記被験者の頭部のボリュームデータのボクセル値と前記標準の頭部のボリュームデータのボクセル値との誤差が最小となる線形変換、非線形変換、アフィン変換もしくはフーリエ変換に使用される変換パラメータを含む請求項１又は請求項２に記載のプログラム。
  4. 前記医用断面表示装置の面と前記被験者の頭部の解剖学的基準面との少なくとも二軸方向の角度を求め、この角度に基づいて前記被験者の頭部の解剖学的基準面を回転させて、前記医用断面表示装置の面に前記被験者の頭部の解剖学的基準面を合致する角度調整させる機能を、前記医用断面表示装置に実行させる、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプログラム。
  5. 前記解剖学的基準面は、眼窩中心と外耳孔の中心を結ぶ眼窩外耳孔線（ＯＭ（Orbitomeatal）ライン）を含む平面、眼窩上縁と外耳孔の中心を結ぶ眼窩上縁外耳孔線（ＳＭ（Supra Orbitomeatal）ライン）を含む平面、又は外耳道の上縁と眼窩の下縁とを結ぶドイツ水平面を含む請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のプログラム。
  6. さらに前記被験者の頭部のボリュームデータに基づいて、断面画像を確認したい領域の第１端及び該第１端から離れた第２端を設定する断面端を設定する機能を備える請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のプログラム。
  7. 前記医用断面表示装置は、ＭＲＩ（magnetic resonance imaging）装置、ＳＰＥＣＴ（SinglePhoton Emission Computed Tomography）装置、又はＰＥＴ（PositronEmission Tomography）装置を含む請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のプログラム。
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