医用画像処理装置及び医用画像診断装置
【課題】腹部の臓器の位置合わせを容易にすること。
【解決手段】被検体を時系列に撮像することによって得られた時系列の画像データから基準画像データを選択する選択部と、前記時系列の画像データのそれぞれを第１の基準を有する第１の領域と、第２の基準を有する第２の領域とに分割する領域分割部と、前記基準画像データの前記第１の領域と、前記基準画像データ以外の前記第１の領域と、の間の位置合わせを実行する位置合わせ部と、前記位置合わせ後の各第１の領域と前記各第２の領域とを、時系列を対応させて結合させる領域結合部と、を具備する医用画像処理装置。
【解決手段】被検体を時系列に撮像することによって得られた時系列の画像データから基準画像データを選択する選択部と、前記時系列の画像データのそれぞれを第１の基準を有する第１の領域と、第２の基準を有する第２の領域とに分割する領域分割部と、前記基準画像データの前記第１の領域と、前記基準画像データ以外の前記第１の領域と、の間の位置合わせを実行する位置合わせ部と、前記位置合わせ後の各第１の領域と前記各第２の領域とを、時系列を対応させて結合させる領域結合部と、を具備する医用画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医用画像処理装置及び医用画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野では、３次元（３Ｄ）画像データセット、すなわちボリューム画像データセットが、コンピュータ支援断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）、超音波及び陽電子放射型断層撮影法（ＰＥＴ）を含む、当該分野でモダリティと呼ばれる種々の技術によって収集される。
【０００３】
長年の間、時系列の３次元画像を利用した腹部の臓器における灌流測定が研究されている。コンピュータ断層撮像装置を用いた上記灌流測定はDynamic Contrast Enhanced CT（ＤＣＥ−ＣＴ）と呼ばれ、磁気共鳴イメージング装置を用いた上記灌流測定はDynamic Contrast Enhanced MRI（ＤＣＥ−ＭＲＩ）と呼ばれることがある。ＤＣＥ−ＣＴを例に上記灌流測定を説明すると、例えば以下の手順で実行される。
【０００４】
まず、被検体に造影剤がボーラス注入され、例えば１０枚から２５枚のＣＴスキャンが数秒間隔で実行され血管構造や臓器等に関するＣＴ値が測定される。上記ＣＴスキャンによって得られたＣＴ画像を用いて、造影前のＣＴ値を考慮することでＣＴ値を造影濃度に変換する。また、各位置における造影濃度を時間に対してプロットすることで、被検体内の任意の位置に関する時間―造影濃度曲線を取得することができる。
【０００５】
図１６は、時間―造影濃度曲線の一例を示す図である。象徴的に示した各透視２Ｄ画像から導かれる矢印で示されるように、曲線上の各点は、被検体内における同じ位置からの造影剤濃度を示す。
【０００６】
初期のコンピュータ断層撮像装置に関する研究は、時系列の２Ｄスライス画像を取得するものが通常であった。しかし、より最近では、マルチスライススキャナの出現により、時系列のボリューム画像が迅速に取得できるようになった。近年では、１回のガントリ回転で１６ｃｍまでの体軸方向の範囲（axial extent）をもつ高分解能ＣＴ画像を取得することができる３２０スライスＣＴスキャナが開発されている。これにより、曝射される総Ｘ線量を比較的小さくしながら、腎臓又は肝臓などを含む臓器全体の多数の連続的な画像を取得することが可能になった。
【０００７】
画像を取得する際において被検体が全体を通して全く移動せず、体内で臓器の位置が全く変化しない場合には、目的となる関心領域の位置を１回のスキャンで同定できる。また、同定された関心領域の位置は、他の全てのスキャンに自動的に活用可能である。これにより、時間−造影濃度曲線の結果を生成するのに必要とされる時間が大幅に削減される。しかし、現実には、呼吸により誘発される臓器の位置の変化により、画像に位置ずれが生じる。
【０００８】
被検体内の臓器の動き及び臓器の変形を減らすために現在、２つの方法が知られている。１つの方法では、被検体は、透視中にわたって息をこらえるように医師等から指示される。しかし、被検体は、病人、高齢者、あるいはその両方であることが多いため、透視撮像中に息をこらえ続けることは困難である。そのため、被検体は息を止め続けることができず、透視撮像中の或る時点（例えば息をこらえるのが不可能になった時点等）で呼吸を開始し、腹部の臓器について体軸方向の大きな動き及び臓器の形状の変形（しばしば３０ｍｍよりも大きい）を生じさせる。もう一つの方法では、被検体に規則的に且つ浅く呼吸をすることを求める。この場合、先の透視撮像中全体を通じて息をこらえる方法より腹部の臓器の動き又は臓器の変形が小さい。 不十分であるが他のアプローチとして、単純に、大きな臓器の動き及び臓器の変形が存在するボリューム画像を識別し無視する方法もある。自動ボリューム位置合わせを採用すれば、より良好なアプローチが提供される。自動位置合わせは、ほぼ２０年にわたってＤＣＥ−ＣＴにおいて、またＤＣＥ−ＭＲＩの関連する分野で広く用いられており、今では、幾つかの製造業者からそれらの時間に対する造影濃度を分析する機能の一部として入手可能である。
【０００９】
呼吸により誘発される被検体腹部の臓器の動き（すなわち、時間の経過とともに発生する臓器の呼吸に伴う位置の変化）は、やや複雑な形で腹部に影響を及ぼす。簡単に言えば、腹部の臓器（肝臓、腎臓、脾臓、膵臓など）は、呼吸によって誘発される横隔膜の上下の動きによって位置が変化し、ほぼ体軸（アキシャル）方向（Ｚ）に動く傾向がある。被検体の深い呼吸によって、冠状（コロナル）方向（Ｙ）のより小さい臓器の動きと、通常は矢状（サジタル）方向（Ｘ）の最も小さい臓器の動きを伴って、３０ｍｍ以上の全体的な体軸方向（Ｚ）の臓器の変位が引き起こされる。一般に、臓器が異なれば臓器の位置変化量及び臓器の変形の程度も異なる。通常の腹臥位にある被検体では、椎骨と後方の腹壁はほぼ位置変化及び臓器の変形がない。一方、被検体の前方の腹壁は、大抵、矢状方向に動く傾向がある。内部臓器の体軸方向の位置変化及び臓器の変形と、比較的位置変化がなく或いは変形が起こらない脊椎及び腹壁とは、所々で事実上不連続な境界を有するため、臓器は、腹壁の内面に沿って「スライド」するように見える。最後に、臓器は、それら自体剛体ではなく、臓器全体の運動に加えて、形状が微妙に変化することがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】William R. Crum, Derek L. G. Hill and David J. Hawkes. (2002). Information Theoretic Similarity Measures in Non-rigid Registration. Information Processing in Medical Imaging, 2732, 378-387
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
目的は、腹部の臓器の位置合わせを容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本実施形態に係る医用画像処理装置は、被検体を撮像した時系列の画像データから基準画像データを選択する選択部と、前記時系列の画像データに含まれる被検体領域を、第１の基準で抽出される第１の領域と、第２の基準で抽出される第２の領域とに分割する領域分割部と、前記基準画像データの前記第１の領域と、前記基準画像データ以外の前記第１の領域と、の間の位置合わせを実行する位置合わせ部と、前記位置合わせ後の各第１の領域と前記各第２の領域とを、時系列を対応させて結合させる領域結合部と、を具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る医用画像診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係り、図１の画像処理部の構成をより詳細に示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮像装置の外観図を示す図である。
【図４】本実施形態に係り、画像処理部が有する機能を有し、画像データを処理するためのコンピュータを概略的に示す図である。
【図５】本実施形態に係り、より詳細な図４のコンピュータの機能部のうちの幾つかを概略的に示す図である。
【図６】本実施形態に係る画像処理において実行されるステップの流れを示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係り、「腹腔領域」と「腹壁領域」との分割方法において実行さされるステップの流れを示すフローチャートである。
【図８】本実施形態に係るモルフォロジカル処理についての概念図である。
【図９】本実施形態に係り、腹部のボリュームデータをレンダリングすることにより得られた投影画像の一例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係り、時系列に取得されたボリュームデータが腹壁に関して分割された後でレンダリングされた投影画像の一例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係るワープフィールドを用いた画像の位置合わせの一例を示した図である。
【図１２】本実施形態に係るワープフィールドを用いた画像の位置合わせの他の例を示した図である。
【図１３】本実施形態に係り、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割される前のボリュームデータに対するパターンマッチングについて説明するための図である。
【図１４】本実施形態に係り、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割されたボリュームデータに対するパターンマッチングについて説明するための図である。
【図１５】本実施形態に係るコンピュータネットワークの一例を示す図である。
【図１６】従来からの、時間に対する造影濃度を表すグラフの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る医用画像診断装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。なお、本実施形態に係る医用画像診断装置とは、本実施形態において説明される画像処理機能を備えたＸ線コンピュータ断層撮像装置、Ｘ線診断装置、磁気共鳴イメージング装置、超音波診断装置、核医学診断装置のいずれであってもよい。また、本実施形態において後述される画像処理機能は、ワークステーションに代表される医用画像処理装置によって実現するようにしてもよい。以下の説明に置いては、説明を具体的にするため、医用画像診断装置がＸ線コンピュータ断層撮像装置である場合を例とする。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮像装置１の構成を示す図である。図１に示されるように、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置１は、スリップリング２、Ｘ線管球３、架台駆動部４、回転フレーム５、２次元検出器システム６、データ収集部（ＤＡＳ）７、非接触データ伝送部８、前処理部９、高電圧発生部１０、ホストコントローラ１１、記憶部１２、表示部１３、入力部１４、再構成部１５、システム制御部１６、ネットワーク通信部１７、画像処理部１８、を具備する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮像装置１の構成を示した図である。図１に示されているように、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置１は架台（ガントリ）を有する。
【００１７】
スリップリング２は、Ｘ線管球３を連続回転させるためのものである。スリップリング２は、導体金属でできており、ブラシを介してＸ線管球３へ電力を供給する。
【００１８】
架台は、円環又は円板状の回転フレーム５を回転可能に支持する。
【００１９】
Ｘ線管球３は、高電圧発生部１０からの高電圧の印加とフィラメント電流の供給を受けてＸ線を発生する。
【００２０】
架台駆動部４は、ホストコントローラ１１の制御に従って、天板保持機構を駆動可能である。
【００２１】
回転フレーム５には、撮像領域中に天板に配置された被検体を挟んで対向するようにＸ線管球３と、２次元検出器システム６とが取り付けられている。ここで、説明のため、回転フレーム５の回転軸をＺ軸、Ｘ線管球３の焦点と２次元検出器システム６の中心とを結ぶ撮像中心軸をＹ軸、ＹＺ軸に直交する軸をＸ軸と規定する。撮像時には、典型的には、被検体Ｐは、体軸がＺ軸に略一致するように撮像領域内に設置される。このＸＹＺ座標系は、Ｚ軸を回転中心とする回転座標系を構成する。
【００２２】
２次元検出器システム６は、マルチスライス型の場合、チャンネル方向（Ｘ軸）に複数のチャンネルを有する検出素子の列をスライス方向（Ｚ軸）に複数配列したものである。２次元アレイ型の場合、２次元検出器システム６は、チャンネル方向（Ｘ軸）とスライス方向（Ｚ軸）との両方向に関して緻密に分布される複数のＸ線検出素子を有する。
【００２３】
２次元検出器システム６には、データ収集部７（ＤＡＳ；data acquisition system）が接続される。
【００２４】
データ収集部７は、２次元検出器システム６の各チャンネルの電流信号を電圧に変換し、増幅し、デジタル信号に変換する。データ収集部７で収集されたデータ（純生データ）は、光や磁気を使った非接触型又はスリップリング型の非接触データ伝送部８を経由して、前処理部９に送られる。
【００２５】
前処理部９は、画像再構成の前に行うデータ処理を行う。すなわち、前処理部９は、純生データに対してチャンネル間の感度不均一を補正し、画像再構成に先立って、生データに変換する。データの対数を計算し、リファレンス検出器のデータを用いてＸ線の強度のばらつきを補正する（リファレンス補正）。また、必要に応じてビームハードニング補正、体動補正を行う。
【００２６】
高電圧発生部１０は、ホストコントローラ１１からの指示情報に従って、スリップリング２を介してＸ線管球３に高電圧を印加する。
【００２７】
ホストコントローラ１１は、図示しないＣＰＵ（central processing unit）及びメモリを含んでいる。ホストコントローラ１１は、入力装置からの指示に従って、高電圧発生部１０及び架台駆動部４等の動作を制御する。高電圧発生部１０の制御を行うことにより、回転フレーム５が一定の角速度で連続回転し、Ｘ線管球３から連続的又は一定角度毎にＸ線が発生される。
【００２８】
記憶部１２は、ネットワーク通信部１７から転送されたデータ、再構成部１５によって発生されたボリュームデータなどを被検体Ｐごとに記憶する。
【００２９】
表示部１３は、投影処理部１８５で投影処理された投影画像を表示する。
【００３０】
入力部１４は、ユーザーから各種指示、情報入力を受け付けるためのマウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスを有する。
【００３１】
再構成部１５は、前処理部９により補正を受けたデータ（投影データ、生データ）に基づいて、撮像時刻の異なる複数のボリュームデータファイル（時系列ボリュームデータファイル）を発生する。
【００３２】
システム制御部１６は、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置１の中枢として機能する。具体的には、システム制御部１６によりＸ線コンピュータ断層撮像装置１全体のハード制御が行われる。
【００３３】
ネットワーク通信部１７は、各規定に応じた通信制御を行う。ネットワーク通信部１７は、電話回線等の電気的通信回線を通じてＰＡＣＳ（医用画像通信保管システム）等に接続することができる機能を有している。
【００３４】
画像処理部１８は、図２に示す様に、プログラム部１８１、選択部１８２、領域分割部１８３、位置合わせ部１８４、投影処理部１８５、領域結合部１８６を具備する。
【００３５】
プログラム部１８１は、後述する本実施形態に係る画像処理を実施するためのプログラムを有する。このプログラムは、ユーザーが入力部１４からプログラム実行のためのコマンドを入力することにより、実行される。
【００３６】
選択部１８２は、撮像によって得られた時系列のボリュームデータから、入力部１４からの入力に応答して或いは自動的に、基準時刻に対応するボリュームデータを選択する。なお、基準時刻とは、関心領域内の血管が造影剤によって造影され始める前における任意の時刻である。基準時刻は、関心領域内の輝度値の変化等に基づいて装置が自動的に、或いはユーザーによる入力部１４からのマニュアル操作によって選択される。
【００３７】
領域分割部１８３は、時系列に取得されたボリュームデータのそれぞれを後述する第１の基準を有する第１の領域と第２の基準を有する第２の領域とに分割する。
【００３８】
領域分割部１８３は、時系列のボリュームデータのそれぞれを第１の基準を有する第１の領域と、第２の基準を有する第２の領域とに分割する。ここで、第１の基準とは、例えば呼吸等によって位置や形状が時間的に変化する変化量が所定の基準値以上であること判定するための基準であり、第１の領域とは、第１の基準を満たす領域である。また、第一の基準の別の例としては、例えば、骨などの部位をセグメンテーションなどにより抽出し、これとは独立して移動変形することを判定基準としても良い。第１の領域の典型例としては、腹腔領域等を挙げることができる。また、第２の基準とは、例えば呼吸等によって位置や形状が時間的に変化する変化量が所定の基準値以下であること判定するための基準であり、第２の領域とは、第２の基準を満たす領域である。また、第２の基準の別の例としては、例えば、骨などの部位をセグメンテーション等により抽出し、その移動と関連して移動変形することを判定基準としても良い。第２の領域の典型例としては、腹壁領域、脊椎等を挙げることができる。
【００３９】
領域分割部９３で分割された第１の領域と第２の領域に関するデータは記憶部１２に記憶される。
【００４０】
なお、基準ボリュームデータとは、前述した基準時刻で撮像されたボリュームデータである。
【００４１】
位置合わせ部１８４は、基準ボリュームデータの第１の領域と、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータの第１の領域とを位置合わせ（レジストレーション）する。
【００４２】
また、位置合わせ部１８４は、基準ボリュームデータの第２の領域と、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータの第２の領域と、を位置合わせ（レジストレーション）する。
【００４３】
尚、位置合わせとは、被検体の呼吸により変位及び変形が生じることにより基準ボリュームデータ以外のボリュームデータのある特定のボクセルの位置が、基準ボリュームデータのその特定のボクセルの位置から変動した場合、例えば、第１の領域について、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータのそのボクセルの位置を基準ボリュームデータのそのボクセルの位置に対応させることを言う。位置合わせでは、各ボクセルについて上記位置合わせを行う。
【００４４】
なお、第２の領域についての位置合わせは必ずしも行わなくても良く、第１の領域についてのみ位置合わせを行うとしても良い。
【００４５】
投影処理部１８５は、再構成部１５で得られたボリュームデータをレンダリングすることにより、投影画像を取得する。レンダリングとは、３次元の図形データを画面に表示する２次元画像に表現することである。レンダリングは、３次元から２次元への座標変換、見えない部分を消去する陰面消去、立体感を出すための陰影処理からなる。なお、レンダリングとしては、ボリュームレンダリングやサーフェスレンダリング、ボリュームレンダリング、及びサーフェスレンダリングでもよい。さらに、投影処理部１８５は、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）処理等を行う。
【００４６】
図３は、汎用スキャナ１９、特に、被検体２１の腹部領域のボリュームデータを得るためのコンピュータ断層撮像装置（ＣＴ）の外観図である。被検体の腹部が、スキャナ１９の円形開口部２０内に位置付けられる。被検体の腹部を含む一連の画像スライスが撮影される。撮像で得られた画像データは、スキャナ１９から導出され、例えば、２次元の５１２×５１２のサイズの画像を１０００枚取得する。取得された画像には、撮像対象となる被検体の腹部領域の断面が表現される。この取得されたスライス画像は、再構成部１５で組み合わされることにより、ボリュームデータが生成される。
【００４７】
ボリュームデータは、ボクセルの集まりである。ボクセル値は、Ｘ線の透過係数を反映した値を有し、Ｘ線の透過の程度を表す。したがって、ボリュームデータは、撮像対象の立体的な表現である。ユーザーは、入力部１４を操作することにより、投影方向を選択する。ボリュームデータは、ユーザーにより選択された投影方向に基づいて、投影画像（典型的にはコンピュータモニタ上に）を表示できる。
【００４８】
他のモダリティ（例えば、Ｘ線診断装置、磁気共鳴イメージング装置、ＰＥＴ、超音波診断装置等）は、それぞれ画像分解能（すなわちボクセルサイズ）が異なっている。撮像されたボリュームデータのサイズは、モダリティの性能にさらに依存することになる。しかし、以下の説明では、ボリュームデータを、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸によって定義される規則的なデカルト格子上に配列された５１２×５１２×３２０の１６ビットのボクセルを備えるものとして説明する。ボクセルは、各軸に沿って０．５ｍｍだけ離間されているとする。これは、腎臓、肝臓、腸、脾臓、又は膵臓のような注目の腹部の臓器を包含するために、２５ｃｍ×２５ｃｍ×１６ｃｍのボリュームサイズに対応する。再構成部１５により、ボリュームデータの面は、水平面、矢状面、及び冠状面となるように位置合わせされる。ｘｙ軸は水平面内にあり、ｘｚ軸は冠状面内にあり、ｙｚ軸は矢状面内にある。
【００４９】
図４は、画像処理部１８等が有する機能を有し、投影画像を生成するためにボリュームデータの処理を行うように構成された汎用コンピュータシステム３０を概略的に示す図である。汎用コンピュータ３０は、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置１内に設けられるとしても良いし、ワークステーション等であっても良い。
【００５０】
コンピュータ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２２と、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）２３と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２４と、ＧＦＸ２５と、ハードディスクドライブ２６と、ディスプレイドライバー２７と、ディスプレイ１３と、キーボード１４及びマウス１４を備えるユーザー入力／出力（ＩＯ）回路２８とを具備する。これらのデバイスは、共通のバス２９を介して接続される。
【００５１】
汎用コンピュータ３０はまた、共通のバス２９を介して接続されるグラフィックスカード３６を有する。この例において、グラフィックスカードは、ＡＴＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．Ｏｎｔａｒｉｏ Ｃａｎａｄａによって製造されたＲａｄｅｏｎ Ｘ８００ＸＴ ｖｉｓｕａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ（ビジュアル処理装置）である。グラフィックスカードは、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）と、ＧＰＵ（ＧＰＵメモリ）に緊密に結合されたランダムアクセスメモリ（図５には図示せず）とを具備する。
【００５２】
ＣＰＵ２２は、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、又はハードディスクドライブ２６内に格納されたプログラム命令を実行し、ＲＡＭ２４又はハードディスクドライブ２６内に格納することができるボリュームデータのボクセルと関連する信号値を処理することができる。ＲＡＭ２４とハードディスクドライブ２６は、集合的に、システムメモリと呼ばれる。ＧＰＵもまたプログラム命令を実行し、ＣＰＵから送信されたボリュームデータを処理することができる。
【００５３】
図５は、図４に示されたコンピュータシステムの機能部のうちの幾つかの構成要素を概略的に示す図である。ＲＡＭ２４とハードディスクドライブ２６は、集合的に、システムメモリ２８として示される。スキャナ１９から得られたボリュームデータは、システムメモリに格納される。
【００５４】
バス接続部４２ａ〜４２ｄが個別に図５に概略的に示される。第１のバス接続部４２ａは、システムメモリ２８とＣＰＵ２１との間を接続する。第２のバス接続部４２ｂは、ＣＰＵ２１とグラフィックスカード３６との間を接続する。第３のバス接続部４２ｃは、グラフィックスカード３６とディスプレイ１３との間を接続する。第４のバス接続部４２ｄは、ユーザＩ／Ｏ２７とＣＰＵ２１との間を接続する。ＣＰＵ２１は、ＣＰＵキャッシュ３７を具備する。グラフィックスカード３６は、ＧＰＵ３４とＧＰＵメモリ３５とを具備する。ＧＰＵ３４は、加速されたグラフィックス処理インターフェース３１、ＧＰＵキャッシュＩ／Ｏコントローラ２９、処理エンジン３３、及びディスプレイＩ／Ｏコントローラ３２を提供するための回路を具備する。処理エンジン３３は、時系列に撮像されたボリュームデータを処理し、且つこうした時系列に撮像されたボリュームデータを用いた投影処理を実行するために最適なプログラムが備えられる。
【００５５】
ユーザーは、例えば従来技術を用いてディスプレイ１３上に表示される選択肢のメニューを入力部１４（キーボードとマウス）を用いて入力することによりパラメータを設定する。
【００５６】
本実施形態に係る画像処理は、肝臓、いずれかの腎臓、脾臓、又は膵臓のような腹部の内部臓器等を対象とする時間に対する造影濃度の測定精度に大きく関わる。ＣＴスキャンすることにより得られた生データを再構成することによりボリューム画像を得、そのボリューム画像をレンダリングすることにより画像が得られる。Ｘ線画像のコントラストを明瞭にするために、通常、血液は、周囲組織よりも高いＸ線阻止能を有する造影剤で造影される。造影剤が関心領域内に流入するには、所定の時間を要する。このため、造影剤を用いた撮像プロセスにおいては、一定以上の時間が経過した後でないと、関心領域を対象として撮影される画像は造影剤の影響を受けない。この造影剤の影響が経時的に取得される画像列の途中で現れるように、撮像プロセスの初期段階の間に造影剤がボーラス投与される。造影剤としては、通常、ヨウ素が用いられる。
【００５７】
以下の説明は、時系列に撮像された多数のボリュームデータが、適切なＣＴスキャナ１９を用いて被検体から短い時間間隔で撮影され、且つシステムメモリ２８に格納されるものとして説明する。こうした時系列に撮像されたボリュームデータは、４Ｄデータと呼ばれることもある。また、この様に３次元デカルト座標上に配置されたボリュームデータを時系列に取得する撮像手法は、４Ｄ動的造影ＣＴ（ＤＣＥ−ＣＴ）と呼ばれることもある。２０１１年に開発された典型的なＤＣＥ−ＣＴでは、数１０枚のＣＴスキャン像、例えば約３０枚のスキャン画像が数秒間隔で取得される。該当する血管構造と臓器が各スキャンで識別され、それらのＣＴ値が測定される。列内の最初のスキャンは、造影剤の注入前に、又は少なくとも造影剤が注目の臓器に到達する前に行われる。これにより、高い阻止能の造影剤を用いることなく、位置合わせのための適切な基準ボリュームデータが取得できる。造影剤が注目の臓器内の血管に存在するスキャンでは、造影前のＣＴ値を考慮することで、ハンスフィールドユニット（ＨＵ）のＣＴ密度を造影剤濃度に変換することができる。各関心領域内における特定の部位における連続する濃度が時間に対してプロットされ、次いで、その部位に関するＣＴ−造影濃度曲線が取得できる。
【００５８】
本実施形態に係る４Ｄ―ＤＣＥ−ＣＴデータは、以下のように収集される。すなわち、本実施形態に係る画像処理方法は、時系列の低線量ＣＴスキャンを各々備える２２個のデータセットに（時系列のボリュームデータ）対して実行される。スキャンの数は１０から３０の範囲内であり、平均して１６スキャンである。
【００５９】
造影剤のボーラス注入後に、３２０検出器列ＣＴスキャナ（Ａｑｕｉｌｉｏｎ ＯＮＥ、Ｔｏｓｈｉｂａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ 登録商標）を用いて時系列の５１２×５１２×３２０ボリューム画像が取得される。Ｘ線管球３の設定は、透視撮像中全体にわたって管電圧８０ｋＶ、管電流２１０ｍＡである。時系列は、３秒間隔で１０回スキャン、その後、１０秒の休止期間、次いで、７秒間隔で３回スキャン、その後、１０秒の第２の休止期間、次いで再び７秒間隔でさらに３回スキャンである。スライス内のピクセル間隔は、撮像ごとに若干変化するが、典型的には約０．６５ｍｍであり、スライス間隔は０．５ｍｍである。ＣＴ再構成後に、各ボリューム画像の有効なサブセットは、高さ約１１ｃｍの中央円筒と、円筒の半径からボリュームの体軸方向末端における点まで先細になる円錐領域と、で構成され、１６ｃｍの全高である。有効なサブセットの外部にあるピクセルは、それらを有効なＣＴ値を有するものから区別するために、「パディング」値が割り当てられる。
【００６０】
画像は、低いＸ線線量を用いて生成される。その結果、再構成後に非常にノイズの多いものである。ノイズは、以下の方法によって推定される。画像の各画素は、最初にＸ方向に１ピクセルだけシフトされる。原画像の各画素値と１ピクセルだけシフトされた画像の各画素値との差分をとる（以下、差分された画像を差分画像と記載する。）。差分画像の各画素値をルート２で割ることにより、差分画像の標準偏差である、付加的な「ホワイト」ノイズが取得される。「ホワイト」ノイズは、ノイズ標準偏差の推定値であると仮定する。ほとんどの事例において、７０ハンスフィールドユニット（ＨＵ）程度のノイズ標準偏差値が観察される。比較のため、腎臓とその隣接する脂肪バックグラウンドとの間の強度差は、造影剤なしのスキャンにおいては１３０ＨＵ付近である、すなわち、信号対ノイズ比は非常に低く、２対１程度である。
【００６１】
有効な関心領域（ＲＯＩ；円筒＋２円錐、上述）の外部にある「パディング」ピクセルは、後述する臓器の位置合わせに対して影響を与えない。時系列のボリュームデータは、スキャンに存在する腹部のすべてを含み、且つ周囲空気とＣＴスキャナテーブルとが除外された腹部領域を表す。この時系列のボリュームデータは、閾値処理し、最も広い連結成分を選択し、２値画像の組合せにより数学的形態の算出を単純化することによって自動的に特定される。腹部領域の外部にあるピクセルはまた、後に詳述される位置合わせエンジンによって後述する画像処理から除外される。
【００６２】
本実施形態において、腹部の内部臓器（例えば肝臓、腎臓）に対する時間―造影濃度測定を行うためには、以下詳述する画像処理方法は必須である。その画像処理方法は、投影画像の基準ボリュームデータ以外の第１の領域を、基準ボリュームデータの第１の領域の位置に位置合わせをするのというものである。また、必要な場合には、本実施形態に係る画像処理は、基準ボリュームデータ以外の第２の領域の位置を基準ボリュームデータの第２の領域の位置に位置合わせを行うというものである。
【００６３】
しかし、時系列に取得された全ボリュームデータの全てについて非剛体位置合わせ（ボリュームデータ上の対象物同士の位置合わせを行うとともに、対象物同士のひずみを補正するもの。）を適用する全ボリューム非剛体位置合わせは、必ずあらゆる状況において良好に働くわけではない。
【００６４】
上述したように被検体が撮像プロセス中に息をこらえている間は、以下に詳述する基準ボリュームデータ以外の第１の領域の位置を基準ボリュームデータの第２の領域の位置への位置合わせが上手くいく。しかし、被検体によっては、撮像プロセス中にわたって息をこらえるのが不可能である。その場合、基準ボリュームデータ以外の例えば、第１の領域の位置を、基準ボリュームデータの位置へ位置合わせを行うことにより、アーチファクトが生ずる。被検体が撮像プロセス中にわたって息をこらえる方法とは別の方法として、被検体が撮像プロセス中にわたって浅い息をする方法も存在する。ここでは、腹部の臓器の移動はあまり顕著ではない。しかし、この場合においても、後に詳述するように例えば第１の領域の変形を考慮した位置合わせ処理である、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータの第１の領域を基準ボリュームデータの第１の領域の位置へ位置合わせする処理を行うことにより、投影画像にアーチファクトが依然として見られる。
【００６５】
本実施形態における主な根本的技術的課題は以下の２つである。
【００６６】
第１に、被検体の呼吸により、内部臓器は主として上−下（体軸）方向に大きく移動し（幾つかの事例では３０ｍｍよりも大きく移動）、脊椎、胸郭、骨盤、及び腹壁は、主として前−後（前額）方向に、腹部の臓器より少なく移動する傾向がある。
【００６７】
第２に、ＣＴスキャンができるだけ低線量で行われることにより、結果として、非常に高いノイズレベル（１５０ＨＵよりも大きいノイズ標準偏差が観察されている）を有する画像が取得される。高いレベルの画像ノイズは、後述する腹部の臓器の非剛体位置合わせ性能を劣化させることが知られている。
【００６８】
以下、基準ボリュームデータの腹部内の対象物の位置に、基準ボリュームデータ以外の腹部内の対応する対象物の位置を合わせる画像処理方法を説明する。図６は、本実施形態に係る画像処理において実行されるステップの流れを示したフローチャートである。Ｓ１１）ロード：時系列で撮像されたボリュームデータである４Ｄ画像データセット（時系列のボリュームデータ）が、例えばＸ線コンピュータ断層撮像装置１の記憶部１２、或いは被検体の画像の遠隔中央ファイル記憶装置から、コンピュータ上のメモリにロードされる。
【００６９】
Ｓ１２）分割：領域分割部１８３により、時系列の全ボリュームデータは、腹部を第１の領域（ここでは「腹腔領域」とする）と第２の領域（ここでは、腹壁＋胸郭、骨盤、及び脊椎の隣接する骨格特徴からなる「腹壁領域」とする）との２つの領域に分割するためにコンピュータに内蔵されたプログラムによって画像処理される。これは画像解析によって全自動でなされる。
【００７０】
Ｓ１３）位置合わせ：位置合わせ部１８４により、時系列における基準ボリュームデータ以外のボリュームデータ上の「腹腔領域」の位置が、基準ボリュームデータの「腹腔領域」に位置合わせされる。同様に、位置合わせ部１８４により、時系列における基準ボリュームデータ以外の「腹壁領域」位置が、基準ボリュームデータの「腹壁領域」位置に位置合わせされる。「腹腔領域」と「腹壁領域」とそれぞれにおいて剛体位置合わせが用いられる。なお、Ｓ１３において、剛体位置合わせの後、非剛体位置合わせが適用される場合もある。
【００７１】
なお、剛体位置合わせとは、対象物同士のひずみの補正は行うことになしに、ボリュームデータ上の対象物同士の位置と位置とを合わせる処理を言う。剛体位置合わせにおいては、一方、非剛体位置合わせとは、ボリュームデータ上の対象物同士の位置合わせとともに対象物同士の歪みも補正する処理を言う。
【００７２】
上述の剛体位置合わせ及び非剛体位置合わせの結果、例えば、基準ボリュームデータ以外の対象物の位置が、基準ボリュームデータの対象物の位置に一致する。
【００７３】
Ｓ１４）「腹腔領域」と「腹壁領域」との結合（merge, join or combine）：時系列に取得されたボリュームデータを用いて、領域結合部１８６により、基準ボリュームデータ以外の腹腔領域の位置が基準ボリュームデータの腹腔領域の位置に位置合わせされたボリュームデータ（第一のボリュームデータ）と、基準ボリュームデータ以外の腹壁領域の位置が基準ボリュームデータの腹壁領域の位置に位置合わせされたボリュームデータ（第二のボリュームデータ）と、を結合させる（以下、結合されたボリュームデータを結合ボリュームデータとして説明する。）。また、「腹壁領域」については、被検体の呼吸に伴って腹部の部分領域（例えば臓器等）が移動しないため、位置合わせを行わず、「腹腔領域」だけで位置合わせを行うとしても良い。その場合、「腹壁領域」については、特定の時刻のボリュームデータをユーザーが選択又は装置が自動で選択し、選択された「腹壁領域」を表すボリュームデータと、位置合わせされた「腹腔領域」を表すボリュームデータと、を結合させて結合ボリュームデータを取得するとしても良い。
【００７４】
Ｓ１５）記憶／表示：記憶部１２に組み合わされた位置合わせ済みの４Ｄ画像データセットが記憶される。また、表示部１３により、位置合わせされたボリュームデータの投影画像が表示される。
【００７５】
プログラムにより腹部の領域を「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割する方法（すなわち、ステップＳ１２において用いられる方法）を以下、図７を参照しながらより詳細に説明する。被検体の腹部が如何なる造影剤をも含有しなかったときに得られた基準ボリュームデータを選択する。このステップにおいて、骨格が強度閾値処理によって腹部の残りの領域から分離される（Ｓ２１）。
【００７６】
腹部に関して骨以外の他の組織から骨を区分するために１５０ＨＵ程度の閾値をボリューム全体に適用する（Ｓ２２）。
【００７７】
脊椎を分離するために幾つかの数学的形態の算出を適用する。これらは当業者にとって慣用される従来技術であり、より詳細な脊髄分離方法については後述する（Ｓ２３）。
【００７８】
以下でより詳細に説明されるように、他の数学的形態の算出を用いて、胸郭、骨盤骨を含む第１のシェル状の領域を特定する。（スキャンされたボリュームの体軸方向の位置に依存する）（Ｓ２４）。
【００７９】
空気バックグラウンドからすべての組織を分離するために−６００ＨＵ程度の第２の閾値をボリューム全体に適用する（Ｓ２５）。
【００８０】
以下でより詳細に説明されるように、幾つかの数学的形態の算出を適用することによって、第２のシェル状の領域を特定する。第２のシェル状の領域は、以下、「腹壁領域」と呼ぶ、皮膚、皮下脂肪、及び他の外部組織を備える（Ｓ２６）。
【００８１】
脊椎を分離するための数学的形態の算出の適切なシーケンスは以下の通りである。
【００８２】
図８は、本実施形態に適用されるモルフォロジカル処理を概念的に示す図である。モルフォロジカル処理を適用することにより、連結された領域７０と７２とが独立した領域に分離される。また、モルフォロジカル処理により独立した領域それぞれを膨張、縮小させることができる。なお、「膨張」とは、特定の領域を大きくする処理のことを指す（図８の後半の処理参照）。「縮小」とは、「膨張」とは反対に、ある領域が縮小することを指す。
【００８３】
・閾値により抽出された領域を慣用される従来技術であるモルフォロジカルプロセスによって、球形の構造要素を膨張（ダイレート）させ、椎骨を結合し且つあらゆる中空の骨を埋めるためにあらゆる内部の穴を埋める（穴埋め（fill））。なお、「穴埋め」とは、ある領域内に点在して存在するある領域以外の部分領域（空洞の領域）を埋めることを指す。
【００８４】
・モルフォロジカルプロセスによって結果として得られた領域を５ｍｍの球形の領域に縮小（エロード）させる。これにより脊椎から胸郭が分離される。
【００８５】
・モルフォロジカルプロセスによって、前のステップの結果における最も大きい連結成分を見出し、これを５ｍｍの球形の構造要素に膨張する。この結果、脊椎が僅かに平滑化される。
【００８６】
・脊椎の各２Ｄ体軸方向スライスをその埋められた最小包含凸多角形によって置き換える。この結果、脊椎領域のより平滑な領域がもたらされる。この結果を「脊椎領域マスク」と呼ぶ。本実施形態に記載の「構造要素」、「膨張」、「縮小」、「オープニング」、「クロージング」、及び「穴埋め（fill）」は、モルフォロジカル処理の際に用いられる用語である。なお、「クロージング」とは、「オープニング」の対義語であり、二つの領域を結合させる場合に用いられる用語である（図８参照）。
【００８７】
これらの用語は、標準的な「数学的形態」の用語及び「数学的形態」の算出である。テキストブックであるＳｅｒｒａ Ｊ．Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ、１９８２、ＩＳＢＮ ０１２６３７２４０３は、本実施形態に係る画像処理に適用される数学的形態の算出の詳細を提供する。ここに記載された数学的形態の算出方法が導入される。
【００８８】
以下、上述した第１のシェル状の領域、第２のシェル状の領域の抽出方法を詳述する。
【００８９】
第１のシェル状の領域（胸郭及び骨盤骨）を抽出するのに用いられる数学的形態の算出は、以下のように実施することができる。
【００９０】
・前述の第１の膨張ステップにおいて見出された、閾値よりも上のＣＴ値を有するクリーンアップ済み領域をとり、１ｍｍの球形の構造要素を用いてモルフォロジカルオープニング処理を行う。なお、「オープニング」とは、二つの連結された領域７０、領域７２を分離する処理のことを指す（図８参照）。
【００９１】
・上記で見出された脊椎領域を差し引く。結果として、胸郭、骨盤の領域を含む。
【００９２】
・胸郭、骨盤の領域に半径５ｍｍ、長さ（体軸方向に）４０ｍｍの円筒形の構造要素をずらし重ねする。これは、胸郭、骨盤を体軸方向に「垂下」するシェル状の「骨カーテン領域」に変換する。
【００９３】
・骨カーテン領域と脊椎領域との和集合をとる。これは、通常は腹腔ではなく腹壁の一部として含まれるべき骨領域を表す単一連結成分を含む。これは、以下では「骨マスク」と呼ばれる。
【００９４】
第２のシェル状の領域（皮膚、皮下脂肪、及び他の外部組織）を見出すのに用いられる数学的形態の算出は、１つの例において以下の通りである。
【００９５】
・閾値よりも上のＣＴ値を有する領域の最も広い連結成分を見出す。
【００９６】
・各体軸方向スライスを、埋められた最小包含凸多角形によって置き換える。これは、腸、肺の下部などにおける空隙を埋め、その結果、「腹部全体を表すマスク」が得られる。
【００９７】
・スキャナテーブル並びに周囲空気を含む体外の領域、「腹部全体を表す領域」の補集合をとる。この領域を２５ｍｍだけ膨張させる。その結果、この領域は体内に２５ｍｍ延びる。結果として得られる領域は、このとき、体外の２５ｍｍのシェル＋外部バックグラウンドのすべてを備え、「腹壁シェル」として知られている。（寸法の選択は所望どおりに変化されてもよいことが理解されよう。）
・骨領域と腹壁シェルとの和集合をとる。この和集合をとった結果として「腹壁＋胸郭、骨盤、及び脊椎の隣接する骨格特徴」を表す領域が得られる。和集合演算された骨マスクと腹壁シェル（マスク）を画像ボリューム全体から差し引く。結果として「腹腔」マスクが得られる。腹壁と腹腔には、このとき、交わりがなく、共にボリューム全体を構成する。
【００９８】
次に、腹壁に加えて隣接する骨格特徴と腹腔とが、それらの共通の境界に１５ｍｍ幅のスペースを広げることによって互いが分離される。詳細には、これは以下のようにして実現できる。「腹腔領域」は、最初に１５ｍｍの球形の構造要素を用いてオープニングされる。これにより、腹壁への小さな結合領域を除去することによってその境界を平滑化する。次いで、腹腔を１５ｍｍだけ膨張させ、次いでこれを上記で見出された腹部マスクから差し引くことによって、最終的な腹壁及び骨マスクが構築される。
【００９９】
結果は、平滑面を備えた１５ｍｍ幅のスペースによって分離された２つの領域である。第１の領域は、ほとんどすべての腹部の内部臓器（肝臓、腎臓、脾臓、膵臓、胆嚢、腸）を備える。この領域の臓器は、被検体の呼吸に伴って横隔膜が体軸方向に動き、その横隔膜の動きに応じて臓器の位置が大きく移動するとともに、臓器が変形しやすい。この複数の臓器（部分領域）を含む領域を「腹腔領域」と呼び以下説明する。第２の領域は、脊椎、胸郭、存在する場合には骨盤、骨格と皮膚との間のすべてのもの、及び残りの腹壁のほとんど（例えば骨を含まない前壁）を収容する。この領域に存在する骨、脊髄などの部位（部分領域）は、被検体の呼吸で位置がほとんど変化しない。この第２の領域を「腹壁領域」として以下説明する。
【０１００】
図９は、造影剤の存在なしにＣＴスキャンによって撮影された被検体の腹部のボリュームが投影処理された投影画像である。
【０１０１】
図１０は、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割した後のボリュームデータを、「腹壁領域」のみをマスクして投影処理することにより得られた「腹腔領域」のみを表す投影画像である。
【０１０２】
領域分割の後に、行われる画像処理ステップとしては、「腹腔領域」と「腹壁領域」２つの領域に分割された各時刻におけるボリュームデータを対象とし、それぞれのボリュームデータに含まれる臓器の位置が実質的に同じ位置となるように、腹腔領域に対応するデータと腹壁領域に対応するデータとを位置合わせする。当該位置合わせが行われた後、各領域に対応する二つのボリュームデータが結合される。
【０１０３】
位置合わせは、（「腹腔領域」及び「腹壁領域」）の２つの領域を対象として、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータ系列に対して実行される。基準ボリュームデータとは異なり、造影剤が関心領域に到達している時点の画像ボリューム（以下、「ターゲット」ボリュームと記載する。）の第１の領域及び第２の領域の位置と、基準ボリュームデータの第１の領域及び第２の領域の位置とが位置合わせされる。位置合わせは、変位を考慮に入れるために最初に「剛体」位置合わせを備える。また、任意選択でターゲットと基準ボリュームデータとの間のあらゆる僅かな回転を考慮に入れるために回転を備える。剛体位置合わせの後、軟組織の歪みに適応するために非剛体位置合わせを備える。一般に、位置合わせプロセスは、基準ボリュームデータとワープ処理（変形処理）されたターゲット又はフローティング（floating）ボリュームデータとの間の類似度測度を最大にしようとするものである。ワープ処理には、図１１及び図１２に示されるようなワープフィールドが用いられる。
【０１０４】
なお、ワープフィールドを端的に言えば、物体の２Ｄ形状、位置がどのように変動し得るかを表すものである。ワープフィールドの各ボクセルに対して長さと大きさを持つベクトル量のベクトルが設定される。本実施形態に係るこのベクトルは、特定のボクセルに対して、その特定のボクセルの位置から基準ボリュームデータの対応するボクセルの位置に戻す効果を有する。そのため、マクロ的な視点で見れば、ワープフィールドを用いた位置合わせを適用することにより、例えば基準ボリュームデータ以外のボリュームデータの「腹腔領域」の位置及び形状が基準ボリュームデータの位置及び形状に一致する。なお、２つのデータを統合する場合、境界領域においてデータが連続性を保つように（ワープフィールドによるデータの変動がなめらかになるように）ワープフィールドを定義することが好ましい。
【０１０５】
類似度測度は、例えば、相互情報量（ＭＩ）又は正規化相互情報量（ＮＭＩ）であってもよい。類似度測度の解説は、論文、例えばＣｒｕｍ Ｗ．Ｒ．、Ｈｉｌｌ Ｄ．Ｌ．Ｇ．、Ｈａｗｋｅｓ Ｄ．Ｊ．、（２００３）、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ ｎｏｎ−ｒｉｇｉｄ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ、ＩＰＭＩ−２００３、ｐｐ．３７８〜３８７の文献中のどこかで見出すことができる。ここに記載された技術内容の全体が本実施形態に係る画像処理に組み入れられる。位置合わせコードは、現代のマルチコアＰＣ上での迅速な実行のために最適化された。
【０１０６】
２つの「腹腔領域」及び「腹壁領域」領域それぞれの位置合わせをするために「腹腔領域」と「腹壁領域」それぞれに対して２つのワープフィールドが適用される。
【０１０７】
図１１は、「腹腔領域」と「腹壁領域」との２つの領域それぞれについてワープフィールドを適用し、ボリュームデータでの「腹腔領域」及び「腹壁領域」の位置合わせについての概念図である。まず、上述したように、腹部を表す画像が、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割される。
【０１０８】
「腹腔領域」について、基準ボリュームデータ以外の全ボリュームデータの「腹腔領域」の位置を基準ボリュームデータの「腹腔領域」の位置に位置合わせをするために、ワープフィールド１が用いられる。同様に、「腹壁領域」について、基準ボリュームデータ以外の全ボリュームデータの「腹壁領域」の位置を基準ボリュームデータの「腹壁領域」の位置に位置合わせをするために、ワープフィールド２が用いられる。また、２つのワープフィールドを１つの単一ワープフィールドに結合させることもできる。しかし、単一ワープフィールドを用いて位置及び形状を合わせることにより、ギャップ、引裂き（tear）、折り重なり（fold）、及び閉塞（occlusion）のようなアーチファクトの生じる画像が出力されることがある。
【０１０９】
代わりに、縮小された領域上に画定されたワープフィールドのサブセットが一貫する（すなわち、ギャップ、引裂き、折り重なり、又は閉塞がない）まで２つのマスクを縮小し、次いで、縮小された領域中に一貫した方法で２つのワープフィールドを適用するとしても良い。
【０１１０】
これを実施する１つの具体的な方法は、前に言及した１５ｍｍギャップである、２つの領域の間のギャップに、２つのワープフィールドの距離−変換−加重伝播を適用することである。
【０１１１】
図１２は、図１１とは異なり、２つのワープフィールドを結合させ、１つのワープフィールドを得てから画像の位置合わせを行う処理を模式的に示した図である。上述した方法を用いて、腹部の領域が、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割される。次に、「腹腔領域」の位置合わせのためのワープフィールド１を発生させる。同様に、「腹壁領域」の位置合わせのためのワープフィールド２を発生させる。２つの発生されたワープフィールド１及びワープフィールド２を１つに結合させ、ワープフィールド３を発生させる。１つに結合されたワープフィールド３を用いて、基準ボリュームデータ以外の全ボリュームデータの「腹腔領域」の位置及び歪みが、基準ボリュームデータの「腹腔領域」の位置及び歪みに一致させる。同様に、必要な場合には、基準ボリュームデータ以外の全ボリュームデータの「腹壁領域」の位置及び歪みが、基準ボリュームデータの「腹壁領域」の位置及び歪みに一致する。非剛体位置合わせを適用する前に剛体位置合わせステップから２つのマスク上で得られたワープフィールドを結合し、次いで、結合された１つのワープフィールドを用いて（seeded）非剛体位置合わせをボリューム全体に適用するとしても良い。腹腔の臓器の位置合わせが背骨等の腹部の残りの領域と「ブレンド（blended）」されるこの手法は、以下の２つの論文、すなわち、
・Ｚｈｕａｎｇ Ｘ．、Ｈａｗｋｅｓ Ｄ．Ｊ．、Ｃｒｕｍ Ｗ．Ｒ．、Ｂｏｕｂｅｒｔａｋｈ Ｒ．、Ｕｒｉｂｅ Ｓ．、Ａｔｋｉｎｓｏｎ Ｄ．、Ｂａｔｃｈｅｌｏｒ Ｐ．、Ｓｃｈａｅｆｆｔｅｒ Ｔ．、Ｒａｚａｖｉ Ｒ．、Ｈｉｌｌ Ｄ．Ｌ．Ｇ．、（２００８）、Ｒｏｂｕｓｔ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｒｄｉａｃ ＭＲＩ ｉｍａｇｅｓ ａｎｄ ａｔｌａｓ ｆｏｒ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、ＳＰＩＥ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、ｖｏｌ．６９１４、ｐｐ．７、
・Ｐａｒｋ Ｈ．、Ｂｌａｎｄ Ｐ．Ｈ．、Ｍｅｙｅｒ Ｃ．Ｒ．、Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ａｂｄｏｍｉｎａｌ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ Ａｔｌａｓ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＥＤＩＣＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ、ＶＯＬ．２２、ＮＯ．４、２００３年４月、ｐｐ．４８３〜４９２、
で説明された手法を用いて組み入れることができる。
【０１１２】
図１３は、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割される前のボリュームデータに対するパターンマッチングについて説明するための図である。ここで、ワープフィールドを用いた画素毎のパターンマッチングを適用する領域が図１３の点線４３で示されるように「腹腔領域」と「腹壁領域」とにまたがっている場合、パターンマッチングが上手くいかないため「腹腔領域」及び「腹壁領域」の位置及び形状合わせが上手くいかない。
【０１１３】
図１４は、本実施形態に係り、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割された後のボリュームデータに対するパターンマッチングについて説明するための図である。上述した方法により、「腹腔領域」の臓器４０と「腹壁領域」の臓器４２とが上述した領域分割方法によって領域分割される。領域分割された場合、ワープフィールドを用いた画素毎のパターンマッチングが適用される領域が図１４の点線４３で示されるように、「腹腔領域」と「腹壁領域」とで別々になるため、腹部の臓器の位置合わせが上手くいく。
【０１１４】
本技術分野に属する知識及び技能を有する者は、２つのワープフィールドを結合するための技術に精通しており、そのため、結合するために前述の方法又は幾つかの他の代替的方法のいずれかを用いることができる。
【０１１５】
本実施形態に係る画像処理方法は、さらに上記で言及された２２個のデータセットに対して十分に実施されており、各々は腹部の平均約１８回の連続するＣＴスキャンを備える。本明細書に記載の方法は、病院環境内で用いることができる。この場合、本実施形態に係る画像処理方法は、独立型のソフトウェアアプリケーション、又は画像保存通信システム（ＰＡＣＳ）と一体化することができる。ＰＡＣＳは、各種の画像診断機器によって得られる画像をデジタルで保管・通信・表示・読影できるシステムである。例えば、画像は、ＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）形式で格納されてもよい。各画像は、同じくアーカイブに格納される被検体の氏名及び生年月日のような関連する被検体情報を有する。アーカイブは、病院施設の至る所でユーザーが必要な場合に被検体データにアクセスし且つ処理することができるように、多数のワークステーションを備えたコンピュータネットワークに接続される。加えて、施設から遠いユーザーがインターネット上でアーカイブにアクセスすることを許可されてもよい。
【０１１６】
本実施形態との関連で複数の画像ボリュームデータセットは、ＰＡＣＳアーカイブに格納することができる。本実施形態に係るボリュームデータセットのうちのユーザーによって選択されたボリュームデータセットは、コンピュータネットワークを介してアーカイブに接続されたワークステーション上で提供される。放射線科医、立会い医、又は研究員のようなユーザーは、これにより、本発明を具体化する方法を用いて、ワークステーションからあらゆるボリュームデータセットにアクセスし、動画又は注目の特定の段階における心臓等の特徴を表す静止画像を生成し、且つ表示することができる。
【０１１７】
図１５は、本実施形態に係るコンピュータネットワークを示す。ネットワーク１５０は、病院１５２内のローカルエリアネットワークを備える。病院１５２は、ローカルエリアネットワークを介して、関連する記憶デバイス１５８を有する病院のコンピュータサーバー１５６へのアクセスを可能とする多数のワークステーション１５４が備え付けてある。ＰＡＣＳアーカイブは、ワークステーション１５４のいずれかからアーカイブにおけるデータにアクセスすることができるように記憶デバイス１５８上に格納される。ワークステーション１５４は、グラフィックスカード及び本実施形態記載の方法をコンピュータで実行するためのソフトウェアへのアクセスが可能である。ソフトウェアは、１つのワークステーション１５４若しくは各ワークステーション１５４に格納されてもよい。又、必要とされるときにネットワーク１５０上でワークステーション１５４にダウンロードされてもよい。また、端末として動作するワークステーション１５４によりコンピュータサーバ上で実行されるように設計されても良い。例えば、ワークステーション１５４は、所望の画像データセットを定義するユーザー入力を受信し、システム内のどこかでボリュームレンダリングが行われる間に、結果として得られた画像を表示するように構成されてもよい。また、多数の医療撮像デバイス１６０、１６２、１６４、１６６が病院のコンピュータサーバ１５６に接続される。
【０１１８】
デバイス１６０、１６２、１６４、１６６で収集された画像データは、記憶デバイス１５６上のＰＡＣＳアーカイブの中に直接格納することができる。したがって、医学的な緊急事態の場合に迅速な診断を可能とするために、対応するボリュームデータが記録された直後に被検体の画像をレンダリングし、閲覧することができる。ローカルエリアネットワークは、ＰＡＣＳアーカイブへのリモートアクセスを可能にする、病院のインターネットサーバー１７０によって、インターネット１６８に接続される。これは、例えば被検体が移動される場合に、又は外部での研究が行われることを可能にするために、データのリモートアクセスと病院の間でのデータの転送のために役立つ。
【０１１９】
本実施形態において、データキャリア上に又はメモリ内に格納するためのコンピュータプログラムコードを採用するコンピュータ実装は、コンピュータシステムのＣＰＵ及びＧＰＵの動作を制御するのに用いることができる。コンピュータプログラムは、適切なキャリア媒体、例えば、ソリッドステートメモリ、磁気ディスク、光ディスク、又は光磁気ディスク、或いはテープベースの媒体のような記憶媒体上に供給することができる。代替的に、コンピュータプログラムは、伝送媒体、例えば電話、無線、又は光チャネルのようなキャリアを伴う媒体上に供給することができる。
【０１２０】
方法を実施するための機械可読命令を搭載したコンピュータプログラム製品が開示される。
【０１２１】
方法を実施するための機械可読命令がロードされ且つこれを実行するために動作可能なコンピュータが開示される。
【０１２２】
コンピュータプログラム製品が開示される。前述の方法を実施するための機械可読命令を搭載したコンピュータプログラム製品の例は、図４の大容量記憶デバイスＨＤＤ２６、図４のＲＯＭ２３、図４のＲＡＭ２４、及び図５のシステムメモリ２８、並びに図１５のサーバ１５６又は１７０である。コンピュータプログラム製品の他の形態は、ＣＤ又はＤＶＤのような回転するディスクベースの記憶デバイス、或いはＵＳＢフラッシュメモリデバイスを含む。
【０１２３】
前述の方法を実施するための機械可読命令がロードされ且つこれを実行するために動作可能なコンピュータの例は、医療撮像デバイス１６０、１６２、１６４、又は１６６を備えた端末１５４若しくはコンピュータの１つ又は複数と組み合わされた、図４のコンピュータ、図５のコンピュータ、及び個々の要素、例えば端末１５４、又は図１５に示されたコンピュータネットワークシステムの集合的な多数の要素、例えばサーバ１５６又は１７０である。
【０１２４】
前述の方法を実施するための機械可読命令を搭載したコンピュータプログラム製品の例は、図４の大容量記憶デバイスＨＤＤ２６、図４のＲＯＭ２３、図４のＲＡＭ２４、及び図５のシステムメモリ２８、並びに図１５のサーバ１５６又は１７０である。コンピュータプログラム製品の他の形態は、ＣＤ又はＤＶＤのような回転するディスクベースの記憶デバイス、或いはＵＳＢフラッシュメモリデバイスを含む。
【０１２５】
本発明の実施形態は、ボリュームレンダリング用途における構成要素として本実施形態に記載の方法及び関連するコンピュータプログラムを組み入れるとしても良い。
【０１２６】
コンピュータ支援断層撮影法（ＣＴ）スキャナによって収集された３Ｄボリュームデータを参照して方法が説明されているが、多様な画像取り込みデバイス及び多様なオブジェクトから得られた他の３Ｄ及び４Ｄ又はより高次元のデータセットの撮像に、より一般に適用可能である。
【０１２７】
なお、本実施形態をコンピュータ断層撮像装置１として説明したが、これに限られず、例えば、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ、特にＤＣＥ−ＭＲＩ、超音波スキャナ、及び陽電子放射型断層撮影法（ＰＥＴ）システムによって収集されたボリュームデータに適用されてもよい。
【０１２８】
ボリュームデータは、一般に大きく、０．５ギガバイトから８ギガバイトまでの間のサイズは珍しくない。例えば、ボリュームデータは、約１ギガバイトのデータに対応する１０２４×１０２４×３２０の１６ビットのボクセルを備えてもよい。このボリュームデータを用いて、１０２４×１０２４の１６ビットのピクセルを備える画像がレンダリングされてもよい。
【０１２９】
要約すれば、本実施形態に係る画像処理方法は、「腹壁領域」からの「腹腔領域」の分離と、これに続く、２つのサブボリュームの個別の位置合わせを含む。
【０１３０】
より詳細には、本実施形態に係る画像処理方法は以下の方法からなる。
【０１３１】
（ａ）例えば、ＧＰＵメモリ３５、システムメモリ２８、ＨＤＤ２６、病院のコンピュータサーバー１５６、又はその関連する記憶デバイス１５８のようなメモリデバイスから被検体の腹部の少なくとも一部の臓器を含むボリュームデータが時系列で撮影されることにより取得された複数のボリュームデータを備える４Ｄ画像データセットにアクセスする。
【０１３２】
（ｂ）例えばＣＰＵ２２又はＧＰＵ２９のようなプロセッサ上で走る命令によりボリュームデータのうちの１つを基準ボリュームデータとして選択する。
【０１３３】
（ｃ）例えばＣＰＵ２２又はＧＰＵ２９のようなプロセッサ上で走る命令により基準ボリュームデータを腹壁内部の「腹腔領域」と、腹壁及び外的に隣接する解剖学的特徴を含む腹腔以外の「腹壁領域」との２つの領域に分割する。
【０１３４】
（ｄ）例えばＣＰＵ２２又はＧＰＵ２９のようなプロセッサ上で走る命令によりターゲットボリュームデータの「腹腔領域」それぞれの臓器の位置を、第１のワープフィールドを用いて、基準ボリュームデータの「腹腔領域」の臓器の位置に位置合わせを行う。
【０１３５】
（ｅ）例えばＣＰＵ２２又はＧＰＵ２９のようなプロセッサ上で走る命令により「腹壁領域」の各臓器の位置を第２のワープフィールドを用いて、基準画像データの「腹壁領域」の各臓器の位置に位置合わせを行う。
【０１３６】
（ｆ）位置合わせされた「腹腔領域」を表すボリュームデータと「腹壁領域」を表すボリュームデータとを結合させる。
【０１３７】
（ｇ）「腹腔領域」を表すサブボリュームデータと「腹壁領域」を表すサブボリュームデータとを分割し、分割された「腹腔領域」と「腹壁領域」とそれぞれに対してワープフィールドを適用することにより、それぞれ２つの領域を表すサブボリュームデータで位置合わせが行われ、位置合わせ後の２つの領域を表すサブボリュームデータを結合させる方法を上記に詳述した。幾つかの実施形態において、４Ｄ画像データセットは、造影剤が被検体に導入された状態で取得される。透視撮像期間中の途中から、造影剤によって影響されるボクセルを有する時系列のボリュームデータが取得される。また、基準ボリュームデータは、そのボクセルが造影剤の影響を受けない。腹部を「腹腔領域」と「腹壁領域」とに装置が自動で分割し、分割された「腹腔領域」と「腹壁領域」それぞれに対して画像上の腹部の臓器の位置合わせを行う。「腹腔領域」は、被検体の呼吸に伴い横隔膜が体軸方向に大きく動くため、臓器の位置が体軸方向に沿って大きく変化する。一方、「腹壁領域」は、被検体の呼吸にほとんど関係せず、位置が変化しない。このように、臓器の位置が移動しやすい領域と、臓器の位置が移動しにくい領域に分割し、それぞれの領域毎に上述の画像処理を行うことにより、従来技術では困難であった臓器の位置合わせが容易となり、精度の良い位置合わせを行う医用画像診断装置１を提供することができる。これにより、アーチファクトが低減された画像を提供することができる。また、精度の高い位置合わせされた画像データを取得することにより、精度の高い灌流測定結果を取得することができる。
【０１３８】
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。
【符号の説明】
【０１３９】
１…医用画像診断装置、２…スリップリング、３…Ｘ線管球、４…架台駆動部、５…回転フレーム、６…２次元検出器システム、７…データ収集部（ＤＡＳ）、８…非接触データ伝送部、９…前処理部、１０…高電圧発生部、１１…ホストコントローラー、１２…記憶部、１３…表示部、１４…入力部、１５…再構成部、１６…システム制御部、１７…ネットワーク通信部、１８…画像処理部、１８１…プログラム部、１８２…選択部、１８３…領域分割部、１８４…位置合わせ部、１８５…投影処理部、１９…ＣＴスキャナ、２０…円形開口部、２１…被検体、２２…ＣＰＵ、２３…ＲＯＭ、２４…ＲＡＭ、２５…ＧＦＸ、２６…ＨＤＤ、２７…ディスプレードライバー、２８…ユーザーＩ／Ｏ、２９…バス、３０…画像処理装置、３１…グラフィックス処理インターフェース、３２…ＤＩＳＰ.Ｉ／Ｏ、３３…処理エンジン、３４…ＧＰＵ、３５…ＧＰＵメモリー、３６…グラフィックスカード、３７…ＣＰＵキャッシュ、４０…臓器、４１…領域分割線、４２…「腹腔」領域、４３…パターンマッチング対象領域、７０…第一の連結領域、７２…第二の連結領域、１５０…ネットワーク、１５２…病院、１５４…ワークステーション、１５６…コンピュータサーバー、１５８…記憶デバイス、１６０…医療撮像デバイス、１６２…医用撮像デバイス、１６４…医療撮像デバイス、１６６…医療撮像デバイス、１６８…インターネット、１７０…インターネットサーバー、１８１…プログラム部、１８２…選択部、１８３…領域分割部、１８４…位置合わせ部、１８５…投影処理部、１８６…領域結合部
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、医用画像処理装置及び医用画像診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療分野では、３次元（３Ｄ）画像データセット、すなわちボリューム画像データセットが、コンピュータ支援断層撮影法（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）、超音波及び陽電子放射型断層撮影法（ＰＥＴ）を含む、当該分野でモダリティと呼ばれる種々の技術によって収集される。
【０００３】
長年の間、時系列の３次元画像を利用した腹部の臓器における灌流測定が研究されている。コンピュータ断層撮像装置を用いた上記灌流測定はDynamic Contrast Enhanced CT（ＤＣＥ−ＣＴ）と呼ばれ、磁気共鳴イメージング装置を用いた上記灌流測定はDynamic Contrast Enhanced MRI（ＤＣＥ−ＭＲＩ）と呼ばれることがある。ＤＣＥ−ＣＴを例に上記灌流測定を説明すると、例えば以下の手順で実行される。
【０００４】
まず、被検体に造影剤がボーラス注入され、例えば１０枚から２５枚のＣＴスキャンが数秒間隔で実行され血管構造や臓器等に関するＣＴ値が測定される。上記ＣＴスキャンによって得られたＣＴ画像を用いて、造影前のＣＴ値を考慮することでＣＴ値を造影濃度に変換する。また、各位置における造影濃度を時間に対してプロットすることで、被検体内の任意の位置に関する時間―造影濃度曲線を取得することができる。
【０００５】
図１６は、時間―造影濃度曲線の一例を示す図である。象徴的に示した各透視２Ｄ画像から導かれる矢印で示されるように、曲線上の各点は、被検体内における同じ位置からの造影剤濃度を示す。
【０００６】
初期のコンピュータ断層撮像装置に関する研究は、時系列の２Ｄスライス画像を取得するものが通常であった。しかし、より最近では、マルチスライススキャナの出現により、時系列のボリューム画像が迅速に取得できるようになった。近年では、１回のガントリ回転で１６ｃｍまでの体軸方向の範囲（axial extent）をもつ高分解能ＣＴ画像を取得することができる３２０スライスＣＴスキャナが開発されている。これにより、曝射される総Ｘ線量を比較的小さくしながら、腎臓又は肝臓などを含む臓器全体の多数の連続的な画像を取得することが可能になった。
【０００７】
画像を取得する際において被検体が全体を通して全く移動せず、体内で臓器の位置が全く変化しない場合には、目的となる関心領域の位置を１回のスキャンで同定できる。また、同定された関心領域の位置は、他の全てのスキャンに自動的に活用可能である。これにより、時間−造影濃度曲線の結果を生成するのに必要とされる時間が大幅に削減される。しかし、現実には、呼吸により誘発される臓器の位置の変化により、画像に位置ずれが生じる。
【０００８】
被検体内の臓器の動き及び臓器の変形を減らすために現在、２つの方法が知られている。１つの方法では、被検体は、透視中にわたって息をこらえるように医師等から指示される。しかし、被検体は、病人、高齢者、あるいはその両方であることが多いため、透視撮像中に息をこらえ続けることは困難である。そのため、被検体は息を止め続けることができず、透視撮像中の或る時点（例えば息をこらえるのが不可能になった時点等）で呼吸を開始し、腹部の臓器について体軸方向の大きな動き及び臓器の形状の変形（しばしば３０ｍｍよりも大きい）を生じさせる。もう一つの方法では、被検体に規則的に且つ浅く呼吸をすることを求める。この場合、先の透視撮像中全体を通じて息をこらえる方法より腹部の臓器の動き又は臓器の変形が小さい。 不十分であるが他のアプローチとして、単純に、大きな臓器の動き及び臓器の変形が存在するボリューム画像を識別し無視する方法もある。自動ボリューム位置合わせを採用すれば、より良好なアプローチが提供される。自動位置合わせは、ほぼ２０年にわたってＤＣＥ−ＣＴにおいて、またＤＣＥ−ＭＲＩの関連する分野で広く用いられており、今では、幾つかの製造業者からそれらの時間に対する造影濃度を分析する機能の一部として入手可能である。
【０００９】
呼吸により誘発される被検体腹部の臓器の動き（すなわち、時間の経過とともに発生する臓器の呼吸に伴う位置の変化）は、やや複雑な形で腹部に影響を及ぼす。簡単に言えば、腹部の臓器（肝臓、腎臓、脾臓、膵臓など）は、呼吸によって誘発される横隔膜の上下の動きによって位置が変化し、ほぼ体軸（アキシャル）方向（Ｚ）に動く傾向がある。被検体の深い呼吸によって、冠状（コロナル）方向（Ｙ）のより小さい臓器の動きと、通常は矢状（サジタル）方向（Ｘ）の最も小さい臓器の動きを伴って、３０ｍｍ以上の全体的な体軸方向（Ｚ）の臓器の変位が引き起こされる。一般に、臓器が異なれば臓器の位置変化量及び臓器の変形の程度も異なる。通常の腹臥位にある被検体では、椎骨と後方の腹壁はほぼ位置変化及び臓器の変形がない。一方、被検体の前方の腹壁は、大抵、矢状方向に動く傾向がある。内部臓器の体軸方向の位置変化及び臓器の変形と、比較的位置変化がなく或いは変形が起こらない脊椎及び腹壁とは、所々で事実上不連続な境界を有するため、臓器は、腹壁の内面に沿って「スライド」するように見える。最後に、臓器は、それら自体剛体ではなく、臓器全体の運動に加えて、形状が微妙に変化することがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】William R. Crum, Derek L. G. Hill and David J. Hawkes. (2002). Information Theoretic Similarity Measures in Non-rigid Registration. Information Processing in Medical Imaging, 2732, 378-387
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
目的は、腹部の臓器の位置合わせを容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本実施形態に係る医用画像処理装置は、被検体を撮像した時系列の画像データから基準画像データを選択する選択部と、前記時系列の画像データに含まれる被検体領域を、第１の基準で抽出される第１の領域と、第２の基準で抽出される第２の領域とに分割する領域分割部と、前記基準画像データの前記第１の領域と、前記基準画像データ以外の前記第１の領域と、の間の位置合わせを実行する位置合わせ部と、前記位置合わせ後の各第１の領域と前記各第２の領域とを、時系列を対応させて結合させる領域結合部と、を具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態に係る医用画像診断装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係り、図１の画像処理部の構成をより詳細に示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮像装置の外観図を示す図である。
【図４】本実施形態に係り、画像処理部が有する機能を有し、画像データを処理するためのコンピュータを概略的に示す図である。
【図５】本実施形態に係り、より詳細な図４のコンピュータの機能部のうちの幾つかを概略的に示す図である。
【図６】本実施形態に係る画像処理において実行されるステップの流れを示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係り、「腹腔領域」と「腹壁領域」との分割方法において実行さされるステップの流れを示すフローチャートである。
【図８】本実施形態に係るモルフォロジカル処理についての概念図である。
【図９】本実施形態に係り、腹部のボリュームデータをレンダリングすることにより得られた投影画像の一例を示す図である。
【図１０】本実施形態に係り、時系列に取得されたボリュームデータが腹壁に関して分割された後でレンダリングされた投影画像の一例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係るワープフィールドを用いた画像の位置合わせの一例を示した図である。
【図１２】本実施形態に係るワープフィールドを用いた画像の位置合わせの他の例を示した図である。
【図１３】本実施形態に係り、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割される前のボリュームデータに対するパターンマッチングについて説明するための図である。
【図１４】本実施形態に係り、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割されたボリュームデータに対するパターンマッチングについて説明するための図である。
【図１５】本実施形態に係るコンピュータネットワークの一例を示す図である。
【図１６】従来からの、時間に対する造影濃度を表すグラフの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本実施形態に係る医用画像診断装置を説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。なお、本実施形態に係る医用画像診断装置とは、本実施形態において説明される画像処理機能を備えたＸ線コンピュータ断層撮像装置、Ｘ線診断装置、磁気共鳴イメージング装置、超音波診断装置、核医学診断装置のいずれであってもよい。また、本実施形態において後述される画像処理機能は、ワークステーションに代表される医用画像処理装置によって実現するようにしてもよい。以下の説明に置いては、説明を具体的にするため、医用画像診断装置がＸ線コンピュータ断層撮像装置である場合を例とする。
【００１５】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮像装置１の構成を示す図である。図１に示されるように、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置１は、スリップリング２、Ｘ線管球３、架台駆動部４、回転フレーム５、２次元検出器システム６、データ収集部（ＤＡＳ）７、非接触データ伝送部８、前処理部９、高電圧発生部１０、ホストコントローラ１１、記憶部１２、表示部１３、入力部１４、再構成部１５、システム制御部１６、ネットワーク通信部１７、画像処理部１８、を具備する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮像装置１の構成を示した図である。図１に示されているように、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置１は架台（ガントリ）を有する。
【００１７】
スリップリング２は、Ｘ線管球３を連続回転させるためのものである。スリップリング２は、導体金属でできており、ブラシを介してＸ線管球３へ電力を供給する。
【００１８】
架台は、円環又は円板状の回転フレーム５を回転可能に支持する。
【００１９】
Ｘ線管球３は、高電圧発生部１０からの高電圧の印加とフィラメント電流の供給を受けてＸ線を発生する。
【００２０】
架台駆動部４は、ホストコントローラ１１の制御に従って、天板保持機構を駆動可能である。
【００２１】
回転フレーム５には、撮像領域中に天板に配置された被検体を挟んで対向するようにＸ線管球３と、２次元検出器システム６とが取り付けられている。ここで、説明のため、回転フレーム５の回転軸をＺ軸、Ｘ線管球３の焦点と２次元検出器システム６の中心とを結ぶ撮像中心軸をＹ軸、ＹＺ軸に直交する軸をＸ軸と規定する。撮像時には、典型的には、被検体Ｐは、体軸がＺ軸に略一致するように撮像領域内に設置される。このＸＹＺ座標系は、Ｚ軸を回転中心とする回転座標系を構成する。
【００２２】
２次元検出器システム６は、マルチスライス型の場合、チャンネル方向（Ｘ軸）に複数のチャンネルを有する検出素子の列をスライス方向（Ｚ軸）に複数配列したものである。２次元アレイ型の場合、２次元検出器システム６は、チャンネル方向（Ｘ軸）とスライス方向（Ｚ軸）との両方向に関して緻密に分布される複数のＸ線検出素子を有する。
【００２３】
２次元検出器システム６には、データ収集部７（ＤＡＳ；data acquisition system）が接続される。
【００２４】
データ収集部７は、２次元検出器システム６の各チャンネルの電流信号を電圧に変換し、増幅し、デジタル信号に変換する。データ収集部７で収集されたデータ（純生データ）は、光や磁気を使った非接触型又はスリップリング型の非接触データ伝送部８を経由して、前処理部９に送られる。
【００２５】
前処理部９は、画像再構成の前に行うデータ処理を行う。すなわち、前処理部９は、純生データに対してチャンネル間の感度不均一を補正し、画像再構成に先立って、生データに変換する。データの対数を計算し、リファレンス検出器のデータを用いてＸ線の強度のばらつきを補正する（リファレンス補正）。また、必要に応じてビームハードニング補正、体動補正を行う。
【００２６】
高電圧発生部１０は、ホストコントローラ１１からの指示情報に従って、スリップリング２を介してＸ線管球３に高電圧を印加する。
【００２７】
ホストコントローラ１１は、図示しないＣＰＵ（central processing unit）及びメモリを含んでいる。ホストコントローラ１１は、入力装置からの指示に従って、高電圧発生部１０及び架台駆動部４等の動作を制御する。高電圧発生部１０の制御を行うことにより、回転フレーム５が一定の角速度で連続回転し、Ｘ線管球３から連続的又は一定角度毎にＸ線が発生される。
【００２８】
記憶部１２は、ネットワーク通信部１７から転送されたデータ、再構成部１５によって発生されたボリュームデータなどを被検体Ｐごとに記憶する。
【００２９】
表示部１３は、投影処理部１８５で投影処理された投影画像を表示する。
【００３０】
入力部１４は、ユーザーから各種指示、情報入力を受け付けるためのマウスやトラックボールなどのポインティングデバイス、あるいはキーボード等の入力デバイスを有する。
【００３１】
再構成部１５は、前処理部９により補正を受けたデータ（投影データ、生データ）に基づいて、撮像時刻の異なる複数のボリュームデータファイル（時系列ボリュームデータファイル）を発生する。
【００３２】
システム制御部１６は、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置１の中枢として機能する。具体的には、システム制御部１６によりＸ線コンピュータ断層撮像装置１全体のハード制御が行われる。
【００３３】
ネットワーク通信部１７は、各規定に応じた通信制御を行う。ネットワーク通信部１７は、電話回線等の電気的通信回線を通じてＰＡＣＳ（医用画像通信保管システム）等に接続することができる機能を有している。
【００３４】
画像処理部１８は、図２に示す様に、プログラム部１８１、選択部１８２、領域分割部１８３、位置合わせ部１８４、投影処理部１８５、領域結合部１８６を具備する。
【００３５】
プログラム部１８１は、後述する本実施形態に係る画像処理を実施するためのプログラムを有する。このプログラムは、ユーザーが入力部１４からプログラム実行のためのコマンドを入力することにより、実行される。
【００３６】
選択部１８２は、撮像によって得られた時系列のボリュームデータから、入力部１４からの入力に応答して或いは自動的に、基準時刻に対応するボリュームデータを選択する。なお、基準時刻とは、関心領域内の血管が造影剤によって造影され始める前における任意の時刻である。基準時刻は、関心領域内の輝度値の変化等に基づいて装置が自動的に、或いはユーザーによる入力部１４からのマニュアル操作によって選択される。
【００３７】
領域分割部１８３は、時系列に取得されたボリュームデータのそれぞれを後述する第１の基準を有する第１の領域と第２の基準を有する第２の領域とに分割する。
【００３８】
領域分割部１８３は、時系列のボリュームデータのそれぞれを第１の基準を有する第１の領域と、第２の基準を有する第２の領域とに分割する。ここで、第１の基準とは、例えば呼吸等によって位置や形状が時間的に変化する変化量が所定の基準値以上であること判定するための基準であり、第１の領域とは、第１の基準を満たす領域である。また、第一の基準の別の例としては、例えば、骨などの部位をセグメンテーションなどにより抽出し、これとは独立して移動変形することを判定基準としても良い。第１の領域の典型例としては、腹腔領域等を挙げることができる。また、第２の基準とは、例えば呼吸等によって位置や形状が時間的に変化する変化量が所定の基準値以下であること判定するための基準であり、第２の領域とは、第２の基準を満たす領域である。また、第２の基準の別の例としては、例えば、骨などの部位をセグメンテーション等により抽出し、その移動と関連して移動変形することを判定基準としても良い。第２の領域の典型例としては、腹壁領域、脊椎等を挙げることができる。
【００３９】
領域分割部９３で分割された第１の領域と第２の領域に関するデータは記憶部１２に記憶される。
【００４０】
なお、基準ボリュームデータとは、前述した基準時刻で撮像されたボリュームデータである。
【００４１】
位置合わせ部１８４は、基準ボリュームデータの第１の領域と、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータの第１の領域とを位置合わせ（レジストレーション）する。
【００４２】
また、位置合わせ部１８４は、基準ボリュームデータの第２の領域と、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータの第２の領域と、を位置合わせ（レジストレーション）する。
【００４３】
尚、位置合わせとは、被検体の呼吸により変位及び変形が生じることにより基準ボリュームデータ以外のボリュームデータのある特定のボクセルの位置が、基準ボリュームデータのその特定のボクセルの位置から変動した場合、例えば、第１の領域について、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータのそのボクセルの位置を基準ボリュームデータのそのボクセルの位置に対応させることを言う。位置合わせでは、各ボクセルについて上記位置合わせを行う。
【００４４】
なお、第２の領域についての位置合わせは必ずしも行わなくても良く、第１の領域についてのみ位置合わせを行うとしても良い。
【００４５】
投影処理部１８５は、再構成部１５で得られたボリュームデータをレンダリングすることにより、投影画像を取得する。レンダリングとは、３次元の図形データを画面に表示する２次元画像に表現することである。レンダリングは、３次元から２次元への座標変換、見えない部分を消去する陰面消去、立体感を出すための陰影処理からなる。なお、レンダリングとしては、ボリュームレンダリングやサーフェスレンダリング、ボリュームレンダリング、及びサーフェスレンダリングでもよい。さらに、投影処理部１８５は、ＭＩＰ（Maximum Intensity Projection）、ＭＰＲ（Multi Planar Reconstruction）処理等を行う。
【００４６】
図３は、汎用スキャナ１９、特に、被検体２１の腹部領域のボリュームデータを得るためのコンピュータ断層撮像装置（ＣＴ）の外観図である。被検体の腹部が、スキャナ１９の円形開口部２０内に位置付けられる。被検体の腹部を含む一連の画像スライスが撮影される。撮像で得られた画像データは、スキャナ１９から導出され、例えば、２次元の５１２×５１２のサイズの画像を１０００枚取得する。取得された画像には、撮像対象となる被検体の腹部領域の断面が表現される。この取得されたスライス画像は、再構成部１５で組み合わされることにより、ボリュームデータが生成される。
【００４７】
ボリュームデータは、ボクセルの集まりである。ボクセル値は、Ｘ線の透過係数を反映した値を有し、Ｘ線の透過の程度を表す。したがって、ボリュームデータは、撮像対象の立体的な表現である。ユーザーは、入力部１４を操作することにより、投影方向を選択する。ボリュームデータは、ユーザーにより選択された投影方向に基づいて、投影画像（典型的にはコンピュータモニタ上に）を表示できる。
【００４８】
他のモダリティ（例えば、Ｘ線診断装置、磁気共鳴イメージング装置、ＰＥＴ、超音波診断装置等）は、それぞれ画像分解能（すなわちボクセルサイズ）が異なっている。撮像されたボリュームデータのサイズは、モダリティの性能にさらに依存することになる。しかし、以下の説明では、ボリュームデータを、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸によって定義される規則的なデカルト格子上に配列された５１２×５１２×３２０の１６ビットのボクセルを備えるものとして説明する。ボクセルは、各軸に沿って０．５ｍｍだけ離間されているとする。これは、腎臓、肝臓、腸、脾臓、又は膵臓のような注目の腹部の臓器を包含するために、２５ｃｍ×２５ｃｍ×１６ｃｍのボリュームサイズに対応する。再構成部１５により、ボリュームデータの面は、水平面、矢状面、及び冠状面となるように位置合わせされる。ｘｙ軸は水平面内にあり、ｘｚ軸は冠状面内にあり、ｙｚ軸は矢状面内にある。
【００４９】
図４は、画像処理部１８等が有する機能を有し、投影画像を生成するためにボリュームデータの処理を行うように構成された汎用コンピュータシステム３０を概略的に示す図である。汎用コンピュータ３０は、Ｘ線コンピュータ断層撮像装置１内に設けられるとしても良いし、ワークステーション等であっても良い。
【００５０】
コンピュータ３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）２２と、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）２３と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２４と、ＧＦＸ２５と、ハードディスクドライブ２６と、ディスプレイドライバー２７と、ディスプレイ１３と、キーボード１４及びマウス１４を備えるユーザー入力／出力（ＩＯ）回路２８とを具備する。これらのデバイスは、共通のバス２９を介して接続される。
【００５１】
汎用コンピュータ３０はまた、共通のバス２９を介して接続されるグラフィックスカード３６を有する。この例において、グラフィックスカードは、ＡＴＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．Ｏｎｔａｒｉｏ Ｃａｎａｄａによって製造されたＲａｄｅｏｎ Ｘ８００ＸＴ ｖｉｓｕａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ（ビジュアル処理装置）である。グラフィックスカードは、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）と、ＧＰＵ（ＧＰＵメモリ）に緊密に結合されたランダムアクセスメモリ（図５には図示せず）とを具備する。
【００５２】
ＣＰＵ２２は、ＲＯＭ２３、ＲＡＭ２４、又はハードディスクドライブ２６内に格納されたプログラム命令を実行し、ＲＡＭ２４又はハードディスクドライブ２６内に格納することができるボリュームデータのボクセルと関連する信号値を処理することができる。ＲＡＭ２４とハードディスクドライブ２６は、集合的に、システムメモリと呼ばれる。ＧＰＵもまたプログラム命令を実行し、ＣＰＵから送信されたボリュームデータを処理することができる。
【００５３】
図５は、図４に示されたコンピュータシステムの機能部のうちの幾つかの構成要素を概略的に示す図である。ＲＡＭ２４とハードディスクドライブ２６は、集合的に、システムメモリ２８として示される。スキャナ１９から得られたボリュームデータは、システムメモリに格納される。
【００５４】
バス接続部４２ａ〜４２ｄが個別に図５に概略的に示される。第１のバス接続部４２ａは、システムメモリ２８とＣＰＵ２１との間を接続する。第２のバス接続部４２ｂは、ＣＰＵ２１とグラフィックスカード３６との間を接続する。第３のバス接続部４２ｃは、グラフィックスカード３６とディスプレイ１３との間を接続する。第４のバス接続部４２ｄは、ユーザＩ／Ｏ２７とＣＰＵ２１との間を接続する。ＣＰＵ２１は、ＣＰＵキャッシュ３７を具備する。グラフィックスカード３６は、ＧＰＵ３４とＧＰＵメモリ３５とを具備する。ＧＰＵ３４は、加速されたグラフィックス処理インターフェース３１、ＧＰＵキャッシュＩ／Ｏコントローラ２９、処理エンジン３３、及びディスプレイＩ／Ｏコントローラ３２を提供するための回路を具備する。処理エンジン３３は、時系列に撮像されたボリュームデータを処理し、且つこうした時系列に撮像されたボリュームデータを用いた投影処理を実行するために最適なプログラムが備えられる。
【００５５】
ユーザーは、例えば従来技術を用いてディスプレイ１３上に表示される選択肢のメニューを入力部１４（キーボードとマウス）を用いて入力することによりパラメータを設定する。
【００５６】
本実施形態に係る画像処理は、肝臓、いずれかの腎臓、脾臓、又は膵臓のような腹部の内部臓器等を対象とする時間に対する造影濃度の測定精度に大きく関わる。ＣＴスキャンすることにより得られた生データを再構成することによりボリューム画像を得、そのボリューム画像をレンダリングすることにより画像が得られる。Ｘ線画像のコントラストを明瞭にするために、通常、血液は、周囲組織よりも高いＸ線阻止能を有する造影剤で造影される。造影剤が関心領域内に流入するには、所定の時間を要する。このため、造影剤を用いた撮像プロセスにおいては、一定以上の時間が経過した後でないと、関心領域を対象として撮影される画像は造影剤の影響を受けない。この造影剤の影響が経時的に取得される画像列の途中で現れるように、撮像プロセスの初期段階の間に造影剤がボーラス投与される。造影剤としては、通常、ヨウ素が用いられる。
【００５７】
以下の説明は、時系列に撮像された多数のボリュームデータが、適切なＣＴスキャナ１９を用いて被検体から短い時間間隔で撮影され、且つシステムメモリ２８に格納されるものとして説明する。こうした時系列に撮像されたボリュームデータは、４Ｄデータと呼ばれることもある。また、この様に３次元デカルト座標上に配置されたボリュームデータを時系列に取得する撮像手法は、４Ｄ動的造影ＣＴ（ＤＣＥ−ＣＴ）と呼ばれることもある。２０１１年に開発された典型的なＤＣＥ−ＣＴでは、数１０枚のＣＴスキャン像、例えば約３０枚のスキャン画像が数秒間隔で取得される。該当する血管構造と臓器が各スキャンで識別され、それらのＣＴ値が測定される。列内の最初のスキャンは、造影剤の注入前に、又は少なくとも造影剤が注目の臓器に到達する前に行われる。これにより、高い阻止能の造影剤を用いることなく、位置合わせのための適切な基準ボリュームデータが取得できる。造影剤が注目の臓器内の血管に存在するスキャンでは、造影前のＣＴ値を考慮することで、ハンスフィールドユニット（ＨＵ）のＣＴ密度を造影剤濃度に変換することができる。各関心領域内における特定の部位における連続する濃度が時間に対してプロットされ、次いで、その部位に関するＣＴ−造影濃度曲線が取得できる。
【００５８】
本実施形態に係る４Ｄ―ＤＣＥ−ＣＴデータは、以下のように収集される。すなわち、本実施形態に係る画像処理方法は、時系列の低線量ＣＴスキャンを各々備える２２個のデータセットに（時系列のボリュームデータ）対して実行される。スキャンの数は１０から３０の範囲内であり、平均して１６スキャンである。
【００５９】
造影剤のボーラス注入後に、３２０検出器列ＣＴスキャナ（Ａｑｕｉｌｉｏｎ ＯＮＥ、Ｔｏｓｈｉｂａ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ 登録商標）を用いて時系列の５１２×５１２×３２０ボリューム画像が取得される。Ｘ線管球３の設定は、透視撮像中全体にわたって管電圧８０ｋＶ、管電流２１０ｍＡである。時系列は、３秒間隔で１０回スキャン、その後、１０秒の休止期間、次いで、７秒間隔で３回スキャン、その後、１０秒の第２の休止期間、次いで再び７秒間隔でさらに３回スキャンである。スライス内のピクセル間隔は、撮像ごとに若干変化するが、典型的には約０．６５ｍｍであり、スライス間隔は０．５ｍｍである。ＣＴ再構成後に、各ボリューム画像の有効なサブセットは、高さ約１１ｃｍの中央円筒と、円筒の半径からボリュームの体軸方向末端における点まで先細になる円錐領域と、で構成され、１６ｃｍの全高である。有効なサブセットの外部にあるピクセルは、それらを有効なＣＴ値を有するものから区別するために、「パディング」値が割り当てられる。
【００６０】
画像は、低いＸ線線量を用いて生成される。その結果、再構成後に非常にノイズの多いものである。ノイズは、以下の方法によって推定される。画像の各画素は、最初にＸ方向に１ピクセルだけシフトされる。原画像の各画素値と１ピクセルだけシフトされた画像の各画素値との差分をとる（以下、差分された画像を差分画像と記載する。）。差分画像の各画素値をルート２で割ることにより、差分画像の標準偏差である、付加的な「ホワイト」ノイズが取得される。「ホワイト」ノイズは、ノイズ標準偏差の推定値であると仮定する。ほとんどの事例において、７０ハンスフィールドユニット（ＨＵ）程度のノイズ標準偏差値が観察される。比較のため、腎臓とその隣接する脂肪バックグラウンドとの間の強度差は、造影剤なしのスキャンにおいては１３０ＨＵ付近である、すなわち、信号対ノイズ比は非常に低く、２対１程度である。
【００６１】
有効な関心領域（ＲＯＩ；円筒＋２円錐、上述）の外部にある「パディング」ピクセルは、後述する臓器の位置合わせに対して影響を与えない。時系列のボリュームデータは、スキャンに存在する腹部のすべてを含み、且つ周囲空気とＣＴスキャナテーブルとが除外された腹部領域を表す。この時系列のボリュームデータは、閾値処理し、最も広い連結成分を選択し、２値画像の組合せにより数学的形態の算出を単純化することによって自動的に特定される。腹部領域の外部にあるピクセルはまた、後に詳述される位置合わせエンジンによって後述する画像処理から除外される。
【００６２】
本実施形態において、腹部の内部臓器（例えば肝臓、腎臓）に対する時間―造影濃度測定を行うためには、以下詳述する画像処理方法は必須である。その画像処理方法は、投影画像の基準ボリュームデータ以外の第１の領域を、基準ボリュームデータの第１の領域の位置に位置合わせをするのというものである。また、必要な場合には、本実施形態に係る画像処理は、基準ボリュームデータ以外の第２の領域の位置を基準ボリュームデータの第２の領域の位置に位置合わせを行うというものである。
【００６３】
しかし、時系列に取得された全ボリュームデータの全てについて非剛体位置合わせ（ボリュームデータ上の対象物同士の位置合わせを行うとともに、対象物同士のひずみを補正するもの。）を適用する全ボリューム非剛体位置合わせは、必ずあらゆる状況において良好に働くわけではない。
【００６４】
上述したように被検体が撮像プロセス中に息をこらえている間は、以下に詳述する基準ボリュームデータ以外の第１の領域の位置を基準ボリュームデータの第２の領域の位置への位置合わせが上手くいく。しかし、被検体によっては、撮像プロセス中にわたって息をこらえるのが不可能である。その場合、基準ボリュームデータ以外の例えば、第１の領域の位置を、基準ボリュームデータの位置へ位置合わせを行うことにより、アーチファクトが生ずる。被検体が撮像プロセス中にわたって息をこらえる方法とは別の方法として、被検体が撮像プロセス中にわたって浅い息をする方法も存在する。ここでは、腹部の臓器の移動はあまり顕著ではない。しかし、この場合においても、後に詳述するように例えば第１の領域の変形を考慮した位置合わせ処理である、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータの第１の領域を基準ボリュームデータの第１の領域の位置へ位置合わせする処理を行うことにより、投影画像にアーチファクトが依然として見られる。
【００６５】
本実施形態における主な根本的技術的課題は以下の２つである。
【００６６】
第１に、被検体の呼吸により、内部臓器は主として上−下（体軸）方向に大きく移動し（幾つかの事例では３０ｍｍよりも大きく移動）、脊椎、胸郭、骨盤、及び腹壁は、主として前−後（前額）方向に、腹部の臓器より少なく移動する傾向がある。
【００６７】
第２に、ＣＴスキャンができるだけ低線量で行われることにより、結果として、非常に高いノイズレベル（１５０ＨＵよりも大きいノイズ標準偏差が観察されている）を有する画像が取得される。高いレベルの画像ノイズは、後述する腹部の臓器の非剛体位置合わせ性能を劣化させることが知られている。
【００６８】
以下、基準ボリュームデータの腹部内の対象物の位置に、基準ボリュームデータ以外の腹部内の対応する対象物の位置を合わせる画像処理方法を説明する。図６は、本実施形態に係る画像処理において実行されるステップの流れを示したフローチャートである。Ｓ１１）ロード：時系列で撮像されたボリュームデータである４Ｄ画像データセット（時系列のボリュームデータ）が、例えばＸ線コンピュータ断層撮像装置１の記憶部１２、或いは被検体の画像の遠隔中央ファイル記憶装置から、コンピュータ上のメモリにロードされる。
【００６９】
Ｓ１２）分割：領域分割部１８３により、時系列の全ボリュームデータは、腹部を第１の領域（ここでは「腹腔領域」とする）と第２の領域（ここでは、腹壁＋胸郭、骨盤、及び脊椎の隣接する骨格特徴からなる「腹壁領域」とする）との２つの領域に分割するためにコンピュータに内蔵されたプログラムによって画像処理される。これは画像解析によって全自動でなされる。
【００７０】
Ｓ１３）位置合わせ：位置合わせ部１８４により、時系列における基準ボリュームデータ以外のボリュームデータ上の「腹腔領域」の位置が、基準ボリュームデータの「腹腔領域」に位置合わせされる。同様に、位置合わせ部１８４により、時系列における基準ボリュームデータ以外の「腹壁領域」位置が、基準ボリュームデータの「腹壁領域」位置に位置合わせされる。「腹腔領域」と「腹壁領域」とそれぞれにおいて剛体位置合わせが用いられる。なお、Ｓ１３において、剛体位置合わせの後、非剛体位置合わせが適用される場合もある。
【００７１】
なお、剛体位置合わせとは、対象物同士のひずみの補正は行うことになしに、ボリュームデータ上の対象物同士の位置と位置とを合わせる処理を言う。剛体位置合わせにおいては、一方、非剛体位置合わせとは、ボリュームデータ上の対象物同士の位置合わせとともに対象物同士の歪みも補正する処理を言う。
【００７２】
上述の剛体位置合わせ及び非剛体位置合わせの結果、例えば、基準ボリュームデータ以外の対象物の位置が、基準ボリュームデータの対象物の位置に一致する。
【００７３】
Ｓ１４）「腹腔領域」と「腹壁領域」との結合（merge, join or combine）：時系列に取得されたボリュームデータを用いて、領域結合部１８６により、基準ボリュームデータ以外の腹腔領域の位置が基準ボリュームデータの腹腔領域の位置に位置合わせされたボリュームデータ（第一のボリュームデータ）と、基準ボリュームデータ以外の腹壁領域の位置が基準ボリュームデータの腹壁領域の位置に位置合わせされたボリュームデータ（第二のボリュームデータ）と、を結合させる（以下、結合されたボリュームデータを結合ボリュームデータとして説明する。）。また、「腹壁領域」については、被検体の呼吸に伴って腹部の部分領域（例えば臓器等）が移動しないため、位置合わせを行わず、「腹腔領域」だけで位置合わせを行うとしても良い。その場合、「腹壁領域」については、特定の時刻のボリュームデータをユーザーが選択又は装置が自動で選択し、選択された「腹壁領域」を表すボリュームデータと、位置合わせされた「腹腔領域」を表すボリュームデータと、を結合させて結合ボリュームデータを取得するとしても良い。
【００７４】
Ｓ１５）記憶／表示：記憶部１２に組み合わされた位置合わせ済みの４Ｄ画像データセットが記憶される。また、表示部１３により、位置合わせされたボリュームデータの投影画像が表示される。
【００７５】
プログラムにより腹部の領域を「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割する方法（すなわち、ステップＳ１２において用いられる方法）を以下、図７を参照しながらより詳細に説明する。被検体の腹部が如何なる造影剤をも含有しなかったときに得られた基準ボリュームデータを選択する。このステップにおいて、骨格が強度閾値処理によって腹部の残りの領域から分離される（Ｓ２１）。
【００７６】
腹部に関して骨以外の他の組織から骨を区分するために１５０ＨＵ程度の閾値をボリューム全体に適用する（Ｓ２２）。
【００７７】
脊椎を分離するために幾つかの数学的形態の算出を適用する。これらは当業者にとって慣用される従来技術であり、より詳細な脊髄分離方法については後述する（Ｓ２３）。
【００７８】
以下でより詳細に説明されるように、他の数学的形態の算出を用いて、胸郭、骨盤骨を含む第１のシェル状の領域を特定する。（スキャンされたボリュームの体軸方向の位置に依存する）（Ｓ２４）。
【００７９】
空気バックグラウンドからすべての組織を分離するために−６００ＨＵ程度の第２の閾値をボリューム全体に適用する（Ｓ２５）。
【００８０】
以下でより詳細に説明されるように、幾つかの数学的形態の算出を適用することによって、第２のシェル状の領域を特定する。第２のシェル状の領域は、以下、「腹壁領域」と呼ぶ、皮膚、皮下脂肪、及び他の外部組織を備える（Ｓ２６）。
【００８１】
脊椎を分離するための数学的形態の算出の適切なシーケンスは以下の通りである。
【００８２】
図８は、本実施形態に適用されるモルフォロジカル処理を概念的に示す図である。モルフォロジカル処理を適用することにより、連結された領域７０と７２とが独立した領域に分離される。また、モルフォロジカル処理により独立した領域それぞれを膨張、縮小させることができる。なお、「膨張」とは、特定の領域を大きくする処理のことを指す（図８の後半の処理参照）。「縮小」とは、「膨張」とは反対に、ある領域が縮小することを指す。
【００８３】
・閾値により抽出された領域を慣用される従来技術であるモルフォロジカルプロセスによって、球形の構造要素を膨張（ダイレート）させ、椎骨を結合し且つあらゆる中空の骨を埋めるためにあらゆる内部の穴を埋める（穴埋め（fill））。なお、「穴埋め」とは、ある領域内に点在して存在するある領域以外の部分領域（空洞の領域）を埋めることを指す。
【００８４】
・モルフォロジカルプロセスによって結果として得られた領域を５ｍｍの球形の領域に縮小（エロード）させる。これにより脊椎から胸郭が分離される。
【００８５】
・モルフォロジカルプロセスによって、前のステップの結果における最も大きい連結成分を見出し、これを５ｍｍの球形の構造要素に膨張する。この結果、脊椎が僅かに平滑化される。
【００８６】
・脊椎の各２Ｄ体軸方向スライスをその埋められた最小包含凸多角形によって置き換える。この結果、脊椎領域のより平滑な領域がもたらされる。この結果を「脊椎領域マスク」と呼ぶ。本実施形態に記載の「構造要素」、「膨張」、「縮小」、「オープニング」、「クロージング」、及び「穴埋め（fill）」は、モルフォロジカル処理の際に用いられる用語である。なお、「クロージング」とは、「オープニング」の対義語であり、二つの領域を結合させる場合に用いられる用語である（図８参照）。
【００８７】
これらの用語は、標準的な「数学的形態」の用語及び「数学的形態」の算出である。テキストブックであるＳｅｒｒａ Ｊ．Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ、１９８２、ＩＳＢＮ ０１２６３７２４０３は、本実施形態に係る画像処理に適用される数学的形態の算出の詳細を提供する。ここに記載された数学的形態の算出方法が導入される。
【００８８】
以下、上述した第１のシェル状の領域、第２のシェル状の領域の抽出方法を詳述する。
【００８９】
第１のシェル状の領域（胸郭及び骨盤骨）を抽出するのに用いられる数学的形態の算出は、以下のように実施することができる。
【００９０】
・前述の第１の膨張ステップにおいて見出された、閾値よりも上のＣＴ値を有するクリーンアップ済み領域をとり、１ｍｍの球形の構造要素を用いてモルフォロジカルオープニング処理を行う。なお、「オープニング」とは、二つの連結された領域７０、領域７２を分離する処理のことを指す（図８参照）。
【００９１】
・上記で見出された脊椎領域を差し引く。結果として、胸郭、骨盤の領域を含む。
【００９２】
・胸郭、骨盤の領域に半径５ｍｍ、長さ（体軸方向に）４０ｍｍの円筒形の構造要素をずらし重ねする。これは、胸郭、骨盤を体軸方向に「垂下」するシェル状の「骨カーテン領域」に変換する。
【００９３】
・骨カーテン領域と脊椎領域との和集合をとる。これは、通常は腹腔ではなく腹壁の一部として含まれるべき骨領域を表す単一連結成分を含む。これは、以下では「骨マスク」と呼ばれる。
【００９４】
第２のシェル状の領域（皮膚、皮下脂肪、及び他の外部組織）を見出すのに用いられる数学的形態の算出は、１つの例において以下の通りである。
【００９５】
・閾値よりも上のＣＴ値を有する領域の最も広い連結成分を見出す。
【００９６】
・各体軸方向スライスを、埋められた最小包含凸多角形によって置き換える。これは、腸、肺の下部などにおける空隙を埋め、その結果、「腹部全体を表すマスク」が得られる。
【００９７】
・スキャナテーブル並びに周囲空気を含む体外の領域、「腹部全体を表す領域」の補集合をとる。この領域を２５ｍｍだけ膨張させる。その結果、この領域は体内に２５ｍｍ延びる。結果として得られる領域は、このとき、体外の２５ｍｍのシェル＋外部バックグラウンドのすべてを備え、「腹壁シェル」として知られている。（寸法の選択は所望どおりに変化されてもよいことが理解されよう。）
・骨領域と腹壁シェルとの和集合をとる。この和集合をとった結果として「腹壁＋胸郭、骨盤、及び脊椎の隣接する骨格特徴」を表す領域が得られる。和集合演算された骨マスクと腹壁シェル（マスク）を画像ボリューム全体から差し引く。結果として「腹腔」マスクが得られる。腹壁と腹腔には、このとき、交わりがなく、共にボリューム全体を構成する。
【００９８】
次に、腹壁に加えて隣接する骨格特徴と腹腔とが、それらの共通の境界に１５ｍｍ幅のスペースを広げることによって互いが分離される。詳細には、これは以下のようにして実現できる。「腹腔領域」は、最初に１５ｍｍの球形の構造要素を用いてオープニングされる。これにより、腹壁への小さな結合領域を除去することによってその境界を平滑化する。次いで、腹腔を１５ｍｍだけ膨張させ、次いでこれを上記で見出された腹部マスクから差し引くことによって、最終的な腹壁及び骨マスクが構築される。
【００９９】
結果は、平滑面を備えた１５ｍｍ幅のスペースによって分離された２つの領域である。第１の領域は、ほとんどすべての腹部の内部臓器（肝臓、腎臓、脾臓、膵臓、胆嚢、腸）を備える。この領域の臓器は、被検体の呼吸に伴って横隔膜が体軸方向に動き、その横隔膜の動きに応じて臓器の位置が大きく移動するとともに、臓器が変形しやすい。この複数の臓器（部分領域）を含む領域を「腹腔領域」と呼び以下説明する。第２の領域は、脊椎、胸郭、存在する場合には骨盤、骨格と皮膚との間のすべてのもの、及び残りの腹壁のほとんど（例えば骨を含まない前壁）を収容する。この領域に存在する骨、脊髄などの部位（部分領域）は、被検体の呼吸で位置がほとんど変化しない。この第２の領域を「腹壁領域」として以下説明する。
【０１００】
図９は、造影剤の存在なしにＣＴスキャンによって撮影された被検体の腹部のボリュームが投影処理された投影画像である。
【０１０１】
図１０は、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割した後のボリュームデータを、「腹壁領域」のみをマスクして投影処理することにより得られた「腹腔領域」のみを表す投影画像である。
【０１０２】
領域分割の後に、行われる画像処理ステップとしては、「腹腔領域」と「腹壁領域」２つの領域に分割された各時刻におけるボリュームデータを対象とし、それぞれのボリュームデータに含まれる臓器の位置が実質的に同じ位置となるように、腹腔領域に対応するデータと腹壁領域に対応するデータとを位置合わせする。当該位置合わせが行われた後、各領域に対応する二つのボリュームデータが結合される。
【０１０３】
位置合わせは、（「腹腔領域」及び「腹壁領域」）の２つの領域を対象として、基準ボリュームデータ以外のボリュームデータ系列に対して実行される。基準ボリュームデータとは異なり、造影剤が関心領域に到達している時点の画像ボリューム（以下、「ターゲット」ボリュームと記載する。）の第１の領域及び第２の領域の位置と、基準ボリュームデータの第１の領域及び第２の領域の位置とが位置合わせされる。位置合わせは、変位を考慮に入れるために最初に「剛体」位置合わせを備える。また、任意選択でターゲットと基準ボリュームデータとの間のあらゆる僅かな回転を考慮に入れるために回転を備える。剛体位置合わせの後、軟組織の歪みに適応するために非剛体位置合わせを備える。一般に、位置合わせプロセスは、基準ボリュームデータとワープ処理（変形処理）されたターゲット又はフローティング（floating）ボリュームデータとの間の類似度測度を最大にしようとするものである。ワープ処理には、図１１及び図１２に示されるようなワープフィールドが用いられる。
【０１０４】
なお、ワープフィールドを端的に言えば、物体の２Ｄ形状、位置がどのように変動し得るかを表すものである。ワープフィールドの各ボクセルに対して長さと大きさを持つベクトル量のベクトルが設定される。本実施形態に係るこのベクトルは、特定のボクセルに対して、その特定のボクセルの位置から基準ボリュームデータの対応するボクセルの位置に戻す効果を有する。そのため、マクロ的な視点で見れば、ワープフィールドを用いた位置合わせを適用することにより、例えば基準ボリュームデータ以外のボリュームデータの「腹腔領域」の位置及び形状が基準ボリュームデータの位置及び形状に一致する。なお、２つのデータを統合する場合、境界領域においてデータが連続性を保つように（ワープフィールドによるデータの変動がなめらかになるように）ワープフィールドを定義することが好ましい。
【０１０５】
類似度測度は、例えば、相互情報量（ＭＩ）又は正規化相互情報量（ＮＭＩ）であってもよい。類似度測度の解説は、論文、例えばＣｒｕｍ Ｗ．Ｒ．、Ｈｉｌｌ Ｄ．Ｌ．Ｇ．、Ｈａｗｋｅｓ Ｄ．Ｊ．、（２００３）、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｉｎ ｎｏｎ−ｒｉｇｉｄ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ、ＩＰＭＩ−２００３、ｐｐ．３７８〜３８７の文献中のどこかで見出すことができる。ここに記載された技術内容の全体が本実施形態に係る画像処理に組み入れられる。位置合わせコードは、現代のマルチコアＰＣ上での迅速な実行のために最適化された。
【０１０６】
２つの「腹腔領域」及び「腹壁領域」領域それぞれの位置合わせをするために「腹腔領域」と「腹壁領域」それぞれに対して２つのワープフィールドが適用される。
【０１０７】
図１１は、「腹腔領域」と「腹壁領域」との２つの領域それぞれについてワープフィールドを適用し、ボリュームデータでの「腹腔領域」及び「腹壁領域」の位置合わせについての概念図である。まず、上述したように、腹部を表す画像が、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割される。
【０１０８】
「腹腔領域」について、基準ボリュームデータ以外の全ボリュームデータの「腹腔領域」の位置を基準ボリュームデータの「腹腔領域」の位置に位置合わせをするために、ワープフィールド１が用いられる。同様に、「腹壁領域」について、基準ボリュームデータ以外の全ボリュームデータの「腹壁領域」の位置を基準ボリュームデータの「腹壁領域」の位置に位置合わせをするために、ワープフィールド２が用いられる。また、２つのワープフィールドを１つの単一ワープフィールドに結合させることもできる。しかし、単一ワープフィールドを用いて位置及び形状を合わせることにより、ギャップ、引裂き（tear）、折り重なり（fold）、及び閉塞（occlusion）のようなアーチファクトの生じる画像が出力されることがある。
【０１０９】
代わりに、縮小された領域上に画定されたワープフィールドのサブセットが一貫する（すなわち、ギャップ、引裂き、折り重なり、又は閉塞がない）まで２つのマスクを縮小し、次いで、縮小された領域中に一貫した方法で２つのワープフィールドを適用するとしても良い。
【０１１０】
これを実施する１つの具体的な方法は、前に言及した１５ｍｍギャップである、２つの領域の間のギャップに、２つのワープフィールドの距離−変換−加重伝播を適用することである。
【０１１１】
図１２は、図１１とは異なり、２つのワープフィールドを結合させ、１つのワープフィールドを得てから画像の位置合わせを行う処理を模式的に示した図である。上述した方法を用いて、腹部の領域が、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割される。次に、「腹腔領域」の位置合わせのためのワープフィールド１を発生させる。同様に、「腹壁領域」の位置合わせのためのワープフィールド２を発生させる。２つの発生されたワープフィールド１及びワープフィールド２を１つに結合させ、ワープフィールド３を発生させる。１つに結合されたワープフィールド３を用いて、基準ボリュームデータ以外の全ボリュームデータの「腹腔領域」の位置及び歪みが、基準ボリュームデータの「腹腔領域」の位置及び歪みに一致させる。同様に、必要な場合には、基準ボリュームデータ以外の全ボリュームデータの「腹壁領域」の位置及び歪みが、基準ボリュームデータの「腹壁領域」の位置及び歪みに一致する。非剛体位置合わせを適用する前に剛体位置合わせステップから２つのマスク上で得られたワープフィールドを結合し、次いで、結合された１つのワープフィールドを用いて（seeded）非剛体位置合わせをボリューム全体に適用するとしても良い。腹腔の臓器の位置合わせが背骨等の腹部の残りの領域と「ブレンド（blended）」されるこの手法は、以下の２つの論文、すなわち、
・Ｚｈｕａｎｇ Ｘ．、Ｈａｗｋｅｓ Ｄ．Ｊ．、Ｃｒｕｍ Ｗ．Ｒ．、Ｂｏｕｂｅｒｔａｋｈ Ｒ．、Ｕｒｉｂｅ Ｓ．、Ａｔｋｉｎｓｏｎ Ｄ．、Ｂａｔｃｈｅｌｏｒ Ｐ．、Ｓｃｈａｅｆｆｔｅｒ Ｔ．、Ｒａｚａｖｉ Ｒ．、Ｈｉｌｌ Ｄ．Ｌ．Ｇ．、（２００８）、Ｒｏｂｕｓｔ ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｃａｒｄｉａｃ ＭＲＩ ｉｍａｇｅｓ ａｎｄ ａｔｌａｓ ｆｏｒ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ、ＳＰＩＥ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ、ｖｏｌ．６９１４、ｐｐ．７、
・Ｐａｒｋ Ｈ．、Ｂｌａｎｄ Ｐ．Ｈ．、Ｍｅｙｅｒ Ｃ．Ｒ．、Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ Ａｂｄｏｍｉｎａｌ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ Ａｔｌａｓ ａｎｄ ｉｔｓ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ、ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＥＤＩＣＡＬ ＩＭＡＧＩＮＧ、ＶＯＬ．２２、ＮＯ．４、２００３年４月、ｐｐ．４８３〜４９２、
で説明された手法を用いて組み入れることができる。
【０１１２】
図１３は、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割される前のボリュームデータに対するパターンマッチングについて説明するための図である。ここで、ワープフィールドを用いた画素毎のパターンマッチングを適用する領域が図１３の点線４３で示されるように「腹腔領域」と「腹壁領域」とにまたがっている場合、パターンマッチングが上手くいかないため「腹腔領域」及び「腹壁領域」の位置及び形状合わせが上手くいかない。
【０１１３】
図１４は、本実施形態に係り、「腹腔領域」と「腹壁領域」とに分割された後のボリュームデータに対するパターンマッチングについて説明するための図である。上述した方法により、「腹腔領域」の臓器４０と「腹壁領域」の臓器４２とが上述した領域分割方法によって領域分割される。領域分割された場合、ワープフィールドを用いた画素毎のパターンマッチングが適用される領域が図１４の点線４３で示されるように、「腹腔領域」と「腹壁領域」とで別々になるため、腹部の臓器の位置合わせが上手くいく。
【０１１４】
本技術分野に属する知識及び技能を有する者は、２つのワープフィールドを結合するための技術に精通しており、そのため、結合するために前述の方法又は幾つかの他の代替的方法のいずれかを用いることができる。
【０１１５】
本実施形態に係る画像処理方法は、さらに上記で言及された２２個のデータセットに対して十分に実施されており、各々は腹部の平均約１８回の連続するＣＴスキャンを備える。本明細書に記載の方法は、病院環境内で用いることができる。この場合、本実施形態に係る画像処理方法は、独立型のソフトウェアアプリケーション、又は画像保存通信システム（ＰＡＣＳ）と一体化することができる。ＰＡＣＳは、各種の画像診断機器によって得られる画像をデジタルで保管・通信・表示・読影できるシステムである。例えば、画像は、ＤＩＣＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ）形式で格納されてもよい。各画像は、同じくアーカイブに格納される被検体の氏名及び生年月日のような関連する被検体情報を有する。アーカイブは、病院施設の至る所でユーザーが必要な場合に被検体データにアクセスし且つ処理することができるように、多数のワークステーションを備えたコンピュータネットワークに接続される。加えて、施設から遠いユーザーがインターネット上でアーカイブにアクセスすることを許可されてもよい。
【０１１６】
本実施形態との関連で複数の画像ボリュームデータセットは、ＰＡＣＳアーカイブに格納することができる。本実施形態に係るボリュームデータセットのうちのユーザーによって選択されたボリュームデータセットは、コンピュータネットワークを介してアーカイブに接続されたワークステーション上で提供される。放射線科医、立会い医、又は研究員のようなユーザーは、これにより、本発明を具体化する方法を用いて、ワークステーションからあらゆるボリュームデータセットにアクセスし、動画又は注目の特定の段階における心臓等の特徴を表す静止画像を生成し、且つ表示することができる。
【０１１７】
図１５は、本実施形態に係るコンピュータネットワークを示す。ネットワーク１５０は、病院１５２内のローカルエリアネットワークを備える。病院１５２は、ローカルエリアネットワークを介して、関連する記憶デバイス１５８を有する病院のコンピュータサーバー１５６へのアクセスを可能とする多数のワークステーション１５４が備え付けてある。ＰＡＣＳアーカイブは、ワークステーション１５４のいずれかからアーカイブにおけるデータにアクセスすることができるように記憶デバイス１５８上に格納される。ワークステーション１５４は、グラフィックスカード及び本実施形態記載の方法をコンピュータで実行するためのソフトウェアへのアクセスが可能である。ソフトウェアは、１つのワークステーション１５４若しくは各ワークステーション１５４に格納されてもよい。又、必要とされるときにネットワーク１５０上でワークステーション１５４にダウンロードされてもよい。また、端末として動作するワークステーション１５４によりコンピュータサーバ上で実行されるように設計されても良い。例えば、ワークステーション１５４は、所望の画像データセットを定義するユーザー入力を受信し、システム内のどこかでボリュームレンダリングが行われる間に、結果として得られた画像を表示するように構成されてもよい。また、多数の医療撮像デバイス１６０、１６２、１６４、１６６が病院のコンピュータサーバ１５６に接続される。
【０１１８】
デバイス１６０、１６２、１６４、１６６で収集された画像データは、記憶デバイス１５６上のＰＡＣＳアーカイブの中に直接格納することができる。したがって、医学的な緊急事態の場合に迅速な診断を可能とするために、対応するボリュームデータが記録された直後に被検体の画像をレンダリングし、閲覧することができる。ローカルエリアネットワークは、ＰＡＣＳアーカイブへのリモートアクセスを可能にする、病院のインターネットサーバー１７０によって、インターネット１６８に接続される。これは、例えば被検体が移動される場合に、又は外部での研究が行われることを可能にするために、データのリモートアクセスと病院の間でのデータの転送のために役立つ。
【０１１９】
本実施形態において、データキャリア上に又はメモリ内に格納するためのコンピュータプログラムコードを採用するコンピュータ実装は、コンピュータシステムのＣＰＵ及びＧＰＵの動作を制御するのに用いることができる。コンピュータプログラムは、適切なキャリア媒体、例えば、ソリッドステートメモリ、磁気ディスク、光ディスク、又は光磁気ディスク、或いはテープベースの媒体のような記憶媒体上に供給することができる。代替的に、コンピュータプログラムは、伝送媒体、例えば電話、無線、又は光チャネルのようなキャリアを伴う媒体上に供給することができる。
【０１２０】
方法を実施するための機械可読命令を搭載したコンピュータプログラム製品が開示される。
【０１２１】
方法を実施するための機械可読命令がロードされ且つこれを実行するために動作可能なコンピュータが開示される。
【０１２２】
コンピュータプログラム製品が開示される。前述の方法を実施するための機械可読命令を搭載したコンピュータプログラム製品の例は、図４の大容量記憶デバイスＨＤＤ２６、図４のＲＯＭ２３、図４のＲＡＭ２４、及び図５のシステムメモリ２８、並びに図１５のサーバ１５６又は１７０である。コンピュータプログラム製品の他の形態は、ＣＤ又はＤＶＤのような回転するディスクベースの記憶デバイス、或いはＵＳＢフラッシュメモリデバイスを含む。
【０１２３】
前述の方法を実施するための機械可読命令がロードされ且つこれを実行するために動作可能なコンピュータの例は、医療撮像デバイス１６０、１６２、１６４、又は１６６を備えた端末１５４若しくはコンピュータの１つ又は複数と組み合わされた、図４のコンピュータ、図５のコンピュータ、及び個々の要素、例えば端末１５４、又は図１５に示されたコンピュータネットワークシステムの集合的な多数の要素、例えばサーバ１５６又は１７０である。
【０１２４】
前述の方法を実施するための機械可読命令を搭載したコンピュータプログラム製品の例は、図４の大容量記憶デバイスＨＤＤ２６、図４のＲＯＭ２３、図４のＲＡＭ２４、及び図５のシステムメモリ２８、並びに図１５のサーバ１５６又は１７０である。コンピュータプログラム製品の他の形態は、ＣＤ又はＤＶＤのような回転するディスクベースの記憶デバイス、或いはＵＳＢフラッシュメモリデバイスを含む。
【０１２５】
本発明の実施形態は、ボリュームレンダリング用途における構成要素として本実施形態に記載の方法及び関連するコンピュータプログラムを組み入れるとしても良い。
【０１２６】
コンピュータ支援断層撮影法（ＣＴ）スキャナによって収集された３Ｄボリュームデータを参照して方法が説明されているが、多様な画像取り込みデバイス及び多様なオブジェクトから得られた他の３Ｄ及び４Ｄ又はより高次元のデータセットの撮像に、より一般に適用可能である。
【０１２７】
なお、本実施形態をコンピュータ断層撮像装置１として説明したが、これに限られず、例えば、磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ、特にＤＣＥ−ＭＲＩ、超音波スキャナ、及び陽電子放射型断層撮影法（ＰＥＴ）システムによって収集されたボリュームデータに適用されてもよい。
【０１２８】
ボリュームデータは、一般に大きく、０．５ギガバイトから８ギガバイトまでの間のサイズは珍しくない。例えば、ボリュームデータは、約１ギガバイトのデータに対応する１０２４×１０２４×３２０の１６ビットのボクセルを備えてもよい。このボリュームデータを用いて、１０２４×１０２４の１６ビットのピクセルを備える画像がレンダリングされてもよい。
【０１２９】
要約すれば、本実施形態に係る画像処理方法は、「腹壁領域」からの「腹腔領域」の分離と、これに続く、２つのサブボリュームの個別の位置合わせを含む。
【０１３０】
より詳細には、本実施形態に係る画像処理方法は以下の方法からなる。
【０１３１】
（ａ）例えば、ＧＰＵメモリ３５、システムメモリ２８、ＨＤＤ２６、病院のコンピュータサーバー１５６、又はその関連する記憶デバイス１５８のようなメモリデバイスから被検体の腹部の少なくとも一部の臓器を含むボリュームデータが時系列で撮影されることにより取得された複数のボリュームデータを備える４Ｄ画像データセットにアクセスする。
【０１３２】
（ｂ）例えばＣＰＵ２２又はＧＰＵ２９のようなプロセッサ上で走る命令によりボリュームデータのうちの１つを基準ボリュームデータとして選択する。
【０１３３】
（ｃ）例えばＣＰＵ２２又はＧＰＵ２９のようなプロセッサ上で走る命令により基準ボリュームデータを腹壁内部の「腹腔領域」と、腹壁及び外的に隣接する解剖学的特徴を含む腹腔以外の「腹壁領域」との２つの領域に分割する。
【０１３４】
（ｄ）例えばＣＰＵ２２又はＧＰＵ２９のようなプロセッサ上で走る命令によりターゲットボリュームデータの「腹腔領域」それぞれの臓器の位置を、第１のワープフィールドを用いて、基準ボリュームデータの「腹腔領域」の臓器の位置に位置合わせを行う。
【０１３５】
（ｅ）例えばＣＰＵ２２又はＧＰＵ２９のようなプロセッサ上で走る命令により「腹壁領域」の各臓器の位置を第２のワープフィールドを用いて、基準画像データの「腹壁領域」の各臓器の位置に位置合わせを行う。
【０１３６】
（ｆ）位置合わせされた「腹腔領域」を表すボリュームデータと「腹壁領域」を表すボリュームデータとを結合させる。
【０１３７】
（ｇ）「腹腔領域」を表すサブボリュームデータと「腹壁領域」を表すサブボリュームデータとを分割し、分割された「腹腔領域」と「腹壁領域」とそれぞれに対してワープフィールドを適用することにより、それぞれ２つの領域を表すサブボリュームデータで位置合わせが行われ、位置合わせ後の２つの領域を表すサブボリュームデータを結合させる方法を上記に詳述した。幾つかの実施形態において、４Ｄ画像データセットは、造影剤が被検体に導入された状態で取得される。透視撮像期間中の途中から、造影剤によって影響されるボクセルを有する時系列のボリュームデータが取得される。また、基準ボリュームデータは、そのボクセルが造影剤の影響を受けない。腹部を「腹腔領域」と「腹壁領域」とに装置が自動で分割し、分割された「腹腔領域」と「腹壁領域」それぞれに対して画像上の腹部の臓器の位置合わせを行う。「腹腔領域」は、被検体の呼吸に伴い横隔膜が体軸方向に大きく動くため、臓器の位置が体軸方向に沿って大きく変化する。一方、「腹壁領域」は、被検体の呼吸にほとんど関係せず、位置が変化しない。このように、臓器の位置が移動しやすい領域と、臓器の位置が移動しにくい領域に分割し、それぞれの領域毎に上述の画像処理を行うことにより、従来技術では困難であった臓器の位置合わせが容易となり、精度の良い位置合わせを行う医用画像診断装置１を提供することができる。これにより、アーチファクトが低減された画像を提供することができる。また、精度の高い位置合わせされた画像データを取得することにより、精度の高い灌流測定結果を取得することができる。
【０１３８】
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。
【符号の説明】
【０１３９】
１…医用画像診断装置、２…スリップリング、３…Ｘ線管球、４…架台駆動部、５…回転フレーム、６…２次元検出器システム、７…データ収集部（ＤＡＳ）、８…非接触データ伝送部、９…前処理部、１０…高電圧発生部、１１…ホストコントローラー、１２…記憶部、１３…表示部、１４…入力部、１５…再構成部、１６…システム制御部、１７…ネットワーク通信部、１８…画像処理部、１８１…プログラム部、１８２…選択部、１８３…領域分割部、１８４…位置合わせ部、１８５…投影処理部、１９…ＣＴスキャナ、２０…円形開口部、２１…被検体、２２…ＣＰＵ、２３…ＲＯＭ、２４…ＲＡＭ、２５…ＧＦＸ、２６…ＨＤＤ、２７…ディスプレードライバー、２８…ユーザーＩ／Ｏ、２９…バス、３０…画像処理装置、３１…グラフィックス処理インターフェース、３２…ＤＩＳＰ.Ｉ／Ｏ、３３…処理エンジン、３４…ＧＰＵ、３５…ＧＰＵメモリー、３６…グラフィックスカード、３７…ＣＰＵキャッシュ、４０…臓器、４１…領域分割線、４２…「腹腔」領域、４３…パターンマッチング対象領域、７０…第一の連結領域、７２…第二の連結領域、１５０…ネットワーク、１５２…病院、１５４…ワークステーション、１５６…コンピュータサーバー、１５８…記憶デバイス、１６０…医療撮像デバイス、１６２…医用撮像デバイス、１６４…医療撮像デバイス、１６６…医療撮像デバイス、１６８…インターネット、１７０…インターネットサーバー、１８１…プログラム部、１８２…選択部、１８３…領域分割部、１８４…位置合わせ部、１８５…投影処理部、１８６…領域結合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を撮像した時系列の画像データから基準画像データを選択する選択部と、
前記時系列の画像データに含まれる被検体領域を、第１の基準で抽出される第１の領域と、第２の基準で抽出される第２の領域とに分割する領域分割部と、
前記基準画像データの前記第１の領域と、前記基準画像データ以外の前記第１の領域と、の間の位置合わせを実行する位置合わせ部と、
前記位置合わせ後の各第１の領域と前記各第２の領域とを、時系列を対応させて結合させる領域結合部と、
を具備する医用画像処理装置。
【請求項２】
前記位置合わせ部は、前記基準画像データの前記第２の領域と、前記基準画像データ以外の前記第２の領域と、の間の位置合わせを実行し、
前記領域結合部は、前記位置合わせ後の各第１の領域と前記位置合わせ後の各第２の領域とを、時系列を対応させて結合させること、
を特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項３】
前記領域分割部は、第１の領域の位置変化量及び第２の領域の位置変化量に関する第１の基準値と、第１の領域の形状の変化量及び第２の領域の形状の変化量に関する第２の基準値とのうち少なくとも一方の基準値に基づいて、前記時系列の画像データのそれぞれを前記第１の領域と、前記第２の領域と、に分割することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項４】
前記第１の領域は、腹腔領域を有し、
前記第２の領域は、腹壁領域を有すること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項５】
前記第１の領域は、肝臓、腎臓、脾臓、膵臓、胆嚢、腸、肺臓、心臓のうち少なくとも１つを有し、
前記第２の領域は、脊椎、胸椎、肋骨、胸骨、骨盤、腹部の骨格のうち少なくとも１つを有すること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
前記位置合わせ部は、前記基準画像データの前記第１の領域の位置及び形状と、前記基準画像データ以外の前記時系列の画像データの前記第１の領域の位置及び形状と、の位置、形状合わせを行うための第１のワープフィールドを発生させ、前記基準画像データの前記第２の領域内の位置及び形状と、前記基準画像データ以外の前記時系列の画像データの位置及び形状と、の第２の位置、形状合わせを行うための第２のワープフィールドを発生させ、
前記発生された第１のワープフィールドを用いて、前記基準画像データの前記第１の領域と、前記基準データ以外の前記時系列の画像データの前記第１の領域と、の第１の位置及び形状合わせと、前記発生された第２のワープフィールドを用いて、前記基準画像データの前記第２の領域と、前記基準データ以外の前記時系列の画像データの前記第２の領域と、の第２の位置及び形状合わせとのうち少なくとも第１の位置及び形状合わせを行うこと、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記位置合わせ部は、前記基準画像データの前記第１の領域の位置及び形状と、前記基準画像データ以外の前記時系列の画像データの前記第１の領域の位置及び形状と、の第１の位置、形状合わせを行うための第１のワープフィールドを発生させ、前記基準画像データの前記第２の領域内の位置及び形状と、前記基準画像データ以外の前記時系列の画像データの位置及び形状と、の第２の位置、形状合わせを行うための第２のワープフィールドを発生させ、
前記第１のワープフィールドと前記第２のワープフィールドとを結合させた第３のワープフィールドを発生させ、
前記発生された第３のワープフィールドを用いて、前記基準画像データの前記第１の領域と第２の領域とを合わせた領域と、前記基準データ以外の前記時系列の画像データの前記第１の領域と前記第２の領域とを合わせた領域と、の位置及び形状合わせを行うこと、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項８】
前記結合された時系列の画像データに対して投影処理を行い、投影処理された時系列の画像を表示する表示部と、
をさらに具備する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項９】
前記領域結合部は、前記位置合わせ後の各第１の領域のそれぞれに、前記時系列のうち特定の時刻に対応する前記第２の領域を結合することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項１０】
前記画像データを撮像する撮像部と、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の医用画像処理装置と、
を備えることを特徴とする医用画像診断装置。
【請求項１】
被検体を撮像した時系列の画像データから基準画像データを選択する選択部と、
前記時系列の画像データに含まれる被検体領域を、第１の基準で抽出される第１の領域と、第２の基準で抽出される第２の領域とに分割する領域分割部と、
前記基準画像データの前記第１の領域と、前記基準画像データ以外の前記第１の領域と、の間の位置合わせを実行する位置合わせ部と、
前記位置合わせ後の各第１の領域と前記各第２の領域とを、時系列を対応させて結合させる領域結合部と、
を具備する医用画像処理装置。
【請求項２】
前記位置合わせ部は、前記基準画像データの前記第２の領域と、前記基準画像データ以外の前記第２の領域と、の間の位置合わせを実行し、
前記領域結合部は、前記位置合わせ後の各第１の領域と前記位置合わせ後の各第２の領域とを、時系列を対応させて結合させること、
を特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項３】
前記領域分割部は、第１の領域の位置変化量及び第２の領域の位置変化量に関する第１の基準値と、第１の領域の形状の変化量及び第２の領域の形状の変化量に関する第２の基準値とのうち少なくとも一方の基準値に基づいて、前記時系列の画像データのそれぞれを前記第１の領域と、前記第２の領域と、に分割することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項４】
前記第１の領域は、腹腔領域を有し、
前記第２の領域は、腹壁領域を有すること、
を特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項５】
前記第１の領域は、肝臓、腎臓、脾臓、膵臓、胆嚢、腸、肺臓、心臓のうち少なくとも１つを有し、
前記第２の領域は、脊椎、胸椎、肋骨、胸骨、骨盤、腹部の骨格のうち少なくとも１つを有すること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
前記位置合わせ部は、前記基準画像データの前記第１の領域の位置及び形状と、前記基準画像データ以外の前記時系列の画像データの前記第１の領域の位置及び形状と、の位置、形状合わせを行うための第１のワープフィールドを発生させ、前記基準画像データの前記第２の領域内の位置及び形状と、前記基準画像データ以外の前記時系列の画像データの位置及び形状と、の第２の位置、形状合わせを行うための第２のワープフィールドを発生させ、
前記発生された第１のワープフィールドを用いて、前記基準画像データの前記第１の領域と、前記基準データ以外の前記時系列の画像データの前記第１の領域と、の第１の位置及び形状合わせと、前記発生された第２のワープフィールドを用いて、前記基準画像データの前記第２の領域と、前記基準データ以外の前記時系列の画像データの前記第２の領域と、の第２の位置及び形状合わせとのうち少なくとも第１の位置及び形状合わせを行うこと、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
前記位置合わせ部は、前記基準画像データの前記第１の領域の位置及び形状と、前記基準画像データ以外の前記時系列の画像データの前記第１の領域の位置及び形状と、の第１の位置、形状合わせを行うための第１のワープフィールドを発生させ、前記基準画像データの前記第２の領域内の位置及び形状と、前記基準画像データ以外の前記時系列の画像データの位置及び形状と、の第２の位置、形状合わせを行うための第２のワープフィールドを発生させ、
前記第１のワープフィールドと前記第２のワープフィールドとを結合させた第３のワープフィールドを発生させ、
前記発生された第３のワープフィールドを用いて、前記基準画像データの前記第１の領域と第２の領域とを合わせた領域と、前記基準データ以外の前記時系列の画像データの前記第１の領域と前記第２の領域とを合わせた領域と、の位置及び形状合わせを行うこと、
を特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項８】
前記結合された時系列の画像データに対して投影処理を行い、投影処理された時系列の画像を表示する表示部と、
をさらに具備する請求項１乃至７のいずれか一項に記載の医用画像処理装置。
【請求項９】
前記領域結合部は、前記位置合わせ後の各第１の領域のそれぞれに、前記時系列のうち特定の時刻に対応する前記第２の領域を結合することを特徴とする請求項１に記載の医用画像処理装置。
【請求項１０】
前記画像データを撮像する撮像部と、
請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の医用画像処理装置と、
を備えることを特徴とする医用画像診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−１７９３５９（Ｐ２０１２−１７９３５９Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−４２４８１（Ｐ２０１２−４２４８１）
【出願日】平成２４年２月２８日（２０１２．２．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月２８日（２０１２．２．２８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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