画像処理装置
【課題】利便性を向上しつつ神経線維の三次元位置の視認容易性を向上させることができる画像処理装置を提供する。
【解決手段】核磁気共鳴画像法にて撮像された画像を用いて三次元画像モデルを構築し、三次元画像モデルが有する形状情報を二次元平面上に投影した観察用画像を生成する画像処理装置１であって、画像に基づいて拡散テンソル画像を生成する拡散テンソル画像生成部１２と、拡散テンソル画像から得られる拡散の異方性に基づいて、神経線維の延在方向を追跡し神経線維の三次元位置を取得する神経線維追跡部１３と、神経線維追跡部１３により追跡された神経線維、及び画像内の生体組織をそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた観察用画像を生成する観察用画像生成部１４と、を備える。
【解決手段】核磁気共鳴画像法にて撮像された画像を用いて三次元画像モデルを構築し、三次元画像モデルが有する形状情報を二次元平面上に投影した観察用画像を生成する画像処理装置１であって、画像に基づいて拡散テンソル画像を生成する拡散テンソル画像生成部１２と、拡散テンソル画像から得られる拡散の異方性に基づいて、神経線維の延在方向を追跡し神経線維の三次元位置を取得する神経線維追跡部１３と、神経線維追跡部１３により追跡された神経線維、及び画像内の生体組織をそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた観察用画像を生成する観察用画像生成部１４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像処理装置として、生体の神経線維（白質繊維）の延在方向を追跡して表示するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。特許文献１，２記載の画像処理装置は、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置に接続され、ＭＲＩ装置によって撮像された拡散強調画像（ＤＷＩ:Diffusion-Weighted Imaging）を用いて神経線維の走行を解析し、画面表示するものである。これらの装置では、神経線維の長手方向へは水分子が拡散しやすく、神経線維の長手方向に垂直な方向へは水分子が拡散しにくいという水分子の拡散異方性に着目して、神経線維の延在方向を追跡する。
【０００３】
具体的には、最初に、ＭＲＩ装置にて勾配磁場（ＭＰＧ：Motion Probing Gradients）の方向を変更して撮像された複数のＤＷＩを入力する。各ＤＷＩは、勾配磁場の印加方向における水分子の拡散を表示している。方向の異なる各ＤＷＩを用いて、始点となるボクセルにおける拡散テンソルを算出する。そして、拡散テンソルを対角化し、最も大きい固有値に対応した固有ベクトルの方向を取得する。次に、算出された固有ベクトルの方向に沿った隣接するボクセルにおいてテンソル解析を行い、当該ボクセルにおける最も大きい固有値に対応した固有ベクトルの方向を取得する。このように、ボクセルにおける拡散テンソルの最大固有値に対応した固有ベクトルの方向が、神経線維の延在方向と一致しているとし、固有ベクトルの方向を辿ることで神経線維の延在方向を追跡する。そして、追跡された神経線維を画面に表示する。
【０００４】
追跡された神経線維の表示手法として、各ボクセルにおける拡散異方性を反映させた不透明度で神経線維を表示する手法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。また、追跡された神経線維の固有ベクトル及び固有値に基づいてハイパーストリームライン表現により表示する手法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。特許文献４記載の手法では、ハイパーストリームライン表現による神経線維を、異方性マップ、静止画像又はＤＷＩ等の背景画像に重畳させて表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２４８８２２号公報
【特許文献２】特許第４３９９３５３号公報
【特許文献３】特開２００８−２２０９５０号公報
【特許文献４】特開２００５−５２５２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
神経線維を追跡・表示する画像処理装置は、近年、臨床応用されており、診断ツールの一つとして採用されている。このため、簡単な操作で一見して神経線維の三次元位置を把握することができる装置が望まれている。そこで、本発明は、利便性を向上しつつ神経線維の三次元位置の視認容易性を向上させることができる画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明に係る画像処理装置は、核磁気共鳴画像法にて撮像された画像を用いて三次元表示された観察用画像を生成する画像処理装置であって、前記画像に基づいて拡散テンソル画像を生成する拡散テンソル画像生成手段と、前記拡散テンソル画像から得られる拡散の異方性に基づいて、前記神経線維の延在方向を追跡し前記神経線維の三次元位置を取得する追跡手段と、前記追跡手段により追跡された前記神経線維、及び前記画像内の生体組織をそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた前記観察用画像を生成する観察用画像生成手段と、を備えて構成される。なお、生体組織とは、例えば脳実質、脳腫瘍、神経線維、内臓、器官及び骨組織等であり、核磁気共鳴画像法により撮像可能な人体を構成する部位を意味する。
【０００８】
本発明に係る画像処理装置によれば、観察用画像生成手段により、追跡手段によって追跡された神経線維と画像内の生体組織とをそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた観察用画像を生成することができる。このように、追跡された神経線維と他の生体組織とがユーザの操作を介することなくそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化されることにより、追跡された神経線維と他の生体組織との位置関係をユーザに対して直感的に理解させることが可能となる。よって、利便性を向上しつつ神経線維の走行位置の視認容易性を向上させることができる。
【０００９】
ここで、前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、前記画像内の前記生体組織をボリュームレンダリング法でレンダリングすることが好適である。
【００１０】
このように構成することで、例えば神経線維の表面に色を付与して周囲に存在する生体組織とは明確に区別して表示することができるとともに、神経線維の周囲に存在する生体組織を透明感を持たせた状態で可視化させることが可能となる。このため、ユーザに対して神経線維の三次元位置を明確に識別させつつ、神経線維と周囲の生体組織との位置関係をユーザに対して適切に把握させることができる。また、神経線維はサーフェイスレンダリング法でレンダリングされるため、例えば神経線維の色彩に拡散テンソルのスカラー量を反映させることもできる。
【００１１】
また、前記観察用画像生成手段は、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた前記神経線維の三次元位置と、ボリュームレンダリング法でレンダリングされた前記生体組織を表示するボクセルのうち所定値以上の不透明度を有するボクセルの三次元位置とを比較して、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた前記神経線維とボリュームレンダリング法でレンダリングされた前記生体組織との重畳位置を算出してもよい。
【００１２】
このように構成することで、異なる三次元表示手法で表示された神経線維と生体組織とを適切な位置で重畳させることができる。
【００１３】
また、前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、前記生体組織の所定方向に沿った二次元断面画像をサーフェイスレンダリング法とは異なる三次元表示手法で可視化させ、前記神経線維と前記二次元断面画像とを重畳させてもよい。
【００１４】
このように構成することで、追跡された神経線維を生体組織の二次元断面画像から伸びるように立体視された状態で三次元的に可視化することができる。このため、神経線維と周囲の生体組織との位置関係をユーザに対して適切に把握させることができる。
【００１５】
また、前記画像には、当該画像の撮像条件及び撮像装置もしくは前記撮像装置の製造元に関する情報が付与されており、画像処理装置は、前記画像の前記撮像装置又は前記製造元に関する情報を取得する機器情報取得手段と、前記撮像装置もしくは前記製造元と前記撮像条件のデータ格納位置とを対応させたテーブルを参照し、前記撮像装置又は前記製造元に基づいて前記画像の前記撮像条件を取得する撮像条件取得手段と、を更に備え、前記拡散テンソル画像生成手段は、前記撮像条件に基づいて拡散テンソル画像を生成することが好適である。
【００１６】
このように構成することで、機器情報取得手段により、画像の撮像装置又は撮像装置の製造元に関する情報が取得され、撮像条件取得手段により、撮像装置もしくは製造元と画像の撮像条件のデータ格納位置とを対応させたテーブルが参照されて、撮像装置又は製造元に基づいて画像に付与された撮像条件が取得される。このため、例えば、異なる撮像装置等により撮像された画像が混在する場合であっても、ユーザの操作を必要とせずに自動的に拡散テンソル解析を行うことができる。
【００１７】
また、画像処理装置は、ユーザ操作により指定された前記神経線維の始点を定める始点領域を入力する始点領域入力手段を更に備え、前記追跡手段は、前記始点領域に含まれるボクセルから前記神経線維の延在方向を追跡してもよい。このように構成することで、ユーザにより注目された領域から開始する神経線維を適切に可視化することができる。
【００１８】
また、前記追跡手段は、前記始点領域に含まれる前記ボクセルを間引きし、間引き後のボクセルを始点として神経線維の延在方向を追跡してもよい。このように構成することで、ユーザによって広い始点領域が選択された場合であっても、視認できる神経線維を適切な量で表示できるとともに、神経線維を迅速に可視化することが可能となる。
【００１９】
また、画像処理装置は、ユーザ操作により指定された前記神経線維の終端を定める終端領域を入力する終端領域入力手段を更に備え、前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維のうち前記終端領域を通過する前記神経線維のみを可視化させた前記観察用画像を生成してもよい。このように構成することで、ユーザにより注目された領域で終了する神経線維を適切に可視化することができる。
【００２０】
また、画像処理装置は、ユーザ操作により指定された回避領域を入力する回避領域入力手段を更に備え、前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維のうち前記回避領域を通過しない前記神経線維のみを可視化させた前記観察用画像を生成してもよい。このように構成することで、ユーザにとって不要な神経線維を可視化することを回避することができる。
【００２１】
また、画像処理装置は、ユーザ操作により指定されたテンソル解析手法を入力する解析手法入力手段を更に備え、前記拡散テンソル画像生成手段は、前記テンソル解析手法に基づいて前記拡散テンソル画像を生成することが好適である。このように構成することで、テンソル解析手法がユーザによって選択されるため、ユーザが必要とする情報に応じて適切な神経線維の追跡を行うことができる。
【００２２】
さらに、前記解析手法入力手段は、拡散の異方性を１つのテンソルを用いて１方向として表現する１テンソル解析手法、又は拡散の異方性を２つのテンソルを用いて２方向として表現する２テンソル解析手法を、ユーザ操作により指定されたテンソル解析手法として入力することが好適である。
【００２３】
このように構成することで、処理時間は少ないが交叉神経の追跡が困難となる１テンソル解析手法と、処理時間は多くかかるが交叉神経の追跡が可能な２テンソル解析手法とを、必要とする情報に応じてユーザが選択することができるため、適切に神経線維の追跡を行うことができる。
【００２４】
また、前記拡散テンソル画像生成手段は、基準となる拡散強調画像Ｓ０、勾配磁場の印加方向ｇ，勾配磁場の影響の強さｂ、第１の拡散テンソルＤａ、第２の拡散テンソルＤｂ、第１の拡散テンソルＤａの重みｆを用いて、ある方向の傾斜磁場を印可した拡散強調画像Ｓを、以下の数式で定義してもよい。
【数１】
このように、拡散の２つの方向を用いて前記拡散テンソル画像を生成してもよい。
【００２５】
さらに、前記拡散テンソル画像生成手段は、１テンソル解析手法により得られた第１成分の固有ベクトル及び第２成分の固有ベクトルで形成される平面内に、２テンソルも拘束されていると仮定して、前記第１の拡散テンソルＤａ、前記第２の拡散テンソルＤｂを求めてもよい。このように構成することで、第１の拡散テンソルＤａ、及び第２の拡散テンソルＤｂを単純化して表現することができるので、計算コストを低減させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、利便性を向上しつつ神経線維の走行位置の視認容易性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る画像処理装置の構成概要図である。
【図２】図１に示す画像処理装置の追跡処理を説明する概要図である。
【図３】図１に示す画像処理装置のデータ入力・解析処理を示すフローチャートである。
【図４】タグ情報テーブルの一例である。
【図５】図１に示す画像処理装置の神経線維追跡処理を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す画像処理装置の観察用画像生成処理を示すフローチャートである。
【図７】サーフェイスレンダリング及びボリュームレンダリングを説明する概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２９】
本実施形態に係る画像処理装置は、例えばＭＲＩ装置により撮像された画像を用いて今後の病状についての医学的な見通しを行う場合や、手術のシミュレーション等を行う場合に好適に採用されるものである。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る画像処理装置の構成概要図である。図１に示す画像処理装置１は、物理的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置等を含む通常のコンピュータシステムとして構成される。また、画像処理装置１は、機能的には、画像入力部１０、ユーザ操作入力部（始点領域入力手段、終端領域入力手段、回避領域入力手段、解析手法入力手段）１１、拡散テンソル画像生成部（機器情報取得手段、撮像条件取得手段、拡散テンソル画像生成手段）１２、神経線維追跡部（追跡手段）１３及び観察用画像生成部（観察用画像生成手段）１４を備えている。
【００３１】
画像入力部１０は、画像データベース２０を参照し、画像データベース２０に格納された画像を入力可能に構成されている。画像データベース２０には、ＭＲＩ装置で撮像された複数の画像が格納されている。例えば、生体組織に含まれるプロトンの縦緩和時間が強調されたＴ１強調画像、生体組織に含まれるプロトンの横緩和時間が強調されたＴ２強調画像、及び、所定の方向から印加された一対の勾配磁場によって生体組織に含まれるプロトンに生じたスピン位相の乱れが画像化されたＤＷＩ等が格納されている。
【００３２】
画像データベース２０に格納された画像は、例えばＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）規格に準拠した形式の画像データである。すなわち、各画像には複数のデータ要素が付与されており、これらのデータ要素はタグ情報で識別可能に構成されている。ＤＩＣＯＭ規格においては、所定のタグで示すデータ格納位置に、当該画像を撮像したＭＲＩ装置名、型番又は製造元メーカー名等を格納する。なお、ＤＷＩの撮像条件については、ＭＲＩ装置又は製造元メーカーごとに異なる位置に格納される。撮像条件には、例えば、ＭＰＧの傾斜方向（Gradient Orientation）、傾斜方向の数、及びＭＰＧの影響の強さを示すｂ値が含まれている。
【００３３】
画像入力部１０は、観察対象となる生体組織が撮像された複数のＤＷＩ及びＴ２強調画像を入力する機能を有している。そして、画像入力部１０は、入力した画像を拡散テンソル画像生成部１２へ出力する機能を有している。
【００３４】
ユーザ操作入力部１１は、ユーザ操作を入力する機能を有している。例えば、ユーザ操作入力部１１は、マウスやキーボード等のユーザインターフェイスと接続されている。そして、ユーザ操作入力部１１は、ユーザ操作によって指定された後述する始点領域、終端領域、回避領域、テンソル解析手法、マウスのポイント位置等を入力する機能を有している。また、ユーザ操作入力部１１は、入力された情報を拡散テンソル画像生成部１２、神経線維追跡部１３及び観察用画像生成部１４へ出力する機能を有している。
【００３５】
拡散テンソル画像生成部１２は、複数のＤＷＩ及びＴ２強調画像を用いて拡散テンソル解析を行い、拡散テンソル画像（ＤＴＩ：Diffusion Tensor Imaging）を生成する機能を有している。拡散テンソル画像生成部１２は、拡散テンソル解析を行うにあたり、ＤＷＩそれぞれに付与された撮像条件を取得する機能を有している。ＤＷＩそれぞれの撮像条件を取得するために、例えば、拡散テンソル画像生成部１２は、ＭＲＩ装置名又は製造元メーカー名が格納されているタグに基づいて、解析対象のＤＷＩを撮像したＭＲＩ装置名又は当該装置の製造元メーカー名を取得可能に構成されている。そして、拡散テンソル画像生成部１２は、ＭＲＩ装置名又は製造元メーカー名に基づいて撮像条件のデータ格納位置を特定するために、タグ情報テーブル２１を参照可能に構成されている。タグ情報テーブル２１には、タグと当該タグが示す意味が対応付けされたテーブルが、ＭＲＩ装置又は当該ＭＲＩ装置の製造元メーカーごとに関連付けされて格納されている。拡散テンソル画像生成部１２は、対象のＤＷＩの撮像条件であるＭＰＧの傾斜方向、傾斜方向の数及びｂ値を取得して、拡散テンソル解析を行う機能を有している。
【００３６】
拡散テンソル画像生成部１２は、複数のテンソル解析手法から選択されたテンソル解析手法でＤＴＩを生成可能に構成されている。拡散テンソル画像生成部１２は、例えば、ユーザ操作入力部１１を介してユーザにより選択されたテンソル解析手法でＤＴＩを生成可能に構成されている。例えば、拡散テンソル画像生成部１２は、１テンソル解析手法又は２テンソル解析手法を実行可能に構成されている。
【００３７】
ここで、１テンソル解析手法及び２テンソル解析手法について概要を説明する。１テンソル解析手法は、拡散の異方性を１つのテンソルを用いて１方向として表現するものであり、２テンソル解析手法は、拡散の異方性を２つのテンソルを用いて２方向として表現するものである。
【００３８】
１テンソル解析手法は、１つのボクセル内における水の拡散が１つの楕円体であると仮定して解析する手法である。あるＭＰＧの印加方向ｇ＝（ｇｘ,ｇｙ,ｇｚ）Ｔにおいて得られる信号値Ｓ＝Ｓ（ｘ,ｙ,ｚ）は以下の式１で表すことができる。
【数２】
ここで、Ｓ０はベースラインＤＷＩであり、ＤＷＩの一部としてＭＲＩスキャナから提供される既知の値である。また、ｇ，ｂもスキャナで設定、ファイルフォルダを通して提供される既知の値である。ＤＴＩテンソル画像を生成するには、異なる方向の傾斜磁場を印可して得られる複数の画像Ｓから、行列式を生成し、未知の値Ｄを数値演算で求める。数値演算には線形方程式の解を求める手法を用いる。未知の値Ｄは線形方程式を求める数値演算法で求める事ができる。調査点ごとにテンソル値の内ＤＸＸ、ＤＸＹ、ＤＸＺ、ＤＹＹ、ＤＹＺ、ＤＺＺを計算する。少なくとも６方向のＭＰＧによるＤＷＩ及びＴ２強調画像を用いて任意の位置での拡散テンソルを決定し、ＤＴＩを生成することができる。
【００３９】
次に、２テンソル解析手法の概要を説明する。ある方向の傾斜磁場を印可したＤＷＩ画像Ｓは以下の式２の様に２テンソルＤａ，Ｄｂで定義される。
【数３】
ここで、Ｓ０は基準となるベースラインＤＷＩ（基準拡散強調画像）であり、ＤＷＩの一部としてＭＲＩスキャナから提供される既知の値である。また、ｇ，ｂもスキャナで設定、ファイルフォルダを通して提供される既知の値である。ＤＴＩテンソル画像を生成するには、異なる方向の傾斜磁場を印可して得られる複数の画像Ｓから、行列式を生成し、これを数値演算で求める。数値演算には非線形方程式の解を求める手法を用いる。求めるべき未知の変数はこの段階で第１の拡散テンソルＤａ，第２の拡散テンソルＤｂ，第１の拡散テンソルの重みｆである。１テンソルのＤＷＩの計算法を用いて、第１成分の固有ベクトル及び第２成分の固有ベクトルで形成される平面内に、２テンソルも拘束されていると仮定する。この場合、Ｄａ，Ｄｂは以下の様に単純化される。λ３はシングルテンソル画像の生成時に求められるので、未知の値は７個のｄ値である。これをLevenberg-Marquardt法等の手法で求めると二つのテンソルを求めることができる。
【数４】
【００４０】
拡散テンソル画像生成部１２は、上述した１テンソル解析手法及び２テンソル解析手法の何れかの手法を用いてＤＴＩを生成する機能を有している。そして、拡散テンソル画像生成部１２は、ＤＴＩを神経線維追跡部１３へ出力する機能を有している。また、拡散テンソル画像生成部１２は、ＤＴＩのスカラー量を算出して観察用画像生成部１４へ出力する機能を有している。スカラー量としては、例えば、拡散テンソルの固有値、見かけの拡散係数（ＡＤＣ：Apparent Diffusion coefficient）、拡散の異方性の指標であるＦＡ（Fractional Anisotropy）等である。さらに、拡散テンソル画像生成部１２は、ＤＴＩ生成後において、ユーザ操作入力部１１により入力されたｂ値を用いて再度ＤＴＩを生成する機能を有してもよい。ｂ値の設定時期を柔軟に行える構成とすることで、利便性を向上させることができる。
【００４１】
神経線維追跡部１３は、ＤＴＩに基づいて神経線維の延在方向を追跡する機能を有している。まず、１テンソル解析手法を用いたＤＴＩに基づいて神経線維の延在方向を追跡する機能を説明する。神経線維追跡部１３は、あるボクセルにおいて、１テンソル解析手法で得られた拡散テンソルを対角化して得られる最大の固有値に対応した固有ベクトル（拡散テンソルの主方向）を神経線維の延在方向とする。次に、演算対象のボクセルを、当該ボクセルから延在方向に沿って隣接するボクセルに変更する。そして、変更後のボクセルにおいて、上述した拡散テンソルの主方向を取得する。このように、拡散テンソルの主方向の決定処理と演算対象のボクセルの変更を繰り返し行うことにより神経線維を追跡する。なお、神経線維追跡部１３は、終端条件を満たした場合には、神経線維の追跡を終了する。終端条件としては、例えば、拡散の異方性の指標であるＦＡの大きさが所定値以下となった場合、元画像の信号の大きさが所定値以下となった場合、もしくは神経線維の屈曲度合いが所定角度以下となった場合等又はこれらの組合せが用いられる。
【００４２】
次に、２テンソル解析手法を用いたＤＴＩに基づいて神経線維の延在方向を追跡する機能を説明する。例えば、神経線維追跡部１３は、１テンソル解析手法と同様に、２テンソル解析手法で得られた２つの拡散テンソルをそれぞれ対角化して得られる最大の固有値に対応した固有ベクトル（拡散テンソルの主方向）を神経線維の延在方向とする。そして、延在方向に隣接するボクセルにおいて、拡散テンソルの主方向を決定する。ここで、１テンソル解析手法では、２つの神経線維が交叉する場合、当該ボクセルにおける主方向が一方向となるため、交叉部分以降の追跡をすることが困難である。これに対して、２テンソル解析手法では、２つの拡散テンソルを用いるため、１つのボクセル内における２方向の拡散を解析することができる。このように、ボクセルの拡散方向を２つの方向で定義することにより、２つの神経線維が交叉する部分においても適切な追跡を行うことが可能となる。終端条件等は、１テンソル解析手法を用いたＤＴＩに基づいて追跡する場合と同様である。
【００４３】
神経線維追跡部１３の一例を、図２を用いて説明する。図２は、神経線維の追跡処理を説明する概要図である。図２では、追跡する点に符号を付して示しており、ｒ（ｓ０）をｓ０番目の点、次の点をｒ（ｓ１）としている。点ｒ（ｓ０）から点ｒ（ｓ０）における第１主成分の固有ベクトル分だけ移動した点が点ｒ（ｓ１）であるとして、神経線維の追跡を行う。すなわち、以下の式４が成立する。
【数５】
ここで、係数αは０〜１の範囲の数値であって、以下の式５で算出することができる。
【数６】
ｒ´は１次微分であるが、精度に応じて２次微分、４次微分を採用してもよい。式５で求めたαを用いてｒ２，ｒ３と追跡を順次連続的に行う。
【００４４】
なお、神経線維追跡部１３は、上記の第１主成分ベクトル（principal eigenvector）を用いた追跡手法の他に、第２主成分（medium eigenvector）を用いる方法又は第３主成分（minior eigenvector）を用いる方法を採用することができる。
【００４５】
また、神経線維追跡部１３は、ユーザ操作入力部１１により出力された始点領域を入力し、追跡を開始するボクセルを決定する機能を有している。始点領域は、神経線維の追跡を開始する領域である。ここで、始点領域は二次元的な領域であってもよいし、三次元的な領域であってもよい。神経線維追跡部１３は、例えば、二次元表示されたＤＷＩ上の始点領域を入力し、始点領域内で規則的な格子点を決定し、格子点に対応するボクセルを、追跡を開始するボクセルとして決定する。また、神経線維追跡部１３は、例えば始点領域内のボクセルの数が所定値以上である場合には、始点領域内のボクセルを間引きし、間引き後のボクセルを始点として神経線維の延在方向を追跡する機能を有していてもよい。例えば、神経線維追跡部１３は、始点領域内で決定した規則的な格子点を所定間隔で削除し、あるいは所定間隔でサンプリングすることで間引き処理を実行する。
【００４６】
また、神経線維追跡部１３は、ユーザ操作入力部１１により出力された終端領域を入力し、追跡中の神経線維が終端領域を通過する場合には、通過時点で神経線維の追跡を終了し神経線維の終端とする機能を有していてもよい。終端領域は、神経線維の追跡を終了する領域である。また、神経線維追跡部１３は、ユーザ操作入力部１１により出力された回避領域を入力し、追跡中の神経線維が回避領域を通過する場合には、回避領域の通過時点で神経線維の追跡を終了する機能を有していてもよい。回避領域は、当該領域を通過する神経線維を表示対象の神経線維から除くための領域である。
【００４７】
また、神経線維追跡部１３は、ＤＴＩ、Ｔ２強調画像又はＤＷＩ上のマウスのポイント位置を入力して、当該ポイント位置を始点としてリアルタイムに神経線維の追跡を行う機能を有してもよい。あるいは、神経線維追跡部１３は、後述する三次元表示された観察用画像上のマウスのポイント位置を入力して、当該ポイント位置を始点としてリアルタイムに神経線維の追跡を行う機能を有してもよい。
【００４８】
神経線維追跡部１３は、ユーザ操作により始点領域のみ指定された場合には、始点領域から全ての方向に向かう神経線維を追跡する機能を有している。また、神経線維追跡部１３は、上述した始点領域と回避領域及び終端領域の少なくとも一方とを組み合わせて神経線維を追跡する機能を有している。さらに、神経線維追跡部１３は、上記手法によって追跡した神経線維の三次元位置を観察用画像生成部１４へ出力する機能を有している。
【００４９】
観察用画像生成部１４は、神経線維追跡部１３により出力された神経線維の三次元位置を用いて、サーフェイスレンダリング法によりレンダリングする機能を有している。例えば、観察用画像生成部１４は、神経線維の三次元位置に対応するボクセルを特定するとともに、投影面から当該ボクセルまでの距離（ｚバッファ）を算出してシェーディングを行う。このとき、ＤＴＩのスカラー量に応じた色を付与してもよい。また、観察用画像生成部１４は、神経線維追跡部１３により出力された神経線維の三次元位置を用いて、各神経線維の位置情報の差分を算出し、算出された差分が所定値以内に含まれる神経線維同士を１つのグループとしてグループ化し、グループ化された神経線維群を１つの神経線維として表示してもよい。また、観察用画像生成部１４は、神経線維追跡部１３により出力された神経線維の三次元位置を用いて、神経線維の長さを算出し、ユーザにより指定された神経線維の最大長さ又は最小長さに基づいて、画像化する神経線維を特定してもよい。観察用画像生成部１４はサーフェイスレンダリング法によりレンダリングした画像を記憶領域に記録する。
【００５０】
また、観察用画像生成部１４は、拡散テンソル画像生成部１２により出力されたＤＴＩを用いてボリュームレンダリング法によりレンダリングする機能を有している。例えば、観察用画像生成部１４は、複数のＤＴＩを入力し、ＤＴＩのスカラー量がそれぞれ対応付けられたボクセルにより三次元画像モデルを構築するとともに、各ボクセルに対して不透明度等の表示属性をスカラー量に応じて付与する機能を有している。そして、視線方向に沿った光源減衰を全ボクセルで表現する。例えば、入射光源量とボクセルの有する不透明度とを乗算して当該ボクセルの輝度値を算出する。上記処理を視線方向に順次積算することにより三次元表示された画像を生成する。観察用画像生成部１４はボリュームレンダリング法によりレンダリングした画像を記憶領域に記録する。
【００５１】
さらに、観察用画像生成部１４は、サーフェイスレンダリング法によりレンダリングされた画像とボリュームレンダリング法によりレンダリングされた画像とを重ね合わせて三次元表示された観察用画像を生成する機能を有している。例えば、観察用画像生成部１４は、ボリュームレンダリング法で表示された生体組織のボクセルのうち、所定の不透明度以上を有するボクセルを特定し、視点から当該ボクセルまでの距離を算出する。そして、算出された距離を視線方向における生体組織までの距離（ボリュームレンダリングにおける視点から表面までの距離）として取得する。次に、観察用画像生成部１４は、サーフェイスレンダリング法で表示された神経線維のボクセルのｚバッファと、当該ボクセルを通過する視線方向において、ボリュームレンダリングにおける視点から表面までの距離とを比較する。そして、比較結果に基づいて、サーフェイスレンダリング法により表示される神経線維と、ボリュームレンダリング法により表示される生体組織との三次元重畳位置を特定し、前後関係を明らかにして、両者の画像を重ね合わせた観察用画像を生成する。
【００５２】
あるいは、観察用画像生成部１４は、神経線維追跡部１３により出力された神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、生体組織の所定方向に沿った二次元断面画像を挿入して立体視させ、神経線維と二次元断面画像とを重畳させる機能を有してもよい。
【００５３】
観察用画像生成部１４は、上述した一連の画像処理を例えばユーザ操作入力部１１により出力された視線方向に合わせて実行する。そして、観察用画像生成部１４は、生成した画像を表示装置３０へ出力する。
【００５４】
表示装置３０は、観察用画像生成部１４により出力された観察用画像を表示する機能を有している。表示装置３０として、例えばディスプレイ装置等が用いられる。
【００５５】
次に、本実施形態に係る画像処理装置１の動作について説明する。最初に、本実施形態に係る画像処理装置１の画像入力動作及びテンソル解析動作について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る画像処理装置１の画像入力動作及びテンソル解析動作を示すフローチャートである。図３に示す制御処理は、例えばユーザ操作入力部１１により、画像入力の指示がされたタイミングで実行される。なお、説明理解の容易性を考慮して、ＤＷＩはＤＩＣＯＭ規格に準拠しており、ＤＷＩの撮像装置の装置メーカー名は、所定のタグ情報に対応して格納されているものとして説明する。
【００５６】
図３に示すように、最初に画像処理装置１は画像入力処理を実行する（Ｓ１０）。Ｓ１０の処理では、画像入力部１０が、画像データベース２０を参照して複数のＤＷＩ及びＴ２協調画像を入力する。なお、入力されるＴ２協調画像は少なくとも方向の異なる６つのＤＷＩと対応しており、画像入力部１０は、これらの画像セットを複数入力する。Ｓ１０の処理が終了すると、装置メーカー情報取得処理へ移行する（Ｓ１２）。
【００５７】
Ｓ１２の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、Ｓ１０の処理で入力された画像に付与された装置メーカー情報を画像ごとに取得する。拡散テンソル画像生成部１２は、入力された画像の所定のタグ情報（装置メーカー名）を参照し、画像ごとに装置メーカー名を取得する。Ｓ１２の処理が終了すると、タグ情報取得処理へ移行する（Ｓ１４）。
【００５８】
Ｓ１４の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、Ｓ１２の処理で得られた装置メーカー名に基づいて、画像の撮像条件を格納したタグ情報を取得する。拡散テンソル画像生成部１２は、装置メーカー名と画像の撮像条件を格納したタグ情報とを関連付けしたタグ情報テーブル２１を参照し、Ｓ１２の処理で得られた装置メーカー名に基づいて、画像の撮像条件を格納したタグ情報を特定する。この処理について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、タグ情報テーブル２１の一例である。図４に示すように、タグ情報テーブル２１は、タグと当該タグが示す意味とが関連付けされたテーブルである。このタグ情報テーブル２１は、装置メーカー名ごとに異なるテーブルとして管理されている。例えば、Ｓ１２の処理で得られた装置メーカー名がＡ社であるとする。この場合、拡散テンソル画像生成部１２は、Ａ社のＮｏ．１のテーブルを参照して、タグと当該タグが示す意味との対応関係を取得する。拡散テンソル画像生成部１２は、撮像条件として、ＭＰＧの方向、方向の数、ｂ値を指定し、これらに対応するタグ（ＡＡＡ，ＢＢＢ）、（ＣＣＣ，ＤＤＤ）、（ＥＥＥ，ＦＦＦ）を取得する。Ｓ１４の処理が終了すると、判定処理へ移行する（Ｓ１６）。
【００５９】
Ｓ１６の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、Ｓ１４の処理で得られたタグに基づいて、Ｓ１０の処理で得られた画像の付与情報を参照して撮像条件が格納されているか否かを判定する。Ｓ１６の処理において、撮像条件が格納されていると判定した場合には、格納された撮像条件を取得する（Ｓ１８）。一方、Ｓ１６の処理において、撮像条件が格納されていないと判定した場合には、デフォルト値設定処理へ移行する（Ｓ２０）。Ｓ２０の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、例えば予め定めたデフォルト値を撮像条件として設定する。なお、デフォルト値は、ユーザ操作によって適宜変更可能である。Ｓ１８又はＳ２０の処理により、撮像条件の取得が終了すると、拡散テンソル画像生成処理へ移行する（Ｓ２２）
【００６０】
Ｓ２２の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、Ｓ１０の処理で入力した画像セットと、Ｓ１８又はＳ２０の処理により取得された当該画像セットにおける撮像条件（ＭＰＧの方向、方向の数、ｂ値）とを用いてＤＴＩを生成する。例えば、拡散テンソル画像生成部１２は、ユーザ操作入力部１１を介して予めユーザにより指定されたテンソル解析手法に基づいてＤＴＩを生成する。Ｓ２２の処理が終了すると、図３に示す制御処理を終了する。
【００６１】
以上で図３に示す制御処理を終了する。ユーザ操作により画像の入力開始が指示されたタイミングで図３に示す制御処理を実行することにより、ＤＷＩ及びＴ２拡散画像が入力されるとともに装置メーカー名に基づいて各画像の撮像条件が取得されてＤＴＩが生成される。このように、撮像条件が装置メーカー名に基づいて取得されるので、装置メーカーが異なる場合であっても撮像条件を設定するためのユーザ操作を必要とせず、画像入力処置及びテンソル解析処理が一連の処理として自動的に実行される。テンソル解析処理は、処理時間がかかるため、画像入力処理と一連の処理として自動実行することで、観察用画像の表示に至るまでの時間を短縮することができる。
【００６２】
次に、本実施形態に係る画像処理装置１の神経線維追跡動作について説明する。図５は、本実施形態に係る画像処理装置１の神経線維追跡動作を示すフローチャートである。図５に示す制御処理は、例えば図３に示すテンソル解析処理の実行後に実行される。なお、以下では説明理解の容易性を考慮して、ユーザにより始点領域、回避領域及び終端領域が指定されているものとする。例えば、画像処理装置１が、表示装置３０にＤＴＩあるいは三次元表示された生体組織の画像を表示させ、ユーザからの各領域の指定操作を受け付けたものとして説明する。
【００６３】
図５に示すように、最初に画像処理装置１は始点領域入力処理を実行する（Ｓ３０）。Ｓ３０の処理では、ユーザ操作入力部１１がユーザにより指定された始点領域を入力する。Ｓ３０の処理で始点領域を入力すると、異方性入力処理へ移行する（Ｓ３２）。
【００６４】
Ｓ３２の処理では、神経線維追跡部１３が、Ｓ３０の処理で入力された始点領域内のボクセルの中から追跡の始点となるボクセルを特定する。例えば、神経線維追跡部１３は、始点領域内で規則的な格子点を決定し、格子点に対応するボクセルを、追跡を開始するボクセルとして決定する。このとき、始点となるボクセルが所定値以上存在する場合には、格子点をサンプリングし、間引きした後の格子点に対応するボクセルを、追跡を開始するボクセルとして決定する。そして、神経線維追跡部１３は、図３で生成したＤＴＩに基づいて、決定したボクセルにおける異方性を入力する。Ｓ３２の処理が終了すると、隣接ボクセル特定処理へ移行する（Ｓ３４）。
【００６５】
Ｓ３４の処理では、神経線維追跡部１３が、Ｓ３２の処理で特定された異方性に基づいて、異方性方向に沿って始点のボクセルに隣接するボクセルを特定する。Ｓ３４の処理が終了すると、回避領域判定処理へ移行する（Ｓ３６）。
【００６６】
Ｓ３６の処理では、神経線維追跡部１３が、Ｓ３４の処理で特定したボクセルがユーザにより指定された回避領域内であるか否かを判定する。Ｓ３６の処理において、Ｓ３４の処理で特定したボクセルがユーザにより指定された回避領域内であると判定した場合には、神経線維の追跡履歴を記録することなく図５に示す制御処理を終了する。一方、Ｓ３６の処理において、Ｓ３４の処理で特定したボクセルがユーザにより指定された回避領域内でないと判定した場合には、終端判定処理へ移行する（Ｓ３８）。
【００６７】
Ｓ３８の処理では、神経線維追跡部１３が、Ｓ３４の処理で特定したボクセルにおいて終端条件を満たすか否かを判定する。神経線維追跡部１３は、終端条件として、ＦＡ値、元画像信号値、屈曲度合い等を採用して神経線維の終端を判定する。同時に、Ｓ３４の処理で特定したボクセルがユーザにより指定された終端領域内であるか否かを判定する。Ｓ３８の処理において、終端条件を満たさず、かつ終端領域内とならないと判定した場合には、当該隣接したボクセルを次の処理対象のボクセルとする（Ｓ４０）。そして、変更後のボクセルを処理対象にして、Ｓ３２の処理を再度実行する。このように、隣接するボクセルが回避領域・終端領域に存在せず、かつ終端条件を満たさない間は、Ｓ３２〜Ｓ４０の処理を繰り返し実行する。
【００６８】
一方、Ｓ３８の処理において、処理対象のボクセルにおいて終端条件を満たし、又は処理対象のボクセルが終端領域内であると判定した場合には、記録処理へ移行する（Ｓ４２）。Ｓ４２の処理では、Ｓ３２〜Ｓ４０の処理で処理対象となったボクセルの三次元的な位置情報を履歴として記録する。Ｓ４２の処理が終了すると、図５に示す制御処理を終了する。
【００６９】
以上で図５に示す制御処理を終了する。図５に示す制御処理を実行することにより、始点領域内のボクセルから拡散方向の異方性に基づいて隣接するボクセルが特定され、当該ボクセルの拡散方向の異方性に基づいて隣接するボクセルが順次特定される。このように、ボクセルの異方性に基づいて神経線維の延在方向が追跡されて記録される。また、回避領域を通過する神経線維は記録されない。さらに、終端領域を通過する神経線維は仮に終端条件を満たさなくても追跡が終了する。このように、ユーザの指定する領域に基づいて神経線維を追跡することができる。
【００７０】
次に、本実施形態に係る画像処理装置１の観察用画像生成動作について説明する。図６は、本実施形態に係る画像処理装置１の観察用画像生成動作を示すフローチャートである。図６に示す制御処理は、例えば図５に示す神経線維追跡処理の実行後に実行される。なお、以下では説明理解の容易性を考慮して、ユーザにより三次元表示の視線方向が指定されているものとする。例えば、画像処理装置１が、表示装置３０にＤＴＩあるいは三次元表示された生体組織の画像を表示させ、ユーザからの視線方向を受け付けたものとして説明する。
【００７１】
図６に示すように、最初に画像処理装置１は神経線維の描画処理を実行する（Ｓ５０）。Ｓ５０の処理では、観察用画像生成部１４が、図５の処理で得られた神経線維の三次元位置情報に基づいて、ユーザにより指定された視線方向から神経線維を立体視可能な画像をサーフェイスレンダリング法で生成する。観察用画像生成部１４は、例えば拡散テンソルの固有値をＲＢＧの三原色に割り当てて神経線維の表面に表示する。あるいは、ＡＤＣ又はＦＡ値を大きいほど赤くするように配色し神経線維の表面に表示する。なお、観察用画像生成部１４は、ユーザの指定に基づいて、神経線維のグループ化処理、神経線維の長さに基づく神経線維の選択処理を実行し、画像化する神経線維を特定してもよい。Ｓ５０の処理が終了すると、生体組織の描画処理へ移行する（Ｓ５２）。
【００７２】
Ｓ５２の処理では、観察用画像生成部１４が、図３の処理で得られたＤＴＩに基づいて、ユーザにより指定された視線方向から生体組織を立体視可能な画像をボリュームレンダリング法で生成する。Ｓ５２の処理が終了すると、重畳位置算出処理へ移行する（Ｓ５４）。
【００７３】
Ｓ５４の処理では、観察用画像生成部１４が、Ｓ５０の処理で得られた神経線維と、Ｓ５２の処理で得られた画像との重畳位置をボクセルごとに決定する。この処理について、図７を用いて詳細を説明する。図７の（Ａ）は、サーフェイスレンダリングを説明する概要図、図７の（Ｂ）は、ボリュームレンダリングを説明する概要図である。図７の（Ａ）に示すように、観察用画像生成部１４は、Ｓ５０の処理においてサーフェイスレンダリング法で表示された神経線維のボクセルのｚバッファ（図中点線）を取得する。次に、図７の（Ｂ）に示すように、観察用画像生成部１４は、Ｓ５２の処理においてボリュームレンダリング法で表示された生体組織のボクセルのうち、サーフェイスレンダリング法で表示された神経線維のボクセルを通過する視線方向において所定の不透明度以上を有するボクセルＢｏ１を特定し、視点から当該ボクセルＢｏ１までの距離を算出する。そして、算出された距離を視線方向における生体組織までの距離（ボリュームレンダリングにおける視点から表面までの距離）として取得する。次に、観察用画像生成部１４は、神経線維のボクセルのｚバッファと、ボクセルＢｏ１までの距離とを比較する。そして、比較結果に基づいて、Ｓ５０の処理において描画した神経線維と、Ｓ５２の処理において描画した生体組織との前後関係を明らかにして、三次元重畳位置を算出する。観察用画像生成部１４は、上記処理をサーフェイスレンダリング法で表示された神経線維のボクセル全てにおいて実行する。Ｓ５４の処理が終了すると、観察用画像生成処理へ移行する（Ｓ５６）。
【００７４】
Ｓ５６の処理では、観察用画像生成部１４が、Ｓ５６の処理で算出された三次元重畳位置で、Ｓ５０の処理において描画した神経線維とＳ５２の処理において描画した生体組織とを重ね合わせた観察用画像を生成する。Ｓ５６の処理が終了すると、図６に示す制御処理を終了する。
【００７５】
以上で図６に示す制御処理を終了する。図６に示す制御処理を実行することにより、サーフェイスレンダリング法により描画された神経線維と、ボリュームレンダリング法により描画された生体組織（脳腫瘍等）とが適切な位置で重畳されて表示される。
【００７６】
上述したように、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、観察用画像生成部１４により、神経線維追跡部１３によって追跡された神経線維と画像内の生体組織とをそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた観察用画像を生成することができる。このように、追跡された神経線維と他の生体組織とがユーザの操作を介することなくそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化されることにより、追跡された神経線維と他の生体組織との位置関係をユーザに対して直感的に理解させることが可能となる。よって、利便性を向上しつつ神経線維の走行位置の視認容易性を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、観察用画像生成部１４により、サーフェイスレンダリング法で神経線維をレンダリングして表示するとともにボリュームレンダリング法で生体組織をレンダリングして表示することができる。このため、例えば神経線維の表面に色を付与して周囲に存在する生体組織とは明確に区別して表示することができるとともに、神経線維の周囲に存在する生体組織を透明感を持たせた状態で可視化させることが可能となる。よって、ユーザに対して神経線維の三次元位置を明確に識別させつつ、神経線維と周囲の生体組織との位置関係をユーザに対して適切に把握させることができる。
【００７８】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、観察用画像生成部１４により、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた神経線維の三次元位置と、ボリュームレンダリング法でレンダリングされた生体組織を表示するボクセルのうち所定値以上の不透明度を有するボクセルの三次元位置とを比較して、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた神経線維とボリュームレンダリング法でレンダリングされた生体組織との重畳位置を算出することができるので、異なる三次元表示手法で表示された神経線維と生体組織とを適切な位置で重畳させることができる。
【００７９】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、観察用画像生成部１４により、神経線維追跡部１３により追跡された神経線維がサーフェイスレンダリング法でレンダリングされ、生体組織の所定方向に沿った二次元断面画像がサーフェイスレンダリング法とは異なる三次元表示手法で可視化され、神経線維と二次元断面画像とが重畳された状態で表示することができるので、追跡された神経線維を生体組織の二次元断面画像から伸びるように立体視された状態で三次元的に可視化することが可能となる。このため、神経線維と周囲の生体組織との位置関係をユーザに対して適切に把握させることができる。
【００８０】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、拡散テンソル画像生成部１２により、撮像装置の製造元に関する情報が取得され、製造元と画像の撮像条件のデータ格納位置とを対応させたタグ情報テーブル２１が参照されて、製造元に基づいて画像に付与された撮像条件が取得される。このため、例えば、異なる撮像装置等により撮像された画像が混在する場合であっても、ユーザの操作を必要とせずに自動的に拡散テンソル解析を行うことができる。
【００８１】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、始点領域、終端領域及び回避領域を用いることで、ユーザにより注目された領域から開始して終了する神経線維であって、不要な神経線維を省いて適切に可視化することができる。また、不要な処理を行わないことで神経線維を迅速に可視化することが可能となる。
【００８２】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、拡散テンソル画像生成部１２により、ユーザ操作入力部１１により入力されたテンソル解析手法に基づいて拡散テンソル画像が生成される。このように、テンソル解析手法がユーザによって選択されるため、ユーザが必要とする情報に応じて適切な神経線維の追跡を行うことができる。
【００８３】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、処理時間は少ないが交叉神経の追跡が困難となる１テンソル解析手法と、処理時間は多くかかるが交叉神経の追跡が可能な２テンソル解析手法とを、必要とする情報に応じてユーザが選択することができるため、適切に神経線維の追跡を行うことができる。
【００８４】
さらに、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、拡散テンソル画像生成部１２が、１テンソル解析手法により得られた第１成分の固有ベクトル及び第２成分の固有ベクトルで形成される平面内に、２テンソルも拘束されていると仮定して、第１の拡散テンソルＤａ、第２の拡散テンソルＤｂを求めることで、第１の拡散テンソルＤａ、及び第２の拡散テンソルＤｂを単純化して表現することができるので、計算コストを低減させることが可能となる。
【００８５】
以上、本発明の好適な実施形態について具体的に説明したが、上記実施形態は本発明に係る画像処理装置の一例を示すものである。本発明に係る画像処理装置は、上記各実施形態に係る画像処理装置１に限られるものではない。
【００８６】
例えば、上述した実施形態では画像入力部１０が画像データベース２０から画像を直接入力する例を説明したが、通信を介して画像を取得してもよい。
【００８７】
また、上述した実施形態では幾何学的特徴を利用して演算を容易とした２テンソル解析を採用する場合を説明したが、２テンソル解析はこれに限られるものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１…画像処理装置、１０…画像入力部、１１…ユーザ操作入力部（始点領域入力手段、終端領域入力手段、回避領域入力手段、解析手法入力手段）、１２…拡散テンソル画像生成部（機器情報取得手段、撮像条件取得手段、拡散テンソル画像生成手段）、１３…神経線維追跡部（追跡手段）、１４…観察用画像生成部（観察用画像生成手段）、２０…画像データベース、２１…タグ情報テーブル、３０…表示装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の画像処理装置として、生体の神経線維（白質繊維）の延在方向を追跡して表示するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照。）。特許文献１，２記載の画像処理装置は、核磁気共鳴画像法（ＭＲＩ：Magnetic Resonance Imaging）装置に接続され、ＭＲＩ装置によって撮像された拡散強調画像（ＤＷＩ:Diffusion-Weighted Imaging）を用いて神経線維の走行を解析し、画面表示するものである。これらの装置では、神経線維の長手方向へは水分子が拡散しやすく、神経線維の長手方向に垂直な方向へは水分子が拡散しにくいという水分子の拡散異方性に着目して、神経線維の延在方向を追跡する。
【０００３】
具体的には、最初に、ＭＲＩ装置にて勾配磁場（ＭＰＧ：Motion Probing Gradients）の方向を変更して撮像された複数のＤＷＩを入力する。各ＤＷＩは、勾配磁場の印加方向における水分子の拡散を表示している。方向の異なる各ＤＷＩを用いて、始点となるボクセルにおける拡散テンソルを算出する。そして、拡散テンソルを対角化し、最も大きい固有値に対応した固有ベクトルの方向を取得する。次に、算出された固有ベクトルの方向に沿った隣接するボクセルにおいてテンソル解析を行い、当該ボクセルにおける最も大きい固有値に対応した固有ベクトルの方向を取得する。このように、ボクセルにおける拡散テンソルの最大固有値に対応した固有ベクトルの方向が、神経線維の延在方向と一致しているとし、固有ベクトルの方向を辿ることで神経線維の延在方向を追跡する。そして、追跡された神経線維を画面に表示する。
【０００４】
追跡された神経線維の表示手法として、各ボクセルにおける拡散異方性を反映させた不透明度で神経線維を表示する手法が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。また、追跡された神経線維の固有ベクトル及び固有値に基づいてハイパーストリームライン表現により表示する手法が開示されている（例えば、特許文献４参照。）。特許文献４記載の手法では、ハイパーストリームライン表現による神経線維を、異方性マップ、静止画像又はＤＷＩ等の背景画像に重畳させて表示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２４８８２２号公報
【特許文献２】特許第４３９９３５３号公報
【特許文献３】特開２００８−２２０９５０号公報
【特許文献４】特開２００５−５２５２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
神経線維を追跡・表示する画像処理装置は、近年、臨床応用されており、診断ツールの一つとして採用されている。このため、簡単な操作で一見して神経線維の三次元位置を把握することができる装置が望まれている。そこで、本発明は、利便性を向上しつつ神経線維の三次元位置の視認容易性を向上させることができる画像処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明に係る画像処理装置は、核磁気共鳴画像法にて撮像された画像を用いて三次元表示された観察用画像を生成する画像処理装置であって、前記画像に基づいて拡散テンソル画像を生成する拡散テンソル画像生成手段と、前記拡散テンソル画像から得られる拡散の異方性に基づいて、前記神経線維の延在方向を追跡し前記神経線維の三次元位置を取得する追跡手段と、前記追跡手段により追跡された前記神経線維、及び前記画像内の生体組織をそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた前記観察用画像を生成する観察用画像生成手段と、を備えて構成される。なお、生体組織とは、例えば脳実質、脳腫瘍、神経線維、内臓、器官及び骨組織等であり、核磁気共鳴画像法により撮像可能な人体を構成する部位を意味する。
【０００８】
本発明に係る画像処理装置によれば、観察用画像生成手段により、追跡手段によって追跡された神経線維と画像内の生体組織とをそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた観察用画像を生成することができる。このように、追跡された神経線維と他の生体組織とがユーザの操作を介することなくそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化されることにより、追跡された神経線維と他の生体組織との位置関係をユーザに対して直感的に理解させることが可能となる。よって、利便性を向上しつつ神経線維の走行位置の視認容易性を向上させることができる。
【０００９】
ここで、前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、前記画像内の前記生体組織をボリュームレンダリング法でレンダリングすることが好適である。
【００１０】
このように構成することで、例えば神経線維の表面に色を付与して周囲に存在する生体組織とは明確に区別して表示することができるとともに、神経線維の周囲に存在する生体組織を透明感を持たせた状態で可視化させることが可能となる。このため、ユーザに対して神経線維の三次元位置を明確に識別させつつ、神経線維と周囲の生体組織との位置関係をユーザに対して適切に把握させることができる。また、神経線維はサーフェイスレンダリング法でレンダリングされるため、例えば神経線維の色彩に拡散テンソルのスカラー量を反映させることもできる。
【００１１】
また、前記観察用画像生成手段は、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた前記神経線維の三次元位置と、ボリュームレンダリング法でレンダリングされた前記生体組織を表示するボクセルのうち所定値以上の不透明度を有するボクセルの三次元位置とを比較して、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた前記神経線維とボリュームレンダリング法でレンダリングされた前記生体組織との重畳位置を算出してもよい。
【００１２】
このように構成することで、異なる三次元表示手法で表示された神経線維と生体組織とを適切な位置で重畳させることができる。
【００１３】
また、前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、前記生体組織の所定方向に沿った二次元断面画像をサーフェイスレンダリング法とは異なる三次元表示手法で可視化させ、前記神経線維と前記二次元断面画像とを重畳させてもよい。
【００１４】
このように構成することで、追跡された神経線維を生体組織の二次元断面画像から伸びるように立体視された状態で三次元的に可視化することができる。このため、神経線維と周囲の生体組織との位置関係をユーザに対して適切に把握させることができる。
【００１５】
また、前記画像には、当該画像の撮像条件及び撮像装置もしくは前記撮像装置の製造元に関する情報が付与されており、画像処理装置は、前記画像の前記撮像装置又は前記製造元に関する情報を取得する機器情報取得手段と、前記撮像装置もしくは前記製造元と前記撮像条件のデータ格納位置とを対応させたテーブルを参照し、前記撮像装置又は前記製造元に基づいて前記画像の前記撮像条件を取得する撮像条件取得手段と、を更に備え、前記拡散テンソル画像生成手段は、前記撮像条件に基づいて拡散テンソル画像を生成することが好適である。
【００１６】
このように構成することで、機器情報取得手段により、画像の撮像装置又は撮像装置の製造元に関する情報が取得され、撮像条件取得手段により、撮像装置もしくは製造元と画像の撮像条件のデータ格納位置とを対応させたテーブルが参照されて、撮像装置又は製造元に基づいて画像に付与された撮像条件が取得される。このため、例えば、異なる撮像装置等により撮像された画像が混在する場合であっても、ユーザの操作を必要とせずに自動的に拡散テンソル解析を行うことができる。
【００１７】
また、画像処理装置は、ユーザ操作により指定された前記神経線維の始点を定める始点領域を入力する始点領域入力手段を更に備え、前記追跡手段は、前記始点領域に含まれるボクセルから前記神経線維の延在方向を追跡してもよい。このように構成することで、ユーザにより注目された領域から開始する神経線維を適切に可視化することができる。
【００１８】
また、前記追跡手段は、前記始点領域に含まれる前記ボクセルを間引きし、間引き後のボクセルを始点として神経線維の延在方向を追跡してもよい。このように構成することで、ユーザによって広い始点領域が選択された場合であっても、視認できる神経線維を適切な量で表示できるとともに、神経線維を迅速に可視化することが可能となる。
【００１９】
また、画像処理装置は、ユーザ操作により指定された前記神経線維の終端を定める終端領域を入力する終端領域入力手段を更に備え、前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維のうち前記終端領域を通過する前記神経線維のみを可視化させた前記観察用画像を生成してもよい。このように構成することで、ユーザにより注目された領域で終了する神経線維を適切に可視化することができる。
【００２０】
また、画像処理装置は、ユーザ操作により指定された回避領域を入力する回避領域入力手段を更に備え、前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維のうち前記回避領域を通過しない前記神経線維のみを可視化させた前記観察用画像を生成してもよい。このように構成することで、ユーザにとって不要な神経線維を可視化することを回避することができる。
【００２１】
また、画像処理装置は、ユーザ操作により指定されたテンソル解析手法を入力する解析手法入力手段を更に備え、前記拡散テンソル画像生成手段は、前記テンソル解析手法に基づいて前記拡散テンソル画像を生成することが好適である。このように構成することで、テンソル解析手法がユーザによって選択されるため、ユーザが必要とする情報に応じて適切な神経線維の追跡を行うことができる。
【００２２】
さらに、前記解析手法入力手段は、拡散の異方性を１つのテンソルを用いて１方向として表現する１テンソル解析手法、又は拡散の異方性を２つのテンソルを用いて２方向として表現する２テンソル解析手法を、ユーザ操作により指定されたテンソル解析手法として入力することが好適である。
【００２３】
このように構成することで、処理時間は少ないが交叉神経の追跡が困難となる１テンソル解析手法と、処理時間は多くかかるが交叉神経の追跡が可能な２テンソル解析手法とを、必要とする情報に応じてユーザが選択することができるため、適切に神経線維の追跡を行うことができる。
【００２４】
また、前記拡散テンソル画像生成手段は、基準となる拡散強調画像Ｓ０、勾配磁場の印加方向ｇ，勾配磁場の影響の強さｂ、第１の拡散テンソルＤａ、第２の拡散テンソルＤｂ、第１の拡散テンソルＤａの重みｆを用いて、ある方向の傾斜磁場を印可した拡散強調画像Ｓを、以下の数式で定義してもよい。
【数１】
このように、拡散の２つの方向を用いて前記拡散テンソル画像を生成してもよい。
【００２５】
さらに、前記拡散テンソル画像生成手段は、１テンソル解析手法により得られた第１成分の固有ベクトル及び第２成分の固有ベクトルで形成される平面内に、２テンソルも拘束されていると仮定して、前記第１の拡散テンソルＤａ、前記第２の拡散テンソルＤｂを求めてもよい。このように構成することで、第１の拡散テンソルＤａ、及び第２の拡散テンソルＤｂを単純化して表現することができるので、計算コストを低減させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、利便性を向上しつつ神経線維の走行位置の視認容易性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態に係る画像処理装置の構成概要図である。
【図２】図１に示す画像処理装置の追跡処理を説明する概要図である。
【図３】図１に示す画像処理装置のデータ入力・解析処理を示すフローチャートである。
【図４】タグ情報テーブルの一例である。
【図５】図１に示す画像処理装置の神経線維追跡処理を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す画像処理装置の観察用画像生成処理を示すフローチャートである。
【図７】サーフェイスレンダリング及びボリュームレンダリングを説明する概要図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２９】
本実施形態に係る画像処理装置は、例えばＭＲＩ装置により撮像された画像を用いて今後の病状についての医学的な見通しを行う場合や、手術のシミュレーション等を行う場合に好適に採用されるものである。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る画像処理装置の構成概要図である。図１に示す画像処理装置１は、物理的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の主記憶装置、ハードディスク等の補助記憶装置等を含む通常のコンピュータシステムとして構成される。また、画像処理装置１は、機能的には、画像入力部１０、ユーザ操作入力部（始点領域入力手段、終端領域入力手段、回避領域入力手段、解析手法入力手段）１１、拡散テンソル画像生成部（機器情報取得手段、撮像条件取得手段、拡散テンソル画像生成手段）１２、神経線維追跡部（追跡手段）１３及び観察用画像生成部（観察用画像生成手段）１４を備えている。
【００３１】
画像入力部１０は、画像データベース２０を参照し、画像データベース２０に格納された画像を入力可能に構成されている。画像データベース２０には、ＭＲＩ装置で撮像された複数の画像が格納されている。例えば、生体組織に含まれるプロトンの縦緩和時間が強調されたＴ１強調画像、生体組織に含まれるプロトンの横緩和時間が強調されたＴ２強調画像、及び、所定の方向から印加された一対の勾配磁場によって生体組織に含まれるプロトンに生じたスピン位相の乱れが画像化されたＤＷＩ等が格納されている。
【００３２】
画像データベース２０に格納された画像は、例えばＤＩＣＯＭ（Digital Imaging and Communication in Medicine）規格に準拠した形式の画像データである。すなわち、各画像には複数のデータ要素が付与されており、これらのデータ要素はタグ情報で識別可能に構成されている。ＤＩＣＯＭ規格においては、所定のタグで示すデータ格納位置に、当該画像を撮像したＭＲＩ装置名、型番又は製造元メーカー名等を格納する。なお、ＤＷＩの撮像条件については、ＭＲＩ装置又は製造元メーカーごとに異なる位置に格納される。撮像条件には、例えば、ＭＰＧの傾斜方向（Gradient Orientation）、傾斜方向の数、及びＭＰＧの影響の強さを示すｂ値が含まれている。
【００３３】
画像入力部１０は、観察対象となる生体組織が撮像された複数のＤＷＩ及びＴ２強調画像を入力する機能を有している。そして、画像入力部１０は、入力した画像を拡散テンソル画像生成部１２へ出力する機能を有している。
【００３４】
ユーザ操作入力部１１は、ユーザ操作を入力する機能を有している。例えば、ユーザ操作入力部１１は、マウスやキーボード等のユーザインターフェイスと接続されている。そして、ユーザ操作入力部１１は、ユーザ操作によって指定された後述する始点領域、終端領域、回避領域、テンソル解析手法、マウスのポイント位置等を入力する機能を有している。また、ユーザ操作入力部１１は、入力された情報を拡散テンソル画像生成部１２、神経線維追跡部１３及び観察用画像生成部１４へ出力する機能を有している。
【００３５】
拡散テンソル画像生成部１２は、複数のＤＷＩ及びＴ２強調画像を用いて拡散テンソル解析を行い、拡散テンソル画像（ＤＴＩ：Diffusion Tensor Imaging）を生成する機能を有している。拡散テンソル画像生成部１２は、拡散テンソル解析を行うにあたり、ＤＷＩそれぞれに付与された撮像条件を取得する機能を有している。ＤＷＩそれぞれの撮像条件を取得するために、例えば、拡散テンソル画像生成部１２は、ＭＲＩ装置名又は製造元メーカー名が格納されているタグに基づいて、解析対象のＤＷＩを撮像したＭＲＩ装置名又は当該装置の製造元メーカー名を取得可能に構成されている。そして、拡散テンソル画像生成部１２は、ＭＲＩ装置名又は製造元メーカー名に基づいて撮像条件のデータ格納位置を特定するために、タグ情報テーブル２１を参照可能に構成されている。タグ情報テーブル２１には、タグと当該タグが示す意味が対応付けされたテーブルが、ＭＲＩ装置又は当該ＭＲＩ装置の製造元メーカーごとに関連付けされて格納されている。拡散テンソル画像生成部１２は、対象のＤＷＩの撮像条件であるＭＰＧの傾斜方向、傾斜方向の数及びｂ値を取得して、拡散テンソル解析を行う機能を有している。
【００３６】
拡散テンソル画像生成部１２は、複数のテンソル解析手法から選択されたテンソル解析手法でＤＴＩを生成可能に構成されている。拡散テンソル画像生成部１２は、例えば、ユーザ操作入力部１１を介してユーザにより選択されたテンソル解析手法でＤＴＩを生成可能に構成されている。例えば、拡散テンソル画像生成部１２は、１テンソル解析手法又は２テンソル解析手法を実行可能に構成されている。
【００３７】
ここで、１テンソル解析手法及び２テンソル解析手法について概要を説明する。１テンソル解析手法は、拡散の異方性を１つのテンソルを用いて１方向として表現するものであり、２テンソル解析手法は、拡散の異方性を２つのテンソルを用いて２方向として表現するものである。
【００３８】
１テンソル解析手法は、１つのボクセル内における水の拡散が１つの楕円体であると仮定して解析する手法である。あるＭＰＧの印加方向ｇ＝（ｇｘ,ｇｙ,ｇｚ）Ｔにおいて得られる信号値Ｓ＝Ｓ（ｘ,ｙ,ｚ）は以下の式１で表すことができる。
【数２】
ここで、Ｓ０はベースラインＤＷＩであり、ＤＷＩの一部としてＭＲＩスキャナから提供される既知の値である。また、ｇ，ｂもスキャナで設定、ファイルフォルダを通して提供される既知の値である。ＤＴＩテンソル画像を生成するには、異なる方向の傾斜磁場を印可して得られる複数の画像Ｓから、行列式を生成し、未知の値Ｄを数値演算で求める。数値演算には線形方程式の解を求める手法を用いる。未知の値Ｄは線形方程式を求める数値演算法で求める事ができる。調査点ごとにテンソル値の内ＤＸＸ、ＤＸＹ、ＤＸＺ、ＤＹＹ、ＤＹＺ、ＤＺＺを計算する。少なくとも６方向のＭＰＧによるＤＷＩ及びＴ２強調画像を用いて任意の位置での拡散テンソルを決定し、ＤＴＩを生成することができる。
【００３９】
次に、２テンソル解析手法の概要を説明する。ある方向の傾斜磁場を印可したＤＷＩ画像Ｓは以下の式２の様に２テンソルＤａ，Ｄｂで定義される。
【数３】
ここで、Ｓ０は基準となるベースラインＤＷＩ（基準拡散強調画像）であり、ＤＷＩの一部としてＭＲＩスキャナから提供される既知の値である。また、ｇ，ｂもスキャナで設定、ファイルフォルダを通して提供される既知の値である。ＤＴＩテンソル画像を生成するには、異なる方向の傾斜磁場を印可して得られる複数の画像Ｓから、行列式を生成し、これを数値演算で求める。数値演算には非線形方程式の解を求める手法を用いる。求めるべき未知の変数はこの段階で第１の拡散テンソルＤａ，第２の拡散テンソルＤｂ，第１の拡散テンソルの重みｆである。１テンソルのＤＷＩの計算法を用いて、第１成分の固有ベクトル及び第２成分の固有ベクトルで形成される平面内に、２テンソルも拘束されていると仮定する。この場合、Ｄａ，Ｄｂは以下の様に単純化される。λ３はシングルテンソル画像の生成時に求められるので、未知の値は７個のｄ値である。これをLevenberg-Marquardt法等の手法で求めると二つのテンソルを求めることができる。
【数４】
【００４０】
拡散テンソル画像生成部１２は、上述した１テンソル解析手法及び２テンソル解析手法の何れかの手法を用いてＤＴＩを生成する機能を有している。そして、拡散テンソル画像生成部１２は、ＤＴＩを神経線維追跡部１３へ出力する機能を有している。また、拡散テンソル画像生成部１２は、ＤＴＩのスカラー量を算出して観察用画像生成部１４へ出力する機能を有している。スカラー量としては、例えば、拡散テンソルの固有値、見かけの拡散係数（ＡＤＣ：Apparent Diffusion coefficient）、拡散の異方性の指標であるＦＡ（Fractional Anisotropy）等である。さらに、拡散テンソル画像生成部１２は、ＤＴＩ生成後において、ユーザ操作入力部１１により入力されたｂ値を用いて再度ＤＴＩを生成する機能を有してもよい。ｂ値の設定時期を柔軟に行える構成とすることで、利便性を向上させることができる。
【００４１】
神経線維追跡部１３は、ＤＴＩに基づいて神経線維の延在方向を追跡する機能を有している。まず、１テンソル解析手法を用いたＤＴＩに基づいて神経線維の延在方向を追跡する機能を説明する。神経線維追跡部１３は、あるボクセルにおいて、１テンソル解析手法で得られた拡散テンソルを対角化して得られる最大の固有値に対応した固有ベクトル（拡散テンソルの主方向）を神経線維の延在方向とする。次に、演算対象のボクセルを、当該ボクセルから延在方向に沿って隣接するボクセルに変更する。そして、変更後のボクセルにおいて、上述した拡散テンソルの主方向を取得する。このように、拡散テンソルの主方向の決定処理と演算対象のボクセルの変更を繰り返し行うことにより神経線維を追跡する。なお、神経線維追跡部１３は、終端条件を満たした場合には、神経線維の追跡を終了する。終端条件としては、例えば、拡散の異方性の指標であるＦＡの大きさが所定値以下となった場合、元画像の信号の大きさが所定値以下となった場合、もしくは神経線維の屈曲度合いが所定角度以下となった場合等又はこれらの組合せが用いられる。
【００４２】
次に、２テンソル解析手法を用いたＤＴＩに基づいて神経線維の延在方向を追跡する機能を説明する。例えば、神経線維追跡部１３は、１テンソル解析手法と同様に、２テンソル解析手法で得られた２つの拡散テンソルをそれぞれ対角化して得られる最大の固有値に対応した固有ベクトル（拡散テンソルの主方向）を神経線維の延在方向とする。そして、延在方向に隣接するボクセルにおいて、拡散テンソルの主方向を決定する。ここで、１テンソル解析手法では、２つの神経線維が交叉する場合、当該ボクセルにおける主方向が一方向となるため、交叉部分以降の追跡をすることが困難である。これに対して、２テンソル解析手法では、２つの拡散テンソルを用いるため、１つのボクセル内における２方向の拡散を解析することができる。このように、ボクセルの拡散方向を２つの方向で定義することにより、２つの神経線維が交叉する部分においても適切な追跡を行うことが可能となる。終端条件等は、１テンソル解析手法を用いたＤＴＩに基づいて追跡する場合と同様である。
【００４３】
神経線維追跡部１３の一例を、図２を用いて説明する。図２は、神経線維の追跡処理を説明する概要図である。図２では、追跡する点に符号を付して示しており、ｒ（ｓ０）をｓ０番目の点、次の点をｒ（ｓ１）としている。点ｒ（ｓ０）から点ｒ（ｓ０）における第１主成分の固有ベクトル分だけ移動した点が点ｒ（ｓ１）であるとして、神経線維の追跡を行う。すなわち、以下の式４が成立する。
【数５】
ここで、係数αは０〜１の範囲の数値であって、以下の式５で算出することができる。
【数６】
ｒ´は１次微分であるが、精度に応じて２次微分、４次微分を採用してもよい。式５で求めたαを用いてｒ２，ｒ３と追跡を順次連続的に行う。
【００４４】
なお、神経線維追跡部１３は、上記の第１主成分ベクトル（principal eigenvector）を用いた追跡手法の他に、第２主成分（medium eigenvector）を用いる方法又は第３主成分（minior eigenvector）を用いる方法を採用することができる。
【００４５】
また、神経線維追跡部１３は、ユーザ操作入力部１１により出力された始点領域を入力し、追跡を開始するボクセルを決定する機能を有している。始点領域は、神経線維の追跡を開始する領域である。ここで、始点領域は二次元的な領域であってもよいし、三次元的な領域であってもよい。神経線維追跡部１３は、例えば、二次元表示されたＤＷＩ上の始点領域を入力し、始点領域内で規則的な格子点を決定し、格子点に対応するボクセルを、追跡を開始するボクセルとして決定する。また、神経線維追跡部１３は、例えば始点領域内のボクセルの数が所定値以上である場合には、始点領域内のボクセルを間引きし、間引き後のボクセルを始点として神経線維の延在方向を追跡する機能を有していてもよい。例えば、神経線維追跡部１３は、始点領域内で決定した規則的な格子点を所定間隔で削除し、あるいは所定間隔でサンプリングすることで間引き処理を実行する。
【００４６】
また、神経線維追跡部１３は、ユーザ操作入力部１１により出力された終端領域を入力し、追跡中の神経線維が終端領域を通過する場合には、通過時点で神経線維の追跡を終了し神経線維の終端とする機能を有していてもよい。終端領域は、神経線維の追跡を終了する領域である。また、神経線維追跡部１３は、ユーザ操作入力部１１により出力された回避領域を入力し、追跡中の神経線維が回避領域を通過する場合には、回避領域の通過時点で神経線維の追跡を終了する機能を有していてもよい。回避領域は、当該領域を通過する神経線維を表示対象の神経線維から除くための領域である。
【００４７】
また、神経線維追跡部１３は、ＤＴＩ、Ｔ２強調画像又はＤＷＩ上のマウスのポイント位置を入力して、当該ポイント位置を始点としてリアルタイムに神経線維の追跡を行う機能を有してもよい。あるいは、神経線維追跡部１３は、後述する三次元表示された観察用画像上のマウスのポイント位置を入力して、当該ポイント位置を始点としてリアルタイムに神経線維の追跡を行う機能を有してもよい。
【００４８】
神経線維追跡部１３は、ユーザ操作により始点領域のみ指定された場合には、始点領域から全ての方向に向かう神経線維を追跡する機能を有している。また、神経線維追跡部１３は、上述した始点領域と回避領域及び終端領域の少なくとも一方とを組み合わせて神経線維を追跡する機能を有している。さらに、神経線維追跡部１３は、上記手法によって追跡した神経線維の三次元位置を観察用画像生成部１４へ出力する機能を有している。
【００４９】
観察用画像生成部１４は、神経線維追跡部１３により出力された神経線維の三次元位置を用いて、サーフェイスレンダリング法によりレンダリングする機能を有している。例えば、観察用画像生成部１４は、神経線維の三次元位置に対応するボクセルを特定するとともに、投影面から当該ボクセルまでの距離（ｚバッファ）を算出してシェーディングを行う。このとき、ＤＴＩのスカラー量に応じた色を付与してもよい。また、観察用画像生成部１４は、神経線維追跡部１３により出力された神経線維の三次元位置を用いて、各神経線維の位置情報の差分を算出し、算出された差分が所定値以内に含まれる神経線維同士を１つのグループとしてグループ化し、グループ化された神経線維群を１つの神経線維として表示してもよい。また、観察用画像生成部１４は、神経線維追跡部１３により出力された神経線維の三次元位置を用いて、神経線維の長さを算出し、ユーザにより指定された神経線維の最大長さ又は最小長さに基づいて、画像化する神経線維を特定してもよい。観察用画像生成部１４はサーフェイスレンダリング法によりレンダリングした画像を記憶領域に記録する。
【００５０】
また、観察用画像生成部１４は、拡散テンソル画像生成部１２により出力されたＤＴＩを用いてボリュームレンダリング法によりレンダリングする機能を有している。例えば、観察用画像生成部１４は、複数のＤＴＩを入力し、ＤＴＩのスカラー量がそれぞれ対応付けられたボクセルにより三次元画像モデルを構築するとともに、各ボクセルに対して不透明度等の表示属性をスカラー量に応じて付与する機能を有している。そして、視線方向に沿った光源減衰を全ボクセルで表現する。例えば、入射光源量とボクセルの有する不透明度とを乗算して当該ボクセルの輝度値を算出する。上記処理を視線方向に順次積算することにより三次元表示された画像を生成する。観察用画像生成部１４はボリュームレンダリング法によりレンダリングした画像を記憶領域に記録する。
【００５１】
さらに、観察用画像生成部１４は、サーフェイスレンダリング法によりレンダリングされた画像とボリュームレンダリング法によりレンダリングされた画像とを重ね合わせて三次元表示された観察用画像を生成する機能を有している。例えば、観察用画像生成部１４は、ボリュームレンダリング法で表示された生体組織のボクセルのうち、所定の不透明度以上を有するボクセルを特定し、視点から当該ボクセルまでの距離を算出する。そして、算出された距離を視線方向における生体組織までの距離（ボリュームレンダリングにおける視点から表面までの距離）として取得する。次に、観察用画像生成部１４は、サーフェイスレンダリング法で表示された神経線維のボクセルのｚバッファと、当該ボクセルを通過する視線方向において、ボリュームレンダリングにおける視点から表面までの距離とを比較する。そして、比較結果に基づいて、サーフェイスレンダリング法により表示される神経線維と、ボリュームレンダリング法により表示される生体組織との三次元重畳位置を特定し、前後関係を明らかにして、両者の画像を重ね合わせた観察用画像を生成する。
【００５２】
あるいは、観察用画像生成部１４は、神経線維追跡部１３により出力された神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、生体組織の所定方向に沿った二次元断面画像を挿入して立体視させ、神経線維と二次元断面画像とを重畳させる機能を有してもよい。
【００５３】
観察用画像生成部１４は、上述した一連の画像処理を例えばユーザ操作入力部１１により出力された視線方向に合わせて実行する。そして、観察用画像生成部１４は、生成した画像を表示装置３０へ出力する。
【００５４】
表示装置３０は、観察用画像生成部１４により出力された観察用画像を表示する機能を有している。表示装置３０として、例えばディスプレイ装置等が用いられる。
【００５５】
次に、本実施形態に係る画像処理装置１の動作について説明する。最初に、本実施形態に係る画像処理装置１の画像入力動作及びテンソル解析動作について、図３を用いて説明する。図３は、本実施形態に係る画像処理装置１の画像入力動作及びテンソル解析動作を示すフローチャートである。図３に示す制御処理は、例えばユーザ操作入力部１１により、画像入力の指示がされたタイミングで実行される。なお、説明理解の容易性を考慮して、ＤＷＩはＤＩＣＯＭ規格に準拠しており、ＤＷＩの撮像装置の装置メーカー名は、所定のタグ情報に対応して格納されているものとして説明する。
【００５６】
図３に示すように、最初に画像処理装置１は画像入力処理を実行する（Ｓ１０）。Ｓ１０の処理では、画像入力部１０が、画像データベース２０を参照して複数のＤＷＩ及びＴ２協調画像を入力する。なお、入力されるＴ２協調画像は少なくとも方向の異なる６つのＤＷＩと対応しており、画像入力部１０は、これらの画像セットを複数入力する。Ｓ１０の処理が終了すると、装置メーカー情報取得処理へ移行する（Ｓ１２）。
【００５７】
Ｓ１２の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、Ｓ１０の処理で入力された画像に付与された装置メーカー情報を画像ごとに取得する。拡散テンソル画像生成部１２は、入力された画像の所定のタグ情報（装置メーカー名）を参照し、画像ごとに装置メーカー名を取得する。Ｓ１２の処理が終了すると、タグ情報取得処理へ移行する（Ｓ１４）。
【００５８】
Ｓ１４の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、Ｓ１２の処理で得られた装置メーカー名に基づいて、画像の撮像条件を格納したタグ情報を取得する。拡散テンソル画像生成部１２は、装置メーカー名と画像の撮像条件を格納したタグ情報とを関連付けしたタグ情報テーブル２１を参照し、Ｓ１２の処理で得られた装置メーカー名に基づいて、画像の撮像条件を格納したタグ情報を特定する。この処理について、図４を用いて詳細に説明する。図４は、タグ情報テーブル２１の一例である。図４に示すように、タグ情報テーブル２１は、タグと当該タグが示す意味とが関連付けされたテーブルである。このタグ情報テーブル２１は、装置メーカー名ごとに異なるテーブルとして管理されている。例えば、Ｓ１２の処理で得られた装置メーカー名がＡ社であるとする。この場合、拡散テンソル画像生成部１２は、Ａ社のＮｏ．１のテーブルを参照して、タグと当該タグが示す意味との対応関係を取得する。拡散テンソル画像生成部１２は、撮像条件として、ＭＰＧの方向、方向の数、ｂ値を指定し、これらに対応するタグ（ＡＡＡ，ＢＢＢ）、（ＣＣＣ，ＤＤＤ）、（ＥＥＥ，ＦＦＦ）を取得する。Ｓ１４の処理が終了すると、判定処理へ移行する（Ｓ１６）。
【００５９】
Ｓ１６の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、Ｓ１４の処理で得られたタグに基づいて、Ｓ１０の処理で得られた画像の付与情報を参照して撮像条件が格納されているか否かを判定する。Ｓ１６の処理において、撮像条件が格納されていると判定した場合には、格納された撮像条件を取得する（Ｓ１８）。一方、Ｓ１６の処理において、撮像条件が格納されていないと判定した場合には、デフォルト値設定処理へ移行する（Ｓ２０）。Ｓ２０の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、例えば予め定めたデフォルト値を撮像条件として設定する。なお、デフォルト値は、ユーザ操作によって適宜変更可能である。Ｓ１８又はＳ２０の処理により、撮像条件の取得が終了すると、拡散テンソル画像生成処理へ移行する（Ｓ２２）
【００６０】
Ｓ２２の処理では、拡散テンソル画像生成部１２が、Ｓ１０の処理で入力した画像セットと、Ｓ１８又はＳ２０の処理により取得された当該画像セットにおける撮像条件（ＭＰＧの方向、方向の数、ｂ値）とを用いてＤＴＩを生成する。例えば、拡散テンソル画像生成部１２は、ユーザ操作入力部１１を介して予めユーザにより指定されたテンソル解析手法に基づいてＤＴＩを生成する。Ｓ２２の処理が終了すると、図３に示す制御処理を終了する。
【００６１】
以上で図３に示す制御処理を終了する。ユーザ操作により画像の入力開始が指示されたタイミングで図３に示す制御処理を実行することにより、ＤＷＩ及びＴ２拡散画像が入力されるとともに装置メーカー名に基づいて各画像の撮像条件が取得されてＤＴＩが生成される。このように、撮像条件が装置メーカー名に基づいて取得されるので、装置メーカーが異なる場合であっても撮像条件を設定するためのユーザ操作を必要とせず、画像入力処置及びテンソル解析処理が一連の処理として自動的に実行される。テンソル解析処理は、処理時間がかかるため、画像入力処理と一連の処理として自動実行することで、観察用画像の表示に至るまでの時間を短縮することができる。
【００６２】
次に、本実施形態に係る画像処理装置１の神経線維追跡動作について説明する。図５は、本実施形態に係る画像処理装置１の神経線維追跡動作を示すフローチャートである。図５に示す制御処理は、例えば図３に示すテンソル解析処理の実行後に実行される。なお、以下では説明理解の容易性を考慮して、ユーザにより始点領域、回避領域及び終端領域が指定されているものとする。例えば、画像処理装置１が、表示装置３０にＤＴＩあるいは三次元表示された生体組織の画像を表示させ、ユーザからの各領域の指定操作を受け付けたものとして説明する。
【００６３】
図５に示すように、最初に画像処理装置１は始点領域入力処理を実行する（Ｓ３０）。Ｓ３０の処理では、ユーザ操作入力部１１がユーザにより指定された始点領域を入力する。Ｓ３０の処理で始点領域を入力すると、異方性入力処理へ移行する（Ｓ３２）。
【００６４】
Ｓ３２の処理では、神経線維追跡部１３が、Ｓ３０の処理で入力された始点領域内のボクセルの中から追跡の始点となるボクセルを特定する。例えば、神経線維追跡部１３は、始点領域内で規則的な格子点を決定し、格子点に対応するボクセルを、追跡を開始するボクセルとして決定する。このとき、始点となるボクセルが所定値以上存在する場合には、格子点をサンプリングし、間引きした後の格子点に対応するボクセルを、追跡を開始するボクセルとして決定する。そして、神経線維追跡部１３は、図３で生成したＤＴＩに基づいて、決定したボクセルにおける異方性を入力する。Ｓ３２の処理が終了すると、隣接ボクセル特定処理へ移行する（Ｓ３４）。
【００６５】
Ｓ３４の処理では、神経線維追跡部１３が、Ｓ３２の処理で特定された異方性に基づいて、異方性方向に沿って始点のボクセルに隣接するボクセルを特定する。Ｓ３４の処理が終了すると、回避領域判定処理へ移行する（Ｓ３６）。
【００６６】
Ｓ３６の処理では、神経線維追跡部１３が、Ｓ３４の処理で特定したボクセルがユーザにより指定された回避領域内であるか否かを判定する。Ｓ３６の処理において、Ｓ３４の処理で特定したボクセルがユーザにより指定された回避領域内であると判定した場合には、神経線維の追跡履歴を記録することなく図５に示す制御処理を終了する。一方、Ｓ３６の処理において、Ｓ３４の処理で特定したボクセルがユーザにより指定された回避領域内でないと判定した場合には、終端判定処理へ移行する（Ｓ３８）。
【００６７】
Ｓ３８の処理では、神経線維追跡部１３が、Ｓ３４の処理で特定したボクセルにおいて終端条件を満たすか否かを判定する。神経線維追跡部１３は、終端条件として、ＦＡ値、元画像信号値、屈曲度合い等を採用して神経線維の終端を判定する。同時に、Ｓ３４の処理で特定したボクセルがユーザにより指定された終端領域内であるか否かを判定する。Ｓ３８の処理において、終端条件を満たさず、かつ終端領域内とならないと判定した場合には、当該隣接したボクセルを次の処理対象のボクセルとする（Ｓ４０）。そして、変更後のボクセルを処理対象にして、Ｓ３２の処理を再度実行する。このように、隣接するボクセルが回避領域・終端領域に存在せず、かつ終端条件を満たさない間は、Ｓ３２〜Ｓ４０の処理を繰り返し実行する。
【００６８】
一方、Ｓ３８の処理において、処理対象のボクセルにおいて終端条件を満たし、又は処理対象のボクセルが終端領域内であると判定した場合には、記録処理へ移行する（Ｓ４２）。Ｓ４２の処理では、Ｓ３２〜Ｓ４０の処理で処理対象となったボクセルの三次元的な位置情報を履歴として記録する。Ｓ４２の処理が終了すると、図５に示す制御処理を終了する。
【００６９】
以上で図５に示す制御処理を終了する。図５に示す制御処理を実行することにより、始点領域内のボクセルから拡散方向の異方性に基づいて隣接するボクセルが特定され、当該ボクセルの拡散方向の異方性に基づいて隣接するボクセルが順次特定される。このように、ボクセルの異方性に基づいて神経線維の延在方向が追跡されて記録される。また、回避領域を通過する神経線維は記録されない。さらに、終端領域を通過する神経線維は仮に終端条件を満たさなくても追跡が終了する。このように、ユーザの指定する領域に基づいて神経線維を追跡することができる。
【００７０】
次に、本実施形態に係る画像処理装置１の観察用画像生成動作について説明する。図６は、本実施形態に係る画像処理装置１の観察用画像生成動作を示すフローチャートである。図６に示す制御処理は、例えば図５に示す神経線維追跡処理の実行後に実行される。なお、以下では説明理解の容易性を考慮して、ユーザにより三次元表示の視線方向が指定されているものとする。例えば、画像処理装置１が、表示装置３０にＤＴＩあるいは三次元表示された生体組織の画像を表示させ、ユーザからの視線方向を受け付けたものとして説明する。
【００７１】
図６に示すように、最初に画像処理装置１は神経線維の描画処理を実行する（Ｓ５０）。Ｓ５０の処理では、観察用画像生成部１４が、図５の処理で得られた神経線維の三次元位置情報に基づいて、ユーザにより指定された視線方向から神経線維を立体視可能な画像をサーフェイスレンダリング法で生成する。観察用画像生成部１４は、例えば拡散テンソルの固有値をＲＢＧの三原色に割り当てて神経線維の表面に表示する。あるいは、ＡＤＣ又はＦＡ値を大きいほど赤くするように配色し神経線維の表面に表示する。なお、観察用画像生成部１４は、ユーザの指定に基づいて、神経線維のグループ化処理、神経線維の長さに基づく神経線維の選択処理を実行し、画像化する神経線維を特定してもよい。Ｓ５０の処理が終了すると、生体組織の描画処理へ移行する（Ｓ５２）。
【００７２】
Ｓ５２の処理では、観察用画像生成部１４が、図３の処理で得られたＤＴＩに基づいて、ユーザにより指定された視線方向から生体組織を立体視可能な画像をボリュームレンダリング法で生成する。Ｓ５２の処理が終了すると、重畳位置算出処理へ移行する（Ｓ５４）。
【００７３】
Ｓ５４の処理では、観察用画像生成部１４が、Ｓ５０の処理で得られた神経線維と、Ｓ５２の処理で得られた画像との重畳位置をボクセルごとに決定する。この処理について、図７を用いて詳細を説明する。図７の（Ａ）は、サーフェイスレンダリングを説明する概要図、図７の（Ｂ）は、ボリュームレンダリングを説明する概要図である。図７の（Ａ）に示すように、観察用画像生成部１４は、Ｓ５０の処理においてサーフェイスレンダリング法で表示された神経線維のボクセルのｚバッファ（図中点線）を取得する。次に、図７の（Ｂ）に示すように、観察用画像生成部１４は、Ｓ５２の処理においてボリュームレンダリング法で表示された生体組織のボクセルのうち、サーフェイスレンダリング法で表示された神経線維のボクセルを通過する視線方向において所定の不透明度以上を有するボクセルＢｏ１を特定し、視点から当該ボクセルＢｏ１までの距離を算出する。そして、算出された距離を視線方向における生体組織までの距離（ボリュームレンダリングにおける視点から表面までの距離）として取得する。次に、観察用画像生成部１４は、神経線維のボクセルのｚバッファと、ボクセルＢｏ１までの距離とを比較する。そして、比較結果に基づいて、Ｓ５０の処理において描画した神経線維と、Ｓ５２の処理において描画した生体組織との前後関係を明らかにして、三次元重畳位置を算出する。観察用画像生成部１４は、上記処理をサーフェイスレンダリング法で表示された神経線維のボクセル全てにおいて実行する。Ｓ５４の処理が終了すると、観察用画像生成処理へ移行する（Ｓ５６）。
【００７４】
Ｓ５６の処理では、観察用画像生成部１４が、Ｓ５６の処理で算出された三次元重畳位置で、Ｓ５０の処理において描画した神経線維とＳ５２の処理において描画した生体組織とを重ね合わせた観察用画像を生成する。Ｓ５６の処理が終了すると、図６に示す制御処理を終了する。
【００７５】
以上で図６に示す制御処理を終了する。図６に示す制御処理を実行することにより、サーフェイスレンダリング法により描画された神経線維と、ボリュームレンダリング法により描画された生体組織（脳腫瘍等）とが適切な位置で重畳されて表示される。
【００７６】
上述したように、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、観察用画像生成部１４により、神経線維追跡部１３によって追跡された神経線維と画像内の生体組織とをそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた観察用画像を生成することができる。このように、追跡された神経線維と他の生体組織とがユーザの操作を介することなくそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化されることにより、追跡された神経線維と他の生体組織との位置関係をユーザに対して直感的に理解させることが可能となる。よって、利便性を向上しつつ神経線維の走行位置の視認容易性を向上させることができる。
【００７７】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、観察用画像生成部１４により、サーフェイスレンダリング法で神経線維をレンダリングして表示するとともにボリュームレンダリング法で生体組織をレンダリングして表示することができる。このため、例えば神経線維の表面に色を付与して周囲に存在する生体組織とは明確に区別して表示することができるとともに、神経線維の周囲に存在する生体組織を透明感を持たせた状態で可視化させることが可能となる。よって、ユーザに対して神経線維の三次元位置を明確に識別させつつ、神経線維と周囲の生体組織との位置関係をユーザに対して適切に把握させることができる。
【００７８】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、観察用画像生成部１４により、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた神経線維の三次元位置と、ボリュームレンダリング法でレンダリングされた生体組織を表示するボクセルのうち所定値以上の不透明度を有するボクセルの三次元位置とを比較して、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた神経線維とボリュームレンダリング法でレンダリングされた生体組織との重畳位置を算出することができるので、異なる三次元表示手法で表示された神経線維と生体組織とを適切な位置で重畳させることができる。
【００７９】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、観察用画像生成部１４により、神経線維追跡部１３により追跡された神経線維がサーフェイスレンダリング法でレンダリングされ、生体組織の所定方向に沿った二次元断面画像がサーフェイスレンダリング法とは異なる三次元表示手法で可視化され、神経線維と二次元断面画像とが重畳された状態で表示することができるので、追跡された神経線維を生体組織の二次元断面画像から伸びるように立体視された状態で三次元的に可視化することが可能となる。このため、神経線維と周囲の生体組織との位置関係をユーザに対して適切に把握させることができる。
【００８０】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、拡散テンソル画像生成部１２により、撮像装置の製造元に関する情報が取得され、製造元と画像の撮像条件のデータ格納位置とを対応させたタグ情報テーブル２１が参照されて、製造元に基づいて画像に付与された撮像条件が取得される。このため、例えば、異なる撮像装置等により撮像された画像が混在する場合であっても、ユーザの操作を必要とせずに自動的に拡散テンソル解析を行うことができる。
【００８１】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、始点領域、終端領域及び回避領域を用いることで、ユーザにより注目された領域から開始して終了する神経線維であって、不要な神経線維を省いて適切に可視化することができる。また、不要な処理を行わないことで神経線維を迅速に可視化することが可能となる。
【００８２】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、拡散テンソル画像生成部１２により、ユーザ操作入力部１１により入力されたテンソル解析手法に基づいて拡散テンソル画像が生成される。このように、テンソル解析手法がユーザによって選択されるため、ユーザが必要とする情報に応じて適切な神経線維の追跡を行うことができる。
【００８３】
また、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、処理時間は少ないが交叉神経の追跡が困難となる１テンソル解析手法と、処理時間は多くかかるが交叉神経の追跡が可能な２テンソル解析手法とを、必要とする情報に応じてユーザが選択することができるため、適切に神経線維の追跡を行うことができる。
【００８４】
さらに、本実施形態に係る画像処理装置１によれば、拡散テンソル画像生成部１２が、１テンソル解析手法により得られた第１成分の固有ベクトル及び第２成分の固有ベクトルで形成される平面内に、２テンソルも拘束されていると仮定して、第１の拡散テンソルＤａ、第２の拡散テンソルＤｂを求めることで、第１の拡散テンソルＤａ、及び第２の拡散テンソルＤｂを単純化して表現することができるので、計算コストを低減させることが可能となる。
【００８５】
以上、本発明の好適な実施形態について具体的に説明したが、上記実施形態は本発明に係る画像処理装置の一例を示すものである。本発明に係る画像処理装置は、上記各実施形態に係る画像処理装置１に限られるものではない。
【００８６】
例えば、上述した実施形態では画像入力部１０が画像データベース２０から画像を直接入力する例を説明したが、通信を介して画像を取得してもよい。
【００８７】
また、上述した実施形態では幾何学的特徴を利用して演算を容易とした２テンソル解析を採用する場合を説明したが、２テンソル解析はこれに限られるものではない。
【符号の説明】
【００８８】
１…画像処理装置、１０…画像入力部、１１…ユーザ操作入力部（始点領域入力手段、終端領域入力手段、回避領域入力手段、解析手法入力手段）、１２…拡散テンソル画像生成部（機器情報取得手段、撮像条件取得手段、拡散テンソル画像生成手段）、１３…神経線維追跡部（追跡手段）、１４…観察用画像生成部（観察用画像生成手段）、２０…画像データベース、２１…タグ情報テーブル、３０…表示装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核磁気共鳴画像法にて撮像された画像を用いて三次元表示された観察用画像を生成する画像処理装置であって、
前記画像に基づいて拡散テンソル画像を生成する拡散テンソル画像生成手段と、
前記拡散テンソル画像から得られる拡散の異方性に基づいて、前記神経線維の延在方向を追跡し前記神経線維の三次元位置を取得する追跡手段と、
前記追跡手段により追跡された前記神経線維、及び前記画像内の生体組織をそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた前記観察用画像を生成する観察用画像生成手段と、
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、前記画像内の前記生体組織をボリュームレンダリング法でレンダリングする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記観察用画像生成手段は、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた前記神経線維の三次元位置と、ボリュームレンダリング法でレンダリングされた前記生体組織を表示するボクセルのうち所定値以上の不透明度を有するボクセルの三次元位置とを比較して、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた前記神経線維とボリュームレンダリング法でレンダリングされた前記生体組織との重畳位置を算出する請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、前記生体組織の所定方向に沿った二次元断面画像をサーフェイスレンダリング法とは異なる三次元表示手法で可視化させ、前記神経線維と前記二次元断面画像とを重畳させる請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記画像には、当該画像の撮像条件及び撮像装置もしくは前記撮像装置の製造元に関する情報が付与されており、
前記画像の前記撮像装置又は前記製造元に関する情報を取得する機器情報取得手段と、
前記撮像装置もしくは前記製造元と前記撮像条件のデータ格納位置とを対応させたテーブルを参照し、前記撮像装置又は前記製造元に基づいて前記画像の前記撮像条件を取得する撮像条件取得手段と、
を更に備え、
前記拡散テンソル画像生成手段は、前記撮像条件に基づいて拡散テンソル画像を生成する請求項１〜４の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
ユーザ操作により指定された前記神経線維の始点を定める始点領域を入力する始点領域入力手段を更に備え、
前記追跡手段は、前記始点領域に含まれるボクセルから前記神経線維の延在方向を追跡する請求項１〜５の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記追跡手段は、前記始点領域に含まれる前記ボクセルを間引きし、間引き後のボクセルを始点として神経線維の延在方向を追跡する請求項１〜６の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
ユーザ操作により指定された前記神経線維の終端を定める終端領域を入力する終端領域入力手段を更に備え、
前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維のうち前記終端領域を通過する前記神経線維のみを可視化させた前記観察用画像を生成する請求項１〜７の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
ユーザ操作により指定された回避領域を入力する回避領域入力手段を更に備え、
前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維のうち前記回避領域を通過しない前記神経線維のみを可視化させた前記観察用画像を生成する請求項１〜８の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
ユーザ操作により指定されたテンソル解析手法を入力する解析手法入力手段を更に備え、
前記拡散テンソル画像生成手段は、前記テンソル解析手法に基づいて前記拡散テンソル画像を生成する請求項１〜９の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記解析手法入力手段は、拡散の異方性を１つのテンソルを用いて１方向として表現する１テンソル解析手法、又は拡散の異方性を２つのテンソルを用いて２方向として表現する２テンソル解析手法を、ユーザ操作により指定されたテンソル解析手法として入力する請求項１〜１０の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記拡散テンソル画像生成手段は、
基準となる拡散強調画像Ｓ０、勾配磁場の印加方向ｇ，勾配磁場の影響の強さｂ、第１の拡散テンソルＤａ、第２の拡散テンソルＤｂ、第１の拡散テンソルＤａの重みｆを用いて、ある方向の傾斜磁場を印可した拡散強調画像Ｓを、
【数７】
と定義し、拡散の２つの方向を用いて前記拡散テンソル画像を生成する請求項１〜１１の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記拡散テンソル画像生成手段は、
１テンソル解析手法により得られた第１成分の固有ベクトル及び第２成分の固有ベクトルで形成される平面内に、２テンソルも拘束されていると仮定して、前記第１の拡散テンソルＤａ、前記第２の拡散テンソルＤｂを求める請求項１〜１２の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１】
核磁気共鳴画像法にて撮像された画像を用いて三次元表示された観察用画像を生成する画像処理装置であって、
前記画像に基づいて拡散テンソル画像を生成する拡散テンソル画像生成手段と、
前記拡散テンソル画像から得られる拡散の異方性に基づいて、前記神経線維の延在方向を追跡し前記神経線維の三次元位置を取得する追跡手段と、
前記追跡手段により追跡された前記神経線維、及び前記画像内の生体組織をそれぞれ異なる三次元表示手法で可視化させた前記観察用画像を生成する観察用画像生成手段と、
を備える画像処理装置。
【請求項２】
前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、前記画像内の前記生体組織をボリュームレンダリング法でレンダリングする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
前記観察用画像生成手段は、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた前記神経線維の三次元位置と、ボリュームレンダリング法でレンダリングされた前記生体組織を表示するボクセルのうち所定値以上の不透明度を有するボクセルの三次元位置とを比較して、サーフェイスレンダリング法でレンダリングされた前記神経線維とボリュームレンダリング法でレンダリングされた前記生体組織との重畳位置を算出する請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維をサーフェイスレンダリング法でレンダリングし、前記生体組織の所定方向に沿った二次元断面画像をサーフェイスレンダリング法とは異なる三次元表示手法で可視化させ、前記神経線維と前記二次元断面画像とを重畳させる請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項５】
前記画像には、当該画像の撮像条件及び撮像装置もしくは前記撮像装置の製造元に関する情報が付与されており、
前記画像の前記撮像装置又は前記製造元に関する情報を取得する機器情報取得手段と、
前記撮像装置もしくは前記製造元と前記撮像条件のデータ格納位置とを対応させたテーブルを参照し、前記撮像装置又は前記製造元に基づいて前記画像の前記撮像条件を取得する撮像条件取得手段と、
を更に備え、
前記拡散テンソル画像生成手段は、前記撮像条件に基づいて拡散テンソル画像を生成する請求項１〜４の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項６】
ユーザ操作により指定された前記神経線維の始点を定める始点領域を入力する始点領域入力手段を更に備え、
前記追跡手段は、前記始点領域に含まれるボクセルから前記神経線維の延在方向を追跡する請求項１〜５の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項７】
前記追跡手段は、前記始点領域に含まれる前記ボクセルを間引きし、間引き後のボクセルを始点として神経線維の延在方向を追跡する請求項１〜６の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項８】
ユーザ操作により指定された前記神経線維の終端を定める終端領域を入力する終端領域入力手段を更に備え、
前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維のうち前記終端領域を通過する前記神経線維のみを可視化させた前記観察用画像を生成する請求項１〜７の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項９】
ユーザ操作により指定された回避領域を入力する回避領域入力手段を更に備え、
前記観察用画像生成手段は、前記追跡手段により追跡された前記神経線維のうち前記回避領域を通過しない前記神経線維のみを可視化させた前記観察用画像を生成する請求項１〜８の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１０】
ユーザ操作により指定されたテンソル解析手法を入力する解析手法入力手段を更に備え、
前記拡散テンソル画像生成手段は、前記テンソル解析手法に基づいて前記拡散テンソル画像を生成する請求項１〜９の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１１】
前記解析手法入力手段は、拡散の異方性を１つのテンソルを用いて１方向として表現する１テンソル解析手法、又は拡散の異方性を２つのテンソルを用いて２方向として表現する２テンソル解析手法を、ユーザ操作により指定されたテンソル解析手法として入力する請求項１〜１０の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１２】
前記拡散テンソル画像生成手段は、
基準となる拡散強調画像Ｓ０、勾配磁場の印加方向ｇ，勾配磁場の影響の強さｂ、第１の拡散テンソルＤａ、第２の拡散テンソルＤｂ、第１の拡散テンソルＤａの重みｆを用いて、ある方向の傾斜磁場を印可した拡散強調画像Ｓを、
【数７】
と定義し、拡散の２つの方向を用いて前記拡散テンソル画像を生成する請求項１〜１１の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記拡散テンソル画像生成手段は、
１テンソル解析手法により得られた第１成分の固有ベクトル及び第２成分の固有ベクトルで形成される平面内に、２テンソルも拘束されていると仮定して、前記第１の拡散テンソルＤａ、前記第２の拡散テンソルＤｂを求める請求項１〜１２の何れか一項に記載の画像処理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−３４７７２（Ｐ２０１２−３４７７２Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７６２９５（Ｐ２０１０−１７６２９５）
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５０３３１３３７３）株式会社ＡＺＥ (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【出願人】（５０３３１３３７３）株式会社ＡＺＥ (10)
【Ｆターム（参考）】
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