(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
医用画像撮像手段により被検体の部位を撮像して得られた３次元ボリューム画像を読み込む第一読込手段と、
前記３次元ボリューム画像を撮像したときの前記被検体の生体情報の時相とは異なる時相において、前記被検体の部位を２次元撮像して得られた２次元画像を読み込む第二読込手段と、
前記２次元画像を用いて前記３次元ボリューム画像の補償を行う画像補償手段と、
を備えることを特徴とする医用画像処理装置。
【請求項２】
前記画像補償手段は、前記３次元ボリューム画像のうち、前記２次元画像と同一断面位置にある画像を、前記２次元画像と一致するように補正をし、前記３次元ボリューム画像のうち、前記２次元画像とは異なる断面位置にある画像を、その前後に位置する２次元画像を用いて補間することにより、前記補償を行う、
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３次元ボリューム画像及び前記２次元画像を表示する表示手段と、
前記表示手段の表示画面上において、前記３次元ボリューム画像に撮像された領域と、前記２次元画像に撮像された領域と、の関連付け情報を入力する入力手段と、を更に備え、
前記画像補償手段は、前記関連付け情報に基づいて、前記３次元ボリューム画像に撮像された領域の位置が、前記２次元画像に撮像された領域の位置に一致するように、前記３次元ボリューム画像を補償する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の医用画像処理装置。
【請求項４】
前記画像補償手段は、前記３次元ボリューム画像及び前記２次元画像から、前記被検体が撮像された領域の輪郭を抽出し、前記３次元ボリューム画像の輪郭が、前記２次元画像の輪郭に一致するように、前記３次元ボリューム画像を補償する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
【請求項５】
前記３次元ボリューム画像は、前記被検体を連続する複数の領域に分け、各領域において撮像された区間３次元ボリューム画像をつなぎ合わせたものであり、
前記画像補償手段は、全ての区間３次元ボリューム画像の生体情報の時相が一致するように、前記区間３次元ボリューム画像を補償する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
【請求項６】
前記２次元画像は、前記生体情報の所望する時相において、等間隔のマルチスライス撮像を行うことにより撮像された画像である、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の医用画像処理装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の医用画像処理装置と、
前記被検体の３次元ボリューム画像及び２次元画像を撮像する医用画像撮像装置と、
前記３次元ボリューム画像の撮像及び前記２次元画像の撮像と同期して、前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得手段と、
前記被検体に対する手技に用いられる術具の３次元の位置を検出する位置検出手段と、
前記術具の位置を前記３次元ボリューム画像上に表示したナビゲーション画像を生成するナビゲーション画像生成手段と、
を備え、
前記医用画像撮像装置は、前記３次元ボリューム画像を撮像したときの前記被検体の生体情報の時相とは異なる時相において、前記被検体の部位を２次元撮像して前記２次元画像を生成し、
前記医用画像処理装置は、前記２次元画像を用いて、前記３次元ボリューム画像の補償を行い、
前記ナビゲーション画像生成手段は、前記補償された３次元ボリューム画像上に前記術具の位置を表示したナビゲーション画像を生成する、
ことを特徴とする治療支援システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医用画像処理装置及び治療支援システムに係り、特に、被検体の体動（呼吸動など）による３次元ボリューム画像の時相のずれを補償する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、被検体を撮影するＭＲＩ装置において、画像再構成に必要なＮ個（Ｎは１以上の整数）のエコー（本スキャンデータ）を取得するにあたり、呼吸動をモニタするための着目部位を含む関心領域をカバーする本スキャンのスライス面とは独立したスライス面に位相エンコードを付加しないｍ個（ｍは１以上Ｎ以下の整数）のナビゲーションエコーを本スキャンデータ毎に取得し、取得した各ナビゲーションエコーを周波数方向に１次元フーリエ変換し、画素信号の強度として表わされる実空間データを求め、実空間データから着目部位を含む関心領域を演算で抽出し、関心領域内の実空間データから着目部位の位置を検出する磁気共鳴イメージング装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−５７２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
腹部領域における一般的な３次元ボリューム撮像は、体動（例えば呼吸動）の影響を少なくするために息止め撮像が行われる。しかし、息止め可能な時間は有限なことから、広いボリューム領域を撮像しようとした場合、複数回の息止め撮像が必要となる。この副作用として、得られる複数の３次元ボリューム画像は生体情報（呼吸情報）の時相が異なるため、各回で撮像された３次元ボリューム画像を繋げた場合には、生体情報（呼吸情報）の差による画像の段差（位置ズレ）が生じることがある。この場合、再度の３次元ボリューム撮像を行う必要がある場合があったが、３次元ボリューム撮像の撮像時間は時間がかかるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、再度の３次元ボリューム撮像を行うことなく、生体情報の差による画像の段差をなくした３次元ボリューム画像を提供する医用画像処理装置及び治療支援システム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】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明に係る医用画像処理装置は、医用画像撮像手段により被検体の部位を撮像して得られた３次元ボリューム画像を読み込む第一読込手段と、前記３次元ボリューム画像を撮像したときの前記被検体の生体情報の時相とは異なる時相において、前記被検体の部位を２次元撮像して得られた２次元画像を読み込む第二読込手段と、前記２次元画像を用いて前記３次元ボリューム画像の補償を行う画像補償手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る治療支援システムは、上記医用画像処理装置と、前記被検体の３次元ボリューム画像及び２次元画像を撮像する医用画像撮像装置と、前記３次元ボリューム画像の撮像及び前記２次元画像の撮像と同期して、前記被検体の生体情報を取得する生体情報取得手段と、前記被検体に対する手技に用いられる術具の３次元の位置を検出する位置検出手段と、前記術具の位置を前記３次元ボリューム画像上に表示したナビゲーション画像を生成するナビゲーション画像生成手段と、を備え、前記医用画像撮像装置は、前記３次元ボリューム画像を撮像したときの前記被検体の生体情報の時相とは異なる時相において、前記被検体の部位を２次元撮像して前記２次元画像を生成し、前記医用画像処理装置は、前記２次元画像を用いて、前記３次元ボリューム画像の補償を行い、前記ナビゲーション画像生成手段は、前記補償された３次元ボリューム画像上に前記術具の位置を表示したナビゲーション画像を生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、生体情報が、所望する時相と異なる時相において３次元ボリューム撮像をした場合、所望する時相で撮像した２次元スライス画像を用いて３次元ボリュームデータの画像補償を行うため、再度の３次元ボリューム撮像が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る治療支援システムの概略構成図
【図２】治療支援システム１０に用いられる治療支援プログラムの構成を示すブロック図
【図３】マルチスラブ撮像の処理内容を示す説明図
【図４】横隔膜追従機能処理を示す説明図
【図５】本実施形態に係る治療支援システムの処理の流れを示すフローチャート
【図６】マルチスライス画像取得処理を示す説明図
【図７】３Ｄ画像の画像補償処理を示す説明図であって、（ａ）は基準となる生体情報に基づいて２Ｄマルチスライス画像を撮像する処理を示し、（ｂ）は、事前に取得した３Ｄ画像に対し、２Ｄマルチスライス画像を基準に３Ｄ画像の同一断面を補償する処理を示し、（ｃ）は２Ｄマルチスライス画像と異なる断面画像を補間して、全ての３Ｄボリューム画像を補償して３Ｄ画像を生成する処理を示す。
【図８】ナビゲーション画像生成時における３Ｄ画像変更処理を示す説明図
【図９】手術前に表示される画面表示例を示す模式図
【図１０】手術中に表示される画面表示例を示す模式図
【図１１】４Ｄボリューム画像による画像ナビゲーション処理を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。同一機能を有する構成及び同一の処理内容の手順には同一符号を付し、その説明の繰り返しを省略する。
【００１１】
本実施形態の説明に先立ち、本実施形態の基礎技術について説明する。３次元ボリューム撮像を行う医用画像撮像装置として、核磁気共鳴撮像装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）がある。このＭＲＩ装置は、連続的に被検体中の水素や燐等からの核磁気共鳴信号（以下、ＭＲ信号と称する）を測定し、核の密度分布や緩和時間分布等を映像化するものである。現在、臨床で普及しているＭＲＩ装置の撮像対象は、被検体の主たる構成物質、プロトンである。ＭＲＩは、プロトン密度の空間分布や、励起状態の緩和現象の空間分布を画像化することで、人体頭部、腹部、四肢等の形態または、機能を２次元もしくは３次元的に撮像する。
【００１２】
一般的なＭＲＩ装置は、患者の周囲に静磁場を発生する磁石と、この空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場コイルと、この領域に高周波磁場を発生するＲＦコイルと、患者が発生するＭＲ信号を検出するＲＦ受信コイルを含み構成されている。傾斜磁場コイルは、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。ＲＦコイルは、ＲＦ送信部の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦコイルの信号は、信号検出部で検出され、信号処理部で信号処理され、また計算により画像信号に変換される。画像信号は、表示部で断層像として表示される。傾斜磁場電源、ＲＦ送信部、信号検出部などは、制御部で制御され、制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。患者は、ベッドに横たわってＲＦ受信コイル、ＲＦコイル傾斜磁場コイルなどで囲まれた装置内の空間に搬送され、断層面の撮像が行われる。
【００１３】
このようなＭＲＩ装置を用いた心臓イメージングや、手術時の穿刺モニタリング、経皮的治療などに使用されるＩ−ＭＲＩ装置（interventinal−MRI装置、または、Intraoperative−MRI装置の略称）では、リアルタイムで撮像する断層面を任意に設定したいという要望がある。撮像する断層面を任意に選択する手法として、グラフィカルユーザインタフェース（以下「ＧＵＩ」と略記する。）にＭＲＩ画像を表示して、画面上のボタンをクリックして、次に撮像する断層面を決定する方法や、３次元マウスなどを使う方法などが提案されている。これらの方法では、撮像する断層面の位置や向きをマウスなどの入力手段で調整、設定しなければならず煩雑なので、ＭＲＩ装置としては、より簡便に撮像する断層面の位置や向きを調整、設定できることが望ましい。その手法として、術具の先端部にポインタを設け、３次元位置検出装置にてポインタの位置を検出し、これに基づいて、断層面を自動的に調整する技術がある。
【００１４】
一方、位置検出装置と過去に撮像したボリュームデータを用いた手術ナビゲーションシステムは、手術時に患者に対してポインタなどにより指定される位置を、当該位置を含む患者の直交３平面それぞれを断面とする断層画像上に表示することにより手術操作をナビゲーションするシステムであり、脳神経外科手術などの高精度の外科手術に適用されている。
【００１５】
ここで、このような手術ナビゲーションシステムにおける患者の断層画像は、予め、ＭＲＩ装置によって撮像した３次元のデータであるボリュームデータにより生成される。一方、ポインタによる指定位置を定めるために必要とされるポインタの位置検出の方式には、機械式、光学式、磁気式、超音波式などの方式がある。上記Ｉ-ＭＲＩと３次元手術ナビゲーションシステムとを組み合わせ手術ナビゲーションシステムを構成することも行われている。
【００１６】
更に、ＭＲＩによる高速撮像シーケンスの応用のひとつとして、フルオロスコピー（透視撮像）と呼ばれるリアルタイム動態画像化法が臨床応用されつつある。フルオロスコピーでは、１秒以下程度の周期で撮像と画像再構成を繰り返すことにより、あたかもX線透視撮像のように体内組織の動態抽出や体内に外部から挿入した器具の位置把握に用いることができる動態画像を生成・表示する。この応用は３次元高速撮像にも応用されている。方法として、Rawデータを間引いて撮像し、以前のデータを用いて補完・再構成する技術がある。例えば、TR=1、Phase  Encode=100とすれば、100ms毎に１画像を連続取得することができる。
【００１７】
ここで、腫瘍を含むボリュームを高速撮像する方法として、マルチスライスにて確認する方法が一般的である。３次元計測（３次元撮像）によるボリューム撮像はスライス厚も薄く設定できるが、計測時間がかかる欠点がある。しかし、数枚の２次元マルチスライス撮像であれば、数秒で３次元情報が得られ、治療前後の画像の差分機能と組み合わせると、手術情報としての役割を果たすことができる。例えば、ターゲットを含む断面撮像する場合、それを含む断面を任意の間隔で複数枚撮像する。得られる画像においてターゲットとなる腫瘍が描出されるが、スライス間隔があるため３次元的な詳細情報を得ることができない。それを解決する方法として、最大値投影法（ＭＩＰ；Maximum  Intensity  Projection）がある。これは、３次元画像上で所定の方向を設定し、この方向に直交するすべてのピクセルの検出線上で最大値を見つけ、これに基づいて２次元画像を作成する。この方法は実行が容易であるが、２次元情報しか得ることができない。
【００１８】
また、画像処理機能を有するＭＲＩ装置と３次元位置検出装置による術具位置の検出機能を用いて、ＭＲＩにて撮像した３Ｄボリューム画像から特定領域を登録し、３次元位置検出装置にて検出した術具位置が特定領域内にあるかを判別し、術具位置が特定領域内にある場合には特別に設定したパラメータを用いてマルチスライス撮像する技術がある。つまり、特定領域だけを異なる条件で撮像することで、部位毎の鮮明な診断が可能になり、アーチファクトによる誤診を防ぎ治療効果を向上することもできる。また、インタラクティブ  スキャン  コントロール（Interactive  Scan  Control、以下「ＩＳＣ」と略記する）や３次元ナビゲーション等の治療支援装置と併用することで、術具方向に追随したＭＩＰ画像等の画像処理機能を併用することで、術前と術中画像の差を明確化することができ、手術成績向上が期待できる。上記技術を前提として、以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
本実施形態に係る治療支援システムは、核磁気共鳴装置により、被検体を連続する複数の撮影位置に分けて、各撮影位置において息止めをして３次元ボリューム撮像を行い、各撮像位置から３次元ボリューム画像（以下、各撮像位置から得た３次元ボリューム画像を「区間３次元ボリューム画像」という）を取得し、その区間３次元ボリューム画像の生体情報（本実施形態では特に呼吸情報）の時相にずれが生じた場合に、所望する時相で撮像した２次元スライス画像を用いて、区間３次元ボリューム画像の画像補償を行うものである。そして、時相が一致した区間３次元ボリューム画像を繋げて、上記複数の撮影位置の３次元ボリューム画像を用意し、それを用いて、穿刺針の位置を示すナビゲーション画像を生成・表示するものである。
【００２０】
本実施形態では、補償した３次元ボリューム画像を手技中のナビゲーション画像に用いるが、補償した３次元ボリューム画像の使用用途は、これに限定されるものではない。また、本実施形態では、複数の撮像位置から区間３次元ボリューム画像を取得したが、単一の撮像位置について３次元ボリューム撮像を行ったときに、所望する生体情報の時相、例えば吸期からずれてしまった場合にも、その撮像位置について２次元マルチスライス撮像を行い、それを用いて画像補償をしてもよい。
【００２１】
また、本実施形態では、生体情報として呼吸情報、特に横隔膜位置を用いるが、体動は呼吸動に限らず、心臓の拍動による心時相の一致（ＥＣＧ）、食道の嚥下運動や各消化器官の消化運動でもよい。また、生体情報は、心電図や、食道、各消化器官の位置情報を用いてもよい。また、本実施形態では、医用画像撮像装置として核磁気共鳴装置（以下「ＭＲＩ装置」という）を用いるが、本発明は、３次元ボリューム撮像と２次元マルチスライス撮像とに係る時間を比較した場合に、３次元ボリューム撮像の方が相対的に時間が長い、いかなる医用画像撮像装置に適用してもよい。よって、例えばＸ線ＣＴ装置を用いて３次元ボリューム撮像を行い、体動の時相が合わない断面について再度２次元スライス画像の撮像を行い、その２次元スライス画像を用いて３次元ボリューム画像を補償してもよい。Ｘ線ＣＴ装置の場合には、再度の３次元ボリューム撮像による被曝の低減も図ることができるという効果がある。
【００２２】
以下、図１に基づいて、本実施形態に係る治療支援システムの構成について説明する。図１は、本実施形態に係る治療支援システムの概略構成図である。
【００２３】
本実施形態に係る治療システム１０は、主に、核磁気共鳴撮像装置（以下、ＭＲＩ装置と称する）１がパーソナルコンピュータ１９と連結される。そして、穿刺針３６に取り付けられたポインタ２７を位置検出デバイス９が連続的に追随し、ポインタ２７の位置情報を転送することで、ＭＲＩ（またはＣＴ）装置１と穿刺針３６の位置とが連結される。
【００２４】
図１のＭＲＩ装置１は、垂直磁場方式０．３Ｔの永久磁石ＭＲＩ装置であり、患者の周囲に垂直な静磁場を発生する上部磁石３と下部磁石５とが支柱７により垂直方向に並べて配置される。上部磁石３と下部磁石５との間に構成された開口部３２内に、被検体２４がベッド２１に載置されて搬送される。また、ＭＲＩ装置１は、図示を省略するものの、この静磁場空間に傾斜磁場を発生する傾斜磁場発生部を備える。この斜磁場発生部は、領斜磁場をパルス的に発生させ、最大傾磁場強度１５ｍＴ／ｍで、スルーレート２０ｍＴ／ｍ／ｍｓである。更に、ＭＲＩ装置１は、静磁場中の被検体２４に核磁気共鳴を生じさせるための図示しないＲＦ送信器、被検体２４からの核磁気共鳴信号を受信する図示しないＲＦ受信器を備え、これらは１２．８ＭＨｚの共振型の傾斜磁場コイルにより構成される。傾斜磁場コイルは、Ｘ、Ｙ、Ｚの３方向の傾斜磁場コイルで構成され、傾斜磁場電源からの信号に応じてそれぞれ傾斜磁場を発生する。ＲＦコイルは、ＲＦ送信部の信号に応じて高周波磁場を発生する。ＲＦコイルの信号は、信号検出部で検出され、信号処理部で信号処理され、また計算により画像信号に変換される。画像信号は、表示部で断層像として表示される。傾斜磁場電源、ＲＦ送信部、信号検出部などは、制御部で制御される。制御のタイムチャートは一般にパルスシーケンスと呼ばれている。被検体２４は、ベッド２１に横たわってＲＦ受信コイル、ＲＦコイル、傾斜磁場コイルなどで囲まれたＭＲＩ装置１内の空間に搬送され、断層面の撮像が行われる。
【００２５】
位置検出デバイス９は、間隔をおいて（視差を持たせて）設けられた複数の赤外線カメラ２５、２５と、赤外線を発光する図示しない発光ダイオードを含んで構成され、断層面指示デバイスであるポインタ２７の位置及び姿勢を検出するものである。この位置検出デバイス９は、アーム１１により移動可能に上部磁石３に連結され、ＭＲＩ装置１に対する配置を適宜変更することができる。また、ポインタ２７の位置検出の方式には、上記に限らず、機械式、光学式、磁気式、超音波式などの方式を用いてもよい。
【００２６】
基準ツール１７は、ポインタ２７とＭＲＩ装置１との相対的な位置関係を検出するために、赤外線カメラ２５の座標系とＭＲＩ装置１の座標系をリンクさせるもので、３つの反射球からなるマーカ３５を備え、上部磁石３の側面に設けられている。マーカは、反射球に代えて、発光ダイオードなどの光源でもよい。
【００２７】
パーソナルコンピュータ１９には、赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の情報が、術具位置データとして、例えば、ＲＳ２３２Ｃケーブル３３を介して送信される。
【００２８】
モニタ１３、１４は、術者２９が把持する穿刺針３６に備えられたポインタ２７により指示された被検体２４の断層面の画像を表示するもので、モニタ支持部１５により、赤外線カメラ２５同様、上部磁石３に連結されている。
【００２９】
制御部２３は、ワークステーションで構成され、ＭＲＩ装置１と電気的に接続される。そして、図示しないＲＦ送信器、ＲＦ受信器などを制御する。更に制御部２３は、パーソナルコンピュータ１９と接続されている。パーソナルコンピュータ１９では赤外線カメラ２５が検出し算出したポインタ２７の位置から穿刺針３６の位置データを取得し、その位置データをＭＲＩ装置１で利用可能な位置データに変換し、制御部２３へ送信する。位置データは、撮像シーケンスの撮像断面へ反映される。新たな撮像断面で取得された画像は液晶モニタからなるモニタ１３、１４及びモニタ２０に表示される。例えば断層面指示デバイスであるポインタ２７を穿刺針３６にとりつけ、穿刺針３６のある位置を常に撮像断面とする様に構成した場合、モニタ１３、２０には穿刺針３６の先端を含む断面が表示されることになる。また、穿刺針３６に代わり、収束超音波を照射する治療プローブを用いた手技において、収束超音波の焦点がある位置を常に撮像断面とするように構成してもよい。その他、生体情報に同期した計測をすることも可能であり、被検体２４に取り付けられた同期（時相）計測装置４１にて各種情報（脈波、心電、呼吸）を取得することができるが、本実施形態では、同期計測装置４１に代えて、後述（図５参照）の如く、ＭＲＩ装置１により被検体２４内の横隔膜位置を追従する機能を用いる。
【００３０】
ＭＲＩ装置１は、手術室１００内に設置され、パーソナルコンピュータ１９及びこれに接続されたモニタ２０、制御部２３、映像記録装置３４は、手術室に隣接する操作室１０１内に備えられる。そして、モニタ１３、１４は、術者２９が視認し、モニタ２０は、操作室１０１内の操作者（図示を省略）が視認する。パーソナルコンピュータ１９に接続された映像記録装置３４は、術中の動画像（映像信号）を同時記録する。
【００３１】
次に、図２に基づいて、治療支援システム１０に用いられる治療支援プログラムについて説明する。図２は、治療支援システム１０に用いられる治療支援プログラムの構成を示すブロック図である。治療支援プログラムは、パーソナルコンピュータ１９の図示しない記憶装置に格納され、パーソナルコンピュータ１９に備えられた図示しないメモリにロードされてＣＰＵにより実行されることにより、各プログラムとパーソナルコンピュータ１９を構成するハードウェアとが協働してプログラムが備える機能を実現する。
【００３２】
治療支援プログラムは、被検体２４の３次元ボリュームデータを取得する画像データ取得部１９ａと、３次元ボリュームデータに基づいて３次元ボリューム画像（以下「３Ｄ画像」という）を３次元再構成する画像再構成部１９ｂと、被検体の生体情報の時相を監視する生体情報モニタリング部１９ｃと、２次元スライス画像を用いて３Ｄ画像の画像補償を行う画像補償部１９ｄと、画像補償後の３Ｄ画像から病変部位が撮影された領域（以下病変部位を「特定部位」、病変部位が撮影された領域を「特定領域」という）を抽出する特定領域抽出部１９ｅと、被検体の再構成画像に特定領域の位置や穿刺針３６の位置を重畳表示したナビゲーション画像を生成するナビゲーション画像生成部１９ｆと、位置検出デバイス９からの位置情報に基づいて、穿刺針３６及び被検体２４の実空間上の位置をもとめ、これをＭＲＩ装置１が使用可能な検出空間の座標系に変換し、更に検出空間の座標系を被検体の再構成画像上の座標系に変換して、被検体の再構成画像と穿刺針３６及び被検体２４の実空間上の座標とを一致させる位置検出処理部１９ｇと、術具の経路、特に本実施形態では、穿刺針３６の芯線の延長方向や先端位置を、位置検出デバイス９が求めたポインタ２７の傾き等のパラメータに基づいて算出したり、仮想的な穿刺針先端からの治療領域を算出する経路算出部１９ｈと、ナビゲーション画像や再構成画像をモニタ１３，１４、２０へ表示制御する表示制御部１９ｌと、を備える。
【００３３】
本実施形態では、画像データ取得部１９ａは、ＭＲＩ装置１から３次元ボリュームデータと２次元マルチスライスデータを取得し、画像再構成部１９ｂが３Ｄ画像及び２次元マルチスライス画像を再構成するが、予め撮像された３次元ボリュームデータ及び２次元マルチスライスデータを、図示しない記憶装置に格納しておき、画像再構成部１９ｂがこれらの再構成処理を行ってもよい。この場合、画像データ取得部１９ａは必須ではない。更に、すでに再構成された３Ｄ画像や２次元マルチスライス画像を用いて画像補償処理を行う場合には、画像再構成部１９ｂも必須ではない。
【００３４】
次に、本実施形態に係る治療支援システム１０で行うマルチスラブ撮像の概要について、図３に基づき説明する。図３は、マルチスラブ撮像の処理内容を示す説明図である。被検体２４の腹部等の動きのある部位を、例えば３分割して息止め撮像するとした場合、スラブ１から３Ｄ画像３０１、スラブ２から３Ｄ画像３０２、スラブ３からの３Ｄ画像３０３を取得する。息止め撮像と同時に、生体情報（呼吸情報）もモニタリングする。呼吸情報のモニタリング手法として、例えば、横隔膜位置情報を用いて吸期−呼期を判断する手法がある。すなわち、吸期において、横隔膜は、被検体内の腹部深部（足部側）により近い部位に位置し、呼気においては、横隔膜は、被検体内の腹部上部（頭部側）により近い部位に位置ため、横隔膜位置を参照することで、呼期と吸期とを判別できる。
【００３５】
図４に基づいて、横隔膜位置情報を用いた生体情報（呼吸情報）の取得方法について説明する。図４は、横隔膜追従機能処理を示す説明図である。被検体２４の肺２４１と横隔膜２４２とを縦断する領域２４３について、ＭＲＩ装置１は、３Ｄ撮像と同時に横隔膜撮像を実施する。被検体２４に対して、肺２４１と横隔膜２４２とは上下に規則運動をしている。そこで、横軸が経過時間、縦軸が体軸方向に沿った横隔膜位置を示す時系列グラフ４０１（呼吸情報に相当）は、周期的なグラフとなる。ここで、横隔膜位置情報をトラッキングしながら撮像することで、各スラブにおいて呼吸差（呼吸時相の差）４０５がない同条件（同時相）において３Ｄ画像が取得可能となる。
【００３６】
例えば、時系列グラフ４０１において、スラブ１撮像時の横隔膜位置４０２と、スラブ２撮像時の横隔膜位置４０３、スラブ３撮像時の横隔膜位置４０４がすれているとすると、３次元ボリューム画像間の連結時のつなぎ目に、呼吸時相の差４０５が３Ｄ画像の段差として表示され、３Ｄ画像間の連続性が保たれない。よって、時相の差がある場合に、基準時相においてそのスラブに対し２次元マルチスライス撮像を行い、そこで得られた２次元画像を用いて３次元ボリューム画像の画像補償を行う。以下、図５のフローチャートのステップ順に沿って説明する。図５は、本実施形態に係る治療支援システムの処理の流れを示すフローチャートである。
【００３７】
（ステップＳ１）
ＭＲＩ装置１は、息止めをした被検体２４のスラブ１を３次元ボリューム撮像（以下「３Ｄ撮像」という。）し、画像データ取得部１９ａが３次元ボリューム画像データ（以下「３Ｄデータ」という。）を読み込む。画像再構成部１９ｂは、３Ｄデータの３次元再構成を行い、３Ｄ画像を生成する（Ｓ１）。
【００３８】
（ステップＳ２）
同時に、ＭＲＩ装置１において、ステップＳ１における３Ｄ撮像時の生体情報（本実施形態では呼吸情報に相当する）をモニタリングする（Ｓ２）。
【００３９】
（ステップＳ３）
被検体２４を載置したベッド２１の天板を移動して、撮像位置を変更する（Ｓ３）。
【００４０】
（ステップＳ４）
再度の息止め３Ｄ撮像（例えば、スラブ２、スラブ３）及び３次元再構成を行う（Ｓ４）。
【００４１】
（ステップＳ５）
ステップＳ２と同様、Ｓ４の３Ｄ撮像と同時に呼吸情報をモニタリングする（Ｓ５）。
【００４２】
（ステップＳ６）
生体情報モニタリング部１９ｃは、ステップＳ２、Ｓ５の呼吸情報を読込み、３Ｄ撮像を行ったときの生体情報（呼吸情報）の時相が、基準となる生体情報の時相（以下「基準時相」という。）、例えば、前回、又は１回目の３Ｄ撮像における時相と一致するかどうかの判断を行う（Ｓ６）。否定であればステップＳ７、肯定であればステップＳ９へ進む。
【００４３】
本実施形態では、スラブ１を撮像したときの時相４０２を基準時相とし、この基準時相からの時相差４０５が所定範囲内にある場合を一致、所定範囲外にある場合を不一致と判断する。よって、スラブ２を撮像した時の時相４０３は一致、スラブ３を撮像した時の時相４０４は不一致となる。よって、ステップＳ７以下において、スラブ３の２Ｄマルチスライス撮像及び画像補償を行う。
【００４４】
（ステップＳ７）
生体情報の時相が基準時相と異なる位置で３Ｄ撮像を行った撮影位置において、基準時相に合わせて２次元マルチスライス撮像を行う（Ｓ７）。本実施形態では、スラブ３相当の撮影位置、かつ基準時相４０２と同一時相において、ＭＲＩ装置１により２次元マルチスライス撮像を行う。次に図６に基づいて、２次元マルチスライス画像の取得について説明する。図６は、マルチスライス画像取得処理を示す説明図である。
【００４５】
生体情報モニタリング部１９ｃは、時系列グラフ６０３に対して周期６０１、６０２毎に連続的な呼吸情報を随時モニタリングしておく。そして、基準時相（スラブ１の３Ｄデータ２０４を撮像時の時相）６０４と同じ時相６０５において、スラブ３の２次元マルチスライス撮像を行い、２次元画像６０７を取得する。この２次元画像６０７を用いて、スラブ３の３Ｄ画像３０３の画像補償を行う。なお、スラブ１は、基準となる時相であり、スラブ２は、その撮像時の時相が基準時相と一致するので画像補償が不要となることから、２次元マルチスライス撮像を行わない。
【００４６】
（ステップＳ８）
画像補償部１９ｄは、ステップＳ７で撮像された２Ｄマルチスライス画像を用いて、３Ｄ画像を補償する（Ｓ８）。
【００４７】
次に図７に基づいて、３Ｄ画像の画像補償処理について説明する。図７は、３Ｄ画像の画像補償処理を示す説明図である。画像補償部１９ｄは、まず、過去に取得した３Ｄ画像３０３における断面位置と、ステップＳ７で撮像した２次元マルチスライス画像６０７の断面位置と、の位置合わせを行う。位置合わせは、ＭＲＩ装置１が３Ｄ撮像又は２次元マルチスライス撮像を行ったときの断面位置情報を用いて、画像補償部１９ｄが行ってもよいし、２次元マルチスライス画像６０７及び３Ｄ画像３０３を操作室１０１内にあるモニタ２０に表示し、操作者が図示しない入力装置により、３Ｄ画像３０３における２次元マルチスライス画像６０７の断面位置に相当する位置を入力してもよい。
【００４８】
続いて、位置合わせをされた２次元マルチスライス画像６０７内に撮像された部位の領域と、３Ｄ画像３０３内に撮像された部位の領域との関係づけを行う。関係づけは、画像補償部１９ｄが、２次元マルチスライス画像６０７及び３Ｄ画像３０３のそれぞれから関係づけに用いる部位領域、を例えば領域拡張法により抽出し、円形度や輪郭線の形状、また抽出された領域全体についてパターンマッチング処理を行い、各画像から抽出された部位領域が一致するものを関係付けることにより行ってもよい。また、関係づけは、２次元マルチスライス画像６０７及び３Ｄ画像３０３を操作室１０１内にあるモニタ２０に表示し、３Ｄ画像３０３に撮像された部位領域の位置と、その臓器が２次元マルチスライス画像６０７に撮像されている部位領域の位置とを、操作者が図示しない入力装置を用いて指示入力することにより、関係づけ情報を入力してもよい（図７（ａ）（ｂ）参照）。
【００４９】
なお、関係付けに用いる部位領域は、被検体２４の呼吸動による位置の変化が相対的に小さい部位、例えば、背骨や背骨周囲に位置する軟部組織と、呼吸動による変化が相対的に大きい部位、例えば、体表面の腹部（正面）側の輪郭線、臍位置、及び体内において、体表面の正面側に位置する軟部組織と、の双方を含むことが望ましい。
【００５０】
画像補償部１９ｄは、関係づけされた部位領域を用いて、２次元マルチスライス画像２０７を基準とし、それに２次元マルチスライス画像６０７と同じ断面位置の３Ｄ画像３０３が一致するように、３Ｄ画像３０３の各部位に対して拡大・縮小、回転、アフィン変換を行うことで、画像補償する。より詳しくは、画像補償部１９ｄは、２次元マルチスライス画像６０７、及び２次元マルチスライス画像６０７と同じ断面位置の３Ｄ画像３０３を、両画像の呼吸動の影響がより少ない部位領域の位置を基準とし、２次元マルチスライス画像６０７と同じ断面位置の３Ｄ画像３０３の呼吸動の影響がより大きい部位領域の位置が、２次元マルチスライス画像６０７の当該部位領域と関係づけられた部位領域の位置になるように、３Ｄ画像３０３の画像補償を行う。図７（ｂ）では、画像補償された断面位置を３Ｄ画像３０３Ａとする。
【００５１】
更に、画像補償部１９ｄは、３Ｄ画像３０３のうち、２次元マルチスライス画像６０７のスライス間の断面位置にある画像については、その前後の２次元マルチスライス画像６０７、又は当該断面位置に相当する補償後の３Ｄ画像３０３Aの画像を用いて補完し、最終的には全てのボリューム画像を補償する（図７（ｃ）参照）。図７（ｃ）では、補償及び補間された全ての３D画像を３０３Bとする。画像補償部１９ｄによる補間処理は、例えば、補間対象となる３Ｄ画像３０３の断面位置の画像に撮像されている部位領域と、その前後の２次元マルチスライス画像６０７に撮像されている部位領域との関連付けを行い、補間対象となる３Ｄ画像３０３の断面位置とその前後に位置する２次元マルチスライス画像６０７との距離比に応じて、補間対象となる３Ｄ画像３０３に対して施した拡大・縮小、回転、又はアフィン変換を行う。なお、補間処理は、上記の処理に限らない。
【００５２】
（ステップＳ９）
撮像部位の変更があれば、ステップＳ３に戻って３Ｄ撮像と画像補償を繰り返す。また、撮像部位の変更がない、すなわち、必要な３Ｄ画像がすべて揃っていれば、ステップＳ１０へ進む（Ｓ９）。
【００５３】
（ステップＳ１０）
操作者は、補償が不要な３D画像及び補償後の３Ｄ画像３０３B上で、治療対象となる領域である特定領域の抽出を行う（Ｓ１０）。特定領域抽出部１９ｅは、補償が不要な３D画像及び補償後の３Ｄ画像３０３Bから、濃度値（ＣＴ値）や形状を基に、特定領域を抽出する。又は、操作者が、補償が不要な３D画像及び補償後の３Ｄ画像３０３Bをモニタ２０に表示し、画面上で、図示しない入力装置により特定領域の位置を入力をすることにより、特定領域の設定を行ってもよい。
【００５４】
（ステップＳ１１、Ｓ１２）
手術に必要な機器のスイッチをONにし、手術を開始する（Ｓ１1）。それと同時に、ＭＲＩ装置１により呼吸情報の継続的なモニタリングを開始する（Ｓ１２）。
【００５５】
（ステップＳ１３）
術具位置を検出し、補償後の３Ｄ画像を用いたナビゲーション画像上に重畳表示する（Ｓ１３）。術具位置の検出とそれに伴うナビゲーション画像の更新は、術具位置の検出を随時行うことにより、その位置に追従して実行される。
【００５６】
図８に基づいて、本ステップの処理について説明する。図８は、ナビゲーション画像生成時における３Ｄ画像変更処理を示す説明図である。被検体２４の特定部位８０１を含む３つの領域、スラブ１、スラブ２、スラブ３を３Ｄ撮像し、３Ｄ画像３０１、３０２、３０３（画像補償後の３Ｄ画像は３０３Ｂ）とすると、特定領域８０２を含む３Ｄ画像は、３Ｄ画像３０２に含まれる断面画像８０２となる。この断面画像８０２をナビゲーション画像の一つとして表示してもよい。
【００５７】
更にナビゲーション画像生成部１９ｆは、位置検出処理部１９ｇから穿刺針３６の先端位置を取得する。そして、ナビゲーション画像生成部１９ｆは、先端位置に応じて、ナビゲーションに適用する３Ｄ画像３０１、３０２、３０３Ｂをリアルタイムに変更し、先端位置含む撮像断面（図８における８１０、８１１、８１２）の断面画像に、術具の位置を重畳表示したナビゲーション画像を生成して表示する。経路算出部１９ｈは、位置検出処理部１９ｇからの位置情報及びマーカ２７の角度から、穿刺針３６の進行方向を算出する。ナビゲーション画像生成部１９ｆは、経路算出部１９ｈが算出した術具の経路を、ナビゲーション画像上に重畳表示する。ナビゲーション画像は、モニタ２０及びモニタ１３、１４に表示される。
【００５８】
（ステップＳ１４）
術者は、モニタ１３、１４に表示されたナビゲーション画像を視認し、術具の位置を確認後、治療を開始する。本実施形態では、穿刺針３６の穿刺を開始する（Ｓ１４）。
【００５９】
（ステップＳ１５）
ＭＲＩ装置１によるリアルタイム画像を用いて、術者は治療効果を確認し（Ｓ１５）、残治療領域がなくなれば手術を終了する。
【００６０】
図９及び図１０に基づいて、本実施形態に係る治療支援システムにおいて表示されるＧＵＩ例について説明する。図９は、手術前に表示される画面表示例を示す模式図であり、図１０は、手術中に表示される画面表示例を示す模式図である。
【００６１】
図９の画面９０は、被検体２４の画像が表示される画像表示領域９１と、装置情報、被検体情報（図９内の「患者情報」）、各種機能情報、術具情報等、手術に必要な詳細情報が表示される詳細情報表示領域９２と、３Ｄ画像に関する情報が表示される３Ｄ情報表示領域９３と、操作ボタンが表示されるボタン領域９４と、を含む。
【００６２】
ボタン領域９４には、被検体の３Ｄボリューム撮像を行う「３ＤＳｃａｎ」ボタン９４１と、生体情報の取得を行う「生体モニタ」ボタン９４２と、マルチスラブ撮像におけるスラブを設定する「複数領域指定（ベッド移動）」ボタン９４３と、２次元スライス撮像の指示及びそれを用いた３Ｄ画像の補償の指示を入力する「３Ｄ画像補償（マルチスライス）」ボタン９４４と、補償された３Ｄ画像において病変部位が撮影された領域（特定領域）を設定する「特定領域（セグメンテーション）」ボタン９４５、術具（本実施形態における穿刺針）の初期位置の登録を行う「レジストレーション」ボタン９４６を備える。
【００６３】
「３ＤＳｃａｎ」ボタン９４１及び「生体モニタ」ボタン９４２を押下することで、３Ｄ撮像と生体情報の取得とが開始される。基本的には、息止め撮像ができる範囲なので、複数領域（複数のスラブ）の撮像を繰り返す。そこで、「複数領域指定（ベッド移動）」ボタン９４３を押下して異なる領域に患者を移動し、再度「３ＤＳｃａｎボタン」９４１および「生体モニタ」ボタン９４２を押し下げる。ここで撮像された３Ｄボリュームデータに基づくＭＲＩ画像は、画像表示領域９１内の各ウィンドウ内に表示される。図９では、スラブ１、２、３、４、５、６から撮像された３Ｄ画像９１０、９１１、９１２、９１３、９１４、９１５が表示される。次に、必要に応じて「３Ｄ画像補償（マルチスライス）」ボタン９４４を押下して３Ｄ画像を補償する。この作業を繰り返した後、「特定領域抽出（セグメンテーション）」ボタン９４５を押下し、３Ｄ情報表示領域９３内の参照画面を見て、マウスやペンを用いて特定領域９３６を設定したり、自動抽出により特定領域９３６を設定する。特定領域９３６に関する情報は、別画面９３７に詳細表示されており、本例では３つの特定領域１、２、３に関する情報が表示されている。また、３Ｄ画像は、スラブ領域（領域１〜６）が分かるように色分け等により区別されている（９３２〜９３５に相当）。
【００６４】
次に図１０に基づき、臨床時のＧＵＩについて説明する。臨床画面の一例である画面１００は、被検体２４の画像が表示される画像表示領域１０１０と、手術支援情報を表示する手術支援情報表示領域１０２０と、操作ボタンが表示されるボタン領域１０３０と、を含む。ボタン領域１０３０は、治療開始前に使用する術前プラニング部、手術時に使用する手術支援機能部（穿刺時）、及びオプションとして使用する手術支援付加機能部によって構成される。術前プラニング部には、「３ＤＳｃａｎ」ボタン１０３１（図９の「３ＤＳｃａｎ」ボタン９４１と同等）と、術具の経路を算出して表示する「Ｐｌａｎｎｉｎｇ」ボタン１０３２とを備える。手術支援機能部は、２次元リアルタイム画像を表示させる「ＩＳＣ：ＯＮ／ＯＦＦ」ボタン１０３３と、ナビゲーション画像を表示させる「ナビゲーション：ＯＮ／ＯＦＦ」ボタン１０３４とを備える。手術支援付加機能部は、「Volume  Rendering」ボタン１０３５、「Axial」ボタン１０３６、「Sag.」ボタン１０３７、「Cor.」ボタン１０３８、及び「術具位置確認」ボタン１０３９、「治療効果確認」ボタン１０４０を備える。
【００６５】
まず治療開始前において、「３ＤＳｃａｎ」ボタン１０３１を押し下げ、３Ｄ撮像を行う。撮像された３Ｄ画像に基づく画像として、画像表示領域１０１０内に、アキシャル画像１０１３、サジタル画像１０１４、コロナル画像１０１５、ボリュームレンダリング画像１０１６が表示される。次に、「Ｐｌａｎｎｎｉｎｇ」ボタン１０３２を押下すると、経路算出部１９ｈにより、３Ｄ画像上にて手術経路（術具の経路）のシミュレーションを行う。
【００６６】
手術時に「ナビゲーション：ＯＮ／ＯＦＦ」ボタン１０３４押下すると、アキシャル画像１０１３、サジタル画像１０１４、コロナル画像１０１５、及びボリュームレンダリング画像１０１６上に、手術シミュレーション情報１０２１（図１０中の一点鎖線）と実際の術具位置１０２０が表示され、術者は視覚的に手術経路を補償することができる。
【００６７】
また、「ＩＳＣ：ＯＮ／ＯＦＦ」ボタン１０３３を押下すると、手術支援情報表示領域１０２０内に２次元のリアルタイム画像１０１７が撮像・表示される。それら２次元リアルタイム画像上にも、シミュレーションによる手術経路１０２３と実際の術具位置１０２２とが表示される。メッセージ部１０１９には、装置情報、患者情報、各種機能情報、術具情報がリアルタイムに表示される。
【００６８】
手術支援付加機能部の「Volume  Rendering」ボタン１０３５、「Axial」ボタン１０３６、「Sag.」ボタン１０３７、「Cor.」ボタン１０３８、「術具位置確認」ボタン１０３９を押し下げると、ナビゲーション画像生成部１９ｆが、手術支援情報表示領域１０２０に、アキシャル画像、サジタル画像、コロナル画像の断面位置１０２８と、シミュレーションによる手術経路１０２５と実際の術具位置１０２４、との３次元位置を模式的に表した立体構成画面１０１８を生成し、表示する。この立体構成画面１０１８により、特定領域と術具との、立体的かつ術具との相対距離が一目で把握できるようになっている。
【００６９】
更に、「治療効果確認」ボタン１０４０を押下すると、ナビゲーション画像生成部１９ｆは、立体構成画面１０１８に仮想治療領域１０２７と、特定領域１０２６とが更に重畳表示する。更に、仮想的な穿刺針先端からの治療領域を含む画像１０５０、１０５１、１０２、１０５３、１０５４が表示される。これらの各画像には、仮想的な穿刺針先端からの治療領域１０２７が表示される。この機能は、Radio  Frequency  Ablation(RFA)やCryotherapy等の温熱治療を想定したものであり、仮想的な穿刺針先端からの治療領域１０２７が特定領域１０２６を包み込めれば治療が可能ということを示している。術者はこれらの機能を有効に利用して手術を進めることになる。
【００７０】
本実施形態によれば、被検体の連続する部位を複数の領域に分けて３Ｄ撮像した場合に、各領域において３Ｄ撮像をしたときの生体情報（呼吸情報）の時相が異なっても、再度の３Ｄ撮像をすることなく、３Ｄ撮像よりもより撮像時間が短い２次元スライス撮像により得られた２次元スライス画像を用いて画像補償をすることで、同時相の３Ｄ画像を揃えることができる。そのため、画像誘導手術支援時には、ボリューム間で連続性のある画像情報を提供できるだけでなく、画像と実空間の精度を向上できることから、結果的に手術の精度を向上させることができる。それに伴い手術時間の短縮ができ、術者・患者への負担を低減できる。
【００７１】
次に本発明に係る画像補償機能の別の利用態様について説明する。図１１は、呼吸同期を用いた４Ｄボリューム画像による手術中の画像ナビゲーション機能について説明する。図１１は、４Ｄボリューム画像による画像ナビゲーション処理を示す説明図である。
【００７２】
位置検出デバイス９にて術具（穿刺針３６）位置を検出し、術具の先端位置の撮像断面３０４の位置を計算する。本実施形態では、手術中に、図６において説明したＭＲＩ装置１による横隔膜位置の測定を継続的に行い、呼吸情報を生体情報として取得する。ここで、呼吸情報には、吸期、呼期、及び吸期―呼期の中間期の３パターンある。そして、上記ステップＳ６〜ステップＳ８において、吸期、中間期、呼期のそれぞれの時相における２次元マルチスライス画像を撮像し、これを用いて、ステップＳ１、Ｓ４で取得した３Ｄ画像３０１、３０２、３０３を各時相に合った画像に画像補償する。画像補償した３Ｄ画像の画像補償を行い、吸期の３Ｄ画像１１１０、（吸期―呼期）間の３Ｄ画像１１１１、呼期の３Ｄ画像１１１２を生成する。そして、パーソナルコンピュータ１９の図示しないメモリに３Ｄ画像１１１０、１１１１、１１１２を記録し、手術中にモニタリングした呼吸情報に同期させて、画像補償した３Ｄ画像１１１０、１１１１、１１１２を表示することにより、呼吸情報に同期した３Ｄ画像をリアルタイムに提供する。
【００７３】
また、本発明における画像補償機能は異なるパラメータによるＭＲＩ画像でも対応可能である。また、本発明は術者自身（手技）による治療、ロボット／マニピュレータを用いた間接的な手術の何れにも適用可能とすることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１：ＭＲＩ装置、３：上部磁石、５：下部磁石、７：支柱、９：位置検出デバイス、１０：治療支援システム、１１：アーム、１３：モニタ、１５：モニタ支持部、１７：基準ツール、１９：パーソナルコンピュータ、２０：モニタ、２１：ベッド、２３：制御部、２４：被検体、２５：赤外線カメラ、２７：ポインタ、２９：操作者、３２：開口部、３３：ケーブル、３４：映像記録装置、３５：反射球、３６：穿刺針、４１：同期（時相）計測装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図８】
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【図１１】
0005470185.tif 000008
【図６】
0005470185.tif 000009
【図７】
0005470185.tif 000010
【図９】
0005470185.tif 000011
【図１０】
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