(57)【要約】【課題】血管内手術中などにおいて、術者が操作する医療器具の被検体の体内での三次元的な姿勢に関する情報を表示することができるＸ線診断装置を提供する。【解決手段】Ｘ線診断装置１は、Ｃアームと、Ｃアームの一端に設けられ、被検体にＸ線を曝射するＸ線管と、Ｘ線管と対向しつつＣアームの他端に設けられ、Ｘ線を検出するＸ線検出器と、Ｃアームを回転させて少なくとも第１の視点と第２の視点を含む複数の視点のそれぞれでＸ線撮影し、第１および第２の透視画像データを取得する第１および第２透視画像データ取得部７８、７９と、第２の透視画像データに対して画像変換処理を行う二次元幾何変換処理部７４、第１透視画像と画像変換処理後の第２透視画像との間で動きベクトルを算出する動きベクトル算出部７５と、前記連続透視画像の表示中に、動きベクトルに応じた画像を表示する表示装置３９と、を有する。【選択図】  図３
2014104140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃアームと、
前記Ｃアームの一端に設けられ、被検体にＸ線を曝射するＸ線管と、
前記Ｘ線管と対向しつつ前記Ｃアームの他端に設けられ、Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
前記被検体に医療器具が挿入される場合に、前記Ｃアームを回転させて少なくとも第１の視点と第２の視点を含む複数の視点のそれぞれでＸ線撮影し、前記第１の視点からＸ線撮影される第１透視画像データと、前記第１の透視画像データと時系列的に連続して前記第２の視点からＸ線撮影される第２透視画像データを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得される前記第２の透視画像データに対して画像変換処理を行う画像変換手段と、
前記第１透視画像データに基づく画像と、前記画像変換手段による画像変換処理後の前記第２透視画像データに基づく画像との間の差分情報を画素または画像領域ごとに算出し、動きベクトルを算出する動きベクトル算出手段と、
前記第１の透視画像データに基づく画像と、前記画像変換手段による画像変換処理後の前記第２透視画像データに基づく画像を、時系列的に連続する連続透視画像として表示するとともに、前記連続透視画像の表示中に、前記動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルに応じた画像を表示する表示手段と、
を有するＸ線診断装置。
【請求項２】
前記動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルに関する情報と、基準面に関する情報に基づいて、前記被検体に挿入される前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置を判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に基づいて、前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を通知する通知手段と、
をさらに有する請求項１に記載のＸ線診断装置。
【請求項３】
前記通知手段は、
前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を前記表示手段に文字表示または画像表示させることにより、前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を通知する
請求項２に記載のＸ線診断装置。
【請求項４】
前記文字表示または画像表示は、
前記表示手段によりさらにカラー表示またはコントラスト強調される
請求項３に記載のＸ線診断装置。
【請求項５】
前記通知手段は、
前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を音声または信号音として出力させることにより、前記医療器具の前記基準面に対する三次元位置に関する情報を通知する
請求項２に記載のＸ線診断装置。
【請求項６】
前記被検体の中心を通る水平面または前記被検体に関する任意の面を、前記基準面として設定する設定手段
をさらに有する請求項２から５のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
【請求項７】
前記判定手段は、
動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルの方向と大きさに基づいて、前記被検体に挿入される医療器具が前記基準面に対して有する三次元位置を判定する
請求項２から６のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
【請求項８】
前記判定手段は、
動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルの分布と予め設定される許容値に基づいて、前記被検体に挿入される医療器具が前記基準面に対して有する三次元位置またはこれまでの前記医療器具の進行方向に対する三次元位置を判定する
請求項２から７のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
【請求項９】
前記表示手段は、
前記連続透視画像の表示中に、前記動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルの方向および大きさを示す画像を表示する
請求項１から８のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
【請求項１０】
前記画像変換手段は、
前記第２透視画像データに基づく画像に対して、前記第１の視点からＸ線撮影される第１透視画像データに基づく画像になるように画像変換処理を行う
請求項１から９のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
【請求項１１】
前記画像変換手段により行われる画像変換処理は、二次元幾何変換処理である
請求項１から１０のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
【請求項１２】
前記二次元幾何変換処理は、
平面射影変換処理またはアフィン変換処理である
請求項１１に記載のＸ線診断装置。
【請求項１３】
前記Ｃアームを回転させて少なくとも前記第１の視点と前記第２の視点を含む複数の視点のそれぞれでＸ線撮影を開始するとの入力を受け付ける入力受付手段と、
前記入力受付手段により入力が受け付けられる場合、前記Ｃアームを回転させて少なくとも前記第１の視点と前記第２の視点を含む複数の視点のそれぞれでＸ線撮影を実行するように制御する実行制御手段と、
をさらに有する請求項１から１２に記載のいずれか１項に記載のＸ線診断装置。
【請求項１４】
前記実行制御手段は、
前記入力受付手段により終了するとの入力が受け付けられまで、所定の時間ごとにＸ線撮影を繰り返し、前記Ｃアームを回転させて少なくとも前記第１の視点と前記第２の視点を含む複数の視点のそれぞれでＸ線撮影を実行するように制御する
請求項１３に記載のＸ線診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線診断装置は、被検体の体内を透過したＸ線の強弱を濃淡画像として表示する画像装置であり、その種類は、診断・治療等の目的に応じて種々のものが存在する。また、透過したＸ線像を可視化する手法には、大きく分けて２つの手法がある。
【０００３】
この２つの手法とは、透視を利用する手法と、撮影を利用する手法である。透視を利用する手法が適用されるＸ線診断装置では、収集したＸ線画像（透視画像）をテレビジョンのモニタにリアルタイムで表示することができ、即時性に優れている。他方、撮影を利用する手法が適用されるＸ線診断装置では、強度のＸ線照射によりフィルムに写し込まれたＸ線画像を、鮮鋭にかつ高い空間分解能で提供することが可能である。
【０００４】
このような透視及び撮影が可能なＸ線診断装置では、Ｃアームを回転させながらＤＡ（ｄｉｇｉｔａｌ ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）撮影を行なうことができる。また、Ｘ線診断装置によるＤＡ撮影は、例えば、カテーテルを用いた治療（ＩＶＲ；Ｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｒａｄｉｏｌｏｇｙ）をサポートする装置として利用されている。具体的には、Ｘ線診断装置によるＤＡ撮影は、カテーテルなどの医療器具を血管内に挿入することにより行われる血管内治療または血管内手術において用いられている。
【０００５】
そして、術者（医師など）は、血管内手術中に、術者が操作するカテーテルやワイヤ、ステントなどの医療器具が患者（被検体）の体内でどのような三次元的な姿勢（三次元的な位置）を取っているかについて適宜視認する必要がある。そこで、医療器具の三次元的な姿勢の視認方法として、複数の方法が考えられている。
【０００６】
複数の方法のうちの１つの方法として、Ｘ線診断装置によるステレオ観察の技術が知られている。この技術は、左右の目の隔たりに対応した距離だけ離れた２つのＸ線焦点をもつＸ線源（ステレオ管）からのＸ線曝射によって得られる左右１組の画像をそれぞれ対応する目で観察することにより、術者が医療器具を立体視することが可能な技術である。
【０００７】
また、ステレオ観察のために、Ｃアームを高速で動かして被検体を２視点から撮影し、ステレオ観察において術者による立体構造の知覚作業を支援することを可能とするＸ線診断装置も知られている（特許文献１参照）。
【０００８】
さらに、医療器具の三次元的な姿勢の視認方法として、Ｘ線管球とＸ線の平面検出器の組が２つあるバイプレーンシステムを用いて被検体を撮影することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−３３５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の技術によれば、血管内手術中に、術者が操作する医療器具が被検体の体内でいかなる三次元姿勢（三次元的な位置）を取っているかについて、複数の方法によって視認することはできる。例えば、上述したように、大きく分けて２つの方法が考えられており、１つの目の方法としては、ステレオ管を用いたステレオ観察の技術が知られている。また、２つの目の方法としては、バイプレーンシステムを用いて被検体を撮影することが知られている。
【００１１】
しかしながら、いずれの方法を用いても、被検体に対して曝射するＸ線の被曝量が増加してしまう。また、前者の方法の場合には、元々ステレオ管自体が高価であり、従来からのＸ線診断装置に搭載されていないことが多いため、前者の方法を既存のＸ線診断装置に直ちに適用することができない。一方、後者の方法の場合には、シングルプレーンを用いる既存のＸ線診断装置には、直ちに適用することができない。
【００１２】
このように、血管内手術中においては、被曝量を抑制しながらも簡便にかつ安価に、術者が操作する医療器具の被検体の体内での三次元的な姿勢（三次元的な位置）に関する情報を、術者が視認することができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本実施形態のＸ線診断装置は、上述した課題を解決するために、Ｃアームと、Ｃアームの一端に設けられ、被検体にＸ線を曝射するＸ線管と、Ｘ線管と対向しつつＣアームの他端に設けられ、Ｘ線を検出するＸ線検出器と、被検体に医療器具が挿入される場合に、Ｃアームを回転させて少なくとも第１の視点と第２の視点を含む複数の視点のそれぞれでＸ線撮影し、第１の視点からＸ線撮影される第１透視画像データと、第１の透視画像データと時系列的に連続して第２の視点からＸ線撮影される第２透視画像データを取得する取得手段と、取得手段により取得される第２の透視画像データに対して画像変換処理を行う画像変換手段と、第１透視画像データに基づく画像と、画像変換手段による画像変換処理後の第２透視画像データに基づく画像との間の差分情報を画素または画像領域ごとに算出し、動きベクトルを算出する動きベクトル算出手段と、第１の透視画像データに基づく画像と、画像変換手段による画像変換処理後の第２透視画像データに基づく画像を、時系列的に連続する連続透視画像として表示するとともに、連続透視画像の表示中に、動きベクトル算出手段により算出される動きベクトルに応じた画像を表示する表示手段と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態のＸ線診断装置を示す構成例を示す図。
【図２】平面検出器を有するＸ線検出装置を備えるＸ線診断装置の構成例を示す図。
【図３】本実施形態のＸ線ＣＴ装置の機能を示す機能ブロック図。
【図４】Ｃアームを円弧動させて複数の視点でＸ線撮影が行われる様子を示す図。
【図５】複数の視点からのＸ線撮影により取得される複数の透視画像を示す模式図。
【図６】第２透視画像があたかも第１透視画像となるような画像変形が施される場合に用いられる平面射影変換の概要を説明するための説明図。
【図７】基準面に含まれない画像や点が平面射影変換の前後で画像内を移動する移動方向と、Ｘ線管の円弧動の移動方向との関係を示す図。
【図８】本実施形態のＸ線診断装置における三次元位置情報通知処理について説明するフローチャート。
【図９】動きベクトル算出部による動きベクトル算出を説明する説明図。
【図１０】ワイヤの根元の位置から先端部分にむけて辿り、動きベクトルの大きさをプロットした図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本実施形態のＸ線診断装置について、添付図面を参照して説明する。なお、本実施形態のＸ線診断装置は、本明細書中においては、Ｘ線管球とＸ線の平面検出器の組が１つのシングルプレーンシステムを有することを基本的に前提とする。しかしながら、このようなシステムに限定されず、Ｘ線管球とＸ線の平面検出器の組が２つあるバイプレーンシステムを有するＸ線診断装置にも、本発明を適用することができる。
【００１６】
さらに、本実施形態のＸ線診断装置は、ＤＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）モードと、ＤＳＡ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｔｒａｃｔｉｏｎ Ａｎｇｉｏｇｒａｐｈｙ）モードの２つのモードを実施することができる。「ＤＡモード」とは、通常通りのＸ線撮影を実施するモードであり、単に造影剤（の流れ）を含むＸ線画像を取得して、これを表示・記憶するモードである。
【００１７】
これに対して、「ＤＳＡモード」とは、造影剤（の像）を含まないＸ線画像（マスク像）と、造影剤（の像）を含むＸ線画像（コントラスト像又はライブ像）との差分画像を取得（サブトラクション処理）することで、造影剤ないしその流れ方をより鮮明に捕らえたＸ線画像を、表示・記憶することが可能なモードである。
【００１８】
本実施形態では、いずれのモードによる撮影であっても、その基本的な作用効果に影響はない。つまり、ＤＡモード及びＤＳＡモードのいずれであっても撮影を実施することができる。
【００１９】
図１は、本実施形態のＸ線診断装置１を示す構成例を示す図である。
【００２０】
図１に示すように、Ｘ線診断装置１は、Ｃアーム保持装置１１及びＤＦ（ｄｉｇｉｔａｌ ｆｌｕｏｒｏｇｒａｐｈｙ）装置１２を備える。
【００２１】
概略Ｃアーム構造のＣアーム保持装置１１は、Ｘ線管２１、Ｘ線検出装置２２、Ｃアーム２３、天板（カテーテルテーブル）２４、高電圧供給装置２５及び駆動機構２６を設ける。
【００２２】
なお、Ｃアーム保持装置１１は、Ｘ線管２１が天板２４の上方に位置するオーバーチューブタイプである場合を説明するが、Ｘ線管２１が天板２４の下方に位置するアンダーチューブタイプである場合であってもよい。また、Ｘ線管２１のＸ線の出射側に、複数枚の鉛羽で構成されるＸ線照射野絞りを設けるようにしてもよく、シリコンゴム等で形成されハレーションを防止するために所定量の照射Ｘ線を減衰させる補償フィルタを設けるようにしてもよい。
【００２３】
Ｘ線管２１は、Ｃアーム２３の一端に設けられ、高電圧供給装置２５から高電圧電力の供給を受けて、この高電圧電力の条件に応じて被検体（患者）Ｐの所定部位に向かってＸ線を曝射する。これにより、Ｘ線管２１は、所定部位を撮影するための撮影Ｘ線や、所定部位を透視するための透視Ｘ線を曝射することができる。
【００２４】
具体的には、撮影Ｘ線の場合には、Ｘ線管２１が管電圧８０［ｋＶ］、管電流５００［ｍＡ］に制御されることで曝射される一方、透視Ｘ線の場合には、Ｘ線管２１が管電圧８０［ｋＶ］、管電流５０［ｍＡ］に制御されることで曝射される。
【００２５】
Ｘ線検出装置２２は、Ｃアーム２３の他端であってＸ線管２１が設けられる側の対向する側に設けられ、患者（被検体）Ｐの所要部位を透過したＸ線を検出する。Ｘ線検出装置２２は、Ｉ．Ｉ．（ｉｍａｇｅ ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｒ）−ＴＶ系であり、Ｉ．Ｉ．２２ａ及びＴＶカメラ２２ｂを備える。
【００２６】
Ｉ．Ｉ．２２ａは、患者Ｐを透過したＸ線を可視光に変換し、輝度の倍増を行なって感度のよい投影データを形成する。ＴＶカメラ２２ｂは、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子を用いて光学的な投影データを電気信号に変換する。
【００２７】
このように、Ｃアーム２３は、その一端にＸ線管２１を支持しつつ、他端にＸ線検出装置２２を支持することにより、患者Ｐを中心にして、Ｘ線管２１とＸ線検出装置２２を対向配置させることができる。また、Ｃアーム２３は、駆動機構２６によって、その移動量、移動タイミング及び移動速度が制御される。
【００２８】
天板２４は、患者Ｐを載置する。
【００２９】
高電圧供給装置２５は、ＤＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｆｌｕｏｒｏｇｒａｐｈｙ）装置１２の制御によって、Ｘ線管２１に高電圧電力を供給する。
【００３０】
駆動機構２６は、ＤＦ装置１２による制御に従って、Ｃアーム２３を円弧動（ＬＡＯ（ｌｅｆｔ ａｎｔｅｒｉｏｒ ｏｂｌｉｑｕｅ ｖｉｅｗ）方向及びＲＡＯ（ｒｉｇｈｔ ａｎｔｅｒｉｏｒ ｏｂｌｉｑｕｅ ｖｉｅｗ）方向の移動）させたり、Ｃアーム２３を回転動（ＣＲＡ（ｃｒａｎｉａｌ ｖｉｅｗ）方向及びＣＡＵ（ｃａｕｄａｌ ｖｉｅｗ）方向の移動）させたりする。駆動機構２６によってＣアーム２３の円弧動や回転動が制御されることにより、一方向の画像データを取得するＤＡ撮影や多方向の画像データを取得する回転ＤＡ撮影が実現される。
【００３１】
また、駆動機構２６は、ＤＦ装置１２による制御に従って、Ｃアーム２３を患者Ｐの体軸方向（図１で示されるＺ軸方向）に対して平行移動させたり、Ｃアーム２３及び天板２４を一体として起倒させたりする。さらに、駆動機構２６は、Ｘ線管２１及びＸ線検出装置２２を患者Ｐの体軸方向に移動させて撮影するために、ＤＦ装置１２による制御に従って、Ｃアーム２３を患者Ｐの体軸方向に直線移動させる。加えて、駆動機構２６は、ＤＦ装置１２による制御に従って、天板２４を上下方向（図１で示されるＹ軸方向）、左右方向（図１で示されるＸ軸方向）及び体軸方向に移動させる。
【００３２】
ＤＦ装置１２は、コンピュータをベースとして構成されており、病院基幹のＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークＮと相互通信可能である。ＤＦ装置１２は、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路３１、画像生成・処理回路３２、画像メモリ３３、プロセッサとしてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）３４、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）３５、メモリ３６、システム制御部３７、入力装置３８、表示装置３９、記憶媒体ドライブ４０、通信制御装置４１、スピーカ４２のハードウェアを備える。
【００３３】
ＣＰＵ３４は、共通信号伝送路としてのバス４３を介して、ＤＦ装置１２を構成する各ハードウェア構成要素に相互接続されている。
【００３４】
Ａ／Ｄ変換回路３１は、Ｘ線検出装置２２から出力された時系列的なアナログ信号（ビデオ信号）をデジタル信号に変換する。
【００３５】
画像生成・処理回路３２は、ＣＰＵ３４の制御によって、Ａ／Ｄ変換回路３１から出力された投影データのデジタル信号に対してフレーム単位の画像データを生成する。また、画像生成・処理回路３２は、生成されるフレーム単位の画像データを画像メモリ３３やＨＤＤ３５に記憶させたり、生成されるフレーム単位のリアルタイム表示用の画像データ又は画像メモリ３３に記憶された再生表示用のフレーム単位の画像データに対して画像処理を施し、画像処理後の画像データをＣＰＵ３４に出力したりする。
【００３６】
画像処理としては、画像データに対する拡大／諧調／空間ファイルタ処理や、時系列に蓄積された画像データの最小値／最大値トレース処理及びノイズを除去するための加算処理等が挙げられる。
【００３７】
画像メモリ３３は、ＣＰＵ３４の制御によって画像生成・処理回路３２から出力された画像データを記憶する。
【００３８】
なお、Ａ／Ｄ変換回路３１、画像生成・処理回路３２および画像メモリ３３は、これらを１つの画像処理部６０として扱うことができる。
【００３９】
ＣＰＵ３４は、画像生成・処理回路３２から出力された画像データを種々のパラメータの文字情報や目盛等と共に合成し、ビデオ信号として表示装置３９に出力する。
【００４０】
表示装置３９は、モニタや液晶ディスプレイ等から構成されており、ＣＰＵ３４から出力されるビデオ信号を基に、Ｘ線画像をモニタ上に表示する。
【００４１】
ＣＰＵ３４は、術者などによって入力装置３８が操作等されることにより指令が入力されると、メモリ３６に記憶しているプログラムを実行する。また、ＣＰＵ３４は、ＨＤＤ３５に記憶されているプログラム、ネットワークＮから転送され通信制御装置４１で受信してＨＤＤ３５にインストールされたプログラム、または記憶媒体ドライブ４０に装着された記録媒体から読み出してＨＤＤ３５にインストールされたプログラムを、メモリ３６にロードして実行する。
【００４２】
ＨＤＤ３５は、磁性体を塗布又は蒸着した金属のディスクによって構成され、読み取り装置（図示しない）に着脱不能で内蔵されている。ＨＤＤ３５は、ＤＦ装置１２にインストールされたプログラム（アプリケーションプログラムの他、ＯＳ（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）等も含まれる）や、収集した画像データを記憶する記憶装置である。
【００４３】
メモリ３６は、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）等の要素を兼ね備え、ＩＰＬ（ｉｎｉｔｉａｌ ｐｒｏｇｒａｍ ｌｏａｄｉｎｇ）、ＢＩＯＳ（ｂａｓｉｃ ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｓｙｓｔｅｍ）及びデータを記憶したり、ＣＰＵ３４のワークメモリやデータの一時的な記憶に用いる記憶装置である。
【００４４】
システム制御部３７は、図示しないＣＰＵ及びメモリを有している。システム制御部３７は、ＣＰＵ３４からの指示に従って、Ｃアーム保持装置１１の高電圧供給装置２５及び駆動機構２６等の動作を制御する。
【００４５】
入力装置３８は、術者などによって操作が可能なキーボード及びマウス等を有し、操作に従った入力信号がＣＰＵ３４に送られる。
【００４６】
通信制御装置４１は、各規格に応じた通信制御を行なう。通信制御装置４１は、電話回線網等を通じてネットワークＮに接続することができる機能を有している。これにより、Ｘ線診断装置１は、通信制御装置４１からネットワークＮ網に接続することができる。
【００４７】
スピーカ４２は、音声を出力することが可能な部材である。
【００４８】
なお、Ｘ線検出装置２２は、Ｉ．Ｉ．２２ａ及びＴＶカメラ２２ｂの代わりに、平面検出器（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）を有するものであってもよい。
【００４９】
図２は、平面検出器を有するＸ線検出装置２２を備えるＸ線診断装置１の構成例を示す図である。なお、図１と同様の構成については同一の符号を付しており、その説明は省略する。
【００５０】
図２に示すように、Ｘ線検出装置２２が平面検出器を有する場合、Ｘ線検出装置２２は、２Ｄ（ｔｗｏ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）状に配列された検出素子によりＸ線を検出して電気信号に変換する平面検出器（２Ｄアレイ型Ｘ線検出器）５１と、その平面検出器５１の各検出素子によって電気信号として検出されたＸ線検出データを収集するＤＡＳ（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）５２とを備える。そして、ＤＡＳ５２は、収集したＸ線検出データ（生データ）をＤＦ装置１２の画像処理部６１に供給する。
【００５１】
ＤＦ装置１２の画像処理部６１は、Ｃアーム保持装置１１のＤＡＳ５２から入力された生データに対して対数変換処理や感度補正等の補正処理（前処理）を行なって投影データを生成し、ＨＤＤ３５等の記憶装置に記憶させる。ＣＰＵ３４は、生成される投影データに基づく画像を表示装置４５に表示させる。
【００５２】
図３は、本実施形態のＸ線ＣＴ装置１の機能を示す機能ブロック図である。なお、本明細書中においては、図２が示すように平面検出器５１とＤＡＳ５２を有するＸ線検出装置２２を備えるＸ線診断装置１に適用する場合について説明する。勿論、図１が示すようなＸ線診断装置１にも、本発明を適用することもできる。
【００５３】
ＤＦ装置１２のＣＰＵ３４（図２）がプログラムを実行することによって、Ｘ線診断装置１は、図３に示すように、入力受付部７１、Ｘ線撮影実行制御部７２、基準面設定部７３、二次元幾何変換処理部７４、動きベクトル算出部７５、三次元位置判定部７６、三次元位置通知部７７、第１透視画像データ取得部７８、第２透視画像データ取得部７９、連続透視画像データ生成部８０および表示制御部８１としての機能を備える。
【００５４】
なお、図３が示す各部の全部又は一部は、ＤＦ装置１２にハードウェアとして備えられるものであってもよい。また、図３が示す各部の全部又は一部は、ＤＦ装置１２のみならず、Ｃアーム保持装置１１に備えられるものであってもよい。
【００５５】
入力受付部７１は、術者によってＤＦ装置１２の入力装置３８が操作されることにより、入力装置３８からの種々の入力を受け付ける。特に、入力受付部７１は、Ｘ線撮影実行制御部７２により制御される、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報（三次元姿勢情報）の取得のためのＸ線撮影処理を開始するか否かについての入力を受け付ける。
【００５６】
また、入力受付部７１は、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報（三次元姿勢情報）の取得のためのＸ線撮影処理が開始された後に、適宜、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を終了するか否かについての入力を受け付ける。
【００５７】
Ｘ線撮影実行制御部７２は、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を開始するとの入力を入力受付部７１により受け付けた場合、入力受付部７１からの指示に基づいて、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を開始する。具体的には、Ｘ線撮影実行制御部７２は、ＤＦ装置１２のシステム制御部３７を制御し、システム制御部３７を介してＣアーム保持装置１１に所定の条件のＸ線撮影を実行させる。
【００５８】
また、Ｘ線撮影実行制御部７２は、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を終了するとの入力を入力受付部７１により受け付けた場合には、入力受付部７１からの指示に基づいて、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を終了する。この場合も同様に、Ｘ線撮影実行制御部７２は、ＤＦ装置１２のシステム制御部３７を制御し、システム制御部３７を介してＣアーム保持装置１１による所定の条件のＸ線撮影を終了する。
【００５９】
基準面設定部７３は、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を開始するとの入力が入力受付部７１により受け付けられた場合、入力受付部７１からの指示に基づいて、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のための基準となる基準面を設定する。そして、基準面設定部７３は、設定した基準面に関する情報を二次元幾何変換処理部７４および３次元位置判定部７６に供給する。また、基準面設定部７３は、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理が開始された後、適宜、基準面を再設定することができるようになっている。
【００６０】
第１透視画像データ取得部７８は、Ｘ線撮影実行制御部７２により三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理が開始されると、このＸ線撮影処理の実行に伴ってＤＦ装置１２の画像処理部６１（図２）により取得された第１透視画像データをＨＤＤ３５から読み出す。
【００６１】
この第１透視画像データは、画像処理部６１によって取得されるとＨＤＤ３５に一度記録（記憶）される。そのため、第１透視画像データ取得部７８は、ＨＤＤ３５から第１透視画像データを読み出すことにより、第１透視画像データを取得する。なお、第１透視画像データは、第１の視点からＸ線が曝射されることにより撮影され取得される画像データのことである。
【００６２】
第２透視画像データ取得部７９は、Ｘ線撮影実行制御部７２により三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理が開始されると、このＸ線撮影処理の実行に伴ってＤＦ装置１２の画像処理部６１（図２）により取得された第２透視画像データをＨＤＤ３５から読み出す。
【００６３】
この第２透視画像データは、画像処理部６１によって取得されるとＨＤＤ３５に一度記録（記憶）される。そのため、第２透視画像データ取得部７９は、ＨＤＤ３５から第２透視画像データを読み出すことにより、第２透視画像データを取得する。なお、第２透視画像データは、第１の視点と異なる第２の視点からＸ線が曝射されることにより撮影され取得される画像データのことである。
【００６４】
二次元幾何変換処理部７４は、基準面設定部７３から供給される基準面に関する情報を取得するとともに、第２透視画像データ取得部７９から供給される第２透視画像データを取得する。二次元幾何変換処理部７４は、基準面を基準としつつ、第２の視点からＸ線が曝射されることにより撮影される第２透視画像データに基づく画像に対して、画像変換処理を施す。具体的には、二次元幾何変換処理部７４は、第２透視画像データに基づく画像に対し、第１の視点からＸ線が曝射されることにより撮影される第１透視画像データに基づく画像になるように画像変換処理を施し、第２透視画像データに基づく画像に変換する。二次元幾何変換処理７４は、画像変換処理後の第２透視画像データを動きベクトル算出部７５および連続透視画像データ生成部８０に供給する。
【００６５】
動きベクトル算出部７５は、第１透視画像データ取得部７８から供給される第１透視画像データを取得するとともに、二次元幾何変換処理部７４から供給される画像変換処理後の第２透視画像データを取得する。動きベクトル算出部７５は、時系列的に連続する連続透視画像を構成する第１透視画像データに基づく画像と、画像変換処理後の第２透視画像データに基づく画像とを比較する。
【００６６】
そして、動きベクトル算出部７５は、２つの画像間の差分情報（フレーム間の差分情報）を画素（または画像領域）ごとに算出し、所定の画像領域における画像の変化を表現するための動きベクトルを算出する。動きベクトル算出部７５は、算出される動きベクトルに関する情報を三次元位置判定部７６に供給する。
【００６７】
三次元位置判定部７６は、基準面設定部７３により設定される基準面に関する情報と、動きベクトル算出部７５により算出される動きベクトルに関する情報に基づいて、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置を判定する。すなわち、三次元位置判定部７６は、血管内手術中の医療器具が基準面に対してＹ軸正方向の領域に位置するか、あるいはＹ軸負方向の領域に位置するかについて判定する。
【００６８】
三次元位置通知部７７は、三次元位置判定部７６から供給される判定結果に基づいて、血管内に挿入されている医療器具の三次元位置を術者に通知する。
【００６９】
連続透視画像データ生成部８０は、第１透視画像データ取得部７８から供給される第１透視画像データを取得するとともに、二次元幾何変換処理部７４から供給される画像変換処理後の第２透視画像データを取得する。そして、連続透視画像データ生成部８０は、適宜取得される第１透視画像データと、画像変換処理後の第２透視画像データに基づいて、時系列的に連続する連続透視画像データを生成する。連続透視画像データ生成部８０は、生成した連続画像データを表示制御部８１に供給する。
【００７０】
表示制御部８１は、連続透視画像データ生成部８０から供給される連続透視画像データを取得して、その連続透視画像データに基づく連続透視画像を表示装置３９に表示させる。また、表示制御部８１は、三次元位置通知部７７の指示に従い、判定結果に基づく医療器具の三次元位置に関する情報を表示装置３９に表示させる。
【００７１】
次に、図１から図３のＸ線診断装置１により実行することが可能な血管内手術中の医療器具に関する三次元位置判定方法の概念について説明する。
【００７２】
図４は、Ｃアーム２３を円弧動させて複数の視点でＸ線撮影が行われる様子を示す図である。図４に示すように、駆動機構２６は、ＤＦ装置１２による制御に従って、Ｃアーム２３を円弧動（ＬＡＯ（ｌｅｆｔ ａｎｔｅｒｉｏｒ ｏｂｌｉｑｕｅ ｖｉｅｗ）方向及びＲＡＯ（ｒｉｇｈｔ ａｎｔｅｒｉｏｒ ｏｂｌｉｑｕｅ ｖｉｅｗ）方向の移動）させている。
【００７３】
図４（Ｐ）の場合、Ｃアーム２３が円弧動されて、Ｃアーム２３の両端部分のＸ線管２１とＸ線検出装置２２がそれぞれ位置ＡとＡ´に移動し、患者Ｐに対するＸ線撮影が直線Ａ−Ａ´上で実施される。このとき、直線Ａ−Ａ´上で実施されるＸ線撮影を、「第１の視点からのＸ線撮影」と定義する。そして、第１の視点からＸ線が曝射されて撮影されることにより生成される投影データを、「第１透視画像データ」と定義する。
【００７４】
他方、図４（Ｑ）の場合、Ｃアーム２３が所定の角度（例えば５度程度など）で円弧動されて、Ｃアーム２３の両端部分のＸ線管２１とＸ線検出装置２２がそれぞれ位置ＡとＡ´から位置ＢとＢ´に移動し、患者Ｐに対するＸ線撮影が直線Ｂ−Ｂ´上で実施される。このとき、直線Ｂ−Ｂ´上で実施されるＸ線撮影を、「第２の視点からのＸ線撮影」と定義する。そして、第２の視点からＸ線が曝射されて撮影されることにより生成される投影データを、「第２透視画像データ」と定義する。
【００７５】
なお、Ｃアーム２３が円弧動または回転しても幾何学的にまたは空間的に変位しない中心点を、「アイソセンタ」と定義する。
【００７６】
図５は、複数の視点からのＸ線撮影により取得される複数の透視画像を示す模式図である。図５（Ｐ）は、第１の視点からのＸ線撮影により取得される第１透視画像データに基づく画像を示す模式図である。図５（Ｑ）は、第２の視点からのＸ線撮影により取得される第２透視画像データに基づく画像を示す模式図である。
【００７７】
図５（Ｐ）と（Ｑ）における実線は、血管内手術中に、術者が操作するカテーテルやワイヤなどの医療器具が所定の血管中に挿入されている様子を示している。図５（Ｐ）と（Ｑ）における破線は、血管内手術中に、術者の操作によりワイヤなどの医療器具が通る可能性のある血管を模式的に示している。なお、図５（Ｐ）と（Ｑ）における破線部分は、実際の透視画像では視認できないことが多い。
【００７８】
そして、図５（Ｐ）と（Ｑ）の場合、血管は途中で３本に分岐しており、中央の分岐血管にワイヤなどの医療器具が挿入されている状態を示している。また、図５（Ｐ）と（Ｑ）が示すように、直線Ａ−Ａ´（図４）上で実施されるＸ線撮影により取得される第１透視画像データに基づく画像と、直線Ｂ−Ｂ´（図４）上で実施されるＸ線撮影により取得される第２透視画像データに基づく画像とは、患者（被検体）Ｐを撮影する角度が異なるために、少なからず異なる。
【００７９】
ここで、第２透視画像データに基づく画像に対して、第１透視画像データに基づく画像となるような画像変形が施されることを考える。
【００８０】
例えば、仮に患者（被検体）Ｐの中心を通る水平面（アイソセンタを含む水平面）が基準面として設定されているとする場合に、基準面に含まれる画像や点に関して直線Ｂ−Ｂ´上でＸ線撮影される画像を、あたかも直線Ａ−Ａ´上で撮影される画像となるように画像変形することを考える。言い換えると、基準面に含まれる非常に厚みの薄い平面の患者Ｐを想定し、直線Ｂ−Ｂ´上で撮影した透視画像の各画素を、直線Ａ−Ａ´上で撮影した透視画像の各画素と同じ位置となるように、画素の座標変換（これを画像変換という。）を行う。
【００８１】
このような画像変換は、例えば後述する平面射影変換で可能である。なお、三次元位置判定方法の概念を説明する場合、説明を簡単化するために、まずワイヤなどの医療器具の動きや患者（被検体）Ｐの体動がないものとする。
【００８２】
図６は、第２透視画像があたかも第１透視画像となるような画像変形が施される場合に用いられる平面射影変換の概要を説明するための説明図である。
【００８３】
図６では、例えば、四角で囲まれた基準面に「Ｇ」の文字が描かれている場合を想定する。この場合、基準面内に含まれる「Ｇ」の文字に関して、直線Ａ−Ａ´（図４）上で撮影される透視画像は、図６（Ｐ）に示される。
【００８４】
また、基準面内に含まれる「Ｇ」の文字に関して、直線Ｂ−Ｂ´（図４）で撮影される透視画像は、図６（Ｑ）に示される。そして、四角で囲まれた基準面内に「Ｇ」の文字が含まれるので、直線Ｂ−Ｂ´（図４）で撮影される透視画像の各画素を上記の平面射影変換することにより、直線Ａ−Ａ´（図４）上で撮影した透視画像と同一のように見える画像が得られる。このときの画像は、図６（Ｒ）に示される。なお、図６（Ｒ）における破線は、直線Ｂ−Ｂ´で撮影される透視画像の元の外接境界を示している。
【００８５】
ここで、さらに基準面内には存在しない黒丸Ｍが、「Ｇ」の文字の中央上側（Ｙ軸正方向の側（図４参照））にあるときに、図６（Ｐ）から（Ｒ）にて説明した平面射影変換をすることを考える。
【００８６】
直線Ａ−Ａ´上で撮影される場合、図６（Ｓ）が示すように、黒丸Ｍは、文字「Ｇ」の右側の領域に位置することとなる。これに対して、直線Ｂ−Ｂ´上で撮影される場合、図６（Ｔ）が示すように、黒丸Ｍは、文字「Ｇ」の左側の領域に位置することとなる。
【００８７】
そして、直線Ｂ−Ｂ´で撮影される透視画像の各画素が、上記で説明した平面射影変換される場合、図６（Ｕ）が示すように、画像として二次元幾何変換するため、文字「Ｇ」の画像領域の部分とともに黒丸Ｍも文字「Ｇ」の左側に変換されることとなる。すなわち、基準面に含まれない画像や点は、平面射影変換により、その変換の前後で画像内を移動することとなる。
【００８８】
図７は、基準面に含まれない画像や点が平面射影変換の前後で画像内を移動する移動方向と、Ｘ線管２１の円弧動の移動方向との関係を示す図である。
【００８９】
上述したように、図７では、観察対象が基準面に含まれていれば、平面射影変換により画素は不動である。しかしながら、基準面よりも上側や下側にある画像や点は、基準面に含まれないため、平面射影変換により画像内を移動する。
【００９０】
この場合、画像や点が基準面より上側か下側かによって、平面射影変換に伴う画像や点の移動の方向が異なる。例えば、図７が示すように、Ｘ線管２１の円弧動に伴うＸ軸方向の移動方向が正方向の場合、基準面より上側に存在する画像や点は、平面射影変換に伴って、矢印Ｋにより表されるＸ軸の負方向に移動する。したがって、Ｘ線管２１のＸ軸方向の移動方向と、基準面より上側に存在する画像や点の移動方向は、逆方向となる。
【００９１】
これに対して、基準面より下側に存在する画像や点は、Ｘ線管２１の円弧動に伴うＸ軸方向の移動方向が正方向の場合、平面射影変換に伴って、矢印Ｌにより表されるＸ軸の正方向に移動する。したがって、Ｘ線管２１のＸ軸方向の移動方向と、基準面より下側に存在する画像や点の移動方向は、同じ方向となる。
【００９２】
なお、ここでいう基準面より上側と下側は、基準面に対して鉛直方向（Ｙ軸方向）で、かつＸ線管２１に近い方（Ｙ軸正方向）を上側と表記し、一方、Ｘ線管２１に遠い方（Ｙ軸負方向）を下側と表記している。なお、Ｘ線管２１から見て、手前側／奥側と表記するようにしてもよい。
【００９３】
本実施形態のＸ線診断装置１では、複数の視点でＸ線撮影をして連続透視画像を表示する場合、その視点ごとにＸ線撮影される透視画像に所定の画像変換処理が施され、画像や点が基準面より上側か下側かによって、平面射影変換に伴う画像や点の移動方向が異なるという性質を利用する。
【００９４】
これにより、本実施形態のＸ線診断装置１は、透視画像というＸＺ平面上の２次元画像の中から、医療器具の３次元的位置に関する情報を抽出することができる。したがって、本実施形態のＸ線診断装置１は、抽出した３次元的位置に関する情報により、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置を判定することができる。
【００９５】
次に、図４から図７を用いて説明した血管内手術中の医療器具に関する三次元位置判定方法の概念を前提として、本実施形態のＸ線診断装置１における三次元位置情報通知処理について、フローチャートを用いて説明する。なお、必要に応じて、図４から図７を参照する。
【００９６】
図８は、本実施形態のＸ線診断装置１における三次元位置情報通知処理について説明するフローチャートである。
【００９７】
ステップＳ１において、入力受付部７１は、Ｘ線撮影実行制御部７２により制御される、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報（三次元姿勢情報）の取得のためのＸ線撮影処理を開始するか否かについての入力を受け付ける。入力受付部７１は、このＸ線撮影処理を開始するか否かについての入力を受け付けたか否かを判定し、この処理を開始するとの入力を受け付けたと判定するまで待機する。
【００９８】
ステップＳ１において、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を開始するとの入力が受け付けられたと判定した場合、入力受付部７１は、その旨をＸ線撮影実行制御部７２と基準面設定部７３にその旨を通知する。
【００９９】
ステップＳ２において、基準面設定部７３は、入力受付部７１からの通知と指示に従い、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のための基準となる基準面を設定する。具体的には、基準面設定部７３は、例えば、患者（被検体）Ｐの中心を通る水平面（アイソセンタを含む水平面）を基準面として設定する。
【０１００】
なお、基準面の設定は、このような設定に限定されるものではなく、基準面設定部７３は、血管内手術中に医療器具がどの血管内に挿入されているかを判別することができればよく、いかなる面を基準面として設定するようにしてもよい。
【０１０１】
また、基準面設定部７３は、ワイヤなどの医療器具を進行させたい血管とそれ以外(分岐を間違えやすい血管)とが、所定の範囲で基準面を挟んで存在するように任意の基準面を設定することもできる。
【０１０２】
なお、図５（Ｐ）と（Ｑ）が示すように、透視画像は、ＸＺ平面上に存在するため、血管内手術中に医療器具が左右に進行したとしても、Ｘ軸方向の動きとして容易に区別できる。このため、この場合の医療器具の動きは、表示装置３９に容易に表示させることができる。
【０１０３】
また、基準面設定部７３は、解剖学的な位置関係をもとに所定に基準面を設定することもできる。Ｘ線診断装置１は、所定の基準面が設定されると、その基準面に合うように、Ｃアーム２３の回転軸や回転方向を決定する。
【０１０４】
ステップＳ３において、Ｘ線撮影実行制御部７２は、入力受付部７１からの通知と指示に基づいて、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を開始するために、ＤＦ装置１２のシステム制御部３７を制御する。そして、Ｘ線撮影実行制御部７２は、システム制御部３７を介してＣアーム保持装置１１に所定の条件のＸ線撮影を実行させる。Ｘ線撮影実行制御部７２は、システム制御部３７を制御して、Ｃアーム２３を初期位置に移動させ、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を開始する。
【０１０５】
具体的には、Ｘ線撮影実行制御部７２は、図４（Ｐ）と（Ｑ）が示すように、Ｃアーム２３を円弧動させて、複数の視点でＸ線撮影処理を実行する。駆動機構２６は、ＤＦ装置１２による制御に従って、Ｃアーム２３を円弧動させる。
【０１０６】
図４（Ｐ）の場合には、Ｃアーム２３が円弧動されて、Ｃアーム２３の両端部分のＸ線管２１とＸ線検出装置２２がそれぞれ位置ＡとＡ´に移動して、患者Ｐに対するＸ線撮影が直線Ａ−Ａ´上で実施される。
【０１０７】
他方、図４（Ｑ）の場合には、Ｃアーム２３が所定の角度（例えば５度程度など）で円弧動されて、Ｃアーム２３の両端部分のＸ線管２１とＸ線検出装置２２がそれぞれ位置ＡとＡ´から位置ＢとＢ´に移動して、患者Ｐに対するＸ線撮影が直線Ｂ−Ｂ´上で実施される。
【０１０８】
これにより、第１透視画像のＸ線撮影と、第２透視画像のＸ線撮影が実行される。なお、本実施形態のＸ線診断装置１は、３つ以上の視点で透視画像を撮影するようにしてもよい。
【０１０９】
そして、第１透視画像データ取得部７８は、このＸ線撮影処理の実行に伴ってＤＦ装置１２の画像処理部６１（図２）により取得され、ＨＤＤ３５に記録（記憶）された第１透視画像データをＨＤＤ３５から読み出すことにより、第１透視画像データを取得する。この第１透視画像データは、第１の視点（位置Ａから位置Ａ´に向けられた視点）からＸ線が曝射されることにより撮影され、取得される画像データである。
【０１１０】
同様に、第２透視画像データ取得部７９は、このＸ線撮影処理の実行に伴ってＤＦ装置１２の画像処理部６１により取得され、ＨＤＤ３５に記録（記憶）された第２透視画像データをＨＤＤ３５から読み出すことにより、第２透視画像データを取得する。この第２透視画像データは、第２の視点（位置Ｂから位置Ｂ´に向けられた視点）からＸ線が曝射されることにより撮影され、取得される画像データである。
【０１１１】
ステップＳ４において、二次元幾何変換処理部７４は、基準面設定部７３から供給される基準面に関する情報を取得するとともに、第２透視画像データ取得部７９から供給される第２透視画像データを取得する。そして、二次元幾何変換処理部７４は、基準面を基準としつつ、第２透視画像データに基づく画像に対して、第１の視点からＸ線が曝射されることにより撮影される第１透視画像データに基づく画像になるように画像変換処理を施して、第２透視画像データに基づく画像を変換する。
【０１１２】
ここで、二次元幾何変換処理部７４が施す画像変換処理方法の１つとして、平面射影変換がある。以下に、平面射影変換について具体的に述べる。
【０１１３】
図４（Ｐ）と（Ｑ）が示すように、２つの撮像系Ａ−Ａ´とＢ−Ｂ´がある。２つの撮像系間の幾何学的位置関係から、平面射影変換行列(あるいはホモグラフィ行列)は、一意に定まる。
【０１１４】
説明を簡単化するために、撮像系を焦点距離１の正規化撮像系に近似する。例えば、撮像系Ａ−Ａ´からＢ−Ｂ´への平行移動ベクトルをｔ (ｔは三次元列ベクトルである)とし、回転行列をＲ(３×３行列)とし、基準面（基準となる平面）の法線ベクトルをｎ(ｎは三次元列ベクトルである)とし、撮像系Ａ−Ａ´のＸ線管２１の中心から基準面までの距離をｄとする。
【０１１５】
この場合、撮像系Ｂ−Ｂ´の画像を撮像系Ａ−Ａ´の画像に変換する平面射影変換行列Ｈは、式（１）で表される(Ｔは転置を表す) 。
【０１１６】
【数１】
2014104140.tif 000003
【０１１７】
なお、平面射影変換行列Ｈは、３×３行列である。撮像系Ａ−Ａ´およびＢ−Ｂ´で得られる画像の画素座標を、ｐ＝（ｘ、ｙ、１）Ｔ、ｐ’＝（ｘ’、ｙ’、１）Ｔのような斉次座標で表現すると、式（２）により示される変換式が成り立つ。
【０１１８】
【数２】
2014104140.tif 000004
【０１１９】
なお、αは、式（２）の最下列を解くことで求まる画素毎のスケールファクタである。
【０１２０】
この変換式により、撮像系Ｂ−Ｂ´の画像を、あたかも撮像系Ａ−Ａ´で撮影したかのような画像に変換することができる。但し、上述したように、基準面の点は不動に変換ができるが、基準面に存在しない点は、不動ではなく移動した位置に写される。
【０１２１】
なお、二次元幾何変換処理部７４が施す画像変換処理方法は、平面射影変換に限定されるものではなく、他の画像変換方法であってもよい。例えば、アフィン変換を用いるようにしてもよい。また、Ｃアーム２３の位置は、図示せぬセンサなどにより、検知することが可能である。
【０１２２】
二次元幾何変換処理部７４は、画像変換処理後の第２透視画像データを、動きベクトル算出部７５および連続透視画像データ生成部８０に供給する。
【０１２３】
ステップＳ５において、動きベクトル算出部７５は、第１透視画像データ取得部７８から供給される第１透視画像データを取得するとともに、二次元幾何変換処理部７４から供給される画像変換処理後の第２透視画像データを取得する。動きベクトル算出部７５は、時系列的に連続する連続透視画像を構成する第１透視画像データに基づく画像と、画像変換処理後の第２透視画像データに基づく画像を比較する。そして、動きベクトル算出部７５は、２つの画像間の差分情報（フレーム間の差分情報）を算出して、所定の画像領域における画像の変化を表現するための動きベクトルを算出する。
【０１２４】
この場合、図６と図７を用いて説明したように、画像や点が基準面より上側か下側かによって、平面射影変換に伴う画像や点の移動方向が異なる。例えば、図７で示したように、Ｘ線管２１の円弧動に伴うＸ軸方向の移動方向がＸ軸の正方向の場合、基準面より上側に存在する画像や点は、平面射影変換に伴って、矢印Ｋにより表されるＸ軸の負方向に移動する。
【０１２５】
これに対して、基準面より下側に存在する画像や点は、Ｘ線管２１の円弧動に伴うＸ軸方向の移動方向がＸ軸の正方向の場合、平面射影変換に伴って、矢印Ｌにより表されるＸ軸の正方向に移動する。
【０１２６】
そして、動きベクトル算出部７５は、二次元幾何変換処理部７４による平面射影変換に伴う画像や点の移動の方向を認識するために、直線Ａ−Ａ´上で撮影される第１透視画像データに基づく画像と、直線Ｂ−Ｂ´上で撮影される第２透視画像データに基づく画像との間の画像間の動きベクトルを算出する。
【０１２７】
具体的には、動きベクトル算出部７５は、同じ位置の画素の輝度値の差の絶対値を用いるＳＡＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ａｂｓｏｌｕｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）や同じ位置の画素の輝度値の差の二乗を用いるＳＳＤ（Ｓｕｍ  ｏｆ  Ｓｑｕａｒｅｄ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）、あるいは正規化相関といった画像領域間の類似度を用いるブロックマッチングを利用する。
【０１２８】
そして、動きベクトル算出部７５は、直線Ａ−Ａ´上で撮影される第１透視画像データに基づく画像と、直線Ｂ−Ｂ´上で撮影される第２透視画像データに基づく画像との間の画像間の動きベクトルを、画素または画像領域ごと算出する。
【０１２９】
図９は、動きベクトル算出部７５による動きベクトル算出を説明するための説明図である。
【０１３０】
図９では、術者によるワイヤなどの操作でワイヤの先端部分が血管分岐部分を通過した直後の透視画像を示している。そして、分岐前の血管は基準面内に略含まれているとし、分岐後の中央の血管は基準面よりも上側に存在するものとし、また、分岐後の左右の血管は基準面よりも下側に存在するものとする。また、術者がワイヤを通したい血管は、基準面よりも上側に存在する中央の分岐血管であることが事前にわかっているものとする。
【０１３１】
ここで、Ｃアーム２３を位置Ａから位置Ｂに円弧動（回転）させて撮影した透視画像を用いて（図７参照）、ワイヤ先端部分の動きベクトルを求める場合を想定する。
【０１３２】
例えば、図９に示すように、平面射影変換に伴う画像や点の動きベクトルは、術者によるワイヤなどの操作によってワイヤの先端部分が分岐後の中央の血管を進行していれば、Ｘ軸の負方向となる。
【０１３３】
これに対して、術者によるワイヤなどの操作によってワイヤの先端部分が分岐後の左右のいずれかの血管を進行していれば、平面射影変換に伴う画像や点の動きベクトルは、Ｘ軸の正方向となる。
【０１３４】
なお、Ｘ線診断装置１がワイヤの動きや体動に比べて充分に短い時間間隔で患者（被検体）Ｐを撮影することができる場合は、輝度勾配法等で求められるオプティカルフローを動きベクトルの算出に利用することが可能である。
【０１３５】
この場合、マッチングを用いないため、マッチングによる対応付けに伴う誤りのおそれがないというメリットがある。
【０１３６】
また、三次元位置判定方法の概念を説明する際に、説明を簡単化にするためにワイヤなどの医療器具の動きや患者Ｐの体動がないものとしたが、より正確に動きベクトルを算出するためには、これらを考慮することが必要となる。
【０１３７】
ここで、患者Ｐの体動がある場合、その体動分が、動きベクトル算出部７５により算出される動きベクトルに加算されてしまうことにより、基準面に略含まれるワイヤ領域にも大きな動きベクトルが出る可能性がある。
【０１３８】
この場合は、基準面に略含まれるワイヤ領域あるいは画像全体で動きベクトルを求め、その単純平均やＲＡＮＳＡＣ等のロバスト統計量といった任意の統計量を求め、その統計量を体動成分として利用する。すなわち、動きベクトル算出部７５により算出される動きベクトルから統計量を引き算することにより、動きベクトルを補正することが可能である。
【０１３９】
これにより、本実施形態のＸ線診断装置１は、患者Ｐなどの体動などが生じても、医療器具の三次元位置を判定するための基礎となる動きベクトルを正確に求めることができる。
【０１４０】
さらに、動きベクトルの算出の対象となる医療器具あるいはその近傍領域を、画像中で自動検知する必要がある場合には、器具の材質が、例えば、金属などＸ線が透過しにくい材質であることを考慮して、本実施形態のＸ線診断装置１では、ルーフ型(バレー型)画像フィルタ重畳やしきい値処理など領域判定の組み合わせにより、これらの領域のみを検出するようにしてもよい。
【０１４１】
また、本実施形態のＸ線診断装置１では、カテーテルの根元などから辿って（追跡して）、カテーテルなどの医療器具が存在する領域を検出することもできる。
【０１４２】
動きベクトル算出部７５は、算出される動きベクトルに関する情報を三次元位置判定部７６に供給する。なお、動きベクトル算出部７５は、算出される動きベクトルに関する情報を表示制御部８１にも供給する。
【０１４３】
表示制御部８１は、連続透視画像の表示中において、動きベクトル算出部７５によって算出される動きベクトルの方向および大きさを示す画像（矢印などのアイコン）を、表示装置３９に表示させることができる。
【０１４４】
ここで、動きベクトルの方向および大きさを示す画像とは、例えば、図９に示される矢印などのアイコンである。この矢印のアイコンをカラーで表示してもよい。これにより、術者は、連続透視画像を見ながらも、簡単に、血管内に挿入されている医療器具の三次元位置を確認して知ることができる。
【０１４５】
ステップＳ６において、三次元位置判定部７６は、基準面設定部７３により設定される基準面に関する情報と、動きベクトル算出部７５により算出される動きベクトルに関する情報とに基づいて、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置を判定する。すなわち、三次元位置判定部７６は、血管内手術中の医療器具が、基準面に対してＹ軸正方向の領域に位置するか、あるいはＹ軸負方向の領域に位置するかについて判定する。
【０１４６】
具体的には、二次元幾何変換処理部７４による平面射影変換に伴う画像や点の動きベクトルがＸ軸の負方向のものである場合は、Ｘ線管２１の円弧動に伴うＸ軸方向の移動方向であるＸ軸の正方向と逆方向である。この場合、三次元位置判定部７６は、動きベクトルに関する情報に基づいて、術者がワイヤを通したい血管が基準面よりも上側に存在する中央の分岐血管に進行していると判定することができる。
【０１４７】
他方、二次元幾何変換処理部７４による平面射影変換に伴う画像や点の動きベクトルがＸ軸の正方向のものである場合は、Ｘ線管２１の円弧動に伴うＸ軸方向の移動方向であるＸ軸の正方向と同じ方向である。この場合、三次元位置判定部７６は、動きベクトルに関する情報に基づいて、術者がワイヤを通したい血管が基準面よりも下側に存在する左右のいずれかの分岐血管に進行していると判定することができる。
【０１４８】
三次元位置判定部７６は、判定結果を三次元位置通知部７７に供給する。
【０１４９】
なお、非一様な体動や外乱の影響により基準面から変位量だけでは判定が難しい場合には、医療器具の動きベクトル分布から、三次元姿勢を推定することも可能である。
【０１５０】
図１０は、ワイヤの根元の位置から先端部分にむけて辿り（追跡して）、動きベクトルの大きさをプロットした図である。
【０１５１】
これまで説明したように、動きベクトルは、基準面から離れた位置に存在する画素や領域が、画像変換処理によって移動する様子を示したものである。そのため、医療器具の先端部分の位置が基準面から離れるに従って、動きベクトルの大きさも基本的に線形的に増加していくと考えられる。
【０１５２】
ここで、術者によって所望しない血管に医療器具が挿入されてしまった場合には、局所的に動きベクトルの大きさが著しく増加して傾きが増加することが考えられる。
【０１５３】
そこで、血管内を進行する医療器具のこれまでの動きベクトルの分布を考慮して、その分布の傾向に基づいて、現在進行している血管内での医療器具の三次元的位置を推定するようにしてもよい。すなわち、これまでの医療器具の進行方向からその進行方向に対する三次元位置を推定するようにしてもよい。または、ベクトルの差分値を用いるようにしてもよい。
【０１５４】
この場合、Ｘ線管２１からの距離のみで定められる基準面ではなく、血管を含む平面を、基準面として設けるようにしてもよい。例えば、最初に設定された基準面の状態から血管を含む平面に基準面を再設定し、ワイヤなどの医療器具が被検体Ｐの血管内に挿入されたベクトルを線形的に近似することにより、その医療器具の動きベクトルの大きさに基づいて、被検体の体内における医療器具の上下の位置を推定し、判定することができる。
【０１５５】
また、動きベクトル分布は、一次近似（線形近似）やカルマンフィルタなど任意の統計的推定による近似が可能である。この場合、その近似と動きベクトルに関し、事前に設定された許容値（平均や分散、角度、画素値などに関する数値（絶対値も含まれる））、あるいは解剖学的構造から推測される許容値と動きベクトルを比較することにより、本来は、ワイヤの先端が上側(手前)方向を向いていなければならないが、実際には下側を向いており、ワイヤの曲がっている方向が間違っているなどを判定することができる。
【０１５６】
これにより、予め設定された許容値を超える値（外れ値）の動きベクトルのみにつき、医療器具に関する三次元位置を判定し、その旨を通知させることができる。
【０１５７】
ステップＳ７において、三次元位置通知部７７は、三次元位置判定部７６から供給される判定結果に基づいて、血管内に挿入されている医療器具の三次元位置を術者に通知する。
【０１５８】
具体的には、三次元位置通知部７７は、判定結果に基づく医療器具の三次元位置に関する情報を表示制御部８１に供給し、表示制御部８１を介して医療器具の三次元位置に関する情報を表示装置３９に表示させる。このとき、医療器具の三次元位置に関する情報は、連続透視画像の表示中に同時に表示される。
【０１５９】
例えば、「医療器具の３次元位置は基準面よりも上側にあります。医療器具の進行方向は正しいです。」や「医療器具の３次元位置は基準面よりも下側にあります。医療器具の進行方向は間違っています。」などの旨のメッセージが、医療器具の三次元位置に関する情報として表示装置３９に表示される。
【０１６０】
これにより、術者は、連続透視画像を見ながらも、血管内に挿入されている医療器具の三次元位置を簡単に確認することができ、仮に血管内に挿入されている三次元位置が予定と異なる場合でも、医療器具の進行方向が正しくなるように直ちに修正することができる。
【０１６１】
また、単に動きベクトルの向きだけにより、基準面の上側か下側かで操作判定することもでき(事前設定により逆でもよい。)、術者にその旨を通知させることもできる。また、本実施形態のＸ線診断装置１は、連続透視画像という二次元情報（例えば、図９）を提供するとともに、同時に医療器具の三次元位置情報（例えば、図１０）を提供することもできる。
【０１６２】
なお、ステップＳ７の通知処理において、医療器具に関する三次元位置情報が表示装置３９を用いたメッセージにより術者に通知されるようになっているが、このような場合に限定されるものではなく、例えば、スピーカ４２を用いた音声や信号音による通知でもよく、文字以外の画像表示(矢印などのアイコンの表示や、医療器具の該当箇所を色付けてカラー表示や、コントラスト強調表示するなど)による通知でもよく、またバイブレータなどの振動により通知してもよく、その他様々な通知方法が考えられる。
【０１６３】
また、許容値などを用いて判定する場合には、許容範囲かどうかの判定結果だけでなく、姿勢方向や許容範囲からの差異の数値情報などを合わせて術者に通知してもよく、また、求められる三次元姿勢に関する任意の情報を通知するようにしてもよい。
【０１６４】
また、本実施の形態では、三次元位置判定部７６による判定処理を行うことなく、連続透視画像の表示中において、動きベクトル算出部７５により算出される動きベクトルの方向および大きさを示す画像（矢印などのアイコン）のみを表示装置３９に表示させるようにしてもよい。
【０１６５】
ステップＳ８において、入力受付部７１は、Ｘ線撮影実行制御部７２により制御される三次元位置情報（三次元姿勢情報）の取得のためのＸ線撮影処理を終了するか否かについての入力を受け付ける。そして、入力受付部７１は、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を終了するか否かについての入力を受け付けたか否かを判定する。
【０１６６】
ステップＳ８において、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を終了するとの入力が受け付けられていないと判定した場合には、処理はステップＳ２に戻り、ステップＳ２以降の処理が所定の時間（例えば１秒間など）ごとに繰り返し実行される。
【０１６７】
これにより、本実施形態のＸ線診断装置１は、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を終了するとの入力が受け付けられたと判定されるまで、所定の時間（例えば１秒間など）ごとに、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報を取得して、術者に対して通知することができる。
【０１６８】
他方、ステップＳ８において、三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を終了するとの入力が受け付けられたと判定した場合、三次元位置通知処理は終了する。
【０１６９】
なお、術者により再び血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理を開始するとの入力が行われると、ステップＳ２からＳ７の処理が実行されることとなる。
【０１７０】
また、本実施形態のＸ線診断装置１は、２つ以上の透視画像間で対応特徴点が複数(８組以上)求められれば、対応特徴点から変換基礎行列を求めて、対応特徴点におけるずれ量を求め、いわゆるｍｕｌｔｉｖｉｅｗ  ｓｔｅｒｅｏと呼ばれる、特徴点に関する三次元再構成を行ない、操作器具の三次元姿勢推定をすることも可能である。
【０１７１】
さらに、本実施形態のＸ線診断装置１は、図８を用いて説明した三次元位置通知処理を実行する場合に、ステレオ管を利用したステレオ観察や、Ｃアーム２３を高速で動かして患者（被検体）Ｐを２視点から撮影するステレオ観察を併用するようにしてもよい。
【０１７２】
また、本実施形態のＸ線診断装置１は、造影剤を用いた撮影の場合、血管自体の三次元位置に関する情報を取得し、術者にその情報を通知するようにしてもよい。
【０１７３】
以上のように、本実施形態のＸ線診断装置１は、複数の視点で透視画像を撮影して連続透視画像を表示する場合に、第２の視点で撮影する第２透視画像が、あたかも第１の視点で撮影する透視画像となるように画像変換処理を施し、この画像変換処理に伴って生じる画像や領域の動き、または動きベクトルを表示装置３９に表示することができる。
【０１７４】
これにより、術者は、表示装置３９による表示自体のみでも、医療器具が被検体の体内でいかなる三次元姿勢（三次元的な位置）であるかを容易に認識することができる。そして、Ｘ線診断装置１は、この画像変換処理に伴って生じる画像や領域の動き、または動きベクトルに基づいて、医療器具が被検体の体内でいかなる三次元姿勢（三次元的な位置）を判定することができるので、医療器具に関する三次元位置に関する情報を術者に通知することができる。
【０１７５】
なお、この通知処理は、この画像変換処理に伴って生じる画像や領域の動き、または動きベクトルが分かれば実施することができ、たとえシングルプレーンを備えるＸ線診断装置１やステレオ管を有しない既存のＸ線診断装置１であっても、本発明を適用することができる。
【０１７６】
従って、本実施形態のＸ線診断装置１は、被曝量を抑制しながらも簡便にかつ安価に、血管内手術中に医療器具が被検体の体内でいかなる三次元姿勢（三次元的な位置）であるかを術者または外部に通知することができる。
【０１７７】
このように、術者は、医療器具の操作経験などに依存することなく、医療器具の三次元位置を確実に知ることができるので、ワイヤ等の操作方向を誤ることで血管壁を傷つけることを防止することができ、大血管用の穴あきステント等の留置姿勢を間違えるなどの誤操作によるミスを防止することができる。
【０１７８】
また、本実施形態のＸ線診断装置１によれば、Ｘ線ＣＴ装置によるスキャンやＸＲ−３Ｄロードマップのような三次元再構成は必要がなく、Ｃアーム２３の回転速度や動作角度を小さくすることができる(５度／秒、５度範囲など)。
【０１７９】
これにより、Ｘ線撮影に伴う術者への危険を極力排除することができ、かつ１回の三次元姿勢の推定に要する撮影・処理の時間を短縮化でき、術中に頻度高く利用できる。
【０１８０】
さらに、動きベクトルの相対量を利用するため、胸腹部など体動がある部位でも三次元姿勢（三次元位置）を推定することできる。そして、三次元姿勢の確認や調整に要する時間の短縮化を図ることにより、患者と術者の負担を大幅に軽減することができる。
【０１８１】
また、図８に示したステップＳ２において、基準面設定部７３は、血管内手術中の医療器具に関する三次元位置情報の取得のためのＸ線撮影処理が開始された後、適宜、所望の基準面を再設定することができる。
【０１８２】
すなわち、ステップＳ８の判定処理の後にステップＳ２における基準面設定処理を実行して、基準面を再度設定することができ、またはすでに設定された基準面をそのまま利用してもよい。また、基準面設定部７３は、術者が操作する入力装置３８の入力に基づいて、上述した観察対象となる血管が含まれるような基準面を設定するようにしてもよい。
【０１８３】
これにより、血管内手術中に、任意の基準面に対して血管内の医療器具がいかなる三次元的な位置を有するかを好適に判別することができる。
【０１８４】
なお、基準面設定部７３は、設定される基準面に関する情報を、その都度、二次元幾何変換処理部７４および３次元位置判定部７６に供給するものとする。
【０１８５】
以上、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同様に、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。
【０１８６】
また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。
【符号の説明】
【０１８７】
１  Ｘ線診断装置
２１  Ｘ線管
２２  Ｘ線検出装置
２２ａ  Ｉ．Ｉ．
２２ｂ  ＴＶカメラ
２３  Ｃアーム
２４  天板
２５  高電圧供給装置
２６  駆動機構
３１  Ａ／Ｄ変換回路
３２  画像生成・処理回路
３３  画像メモリ
３４  ＣＰＵ
３５  ＨＤＤ
３６  メモリ
３７  システム制御部
３８  入力装置
３９  表示装置
４０  記憶媒体ドライブ
４１  通信制御装置
４２  スピーカ
４３  バス
５１  平面検出器
５２  ＤＡＳ
６０，６１  画像処理部
７１  入力受付部
７２  Ｘ線撮影実行制御部
７３  基準面設定部
７４  二次元幾何変換処理部
７５  動きベクトル算出部
７６  三次元位置判定部
７７  三次元位置通知部
７８  第１透視画像データ取得部
７９  第２透視画像データ取得部
８０  連続透視画像データ生成部
８１  表示制御部
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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