(57)【要約】【課題】造影前後の画像から血管の３次元画像を生成する３次元画像処理装置において、造影前後の被検体の動きによるアーチファクトの軽減効果を向上すること。【解決手段】被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部２３と、複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータを再構成し、複数のコントラスト画像のデータから第２の３次元画像のデータを再構成する再構成部３２と、第１、第２の３次元画像のデータの間の解剖学的構造の比較に基づいて第２の３次元画像に対する第１の３次元画像の位置ずれを補正することにより第３の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部３３と、第２、第３の３次元画像のデータを引き算することにより第４の３次元画像のデータを生成する処理部３４とが具備される。【選択図】図１
2006175213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第２の３次元画像のデータを再構成する再構成部と、
前記第１、第２の３次元画像のデータの間の解剖学的構造の比較に基づいて、前記第２の３次元画像に対する前記第１の３次元画像の位置ずれを補正することにより第３の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、
前記第２の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータとを引き算することにより第４の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
【請求項２】
被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第２の３次元画像のデータを再構成する再構成部と、
前記第１、第２の３次元画像のデータの間の解剖学的構造の比較に基づいて、前記第１の３次元画像に対する前記第２の３次元画像の位置ずれを補正することにより第３の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、
前記第３の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータとを引き算することにより第４の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
【請求項３】
前記位置ずれ補正部は、部分領域に限局して前記第２の３次元画像と前記第１の３次元画像との位置ずれを特定することを特徴とする請求項１に記載の３次元画像処理装置。
【請求項４】
前記部分領域は、非造影領域であることを特徴とする請求項３に記載の３次元画像処理装置。
【請求項５】
前記解剖学的構造は、骨構造であることを特徴とする請求項１に記載の３次元画像処理装置。
【請求項６】
前記解剖学的構造は、頭蓋底構造であることを特徴とする請求項５に記載の３次元画像処理装置。
【請求項７】
前記位置ずれ補正部は、前記第２の３次元画像に対して前記第１の３次元画像を所定量ずつ変位させながら、前記第２の３次元画像に対する前記第１の３次元画像の位置ずれを特定することを特徴とする請求項１に記載の３次元画像処理装置。
【請求項８】
被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第２の３次元画像のデータを再構成する再構成部と、
前記第１、第２の３次元画像のデータの間の部分領域の比較に基づいて、前記第２の３次元画像に対する前記第１の３次元画像の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された位置ずれに基づいて前記第１の３次元画像を補正することにより第３の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、
前記第２の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータとを引き算することにより第４の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
【請求項９】
被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第２の３次元画像のデータを再構成する再構成部と、
前記第１、第２の３次元画像のデータの間の部分領域の比較に基づいて、前記第１の３次元画像に対する前記第２の３次元画像の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された位置ずれ量に基づいて前記第２の３次元画像のデータを補正することにより第３の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、
前記第３の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータとを引き算することにより第４の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
【請求項１０】
前記部分領域は、非造影領域であることを特徴とする請求項８に記載の３次元画像処理装置。
【請求項１１】
前記非造影領域は、骨構造であることを特徴とする請求項１０に記載の３次元画像処理装置。
【請求項１２】
前記骨構造は、頭蓋底構造であることを特徴とする請求項１１に記載の３次元画像処理装置。
【請求項１３】
前記位置ずれ補正部は、前記第２の３次元画像に対して前記第１の３次元画像を所定量ずつ変位させながら、前記第２の３次元画像に対する前記第１の３次元画像の位置ずれを特定することを特徴とする請求項８に記載の３次元画像処理装置。
【請求項１４】
被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータより解像度の低い第２の３次元画像のデータとを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第３の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータより解像度の低い第４の３次元画像のデータとを再構成する再構成部と、
前記第４の３次元画像に対する前記第２の３次元画像の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された位置ずれに基づいて前記第１の３次元画像を補正することにより第５の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、
前記第３の３次元画像のデータと前記第５の３次元画像のデータとを引き算することにより第６の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
【請求項１５】
被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータより解像度の低い第２の３次元画像のデータとを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第３の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータより解像度の低い第４の３次元画像のデータとを再構成する再構成部と、
前記第２の３次元画像に対する前記第４の３次元画像の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された位置ずれ量に基づいて前記第３の３次元画像を補正することにより第５の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、
前記第５の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータとを引き算することにより第６の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
【請求項１６】
被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータより解像度の低い第２の３次元画像のデータとを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第３の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータより解像度の低い第４の３次元画像のデータとを再構成する再構成部と、
前記第４の３次元画像に対する前記第２の３次元画像の第１の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された第１の位置ずれ量を用いて前記第３の３次元画像に対する前記第１の３次元画像の第２の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された第２の位置ずれ量に基づいて前記第１の３次元画像を補正することにより第５の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、
前記第３の３次元画像のデータと前記第５の３次元画像のデータとを引き算することにより第６の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
【請求項１７】
被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、
前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータより解像度の低い第２の３次元画像のデータとを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第３の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータより解像度の低い第４の３次元画像のデータとを再構成する再構成部と、
前記第２の３次元画像に対する前記第４の３次元画像の第１の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された第１の位置ずれ量を用いて前記第１の３次元画像に対する前記第３の３次元画像の第２の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、
前記計算された第２の位置ずれ量に基づいて前記第３の３次元画像を補正することにより第５の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、
前記第５の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータとを引き算することにより第６の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備することを特徴とする３次元画像処理装置。
【請求項１８】
位置ずれ量計算部は、前記第２、第４の３次元画像のデータの間の部分領域の比較に基づいて、前記第４の３次元画像に対する前記第２の３次元画像の位置ずれ量を計算することを特徴とする請求項１４に記載の３次元画像処理装置。
【請求項１９】
前記部分領域は、骨構造であることを特徴とする請求項１８に記載の３次元画像処理装置。
【請求項２０】
前記骨構造は、頭蓋底構造であることを特徴とする請求項１９に記載の３次元画像処理装置。
【請求項２１】
前記位置ずれ補正部は、前記第４の３次元画像に対して前記第２の３次元画像を所定量ずつ変位させながら、前記第４の３次元画像に対する前記第２の３次元画像の位置ずれを特定することを特徴とする請求項１４に記載の３次元画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、造影前後の画像から血管の３次元画像を生成する３次元画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
頭部の血管走行は非常に複雑であり、特に動脈瘤のある症例では動脈瘤のネックが確認できる最適観察角度を決定するため、またネックとドームの関係や動脈瘤と親血管／近くの細かい血管などとの関係を把握するため、３Ｄ−ＤＳＡ（３次元のディジタル・サブトラクション・アンギオグラフィ）を撮影することが多い。
【０００３】
３Ｄ−ＤＳＡでは、Ｘ線管等を患者の回りを回転しながら撮影を繰り返すことで撮影方向の異なる複数の画像を造影剤注入の前と後とでそれぞれ収集する。一般的に、造影剤注入前に収集した血管が造影されていない２次元の投影画像をマスク画像と称し、造影剤注入後に収集した血管が造影されている２次元の投影画像をコントラスト画像と称する。撮影方向をそろえて注入前後の画像を引き算することで、造影された血管部分を主に抽出する。そして血管部分が抽出された画像を３次元再構成処理により血管の精細な３次元画像を生成する方法である。この３次元画像を３Ｄ−ＤＳＡ像と呼ぶ。
【０００４】
周知の通り、造影剤の注入は患者にとって大きな負担となる。特に頭部のアンギオ検査の場合、造影剤を注入開始した瞬間に患者は頭部に急激な熱を感じ、それはある種の痛みに近い感覚であることもある。その結果患者は造影剤を注入開始した瞬間に頭を動かすことがある。その対策として頭をベルトで固定するなどしているが、完全な固定は患者に別な苦痛を与えるため、動きを完全に防止することは難しい。そのためマスク画像とコントラスト画像との間でフレーム内での生体位置がずれてしまうという事態が生じやすい。その位置ずれは３Ｄ−ＤＳＡ像上ではアーチファクトとなって現れてしまう。
【０００５】
この位置ずれによるアーチファクトを軽減するためにマスク画像とコントラスト画像との間で位置ずれを補正してから両者を引き算することが考えられている。しかし、実際には位置ずれは立体的な変位であり、そのため位置ずれ補正によるアーチファクトの軽減効果はそれほど高くはないのが現状である（特許文献１、２）。
【特許文献１】特開平５−１３７７１１号公報
【特許文献２】特開２００５−８０２８５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、造影前後の画像から血管の３次元画像を生成する３次元画像処理装置において、造影前後の被検体の動きによるアーチファクトの軽減効果を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１局面は、被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第２の３次元画像のデータを再構成する再構成部と、前記第１、第２の３次元画像のデータの間の解剖学的構造の比較に基づいて、前記第２の３次元画像に対する前記第１の３次元画像の位置ずれを補正することにより第３の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、前記第２の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータとを引き算することにより第４の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備する３次元画像処理装置を提供する。
【０００８】
本発明の第２局面は、被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第２の３次元画像のデータを再構成する再構成部と、前記第１、第２の３次元画像のデータの間の部分領域の比較に基づいて、前記第２の３次元画像に対する前記第１の３次元画像の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、前記計算された位置ずれに基づいて前記第１の３次元画像を補正することにより第３の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、前記第２の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータとを引き算することにより第４の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備する３次元画像処理装置を提供する。
【０００９】
本発明の第３局面は、被検体に関する撮影方向の異なる造影前の複数のマスク画像のデータと、前記被検体に関する撮影方向の異なる造影後の複数のコントラスト画像のデータとを記憶する記憶部と、前記複数のマスク画像のデータから第１の３次元画像のデータと前記第１の３次元画像のデータより解像度の低い第２の３次元画像のデータとを再構成し、前記複数のコントラスト画像のデータから第３の３次元画像のデータと前記第３の３次元画像のデータより解像度の低い第４の３次元画像のデータとを再構成する再構成部と、前記第４の３次元画像に対する前記第２の３次元画像の位置ずれ量を計算する位置ずれ量計算部と、前記計算された位置ずれに基づいて前記第１の３次元画像を補正することにより第５の３次元画像のデータを生成する位置ずれ補正部と、前記第３の３次元画像のデータと前記第５の３次元画像のデータとを引き算することにより第６の３次元画像のデータを生成する処理部とを具備する３次元画像処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、造影前後の画像から血管の３次元画像を生成する３次元画像処理装置において、造影前後の被検体の動きによるアーチファクトの軽減効果を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１に示すように、Ｘ線診断装置は、Ｘ線撮影機構１０と、３次元画像処理装置１とを有する。Ｘ線撮影機構１０は、図２に示すように、Ｘ線管球１２とＸ線検出器１４とを有する。Ｘ線検出器１４は、イメージインテンシファイア１５とＴＶカメラ１６とから構成される。または、検出器１４は、マトリクス状に配列された半導体検出素子を有するフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ：平面型Ｘ線検出器）で構成される。Ｘ線管球１２は、検出器１４とともに、Ｃ形アーム１６０にマウントされる。寝台の天板５０上の被検体Ｐは、Ｘ線管球１２と検出器１４との間に配置される。Ｃ形アーム１６０は、天井ベース１６３から吊り下げられる支柱１６４に支持される。Ｃ形アーム１６０は、直交３軸Ａ，Ｂ，Ｃに関して回転可能である。
【００１２】
３次元画像処理装置１は、制御部３７を中心として、Ａ／Ｄ変換器２１、入力デバイス２２、記憶部２３、濃度ムラ補正部３１、３次元再構成処理部３２、位置ずれ補正部３３、サブトラクション処理部３４、３次元画像処理部３５、アフィン変換部３６、Ｄ／Ａ変換部３８及び表示部３９を有する。Ａ／Ｄ変換器２１は検出器１４に接続される。Ｄ／Ａ変換器３８は表示部３９に接続される。入力デバイス２２はキーボード及びマウスを有する。記憶部２３は、Ａ／Ｄ変換器２１を介して入力された２次元画像データ（マスク画像データ、コントラスト画像データ）、３次元画像データ（ボリュームデータ）等様々なデータを記憶する。濃度ムラ補正部３１は、マスク画像データ及びコントラスト画像データに対して装置依存の濃度ムラを補正する処理を施す。具体的には、Ｘ線管球１２と検出器１４との間の撮影領域に何も配置しないで又は均質ファントムを介在させて検査撮影時と同じ撮影方向から撮影して事前に取得された装置依存の濃度ムラが反映された画像データを、被検体のマスク画像データ及びコントラスト画像データから個々に引き算することにより濃度ムラ補正が行われる。
【００１３】
３次元再構成処理部３２は、画像歪を補正する歪補正処理機能と、同一被検体に関する撮影方向の異なる複数のマスク画像のデータから３次元画像（以下、３次元マスク画像という）のデータを再構成し、また同一被検体に関する撮影方向の異なる複数のコントラスト画像のデータから３次元画像（以下、３次元コントラスト画像という）のデータを再構成する機能とを有する。歪補正機能は、検出器１４がイメージインテンシファイアを構成した場合にのみ処理を行い、検出器１４がフラットパネルディテクタで構成されたときは本質的には不要とされる。
【００１４】
位置ずれ補正部３３は、３次元コントラスト画像と３次元マスク画像との位置ずれ、つまり３次元コントラスト画像の座標系上での被検体位置と３次元マスク画像の座標系上での被検体位置との間のずれの方向と距離とを特定するとともに、その特定した位置ずれの方向と距離とに従って３次元コントラスト画像と３次元マスク画像との生体位置及び向きを整合する。サブトラクション処理部３４は、２次元又は３次元でコントラスト画像と３次元マスク画像とを引き算する機能とを有する。アフィン変換部３６は、画像データに対して拡大処理、移動処理を行う。画像処理部３５は、３次元画像のデータから、サーフェスレンダリングプロセッシングにより、表示画像のデータを発生する。
【００１５】
次に本実施形態の動作を説明する。Ｃ型のアーム１６４はモーターで高速にプロペラのように回転することができる、この回転により被検体の周り１８０度以上の角度を短時間で回転することができる。このようにしてアーム１６４を回転しつつ、図３に例示するように、撮影方向をＲＡＯ（第１斜位方向）からＬＡＯ（第２斜位方向）に変化させながら、１度間隔で撮影を繰り返し、得られた回転角度が２００度分の２００枚の投影画像のデータを収集する。収集された２００枚のマスク画像のデータは、Ａ／Ｄ変換器２１でディジタル信号に変換されて、記憶部２３に記憶される。画像データの収集は、造影剤注入前と注入後の２回行われる。造影剤注入前に２００枚のマスク画像のデータが収集され、記憶部２３に記憶される。撮影方向がＬＡＯ（第２斜位方向）からＲＡＯ（第１斜位方向）に戻され、そして造影剤注入後、撮影部位に応じた好適な遅れ時間が経過してから、同一の条件で撮影が繰り返され、２００枚の投影画像（コントラスト画像）のデータが収集され、記憶部２３に記憶される。
【００１６】
撮影終了後、任意の時期に、３次元の血管画像を生成するための画像処理が開始される。本実施形態に係る画像処理装置では、２種類の画像処理モードを装備しており。２種類の画像処理モードのいずれを使って３次元の血管画像を生成するかは操作者の任意である。一方の画像処理モードは従来と同様であり、撮影方向が対応するマスク画像とコントラスト画像とを引き算し、得られた２００枚の引き算画像を３次元再構成処理に供することにより、３次元の血管画像を生成するものである。他方の画像処理モードは新規な方法であり、撮影方向が異なる２００枚のマスク画像から３次元画像（３次元マスク画像）を再構成し、同様に撮影方向が異なる２００枚のコントラスト画像から３次元画像（３次元コントラスト画像）を再構成する。そして３次元マスク画像と３次元コントラスト画像との間で位置ずれを補正してから、引き算することにより、３次元の血管画像を生成するものである。患者が造影剤注入直後に動いてしまった場合、その動きは平面的な動きではない。従ってピクセルシフトのような２次元的な補正では当該アーチファクトを抑えることはできない。本実施形態では、患者の３次元的な動きを３次元空間で検出し、３次元的に補正することで有意にアーチファクトを抑えることができる。以下に、この後者の新規な画像処理について説明する。
【００１７】
図４に示すように、まず濃度ムラ補正部３１において、マスク画像とコントラスト画像について画像ごとに濃度ムラが補正される。次に、図５に示すように次のステップは３次元再構成処理部３２における歪補正である。ここでは簡単のために正方格子状にワイヤーが縦横に等間隔で並べられたファントムを考える。このファントムを検出器１４の例えばイメージインテンシファイア１５の前面に張って撮影すると、理想的には図６（ｂ）に示すように正方格子状の投影画像が得られるはずであるが、実際にはイメージインテンシファイア１５の前面の形状に起因する糸巻き型歪や、地磁気などに起因するＳ字状歪などの影響で図６（ａ）のようにひずむ。そこで予め図６（ａ）の画像データを収集しておき、このデータからワイヤーとワイヤーの交点を格子点として抽出する。この格子点は本来歪がなければ格子点は等間隔で並ぶはずなので、格子点を等間隔にすることで補正する。また格子点以外の点は回りの格子点のデータを利用して補正する。なお歪分布は角度毎に異なるため、収集した角度毎のファントム投影像から計測した歪分布テーブルを保持し、それを元に歪を補正する。また、検出器１４がＦＰＤのとき、当該歪み補正は不要とされる。
【００１８】
次のステップは３次元再構成処理部３２における三次元再構成処理である。再構成方法の一例としては、ここではフェルトカンプ（Feldkamp）等によって提案されたフィルタードバックプロジェクション法の場合を示すと、図５に示すように撮影方向の異なる２００枚の画像に対して例えばShepp & LoganやRamachandranのような適当なコンボリューションフィルターをかける。次に逆投影演算（バックプロジェクション）を行うことにより３次元画像が再構成される。ここで再構成領域は、Ｘ線管球１２の全方向へのＸ線束に内接する円筒として定義される。この円筒内は、例えばディテクタ１４の１検出素子の幅に投影される再構成領域中心部での長さｄで３次元的に離散化され、離散点のデータの再構成像を得る必要がある。但しここでは離散間隔の一例を示したが、これは装置やメーカーによって違うこともあるので、基本的には装置によって定義された離散間隔を用いれば良い。
【００１９】
再構成された３次元マスク画像のデータと３次元コントラスト画像のデータは、記憶部２３から画像処理部３５に転送され、例えばボリュームレンダリングなどの方法により３次元的に表示される。ここで表示される３次元画像は、血管、骨、軟組織などのオリジナルの情報を含む３次元像である。
【００２０】
次に３次元マスク画像と３次元コントラスト画像との間の位置ずれを補正して位置整合を図る処理が位置ずれ補正部３３により行われる。先ず位置ずれ補正の前処理として、位置ずれ補正部３３では、濃度変換処理が行われる。位置ずれ補正部３３では、３次元マスク画像の画素値ヒストグラム（図７（ａ））と、３次元コントラスト画像の画素値ヒストグラム（図７（ｂ））とを作成し、比較する。３次元コントラスト画像の画素値ヒストグラムから３次元マスク画像の画素値ヒストグラムを引き算することにより、造影剤に対応する部分（図７（ｂ）の斜線部分）が抽出される。実際的には、ノイズの影響を除去するために、所定の頻度以上であって画素値軸で連続する部分を、造影剤に対応する部分として特定する。造影剤に対応する部分の最小値（又は最大値）を、造影剤が分布している領域と他の領域とを識別する閾値として決定する。図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、３次元コントラスト画像の当該閾値以上（又は以下）の画素値を有する画素を対象として、その画素値をゼロ値に置き換える。
【００２１】
前処理の次のステップは位置ずれ検出である。３次元コントラスト画像と３次元マスク画像との位置ずれを特定する。典型的には、３次元コントラスト画像に対する３次元マスク画像の位置ずれを特定するが、逆に３次元マスク画像に対する３次元コントラスト画像の位置ずれを特定するものであってもよいし、基準位置に対する３次元コントラスト画像の位置ずれと同じ基準位置に対する３次元マスク画像の位置ずれとを特定するものであってもよい。ここでは、３次元コントラスト画像に対する３次元マスク画像の位置ずれを特定するものとして説明する。この位置ずれを特定するとは、３次元コントラスト画像の座標系上での被検体位置と３次元マスク画像の座標系上での被検体位置との間のＸＹＺ各軸に関するずれの距離、及びＸＹＺ各軸に関する回転角を特定することとして定義される。
【００２２】
位置ずれ検出方法としては、３次元コントラスト画像と３次元マスク画像との間の相関係数を計算し、その相関係数の計算処理を３次元コントラスト画像に対する３次元マスク画像の位置をＸＹＺ３軸に関して少しずつ移動させながら繰り返す。その結果、相関係数の一番低いところを対応位置と判定し、その位置への移動ベクトルを記憶する。ここで相関演算は以下のように記述できる。
【００２３】
【数１】
2006175213.tif 000003
【００２４】
さらに、Ｔは相関演算を行ったボクセルの数である。全てのボクセルが相関演算の対象であれば、Ｔ＝（Ｎ＋１）３である。しかし対象が血管部のボクセルや一方が再構成領域からはみ出した領域は関数Ｄで演算対象から外している。従って、Ｔ＜（Ｎ＋１）３でとなる。  ここでｆ１（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ，ｚ＋Δｚ)は３次元マスク画像に対応し、ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ)は３次元コントラスト画像に対応する。Nは３次元マスク画像及び３次元コントラスト画像のボクセルマトリックスサイズ、（Δｘ，Δｙ，Δｚ)はシフトベクトルである。ＣＲ（Δｘ，Δｙ，Δｚ)は相関演算の結果であり、Δｘ，Δｙ，Δｚをそれぞれ−Δから＋Δの間をシフトさせつつ相関演算結果を求め、それが最小となるシフトベクトルを位置ずれとして検出する。なおこの式では表現できないが、相関演算を行う際、位置ずれ補正の前処理でゼロセットした３次元コントラスト画像ｆ２（ｘ，ｙ，ｚ)＝０の部分の領域外は演算をスキップする。相関演算の範囲は−Δから＋Δで、演算のステップ（Δｘ，Δｙ，Δｚのステップ）はδ毎である。さらにこの式ではシフトしか表していないが、回転角Δθx、Δθy、Δθzを導入し、角度のずれも併せて検出する必要がある。Δθx、Δθy、ΔθzはそれぞれX軸、Y軸、Z軸周りの回転を示し、−θから＋θの間Δθ毎に変化させつつ相関演算を行って最小値となるずれ量を求める。なお角度変化を入れると式が非常に複雑になるので、ここでは割愛する。
【００２５】
なお、ここでは画像データ全てを使って相関係数を計算しているが、計算量を減らすために、３次元画像の全体領域中の一部分を構成する部分領域に限局して、ずれ量を計算するようにしても良い。部分領域は、造影効果を除外してずれ量計算精度を向上するために、非造影領域に設定される。非造影領域には、典型的には、解剖学的構造としての骨構造が選択される。頭部検査の場合、頭蓋底構造が部分領域として選択されることが好ましい。頭蓋底構造は、操作者により限局された頭蓋底部分を含む探索範囲を対象として、骨に対応する閾値処理により比較的容易に抽出され得る。
【００２６】
また、画像データ全てを使って相関係数を計算しているが、計算量を減らすために、最初はボクセルマトリクスサイズの小さい縮小画像を使って演算し、段々と元画像のサイズに戻しながらシフト量を算出して行っても良い。例えばN＝５１２とすると、最初は５１２３の３次元マスク画像と３次元コントラスト画像を３２３のサイズに縮小し、サイズ３２３の３次元マスク画像とサイズ３２３の３次元コントラスト画像どうしで演算を行う。次に３２３同士の演算完了した後、６４３同士で演算を行う。この時３２３の同士で演算した結果を６４３の同士の演算の初期値として演算を開始する。具体的に言うと、例えば時３２３の同士で演算した結果、３次元マスク画像を(Δθx、Δθy、Δθz）回転し、その後（２Δｘ，２Δｙ，２Δｚ）をシフトする状態で相関演算値が最小となると仮定する。次に６４３同士で演算を行う際、３次元マスク画像を(Δθx、Δθy、Δθz)回転し、その後（２Δｘ，２Δｙ，２Δｚ）シフトした上で、そこから相関演算を開始する。その後６４３、１２８３、２５６３、５１２３へとボクセルマトリクスサイズを順次拡大しながら徐々に解像度を高くしながら演算を繰り返し、位置ずれ量を求める。この手法の特徴は演算量を大幅に削減するだけでなく、最初は巨視的に探索を行い、次第に微視的な探索を行うことで、最適解ではなく、近くにある準最適解にトラップされるのを防ぐことができる。
【００２７】
次のステップは位置補正である。位置ずれ検出処理で特定した位置ずれを(Δθx0、Δθy0、Δθz0)、(Δx0,Δy0,Δz0)とすると、３次元マスク画像を(Δθx0、Δθy0、Δθz0)回転し、その後(Δx0,Δy0,Δz0)シフトして、位置ずれ補正された３次元マスク画像を生成する。
【００２８】
次のステップはサブトラクション処理である。サブトラクション処理部３４で３次元コントラスト画像から、位置ずれ補正された３次元マスク画像を引き算する。それにより３次元血管画像が生成される。生成された３次元血管画像のデータは、３次元画像処理部３５に転送され、例えばボリュームレンダリングなどの処理が施される。そして表示される。
【００２９】
上述の説明では、位置ずれ補正は、３次元マスク画像に対して行っているが、３次元コントラスト画像に対して行うようにしてもよい。
【００３０】
また、上述では、処理モードは操作者が選択するものであるが、システムが自動的に判断しても良い。判断は次のように行う。２次元のマスク画像とコントラスト画像との引き算画像を１フレーム目からＮフレーム目（Ｎフレーム収集したと仮定）まで画素毎に造影剤の信号と逆方向の、一定以上大きい信号かどうかをチェックする。ここで造影剤の信号をマイナスとすると、閾値Ｔｈ以上の画素値を持つ画素はアーチファクトと判断する。アーチファクトの画素値の総和を求め、その総和が一定以上であれば患者が動いたと判断して動き補正付きの再構成を行い、以下であれば動き補正なしの再構成を行う。ここでは画素値の総和を求める例を説明したが、アーチファクトと判断された画素数を求め、その画素数が一定上であれば患者が動いたと判断して動き補正付きの再構成を行い、以下であれば動き補正なしの再構成を行っても良い。
【００３１】
また、上述では全てのステップをシーケンシャルに処理しているが、並列処理することでさらに高速化を図ることができる。図９に示すように、具体的には第一段階として、３次元コントラスト画像を再構成する。この時再構成画像はボクセルマトリクスサイズが５１２３ではなく、２５６３の縮小画像として再構成する。これは５１２３の領域全体を２５６３に縮小した再構成法で、そのやり方としては最初に投影データを５１２２から２５６２に縮小して再構成を行っても良いし、投影データはそのままで、再構成演算の時に図１０に示すようにボクセルを一つ飛ばしに再構成しても、代表値として８つの隣り合ったボクセルの中心の値を求めても良い。第二の段階では、縮小画像としての３次元コントラスト画像はボリュームレンダリングなどの方法により３次元的に表示される。ここで表示される三次元画像は、血管、骨、軟組織などの情報を持った画像である。第三の段階では、３次元マスク画像を縮小画像として再構成する。この時再構成画像は同じく２５６３のサイズで再構成を行う。第四の段階では、これら縮小画像としての３次元マスク画像と３次元コントラスト画像との間で位置ずれを検出する。第五の段階では、第四の段階と並行して、５１２３のフルサイズで３次元マスク画像と３次元コントラスト画像とを再構成する。第六の段階では、位置ずれ検出で決定したシフト、回転角に従ってフルサイズの３次元マスク画像を位置ずれ補正し、引き算することにより、３次元の血管画像を生成する。この３次元の血管画像は例えばボリュームレンダリングなどの方法により３次元的に表示される。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本実施形態に係る３次元画像処理装置の構成図である。
【図２】図２は図１のＸ線撮影装置の外観図である。
【図３】図３は本実施形態の撮影手順の概要を示す図である。
【図４】図４は図１の３次元画像処理装置による３Ｄ血管画像生成理手順を示す図である。
【図５】図５は図１の３次元再構成処理部の処理手順を示す図である。
【図６】図６は図５の歪補正処理の補足図である。
【図７】図７は図４の位置ずれ検出の前処理の補足図である。
【図８】図８は図４の位置ずれ検出の前処理の補足図である。
【図９】図９は本実施形態の変形例による他の処理手順を示す流れ図である。
【図１０】図１０は図９の画像再構成処理（縮小）の補足図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…Ｘ線撮影機構、１…３次元画像処理装置、１２…Ｘ線管球、１４…Ｘ線検出器、１５…イメージインテンシファイア、１６…ＴＶカメラ、２１…Ａ／Ｄ変換器、２２…入力デバイス、２３…記憶部、３１…濃度ムラ補正部、３２…３次元再構成処理部、３３…位置ずれ補正部、３４…サブトラクション処理部、３５…３次元画像処理部、３６…アフィン変換部、３８…Ｄ／Ａ変換部、３９…表示部。
【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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