(57)【要約】      （修正有）【課題】時間軸上の全ボリュームデータの芯線の点列データを自動抽出できる医用画像処理方法、プログラム、装置を提供する。【解決手段】時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存して、そこから第１時刻と第２時刻におけるボリュームデータを取り出し、被検体の管状構造物の第１時刻における芯線点列データを保存し、それに基づき、第１時刻の芯線点列データの各芯点について、この芯線の接線方向の直交断面における管状構造物の断面像データ及び第２時刻のボリュームデータに基づき直交断面と同一の断面における管状構造物の断面像データを求め、管状構造物の第１時刻と第２時刻における断面像データの相関が最大となるベクトルを算出し、算出されたベクトルにより第１時刻の芯線点列データの各点を第２時刻における芯線点列データ対応する点とし、すべての点について移動ベクトルを求めることにより第２時刻における芯線点列データを得る。【選択図】図１
2006068351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存ステップと、
前記ボリュームデータ群から第１の時刻と第２の時刻におけるボリュームデータを取り出すボリュームデータ取得ステップと、
被検体の管状構造物の前記第１の時刻における芯線点列データを保存する芯線点列データ保存ステップと、
前記第１の時刻のボリュームデータに基づき、前記第１の時刻の芯線点列データの各芯点について、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データ及び前記第２の時刻のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求める直交断面像取得ステップと、
前記管状構造物の前記第１の時刻と前記第２の時刻における断面像データの相関が最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出ステップと、
この移動ベクトル算出ステップにより算出されたベクトルにより前記第１の時刻の芯線点列データの各点を前記第２の時刻における芯線点列データの対応する点とし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより第２の時刻における芯線点列データを得る第２の時刻芯線点列データ算出ステップと、
を有して成ることを特徴とする医用画像処理方法。
【請求項２】
時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存ステップと、
前記ボリュームデータ群から所定の時刻ｔｎにおけるボリュームデータを取り出すｔｎボリュームデータ取得ステップと、
前記ボリュームデータ群から所定の時刻ｔｎの次の時刻ｔ（ｎ＋１）におけるボリュームデータを取り出すｔ（ｎ＋１）ボリュームデータ取得ステップと、
被検体の管状構造物の前記時刻ｔｎにおける芯線点列データを保存する芯線点列データ保存ステップと、
前記時刻ｔｎのボリュームデータに基づき、前記時刻ｔｎの芯線点列データの各芯点Ｐｔｎｉについて、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データを求めるｔｎ直交断面像取得ステップと、
前記時刻ｔ（ｎ＋１）のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求めるｔ（ｎ＋１）直交断面像取得ステップと、
前記ｔｎ直交断面像取得ステップ及び前記ｔ（ｎ＋１）直交断面像取得ステップにより得られた前記管状構造物の時刻ｔｎと時刻ｔ（ｎ＋１）における断面像データの相関関数を計算しその最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出ステップと、
この移動ベクトル算出ステップにより算出されたベクトルにより前記時刻ｔｎの芯線点列データの各点Ｐｔｎｉに時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データＰｔ（ｎ＋１）ｉに対応するとし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データを得るｔ（ｎ＋１）芯線点列データ算出ステップと、
を有して成ることを特徴とする医用画像処理方法。
【請求項３】
前記ｔｎ直交断面像取得ステップにより得られる断面画像及びｔ（ｎ＋１）直交断面像取得ステップにより得られる断面画像は３次元以上の画像であることを特徴とする請求項２記載の医用画像処理方法。
【請求項４】
コンピュータに、
時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存ステップと、前記ボリュームデータ群から第１の時刻と第２の時刻におけるボリュームデータを取り出すボリュームデータ取得ステップと、被検体の管状構造物の前記第１の時刻における芯線点列データを保存する芯線点列データ保存ステップと、前記第１の時刻のボリュームデータに基づき、前記第１の時刻の芯線点列データの各芯点について、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データ及び前記第２の時刻のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求める直交断面像取得ステップと、前記管状構造物の前記第１の時刻と前記第２の時刻における断面像データの相関が最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出ステップと、この移動ベクトル算出ステップにより算出されたベクトルにより前記第１の時刻の芯線点列データの各点を前記第２の時刻における芯線点列データの対応する点とし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより第２の時刻における芯線点列データを得る第２の時刻芯線点列データ算出ステップと、実行させることを特徴とする医用画像処理プログラム。
【請求項５】
時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存手段と、
前記ボリュームデータ群から第１の時刻と第２の時刻におけるボリュームデータを取り出すボリュームデータ取得手段と、
被検体の管状構造物の前記第１の時刻における芯線点列データを保存する芯線点列データ保存手段と、
前記第１の時刻のボリュームデータに基づき、前記第１の時刻の芯線点列データの各芯点について、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データ及び前記第２の時刻のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求める直交断面像取得手段と、
前記管状構造物の前記第１の時刻と前記第２の時刻における断面像データの相関が最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出手段と、
この移動ベクトル算出手段により算出されたベクトルにより前記第１の時刻の芯線点列データの各点を前記第２の時刻における芯線点列データの対応する点とし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより第２の時刻における芯線点列データを得る第２の時刻芯線点列データ算出手段と、
を有して成ることを特徴とする医用画像処理装置。
【請求項６】
時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存手段と、
前記ボリュームデータ群から所定の時刻ｔｎにおけるボリュームデータを取り出すｔｎボリュームデータ取得手段と、
前記ボリュームデータ群から所定の時刻ｔｎの次の時刻ｔ（ｎ＋１）におけるボリュームデータを取り出すｔ（ｎ＋１）ボリュームデータ取得手段と、
被検体の管状構造物の前記時刻ｔｎにおける芯線点列データを保存する芯線点列データ保存手段と、
前記時刻ｔｎのボリュームデータに基づき、前記時刻ｔｎの芯線点列データの各芯点Ｐｔｎｉについて、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データを求めるｔｎ直交断面像取得手段と、
前記時刻ｔ（ｎ＋１）のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求めるｔ（ｎ＋１）直交断面像取得手段と、
前記ｔｎ直交断面像取得手段及び前記ｔ（ｎ＋１）直交断面像取得手段により得られた前記管状構造物の時刻ｔｎと時刻ｔ（ｎ＋１）における断面像データの相関関数を計算しその最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出手段と、
この移動ベクトル算出手段により算出されたベクトルにより前記時刻ｔｎの芯線点列データの各点Ｐｔｎｉに時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データＰｔ（ｎ＋１）ｉに対応するとし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データを得るｔ（ｎ＋１）芯線点列データ算出手段と、
を有して成ることを特徴とする医用画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置に係わり、特にＸ線ＣＴ装置や磁気共鳴診断装置（ＭＲＩ装置）等の撮影装置から得られた被検体の３次元ボリュームデータを用いて、管腔臓器等の内腔の形状表示や定量解析を行う機能を有する医用画像処理方法、医用画像処理方法などに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医用診断では、被検体の血管など管腔臓器の形状や動きを定量的に解析することが求められている。これらの場合、当該部位の３次元ボリュームデータをＸ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置などで医用モダリティで取得して、画像処理する。
【０００３】
このような画像処理においては、管腔臓器の３次元的な芯線（path line;例えば血管の中心線）の位置を知る必要がある。３次元ボリュームデータを用いて管腔臓器の芯線を抽出する方法としては、輝度値の情報を利用し臓器内を探索する方法（非特許文献１参照）や、管腔臓器の抽出領域を細線化する方法（非特許文献２参照）などが知られている。
【０００４】
しかし、非特許文献１記載の方法では、探索途中に管腔臓器のコントラストの低い箇所や内径が小さい箇所などがあると、そこで方向がずれてしまって探索が失敗に終わる可能性が高いという問題がある。
【０００５】
また、非特許文献２に記載の方法では、管腔臓器の領域抽出の精度が低いと細線化により得られる芯線の精度が低下したり抽出領域の画素数に比例して細線化に多くの時間を要するという問題がある。
【０００６】
なお本出願人は、管状構造物の芯線を立体画像データから設定する画像処理装置を、先に出願した（特願２００３−２５２６０）。
【０００７】
しかし、１つの再構成ボリュームデータから所望の血管領域の芯線点列データを所得する方法を用いた場合、操作者が時間軸方向の全ボリュームデータに対して、その血管の始点、終点を指定しなければならない。なぜなら、冠動脈などが対象となる場合、心臓の動きに伴って血管位置も移動するので、１ボリュームデータで指定された始点、終点は時間軸上の他のボリュームデータには適用できないからである。操作者によるこの作業は、非常に手間がかかる問題があった。
【非特許文献１】O.Wink, W.J. Niessen, M.A. Viergever, "Fast Delineation and Visualization of Vessels in 3-D Angiographic Images" IEEE Trans. Med. Imaging, Vol.19, No.4, pp.337-346, Apr., 2000。
【非特許文献２】G. D. Rubin, D. S. Paik, P. C. Johnston, S. Napel, "Measurement of the Aorta and Its Branches with Helical CT " Radiology, Vol.206, No.3, pp.823-829, Mar., 1998。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような管腔臓器の芯線を３次元的に抽出する、従来方法の問題点に鑑みてなされたもので、時間軸方向に連続した再構成ボリュームデータ群のうち、ボリュームデータ上のある１つの所望の血管の芯線点列データを求めるだけで、時間軸上の全ボリュームデータの芯線の点列データを自動的に抽出できる医用画像処理装置、医用画像処理方法など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】
【０００９】
本発明の請求項１によれば、時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存ステップと、前記ボリュームデータ群から第１の時刻と第２の時刻におけるボリュームデータを取り出すボリュームデータ取得ステップと、被検体の管状構造物の前記第１の時刻における芯線点列データを保存する芯線点列データ保存ステップと、前記第１の時刻のボリュームデータに基づき、前記第１の時刻の芯線点列データの各芯点について、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データ及び前記第２の時刻のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求める直交断面像取得ステップと、前記管状構造物の前記第１の時刻と前記第２の時刻における断面像データの相関が最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出ステップと、この移動ベクトル算出ステップにより算出されたベクトルにより前記第１の時刻の芯線点列データの各点を前記第２の時刻における芯線点列データの対応する点とし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより第２の時刻における芯線点列データを得る第２の時刻芯線点列データ算出ステップと、を有して成ることを特徴とする医用画像処理方法を提供する。
【００１０】
本発明の請求項２によれば、時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存ステップと、前記ボリュームデータ群から所定の時刻ｔｎにおけるボリュームデータを取り出すｔｎボリュームデータ取得ステップと、前記ボリュームデータ群から所定の時刻ｔｎの次の時刻ｔ（ｎ＋１）におけるボリュームデータを取り出すｔ（ｎ＋１）ボリュームデータ取得ステップと、被検体の管状構造物の前記時刻ｔｎにおける芯線点列データを保存する芯線点列データ保存ステップと、前記時刻ｔｎのボリュームデータに基づき、前記時刻ｔｎの芯線点列データの各芯点Ｐｔｎｉについて、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データを求めるｔｎ直交断面像取得ステップと、前記時刻ｔ（ｎ＋１）のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求めるｔ（ｎ＋１）直交断面像取得ステップと、前記ｔｎ直交断面像取得ステップ及び前記ｔ（ｎ＋１）直交断面像取得ステップにより得られた前記管状構造物の時刻ｔｎと時刻ｔ（ｎ＋１）における断面像データの相関関数を計算しその最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出ステップと、この移動ベクトル算出ステップにより算出されたベクトルにより前記時刻ｔｎの芯線点列データの各点Ｐｔｎｉに時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データＰｔ（ｎ＋１）ｉに対応するとし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データを得るｔ（ｎ＋１）芯線点列データ算出ステップと、を有して成ることを特徴とする医用画像処理方法を提供する。
【００１１】
本発明の請求項４によれば、コンピュータに、時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存ステップと、前記ボリュームデータ群から第１の時刻と第２の時刻におけるボリュームデータを取り出すボリュームデータ取得ステップと、被検体の管状構造物の前記第１の時刻における芯線点列データを保存する芯線点列データ保存ステップと、前記第１の時刻のボリュームデータに基づき、前記第１の時刻の芯線点列データの各芯点について、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データ及び前記第２の時刻のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求める直交断面像取得ステップと、前記管状構造物の前記第１の時刻と前記第２の時刻における断面像データの相関が最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出ステップと、この移動ベクトル算出ステップにより算出されたベクトルにより前記第１の時刻の芯線点列データの各点を前記第２の時刻における芯線点列データの対応する点とし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより第２の時刻における芯線点列データを得る第２の時刻芯線点列データ算出ステップと、実行させることを特徴とする医用画像処理プログラムを提供する。
【００１２】
本発明の請求項５によれば、時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存手段と、前記ボリュームデータ群から第１の時刻と第２の時刻におけるボリュームデータを取り出すボリュームデータ取得手段と、被検体の管状構造物の前記第１の時刻における芯線点列データを保存する芯線点列データ保存手段と、前記第１の時刻のボリュームデータに基づき、前記第１の時刻の芯線点列データの各芯点について、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データ及び前記第２の時刻のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求める直交断面像取得手段と、前記管状構造物の前記第１の時刻と前記第２の時刻における断面像データの相関が最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出手段と、この移動ベクトル算出手段により算出されたベクトルにより前記第１の時刻の芯線点列データの各点を前記第２の時刻における芯線点列データの対応する点とし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより第２の時刻における芯線点列データを得る第２の時刻芯線点列データ算出手段と、を有して成ることを特徴とする医用画像処理装置を提供する。
【００１３】
本発明の請求項６によれば、時間軸方向に複数有するボリュームデータ群を保存するボリュームデータ保存手段と、前記ボリュームデータから所定の時刻ｔｎにおけるボリュームデータを取り出すｔｎボリュームデータ取得手段と、前記ボリュームデータ群から所定の時刻ｔｎの次の時刻ｔ（ｎ＋１）におけるボリュームデータを取り出すｔ（ｎ＋１）ボリュームデータ取得手段と、被検体の管状構造物の前記時刻ｔｎにおける芯線点列データを保存する芯線点列データ保存手段と、前記時刻ｔｎのボリュームデータに基づき、前記時刻ｔｎの芯線点列データの各芯点Ｐｔｎｉについて、この芯線の接線方向の直交断面における前記管状構造物の断面像データを求めるｔｎ直交断面像取得手段と、前記時刻ｔ（ｎ＋１）のボリュームデータに基づき前記直交断面と同一の断面における前記管状構造物の断面像データを求めるｔ（ｎ＋１）直交断面像取得手段と、前記ｔｎ直交断面像取得手段及び前記ｔ（ｎ＋１）直交断面像取得手段により得られた前記管状構造物の時刻ｔｎと時刻ｔ（ｎ＋１）における断面像データの相関関数を計算しその最大となるベクトルを算出する移動ベクトル算出手段と、この移動ベクトル算出手段により算出されたベクトルにより前記時刻ｔｎの芯線点列データの各点Ｐｔｎｉに時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データＰｔ（ｎ＋１）ｉに対応するとし、すべての点について前記移動ベクトルを求めることにより時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データを得るｔ（ｎ＋１）芯線点列データ算出手段と、を有して成ることを特徴とする医用画像処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、所望とする血管の芯線に沿った連続画像を作成するなどのために必要な時間軸方向の全ボリュームデータ上の１本の芯線を抽出するだけで求めることができ、手間のかからない医用画像処理装置、医用画像処理方法などが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。図１に本発明一実施形態の医用画像処理装置の構成例を示す。この例では管腔臓器が血管の場合について述べる。
【００１６】
画像処理装置１０は、後述するように予め求められた４次元の芯線の点列データが保存された４次元芯線点列データ保存部１１と、この４次元芯線点列データ保存部１１から時刻ｔｎにおける芯線の点列データを取り出し保存するｔｎ芯線点列データ保存部１２と、４次元のボリュームデータを保存している４次元ボリュームデータ保存部１３と、この４次元ボリュームデータ保存部１３から時刻ｔｎのボリュームデータを取り出し保存するｔｎボリュームデータ保存部１４と、４次元ボリュームデータ保存部１３から時刻ｔｎ＋１のボリュームデータを取り出し保存するｔｎ＋１ボリュームデータ保存部１５と、時刻ｔｎにおける芯線点Ｐｉの芯線直交断面画像データを作成する直交断面画像作成部１６と、この直交断面画像作成部１６において作成される時刻ｔｎとｔｎ＋１における各断面画像同士の相関関数ｒを求めこれが最大となるベクトルｖ（ｌ，ｍ）を計算する２断面相関関数計算部１７と、このときの１芯線の点を特定する１芯線点特定部１８と、これにより特定された時刻ｔｎ＋１の芯線点Ｐｉを時刻ｔｎ＋１における芯線点とで記憶するｔｎ＋１芯線点列データ保存部１９とから成る。
【００１７】
本発明で扱う４次元ボリュームデータ（時間軸方向に複数有するボリュームデータ群）について、図２によりここで説明する。時間の要素を含んだ４次元の生データをスキャンし、それを再構成して４次元のボリュームデータを作成する。具体的には、図２において、時刻ｔ１〜ｔｍａｘのＰｉ１の生データを取得し、それを再構成してΔｔ時間間隔の各時刻における３次元ボリュームデータＦ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｔ）を作成する。
【００１８】
３次元ボリュームデータは、例えばＸ，Ｙ，Ｚ方向に所定数（例えば５１２）の３次元のデータであり、これらがｔ１〜ｔｎ〜ｔｍａｘの各時刻で得られたものが時刻ｔの要素が加わった４次元のボリュームデータである。したがって、時刻ｔ１における３次元ボリュームデータは、例えばＦ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｔ１）と表わすことができ、同様に時刻ｔｎにおける３次元ボリュームデータはＦ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｔｎ）と表わすことができ更に時刻ｔｍａｘにおける３次元ボリュームデータはＦ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｔｍａｘ）と表わすことができる。このような４次元のボリュームデータが、図１に示す４次元ボリュームデータ保存部１３に記憶されている。
【００１９】
一方、４次元芯線点列データ保存部１１には予め、時刻ｔｎにおける芯線Ｐ１〜Ｐｍａｘの点列データが記憶される。
【００２０】
本発明では、元になる芯線が予め求められていることを前提とするので、ここで元になる芯線の点列データ求め方の一例を図３により説明する。
【００２１】
図３に示す全体は、立体画像データ記憶部３１、始点・終点指定部３２、領域抽出部３３、血管芯線群抽出部３４、輪郭抽出部３９、合成表示部４０ｄを有し、血管芯線抽出部３４は、初期探索方向決定部３６を有する芯線探索部３５と、芯線選択・接続部３７と、芯線平滑化部３８を有し、輪郭抽出部３９は輪郭平滑化部４０を有する。血管芯線群抽出部３４では、１芯線データがまず抽出される。
【００２２】
立体画像データ記憶部３１には、Ｘ線ＣＴ装置やＭＲＩ装置などの撮影装置から得られた３次元画像データが格納されている。始点・終点指定部３２は、演算装置、表示器、及び入力器を主要素として機能的に構成される。始点・終点指定部３２では、立体画像データ上で操作者が、血管の抽出対象範囲として指定した１点の始点と１点又は複数点の終点の座標を入力し、記憶される。
【００２３】
例えばＹ字路血管内の１点の始点Ｓと２点の終点Ｅ１，Ｅ２が指定される。終点が３点以上指定された場合も、後述する芯線選択・接続部３７の処理を若干、変更することにより適用可能である。また変形形態として、始点・終点だけでなく、管腔臓器の抽出対象範囲内で複数の通過点を指定する始点・終点・通過点指定部を設けることもでき、この場合についても芯線選択・接続部の処理に若干の変更を加えることにより適用可能である。
【００２４】
領域抽出部３３では、上記３次元画像データを入力データとして血管の領域が３次元的に抽出される。即ち、血管の領域内と領域外で２値化された３次元の画像データが作成され記憶される。
【００２５】
この血管領域の自動抽出は、具体的には、例えば論文「T. Lindblad and J. Kinser, "Image Processing using Pulse Coupled Neural Networks" Springer, 1998」に記載されている、ＰＣＮＮ（Pulse Coupled Neural Networks）法や、単純閾値法により行われる。
【００２６】
単純閾値法の一例としては、入力したボリュームデータのＣＴ値が、下記の式で示される閾値範囲のとき１（血管領域）、それ以外のとき０とする処理方法が挙げられる。
【００２７】
ｋｍｉｎ・ｍｉｎ（Ｖｓ，ＶＥ１，ＶＥ２）≦Ｖ≦ｋｍａｘ・ｍａｘ（Ｖｓ，ＶＥ１，ＶＥ２）
ここで、Ｖは或る画素のＣＴ値、Ｖｓ，ＶＥ１，ＶＥ２は操作者が最初に指定した始点・終点（Ｓ，Ｅ１，Ｅ２）のＣＴ値であり、ｋｍｉｎ，ｋｍａｘはそれぞれ下限値、上限値を決める定数である。
【００２８】
血管芯線群抽出部３４は、芯線探索部３５、芯線選択・接続部３７及び芯線平滑化部３８を含み、割り当てられた処理がこの順序でそれぞれ実行される。芯線探索部３５には、初期探索方向決定部３６が含まれる。芯線探索部３５では、始点・終点指定部３２により指定された各指定点を出発点とし、領域抽出部３３で抽出された管腔臓器の領域としての血管領域の３次元ボリュームデータに対して、後述する探索処理を行い、その探索結果が芯線選択・接続部３７により選択・接続される。これにより、Ｉ字路管腔臓器又はＹ字路管腔臓器の芯線が抽出される。
【００２９】
芯線探索部３５では、出発点から目標点までの管腔臓器の芯線の点群が探索される。具体的には、初期探索方向決定部３６により最初に探索する方向（初期探索方向ベクトル）が決定され、反復探索処理により血管の抽出領域の内部が探索される。
【００３０】
つまり、初期探索方向決定部３６により、始点・終点で、その点から３次元の全角度（４π）方向の単位ベクトルと、それと反対方向のベクトルを初期探索ベクトルとする。
【００３１】
次いで芯線探索部３５により探索処理が反復して行われる。この探索処理には、本実施形態では、取捨選択できる２通りの手法が用意されている。
【００３２】
その第１の手法は、探索ベクトルに直交する断面における血管抽出領域の重心位置を血管の芯線の位置として求める方法である。第２の手法では、探索ベクトルに直交する断面における血管抽出領域内のユークリッド距離が最大である位置が、血管の芯線位置として求められる。具体的には、探索ベクトルに直交し且つベクトル先端位置を含む領域抽出データの断面像において、ベクトル先端位置の画素と連結している１−画素領域が領域抽出され抽出領域内に存在する穴（０−画素領域）が穴埋め処理に付された後に、ユークリッド距離変換が行われる。このユークリッド距離変換は、例えば「齋藤豊文，鳥脇純一郎”３次元ディジタル画像に対するユークリッド距離変換”電子情報通信学会論文誌，Vol.J76-D-II,No.3,pp.445-453,Mar,1993」により知られている。
【００３３】
このユークリッド距離変換は、抽出領域内の画素とその画素と最も近い抽出領域外の画素との距離（ユークリッド距離）をその画素の値とする変換であり、これにより抽出領域の最深部の画素の値が抽出領域内の最大値となる。この最大値の画素の位置が芯線の位置として求められる。ベクトル先端位置の画素が０−画素の場合は、ベクトル先端位置に最も近い位置の１−画素を含む領域が使用される。
【００３４】
このように芯線の探索が終わると、芯線探索部３５では、次ベクトル（次の直交断面）を求める。
【００３５】
血管芯線の位置の演算と次ベクトルの演算とが反復して実行される。この反復処理において、最後の芯線点と目標点との距離が予め決められた閾値以内になった場合に、探索が成功したとして反復処理が中止される。
【００３６】
次の芯線選択・接続部３７は、始点・終点指定部３２により指定された各指定点を出発点として、芯線探索部３５により探索処理された結果である芯線を選択し接続して、Ｉ字路管腔臓器又はＹ字路管腔臓器も芯線を抽出するようになっている。
【００３７】
芯線平滑化部３８は、上記芯線選択・接続部３７により抽出された３次元の芯線に平滑化を施し、滑らかな曲線にする機能を有する。即ち、上述の場合分け処理により抽出された３次元の芯線に適切な平滑化を施し滑らかな曲線に整形される。３点間抽出の場合、平滑化処理は各分岐点毎に行われる。
【００３８】
輪郭抽出部３９には輪郭平滑化部４０も含まれる。輪郭抽出部３９は、血管芯線抽出部３４によって抽出された芯線に直交する断面上で、芯線の位置から放射方向に延びる直線上の輝度値の情報又は領域抽出部３３により抽出された領域の境界にも基づいて、血管の輪郭の位置を検出する。
【００３９】
輪郭抽出部により抽出された輪郭は、輪郭平滑化部４０において平滑化され生らかな曲線を有する３次元の血管の輪郭に整形される。即ち、芯線の平滑化と同様に、求めた輪郭点の一連の群に平滑化処理を施され、滑らかな曲線にされる。
【００４０】
合成表示部４０ｄでは、血管芯線抽出部３４により抽出された芯線のデータと輪郭抽出部３９により抽出された輪郭のデータを、立体画像データ記憶部３１に記憶されている３次元画像データ又はその３次元画像データを用いて計算された画像データに合成して表示する。以上述べたようにして、特定の時刻における、被検体内で３次元的に存在する血管の１つの芯線が点列データとして得られる。
【００４１】
図１に戻って、本発明の一実施形態の画像処理装置において、元となる芯線点列データを得てから後の処理について述べる。元となる芯線点列データからΔｔ時間後の芯線の点列データ、その次のΔｔ時間後の芯線点列データ、・・・と順次、芯線点列データを求める処理の流れを図４に示した。
【００４２】
図２に示した４次元ボリュームデータを保存している４次元ボリュームデータ保存部１３から、時刻ｔｎにおける３次元ボリュームデータを取り出し、ｔｎボリュームデータ保存部１４に保存する（ステップＳ１０１）。次のステップＳ１０１で、４次元ボリュームデータ保存部１３から、時刻ｔ（ｎ＋１）の３次元ボリュームデータを読み出し、ｔ（ｎ＋１）ボリュームデータ保存部１５に保存する。
【００４３】
次に、４次元芯線点列データ保存部に記憶されている時刻ｔｎにおける芯線点列データを取り出しｔｎ芯線点列データ保存部１２に保存する。ｔｎ芯線点列データ保存部１２に保存される芯線点列データはＰ（Ｘｔｎ１，Ｙｔｎ１，Ｚｔｎ１）〜Ｐ（Ｘｔｎｉ，Ｙｔｎｉ，Ｚｔｎｉ）〜Ｐ（Ｘｔｎｐｍａｘ，Ｙｔｎｐｍａｘ，Ｚｔｎｐｍａｘ）である。次に、ｔｎボリュームデータ保存部１４から４次元のｔｎボリュームデータＦ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｔｎ）を取り出す。
【００４４】
４次元のｔｎボリュームデータＦ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｔｎ）と上記時刻ｔｎの芯線点列データの関係を図に示すと、図５（ａ）に示すようになる。ステップＳ１０３〜Ｓ１１０では、この時刻ｔｎにおける芯線の点Ｐを順次変えて（Ｐ１〜Ｐｍａｘ）、以下の処理を行う。ここでは、Ｐｉとして行う処理を説明する。
【００４５】
ステップＳ１０３で時刻ｔｎの芯線点列データ中の１点Ｐ（Ｘｔｎｉ，Ｙｔｎｉ，Ｚｔｎｉ）（以下、Ｐｔｎｉと簡略的に表示することもある）が特定される。次にこの点Ｐｔｎｉを通り芯線Ｐｔｎ１〜Ｐｔｎｐｍａｘ、すなわち芯線Ｐ（Ｘｔｎ１，Ｙｔｎ１，Ｚｔｎ１）〜Ｐ（Ｘｔｎｐｍａｘ，Ｙｔｎｐｍａｘ，Ｚｔｎｐｍａｘ）に接する接線ベクトルｖ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を求める（ステップＳ１０４）。
【００４６】
次に、ｔｎボリュームデータ保存部１４から得られたｔｎボリュームデータから、直交断面画像作成部１６において、点Ｐｔｎｉを通り、上記接線ベクトルｖ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に直交する断面画像データｆｔｎｉ（ｘ，ｙ）を取得する（ステップＳ１０５）。芯線Ｐｔｎ１〜Ｐｔｎｐｍａｘの、この点Ｐｔｎｉにおける接線に対して垂直の方向にｘ軸を取り上記接線とこのｘ軸に垂直な方向にｙ軸を取る。点Ｐｔｎｉにおける接線ベクトルｖ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対する直交断面は図５（ｂ）に示すようになる。
【００４７】
次に、ｔ（ｎ＋１）ボリュームデータ保存部１５から図５（ｃ）に示すようなｔ（ｎ＋１）ボリュームデータＦ（Ｘ，Ｙ，Ｚ，ｔｎ＋１）を得、点Ｐ（Ｘｔｎｉ，Ｙｔｎｉ，Ｚｔｎｉ）を通り、接線ベクトルｖ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に直交する断面画像データを、直交断面画像作成部１６で得る（ステップＳ１０６）。
【００４８】
この断面画像データｆｔ（ｎ＋１）ｉ（ｘ，ｙ）は、図５（ｄ）に示すように、先のステップＳ１０５で得たと同じ直交断面上で、時刻ｔ（ｎ＋１）において得られる断面画像データを表わすことになる。これらの断面画像の原点はいずれも、Ｐ（Ｘｔｎｉ，Ｙｔｎｉ，Ｚｔｎｉ）＝ｆｔｎｉ（０，０）である。
【００４９】
このようにして得られた２つの断面画像データ（図５（ｂ）（ｄ））は２断面相関関数計算部１７に入力され、それらの相関関数ｒが求められ（ステップＳ１０７）、更にその最大値となる（ｌ，ｍ）の組（ｌ１、ｍ１）が求められる（ステップＳ１０８）。
【００５０】
図５（ｂ）、（ｄ）に示した２次元断面画像データの相関関数ｒ（ｌ，ｍ）は次式で表わされる。
【数１】
2006068351.tif 000003
【００５１】
上記（１）式において、Ｎは、３次元ボリュームデータから２次元断面画像を切り出す際のｘ，ｙ方向のマトリクスサイズであり、例えば血管断面の直径の３倍程度とする。
【００５２】
時刻ｔｎと時刻ｔ（ｎ＋１）の２つのボリュームデータの同一位置、同一向きの断面画像データを比較し、時刻ｔｎから時刻ｔ（ｎ＋１）の時間Δｔの間にその２次元断面上で血管断面がどの方向に移動したかを特定するために、上記相関関数ｒをｌが−Ｎ／２〜Ｎ／２の範囲、ｍがｌが−Ｎ／２〜Ｎ／２の範囲で求める。
【００５３】
相関関数ｒが最大となる（ｌ，ｍ）の組（ｌ１，ｍ１）を求めることは、時刻ｔｎの断面画像データがこの方向に移動した画像データと最も類似することを意味し、したがって、この２次元断面上では血管は組（ｌ１，ｍ１）の方向に移動したものと推定できる。結局、この２次元断面上に存在するｉ番目の芯線点Ｐｔｎｉも同様に（ｌ１，ｍ１）の方向に移動したと推定できる。
【００５４】
上記のようにして（ｌ１，ｍ１）が求められた後、１芯線点特定部１８においてｆｔｎｉ（ｘ，ｙ）平面上の（ｌ１，ｍ１）が（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系に変換される（ステップＳ１０９）。１芯線点特定部１８で（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標系に変換された点Ｐ（Ｘｔ（ｎ＋１）ｉ，Ｙｔ（ｎ＋１）ｉ，Ｚｔ（ｎ＋１）ｉ）をｔ（ｎ＋１）ボリュームデータにおけるｉ番目の芯線点Ｐｔ（ｎ＋１）ｉとし、ｔ（ｎ＋１）芯線点列データ保存部１９に保存される。そして再び４次元芯線点列データ保存部１１からｔｎボリュームデータにおけるｉ＋１番目の芯線点Ｐｔｎ（ｉ＋１）につき同様にしてΔｔ時間後の芯線点Ｐｔ（ｎ＋１）（ｉ＋１）を求める。このようにしてステップＳ１１０でｔ（ｎ＋１）ボリュームデータの芯線点列データＰｔ（ｎ＋１）１〜Ｐｔ（ｎ＋１）ｐｍａｘがすべて求められたかを調べ、まだ全部求められていない場合には、ステップＳ１１１でｉを１増加させて同様にｔ（ｎ＋１）ボリュームデータにおける芯線の次の点列データを求める。
【００５５】
このようにステップＳ１０３〜Ｓ１０９を繰り返すことにより、ｔ（ｎ＋１）ボリュームデータにおける芯線点列データＰｔ（ｎ＋１）１〜Ｐｔ（ｎ＋１）ｐｍａｘが求められると、次に、この求められた芯線点列データを用いて、ステップＳ１０２〜Ｓ１１２を繰り返すことにより、次のΔｔ時間後、即ち時刻ｔ（ｎ＋２）における芯線点列データが求められる。
【００５６】
以上述べたように時刻ｔｎの芯線点列データに基づいて次の時刻ｔ（ｎ＋１）における芯線点列データを求め、この芯線点列データに基づいて時刻ｔ（ｎ＋２）における芯線点列データを求める。時刻ｔ１から時刻ｔｍａｘまでのすべてのボリュームデータがまだ求められていないときには、ステップＳ１１３でｎを１増加させて次の芯線点列データを求める。この処理を順次行っていくことにより、時刻ｔ１から時刻ｔｍａｘまでのすべてのボリュームデータを求めることができ、４次元芯線点列データ保存部１１に保存される。
【００５７】
ところで本発明の上記実施形態の説明では、予め時間軸方向に連続した時刻ｔ１〜ｔｍａｘの４次元ボリュームデータが得られ、４次元ボリュームデータ保存部１３に予め保存されていることを前提として処理を行っていた。
【００５８】
しかし、本発明ではデータの収集を行い再構成される度毎に、次の芯線点列データを求めるようにすることも可能である。即ち、この場合には、時間軸上で１つ前のボリュームデータと次のボリュームデータとの間で、上述のように相関関数が最大になるベクトルを求め、新たな芯線点列データをすぐさま求め直すことによりスキャンに連動してリアルタイムに、最新の芯線点列データを外部に提供するようにすることも可能である。
【００５９】
また、上記実施形態では、芯線の点列データの各点の接線ベクトルに直交する２次元断面について隣接時間の画像の相関関数を計算しその最大値を求めて、芯線点列データから次の芯線の点を求めていた。しかし、本発明は、芯線の点列データの各点の接線ベクトルの３次元の断面について相関関数を計算しその最大値を求めるようにすることもできる。
【００６０】
このときの相関関数ｒに式は次の通りとなる。
【数２】
2006068351.tif 000004
【００６１】
更に本発明は同様に次元を拡張して相関関数を求めるようにすることもできる。
【００６２】
また上記実施形態の説明では、図３に示す構成により元になる芯線点列データを求める場合について説明した。しかし、本発明は、元になる芯線点列データを求める場合に限られず、他の方法により求めても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明一実施形態の機能的構成例を示す図。
【図２】本発明一実施形態における４次元ボリュームデータを説明するための図。
【図３】本発明一実施形態において元になる芯線点列データを求める機能的構成例を示す図。
【図４】本発明一実施形態において、全体の処理の流れを説明するための図。
【図５】本発明一実施形態において、芯線点列データの１点に対応するΔｔ時間後の１点を求めることを説明するための図。
【符号の説明】
【００６４】
１０・・・画像処理装置、
１１・・・４次元芯線点列データ保存部、
１２・・・ｔｎ芯線点列データ保存部、
１３・・・４次元ボリュームデータ保存部、
１４・・・ｔｎボリュームデータ保存部、
１５・・・ｔ（ｎ＋１）ボリュームデータ保存部
１６・・・直交断面画像作成部、
１７・・・２断面相関関数計算部、
１８・・・１芯線点特定部、
１９・・・ｔ（ｎ＋１）芯線点列データ保存部。
【図１】
2006068351.tif 000005
【図２】
2006068351.tif 000006
【図３】
2006068351.tif 000007
【図４】
2006068351.tif 000008
【図５】
2006068351.tif 000009