(57)【要約】【課題】動いている臓器上の同じところを常に観察できるように投影して、診断精度の向上を図る。【解決手段】３次元ボリュームデータ群のうちの一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物と、前記３次元ボリュームデータ群のうちの前記１つの３次元ボリュームデータを撮影した時と異なる時に撮影された他の３次元ボリュームデータ内に存在する前記投影対象物とから、該投影対象物が前記２つの３次元ボリュームデータ間で動いた動き情報を取得して、前記他の３次元ボリュームデータ内の投影対象物を投影可能な位置に前記視点Ｏを移動させる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の時間間隔で被写体を撮影して得られた３次元ボリュームデータ群を記憶するボリュームデータ記憶手段と、
前記３次元ボリュームデータ群のうちの一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物を、一つの視点から投影して得た投影画像を生成する第１の投影手段と、
前記一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物と、前記３次元ボリュームデータ群のうちの前記１つの３次元ボリュームデータを撮影した時と異なる時に撮影された他の３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物とから、該投影対象物が前記２つの３次元ボリュームデータ間で動いた動き情報を取得する動き情報取得手段と、
該動き情報取得手段により取得された動き情報に応じて、前記視点を移動させる視点移動手段と、
該視点移動手段より移動させた視点から前記他の３次元ボリュームデータ内に存在する前記対応する部分を投影した投影画像を生成する第２の投影手段とを備えたことを特徴とする投影画像生成装置。
【請求項２】
前記視点移動手段が、前記１つの３次元ボリュームデータを投影するときに前記視点の位置が前記投影対象物の表面より内側に存在する場合には、前記視点を前記他の３次元ボリュームデータの投影対象物の表面より内側に存在するように移動させ、前記１つの３次元ボリュームデータを投影するときに前記視点の位置が前記投影対象物の表面より外側に存在する場合には、前記視点を前記他の３次元ボリュームデータの投影対象物の表面より外側に存在するように移動させることを特徴とする請求項１記載の投影画像生成装置。
【請求項３】
コンピュータを、
所定の時間間隔で被写体を撮影して得られた３次元ボリュームデータ群のうちの一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物を、一つの視点から投影して得た投影画像を生成する第１の投影手段と、
前記一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物と、前記３次元ボリュームデータ群のうちの前記１つの３次元ボリュームデータを撮影した時と異なる時に撮影された他の３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物とから、該投影対象物が前記２つの３次元ボリュームデータ間で動いた動き情報を取得する動き情報取得手段と、
該動き情報取得手段により取得された動き情報に応じて、前記視点を移動させる視点移動手段と、
該視点移動手段より移動させた視点から前記他の３次元ボリュームデータ内に存在する前記対応する部分を投影した投影画像を生成する第２の投影手段として機能させるプログラム。
【請求項４】
所定の時間間隔で被写体を撮影して得られた３次元ボリュームデータ群のうちの一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物を、一つの視点から投影して得た投影画像を生成する第１の投影ステップと、
前記一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物と、前記３次元ボリュームデータ群のうちの前記１つの３次元ボリュームデータを撮影した時と異なる時に撮影された他の３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物とから、該投影対象物が前記２つの３次元ボリュームデータ間で動いた動き情報を取得する動き情報取得ステップと、
該動き情報取得ステップにより取得された動き情報に応じて、前記視点を移動させる視点移動ステップと、
該視点移動ステップより移動させた視点から前記他の３次元ボリュームデータ内に存在する前記対応する部分を投影した投影画像を生成する第２の投影ステップとを備えたことを特徴とする投影画像生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元ボリュームデータから投影画像を生成する投影画像生成装置、方法およびそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、被写体の血管、腸、気管支、動脈などの管腔臓器の病変を観察するために、３次元のボリュームデータから、内視鏡を模して、あたかもその管腔内に入って見ているように管腔内面を観察できるモードを有する医用画像表示装置が知られている。
【０００３】
この種の医用表示装置の多くは、３次元のボリュームデータから投影画像を生成しているが、管腔臓器の病変の時間的変化を観察することはできなかった。そこで、Δｔ毎に撮影した３次元ボリュームデータが複数からなる時間情報を持つ４次元のデータを用いて、時間経過による変化を観察するとともに、様々な視点から管腔臓器を観察することができるようにした医用画像表示装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−８７５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、異なる時相のボリュームデータに対して常に同じ視点から透視投影を行った場合、臓器が動いているため、臓器の動きによっては臓器の表面を投影している視点が臓器内に埋もれて同じ場所を投影することができなくなることがあった。
【０００５】
そこで、動いている臓器上の同じところを常に観察できるように投影して、正確な診断を行うことができる投影画像生成装置、方法およびそのプログラムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の投影画像生成装置は、所定の時間間隔で被写体を撮影して得られた３次元ボリュームデータ群を記憶するボリュームデータ記憶手段と、
前記３次元ボリュームデータ群のうちの一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物を、一つの視点から投影して得た投影画像を生成する第１の投影手段と、
前記一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物と、前記３次元ボリュームデータ群のうちの前記１つの３次元ボリュームデータを撮影した時と異なる時に撮影された他の３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物とから、該投影対象物が前記２つの３次元ボリュームデータ間で動いた動き情報を取得する動き情報取得手段と、
該動き情報取得手段により取得された動き情報に応じて、前記視点を移動させる視点移動手段と、
該視点移動手段より移動させた視点から前記他の３次元ボリュームデータ内に存在する前記対応する部分を投影した投影画像を生成する第２の投影手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００７】
本発明のプログラムは、コンピュータを、
所定の時間間隔で被写体を撮影して得られた３次元ボリュームデータ群のうちの一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物を、一つの視点から投影して得た投影画像を生成する第１の投影手段と、
前記一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物と、前記３次元ボリュームデータ群のうちの前記１つの３次元ボリュームデータを撮影した時と異なる時に撮影された他の３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物とから、前記表面の一部が前記２つの３次元ボリュームデータ間で動いた動き情報を取得する動き情報取得手段と、
該動き情報取得手段により取得された動き情報に応じて、前記視点を移動させる視点移動手段と、
該視点移動手段より移動させた視点から前記他の３次元ボリュームデータ内に存在する前記対応する部分を投影した投影画像を生成する第２の投影手段として機能させることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の投影画像生成方法は、所定の時間間隔で被写体を撮影して得られた３次元ボリュームデータ群のうちの一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物を、一つの視点から投影して得た投影画像を生成する第１の投影ステップと、
前記一つの３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物と、前記３次元ボリュームデータ群のうちの前記１つの３次元ボリュームデータを撮影した時と異なる時に撮影された他の３次元ボリュームデータ内に存在する投影対象物とから、該投影対象物が前記２つの３次元ボリュームデータ間で動いた動き情報を取得する動き情報取得ステップと、
該動き情報取得ステップにより取得された動き情報に応じて、前記視点を移動させる視点移動ステップと、
該視点移動ステップより移動させた視点から前記他の３次元ボリュームデータ内に存在する前記対応する部分を投影した投影画像を生成する第２の投影ステップとを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
「投影対象物」とは、３次元ボクセルデータを構成する構造物のうち投影対象となる構造物をいい、例えば、人体を撮影したボリュームデータの場合には、上皮組織・結合組織・筋肉組織・神経組織などの各組織や、血管、腸、気管支、動脈、心臓などの各臓器が投影対象物となる。
【００１０】
また、前記視点移動手段は、前記１つの３次元ボリュームデータを投影するときに前記視点の位置が前記投影対象物の表面より内側に存在する場合には、前記視点を前記他の３次元ボリュームデータの投影対象物の表面より内側に存在するように移動させ、前記１つの３次元ボリュームデータを投影するときに前記視点の位置が前記投影対象物の表面より外側に存在する場合には、前記視点を前記他の３次元ボリュームデータの投影対象物の表面より外側に存在するように移動させるものが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ある時間間隔で撮影された２つの３次元ボリュームデータの投影対象物の表面が、２つの３次元ボリュームデータ間で動いた動きに応じて、視点を移動させて投影対象物の表面の同じところを常に投影して投影画像を生成することで、動きのある臓器や組織の注目する箇所を観察することができ、診断精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の投影画像生成装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の投影画像生成装置の概略構成図である。なお、図１のような投影画像生成装置１の構成は、補助記憶装置に読み込まれた投影画像生成処理プログラムをコンピュータ上で実行することにより実現される。このとき、この投影画像生成処理プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶され、もしくはインターネット等のネットワークを介して配布され、コンピュータにインストールされる。
【００１３】
本実施の形態では、血管、腸、気管支、動脈などの管腔臓器の内側から、各臓器の内側の表面を内視鏡などで撮影した画像を投影画像により生成する場合を例に具体的に説明する。特に本実施の形態では、腸の内壁を内視鏡で撮影した投影画像を生成する場合について説明する
本発明の投影画像生成装置１は、所定の時間間隔Δｔで被写体の腹部を撮影して得られた３次元ボリュームデータ１００群を記憶するボリュームデータ記憶手段１０と、３次元ボリュームデータ１００群のうちの時間ｔにおける３次元ボリュームデータ１００内に存在する投影対象物である腸の内壁を、一つの視点から投影して得た投影画像を生成する第１の投影手段２０と、時間ｔにおける腸と、時間ｔと異なる時間ｔ＋Δｔにおける３次元ボリュームデータ１００内に存在する腸とから、２つの３次元ボリュームデータ１００間で腸が動いた動き情報を取得する動き情報取得手段３０と、動き情報に応じて、時間ｔ＋Δｔの３次元ボリュームデータ１００内の腸の内壁が投影可能な位置に視点を移動させる視点移動手段４０と、移動させた視点から時間ｔ＋Δｔの３次元ボリュームデータ１００内に存在する腸を投影した投影画像を生成する第２の投影手段５０とを備える。
【００１４】
３次元ボリュームデータ１００は、対象とする物体の断層面に垂直な方向に沿って順に得られる２次元の断層像データを積層することによって得られ、CT装置やMRI装置などで撮影された複数の断層画像を重ね合わせて生成される。例えば、CT装置を用いて得られたボリュームデータには、ボクセルごとにＸ線の吸収量を蓄えたデータが得られ、各ボクセルに対して１つの画素値（ここでは、Ｘ線の吸収量を示す値）が与えられたデータとなる。以下、各ボクセルの画素値をボクセル値という。
【００１５】
さらに、被写体を時間間隔Δｔで撮影を行ない、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、・・・、ｔｎで撮影した一連の複数の３次元ボリュームデータから構成される４次元ボリュームデータ１１０（３次元ボリュームデータ１００群）を生成する。
【００１６】
記憶手段１０は、ハードディスクなどの大容量の記憶装置である。記憶手段１０には４次元ボリュームデータ１１０が記憶される。
【００１７】
第１の投影手段２０は、腸の内側から内壁を内視鏡などで撮影したときとほぼ同じ状態になるように、図２に示すように、内視鏡のカメラの位置に対応するボリュームデータ１００内の位置に視点Ｏを設定し、視点Ｏから腸の内壁の表面に向けて伸びる視線（投影線）ｌが通過する腸の内壁に該当するボクセルのボクセル値を透視投影して、腸の内壁の一部を投影した投影画像を生成する。
【００１８】
動き情報取得手段３０は、時間ｔの３次元ボリュームデータ１００の腸の位置と時間ｔ＋Δｔの３次元ボリュームデータ１００の腸の位置から、前記２つの３次元ボリュームデータ１００間で腸が動いた動き情報を取得する。
【００１９】
具体的には、２つの３次元ボリュームデータ１００間で３次元のボリュームデータの画素値が一致するように位置合わせをして、２つのボリュームデータ１００間で、Δｔの間に腸が動いた動き情報を取得する。
【００２０】
この位置合わせには、例えば、３次元空間を変形させることで画像を変形させて、３次元のボリュームデータの画素値を一致させるように位置合わせする手法を用いることができる。図３ａに示すように３次元空間内に一定の間隔で３次元の格子状にB-Splineの制御点（図３ａの四角）を配置し、この制御点を矢印の方向へ移動させることで、図３ｂのように３次元空間を変形させる。２つの時相において、図４に示すような時間ｔにおけるオブジェクトの形状（実線）と時間ｔ＋Δｔにおけるオブジェクトの形状（破線）が一致するように、３次元のボリュームデータの画素値が一致するように、図５に示すように３次元空間を変形させる。このように３次元空間を変形する制御点の位置の移動量を、投影対象物の臓器が２つのボリュームデータ１００間で動いた動き情報として取得する。２つのボリュームデータ間で画素値が正確に一致する場合は非常に少ないので、具体的には、２つの画像間の差の自乗が小さくなるような場所を求めるＳＩＤ（squared intensity difference）の手法や、相関係数が高くなるような場所を求めるＣＣ（correlation coefficient）の手法を用いて最も類似した場所を検索して位置合わせを行う。ここでは、B-Splineの制御点を移動させることで３次元空間を変形させる場合について説明したが、他の補間式を用いて空間を記述して３次元空間を変形するようにしてもよい。
【００２１】
視点移動手段４０は、動き情報に応じて視点Ｏを移動させる。動いている臓器を撮影するとき、視点Ｏを動かさないで投影を行なおうとすると、図６に示すように、視点Ｏが腸内に埋もれてしまい腸の内壁を投影することができない（図６の破線が時間ｔの位置、実線が時間ｔ＋Δｔの位置を表す）。そこで、図７に示すように、時間ｔ＋Δｔの時にも腸の内壁を投影できるように視点Ｏを変形させた３次元空間に合わせて移動させ（図７の矢印）、時間ｔと同様に腸の内側から腸の内壁を投影した投影画像が生成できるようにする。
【００２２】
第２の投影手段５０は、移動させた視点Ｏから時間ｔ＋Δｔの３次元ボリュームデータ１００を用いて腸を、第１の投影手段２０と同様に投影した投影画像を生成する。
【００２３】
次に本発明の投影画像生成装置を用いて動きのある臓器を投影した投影画像を生成する処理の流れについて図８のフローチャートに従って説明する。
【００２４】
診断対象となる被写体をCT装置などで所定の時間間隔Δｔで撮影した３次元ボリュームデータ１００群（４次元ボリュームデータ１１０）をハードディスク（記憶手段１０）に記憶する（S100）。まず、第１の投影手段２０で時間ｔ１の３次元ボリュームデータ１００を用いて（S101）、腸内を内視鏡で撮影した状態と同じ画像が得られるようにカメラの位置に対応する位置に視点Ｏを設定し、視点Ｏから腸の内壁を投影した投影画像を生成する（S102）。
【００２５】
次に、時間ｔ１で投影した腸の内壁と同じ部分が時間ｔ２でどのような状態であるかを観察するために、時間ｔ１に続く時間ｔ２（＝ｔ１＋Δｔ）の３次元ボリュームデータ１００から投影画像を生成する。
【００２６】
そこでまず、動き情報取得手段３０で時間ｔ１のボリュームデータ１００の腸と時間ｔ２のボリュームデータ１００の腸を位置合わせして（S103）、２つのボリュームデータ１００間で腸が動いた動き情報を３次元空間の変形を制御点の位置の移動量として取得する（S104）。
【００２７】
視点移動手段４０で動き情報取得手段３０で取得した動き情報に応じて、視点Ｏを３次元空間の変形に合わせて移動させ、時間ｔ１と同様に腸の内壁を投影するように視点Ｏを移動（図５参照）させる（S105）。
【００２８】
投影する３次元ボリュームデータ１００を時間ｔ１のボリュームデータ１００から時間ｔ２（＝ｔ１+Δｔ）のボリュームデータ１００に切り替えて（S106）、第２の投影手段５０で、動かした視点Ｏの位置から時間ｔ２のボリュームデータ１００内の腸の内壁を投影した投影画像を生成する（S102）。
【００２９】
さらに、時間ｔ３・・・ｔｎのボリュームデータ１００の腸の内壁を投影する場合も、投影する腸の内壁部分がΔｔ間で動いた動き情報を求めて、動き情報に応じて視点Ｏを移動させて、各時間ｔ３・・・ｔｎのボリュームデータ１００から投影画像を繰り返し生成する（S102〜S107）。
【００３０】
以上説明したように、所定の時間間隔で撮影された複数の３次元ボリュームデータのそれぞれから、常に腸内の同じ場所を投影した投影画像を生成することで、内視鏡で撮影した画像と同じ状態の画像を生成することができ、動いている状態の臓器の様子を観察することができる。
【００３１】
上述では、２つの時相間の位置合わせを３次元空間を変形させることによって位置合わせする手法について説明したが、位置合わせに、レジストレーションと呼ばれる種々の手法を用いてもよい。ここで、時間ｔのボクセルデータ１００で表される画像Ａの点ｘＡを時間ｔ＋Δｔのボクセルデータ１００で表される画像Ｒの点ｘＲに変換する場合には、変換関数をTとすると、
【数１】
2008259706.tif 000003
【００３２】
と表すことができる。
【００３３】
各臓器の形状を剛体として考えた場合には、3次元空間内のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の各方向への移動（ｔｘ、ｔｙ、ｔｚ）と、各軸の回転（α、β、γ）により変換関数が表され、下式のようになる。
【数２】
2008259706.tif 000004
【００３４】
臓器によっては形状が変化するため、臓器を非剛体として考えた場合には、自由度が増えるためＴが多項式やスプライン関数などを含む複雑な関数で表される。
【００３５】
変換関数は、具体的には、各臓器の特徴となる解剖学的な点をいくつか（例えば、３点）検出して、この点から求めるようにしてもよい。あるいは、一つの画像の輪郭を決定し、もう一つの画像の表面に相当する点列の距離が最も小さくなるように、フィティングを繰り返して変換関数を求めでも良いし、画像中の全てのボクセルの画素値を用いて類似度を調べることによって重ね合わせるようにして求めてもよい（詳細は、日本放射線技術学会雑誌、第５３巻、第１号、P60〜P65、２００３年１月などを参照）。
【００３６】
動き情報取得手段３０は、このようにして位置合せした結果から、時間ｔの時に投影した腸の内壁の部分が時間ｔ＋Δｔの時に移動した場所がわかるので、例えば、図３に示すように、腸の内壁部分が移動したベクトル量を動き情報として求める（図９の破線が時間ｔの位置、実線が時間ｔ＋Δｔの位置を表す）。視点移動手段４０では、このベクトルに応じて、視点Ｏを移動させるようにしてもよい。
【００３７】
上述では、腸を例に管腔臓器の内側を内視鏡で観察した状態の画像を生成する場合について説明したが、心臓など動きのある臓器を臓器の内側や外側から投影した投影画像を生成して、各臓器の動いている状態の変化を観察することができる。
【００３８】
このように臓器などの動きを観察するとき、視点を観察する臓器の外側に置いて臓器の外側を観察するときには、視点移動手段では、臓器が動いても常に視点が臓器の外側に位置するように視点を動かし、臓器の内側を観察するときには臓器が動いても常に視点が臓器の内側に位置するように視点を動かすようにすることによって、常に同じ場所を投影した投影画像を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】投影画像生成装置の概略構成図
【図２】３次元ボリュームデータ内の投影対象物（臓器）と視点の位置を説明するための図
【図３ａ】３次元空間の変形を説明するための図（その１）
【図３ｂ】３次元空間の変形を説明するための図（その２）
【図４】２つの時相間の特徴点の位置の一例
【図５】特徴点が一致するように位置合わせする手法を説明するための図
【図６】臓器の動きと視点の位置を説明するための図
【図７】視点の移動を説明するための図
【図８】投影画像生成装置の処理の流れを説明するためのフローチャート
【図９】動き情報を説明するための図
【符号の説明】
【００４０】
１      投影画像生成装置
１０    ボリュームデータ記憶手段
２０    第１の投影手段
３０    動き情報取得手段
４０    視点移動手段
５０    第２の投影手段
１００  ３次元ボリュームデータ
１１０  ４次元ボリュームデータ
【図１】
2008259706.tif 000005
【図２】
2008259706.tif 000006
【図３ａ】
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【図３ｂ】
2008259706.tif 000008
【図４】
2008259706.tif 000009
【図５】
2008259706.tif 000010
【図６】
2008259706.tif 000011
【図７】
2008259706.tif 000012
【図８】
2008259706.tif 000013
【図９】
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