(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線撮像装置であって、
放射線源及び検出器により撮像された、特徴部位の画像を含む処理対象の２次元Ｘ線画像と、予め撮像された前記処理対象の３次元画像と、前記３次元画像から取得された管領域であって前記特徴部位を挿入するためのルートと、を取得する画像取得部と、
前記３次元画像に、前記ルートに沿った位置に前記特徴部位の模擬構造を付加する模擬構造付加部と、
前記３次元画像に前記模擬構造を付加した３次元付加画像から、前記２次元Ｘ線画像の撮像配置による、前記模擬構造を付加した２次元の第１疑似投影画像を作成する疑似投影画像作成部と、
前記２次元Ｘ線画像と前記第１疑似投影画像とを比較し、前記第１疑似投影画像上の前記模擬構造を前記ルートに沿って移動させることにより、前記２次元Ｘ線画像と前記第１疑似投影画像との類似度が予め定められた閾値以上になったときの前記模擬構造の位置を前記特徴部位の位置として前記３次元画像上に表示部により表示させる、及び／又は、前記特徴部位の位置が表示された前記３次元画像を記憶部に記憶させる画像比較／探索部と、
を備えた放射線撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記２次元Ｘ線画像と、前記３次元画像から作成した第２疑似投影画像との画像位置合せを行って画像位置合せパラメータを算出し、前記２次元Ｘ線画像を前記画像位置合せパラメータにより変換する画像位置合せ／変換部を、
さらに備え、
前記画像比較／探索部が、変換した前記２次元Ｘ線画像と、前記第１疑似投影画像とを比較することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記２次元Ｘ線画像から、前記特徴部位の先端又は他の部分を検出する抽出部と、
前記２次元Ｘ線画像上の前記特徴部位の先端又は他の部分を前記放射線源へ向け逆投影する逆投影演算部と、
前記特徴部位の先端又は他の部分を逆投影して求めた前記放射線源と前記２次元Ｘ線画像上の前記特徴部位の先端又は他の部分とを結ぶ直線と前記ルートとが交差する位置を算出し、前記交差する位置を前記特徴部位の先端又は他の部分の３次元位置として求め、該３次元位置を前記表示部に表示する及び／又は前記記憶部に記憶するための一致判定部と、
をさらに備えたことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記模擬構造付加部は、前記特徴部位の前記模擬構造を、入力部からの入力に従い付加することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項５】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記模擬構造付加部が、前記ルートの前記管領域を抽出し、前記管領域の中心線に沿って前記特徴部位の大きさ及び／又は太さを模擬した予め定められた構造を前記模擬構造として付加することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記画像比較／探索部は、前記類似度が予め定められた閾値より小さい場合、入力部からの入力に従い、前記模擬構造の位置、太さ、形状のいずれかひとつ又は複数を変更することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項７】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記画像比較／探索部は、前記類似度が予め定められた閾値より小さい場合、前記ルートに沿って、予め定められた量を移動すること、予め定められた長さを付加すること、予め定められた長さを削除すること、のいずれかひとつ又は複数により、前記模擬構造を変化させることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載された放射線撮像装置において、
前記画像比較／探索部は、さらに、前記模擬構造として付加した前記特徴部位の太さ、先端形状を変化させることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項９】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記画像比較／探索部は、前記２次元Ｘ線画像と前記第１疑似投影画像との前記類似度が予め定められた閾値以上であると判断すると、前記特徴部位及び／又は前記特徴部位の先端若しくは他の部分が表示された前記３次元画像の断面画像並びに／若しくはボリュームレンダリング画像を前記表示部により表示すること及び／又は前記記憶部に記憶することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１０】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記疑似投影画像作成部は、前記特徴部位の前記模擬構造を設定した前記第１疑似投影画像を、複数の前記ルートに関してそれぞれ作成し、
前記画像比較／探索部は、撮像された前記２次元Ｘ線画像と複数の前記第１疑似投影画像とを比較することで、複数の前記第１疑似投影画像のうち、最も前記類似度の高い又は予め定められた閾値より前記類似度の高い第１疑似投影画像を選択することにより、前記特徴部位の３次元位置を決定する、
ことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１１】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記特徴部位は、処置具であることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１２】
請求項１に記載された放射線撮像装置において、
前記管領域は、血管領域若しくはその他の内腔に液体が存在する領域、気管支領域若しくは大腸領域若しくはその他の内腔に空気が存在する領域、又は、神経領域を表した画像領域であることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項１３】
画像処理プログラムであって、
処理部が、放射線源及び検出器により撮像された、特徴部位の画像を含む処理対象の２次元Ｘ線画像と、予め撮像された前記処理対象の３次元画像と、前記３次元画像から取得された管領域であって前記特徴部位を挿入するためのルートと、を取得するステップと、
前記処理部が、前記３次元画像に、前記ルートに沿った位置に前記特徴部位の模擬構造を付加するステップと、
前記処理部が、前記３次元画像に前記模擬構造を付加した３次元付加画像から、前記２次元Ｘ線画像の撮像配置による、前記模擬構造を付加した２次元の疑似投影画像を作成するステップと、
前記処理部が、前記２次元Ｘ線画像と前記疑似投影画像とを比較し、前記疑似投影画像上の前記模擬構造を前記ルートに沿って移動させることにより、前記２次元Ｘ線画像と前記疑似投影画像との類似度が予め定められた閾値以上になったときの前記模擬構造の位置を前記特徴部位の位置として前記３次元画像上に表示部により表示させる、及び／又は、前記特徴部位の位置が表示された前記３次元画像を記憶部に記憶させるステップと、
をコンピュータに実行させるための画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線撮像装置（以下、最も一般的な例として、Ｘ線撮像装置と呼ぶ）、画像処理方法及びプログラムに係り、特に、撮像画像から得られる情報と、別装置にて撮像された画像を利用するための放射線撮像装置、放射線撮像装置における画像処理方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器を対向するように設置したＸ線撮像装置がある。また、支柱の両端にＸ線源と２次元Ｘ線検出器を対向するように設置したＸ線撮像装置がある。支柱の形状としてはＣ字形、Ｕ字形、コ字形などがあり、支柱を天井から吊るす形状や、支柱を床から支える形状や、支柱を床に立てた別の支柱に取り付ける形状などがある。また、ガントリ上にＸ線源と２次元Ｘ線検出器を対向するように設置したＸ線撮像装置がある。これらの装置において、Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器と被検体を固定あるいは移動させながら、Ｘ線による被検体の静止画像や動画像を得ることが可能である。また、支柱あるいはガントリを移動させることにより、Ｘ線源と２次元Ｘ線検出器の対を被検体の周囲で回転させながらＸ線計測を行うことが可能である。あるいは、Ｘ線源と検出器を固定し、被検体を回転させながらＸ線計測を行うことが可能である。これらの回転計測により得られた一連の計測像に対して再構成演算処理を行い、再構成像を得るコーンビームＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）計測が可能である。
また、被検体にＸ線を照射するＸ線源と被検体を透過したＸ線を検出する検出器との対を被検体の周囲で回転させながら計測（回転計測）を行い、得られた一連の計測データに再構成演算処理を施して３次元画像を得るＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ  ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置がある。ＣＴ装置と前述のＸ線撮像装置との相違は、ＣＴ装置は、例えば、Ｘ線源と検出器が筺体の中に格納され、被検体の周囲を高速に回転可能な構造となっているため、撮像時間が短く高速に３次元画像を取得可能な点である。このＣＴ装置は、様々ながんを診断するために、広く用いられている。
【０００３】
一方、体内に器具を挿入し検査、治療を行う場合があり、その際に用いられる器具として、例えば気管支内の検査においては内視鏡、心臓のインターベンションにおいてはカテーテルなどがある。これら器具を気管支や血管内に挿入する際、Ｘ線撮像装置の透視Ｘ線画像が広く用いられている。透視Ｘ線画像は２次元画像であるものの、画像がリアルタイムに取得可能であることから、器具の２次元の位置や向きがリアルタイムに確認可能である。これら器具の３次元位置の認識能を向上させるために、特許文献１には、器具の深さ方向情報を取得するＸ線撮像装置、及び方法が提案されている。
また、肺がん等の確定診断を行うために、気管支内視鏡を用いた生検による検査が広く行われている。この検査は、肺末梢部へ向けて、まず気管支内視鏡下でガイドシースと呼ばれる内腔を持つ筒状の処置具を挿入する。さらに気管支内視鏡が挿入出来ない肺末梢の気管支では、Ｘ線撮像装置の透視Ｘ線画像下でガイドシースを肺末梢病変部に誘導、留置し、このガイドシースの内腔に生検用の鉗子や細胞診用のブラシを挿入し、病変部へガイドして検体を採取する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５８７８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透視Ｘ線画像である２次元Ｘ線画像は、Ｘ線が通過する体内物質の吸収量の違いを画像化しているため、一般的に、吸収量の高い骨等は、画像上に描出されやすく、吸収量が低い軟組織等は、画像上に描出されにくい。つまり２次元Ｘ線画像では、骨等は高いコントラストを持つが、腫瘍等を含む軟組織は低いコントラストとなり識別が簡単ではない場合が想定される。肺がんにおいてもすりガラス陰影（Ｇｒｏｕｎｄ  Ｇｌａｓｓ  Ｏｐａｃｉｔｙ：ＧＧＯ）と呼ばれる種類のがんは、２次元Ｘ線画像上では認識が容易ではない場合が想定される。
また、処置具を通す血管や気管支等も、同様の理由により２次元Ｘ線画像上での認識は容易ではない場合が想定される。
さらに、Ｘ線撮像装置下、特に２次元Ｘ線画像を用いた生検において、前述した通り、生検鉗子や細胞診ブラシなどの処置具がリアルタイムで認識可能である。しかし、２次元Ｘ線画像は、２次元の透視画像であることから、Ｘ線源と検出器（中心）を結ぶ軸を考えた場合、軸に垂直な方向での処置具の位置や向きの処置具の位置や向きは認識可能ではあるが、軸と平行な方向（以下、奥行き方向）では、投影方向となってしまうことから、処置具の位置を認識することは容易ではない場合が想定される。
また、２次元Ｘ線画像を用いた生検において、病変部から検体を正確に採取するためには、患部と処置具の位置関係が正しく認識される必要がある。しかし、前述した通り、２次元Ｘ線画像では、奥行き方向の位置を認識することは容易ではない場合が想定される。仮に２次元Ｘ線画像上で、病変部と処置具が重なって描出されていたとしても、必ずしも病変部に処置具が到達しているとは限らないことが想定される。
【０００６】
このように、２次元Ｘ線画像上における処置具の３次元位置情報、特に深さ方向の情報の曖昧さが想定される点に対し、前述した特許文献１は、Ｘ線撮像装置のＸ線源及びＸ線検出器を揺動運動（装置回転方向にわずかに動かす）させ、処置具の深さ方向の情報を取得する手法を開示している。
しかし、このような手法では、Ｘ線源とＸ線検出器を揺動運動させることにより、原理的には複数方向の２次元投影画像が取得可能なため、それらから処置具の３次元位置、特に深さ方向（奥行き方向）の情報が取得可能であるが、揺動運動の大きさによっては、深さ方向の情報の精度が低下する場合が想定される。また、前述した通り揺動運動は、Ｘ線源とＸ線検出器を回転方向に動かす必要があり、その時間分のずれが必ず生じるため、処置具の位置をリアルタイムに取得することが必ずしもできないことが想定される。
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、Ｘ線撮像装置による２次元画像を用いて、処置具等の特徴部位の３次元位置を３次元画像上にリアルタイムに表示にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の解決手段によると、
放射線撮像装置であって、
放射線源及び検出器により撮像された、特徴部位の画像を含む処理対象の２次元Ｘ線画像と、予め撮像された前記処理対象の３次元画像と、前記３次元画像から取得された管領域であって前記特徴部位を挿入するためのルートと、を取得する画像取得部と、
前記３次元画像に、前記ルートに沿った位置に前記特徴部位の模擬構造を付加する模擬構造付加部と、
前記３次元画像に前記模擬構造を付加した３次元付加画像から、前記２次元Ｘ線画像の撮像配置による、前記模擬構造を付加した２次元の第１疑似投影画像を作成する疑似投影画像作成部と、
前記２次元Ｘ線画像と前記第１疑似投影画像とを比較し、前記第１疑似投影画像上の前記模擬構造を前記ルートに沿って移動させることにより、前記２次元Ｘ線画像と前記第１疑似投影画像との類似度が予め定められた閾値以上になったときの前記模擬構造の位置を前記特徴部位の位置として前記３次元画像上に表示部により表示させる、及び／又は、前記特徴部位の位置が表示された前記３次元画像を記憶部に記憶させる画像比較／探索部と、
を備えた放射線撮像装置が提供される。
【００１０】
本発明の第２の解決手段によると、
画像処理プログラムであって、
処理部が、放射線源及び検出器により撮像された、特徴部位の画像を含む処理対象の２次元Ｘ線画像と、予め撮像された前記処理対象の３次元画像と、前記３次元画像から取得された管領域であって前記特徴部位を挿入するためのルートと、を取得するステップと、
前記処理部が、前記３次元画像に、前記ルートに沿った位置に前記特徴部位の模擬構造を付加するステップと、
前記処理部が、前記３次元画像に前記模擬構造を付加した３次元付加画像から、前記２次元Ｘ線画像の撮像配置による、前記模擬構造を付加した２次元の疑似投影画像を作成するステップと、
前記処理部が、前記２次元Ｘ線画像と前記疑似投影画像とを比較し、前記疑似投影画像上の前記模擬構造を前記ルートに沿って移動させることにより、前記２次元Ｘ線画像と前記疑似投影画像との類似度が予め定められた閾値以上になったときの前記模擬構造の位置を前記特徴部位の位置として前記３次元画像上に表示部により表示させる、及び／又は、前記特徴部位の位置が表示された前記３次元画像を記憶部に記憶させるステップと、
をコンピュータに実行させるための画像処理プログラムが提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、２次元画像を用いて、処置具等の特徴部位の３次元位置を３次元画像上にリアルタイムに表示にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の放射線撮像装置の実施形態の構成の一例を示す概要図である。
【図２】本発明の放射線撮像装置の実施形態における処理の流れの一例を示す図である。
【図３】本発明の放射線撮像装置の実施形態におけるＸ線投影画像及びＸ線投影画像上の処置具の一例を示す図である。
【図４】本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具の模擬構造を３次元画像に付加、疑似投影画像を作成、画像を比較する手法の一例を示す図である。
【図５】本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具の位置を３次元画像上に配置し表示する画面の一例を示す図である。
【図６】本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具ルート候補が複数存在する場合に、処置具の模擬構造を３次元画像に付加、疑似投影画像を作成、画像を比較する手法の一例を示す図である。
【図７】本発明の放射線撮像装置の実施形態における体動の補正を実施する構成の一例を示す概要図である。
【図８】本発明の放射線撮像装置の実施形態における体動補正処理の流れの一例を示す図である。
【図９】本発明の放射線撮像の実施形態における体動移動量の一例、及び画像位置合せ／変換の概要を示す図である。
【図１０】本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具模擬構造を高精度に付加する構成の一例を示す概要図である。
【図１１】本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具模擬構造を高精度に付加する手順の一例を示す図である。
【図１２】本発明の放射線撮像の実施形態における処置具先端位置を逆投影する方帆の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
１．放射線撮像装置及び画像処理
以下、放射線撮像装置の一例として、特に、Ｘ線撮像装置の実施形態を図面を用いて説明する。本発明及び／本実施形態は、これに限らず適宜の放射線撮像装置に適用することができ、また、Ｘ線源やＸ線検出器、２次元Ｘ線画像等に限らず、Ｘ線以外の適宜の測定源や検出器、透視画像や反射画像等に適宜適用することができる。
【００１４】
図１は、本発明のＸ線撮像装置の実施形態の構成の一例を示す図である。Ｘ線撮像装置１０１は、Ｘ線源１０２、検出器１０３、装置制御部１０４、データ処理部１０５、表示部１０６、記憶部１０７、入力部１１６を備え、Ｘ線撮像装置１０１は、有線又は無線のネットワークを介して又は直接医用画像サーバ１１３と接続されている。また、医用画像サーバ１１３は、画像処理システム１１５と接続されている。
医用画像サーバ１１３は、例えば、ＣＴ画像、ＭＲＩ画像、ＰＥＴ画像、超音波画像と言った様々な医用画像を保存する。これら画像及び情報のネットワークを介した通信や保存は、例えば、医療分野にて一般的に使用されているＤＩＣＯＭフォーマットを用いることにより実現可能である。
【００１５】
Ｘ線撮像装置１０１において、装置制御部１０４は、Ｘ線源１０２及び検出器１０３を駆動するための駆動部１０８を備え、またＸ線源からＸ線を照射し、検出器１０３で検出してデータを収集するデータ収集部１０９を備える。さらにＸ線撮像装置１０１は、データ収集部１０９が収集したデータを表示及びデータ処理部１０５が処理した結果等を表示するための表示部１０６、各データ及び処理した結果等を記憶するための記憶部１０７、各データ等を入力する入力部１１６を備える。なお、表示部１０６及び入力部１１６は、タッチパネル等の一体型のデバイスを用いてもよい。
データ処理部１０５は、処置具等の特徴部位の構造を模擬した領域を３次元画像に付加する模擬構造付加部１１０、３次元画像から疑似投影画像（後述）を作成する疑似投影画像作成部１１１、画像の一致度を比較する画像比較／探索部１１２、データ収集部１０９から２次元Ｘ線画像を取得し、医用画像サーバ１１３から３次元画像を取得する画像取得部１１４を備える。
なお、ここでは、一例として、Ｘ線源１０２及び検出器１０３による２次元Ｘ線画像について説明するが、本発明及び／又は本実施形態は、これに限らず、適宜の２次元画像に適用することができる。
【００１６】
図２は、本発明のＸ線撮像装置の実施形態における処理の流れの一例を示す図である。
Ｘ線撮像装置１０１は、まず装置制御部１０４の駆動部１０８によりＸ線源１０２及び検出器１０３を駆動、例えば回転させ所望の位置へ移動する。更にデータ収集部１０９により、Ｘ線源１０２のＸ線管等からＸ線を照射し、検出器１０３のパネル等での検出データを収集し、２次元Ｘ線画像を作成する。２次元Ｘ線画像は、データ収集部１０９からデータ処理部１０５へ送られる。さらに、医用画像サーバ１１３には、被検体を事前に撮像した３次元画像、例えばＣＴ画像が保存されており、ＣＴ画像を画像取得部１１４によりデータ処理部１０５が取得する。
また、ＣＴ画像において、被検体の内部に処置具を挿入する管領域、例えば肺野であれば気管支が描出される。画像処理システム１１５は、これら３次元画像中の気管支等の管領域を画像処理により認識し、処置具を挿入するルートとしてデータ化し、処置具ルートデータとして作成し、内部及び／又は医用画像サーバ１１３に保存する。画像処理システム１１５は、例えば、事前に撮像した血管造影されたＣＴ画像を用いて、血管領域を抽出する、もしくは気管支や大腸のように管領域の内腔に空気が存在する領域を抽出し、その内腔に処置具を挿入する。このように処置具が通過する処置具ルートを生成及び保存するためのワークステーション（ＷＳ）が既に市販されている。データ処理部１０５は、医用画像サーバ１１３に保存された前述の処置具ルートデータ及びデータの元となる３次元画像データを画像取得部１１４を用いて取得する。
さらに、Ｘ線撮像装置１０１により被検体を撮像する際の被検体位置は、事前に撮像する３次元画像の撮像位置と合わせることが可能である。例えば、被検体の体表にマーキングをし、それらを基準に被検体位置を合せることが可能である。また一般的な放射線治療における、投影Ｘ線画像を用いた位置合せ法を用いることによっても位置合せすることは可能である。
【００１７】
図２において、データ処理部１０５では、画像取得部１１４が、上述のように、撮像された予め挿入された処置具を含む２次元Ｘ線画像を、データ収集部１０９から取得する（ステップ２０１）。
画像取得部１１４は、上述のように、事前撮像されたＣＴ画像等の３次元画像を医用画像サーバ１１３から取得する（ステップ２０２）。
画像取得部１１４は、上述のように、３次元画像から事前に画像処理システム１１５で処理された処置具ルートデータが表す処置具ルートを、医用画像サーバ１１３から取得する（ステップ２０３）。
次に、取得した処置具ルートは、３次元構造、かつ管構造であるため、模擬構造付加部１１０は、これら内部に処置具を模擬した構造を３次元画像に手動又は自動で付加する（ステップ２０４）。
【００１８】
図３は、２次元Ｘ線画像及び２次元Ｘ線画像上の処置具の一例を示す図である。図３に示す通り、処置具はＸ線の高吸収領域であるため、２次元Ｘ線画像上では他の人体構造物と比較し、コントラストを持って描出される。このような処置具を模擬するために、前述した３次元画像の処置具ルート内に、処置具の大きさや太さを模擬し、かつ被検体内の人体構造物が持つ画素値よりも高い画素値を付加することは可能である。処置具の模擬構造は、マニュアルより表示部１０６及び入力部１１６を用いて付加してもよい。あるいは、自動により模擬構造付加部１１０が、例えば、処置具ルートの管構造の領域を画像処理により抽出し、それら管状領域の中心線を抽出し、その中心線に沿って処置具の大きさや太さを模擬した模擬構造を付加することが出来る。
【００１９】
前述した処置具ルート、及び処置具ルートに処置具の模擬構造を含む事前撮像された３次元画像に対し、２次元Ｘ線画像を取得したＸ線撮像装置１０１のＸ線源１０２及び検出器１０３と同様の撮像条件にて、疑似投影画像作成部１１１は、疑似投影画像を作成する（ステップ２０５）。
ここで、疑似投影画像とは、実際のＸ線撮像装置１０１におけるＸ線源１０２及び検出器１０３の空間的な配置に、事前に撮像した３次元画像（例えばＣＴ画像、ＭＲＩ画像、ＰＥＴ画像等）を配置した模擬体系で、Ｘ線源１０１から検出器１０２に模擬Ｘ線（レイ）を投影し、模擬Ｘ線による検出器１０２での検出画像（例えば、通過距離と画素値等）を算出（レイトレース）した画像である。なお、計算投影画像は、例えば、ＤＲＲ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ  Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈ）画像とも呼ばれる。
【００２０】
図４は、本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具の模擬構造を３次元画像に付加、疑似投影画像を作成、画像を比較する手法の一例を示す図である。以下にその手順を説明する。
Ｘ線撮像装置１０１で撮影した２次元Ｘ線画像と、処置具と模擬構造を含む事前撮像された３次元画像から作成した疑似投影画像とを、画像比較／探索部１１２は比較する（ステップ２０６）。
画像比較／探索部１１２は、画像類似度、例えば、この例では２次元Ｘ線画像及び疑似投影画像は、画素値がＸ線の吸収量が数値化されたものであるから、その画素値傾向は類似しているため、２次元Ｘ線画像と疑似投影画像の差分値、もしくは相関係数を求めることにより、計算することが可能である。
前述した通り２次元Ｘ線画像を取得した際の被検体位置と、事前撮像された３次元画像の被検体位置は位置合せされた状態であるため、２次元Ｘ線画像と疑似投影画像に描出される被検体は、ほぼ一致している。一方、２次元Ｘ線画像と疑似投影画像で異なって描出されるものは処置具の位置であるため、前述した画像類似度は、処置具の位置の違いが反映された値となる、つまり理想的には、２次元Ｘ線画像と疑似投影画像の処置具の一致度が画像類似度に最も影響のある要素のひとつと言える。
【００２１】
画像比較／探索部１１２は、処置具の位置の違いを反映した画像類似度を用い、処置具の一致度が十分であるかどうかを判断する（ステップ２０７）。
前述した通り、画像類似度が例えば差分の場合には、処置具の位置が一致している場合には、差分値は小さくなり、画像類似度が相関係数であれば、相関値が大きくなるため、類似度により処置具の一致度を判断することは可能である。
画像類似度が不十分である場合、画像比較／探索部１１２は、処置具の位置を変更する（ステップ２０８）。
処置具の位置は、前述した通り処置具ルートに沿って処置具を模擬した構造を移動させることにより変更することが出来る。処置具の位置の変更は表示部１０６及び入力部１１６を用いてマニュアルで行ってもよいし、あるいは画像比較／探索部１１２により自動に行ってもよい。例えば、処置具ルートに沿って予め定められた一定量を移動する、一定長さを付加する、もしくは一定長さを削除することにより、構造を変化することは可能である。これら長さは、任意の長さで良い。なお、処置具の太さ、先端形状等を模擬した構造を変化させるようにしてもよい。
ステップ２０８で処置具の位置を変更した３次元画像に対して、ステップ２０５で先と同様に疑似投影画像を作成し、ステップ２０７で、２次元Ｘ線画像との類似度の計算を繰り返すことにより、画像比較／探索部１１２が、処置具の３次元画像上での位置を算出する。
画像比較／探索部１１２は、２次元Ｘ線画像と疑似投影画像との類似度、つまり処置具の一致度が十分であると判断すると、処置具の位置、例えば先端位置をその位置が存在する３次元画像の断面上に、また３次元画像から作成されたボリュームレンダリング画像上に表示する（ステップ２０９）。また、画像比較／探索部１１２は、処置具の位置が表示された３次元画像及び／又はボリュームレンダリング画像を記憶部１０７に記憶してもよい。
【００２２】
図５は、本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具の位置を３次元画像上に配置し表示する画面の一例を示す図である。Ｘ線撮像装置１０１により現在の被検体を撮像した２次元Ｘ線画像を表示し、被検体内の処置具の位置、例えば先端位置を、事前撮像した３次元画像上に表示し、また、３次元画像から作成した気管支のボリュームレンダリング画像上に表示している。
【００２３】
データ処理部１０５は、実際の処置による処置具の移動をＸ線画像撮影にてモニタする間、これら処理を繰り返す（ステップ２１０）。これにより１方向のみの投影画像である２次元Ｘ線画像から、処置具の３次元位置を３次元画像上にリアルタイムに表示することが可能となる。
以上の処理は、事前撮像した３次元画像上の処置具ルートが一つの場合を説明したが、処置具ルートは複数存在する場合もあり得る。それは、疾患部位が存在する位置、例えば肺の場合では気管支と気管支の間に疾患部位が存在すると処置具が疾患部位へ至るルートは必ずしも一つではなく、複数存在する場合が想定される。以下にその場合の処理を記載する。
【００２４】
図６は、本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具ルート候補が複数存在する場合に、処置具の模擬構造を３次元画像に付加、疑似投影画像を作成、画像を比較する手法の一例を示す図である。
図６に示すように、疾患部位へ至るルート候補として候補１（図中実線）と候補２（図中点線）の二つ存在し、ルート候補間に疾患部位が存在している場合、実際に処置具を操作する場合には、どちらかの気管支へ挿入される可能性がある。このような場合には、前述した処置具の模擬構造を設定し疑似投影画像を作成する際、疑似投影画像作成部１１１が複数のルート候補に関して疑似投影画像を作成し、画像比較／探索部１１２が実際に撮像された２次元Ｘ線画像と各疑似投影画像を比較することで、最も類似度の高いもの（又は予め定められた閾値以上の類似度の高いもの）を選択することにより、処置具の３次元位置を決定することが可能である。
処置具ルート候補は、２つに限らず、それ以上であっても、同様の処理を各ルート候補毎に行うことで可能である。
【００２５】
以上の処理により、例えば、従来２次元Ｘ線画像のみでは認識が必ずしも簡単ではない場合があった、病変部と鉗子先端と言った処置具の位置関係を一層明確にすることが可能となる。また、３次元画像上には、例えば、２次元Ｘ線画像では認識が必ずしも簡単ではない場合が想定される病変部周辺の構造も明瞭に描出されているため、病変部へ向かう鉗子のルートを確認することも可能となる。
このように、本実施形態によると、Ｘ線撮像装置による２次元Ｘ線画像と事前に撮像された３次元画像とを用い、病変部及び処置具等の特徴部位の相対位置関係が高精度に認識可能となり、また病変を含む処置具等の特徴部位周辺の構造が高精度に認識可能とすることができる。
【００２６】
２．移動量を補正する放射線機能装置及び画像処理
（体動による移動量を補正する方法）
Ｘ線撮像装置で取得された２次元Ｘ線画像と、事前に撮像された３次元画像は、撮像装置が異なるため全く同じ時刻に撮像されたものではなく、撮像時の体勢、環境等が異なる場合もある。また被検体の体動、例えば心臓の動きや、呼吸等により人体は非剛体的に変形するため、撮像時刻が異なる画像には、それら体動による相違が含まれる場合がある。これらを考慮した本発明の実施形態を以下に示す。
【００２７】
図７は、本発明のＸ線撮像装置の実施形態における体動による移動量を補正する構成の一例を示す概要図である。
体動による移動量の補正するためのＸ線撮像装置は、図１に示したＸ線撮像装置１０１の構成におけるデータ処理部１０５に画像位置合せ／変換部７０１を付加した構成になっており、構成の共通部分は、同様の動作をする。以下に、画像位置合せ／変換部７０１の動作について説明する。
また、画像処理については、図２と同様であるが、ステップ２０１及び２０３とステップ２０４との間に処理が追加される。図２において、画像位置合せ／変換部７０１が加わることによる動作は、Ｘ線画像と３次元ＣＴ画像から作成した疑似投影画像の位置合せ処理である。したがって、その追加される処理の詳細を図８を用いて以下に説明する。
【００２８】
図８は、本発明の放射線撮像装置の実施形態における体動補正処理の流れの一例を示す図である。
また、図９は、本発明の放射線撮像の実施形態における体動移動量の一例、及び画像位置合せ／変換の概要を示す図である。以下にその処理を説明する。
まず、データ処理部１０５は、疑似投影画像作成部１１１を用いて事前撮像された３次元画像から求まる疑似投影画像を作成する（ステップ８０１）。
ここで作成される疑似投影画像は、前述したような処置具の模擬構造を付加することなく、３次元画像からのみ作成する。
データ処理部１０５は、Ｘ線撮像装置により取得された２次元Ｘ線画像と、作成した疑似投影画像に対して、画像位置合せ／変換部７０１を用いて画像位置合せパラメータを計算する。（ステップ８０２）。
さらに、データ処理部１０５は、算出した画像位置合せパラメータを２次元Ｘ線画像に適用し、画像位置合せ／変換部７０１を用いて変換する（ステップ８０３）。
上記以降の処理については、前述した通り図２に示した処理を行うことにより、処置具の３次元位置を求め、表示部１０６に表示、もしくは記憶部１０７に記憶する。
【００２９】
以上の処理により、被検体の撮像時の体勢、環境等の違い、さらに心臓や呼吸と言った体動による、求められる処置具の３次元位置を補正が可能となり、高精度な処置具３次元位置をリアルタイムに表示可能となる。
【００３０】
３．処置具の疑似構造付加探索を高速化する方法
処置具が通過する可能性のあるルートを含む３次元画像に対し、処置具の模擬構造を付加する際、ルート内の任意の位置に模擬構造を付加することが可能である。前述した通り、これら付加する位置を変化させながら探索することを記載したが、処置具等の特徴部位の部分、特に先端位置を用いることにより、位置の探索に関する繰り返し数を簡略化することが可能である。その方法について以下に示す。
【００３１】
図１０は、本発明の放射線撮像装置の実施形態における処置具模擬構造付加の探索を高速にする構成の一例を示す概要図である。
処置具模擬構造を付加繰り返す探索を高速化するＸ線撮像装置は、図７に示したＸ線撮像装置１０１の構成におけるデータ処理部１０５に取得された２次元Ｘ線画像上の処置具先端を抽出する処置具先端抽出部１００１、処置具先端位置をＸ線撮像装置１０１のＸ線源１０２方向へ逆投影する逆投影演算部１００２、逆投影した処置具先端とルート候補が一致する３次元位置を判定する処置具先端−ルート一致判定部１００３を加えた構成となっており、構成の共通部分については同様の動作をする。以下に追加された構成の動作について説明する。
画像処理手順については、図２、及び図２に図８を付加した処理と同様であるが、図８の処理の後、処置具の模擬構造を付加するステップ２０４の前に処理が追加される。処置具先端抽出部１００１、逆投影演算部１００２、及び処置具先端−ルート一致判定部１００３が加わることによる手順について図１１を用い、また処理の概要について図１２を用いて以下に説明する。
【００３２】
まず、処置具先端抽出部１００１が、Ｘ線撮像装置１０１にて取得された２次元Ｘ線画像上に描出された処置具先端を抽出する（ステップ１１０１）。
図３に示した通り、２次元Ｘ線画像上の処置具は、高画素値で線状構造の物体として描出されるため、例えば画素値の閾値処理により処置具領域を抽出し、さらに線状構造の端を、処置具の先端として認識することは可能である。
次に、逆投影演算部１００２が、、処置具前端位置を、２次元Ｘ線画像を撮像した際のＸ線源１０２に向けて逆投影する（ステップ１１０２）。
図１２に示す通り、２次元Ｘ線画像上の処置具先端は、そもそもＸ線源から検出器パネルに向け投影されたものであるため、Ｘ線源と２次元Ｘ線画像上の処置具先端とを結ぶ直線上の３次元位置に処置具先端があることを意味している。したがって、抽出した処置具先端を逆投影する演算をすることは可能である。
さらに、処置具先端−ルート一致判定部１００３が、処置具先端を逆投影して求めた直線と３次元画像の処置具ルートが交差する位置を算出する（ステップ１１０３）。
前述した通り２次元Ｘ線画像上の処置具先端を逆投影した直線上に処置具先端が存在するものの、３次元位置は明瞭ではない。一方、処置具は被検体内の通過ルート上、すなわち前述した３次元画像の処置具ルート候補上に存在する。したがって、処置具先端を逆投影した直線と、処置具ルートが交わる位置を求めることにより、処置具先端の３次元位置とすることは可能である。また、計算した処置具の３次元位置を、処置具の模擬構造を付加する処置具先端とし、さらにその周辺を探索することは可能である。
【００３３】
以上の処理により、処置具の模擬構造を付加する位置の探索する繰り返し数を削減し、処置具の３次元位置を高速に算出し、処置具の３次元位置をリアルタイムに表示することが可能となる。
【００３４】
４、付記
本発明及び／又は本文献は、処置具以外にも適宜の特徴部位に適用可能であり、また、処置具先端以外にも適宜の特徴部位の部分に適用可能である。本発明及び／又は本実施形態は、気管（気管支）の他、循環器であれば、血管、やリンパ管、神経、腸等の適宜の管領域の適用可能である。
【００３５】
上述の実施形態では、画像のフォーマット（データ形式）にＤＩＣＯＭフォーマットを使用しているが、もちろん他のフォーマット、例えばＪＰＥＧ画像やビットマップ画像等のフォーマットを用いることができる。
更に、画像サーバ１０２にデータファイルを保存するような構成を取っているが、治療計画装置１０１と位置決めシステム１０４とが直接通信し、データファイルを交換しても良い。
また、ネットワークによるデータファイル等の通信を用いる形態を説明したが、データファイルの交換手段として他の記憶媒体、例えばフレキシブルディスクやＣＤ−Ｒ等の大容量記憶媒体を用いても良い。
【００３６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれている。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【００３７】
本発明の画像処理方法は、その各手順をコンピュータに実行させるための画像処理プログラム、画像処理プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体、画像処理プログラムを含みコンピュータの内部メモリにロード可能なプログラム製品、そのプログラムを含むサーバ等のコンピュータ、等により提供されることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０１・・・Ｘ線撮像装置、
１０２・・・Ｘ線源、
１０３・・・検出器パネル、
１０４・・・装置制御部
１０５・・・データ処理部、
１０６・・・表示部、
１０７・・・記憶部、
１０８・・・駆動部、
１０９・・・データ収集部、
１１０・・・模擬構造付加部、
１１１・・・疑似投影画像作成部、
１１２・・・画像比較／探索部、
１１３・・・医用画像サーバ、
１１４・・・画像取得部、
１１５・・・画像処理システム（ワークステーション）
１１６・・・入力部
７０１・・・画像位置合せ／変換部、
１００１・・・処置具先端抽出部
１００２・・・逆投影演算部
１００３・・・処置具先端−ルート一致判定部
【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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【図１１】
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【図１２】
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