(57)【要約】  自動且つ高い重ね合わせの精度でフュージョン画像を作成するための画像処理方法を提供する。  本発明の実施の形態に係る画像処理方法は、（ａ）被験者の任意の部位から得られる複数の第１の断層像に基づく第１の三次元画像及び同部位から得られる複数の第２の断層像に基づく第２の三次元画像それぞれの有効視野内におけるボクセルサイズ及びボクセル数を等しくすることによって、第１の三次元画像に対応の第１の正規化三次元画像及び第２の三次元画像に対応の第２の正規化三次元画像を生成するボクセル正規化ステップと、（ｂ）第１の正規化三次元画像及び第２の正規化三次元画像を用いて、フュージョン画像を生成するフュージョン画像生成ステップと、を含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の任意の部位から得られる複数の第１の断層像に基づく第１の三次元画像及び前記部位から得られる複数の第２の断層像に基づく第２の三次元画像それぞれの有効視野内におけるボクセルサイズ及びボクセル数を等しくすることによって、前記第１の三次元画像に対応の第１の正規化三次元画像及び前記第２の三次元画像に対応の第２の正規化三次元画像を生成するボクセル正規化ステップと、
前記第１の正規化三次元画像及び前記第２の正規化三次元画像を用いて、フュージョン画像を生成するフュージョン画像生成ステップと、
を含む、画像処理方法。
【請求項２】
前記ボクセル正規化ステップにおいて、線形補間法によって、前記第１の正規化三次元画像及び前記第２の正規化三次元画像を生成する、請求項１記載の画像処理方法。
【請求項３】
前記複数の第１の断層像からなる第１の三次元原画像及び前記複数の第２の断層像からなる第２の三次元原画像それぞれのボクセルを、立方体形状のボクセルに変換することによって、前記第１の三次元画像及び前記第２の三次元画像を生成するボクセル形状変換ステップを、更に含む、請求項１又は２に記載の画像処理方法。
【請求項４】
前記ボクセル形状変換ステップにおいて、線形補間法によって、前記第１の三次元画像及び前記第２の三次元画像を生成する、請求項３記載の画像処理方法。
【請求項５】
前記フュージョン画像生成ステップにおいて、前記フュージョン画像を、相互情報量最大化法によって生成する、請求項１〜４のいずれか一項記載の画像処理方法。
【請求項６】
コンピュータに、
被験者の任意の部位から得られる複数の第１の断層像に基づく第１の三次元画像及び前記部位から得られる複数の第２の断層像に基づく第２の三次元画像それぞれの有効視野内におけるボクセルサイズ及びボクセル数を等しくすることによって、前記第１の三次元画像に対応の第１の正規化三次元画像及び前記第２の三次元画像に対応の第２の正規化三次元画像を生成するボクセル正規化ステップと、
前記第１の正規化三次元画像及び前記第２の正規化三次元画像を用いて、フュージョン画像を生成するフュージョン画像生成ステップと、
を実行させる画像処理プログラム。
【請求項７】
前記ボクセル正規化ステップにおいて、コンピュータに、線形補間法によって、前記第１の正規化三次元画像及び前記第２の正規化三次元画像を生成させる、請求項６記載の画像処理プログラム。
【請求項８】
コンピュータに、
前記複数の第１の断層像からなる第１の三次元原画像及び前記複数の第２の断層像からなる第２の三次元原画像それぞれのボクセルを、立方体形状のボクセルに変換することによって、前記第１の三次元画像及び前記第２の三次元画像を生成するボクセル形状変換ステップを、
更に実行させる、請求項６又は７に記載の画像処理プログラム。
【請求項９】
前記ボクセル形状変換ステップにおいて、コンピュータに、線形補間法によって、前記第１の三次元画像及び前記第２の三次元画像を生成させる、請求項８記載の画像処理プログラム。
【請求項１０】
前記フュージョン画像生成ステップにおいて、コンピュータに、前記フュージョン画像を、相互情報量最大化法によって生成させる、請求項６〜９のいずれか一項記載の画像処理プログラム。
【請求項１１】
被験者の任意の部位から得られる複数の第１の断層像に基づく第１の三次元画像及び前記部位から得られる複数の第２の断層像に基づく第２の三次元画像それぞれの有効視野内におけるボクセルサイズ及びボクセル数を等しくすることによって、前記第１の三次元画像に対応の第１の正規化三次元画像及び前記第２の三次元画像に対応の第２の正規化三次元画像を生成するボクセル正規化手段と、
前記第１の正規化三次元画像及び前記第２の正規化三次元画像を用いて、フュージョン画像を生成するフュージョン画像生成手段と、
を備える画像処理装置。
【請求項１２】
前記ボクセル正規化手段は、線形補間法によって、前記第１の正規化三次元画像及び前記第２の正規化三次元画像を生成する、請求項１１記載の画像処理装置。
【請求項１３】
前記複数の第１の断層像からなる第１の三次元原画像及び前記複数の第２の断層像からなる第２の三次元原画像それぞれのボクセルを、立方体形状のボクセルに変換することによって、前記第１の三次元画像及び前記第２の三次元画像を生成するボクセル形状変換手段を、更に備える、請求項１１又は１２に記載の画像処理装置。
【請求項１４】
前記ボクセル形状変換手段は、線形補間法によって、前記第１の三次元画像及び前記第２の三次元画像を生成する、請求項１３記載の画像処理装置。
【請求項１５】
前記フュージョン画像生成手段は、前記フュージョン画像を、相互情報量最大化法によって生成する、請求項１１〜１４のいずれか一項記載の画像処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の三次元断層画像を重ね合わせることによってフュージョン画像を生成するための画像処理方法、画像処理プログラム、及び画像処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像診断には、単光子放出型断層撮像（以下、「ＳＰＥＣＴ」という）、陽電子放出型断層撮像（以下、「ＰＥＴ」という）、磁気共鳴断層画像（以下、「ＭＲＩ」という）、および、X線断層撮像（以下、「ＣＴ」という）を初めとする画像が用いられる。これらの画像によれば、非破壊で被験者の体内に存在する病変部の情報を得ることができる。したがって、画像診断は、現在の診断医療において無くてはならないものとなっている。【０００３】
これまでに画像診断技術に関する種々の検討が行われており、近年では、生体内の部位の形態的情報のみならず、生体の機能情報を画像化する技術が考案され、臨床応用されている。例えば、核磁気共鳴技術を用い、脳内の局所的な血流量変化を画像化する機能的磁気共鳴断層撮像（以下、「ｆＭＲＩ」という）や、ＳＰＥＣＴ及びＰＥＴといった核医学検査が開発され、臨床応用されている。【０００４】
このような機能画像は、生体及び病変における機能的変化を画像化したものである。したがって、機能画像は、病変部検出の特異度が高いという利点を有している。一方で、機能画像は、病変部の解剖学的な位置情報に乏しいといった欠点も有している。【０００５】
機能画像が有するこのような欠点を補う目的で、フュージョン画像が用いられている。フュージョン画像は、機能画像と形態画像とを重ね合わせた画像である。このフュージョン画像によれば、機能画像にて検出された病変部位の解剖学的な位置を形態画像上にて確認することが可能である。したがって、フュージョン画像は、確定診断や治療方針の決定等に有用である。【０００６】
また、フュージョン画像は、このような異なるモダリティーに由来する画像、即ち異なる装置によって取得された画像のみならず、同一モダリティーに由来した画像からも作成することができる。例えば、同一の検査を複数回実施することによって得られる複数の核医学画像に基づくフュージョン画像によれば、同じ部位における値の変化や、同一部位からの異なる血流情報或いはレセプター分布等を得ることができる。【０００７】
フュージョン画像に対するこのようなニーズの高まりを反映し、これまでに、フュージョン画像を自動で作成するための種々の方法が提案され、開発されている。例えば、Automatic Multimodality Image Registration法（以下、ＡＭＩＲ法という）（非特許文献１を参照）、ＡＣ−ＰＣライン位置合わせ法（非特許文献２を参照）、相互情報量最大化法（非特許文献３を参照）等が開発され、実用化されている。
【非特許文献１】Babak A. Ardekani et al., “A Fully Automatic Multimodality Image Registration Algorithm.”, Journal of Computer Assisted Tomography, (USA), 1995, 19, 4, p615-623
【非特許文献２】「Dr.View／LINUXユーザーズマニュアル（第３版）」、旭化成情報システム株式会社、p.466-470
【非特許文献３】F. Maes et al., “Multimodality Image Registration by Maximization of Mutual Information.”, IEEE Transactions on Medical Imaging, (USA), 1997, 16, 2, p.187-198
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、フュージョン画像は画像診断の分野において非常に有用であり、これまでに多くのフュージョン画像作成法が開発され、実用化されている。【０００９】
ＡＭＩＲ法は、輪郭抽出を行った画像をセグメントに分割し、評価関数が最小値をとる条件を求めてフュージョン画像を作成する方法である。この方法は、セグメントに分割可能な画像に対しては有効であるが、軟部組織を対象とした画像のように、輪郭が不鮮明でセグメントへの分割が困難な画像には不向きである。【００１０】
ＡＣ−ＰＣライン位置合わせ法は、正中矢状面内において決定したＡＣ−ＰＣライン同士を重ね合わせることによってフュージョン画像を作成する方法である。この方法によれば、重ね合わせを行うそれぞれの画像におけるＡＣ−ＰＣラインさえ決まれば、容易にフュージョン画像を作成することが可能である。しかし、前提として正中矢状面の画像を作成してＡＣ−ＰＣラインを手動で決めなければならず、このＡＣ−ＰＣラインの決定操作そのものが煩雑であるといった欠点がある。また、この方法は、頭部以外を対象とした画像への応用もできない。【００１１】
一方、相互情報量最大化法は、各画像の有する情報量を用いて位置合わせを行う方法である。即ち、この方法は、セグメント分割や、ＡＣ−ＰＣラインの確定等の操作を必要としない。したがって、相互情報量最大化法は、現時点において、最も有用な位置合わせ方法の一つであるといえる。【００１２】
しかし、相互情報量最大化法によって自動生成されたフュージョン画像の重ね合わせの精度は、必ずしも高いといえるものではなく、手動による再調整が必要となることが少なくない。このような問題は、例えばＳＰＥＣＴ画像とＣＴ画像を用いたフュージョン画像のように、異なるモダリティーに由来する画像を組み合わせたフュージョン画像に、特に多く発生する。【００１３】
そこで、本発明は、自動且つ高い重ね合わせの精度でフュージョン画像を作成するための画像処理方法、画像処理プログラム、及び画像処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明者は鋭意検討を重ねた結果、精度良くフュージョン画像を作成し得るための知見を得た。即ち、本願発明者は、一対の三次元画像それぞれのボクセルサイズ及びボクセル数を等しくした後、一対の三次元画像の対応位置を求めることによって、精度良くフュージョン画像を作成し得ることを見出した。なお、従来においては、ボクセルサイズ及びボクセル数が異なっている一対の三次元画像が、両者の対応位置を導出するための演算処理にそのまま入力されていた。これは、相互情報量最大化法等においては、それぞれのボクセルサイズ及びボクセル数が異なっている一対の三次元画像を用いた対応位置導出のためのリスケール処理が導入されているためであり、従来においては、一対の三次元画像それぞれのボクセルサイズ及びボクセル数を等しくする必要性が認められていなかった。【００１５】
かかる知見に基づく本発明の一側面に係る画像処理方法は、（ａ）被験者の任意の部位から得られる複数の第１の断層像に基づく第１の三次元画像及び同部位から得られる複数の第２の断層像に基づく第２の三次元画像それぞれの有効視野内におけるボクセルサイズ及びボクセル数を等しくすることによって、第１の三次元画像に対応の第１の正規化三次元画像及び第２の三次元画像に対応の第２の正規化三次元画像を生成するボクセル正規化ステップと、（ｂ）第１の正規化三次元画像及び第２の正規化三次元画像を用いて、フュージョン画像を生成するフュージョン画像生成ステップと、を含む。【００１６】
本発明の画像処理方法は、複数の第１の断層像からなる第１の三次元原画像及び複数の第２の断層像からなる第２の三次元原画像それぞれのボクセルを、立方体形状のボクセルに変換することによって、第１の三次元画像及び第２の三次元画像を生成するボクセル形状変換ステップを更に含んでいてもよい。【００１７】
本発明の別の一側面に係る画像処理プログラムは、コンピュータに、上述のボクセル正規化ステップ及びフュージョン画像生成ステップを実行させる。また、本発明の画像処理プログラムは、上述のボクセル形状変換ステップを、コンピュータに更に実行させてもよい。【００１８】
本発明の更に別の一側面に係る画像処理装置は、（ａ）被験者の任意の部位から得られる複数の第１の断層像に基づく第１の三次元画像及び同部位から得られる複数の第２の断層像に基づく第２の三次元画像それぞれの有効視野内におけるボクセルサイズ及びボクセル数を等しくすることによって、第１の三次元画像に対応の第１の正規化三次元画像及び第２の三次元画像に対応の第２の正規化三次元画像を生成するボクセル正規化手段と、（ｂ）第１の正規化三次元画像及び第２の正規化三次元画像を用いて、フュージョン画像を生成するフュージョン画像生成手段と、を備える。【００１９】
また、本発明の画像処理装置は、複数の第１の断層像からなる第１の三次元原画像及び複数の第２の断層像からなる第２の三次元原画像それぞれのボクセルを、立方体形状のボクセルに変換することによって、第１の三次元画像及び第２の三次元画像を生成するボクセル形状変換手段を更に備えていてもよい。【００２０】
第１の正規化三次元画像及び第２の正規化三次元画像は、線形補間法によって、生成されることが好適である。また、第１の三次元画像及び第２の三次元画像も、線形補間法によって、生成されることが好適である。また、フュージョン画像が、相互情報量最大化法によって生成されてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、自動且つ高い重ね合わせの精度でフュージョン画像を作成可能な画像処理方法、画像処理プログラム、及び画像処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る画像処理方法のフローチャートである。
【図２】図１に示すボクセル形状変換ステップにおける処理の一例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示すボクセル正規化ステップにおける処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】図１に示すフュージョン画像生成ステップにおける処理の一例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る画像処理プログラムの構成を、記録媒体と共に示す図である。
【図６】記録媒体に記憶されたプログラムを実行するためのコンピュータのハードウェア構成を示す図である。
【図７】記録媒体に記憶されたプログラムを実行するためのコンピュータの斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態に画像処理装置の構成を示す図である。
【図９】頭部ＳＰＥＣＴ画像の一例を示す図である。
【図１０】図９と同じ被験者における頭部ＣＴ画像の一例を示す図である。
【図１１】図９及び図１０に示した画像を用い、相互情報量最大化法のみによって生成したフュージョン画像を示す図である。
【図１２】図９及び図１０に示した画像を用い、本発明に係る画像処理方法によって生成したフュージョン画像を示す図である。
【図１３】胸部ＳＰＥＣＴ画像の一例を示す図である。
【図１４】図１３と同じ被験者における胸部ＭＲＩ画像の一例を示す図である。
【図１５】図１３及び図１４に示した画像を用い、相互情報量最大化法のみによって生成したフュージョン画像を示す図である。
【図１６】図１３及び図１４に示した画像を用い、本発明に係る画像処理方法によって生成したフュージョン画像を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０…画像処理プログラム、１１…メインモジュール、１２…三次元原画像取得モジュール、１４…ボクセル形状変換モジュール、１６…ボクセル正規化モジュール、１８…フュージョン画像生成モジュール、２０…出力モジュール、３０…画像処理装置、３２…三次元原画像取得部、３４…ボクセル形状変換部、３６…ボクセル正規化部、３８…フュージョン画像生成部、４０…出力部、１００…記録媒体、１１０…コンピュータ、１１２…読取装置、１１４…作業用メモリ、１１６…メモリ、１１８…表示装置、１２０…マウス、１２２…キーボード、１２４…通信装置、１２６…ＣＰＵ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る画像処理方法について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る画像処理方法のフローチャートである。図１に示す画像処理方法は、例えば、以下に説明する各ステップの命令をコンピュータに与えることによって、実行することができる。【００２５】
図１に示すように、この画像処理方法では、まず、フュージョン画像を作成するための第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像が取得される（ステップＳ０１）。第１の三次元原画像は、被験者における任意の部位から得られる複数断面の第１の断層像からなるものである。同様に、第２の三次元原画像は、同部位から得られる複数断面の第２の断層像からなるものである。【００２６】
本実施の形態では、第１の断層像及び第２の断層像が、異なるモダリティーよって取得された画像であるものとする。詳細には、第１の断層像が、ＳＰＥＣＴ画像及びＰＥＴ画像を初めとする機能画像であり、第２の断層像が、ＭＲＩ画像及びＣＴ画像を初めとする形態画像であるものとする。以下、形態画像としてＣＴ画像を用い、機能画像としてＳＰＥＣＴ画像を用いた場合を例にとって、説明する。【００２７】
なお、第１の断層像及び第２の断層像は、同一のモダリティーによって取得されたものであってもよい。例えば、第１の断層像及び第２の断層像には、同部位に対する撮像日時や投与した放射性医薬品の異なるＰＥＴ画像又はＳＰＥＣＴ画像、又は、撮像条件の異なるＭＲＩ画像を用いることもできる。【００２８】
複数の第１の断層像及び複数の第２の断層像は、体軸に対してほぼ垂直な複数の断面であって、体軸方向に連続する複数の断面から取得された断層像である。これらの画像は、それぞれ公知の方法にて取得することが可能である。以下の説明においては、体を正面からみた場合に、横方向をｘ軸方向、奥行き方向をｙ軸方向、体軸方向をｚ軸方向と定義する。【００２９】
なお、第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像それぞれの画像データはコンピュータで読み取り可能なデータ形式で保存されていればよく、例えば、ＤＩＣＯＭ形式によるデータを用いることができる。これらの画像データは、例えば、コンパクトディスクを初めとするコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に格納した形で提供される。画像データを格納した記憶媒体をコンピュータに備え付けられたデータ読み取り装置に挿入することによって、画像データがコンピュータに読み込まれ、当該コンピュータ上でこれらの画像を用いた以下の画像処理を行うことが可能となる。また、当該データは、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号として、ネットワークを介して直接取得されるものであってもよい。【００３０】
次に、本実施の形態の画像処理方法では、ボクセル形状変換ステップが行われる（ステップＳ０２）。第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像、即ち複数の断層像からなる三次元原画像においては、各ボクセルがｚ軸方向に延びる直方体形状となっている場合がある。ボクセル形状変換ステップでは、第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像それぞれのボクセルを立方体形状のボクセルに変換する処理が実行される。【００３１】
なお、第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像それぞれのボクセルが立方体形状である場合には、本ステップは実行されず、第１の三次元原画像が第１の三次元画像とされ、第２の三次元原画像が第２の三次元画像とされる。また、第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像のうち一方の三次元原画像のボクセルが直方体形状である場合には、当該一方の三次元原画像のボクセルが立方体形状のボクセルに変換される。【００３２】
以下、ボクセル形状変換ステップ（ステップＳ０２）について、より詳細に説明する。このステップの処理は、例えば、バイリニア法やバイキュービック法等の公知の線形補間法に従って、体軸方向のピクセルサイズが調整される。【００３３】
以下、バイリニア法による線形補間を例にとり、本ステップを説明する。図２は、図１に示すボクセル形状変換ステップにおける処理の一例を示すフローチャートである。図２に示すボクセル形状変換ステップでは、バイリニア法に基づく処理が採用されている。このボクセル形状変換ステップでは、以下に説明するステップＳ１１〜Ｓ１３の処理が、第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像の双方に適用され、第１の三次元画像及び第２の三次元画像が生成される。なお、以下では、説明の簡単のために、第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像を「三次元原画像」と称する。また、ボクセル形状変換によって生成される第１の三次元画像及び第２の三次元画像を「三次元画像」と称する。【００３４】
図２に示すように、まず、このボクセル形状変換ステップにおいては、ｚ軸方向のボクセル数のみを調整するために、有効視野内におけるボクセル形状変換後のｚ軸方向のボクセル数が算出される（ステップＳ１１）。【００３５】
具体的には、次式（１）の演算によって、ｚ軸方向のボクセル数が算出される。
【数１】
2007023723.tif 000002
式（１）において、Ｍｚ２はボクセル形状変換後のｚ軸方向のボクセル数、ＦＯＶｚはｚ軸方向の有効視野、Ｐ１はボクセルのｘ軸及びｙ軸方向における一辺の長さである。このようにして、一辺の長さをＰ１とした立方体形状のボクセルのｚ軸方向の数が算出される。【００３６】
次に、ボクセル形状変換後の三次元画像用の新たな画像空間がメモリ上に作成される（ステップＳ１２）。この画像空間は、三次元原画像のｘ軸方向のボクセル数とｙ軸方向のボクセル数とＭｚ２との積と同数のボクセルそれぞれの画素値を記憶するための空間である。【００３７】
次に、ステップＳ１２にて用意された画像空間内の各ボクセルに、画素値を付して新たな三次元画像を作成する（ステップＳ１３）。このステップでは、三次元原画像における冠状断像又は矢状断像を用い、ｚ軸方向にバイリニア法による線形補間を適用することによって三次元画像が作成される。以下、冠状断像を用いて線形補間を行う場合を例にとり、説明する。【００３８】
ステップＳ１３では、ボクセル形状変換後の三次元画像gにおける任意のボクセルの中心点(x, z)を取り囲んでいる近傍の４つの格子点(j1, k1)、(j1+1, k1)、(j1, k1+1)及び(j1+1, k1+1)それぞれの三次元原画像fの画素値から、点(x, z)における画素値g(x, z)が次式（２）によって算出される。
【数２】
2007023723.tif 000003
ここで、f(j1, k1)、f(j1+1, k1)、f(j1, k1+1)及びf(j1+1, k1+1)は、それぞれ点(x, z)を囲む三次元原画像における冠状断像の格子点(j1, k1)、(j1+1, k1)、(j1, k1+1)及び(j+1, k+1)における画素値（画素の濃度値）、j1=[x]、r1=x−j1、k1=[z]、s1=z−k1である。この操作を全ての冠状断像における全てのボクセルにつき順次行うことによって、ボクセル形状を立方体に変更した新たな画像、即ち三次元画像gが形成され、ボクセル形状変更処理が終了する。【００３９】
図１に戻り、本実施の形態の画像処理方法では、次に、ボクセル正規化ステップ（ステップＳ０３）が実行される。このボクセル正規化ステップでは、第１の三次元画像及び第２の三次元画像それぞれの有効視野内におけるボクセルサイズ、及びボクセル数を同一の値とする処理が行われる。【００４０】
最も好ましい形態において、ボクセル正規化ステップでは、有効視野の小さい方の画像におけるボクセルサイズ及びボクセル数が、有効視野の大きい方の画像のボクセルサイズ及びボクセル数と同一となるように変換される。【００４１】
例えば、第１の三次元画像の有効視野が第２の三次元画像の有効視野よりも小さい場合には、第１の三次元画像におけるボクセルサイズ及びボクセル数が第２の三次元画像のボクセルサイズ及びボクセル数に合わせられる。なお、第１の三次元画像における有効視野外には、Nullコード（すなわち、0値）が付される。【００４２】
かかるボクセル正規化ステップにおいても、バイリニア法やバイキュービック法等の公知の線形補完処理を採用することが可能である。図３は、図１に示すボクセル正規化ステップにおける処理の一例を示すフローチャートである。以下、第２の三次元画像が第１の三次元画像より大きな有効視野を有しているものと仮定し、バイリニア法に基づくボクセル正規化ステップを、図３を参照しつつ説明する。【００４３】
図３に示すように、ボクセルサイズ等正規化ステップでは、まず、第２の三次元画像と同一のボクセルサイズ及びボクセル数を有する三次元の画像空間が、コンピュータのメモリ上に用意される（ステップＳ２１）。【００４４】
次に、画像空間内における各ボクセルに、第１の三次元画像からの線形補間によって求められる画素値を付することによって、第１の三次元正規化画像が生成される。なお、本実施の形態では、第２の三次元画像がそのまま第２の三次元正規化画像とされる。【００４５】
より具体的には、まず、第１の三次元画像の横断像を用い、バイリニア法による線形補間を行って、仮の画素値を算出し、上記画像空間の各ボクセルに付する（ステップＳ２２）。以下、ステップＳ２２の補間処理を、「第一次補間処理」という。【００４６】
具体的に、第一次補間処理では、横断像上にｘｙ座標が設定される。そして、画像空間上に格子点が仮定され、第一次補間処理後の三次元画像h1における点(x, y)を取り囲んでいる４つの格子点(j2, k2)、(j2+1, k2)、(j2, k2+1)及び(j2+1, k2+1)それぞれの第１の三次元画像gの画素値から、点(x, y)における画素値h1(x, y)が、次式（３）によって算出される。
【数３】
2007023723.tif 000004
ここで、g(j2, k2)、 g(j2+1, k2)、 g(j2, k2+1)及びg(j2+1, k2+1)は、それぞれ点(x, y)を囲む格子点(j2, k2)、(j2+1, k2)、(j2, k2+1)及び(j2+1, k2+1)における第１の三次元画像gの画素値、j2=[x]、r2=x−j2、k2=[y]、s2=y−k2である。この操作を全ての横断像における全てのボクセルにつき順次行い、得られた画素値をそれぞれのボクセルに付することによって、第一次補間処理が完了する。【００４７】
次いで、矢状断像又は冠状断像にて同様の補間処理が行われる（ステップＳ２３）。以下、ステップＳ２３の処理を第二次補間処理という。また、以下では、冠状断像にて補間処理を行う場合を例にとり、第二次補間処理を説明する。【００４８】
第二次補間処理では、まず、冠状断像上に、ｘｚ座標が設定される。そして、この座標上にて格子点が仮定され、第一次補間処理が付されて成る三次元画像h1における４つの画素値であって、任意のボクセルの中心点(x, z)を取り囲んでいる４つの格子点(j3, k3)、(j3+1, k3)、(j3, k3+1)及び(j3+1, k3+1)それぞれの画素値から、点(x, z)における画素値h2(x, z)が、次式（４）によって算出される。
【数４】
2007023723.tif 000005
ここで、h1(j3, k3)、h1(j3+1, k3)、h1 (j3, k3+1)及びh1 (j3+1, k3+1)は、それぞれ点(x, z)を囲む格子点(j3, k3)、(j3+1, k3)、(j3, k3+1)及び(j3+1, k3+1)における画素値、j3=[x]、r3=x−j3、k3=[z]、s3=z−k3である。この操作を全てのボクセルにつき順次行い、得られた画素値をそれぞれのボクセルに付することにより、第１の正規化三次元画像h2が得られる。これによって、第二次補間処理が完了し、ボクセルサイズ等正規化処理が完了する。【００４９】
なお、第１の三次元画像が第２の三次元画像より大きい有効視野を有している場合には、第２の三次元画像について、上記ステップＳ２１〜ステップＳ２３と同様の処理を行えばよい。また、ボクセル正規化ステップにおいては、有効視野の大きな画像のボクセル数を、有効視野の小さい画像に合わせる処理を行ってもよい。例えば、第１の三次元画像の有効視野が第２の三次元画像の有効視野よりも小さい場合において、第２の三次元画像のボクセルサイズ及びボクセル数を、第１の三次元画像におけるボクセルサイズ及びボクセル数に合わせる処理を行うことができる。この場合において、変換後の第２の三次元画像の有効視野内に含まれる部位が、第１の三次元画像の有効視野に含まれる部位と、実質的に同様な部位となるように、第２の三次元画像を変換する必要がある。具体的には、マウス等の外部入力手段を用いて第２の三次元画像内で対象部位、即ち三次元関心領域を選択し、選択した対象部位につき線形補間処理を行うことにより、正規化処理を行うことができ、対象部位でのフュージョン画像の高速な生成が可能になる。【００５０】
再び図１を参照する。本実施の形態の画像処理方法では、ボクセル正規化ステップに続いて、フュージョン画像生成ステップ（ステップＳ０４）が実行される。このフュージョン画像生成ステップでは、第１の正規化三次元画像と第２の正規化三次元画像の重ね合わせ処理を実行することによって、フュージョン画像が作成される。【００５１】
この重ね合わせ処理は、相互情報量最大化法（Maes F. et al., IEEE Trans. Med. Imaging, (1997), 16(2),p.187-198）を用いて行われる。以下、相互情報量最大化法における画像の重ね合わせ処理について説明する。相互情報量最大化法とは、画像間の相互情報量が最大となる条件にて重ね合わせ画像を作成する方法である。図４は、図１に示すフュージョン画像生成ステップにおける処理の一例を示すフローチャートである。【００５２】
具体的に、相互情報量最大化法では、図４に示すように、まず、与えられた座標変換パラメータにて第１の正規化三次元画像の座標変換が行われる（ステップＳ３１）。この座標変換パラメータには、画像の平行移動を行うためのパラメータ（Tx, Ty, Tz）及び画像の回転を行うためのパラメータ（θx, θy, θz）の合計6つのパラメータが用いられる。座標変換パラメータの初期値には、任意に選択した値を用いることができる。例えば、初期値として座標変換パラメータの全てを0に設定することができる。【００５３】
次に、第２の正規化三次元画像、及び座標変換後の第１の正規化三次元画像を用いたフュージョン画像の相互情報量が計算される（ステップＳ３２）。この相互情報量I(A,Bnew)の値は、次式（５）〜（８）によって算出される。
【数５】
2007023723.tif 000006
【数６】
2007023723.tif 000007
【数７】
2007023723.tif 000008
【数８】
2007023723.tif 000009
ここで、I(A,Bnew)は相互情報量、H(A)、H(Bnew)及びH(A,Bnew)はそれぞれ、第２の正規化三次元画像のエントロピー、座標変換後の第１の正規化三次元画像のエントロピー、及び第２の正規化三次元画像と座標変換後の第１の正規化三次元画像との結合エントロピーである。NAiは第２の正規化三次元画像において画素値Aiを有するボクセルの数であり、NBiは座標変換後の第１の正規化三次元画像において画素値Biを有するボクセルの数である。NAiBiは、フュージョン画像において画素値Ai及びBiが同時に存在しているボクセルの数である。MA、MB及びMABはそれぞれ、第２の正規化三次元画像のボクセル数（マトリクスサイズ）、座標変換後の第１の正規化三次元画像ボクセル数（マトリクスサイズ）、フュージョン画像ボクセル数（マトリクスサイズ）である。【００５４】
フュージョン画像生成ステップにおいては、かかる相互情報量の計算が、第１の正規化三次元画像に対する座標変換パラメータを更新させながら繰り返し（ステップＳ３４）実行され、相互情報量が最大となる条件が抽出される（ステップＳ３３）。そして、相互情報量が最大となる座標変換パラメータによって座標変換された第１の正規化三次元画像と、第２の正規化三次元画像とのフュージョン画像が生成される（ステップＳ３５）。【００５５】
座標変換パラメータの更新及び最適化は、種々の公知のアルゴリズムを用いて行うことができる。例えば、シンプレックス法やパウエル法に代表される直接探索法、最急降下法（最大勾配法）や共役勾配法に代表される勾配法（山登り法）を用いて行うことができる（長尾智晴著、「最適化アルゴリズム」、初版、株式会社  昭晃堂、2000；Frederik Maes et al., IEEE Transactions on Medical Imaging, 1997, 16, 2, p.187-198）。【００５６】
最適化アルゴリズムの一例として、最急降下法を以下に説明する。最急降下法では、まず、任意の座標変換パラメータ（Tx, Ty, Tz, θx, θy, θz）を用いて第１の正規化三次元画像を座標変換し、変換前の第１の正規化三次元画像を用いて算出された相互情報量と、変換後の第１の正規化三次元画像を用いて計算された相互情報量との間の変化率を求める。この計算を座標変換パラメータを種々変化させながら繰り返し、相互情報量の変化率が最大となる変換パラメータの組み合わせを抽出する。【００５７】
次に、抽出された座標変換パラメータを用いて変換させた第１の正規化三次元画像を用いて計算した相互情報量と、異なる任意の座標変換パラメータを用いて変換させた第１の正規化三次元画像を用いて計算した相互情報量との間の変化率を求める。上記と同様の操作を行って相互情報量の変化率が最大値となるような変換パラメータ抽出し、第１の正規化三次元画像に再変換を行う。この操作を繰り返し実行し、最終的に相互情報量の変化率を0に収束させる。相互情報量の変化率を0に収束させる条件が、相互情報量を最大とするための変換条件（座標変換パラメータ）に相当する。この条件を用いて位置及び向きの変換を行った第１の正規化三次元画像と、第２の正規化三次元画像とを用いて、フュージョン画像が作成される。【００５８】
次に、本発明の実施の形態に係る画像処理プログラムについて説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る画像処理プログラムの構成を、記録媒体と共に示す図である。図５に示す画像処理プログラム１０は、記録媒体１００に格納されて提供される。記録媒体１００としては、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、あるいはＲＯＭ等の記録媒体あるいは半導体メモリ等が例示される。【００５９】
図６は、記録媒体に記憶されたプログラムを実行するためのコンピュータのハードウェア構成を示す図であり、図７は、記録媒体に記憶されたプログラムを実行するためのコンピュータの斜視図である。図６に示すように、コンピュータ１１０は、フレキシブルディスクドライブ装置、ＣＤ−ＲＯＭドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置等の読取装置１１２と、オペレーティングシステムを常駐させた作業用メモリ（ＲＡＭ）１１４と、記録媒体１００に記憶されたプログラムを記憶するメモリ１１６と、ディスプレイといった表示装置１１８と、入力装置であるマウス１２０及びキーボード１２２と、データ等の送受を行うための通信装置１２４と、プログラムの実行を制御するＣＰＵ１２６とを備えている。コンピュータ１１０は、記録媒体１００が読取装置１１２に挿入されると、読取装置１１２から記録媒体１００に格納された画像処理プログラム１０にアクセス可能になり、当該画像処理プログラム１０によって、本発明の一実施の形態に係る画像処理装置として動作することが可能になる。【００６０】
図７に示すように、画像処理プログラム１０は、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号１３０としてネットワークを介して提供されるものであってもよい。この場合、コンピュータ１１０は、通信装置１２４によって受信した画像処理プログラム１０をメモリ１１６に格納し、当該画像処理プログラム１０を実行することができる。【００６１】
図５に示すように、画像処理プログラム１０は、処理を統括するメインモジュール１１と、三次元原画像取得モジュール１２と、ボクセル形状変換モジュール１４と、ボクセル正規化モジュール１６と、フュージョン画像生成モジュール１８と、出力モジュール２０とを備えている。【００６２】
三次元原画像取得モジュール１２は上記のステップＳ０１の処理をコンピュータに実行させ、ボクセル形状変換モジュール１４は上記のステップＳ０２の処理をコンピュータに実行させ、ボクセル正規化モジュール１６は上記のステップＳ０３の処理をコンピュータに実行させ、フュージョン画像生成モジュール１８は上記のステップＳ０４の処理をコンピュータに実行させる。また、出力モジュール２０は、得られたフュージョン画像を、ディスプレイといった表示装置に出力させる。好ましい実施態様において、フュージョン画像は、異なる断面の画像につき、複数のウインドウを用いて同時に表示される。この場合、一つのウインドウには冠状断像を表示し、他のウインドウには横断像を表示すると、より疾患部の位置情報が反映されるため好ましい。【００６３】
次に、本発明の実施の形態に係る画像処理装置について説明する。図８は、本発明の実施の形態に画像処理装置の構成を示す図である。図８に示す画像処理装置３０は、機能的に、三次元原画像取得部３２と、ボクセル形状変換部３４と、ボクセル正規化部３６と、フュージョン画像生成部３８と、出力部４０とを備えている。【００６４】
三次元原画像取得部３２は上記のステップＳ０１の処理を実行する部分であり、ボクセル形状変換部３４は上記のステップＳ０２の処理を実行する部分であり、ボクセル正規化部３６は上記のステップＳ０３の処理を実行する部分であり、フュージョン画像生成部３８は上記のステップＳ０４の処理を実行する部分である。また、出力部４０は、得られたフュージョン画像を、ディスプレイといった表示装置に出力する部分である。【００６５】
かかる画像処理装置３０は、上述した画像処理プログラム１０に従って動作するコンピュータであることができる。また、画像処理装置３０は、三次元原画像取得部３２、ボクセル形状変換部３４、ボクセル正規化部３６、フュージョン画像生成部３８、及び出力部４０それぞれの処理を実行する専用回路から構成された装置であってもよい。
【実施例】
【００６６】
以下、実施例及び比較例に基づき本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。【００６７】
（比較例１）
頭部ＦＤＧ ＰＥＴ画像（図９、マトリックス：128×128、スライス数：14スライス、ボクセルサイズ：2.00mm×2.00mm×6.50mm）を第１の三次元原画像とし、頭部ＭＲＩ画像（図１０、マトリックス：256×256、スライス数：99スライス、ボクセルサイズ：0.879mm×0.879mm×1.500mm）を第２の三次元原画像として用い、NEUROSTAT（ワシントン大学メディカルスクール、蓑島  聡教授より供給）に搭載されたCorege.exe ver.5プログラムを使用し、相互情報量最大化法（Cost Function 5）を用いてフュージョン画像を作成した。即ち、ボクセル形状変換、及びボクセル正規化を行わずに、相互情報量最大化法のみによってフュージョン画像を生成した。Corege.exe ver.5プログラムにおける各種設定パラメータは、以下の値を用いた。
Cost Function := 5
Cortical Threshold(%):= 0.100000
Offset in Iteration (Phase 1):= 20.000000
MI Bins:= 16
Create Realigned image (0=no, 1=yes):= 1
Create Subtraction image (0=no, 1=yes):= 0
Normalization Mode (0-2):= 0
Pixel Scaling Factor for binary output (0.0=normalized to max; 1.0=fixed; or exact):= 1.000000
Pixel Value to Indicate Out of Field-of-View := 0.000000【００６８】
作成したフュージョン画像を図１１に示す。図１１においては、フュージョン画像における複数断面の画像を、複数のウインドウを用いて表示している。図１１に示すように、作成されたフュージョン画像における重ね合わせ精度は良好とはいえず、各断面において一対の画像が互いにずれて重ねあわされた画像となっていた。【００６９】
（実施例１）
比較例１に用いた第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像を用い、以下の要領でフュージョン画像を作成した。
まず、第２の三次元原画像（ＭＲＩ画像）につき、スライス方向（すなわちｚ軸方向）に補間処理を行い、マトリックス：256×256、スライス数：167スライス、ボクセルサイズ：0.879mm×0.879mm×0.879mmの画像への変換を行って、第２の三次元画像を得た。また、第１の三次元原画像をそのまま第１の三次元画像とした。
次に、第１の三次元画像（ＰＥＴ画像）の横断面につき補間処理を行って、マトリックス：256×256、ピクセルサイズ：0.879mm×0.879mmへの変換を行った。次いで、z軸方向に補間処理を行うことにより、マトリックス：256×256、スライス数：167スライス、ボクセルサイズ：0.879mm×0.879mm×0.879mmの画像への変換を行って、第１の正規化三次元画像を得た。また、第２の三次元画像を、そのまま第２の正規化三次元画像とした。
第１の正規化三次元画像及び第２の正規化三次元画像を用い、NEUROSTAT（ワシントン大学メディカルスクール、蓑島  聡教授より供給）に搭載されたCorege.exe ver.5プログラムを使用し、相互情報量最大化法（Cost Function 5）を用いてフュージョン画像を作成した。Corege.exe ver.5プログラムにおける各種設定パラメータは、比較例１と同様の値を用いた。
作成したフュージョン画像を図１２に示す。図１２においては、フュージョン画像における複数断面の画像を、複数のウインドウを用いて表示している。図１２に示すように、得られたフュージョン画像における重ね合わせ精度は良好であり、本発明に係る処理によって、良好なフュージョン画像を自動的に作成し得ることが確認された。【００７０】
（比較例２）
胸部ＦＤＧ ＰＥＴ画像（図１３、マトリックス：128×128、スライス数：136スライス、ボクセルサイズ：4.29mm×4.29mm×4.29mm）を第１の三次元原画像とし、胸部ＣＴ画像（図１４、マトリックス：256×256、スライス数：81スライス、ボクセルサイズ：1.875mm×1.875mm×5.000mm）を第２の三次元原画像として用い、NEUROSTAT（ワシントン大学メディカルスクール、蓑島  聡教授より供給）に搭載されたCorege.exe ver.5プログラムを使用し、相互情報量最大化法（Cost Function 5）を用いてフュージョン画像を作成した。即ち、ボクセル形状変換、及びボクセル正規化を行わずに、相互情報量最大化法のみによってフュージョン画像を生成した。Corege.exe ver.5プログラムにおける各種設定パラメータは、比較例１と同様の値を用いた。
作成したフュージョン画像を図１５に示す。図１５においては、フュージョン画像における複数断面の画像を、複数のウインドウを用いて表示している。図１５に示すように、作成されたフュージョン画像における重ね合わせ精度は良好とはいえず、各断面において一対の画像が互いにずれて重ねあわされた画像となっていた。【００７１】
（実施例２）
比較例２に用いた第１の三次元原画像及び第２の三次元原画像を用い、以下の要領でフュージョン画像を作成した。
まず、第２の三次元原画像（ＣＴ画像）につき、スライス方向（すなわちｚ軸方向）に補間処理を行い、マトリックス：256×256、スライス数：312スライス、ボクセルサイズ：1.875mm×1.875mm×1.875mmの画像への変換を行って、第２の三次元画像を得た。また、第１の三次元原画像をそのまま第１の三次元画像とした。
次に、第１の三次元画像（ＰＥＴ画像）の横断面につき補間処理を行って、マトリックス：256×256、ピクセルサイズ：1.875mm×1.875mmへの変換を行った。次いで、ｚ軸方向に補間処理を行うことにより、マトリックス：256×256、スライス数：312スライス、ボクセルサイズ：1.875mm×1.875mm×1.875mmの画像への変換を行って、第１の正規化三次元画像を得た。また、第２の三次元画像を、そのまま第２の正規化三次元画像とした。
第１の正規化三次元画像及び第２の正規化三次元画像を用い、NEUROSTAT（ワシントン大学メディカルスクール、蓑島  聡教授より供給）に搭載されたCorege.exe ver.5プログラムを使用し、相互情報量最大化法（Cost Function 5）を用いてフュージョン画像を作成した。Corege.exe ver.5プログラムにおける各種設定パラメータは、比較例１と同様の値を用いた。
作成したフュージョン画像を図１６に示す。図１６においては、フュージョン画像における複数断面の画像を、複数のウインドウを用いて表示している。図１６に示すように、得られたフュージョン画像における重ね合わせ精度は良好であり、得られたフュージョン画像における重ね合わせ精度は良好であり、本発明に係る処理によって、良好なフュージョン画像を自動的に作成し得ることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、フュージョン画像を自動且つ精度良く作成するために有用であり、画像診断装置の分野において利用できる。
【図１】
2007023723.tif 000010
【図２】
2007023723.tif 000011
【図３】
2007023723.tif 000012
【図４】
2007023723.tif 000013
【図５】
2007023723.tif 000014
【図６】
2007023723.tif 000015
【図７】
2007023723.tif 000016
【図８】
2007023723.tif 000017
【図９】
2007023723.tif 000018
【図１０】
2007023723.tif 000019
【図１１】
2007023723.tif 000020
【図１２】
2007023723.tif 000021
【図１３】
2007023723.tif 000022
【図１４】
2007023723.tif 000023
【図１５】
2007023723.tif 000024
【図１６】
2007023723.tif 000025
【国際調査報告】
2007023723.tif 000026
2007023723.tif 000027